книги из ГПНТБ / Можаев В.Н. Электрооборудование колесных и гусеничных машин учебное пособие

Р А З Д Е Л II

СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Условия пуска двигателей и требования к пусковым устройствам

Для пуска поршневых двигателей необходимо сообщить пу­ сковое число оборотов коленчатому валу.

В зависимости от мощности двигателя и его типа пуск двига­ теля осуществляют различно: или используя физическую силу че­ ловека, или с помощью двигателя (бензинового, электрического, га­ зотурбинного), или сжатым воздухом. На колесных и гусеничных машинах чаще всего применяются системы электрического (реже — ■пневматического) пуска. В целях повышения надежности пуска применяют обе системы, одна из которых является основной, а вто­ рая — резервной.

.Системы пуска должны быть надежными в работе: допускать повторный пуск и обеспечивать быстроту пуска при различных тем­ пературных условиях. Пользование пусковым устройством и его обслуживание должны быть удобными.

При пуске поршневого двигателя стартер должен преодолеть сопротивление вращению коленчатого вала и сообщить ему пуско­ вую угловую скорость. Величина сопротивления вращению колен­ чатого вала зависит от литража двигателя, числа цилиндров, сте­ пени сжатия и скорости вращения коленчатого вала.

Пусковое число оборотов зависит от карбюрации и скоростной характеристики системы зажигания, в дизелях — от способа сме­ сеобразования.

Для обеспечения самостоятельной работы двигателя необходи­ мо при пуске получить достаточно интенсивное сгорание рабочей смеси в цилиндрах. Это возможно в том случае, когда в топливе имеется необходимое количество легких фракций и разрежение

.122

у распылителя карбюратора достаточно для распыления и испаре­ ния топлива. Однако при пуске холодного двигателя испаряется только 5—8% топлива, а остальное количество его поступает в ци­ линдры двигателя в мелкокапельном состоянии. Объясняется это низкой температурой впускного тракта и малой скоростью воздуха в нем.

Конструкция карбюратора обеспечивает необходимое качество приготовления смеси только при числе оборотов коленчатого вала выше 200 об/мин, поэтому карбюратор снабжают устройством, обеспечивающим приготовление смеси требуемого состава при­ мерно при 40—50 об/мин.

Конфигурация и сечение впускного канала также влияют на пу­ сковое число оборотов. Чем меньше извилин, больше сечение и меньше длина канала, тем меньше пусковое число оборотов.

Скоростная характеристика аппарата зажигания, т. е. зависи­ мость величины импульсов напряжения от числа оборотов, опреде­ ляет пусковое число оборотов двигателя, при котором обеспечи­ вается электрический разряд в свече зажигания.

Для системы батарейного зажигания и магнето с ускорителем пусковое число оборотов 30—40 об/мин. В случае применения маг­ нето без пускового ускорителя пусковое число оборотов должно быть 80—120 об/мин.

При пуске дизеля необходимо сообщить коленчатому валу такое число оборотов, при котором сжимаемый воздух нагревается до 500—600 °С и впрыснутое топливо воспламеняется.

Пусковое число оборотов дизеля зависит от формы камеры сго­ рания, ее размера, способа смесеобразования и наличия средства подогрева воздуха. Например, при разделенных камерах сгорания пусковое число оборотов— 150 -г- 300 об/мин, а при непосредствен­ ном впрыске — 80 120 об/мин. Если применяются свечи накали­ вания, оно не более 85 об/мин.

В дизелях с большим литражом отношение поверхности камеры сгорания к объему сжимаемого воздуха меньше, чем в двигателях меньшего литража, и поэтому в первых достигается нужная темпе­ ратура воздуха при меньшем числе оборотов.

Для пуска двигателя необходимо не только сообщить коленча­ тому валу определенную минимальную угловую скорость, но так­ же и повернуть вал определенное число раз, т. е. сообщить ему сум­ марное количество оборотов. Например, при температуре — 5°С и выше иногда достаточно повернуть на 0,5 г- 2 оборота коленча­ тый вал карбюраторного двигателя и он начнет самостоятельно ра­ ботать. При температуре — 15°С суммарное число оборотов до­ стигает 14 -ь 15.

Суммарное число оборотов в значительной мере зависит от уг­ ловой скорости коленчатого вала при пу'ске. Например, при — 10°С и пусковом числе оборотов 50 об/мин суммарное их число равно 5, если «пуск = 30 об/мин, суммарное число оборотов—■10.

123

Чем больше число цилиндров у двигателя или выше степеньсжатия, тем меньшее суммарное число оборотов требуется для пуска. От угловой скорости и суммарного числа оборотов зависит время пуска, а следовательно, и количество электричества, расходуемое аккумуляторной батареей.

Для того чтобы повернуть коленчатый вал, необходимо преодо^- леть момент сопортивления М СОПр, который представляет сумму моментов: момента сил трения Жтр, момента от сжатия Мсжи мо­ мента М вс от вспомогательных механизмов, приводимых двигате­ лем, т. е.

Допуск — -Мтр + Ч4СЖ-}- М пс.

Момент от сил трения зависит от числа цилиндров двигателя, литража и степени сжатия, температуры и кинематической вязко­ сти масла. Момент от сил трения при температуре 0—5°С состав­ ляет примерно 60% от пускового момента, а при низких темпера­

зависит от скорости вращения и абсолютной вязкости масла. При низкой температуре двигателя и повышении числа оборотов момент достигает наибольшей величины при 150 ч- 200 об/мин, после чего понижается вследствие повышения температуры масла между тру­ щимися деталями и понижения вязкости масла. Чем более полога вязкостно-температурная характеристика масла, тем меньшее влия­ ние на момент сопротивления оказывает температура двигателя.

При пуске холодного двигателя момент сопротивления может превысить -в два раза рабочий момент и в 8—9 раз момент, необ­ ходимый для пуска прогретого двигателя. Момент сопротивления, от сжатия составляет при температуре 0 °С не более 25% от полно­ го момента сопротивления.

124

Работа, затраченная на сжатие рабочей смеси или воздуха, больше работы, возвращаемой при расширении. Это объясняется тем, что часть теплоты сжатые газы отдают стенкам камеры сго­ рания, днищу1поршня и стенкам цилиндра.

В зависимости от давления сжимаемого воздуха или рабочей -смеси в двигателе имеется трение в подшипниках и трение поршней о стенки цилиндров, и чем давление больше, тем больше силы трения.

Момент, необходимый для привода -вспомогательных механиз­ мов, зависит от типа двигателя (карбюраторный или дизель), так как для привода топливной аппаратуры дизеля требуется больше усилий, чем для бензонасоса. Для карбюраторного двигателя мо­ мент Мес составляет 19% от пускового момента при 0°С.

Величину пускового момента двигателя можно приближенно определить, пользуясь эмпирической формулой

ров и степени сжатия двигателя; Vh — литраж двигателя.

Коэффициент с для четырехцилиндровых двигателей 3,5, а для шести- и во-сьмицилиндровых соответственно 4 -и 4,2. Для дизелей с т 5—7—9. Более точно величину пускового момента определяют

А. Н. Хваткое предложил для автомобильных двигателей следующие значения коэффициентов:

к= 1,03-10 -3 кГм/см3;

л= 0,53;

Пусковая мощность. Мощность, необходимую для пуска дви­ гателя, определяет величина пускового момента и пусковое число оборотов, т. е.

125

Мощность стартера в л. с.

Для пуска V-образных дизелей необходимо 0,37 л. с.1л; надеж­ ный пуск обеспечивается после предварительного прогрева двига­ теля о помощью подогревного устройства.

Электромеханические характеристики стартера

В электрическом стартере объединены: электродвигатель по­ стоянного тока с последовательной обмоткой возбуждения (сериесный), механизм привода и механизм управления стартером.

Применение сериесных двигателей для пуска объясняется тем, что при трогании с места они развивают больший крутящий мо­ мент на валу якоря, чем двигатели с параллельным возбуждени­ ем; при этом они менее чувствительны к изменению напряжения источника питания, т. е. аккумуляторных батарей.

Объясняется это следующим: при большой нагрузке стартера реактивным моментом ток в обмотке возбуждения достигает боль­ ших значений И индуктор имеет большое магнитное насыщение. В этом случае даже сравнительно большие колебания напряжения аккумуляторной батареи не вызовут'значительного изменения маг­ нитного потока в индукторе; величина же момента на валу якоря пропорциоальна первой степени приложенного напряжения.

В электродвигателе с параллельным возбуждением эта зависи­ мость квадратичная, так как индуктор не насыщен, и при измене­ нии напряжения источника питания почти линейно изменяются ток возбуждения и магнитный поток, а также одновременно и ток в якоре.

Величина электромагнитного момента на валу якоря стартера

126

Величина тока стартера / ст зависит от напряжения Ucr, при­ ложенного к стартеру, сопротивления R H обмотки индуктора* сопротивления обмотки якоря /<?я, сопротивления щеточного контакта R m, также противоэлектродвижущей силы ЕП) возбуж­ даемой в обмотке якоря при вращении

(49)

Ви + R* +

Число оборотов пя якоря стартера выражается зависимостью

Величина падения напряжения в проводе при максимальном токе не должна превышать /в, а в схемах повышенной надеж­ ности 0,67 в при номинальном напряжении бортовой сети 12 в и соответственно 2 в и 1,4 в при номинале 24 в.

Противоэлектродвижущая сила Еп, возникающая в обмотке,

якоря стартера,

где RCT— R%~j—Rh “i~ Rllx.

В момент включения стартера (уравнение 49) ток короткого

а, выражая через э. д. с. аккумуляторной батареи, -

127'

2 jf

где 2 r —-полное сопротивление цепи. Электромагнитная мощность стартера

Для определения величины тока при максимальной мощности приравнивают нулю производную:

dP4

О,

d l

откуда ток при максимальной мощности

Следовательно, ток при Р шах равен половине тока короткого замыкания.

Подставляя значение 1р в уравнение (54), находим макси­ мум электромагнитной мощности

тов якоря наибольшее в режиме холостого хода. Кроме того, повышение температуры влияет на мощность стартера.

Мощность стартера зависит от емкости аккумуляторной бата­ реи и полноты заряда ее. Номинальная мощность стартера гаран­ тируется, заводом при условии питания от аккумуляторной бата­ реи определенной емкости. В качестве примера рассмотрим харак­ теристики (рис. 78) стартера СТ-713 при питании от аккумулятор­ ных батарей типа 6-СТ-140 двух последовательно включенных и четырех, включенных параллельно — последовательно.

Из характеристик видим, что при смешенном включении акку­

тирные линии) уменьшается до 1200 а, напряжение на зажимах стартера снижается до 4,5 в и максимум мощности не превышает

8 л. с.

128