Что выводит шестерню привода стартера из зацепления с зубчатым венцом маховика
При электростартерном пуске имеет место значительная неравномерность вращения коленчатого вала. Замедленное движение поршня в конце такта сжатия продлевает время прохождения им той области около ВМТ, в которой ожидаются достаточные для воспламенения топливовоздушной смеси давление и температура в цилиндре. Возрастают утечки через неплотности, падает компрессия. Пуск становится ненадежными.
Повысить частоту вращения коленчатого вала двигателя, не меняя аккумуляторной батареи и стартерного электродвигателя можно за счет увеличения приведенного момента инерции системы стартер-двигатель. При этом возрастают как средняя частота вращения, так и минимальная угловая скорость вала в конце такта сжатия, т.е. фактически заметно сокращается время прохождения поршнем области ВМТ.
Момент инерции системы стартер-двигатель можно увеличить за счет более массивного маховика двигателя, применения составного маховика, часть которого отключается от коленчатого вала после пуска двигателя, установки в стартер дополнительного редуктора. Можно также установить маховую массу на каком-то другом валу, связанном с коленчатым валом передачей с постоянным передаточным числом. Проще всего установить дополнительный маховик на валу, присоединенном к валу стартерного электродвигателя через мультипликатор.
Рис. Кинематическая схема стартера с планетарным мультипликатором:
1 — якорь электродвигателя; 2 – электростартер; 3 – муфта свободного хода; 4 – шестерня привода стартера; 5 – зубчатый венец маховика двигателя; 6 – планетарный мультипликатор; 7 – встроенный в стартер маховик
Электростартер 2 содержит якорь 7, связанный с одной стороны через муфту 3 свободного хода с шестерней 4 механизма привода, которая при включении стартера входит в зацепление с зубчатым венцом 5 маховика двигателя. С другой стороны якорь 1 соединен через мультипликатор 6 с маховиком 7.
Мультипликатор состоит из вала 9, с которым посредством шпонки 10 жестко связана ведущая шестерня 11, входящая в зацепление с ведомой шестерней 8, а шестерня 8 посредством шпонки 7 жестко связана с валом обегающей шестерни 4. Последняя неподвижно установлена в корпусе 3 мультипликатора.
Маховик 5 установлен в мультипликаторе подвижно на валу 9. Вал 9 мультипликатора связан с валом якоря стартерного электродвигателя с помощью муфты 14. Корпус 3 закрыт крышкой 6, в подшипнике которой установлен одним концом вал 9.
Электростартер работает следующим образом. При движении якоря 1 электростартера вращение через муфту 14 передается валу 9, далее ведомой шестерне 8 и обегающей шестерне 4. Последняя обкатывается вокруг шестерни 12 и приводит в движение маховик 5, играющий роль водила в данной передаче. Маховик вращается значительно быстрее вала 9.
Рис. Стартер со встроенным маховиком:
1 – якорь; 2 – обмотка возбуждения; 3 – корпус мультипликатора; 4 — обегающая шестерня; 5 – маховик; 6 – крышка мультипликатора; 7, 10 – шпонки; 8,13 – ведомые шестерни; 9 – вал; 11– ведущая шестерня; 12 – обегаемая шестерня; 14 – муфта
Приводом статера считается устройство или совокупность устройств, предназначенных для соединения электродвигателя стартера с коленчатым валом двигателя в момент пуска, и разъединяющих соединение после пуска. К приводу стартера относят и механическую часть, непосредственно учавствующую в передаче вращающего момента, и электрическую часть, которая относится к управляющему звену привода.
К приводу стартера относится и механический редуктор, предназначенный для изменения вращающего момента, передаваемого венцу маховика. Такие редукторы могут использоваться в конструкции стартеров с целью уменьшения общих габаритов стартера. Как известно, мощность любого двигателя (в т. ч. электрического) пропорциональна частоте вращения выходного вала и величине вращающего момента на этом валу. При этом электродвигатели с высокой частотой вращения и малым вращающим моментом имеют меньшие габариты по сравнению с электродвигателями такой же мощности, развивающими большой вращающий момент.
Поскольку для стартера величина вращающего момента стоит на первом месте, конструкторы решили вопрос с габаритами стартеров некоторых легковых автомобилей достаточно просто - электродвигатель стартера применили высокооборотистый малогабаритный, а для увеличения вращающего момента использовали зубчатую передачу (обычно планетарного типа).
Автомобильные стартера, имея одинаковые по конструкции электродвигатели, могут существенно отличаться конструкциями приводных механизмов, передающих крутящий момент от вала якоря стартера к маховику двигателя в момент пуска.
По типу и принципу работы механизма привода стартеры можно разделить на следующие группы:
- с принудительным механическим или электромеханическим перемещением шестерни привода;
- с принудительным электромеханическим вводом шестерни в зацепление с венцом маховика и самовыключением шестерни после пуска двигателя;
- с инерционным перемещением шестерни;
- с электромагнитным вводом шестерни в зацепление путем перемещения якоря;
- с использованием механического редуктора планетарного типа для увеличения передаваемого вращающего момента.
Надежность работы муфт свободного хода снижается с повышением мощности стартера. Поэтому в стартерах большой мощности устанавливают комбинированные приводные механизмы с принудительным вводом шестерни в зацепление и ее автоматическим инерционным выключением.
Преимуществами инерционных приводов являются относительная простота конструкции, малые размеры и невысокая стоимость. Однако выключение шестерни сопровождается значительными ударными нагрузками, что ограничивает область их применение в стартерах мощностью до 1 кВт.
Зацепление шестерни при осевом перемещении якоря за счет магнитодвижущей силы полюсов стартерного электродвигателя используется зарубежными фирмами на стартерах мощностью 3…5 кВт. Такие стартеры имеют компактную конструкцию, хорошо размещаются на двигателях, но имеют повышенный расход меди и работают ненадежно при стоянке автомобиля на уклоне.
Приводные механизмы электростартеров с принудительным перемещением шестерни имеют роликовые, фрикционные или храповые муфты свободного хода, которые передают вращающий момент от вала стартера к коленчатому валу двигателя во время пуска и, работая в режиме обгона, автоматически разъединяют стартер и двигатель после пуска.
Устройство механизма привода и электромагнитных элементов управления рассмотрим на примере стартера автомобиля ВАЗ-2109 (рис. 1).
Механизм привода стартера включает в себя пластмассовый рычаг 8 с буферной пружиной 33 и обгонную роликовую муфту 5 (муфту свободного хода) с шестерней 2.
Муфта обеспечивает передачу крутящего момента от стартера к маховику при пуске двигателя и автоматическое отсоединение шестерни стартера от венца маховика после пуска двигателя.
Плунжерная муфта свободного хода
Бесплунжерная муфта свободного хода
В конструкции муфты бесплунжерного типа (рис. 2, б) в качестве прижимного устройства использованы специальные Г-образные стальные толкатели 2, подпирающие ролики 1 посредством пружин 3. При передаче момента от обоймы к ступице шестерни ролики, сильно прижимаясь к поверхностям клиновидных пазов, заклинивают муфту.
После пуска двигателя, в тот момент, когда окружная скорость венца маховика превысит окружную скорость шестерни привода, ролики, увлекаемые ступицей шестерни, преодолевают силу сопротивления пружин и расклинивают муфту, и вращение двигателя не будет передаваться на якорь стартера.
Храповая муфта
Преимуществом храповой муфты свободного хода по сравнению с роликовыми муфтами является высокая надежность, ремонтопригодность и возможность передачи большого вращающего момента при сравнительно небольших габаритах.
Механизм привода стартера с храповой муфтой свободного хода обеспечивает более полное разъединение вала электродвигателя стартера и коленчатого вала двигателя при значительно меньших нагрузках на силовые элементы муфты. Кроме того, храповые муфты, как правило, выполняются разборными, и допускают ремонт и замену отдельных элементов конструкции. Роликовые муфты обычно выполняют неразборными, поэтому их разборка и сборка при ремонте экономически и технически нецелесообразны – проще заменить отказавшую муфту на исправную целиком.
Храповая муфта (рис. 2, в) состоит из корпуса 11, ведущего 8 и ведомого 6 храповиков, шестерни 2 привода, пружины 10, шлицевой направляющей втулки 12 и центробежного механизма с конической втулкой 7, текстолитовыми сегментами (сухариками) 9 и направляющими штифтами 4 для разъединения ведущего и ведомого храповиков.
При подключении обмотки тягового реле к источнику питания якорь реле через рычаг привода и корпус 11 муфты перемещает направляющую втулку 12 вместе с храповиками 6 и 8 по шлицам вала и вводит шестерню 2 в зацепление с венцом маховика. Перемещение шестерни привода 2 продолжается до упора в ограничительную шайбу на валу якоря.
В конце хода шестерни 2 замыкаются силовые контакты тягового реле, вал якоря электродвигателя приводится во вращение, а вращающий момент через шлицевую втулку 12 и храповики 6 и 8 передается шестерней 2 венцу маховика.
При передаче вращающего момента в винтовых шлицах втулки 12 и ведущего храповика 8 возникает осевое усилие, которое воспринимается буферным кольцом 14.
Если шестерня привода упирается в венец маховика (зубья не совпадают с впадинами), сжимается пружина 10 и ведущий храповик 8, перемещаясь по винтовым шлицам втулки 12, своими торцовыми зубьями поворачивает ведомый храповик 6 и шестерню 2 на угол, обеспечивающий ввод шестерни в зацепление и замыкание контактов тягового реле.
После пуска двигателя частота вращения шестерни и ведомого храповика становится больше частоты вращения вала якоря и направляющей втулки 12. Поэтому ведущий храповик перемещается по винтовым шлицам втулки, отходит от ведомого храповика и шестерня привода 2 вращается вхолостую – передача вращающего момента между двигателем и валом стартера прерывается. Коническая втулка 7 отодвигается вместе с ведущим храповиком и освобождает текстолитовые сегменты (сухарики) 3, соединенные с быстровращающимся ведомым храповиком 6 и направляющими штифтами 4.
Под действием центробежных сил сегменты перемещаются в радиальном направлении вдоль штифтов и блокируют муфту в расцепленном состоянии, предохраняя зубья храповиков от повреждения и изнашивания. В этом состоянии храповой механизм будет находиться до тех пор, пока осевая составляющая от центробежных сил, действующих на сухарики, превышает усилие пружины.
Шестерня привода выходит из зацепления с венцом маховика только после выключения тягового реле стартера.
Во время отдельных вспышек в цилиндрах двигателя шестерня остается в зацеплении, что позволяет стартеру вращать коленчатый вал до тех пор, пока двигатель не начнет устойчиво работать.
Еще один вариант конструкции храповой муфты, используемой в приводе стартера, представлен на рис. 3.
В подавляющем большинстве современных автомобилей применяется способ пуска двигателя от электродвигателя, который в совокупности с дополнительными устройствами называется стартером. В момент пуска двигателя стартер потребляет энергию от аккумуляторной батареи автомобиля.
Стартер обеспечивает пусковую частоту вращения коленчатого вала, которая для карбюраторных двигателей составляет 40…80 об/мин, а для дизелей – 250 об/мин.
Привод коленчатого вала от стартера осуществляется посредством шестерни (бендикса), входящей в зацепление с венцом маховика только во время пуска двигателя. Управление приводом стартеров на современных автомобилях осуществляется электромагнитным реле, подвижный сердечник которого через рычаг передает на шестерню осевое усилие, одновременно замыкая контакты цепи питания электродвигателя стартера.
В конструкции привода некоторых стартеров (например, стартер 57.3708 автомобилей ВАЗ-2110, -2112) предусматривается дополнительная зубчатая передача планетарного типа, повышающая передаваемый коленчатому валу крутящий момент. Такая конструкция позволяет уменьшить общие габариты стартера за счет использования электродвигателя меньших размеров.
Включение электромагнитного реле производится либо непосредственно выключателем зажигания или выключателем приборов и стартера, либо теми же выключателями через дополнительное (вынесенное) реле стартера.
Общее устройство автомобильного стартера с планетарным редуктором приведено на рис. 1.
Требования, предъявляемые к стартеру
Как и к другим механизмам и устройствам автомобилей, к стартеру предъявляются общие требования - минимальные габариты и масса, длительная и надежная работа в режиме штатных нагрузок, а также удобство технического обслуживания и ремонта.
К специфическим требованиям, обусловленным назначением и условиями работы стартера можно отнести следующее:
Стартер должен развивать мощность, достаточную для преодоления моментов сил сопротивления в интервале температур окружающей среды, на который рассчитана эксплуатация машины и ее двигателя. Повышение температуры стартера во время пусковых циклов не должно приводить к изменениям, отрицательно влияющим на его работоспособность. Для различных типов транспортных средств используются стартеры различной мощности. Так, на легковых автомобилях мощность стартера может составлять 1…2.2 кВт; на грузовых – 4…8 кВт; на тракторах – 1,6…4 кВт; на тяжелой дизельной спецтехнике – до 9 кВт и даже более.
Частота вращения якоря электродвигателя стартера должна обеспечивать пусковую частоту коленчатого вала и уверенный пуск двигателя в интервале эксплуатационных температур.
Якорь стартера должен иметь надежный привод к коленчатому валу при пуске двигателя и автоматически отключаться от него после осуществления пуска. Конструкция стартера и зубчатая передача должны обеспечивать надежный ввод шестерни в зацепление и передачу коленчатому валу двигателя вращающего момента.
Шестерня привода стартера не должна самопроизвольно входить в зацепление с венцом маховика. Муфта свободного хода привода должна защищать якорь от механических повреждений после пуска двигателя.
Тяговое реле стартера должно обеспечивать ввод шестерни в зацепление и включение стартера при снижении напряжения на клеммах аккумуляторной батареи до 75% номинального (для 12-вольтовой батареи стартер должен быть работоспособен при напряжении 9 В, для 24-вольтовой - при 18 В) при температуре окружающей среды 20±5 °С.
Контакты тягового реле должны оставаться замкнутыми при снижении напряжения на выводах стартера до 5,4 и 10,8 В при номинальных напряжениях соответственно 12 и 24 В.
Контактные узлы электродвигателя стартера должны выдерживать существенное повышение температуры в момент пуска.
Поскольку стартер обычно располагается вблизи маховика и крепится сбоку на картере двигателя, возможно попадание загрязнений, воды и смазочного материала в корпус стартера, что крайне неблагоприятно отразится на его работе и может привести к отказу. Поэтому стартеры обычно выполняют в защищенном исполнении, а для транспортных средств, рассчитанных на эксплуатацию в сложных дорожных условиях - в герметичном исполнении.
Работа стартера
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.
Отключение одной из обмоток втягивающего реле позволяет снизить потребляемую этим реле энергию от аккумуляторной батареи, и обеспечить эффективное вращение якоря электродвигателя стартера даже при не полностью заряженной аккумуляторной батарее.
На легковых автомобилях устанавливают унифицированные стартеры. Так, например, на автомобилях АЗЛК-2141 и ВАЗ-2105 применяют стартеры 35.3708 или СТ221. На автомобилях АЗЛК-21412 и ИЖ-21251 устанавливают унифицированный стартер 421.3708.
В корпусе стартера укреплены винтами четыре стальных полюса, на которые надеты обмотки возбуждения. Три катушки сериесные, соединены последовательно с обмоткой якоря, а четвертая (шунтовая) включена параллельно обмотке якоря.
В остальных стартерах применяют по две сериесные и по две шунтовые катушки. Эти стартеры, как правило, имеют четырехполюсный четырехщеточный электродвигатель постоянного тока со смешанным соединением обмоток возбуждения.
Крепление стартера на двигателе
Обычно стартер располагают сбоку картера двигателя, при этом крышка со стороны привода обращена в сторону маховика и входит в специальное отверстие, выполненное на картере сцепления.
Крепление стартера к картеру сцепления осуществляется консольно болтами или шпильками посредством фланца, выполненного на головке со стороны привода. В зависимости от массы стартера крепление может осуществляться двумя или тремя резьбовыми элементами.
Тяжелые стартеры мощностью более 4,4 кВт с диаметром корпуса 130…180 мм устанавливают в углублениях специальных приливов, выполняемых на картере двигателя. К посадочной поверхности прилива двигателя корпус стартера прижимается хомутами из стальных лент или литыми скобами.
Шестерня механизма привода может быть установлена между опорами под крышкой, или консольно за ее пределами. В этом случае в картере сцепления выполняется специальное гнездо с медно-графитовой втулкой, служащей опорой для свободного конца вала якоря стартера.
Устройство и работа стартера автомобиля ВАЗ-2109
Стартер 29.3708 автомобиля ВАЗ-2109, устройство которого показано на рис. 3, работает следующим образом.
При пуске двигателя вращение якоря через винтовые шлицы вала 1 и ступицу 35 передается наружному кольцу 34 роликовой обгонной муфты 5.
Три ролика 4 муфты пружинами через плунжеры 38 смещаются в узкую сторону пазов наружного кольца 34 и всегда заклинены, а внутреннее кольцо 37 вращается как одно целое с наружным. При работающем стартере эффект заклинивания усиливается.
Ступица 35 муфты и шестерня 2, перемещаясь рычагом 8 по винтовым шлицам, входят в зацепление с зубчатым венцом маховика, и от вала 1 якоря через шестерню и маховик будет передаваться крутящий момент на коленчатый вал двигателя.
После пуска двигателя, когда электрическая цепь управления отключается, все подвижные части реле и механизмы привода стартера займут исходное положение под действием пружины втягивающего реле и буферной пружины 33.
Если двигатель начнет работать, а стартер не будет выключен, зубчатый венец маховика заставит шестерню вращаться с более высокой частотой, чем вращается наружная муфта 34 со ступицей 35. При этом ролики 4 с помощью пружин сдвинутся по наклонной поверхности пазов в широкую часть и позволят наружному кольцу вращаться свободно, не передавая усилие на вал якоря, что предупреждает поломку стартера.
Если при перемещении привода зуб шестерни стартера совпадает с зубом венца маховика, буферная пружина 33 привода сожмется больше, позволяя рычагу 8 перемещаться дальше и замкнуть электрическую цепь стартера. Когда якорь повернется на некоторый угол, 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.
Устройство отдельных элементов конструкции стартера рассмотрим на примере стартера 29.9708, применяемого на автомобилях ВАЗ-2109.
Щетки стартера
Якорь стартера
Якорь состоит из вала 1 и напрессованных на него сердечника 25 с обмоткой 25 и коллектора 18. Обмотка уложена в пазы сердечника, набранного из тонких пластин электротехнической стали. Концы обмотки выведены на изолированные друг от друга пластины коллектора.
Коллекторы могут выполняться торцовыми (ВАЗ-2109, ЗАЗ-1102, АЗЛК-2141, ВАЗ-2105 и др.), или цилиндрическими (преимущественно, стартеры грузовых автомобилей).
Торцовой коллектор выполняется в виде пластмассового диска с залитыми в него медными пластинами; такая конструкция позволяет уменьшить длину стартера.
Цилиндрические коллекторы выполняются на пластмассовом трубчатом основании. Такая конструкция обеспечивает равномерный износ щеток по длине рабочей поверхности, а также бόльшую поверхность контакта щеток и коллектора.
Вал якоря вращается в двух пористых металлокерамических втулках 21, пропитанных маслом и запрессованных в крышки стартера. Втулки могут быть и медно-графитовыми. В некоторых стартерах (например, ВАЗ-2109) вал якоря стартера имеет только одну опорную втулку в крышке стартера, а вторая опора предусмотрена в картере сцепления.
В стартерах грузовых автомобилей обычно используется три опорных втулки для поддержания якоря – в крышках и промежуточной опоре.
Втягивающее реле
Втягивающее реле 10 устанавливается сверху на корпусе стартера и состоит из корпуса со втягивающей 11 и удерживающей 12 обмотками, крышки 15 с контактными болтами 17 и якоря 9 со штоком 13, сердечником 14 и контактными пластинами.
Крышки стартера
Передняя крышка стартера (иногда ее называют головкой стартера) имеет фланец, которым стартер крепится к картеру сцепления. В этой крышке на валу якоря смонтирован привод стартера. Если крышка является опорой якоря, в ней запрессовывается опорная втулка. Опорная втулка передней крышки изнашивается быстрее, чем втулка задней крышки, поскольку она испытывает бόльшую нагрузку во время работы стартера.
Задняя крышка служит опорой для одного из концов якоря, а также для крепления щеточного узла. Для предотвращения попадания грязи и влаги в стартер задняя крышка закрывается металлическим чехлом с уплотнительной прокладкой.
Принцип работы стартера проще понять, просмотрев видеоролик, представленный ниже.
Стартер, так же как и генератор, состоит из якоря 1 с коллектором 2, крышки 3, стального корпуса 4 с полюсными башмаками 6 и обмотками возбуждения 5 и щеток с щеткодержателями. В отличие от генератора у стартера обмотки возбуждения соединены с обмоткой якоря не параллельно, а последовательно и полюсных башмаков у него не два, а четыре. Обмотки возбуждения и обмотка якоря у стартера большей толщины, чем у генератора, и способны пропускать ток большой величины.
Рис. Стартер: 1 — якорь; 2 — коллектор; 3 — крышка; 4 — корпус; 5 — обмотка возбуждения; 6 — полюсный башмак; 7 — картер сцепления двигателя
Принцип действия стартера основан на обратимости электрических машин, т. е. на свойстве генератора при подведении к его щеткам тока от аккумуляторной батареи превращаться в электродвигатель. Вращается якорь в результате взаимодействия двух магнитных полей, одно из которых создается током в обмотке якоря, а другое — током в обмотках возбуждения.
Во время запуска двигателя вал якоря стартера через шестеренчатую передачу вращает маховик до тех пор, пока двигатель Не начнет работать; после этого шестерня стартера автоматически разъединяется с зубчатым венцом маховика двигателя.
Шестерня стартера соединяется и разъединяется с зубчатым венцом маховика при помощи приводного механизма стартера. У большинства автомобилей приводной механизм состоит из вилки 1 включения, шлицевой втулки 2 и муфты 3 свободного хода с шестерней 4.
Рис. Схема приводного механизма стартера: 1 — вилка включения: 2 — шлицевая втулка; 3 — муфта свободного хода; 4 — шестерня; 5 — кольцо; 6 — пружина; 7 — винт; 3 — стержень включателя стартера; 9 — клемма положительного провода батареи; 10— клемма соединения со стартером; 11 — шина; 12 и 15 — клеммы соединения с вариатором; 13 и 14 — пластины; 16 — корпус включателя
При нажатии на педаль стартера вилка 1 включения перемещает кольцо 5 в сторону маховика. Это движение передается шестерне 4 через буферную пружину 6 и муфту 3 свободного хода, заставляя ее входить в зацепление с венцом маховика. При дальнейшем ходе педали вилка включения винтом 7 нажимает на стержень 8 включателя стартера, который и замыкает электрическую цепь. Стартер начинает вращать коленчатый вал двигателя.
Если при включении стартера зубья шестерни оказываются против зубьев венца маховика и шестерня не может войти в зацепление с венцом, то кольцо 5 сжимает буферную пружину 6 и позволяет винту 7 нажать на стержень 8. При первом же движении якоря шестерня стартера силой буферной пружины вводится в зацепление с венцом маховика и начинает вращать его. Чтобы облегчить вход шестерни стартера в зацепление, зубья венца маховика слегка закруглены и скошены с торцов.
В корпусе 16 включателя укреплены четыре клеммы, изолированные от массы текстолитовыми втулками и шайбами. К клемме 9 присоединен провод от положительной клеммы аккумуляторной батареи, клеща 10 соединена медной шиной 41 с клеммой стартера. К клеммам 12 и 15 присоединены провода добавочного сопротивления (вариатора) катушки зажигания (клеммы ВК и В К-В). Перемещаясь, стержень при помощи пластин 14 и 13, изолированных от него текстолитовыми втулками и шайбами, сначала замыкая клеммы 12 и 15, замыкает накоротко добавочное сопротивление катушки зажигания, а затем, замыкая клеммы 9 и 10, включает цепь стартера.
Если двигатель начал работать, а водитель продолжает нажимать на педаль, то зубчатый венец маховика вращает шестерню 4 стартера с большим числом оборотов. Однако вследствие действия муфты свободного хода, которая передает усилие только в одну сторону, вал якоря стартера разобщается с шестерней и стартер будет предохранен от разноса.
Рис. Устройство и схема работы муфты свободного хода: а — устройство муфты; б — схема работы муфты; 1 — внешняя обойма; 2 — крестовина; 3 — ролики; 4 — штифт; 5 — внутренняя (шлицевая) обойма
Муфта свободного хода состоит из двух обойм — внешней 1 и внутренней 5. Внешняя обойма выполнена заодно, с шестерней привода и насажена на гладкий конец вала якоря стартера. Внутренняя обойма представляет собой шлицованную изнутри втулку, насаженную на шлицованную часть вала якоря стартера. На наружной поверхности втулки имеется крестовина 2 со скошенными пазами. В пазах помещены четыре ролика 3, прижимающиеся к стенкам штифтами 4 с пружинами.
Наружная обойма надевается на внутреннюю. При запуске двигателя, когда электрическая цепь стартера замкнута, усилие якоря передается через шлицы на внутреннюю обойму, крестовину, ролики и через внешнюю обойму на шестерню привода, которая вводится в зацепление с зубчатым венцом маховика и вращает маховик двигателя.
Как только двигатель начинает работать, наружная обойма вследствие разности угловых скоростей шестерни стартера и венца маховика меняет положение относительно внутренней так, что ролики крестовины преодолевают сопротивление пружин и выкатываются из заклинивающей части скосов. Наружная обойма начинает вращаться на втулке свободно, не передавая усилия валу стартера.
После освобождения педали стартера рычаг включения под действием возвратной пружины возвращается в исходное положение, выводит шестерню из зацепления и выключает стартер.
На дизельных большегрузных автомобилях (КрАЗ-214, КрАЗ-219 и др.) применяются стартеры большой мощности с номинальным напряжением 24 в.
У таких стартеров шестерня вводится в зацепление с венцом маховика двигателя при помощи реле включения с электромагнитным приводным механизмом, смонтированным на корпусе стартера.
Так как для работы стартера необходимо напряжение 24 в, включатель стартера при нажатии иа его кнопку сначала переключает две 12-вольтовые группы аккумуляторных батарей с параллельного соединения на последовательное, а затем включает реле электромагнитного приводного механизма.
По окончании запуска двигателя, когда кнопка включателя отпущена, стартер автоматически выключается и группы аккумуляторных батарей переключаются с последовательного соединения на параллельное.
Пусковой переключатель, при помощи которого осуществляется это переключение, устанавливается на переднем щитке кабины. К основным частям переключателя относятся обмотка 1 электромагнита, якорь 2 со штоком 3 и контактными пластинами 4 и 14.
Переключатель включается кнопкой 19. Когда кнопка нажата, ток идет через обмотку электромагнита. При этом магнитное поле катушки втягивает якорь 2 и шток 3. Укрепленная на штоке текстолитовая шайба размыкает серебряные контакты 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, 12 и 43, через которые аккумуляторные батареи были соединены параллельно одна другой. При дальнейшем движении штока 3 контактная пластина 14 замыкает контакты 15 и 17, включая обмотки реле 16 стартера.
В конце хода якоря пластина 4 замыкает главные контакты 5 и 18, соединяя аккумуляторные батареи последовательно, т. е. подавая в обмотку якоря стартера ток напряжением 24 в.
Работу реле стартера рассмотрим на рисунке.
Ток от положительной клеммы аккумуляторной батареи через обмотки якоря и возбуждения стартера поступает во втягивающую 2 и удерживающую 1 обмотки реле стартера и, пройдя переключатель, возвращается к отрицательной клемме батареи.
Магнитный поток обмоток реле втягивает якорь реле, который своей контактной пластиной 3 замыкает контакты 4 и 5. К этому моменту якорь при помощи рычага 6 вводит шестерню стартера в зацепление с зубчатым венцом маховика. Таким образом, втягивающая обмотка оказывается замкнутой накоротко пластиной 3, и стартер развивает полную мощность, необходимую для вращения коленчатого вала двигателя.
Рис. Схема переключателя стартера: 1 — обмотка электромагнита; 2 — якорь; 3 — шток; 4 и 14 — контактные пластины; 5 и 18 — главные контакты включения стартера; 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13 — серебряные контакты; 10 и 17 — выводные контакты обмотки реле стартера; 16 — реле стартера; 19 — кнопка переключателя; 20 — аккумуляторные батареи
Рис. Схема реле включения стартера: 1 — удерживающая обмотка; 2 — втягивающая обмотка; 3 — контактная пластина; 4 и 5 — контакты; 6 — рычаг
Шестерня стартера входит в зацепление с венцом маховика следующим образом. При втягивании якоря реле 4 включения рычаг 5 передает усилие через ролик 2 стакану 14 и перемещает его по валу 3 якоря в сторону маховика. При движении стакана шайба 7 упирается в тело шестерни 40, пружина 6 сжимается и стакан нажимает на гайку 5. Гайка выходит из углубления в шлицах вала якоря и через пружину 9 давит на шестерню стартера, перемещая ее по спиральным шлицам. 11 до упорного кольца 12 и вводя в зацепление с зубцами венца 13 маховика.
Рис. Схема привода включения шестерни стартера: 1 — спиральный вырез; 2 — ролик; 3 — вал якоря; 4 — реле включения; 5 — рычаг; 6 — пружина; 7 — шайба; 8 — гайка; 9 — пружина; 10 — шестерня; 11 — спиральные шлицы; 12 — упорное кольцо; 13 — венец маховика; 14 — стакан
Если двигатель начал работать, а водитель еще держит руку на кнопке включателя, разъединение шестерни стартера с венцом маховика происходит так: как только венец маховика начинает передавать усилие шестерне, она, вращаясь быстрее относительно вала якоря; перемещается в исходное положение. Одновременно и стакан 14 перемещается назад, пропуская ролик 2 по спиральному вырезу 1. Гайка 8 входит в углубление в шлицах, и шестерня надежно фиксируется на валу якоря.
При выключении тока в обмотках реле рычаг под действием пружины в занимает исходное положение, а ролик 2 переходит по спиральному вырезу 1 в уступ.
Для обеспечения возможности преодоления глубоких бродов стартеры ряда армейских автомобилей (Урал-375 и др.) изготавливаются герметизированными. Это позволяет использовать стартер для пуска двигателя в воде, заглохшего при прохождении водной преграды.
Герметизация стартера достигается тем, что смотровые окна для доступа к щеткам закрыты специальным колпаком, уплотненным резиновыми кольцами. Стык корпуса с крышкой, стык стартера с картером маховика (по посадочному пояску крышки), выводные болты и другие места соединений уплотнены посредством специальных резиновых шайб и колец.
Герметизированные стартеры, как правило, выполняются с дистанционным включением при помощи реле и электромагнитного приводного механизма, устроенных и работающих так же, как аналогичные механизмы стартеров автомобилей КрАЗ-214 и КрАЗ-219.
Краткие сведения о стартерах помещены в таблице.
| Марка автомобиля | Тип | Мощность, л.с. | Привод ведущей шестерни | Номинальное напряжение, в |
| ГАЗ-69 и ГАЗ-69 А | СТ-20 | 1,2 | Ножной педалью | 12 |
| ГАЗ-63 и ГАЗ-51 А | СТ-08 | 1,34 | — | 12 |
| ЗИЛ-157 К, ЗИЛ-164 А, ЗИЛ-157, ЗИЛ-164, ЗИЛ-151* и ЗИЛ-150* | СТ-15Б | 1,34 | — | 12 |
| Урал-375 | СТ-2 | 1,4 | Электромагнитным реле включения | 12 |
| КрАЗ-214 и КрАЗ-219 | СТ-26 | 11 | То же | 24 |
* На автомобилях ЗИЛ-151 и ЗИЛ-150 первых выпусков устанавливался стартер СТ-15 с дистанционным включением при помощи электромагнитного реле.
Система стартерного пуска широко применяется на колесных и гусеничных машинах. На последних в качестве резервной (а иногда и основной) используется система пуска двигателей сжатым воздухом. Резервной также является система ручного пуска некоторых карбюраторных двигателей их прокруткой вручную.
Устройством, облегчающим пуск двигателя при температурах окружающего воздуха не ниже -25 °С, является электрофакельный подогреватель воздуха (ЭФП), подключаемый к системе питания топливом двигателя. Принцип его действия основан на испарении топлива в штифтовых свечах накаливания и воспламенении смеси паров топлива и воздуха. Возникающий при сгорании факел подогревает поступающий в цилиндры воздух и облегчает пуск двигателя. Устройство и принцип действия ЭФП будут рассмотрены далее.
Система стартерного пуска двигателя внутреннего сгорания ТС состоит из:
- стартера (электродвигателя постоянного тока, как правило, последовательного возбуждения)
- аккумуляторной батареи
- цепи стартера
- средств облегчения пуска двигателя
Для успешного пуска двигателя стартеру необходимо преодолеть его момент сопротивления, определяемый суммой моментов от сил трения, сжатия воздуха в цилиндрах, момента на привод вспомогательных механизмов двигателя при его прокрутке (работе) и др. Мощность аккумуляторной батареи должна быть достаточной для пуска двигателя с помощью стартера.
При пуске коленчатому валу необходимо сообщить ту минимально возможную частоту вращения, при которой двигатель начинает работать устойчиво. Для карбюраторных двигателей эта частота вращения составляет 50… 100 мин-1, а для дизелей — 120. ..200 мин-1, причем для всех двигателей характерно возрастание минимальной пусковой частоты вращения при понижении температуры окружающего воздуха.
Рассмотрим устройство стартера с электромагнитным приводом и дистанционным управлением. Его конструкция включает в себя корпус 75, якорь 16, крышки 8 и 19. Привод стартера кроме шестерни 11 содержит муфту 12 свободного хода и поводковую муфту 14. При пуске двигателя якорь 4 тягового реле, втягиваясь магнитным полем катушки 3, перемещается влево и посредством рычага 7 заставляет перемещаться муфту 14 привода (вправо) до зацепления шестерни под действием пружины 13 с венцом маховика двигателя. Подвижный контакт 2 тягового реле замыкает цепь аккумуляторная батарея—стартер. Якорь 16 стартера начинает вращаться под действием магнитного поля, приводя во вращение маховик и, следовательно, коленчатый вал двигателя. Вследствие принудительного вращения коленчатого вала и работы всех обслуживающих систем произойдет пуск двигателя.
В случае если после пуска двигателя шестерня не вышла из зацепления с венцом маховика, муфта свободного хода 12 не передаст на якорь 16 воздействие от маховика, частота вращения которого значительно увеличивается.
Как правило, применяются муфты свободного хода роликового типа. Они передают вращение только в одну сторону — от стартера к маховику. В состав такой муфты входит шлицевая втулка 3 привода с внутренними спиральными шлицами для размещения на валу стартера и перемещения вдоль его оси. На втулке укреплена ведущая обойма 5 с четырьмя клиновидными пазами, в которых установлены ролики 6. Ролики постоянно поджимаются пружинами 11 через плунжеры 10 в сторону узкой части пазов. Шестерня 8 выполнена как единое целое со ступицей 7.
При включении стартера вращающий момент от втулки передается посредством заклиненных роликов на ступицу шестерни, раскручивающей маховик двигателя. Таким образом, в момент пуска втулка и шестерня вращаются с одинаковой частотой и являются ведущими деталями по отношению к маховику. После пуска ступица и шестерня станут ведомыми деталями (ведущей деталью будет зубчатый венец маховика), а ролики расклинятся, т.е. выйдут из узкой части пазов. Обойма 5 и шестерня 8 будут вращаться с разной частотой. До тех пор пока шестерня не выведена из зацепления с венцом маховика, она вращается независимо от вала стартера.
Рис. Стартер с электромагнитным приводом и дистанционным управлением:
1 — неподвижные контакты тягового реле; 2 — подвижный контакт; 3 — катушка тягового реле; 4 — якорь тягового реле; 5 — кожух; 6 — заклепка; 7 — рычаг; 8, 19 — крышки; 9 — упорное кольцо; 10 — заглушка; 11 — шестерня привода; 12 — муфта свободного хода; 13 — пружина; 14 — поводковая муфта привода; 15 — корпус статора; 16 — якорь стартера; 17 — катушка возбуждения; 18 — коллектор; 20 — защитный кожух; 21 — пружина щеткодержателя; 22 — щеткодержатель; 23 — графитовая щетка
Рис. Муфта свободного хода роликового типа:
1, 4 — ограничительная и буферная пружины соответственно; 2 — поводковая муфта; 3 — шлицевая втулка; 4 — пружина; 5 — ведущая обойма; 6 — ролик; 7 — ступида (ведомая обойма); 8 — шестерня; 9 — корпус; 10 — плунжер; 11 — пружина плунжера
Кроме тягового реле и главных контактов 1 и 2 дистанционный привод стартера имеет реле включения (вспомогательное реле, работающее по принципу прибора реле-регулятора).
При нажатии на кнопку выключения стартера (у дизельных машин) или повороте ключа зажигания (у ТС с карбюраторным двигателем) включается вспомогательное реле, по обмоткам которого протекает ток малой силы (0,5 А). При замыкании подвижных контактов вспомогательного реле по катушке 3 тягового реле течет ток силой до 15 А. В результате намагничивания обмотки тягового реле якорь 4 перемещается до тех пор, пока не замкнутся контакты этого реле. После замыкания его главных контактов ток от аккумуляторной батареи начинает течь по обмоткам стартера и приводит его вал во вращение. Одновременно шестерня стартера входит в зацепление с зубчатым венцом маховика двигателя ТС.
Особенности систем пуска дизелей можно проследить по схеме системы пуска и электроснабжения автомобилей МАЗ, КЗКТ и др.. Система электропуска состоит из стартера, аккумуляторных батарей, ЭФП, предпускового подогревателя, промежуточного реле и защитной аппаратуры.
Работа и электропитание стартера и генератора переменного тока рассмотрены ранее.
В схеме электрооборудования предусматривается блокировка выключения аккумуляторных батарей при работающем генераторе. Она предотвращает перенапряжение в системе электроснабжения потребителей электроэнергии. Выключение аккумуляторных батарей возможно только после отключения обмотки возбуждения генератора от электрической цепи при установке выключателя 4 приборов и стартера в нейтральное положение.
Выключатель приборов и стартера предназначен для подключения к системе электрооборудования приборов и других потребителей электроэнергии. Выключатель имеет четыре положения: 0 — все выключено, I — включены приборы и другие потребители электроэнергии, II — включен стартер, III — включен радиоприемник.
Электрофакельный подогреватель воздуха включается водителем из кабины специальным ключом. Принцип его действия заключается в испарении топлива в штифтовых свечах накаливания и воспламенении образующейся топливной смеси (возникновении горящего факела). Факел подогревает поступающий в цилиндры двигателя воздух, облегчая его пуск. Штифтовые свечи установлены во впускных коллекторах воздуха и соединены топливопроводами с электромагнитным топливным клапаном, расположенным в системе питания двигателя.
При работе ЭФП реле 1 блокировки генератора отключает его обмотку возбуждения до пуска двигателя, чтобы не перегорели спирали штифтовых свечей из-за избыточного напряжения в электросети при работе генератора.
Предпусковой подогреватель используется в зимнее время (при температуре окружающего воздуха ниже °С). Его главный элемент — свеча накаливания, расположенная в полости специальной камеры сгорания, в которую по трубопроводу нагнетается топливо от шестеренного насоса, В камеру поступает воздух, подаваемый вентилятором, и смешивается с топливом. Смесь топлива и воздуха воспламеняется от свечи накаливания. После воспламенения свеча выключается. Сгорая, топливовоздушная смесь нагревает стенки теплообменника, и теплота передается жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя, что облегчает его пуск.
Читайте также: