Силовые установки колёсных транспортных средств

иметь высокое электрическое сопротивление. Прохождение при работе свечи зажигания тока утечки по изолятору можно сравнить с резистором, который включен параллельно искровому промежутку и шунтирует последний. При появлении во вторичной цепи ток утечки вызывает падение напряжения на сопротивлении вторичной обмотки катушки зажигания. В результате этого вторичное напряжение, подводимое к электродам свечи зажигания, уменьшается. Чем меньше шунтирующее сопротивление, тем больше ток утечки и, следовательно, меньше подводимое к свече зажигания вторичное напряжение. При значительном увеличении тока утечки возникают перебои в искрообразовании.

Повышение тока утечки является, как правило, результатом загрязнения изолятора нагаром, а также различными отложениями на внутренней части изолятора при работе двигателя на топливе с антидетонационными добавками.

Кроме того, свеча зажигания со стороны камеры сгорания подвергается периодическому нагреву сгорающей смеси, температура которой достигает 2500°С, и охлаждению свежим зарядом. В результате температура нижнего конца изолятора, называемого тепловым конусом, имеет среднее значение

500—700°С.

Механические нагрузки, действующие на изолятор свечи зажигания, также носят циклический характер. При каждой вспышке рабочей смеси на изолятор действует значительная ударная нагрузка, стремящаяся вырвать его из корпуса. Давление, развиваемое в цилиндре двигателя при сгорании рабочей смеси, достигает 6 МПа.

Одно из важных требований к свече зажигания является герметичность между корпусом и изолятором. Даже самое незначительное нарушение приводит к прорыву горячих газов. Это может не сопровождаться значительной потерей мощности двигателя, но вызовет резкий перегрев изолятора свечи зажигания и его быстрое разрушение.

Для изготовления изоляторов отечественных свечей зажигания применяют керамические материалы с высоким содержанием оксидов алюминия: уралит, борокорунд, синоксаль и др. Для улучшения изоляционных свойств наружной части изолятора ее покрывают глазурью.

Стальной корпус свечи зажигания для предохранения от коррозии подвергают воронению или цинкованию. Диаметр резьбы вворачиваемой части корпуса современных свечей зажигания 14 мм, на автомобилях раннего производства применяются свечи зажигания с диаметром вворачиваемой части 18 мм.

Центральный электрод свечей зажигания обычно имеет круглое сечение, а боковой электрод — прямоугольное с закругленными углами. Центральный электрод подвергается воздействию более высоких температур, чем боковой. Поэтому его изготовляют из высокохромистых сплавов, а боковой электрод

— из никель-марганцевых. Искровой зазор между электродами в зависимости от характеристик системы зажигания может изменяться в пределах 0,5—0,9

122

мм. Имеется тенденция к увеличению искрового промежутка свечей зажигания.

С увеличением искрового промежутка возрастает величина пробивного напряжения свечей зажигания. Однако кроме него, на пробивное напряжение оказывает влияние целый ряд факторов. К ним относятся степень сжатия, скоростной режим, состав рабочей смеси, угол опережения зажигания, температура электродов свечи зажигания, температура рабочей смеси. Так, при увеличении частоты вращения коленчатого вала пробивное напряжение уменьшается. Уменьшается оно также при увеличении температуры центрального электрода. При пуске двигателя, разгоне и работе на режиме полного дросселя пробивное напряжение возрастает.

Обозначение свечей зажигания. Условное обозначение свечей зажигания содержит:

-обозначение резьбы на корпусе: А — резьба M14x1,25; M -резьба М18х1,5;

-калильное число;

-длину резьбовой части корпуса: Н — 11 мм, С — 12,7 мм, Д -19 мм, без буквы — 12 мм;

-выступание теплового конуса изолятора за торец корпуса — Б

-герметизация термоцементом по соединению изоляторцентральный электрод — Т;

-порядковый номер конструкторской разработки.

Примеры обозначения свечей зажигания:

А14ДВ-10 — свеча зажигания с резьбой на корпусе М 14x1,25 калильным числом 14, длина резьбовой части корпуса 19 мм, имеет выступание теплового конуса изолятора за торец корпуса, порядковый номер разработки

10.

М8Т-1 — свеча зажигания с резьбой на корпусе Ml8x1,5 и калильным числом 8, длина резьбовой части корпуса 12 мм, тепловой конус изолятора выступает за торец корпуса, соединение изолятор — центральный электрод загерметизирован термоцементом, порядковый номер конструкторской разработки 1.

123

11 СИСТЕМА ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ

11.1 Назначение и основные требования, предъявляемые к системе запуска

Система запуска обеспечивает первоначальное проворачивание коленчатого вала при пуске двигателя. Для того чтобы двигатель самостоятельно начал работать, его коленчатому валу нужно сообщить определенную начальную (пусковую) частоту вращения. При этом необходимо преодолеть момент следующих составляющих.

1)Момент сил трения, возникающих между поверхностями сопряженных деталей двигателя и во вспомогательных механизмах, имеющих привод от коленчатого вала.

2)Момент инерционных сил, которые появляются в процессе разгона двигателя, создаваемых движущимися деталями, основную долю составляет момент силы инерции маховика.

3)Момент сопротивления тепловых циклов горючей смеси, определяемый затратами энергии на расширение и сжатие заряда цилиндрах двигателя.

Суммарный момент сопротивления зависит также от типа и мощности двигателя, а также от его температуры. Так, с понижением температуры увеличивается вязкость масла, смазывающего вращающиеся части двигателя, что и приводит к увеличению момента сил трения.

В карбюраторных двигателях необходимо обеспечить подачу топлива в карбюратор и определенное разрежение во впускном трубопроводе, при котором движение топливной смеси происходит без конденсации паров топлива.

Двигатели более мощные и с большим числом цилиндров требует применения стартера с большим крутящим моментом.

Момент сопротивления дизеля больше момента сопротивления карбюраторного двигателя. Это связано с тем, что степень сжатия у дизелей больше, чем у карбюраторных двигателей. Поэтому у дизелей увеличивается момент сопротивления, который преодолевает стартер при сжатии воздуха в цилиндрах дизеля, больше. У дизелей пусковая частота вращения коленчатого вала должна быть выше, так как в противном случае температура воздуха в конце такта сжатия не обеспечит самовоспламенение впрыскиваемого топлива. Давление впрыска топлива также зависит от частоты вращения коленчатого вала. У четырехтактных дизелей с непосредственным впрыском пусковая частота вращения вала должна быть значительно выше, чем у карбюраторного двигателя.

Для преодоления этих сил сопротивления и служит система запуска

(рисунок 11.1).

Исполнительным устройством является стартер — основной элемент системы запуска, в которую входят: аккумуляторная батарея,

выключатель зажигания, дополнительные реле. Стартер устанавливается на двигателе и является основным потребителем электроэнергии, запасенной

124

в аккумуляторе. К системе пуска относятся и устройства электрооборудования, обеспечивающие работ различного типа подогревателей, в том числе и облегчающих пуск двигателя при низких температурах

1 – обмотка реле; 2 – оттяжная пружина; 3 – сердечник; 4 – вспомогательное реле; 5 – якорь; 6, 7 – контакты; 8 – контактный диск; 9 – сердечник втягивающего реле; 10 – удерживающая обмотка; 11 – втягивающая обмотка; 12 – втягивающее реле; 13 – якорь втягивающего реле; 14 – рычаг; 15 – ось рычага; 16 – шестерня стартера; 17 – зубчатый венец маховика; 18 – стартер; 19

– контакты; 20 – аккумуляторная батарея; 21 – выключатель зажигания

Рисунок 11.1 – Принципиальная электрическая схема системы запуска двигателя

Таким образом, для надежного пуска двигателя стартер должен обеспечивать достаточную частоту вращения коленчатого вала, для чего необходим крутящий момент определенной величины.

11.2 Принцип работы системы запуска

Включение стартера производится поворотом ключа в выключателе зажигания 21 (рисунок 11.1) по часовой стрелке в положение, при котором замыкаются его контакты «50» и «30». При этом по обмотке 1 вспомогательного реле 4 включения начинает протекать ток. Сердечник 3 реле намагничивается и притягивает якорь 5, замыкая контакты 6 и 7, через которые ток идет к обмоткам 10 и 11 втягивающего реле 12. При прохождении тока по обмоткам 10 и 11 сердечник 9 намагничивается и втягивает якорь 13. Соединенный с якорем рычаг 14 поворачивается на оси 15 и вильчатым концом перемещает муфту свободного хода по шлицам вала

125

якоря генератора, вводя размещенную на муфте шестерню в зацепление с зубчатым венцом маховика. В конце хода якорь с помощью контактного диска 8 замыкает через контакты 19 цепь рабочего тока обмоток стартера. При этом втягивающая обмотка 11 реле закорачивается, и сердечник 13 будет удерживаться в рабочем положении только обмоткой 10, а якорь стартера начнет вращаться, обеспечивая пуск двигателя.

При выключении стартера поворотом ключа в выключателе 2 зажигания против часовой стрелки размыкаются контакты «50» и «30» после чего под действием пружины 2 контакты 6 и 7 размыкаются, ток перестает поступать на обмотки втягивающего реле. Под действием возвратной пружины якорь втягивающего реле вернется в исходное положение и рычагом 14 выведет муфту 16 из зацепления с зубчатым венцом маховика 17.

11.3 Приборы системы запуска

11.3.1 Аккумуляторная батарея

Источником электроэнергии на автомобиле при неработающем или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала двигателе является аккумуляторная батарея. Широкое распространение получили свинцовые аккумуляторные батареи, состоящие из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов. Применение кислотных аккумуляторов объясняется тем, что они обладают небольшим внутренним сопротивлением и способны в течение короткого промежутка времени (несколько секунд) отдавать ток силой в несколько сотен ампер, что необходимо для питания стартера при пуске двигателя.

Аккумулятор представляет собой сосуд, заполненный электролитом, в который опущены свинцовые электроды. Электролитом является раствор серной кислоты и дистиллированной воды. Электроды выполнены в виде пластин, одна из которых изготовлена из губчатого свинца РЬ, вторая — из диоксида свинца РЬО2. В результате взаимодействия электролита с электродами на них возникает разность потенциалов.

При подключении потребителя в аккумуляторе возникает разрядный ток. При этом ионы сернокислотного остатка SO4 соединяются со свинцом электродов и образуют на них сернокислый свинец PbSO4, а ионы водорода

— с кислородом, выделяясь на положительной пластине в виде воды. В результате электроды покрываются сернокислым свинцом, а серная кислота разбавляется образующейся водой, т. е. при разрядке аккумулятора плотность электролита уменьшается. Поэтому по плотности электролита можно определить степень разряженности аккумуляторной батареи.

При прохождении электрического тока через аккумуляторную батарею протекают обратные электрохимические процессы. Ионы водорода, образующиеся в результате распада воды, взаимодействуют с сернокислым свинцом электродов. Водород, соединяясь с сернистым осадком, образует серную кислоту, а на электродах восстанавливается губчатый свинец.

126

Выделяющийся из воды кислород, соединяется со свинцом положительной пластины, образуя перекись свинца, содержание воды в электролите уменьшается, а содержание кислоты увеличивается, в результате чего плотность электролита повышается.

а — с ячеистыми крышками; б, в, г — с межэлементными перемычками через перегородки; 1 — опорная призма моноблока; 2 — моноблок; 3 — полублок отрицательных электродов; 4 — баретка; 5 — пробка; 6 — межэлементная перемычка; 7 — крышка; 8 — полюсный вывод; 9 — сепаратор; 10 — борн; 11

— мостик; 12 — полублок положительных электродов; 13 — перегородка моноблока; 14 — индикатор уровня электролита; 15 — положительный электрод; 16 — отрицательный электрод; 17 — выступ моноблока; 18 — электронагреватель

Рисунок 11.2 – Аккумуляторные батареи

Когда прекращается восстановление свинца на электродах, процесс зарядки аккумулятора заканчивается. При дальнейшем прохождении электрического тока начинается процесс электролиза (распада) воды, аккумулятор «закипает», образуется взрывоопасная смесь газообразного водорода с кислородом.

11.3.2 Стартер

Стартер 29.3708 (рисунок 11.3) автомобиля ВАЗ-2109 работает следующим образом. При пуске двигателя вращение якоря 16 через винтовые шлицы вала и ступицу передается наружному кольцу роликовой обгонной муфты 3. Три ролика 2 муфты пружинами через плунжеры смещаются в узкую сторону пазов наружного кольца муфты и всегда заклинены, а внутреннее кольцо муфты вращается как одно целое с наружным. При работающем стартере эффект заклинивания усиливается. Ступицы 35 муфты и шестерня 1, перемещаясь рычагом 6 по винтовым шлицам, входят в зацепление с зубчатым венцом маховика, и от вала якоря 16 через шестерню и маховик будет передаваться крутящий момент на коленчатый вал двигателя.

127

После пуска двигателя, когда электрическая цепь управления отключается, все подвижные части реле и механизмы привода стартера займут исходное положение под действием пружин втягивающего реле и буферной пружины.

1 – шестерня привода; 2 – ролик обгонной муфты; 3 – обгонная муфта; 4 – поводковое кольцо; 5 – резиновая заглушка; 6 – рычаг привода; 7 - крышка со стороны привода; 8 – якорь втягивающего реле; 9 – обмотка втягивающего реле; 10 - контактная пластина; 11 – крышка втягивающего реле; 12 – контактные болты; 13 – крышка со стороны коллектора; 14, 15 – тормозные диски крышки и вала якоря; 16 – якорь в сборе; 17 – втулка подшипника; 18 – обмотка статора; 19 – полюсный башмак; 20 – корпус; 21 – ограничительное кольцо; 22 – установочная шайба; 23 – коллектор; 24 – щетка; 25 – кожух.

Рисунок 11.3 – Стартер 29.3708 двигателей ВАЗ

Если двигатель начнет работать, а стартер не будет выключен, зубчатый венец маховика заставит шестерню стартера и внутреннее кольцо муфты вращаться с более высокой частотой, чем вращается наружная муфта со ступицей. При этом ролики 2 с помощью пружин сдвинутся по наклонной поверхности пазов в широкую часть и позволят наружному кольцу вращаться свободно, не передавая усилия на вал якоря, что предупреждает поломку стартера.

128

Если при перемещении привода зуб шестерни стартера совпадает с зубцом венца маховика, буферная пружина привода сожмется больше, позволяя рычагу 6 перемещаться дальше и замкнуть электрическую цепь стартера. Когда якорь повернется, шестерня под действием буферной пружины сразу же войдет в зацепление с венцом маховика. Учитывая, что при пуске (особенно холодного двигателя) стартер потребляет ток большой силы, продолжительность его включения не должна превышать 5—10 с, а промежуток между включениями должен быть не менее 20—30 с.

Щетки стартера. Четыре медно-графитовые щетки 24 установлены в щеткодержателях, прикрепленных в крышке 25. К двум щеткодержателям положительных щеток, изолированным от крышки пластмассовыми пластинами, присоединяются выводы сериесных катушек. Другие два щеткодержателя, к одному из которых присоединен вывод шунтовой катушки, приклепаны к крышке 25, т. е. соединены с «массой», и в них вставляются отрицательные щетки. Все щетки прижимаются к коллектору спиральными пружинами.

Якорь стартера 16 состоит из вала и напрессованных на него сердечника с обмоткой и коллектора 23. Обмотка уложена в пазы сердечника, набранного из тонких пластин электротехнической стали. Концы обмотки выведены на изолированные друг от друга пластины коллектора.

Вал якоря вращается в двух пористых металлокерамических втулках 17, пропитанных маслом и запрессованных в крышки стартера. В отличие от остальных автомобилей на автомобиле ВАЗ-2109 вал якоря стартера имеет только одну опорную втулку в крышке стартера, а вторая опора предусмотрена в картере сцепления.

Втягивающее реле устанавливается сверху на корпусе стартера и состоит из корпуса со втягивающей 9 и удерживающей обмотками, крышки 11 с контактными болтами 12 и якоря 8 со штоком, сердечником и контактными пластинами.

Передняя крышка 7 стартера имеет фланец, которым стартер крепится к картеру сцепления. В этой крышке на валу якоря смонтирован привод стартера.

11.3.3 Устройства, облегчающие запуск двигателя

Пуск двигателей в условиях низких температур затруднен в результате воздействия ряда факторов. Например, при низких температурах ухудшаются характеристики системы запуска из-за ухудшения характеристик аккумуляторной батареи. Кроме того, резко возрастает момент сопротивления вращения коленчатого вала двигателя при пуске. Это является следствием повышения вязкости масла при понижении температуры.

На пуск дизелей оказывает влияние и температура воздуха, поступающего в цилиндры. Холодный воздух при сжатии не нагревается до температуры, необходимой для воспламенения впрыскиваемого топлива.

129

Работы по облегчению пуска двигателя при низких температурах ведутся по трем направлениям:

поддержание при низких температурах высоких характеристик электропусковой системы;

подогрев двигателя, обеспечивающий повышение температуры охлаждающей жидкости и масла;

подогрев воздуха во впускном трубопроводе дизеля.

Для пуска как карбюраторных двигателей, так и дизелей при температуре окружающей среды - 30 С должны применяться устройства облегчения пуска холодного двигателя, а при температуре - 40 С и ниже – системы предпускового подогрева.

Наибольшее распространение получили устройства, облегчающие пуск дизелей. К ним относятся:

устройства, повышающие температуру в конце такта сжатия (свечи подогрева и электрофакельный подогрев воздуха на впуске);

устройства, обеспечивающие калоризаторное воспламенение впрыснутого в цилиндр топлива (свечи накаливания);

устройства, осуществляющие подачу легковоспламеняющейся жидкости в цилиндры двигателя.

130