Система электростартерного пуска. Масса и габариты стартера уменьшаются, если пусковая мощность реализуется при повышенной частоте вращения

Масса и габариты стартера уменьшаются, если пусковая мощность реализуется при повышенной частоте вращения, но пониженном крутящем моменте якоря (). Поскольку объем электродвигателя стартера пропорционален развиваемому моменту, т.е. чем выше момент электродвигателя и, соответственно, при той же мощности ниже обороты, тем больше габариты электродвигателя. Снизить требуемый развиваемый электродвигателем стартера момент для проворачивания коленвала ДВС нужно увеличить общее передаточное отношение кинематической цепи между коленвалом ДВС и якорем стартера. Возможности увеличения передаточного отношения между якорем стартера и маховиком ДВС ограничены, так как нельзя увеличить число зубьев на венце маховика иди уменьшить его на шестерне стартера, то приращение общего передаточного отношения достигается встраиванием дополнительной понижающей передаточной ступени в стартере (встроенный редуктор).

Передаточное отношение редуктора должно выбираться, с одной стороны, по возможности наибольшим, чтобы обеспечить значительную экономию материалов. С другой стороны, существуют физические пределы по механической, термической и электромагнитной нагрузкам. При современной технологии оптимальными считаются передаточные отношения от 4 до 5 для небольших и от 3 до 4 для более крупных стартеров.

Лекция

Автомобильный стартер

Система электростартерного пуска

 

Система электростартерного пуска, частью которой является стартер, предназначена для пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля. Стартер должен обеспечить необходимые для пуска ДВС обороты его коленвала. Требованиями по холодному пуску для двигателей автомобилей ВАЗ принята температура минус 27º С. Минимальные пусковые обороты, которые должна обеспечить система пуска для карбюраторных двигателей автомобилей ВАЗ 60 мин^–1, для двигателей с системой ЭСУД – 80 мин^–1. Кроме того, величина оборотов, при которых двигатель запустится при указанной температуре, зависит от многих факторов: применяемого сорта масла, марки бензина, состояния системы зажигания и т.д.

Электрическая схема системы управления электростартерным пуском, применяемой на автомобилях ВАЗ, приведена на рис. 3.1. После поворота ключа замка зажигания в пусковое положение его контакты 2 замыкаются и подключают обмотки 3 и 4 тягового реле стартера к аккумуляторной батарее 1. Под действием намагничивающей силы втягивающей 3 и удерживающей 4 обмоток якорь реле втягивается и при помощи рычажного механизма вводит шестерню привода в зацепление с венцом маховика двигателя внутреннего сгорания (ДВС). В конце хода якоря замыкаются силовые контакты 5 реле и включают цепь питания стартерного электродвигателя 6. Силовые контакты 5 замыкаются прежде, чем шестерня привода полностью до упора на валу якоря войдет в зацепление. Однако, как только якорь электродвигателя начнет вращаться и привод передавать вращающий момент коленчатому валу ДВС, в винтовых шлицах вала якоря и шлицевой втулке привода возникает осевое усилие, которое перемещает шестерню до упора и удерживает ее во включенном состоянии до тех пор, пока она является ведущей.

Наиболее тяжелым для работы тягового реле является случай, когда зуб шестерни 1 (рис. 3.2) упирается в зуб венца маховика ДВС. Реле в этом случае изгибает пружинный рычаг 2, используемый в качестве пружины привода стартера, и замыкает силовые контакты 3. Якорь электродвигателя 4 стартера совместно с приводом 5 начинает вращаться и шестерня 1 под действием пружинного рычага входит в зацепление в тот момент, когда зуб шестерни находится против впадины зубчатого венца маховика ДВС. Применение винтовых шлицев в сопряжении вал якоря – направляющая втулка привода позволяют уменьшить усилие и ход якоря реле. Это способствует сокращению его габаритов и массы. Шлицевое соединение вала якоря электродвигателя стартера с приводом упрощает выход шестерни из зацепления. Когда маховик работающего двигателя становится ведущим, направление осевого усилия в шлицах меняется и шестерня отжимается от маховика. Однако осевое усилие в шлицах недостаточно для преодоления силы притяжения якоря электромагнита тягового реле. Поэтому шестерня
остается в зацеплении до тех пор, пока водитель не отключит тяговое реле от источника питания.

 

Рис. 1. Электрическая схема системы управления электростартерным пуском

 

После пуска ДВС может быстро развить большие обороты. Роликовая муфта свободного хода (привод стартера) 5 передает момент только в одну сторону, только когда стартер прокручивает двигатель, тем самым устраняет возможность раскручивания якоря электродвигателя стартера после пуска ДВС до недопустимо больших оборотов до тех пор, пока шестерня не выйдет из зацепления; таким образом, предотвращается разрушение якоря центробежными силами.

Рис. 2. Общий вид

 

Режим выключения:

После размыкания контактов замка зажигания ток проходит от плюса АБ (Кл.30) через замкнутые силовые контакты тягового реле по втягивающей и удерживающей обмоткам на массу. Т.к. число витков обмоток реле (втягивающей и удерживающей) одинаково, а включены они встречно и последовательно (величина проходящего тока по втягивающей и удерживающей обмоткам одно и то же), создаваемые намагничивающие силы равны и направлены встречно. В результате магнитный поток создаваемый обмотками равен нулю, удерживающее усилие равно нулю, якорь возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины тягового реле, силовые контакты размыкаются и шестерня привода связанная с якорем реле рычагом выходит из зацепления с венцом маховика ДВС.

До настоящего времени наиболее часто применялись в основном электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, поскольку они обеспечивают большой крутящий момент, необходимый для пуска ДВС. Высокая частота вращения таких электродвигателей на холостом ходу, «помогает» двигателю развить обороты до оборотов холостого хода.

Однако достигнутый ныне уровень технологии магнитных материалов позволяет использовать для стартеров мощностью до 2 кВт, устанавливаемых на легковых автомобилях, постоянные магниты. Правда, из экономических соображений для изделий крупносерийного производства, которыми являются стартеры, речь может идти только о ферритовых магнитах, которые имеют относительно невысокую цену.

Дополнительный встроенный редуктор, в основном выполняется в виде планетарной передачи. Встроенный редуктор позволяет применить электродвигатель стартера с повышенными оборотами, которые затем понижаются редуктором и на выходном валу стартера получить нужный крутящий момент. Чем выше скорость вращения якоря электродвигателя, тем меньше его габариты и масса. Таким образом, применение электродвигателя с повышенными оборотами и встроенным редуктором, за счет усложнения конструкции можно получить стартер меньших габаритов и массы, что очень важно, как для экономии материалов, так и снижения массы автомобиля, что позволяет уменьшить расход топлива.

На легковых автомобилях, малотоннажных грузовиках и микроавтобусах в стартерах применяется привод, содержащий механизм свободного хода, выполняемый в виде роликовой муфты. На более тяжелых грузовиках и автобусах в качестве механизма свободного хода используется многодисковая муфта или храповая муфта с торцевыми зубьями. На всех современных стартерах включение электродвигателя и ввод шестерни в зацепление с венцом маховика ДВС производится тяговым реле.

Внешние факторы, которые могут быть весьма неблагоприятными:

- – вибрация с большими, от 50 g до 60 g, ускорениями;

- – нагрев до высокой, от 150 °С до 180 °С, температуры из–за близости выхлопной трубы;

- – коррозия под действием воды, грязи, масла, соли. В связи о этим иногда стартеры проектируют с узлами усиленной конструкции, рассчитанными на усложненные условия работы.