Пусковые устройства дизелей

технические науки

• Борисов Геннадий Александрович , доктор наук, профессор, профессор
• Ичанкин Юрий Викторович , аспирант
• Рязанский Государственный Агротехнологический Университет им. П.А.Костычева

• НАДЕЖНОСТЬ ПУСКА ХОЛОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ
• ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
• ПУСК
• ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
• СТАРТЕР
• ХОЛОДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Похожие материалы

Важным качеством дизельного двигателя является его приспособленность к запуску в холодном состоянии. В ГОСТ Р 54120-2010 термин «холодный двигатель», определен как: двигатель при температуре его деталей, охлаждающей жидкости, масла и топлива, отличающейся от температуры окружающего воздуха не более чем на 1°С (без учета погрешностей измерений).

Также согласно ГОСТ Р 54120-2010 стартерная система пуска должна обеспечивать необходимую для надежного пуска холодного двигателя частоту вращения коленчатого вала в соответствии с требованиями к пусковым качествам двигателей и требованиями к двигателю данного ГОСТ, с общим числом попыток пуска не менее трех [1].

При создании новых конструкций двигателей стремятся снизить его минимальную пусковую скорость вращения коленчатого вала с целью уменьшения мощности, веса, стоимости и габаритов пусковых систем, а также повысить надежность пуска.

Пуск дизеля возможен при помощи следующих способов:

1. Ручной пуск;
2. Электростартерный пуск;
3. Пневмостартерный пуск;
4. Воздушный (цилиндровый) пуск;
5. Пуск вспомогательным поршневым двигателем;
6. Пуск инерционным стартером.

Необходимые для пуска двигателя мощность, скорость вращения и вращающий момент пускового устройства (ПУ), находят из выражений:

л.с.,

• P— мощность пускового устройства;
• M_с — момент коленчатого вала двигателя ;
• n_min— минимальная пусковая скорость вращения коленчатого вала;
• ,85- к.п.д. зубчатой передачи;

об/мин;

• n — скорость вращения пускового устройства;
• i — передаточное отношение между шестерней стартера и венцом маховика двигателя;

кГм,

где M — вращающий (пусковой) момент пускового устройства.

Пуск дизелей от руки возможен для маломощных и двигателей средней мощности. Это актуально для двигателей устаревших конструкций, имеющих специальные приспособления и маломощных дизель- генераторных установок (ДГУ). Современные маломощные двигатели, устанавливаемые на легковые автомобили, коммерческую технику и малогабаритную спецтехнику, как правило, не приспособлены для ручного запуска.

Электростартерный пуск является основным способом пуска для большинства видов дизельной техники. Для воспламенения топлива нужна достаточно высокая скорость вращения коленчатого вала при пуске, это необходимо для получения достаточно большой температуры в конце хода сжатия. При этом важно чтобы сжатый воздух не успел охладиться через стенки цилиндра и камеры сгорания (КС) и чтобы утечка воздуха через компрессионные кольца заметно не влияла на давление в КС.

А в дизелях классической конструкции, скорость движения плунжера топливного насоса высокого давления (ТНВД) зависит от пусковой скорости и определяет достаточное давление впрыска топлива.

Момент сопротивления вращению и собственные пусковых качества двигателя — это два основных фактора влияющих на подбор стартера по пусковой мощности. Большую мощность стартеров дизельных двигателей определяют возросший крутящий момент, высокие степень сжатия и минимальная скорость вращения. А повышение напряжения до 24 вольт позволяет получить большую мощность электродвигателя стартера при меньших размерах. При напряжении 12 вольт, была бы слишком большая сила тока в цепи электродвигателя стартера, что привело бы к увеличению его габаритов и емкости аккумуляторных батарей. Сопротивление обмоток стартера обычно очень низкое и не превышает 1 мОм.

Рис. 1. Характеристики электродвигателя с последовательным возбуждением

Пусковому (начальному) режиму стартера соответствуют следующие условия: момент пуска- n_ст=0, электродвигатель потребляет максимальный ток короткого замыкания I_к.з., вращающий момент достигает максимума. А пусковая частота вращения коленчатого вала дизельных двигателей находится в пределах 150-250 об/мин, что в 2 – 3 раза больше, чем у бензиновых.

Максимальный крутящий момент M_вр развивается при малой частоте вращения якоря. (Рис.1.) При этом сила тока в обмотке электродвигателя может достигать наибольшего значения и составлять 200- 900 А, в зависимости от модели стартера.

По мере увеличения частоты вращения якоря, сила тока в обмотках уменьшается и соответственно уменьшается момент на валу якоря. Такой закон изменения крутящего момента наиболее благоприятен для пуска двигателя, так как в начале проворачивания коленчатого вала момент сопротивления наибольший [2].

Полезная мощность стартера P₁ (л.с.):

• меньше электромагнитной на величину механических и магнитных потерь: Р₁= Р_эл— Р_мех— Р_магн;
• подсчитывается по формуле: , где M₁ — вращающий момент, кГм;
• число оборотов якоря в минуту.
• равна нулю при заторможенном якоре, когда n₁ =0, и при холостом ходе, когда M₁=0 [3].

Разделив полезную мощность стартера на угловую скорость вращения якоря ω, найдем полезный момент стартера: [13]

.

Согласно ГОСТ Р 54120-2010 термин «надежный пуск двигателя» определяется как: «Пуск двигателя, оборудованного всеми навесными агрегатами, на основном топливе не более чем за три попытки пуска «холодного двигателя» и не более чем за две попытки пуска «горячего двигателя» и двигателя после «тепловой подготовки».

Надежность электрического пуска сильно зависит от начальной скорости вращения коленчатого вала, которая в свою очередь определяется максимальным вращающим моментом M_вр и пусковой мощностью стартера P_пол. Повысить эти параметры можно увеличением силы тока в цепи и напряжения на зажимах стартера. А достичь этого возможно лишь снизив падение напряжения на выводах аккумуляторной батареи, уменьшив её внутреннее сопротивление путем увеличения ёмкости и температуры электролита, а также применением контактных соединительных проводов малого сопротивления и поддерживая стартер в исправном техническом состоянии.

На данный момент на отечественных дизельных тракторах и грузовых автомобилях применяют стартеры следующих моделей:

Таблица 1. Технические данные некоторых типов стартеров [5]

Пусковой двигатель: понятие, виды, технические характеристики, правила запуска и особенности эксплуатации

Пусковой двигатель, или «пускач», представляет собой двигатель внутреннего сгорания карбюраторного типа мощностью 10 лошадиных сил, который используется для облегчения запуска дизельных тракторов и спецтехники. Подобные устройства ранее устанавливались на все тракторы, однако сегодня на их место пришел стартер.

Устройство пускового двигателя

Конструкция ПД состоит из:

• Системы питания.
• Редуктора пускового двигателя.
• Кривошипно-шатунного механизма.
• Остова.
• Системы зажигания.
• Регулятора.

Остов двигателя состоит из цилиндра, картера и головки цилиндров. Части картера соединены между собой болтами. Штифты очерчивают центр пускового двигателя. Передаточные шестерни защищены специальной крышкой и располагаются в передней части картера, цилиндр — в верхней части. Удвоенные литые стенки создают рубашку, в которую подается вода через патрубок. Колодцы, соединенные двумя продувочными окнами, позволяют смеси поступать в картер.

По своему устройству пусковые двигатели являются двухтактными стартовыми двигателями, идущими в паре с модифицированными дизелями. Двигатели оснащаются однорежимным центробежным регулятором, напрямую подключаемым к карбюратору. Стабильность работы коленвала, как и открытие и закрытие дроссельной заслонки, регулируются в автоматическом режиме. Несмотря на малую мощность (всего 10 лошадиных сил), ПД может вращать коленвал со скоростью 3500 оборотов в минуту.

Принцип работы пускового двигателя

Пускач, как и большинство одноцилиндровых двухтактных двигателей, работает на бензине. ПД оснащается свечами зажигания, проводами высокого напряжения и электрическим стартером.

• Поршень за время перехода расстояния между нижней и верхней мертвой точкой перекрывает сначала продувочное окно, а после — впускное.
• Попавшая за это время в камеру сгорания горючая смесь попадает под давление.
• Разрежение, появляющееся в этот момент в кривошипно-шатунном механизме, переводит горючую смесь из карбюратора в кривошипную камеру после открытия поршнем впускного окна.
• Воспламенение горючего при помощи искры происходит в момент, когда поршень находится около ВМТ. Детали смазываются посредством разбрызгивания топлива, которое смешивается в соотношении 1:1 с маслом.

Простая конструкция пусковых двигателей (ПД) позволяет использовать топливо и масло самого низкого качества. Включается пускач посредством нажатия расположенной на его корпусе кнопки.

Модели ПД

Некоторые модели пускачей до сих пор используются на тракторах и спецтехнике различных марок и моделей.

• ПД-8. Одноцилиндровый двухтактный двигатель мощностью 5,1 кВТ. Частота вращения коленчатого вала — 4300 оборотов в минуту. Топливная смесь образуется внешним способом при помощи карбюратора. Диаметр и ход цилиндра одинаковы и составляют 62 миллиметра, рабочий объем — 0,2 литра. Степень сжатия топлива — 6,6. В качестве горючего используется смесь дизельного масла и бензина в пропорции 1:15.
• ПД-10. Одноцилиндровый двухтактный двигатель с кривошипно-камерной продувкой. Смесеобразование внешнее, при помощи карбюратора. Ход цилиндра составляет 85 миллиметров, диаметр — 72 миллиметра, объем — 0,346 литра. Крутящий момент — 25 Н/м, степень сжатия горючего — 7,5.
• П-350. Одноцилиндровый двухтактный пусковой двигатель с кривошипно-камерной продувкой. Образование смеси карбюраторное. Ход цилиндра — 85 миллиметров, диаметр — 72 миллиметра, объем цилиндра — 0,364 литра. Крутящий момент 25 Н/м, степень сжатия — 7,5.

Часто встречаемые неполадки и способы их устранения

В случае если запуск пускового двигателя выполнить не удается, диагностируют проблему и пытаются ее устранить. Причиной этого может быть засорение основных механизмов и деталей двигателя, что препятствует попаданию топлива в поплавковую камеру. Устранить это можно очисткой всех деталей.

Отсутствие искры на конце свечи может быть еще одной причиной, по которой не запускается двигатель. В таком случае проверяется проводка, проходящая через магнето. Сбитая регулировка корректируется после запуска и прогрева двигателя. Некорректно выставленный угол опережения зажигания может быть одной из причин того, что ПД не запускается.

Некорректная работа двигателя может быть вызвана несколькими причинами:

• Жиклер холостого хода был засорен.
• Неправильно настроен винт холостого хода.
• Загрязнение главного жиклера.
• Неправильная настройка угла зажигания.
• Проблемы с открытием дроссельной заслонки.
• Засорение трубопровода.
• Засорение пускового конденсатора двигателя.

Быстрый перегрев двигателя устраняется доливом воды, однако причин нагрева может быть несколько — к примеру, засорение пространства между головкой и цилиндром или камеры сгорания нагаром. Устраняется это очисткой всех механизмов выключенного двигателя. Однако причиной перегрева пускача не всегда является отсутствие воды или загрязнение: изначально он рассчитан на 10 минут работы за раз максимум. Более длительная работа может привести к его ускоренному износу.

Регулировка и настройка ПД

Стабильная и корректная работа пускача возможна только при правильной настройке всех механизмов и деталей. Сначала настраивается карбюратор посредством установки длины тяги, объединяющей рычаг дроссельной заслонки и регулятор. Регулировка карбюратора осуществляется на низких оборотах.

Следующий этап — настройка оборотов коленчатого вала при помощи пружины. Изменение уровня ее сжатия позволяет отрегулировать количество оборотов. Последними регулируются система зажигания и механизм выключения приводной шестерни.

Двигатель ПД-10

Основной деталью конструкции ПД-10 является чугунный картер, собранный из двух половин. К картеру посредством четырех шпилек крепится чугунный цилиндр, к передней стенке которого прикреплен карбюратор, к задней — глушитель. Чугунная головка закрывает цилиндр сверху, зажигательная искровая свеча ввернута в центральное отверстие. Наклонное отверстие, или краник, предназначается для продувки цилиндра и заливки топлива.

Коленчатый вал размещен на шарикоподшипниках и роликовых подшипниках во внутренней полости картера. Шестерня крепится на переднем конце коленчатого вала, а на заднем — маховик. Самоподжимные сальники уплотняют места выхода коленчатого вала из картера. Сам коленчатый вал обладает составной конструкцией.

Система питания представлена воздухоочистителем, топливным баком, карбюратором, фильтром-отстойником, топливопроводом, который соединяет карбюратор и отстойник бачка.

В качестве топлива для однофазного двигателя с пусковой обмоткой используется смесь из дизельного масла и бензина в соотношении 1:15. Одновременно с этим смесь применяется для смазки поверхностей трущихся деталей двигателя.

Система охлаждения двигателя общая с дизелем и является водяной термосифонной.

Система зажигания представлена магнето правого вращения, проводами и свечами. Шестерни коленчатого вала приводятся в действие магнето.

Электрический стартер провоцирует пусковой момент двигателя ПД-10. Маховик соединяется с шестерней стартера специальным венцом и имеет канавку, предназначенную для ручного запуска двигателя.

После запуска двигатель с пусковой обмоткой соединяется посредством механизма передачи с основным двигателем трактора. Механизм передачи состоит из фрикционного многодискового сцепления, автомата включения, обгонной муфты и понижающей шестеренной передачи. В пусковой момент асинхронного двигателя автомат включения цепляет шестерню с зубчатым маховиком, приводя в движение фрикционную муфту. Частота вращения коленчатого вала основного двигателя набирается до тех пор, пока он не начнет самостоятельно работать. После этого активируются сцепление и автомат включения. Пускач останавливается после разрыва электрической цепи.

Для обеспечения корректного пускового момента асинхронного двигателя топливная смесь подается к цилиндрам карбюраторных двигателей системой питания, от которой зависят основные показатели двигателя — экономичность, мощность, токсичность отработанных газов. Система должна содержаться в отличном техническом состоянии при эксплуатации пускачей.

Преимущества пусковых ДВС и предъявляемые к ним требования

Среди достоинств двигателей отмечают возможность подогрева моторного масла в картере при помощи отработанных газов и прогрева охлаждающей системы посредством циркуляции охлаждающей жидкости через рубашку охлаждения.

Карбюраторные двигатели принципиально отличаются от других моторов системой питания, включающей топливную систему и устройства, обеспечивающее его питание воздухом.

Основные требования, предъявляемые к карбюраторам:

• Быстрый и надежный пуск двигателя.
• Тонкое распыление топлива.
• Обеспечение быстрого и надежного запуска двигателя.
• Точное дозирование горючего для обеспечения отличных мощностных и экономических показателей во всех режимах работы двигателя.
• Возможность плавного и быстрого изменения режима работы двигателя.

Техническое обслуживание ПД

Техническое обслуживание пускача заключается в регулировке зазоров между контактами прерывателя магнето и электродами свечи зажигания. А также в диагностике и осмотре пусковой рабочей обмотки двигателя.

Проверка зазоров между электродами

Свечу зажигания выкручивают, отверстие закрывают заглушкой. Нагар на свече устраняют ее помещением на несколько минут в ванночку с бензином. Изолятор очищают специальной щеткой, корпус и электроды — металлическим скребком. Зазор между электродами проверяют щупом: его величина должна быть в пределах 0,5-0,75 миллиметра. Регулировка зазора осуществляется подгибанием бокового электрода в случае необходимости.

Исправность свечи проверяется посредством ее подключения к магнето проводами и прокручиванием коленчатого вала до появления искры. После проверки и обслуживания свеча возвращается на место и закручивается.

Проверка зазора между контактами прерывателя

Детали прерывателя протираются мягкой тканью, смоченной в бензине. Нагар, образовавшийся на поверхности контактов, зачищается надфилем. Коленчатый вал двигателя прокручивается до максимального размыкания контактов. Измерение зазора осуществляется специальным щупом. Если возникает необходимость в регулировке зазора, то при помощи отвертки ослабляется затяжка винта и крепления стойки. Фитиль кулачка смачивается несколькими каплями чистого моторного масла.

Регулировка момента зажигания

Момент зажигания пускового двигателя регулируется после выкручивания свечи зажигания. В отверстие цилиндра опускается глубомер штангенциркуля. Минимальное расстояние до днища поршня показывается глубомером в момент поворота коленчатого вала и поднятия поршня в верхнюю мертвую точку. После этого коленвал проворачивается в обратную сторону, а поршень опускается ниже мертвой точки на 5,8 миллиметра. Контакты прерывателя магнето должны при этом размыкаться кулачком ротора. Если этого не происходит, то магнето поворачивается до размыкания контактов и фиксируется в данном положении.

Регулировка редуктора

Техническое обслуживание редуктора пускача заключается в его регулярном смазывании и настройке механизма включения. Муфта редуктора начинает пробуксовывать при регулировке механизма включения в случае чрезмерного износа дисков. Признаками этого является перегрев муфты и слишком медленное вращение коленчатого вала при запуске.

Механизм включения редуктора регулируется при запуске пусковой шестерни посредством поворота рычага вправо и снятия пружины. Под действием пружины рычаг возвращается в крайнее левое положение и включает сцепление редуктора. При этом угол между вертикалью и рычагом должен составлять 15-20 градусов.

Рычаг переставляется на шлицах валика в случае, если угол не соответствует указанной норме. Он перемещается из крайнего левого в крайнее правое положение под действием оттяжной пружины. Положение рычага регулируется вилками тяги таким образом, чтобы он располагался в горизонтальном положении, после чего устанавливается пружина. Левый конец прорези серьги при правильной регулировке должен соприкасаться с пальцем рычага, а сам палец — с правым концом прорези серьги с небольшим зазором. На серьге метками ограничена зона, в пределах которой должен находиться палец рычага при включенной муфте редуктора.

Правильно отрегулированный привод обеспечивает включение пусковой шестерни при поднятии рычага в верхнее крайнее положение и включении муфты редуктора при переходе в крайнее нижнее положение. При включении шестерни должна включаться муфта редуктора, что является обязательным условием.

Регулировка механизма включения редуктора

Механизм включения редуктора регулируется посредством перевода рычага управления муфтой во включенное положение его поворотом до упора против часовой стрелки. Отклонение рычага от вертикали не должно превышать 45-55 градусов.

Для регулировки угла без изменения валика выкручивают болты, рычаг снимают со шлицев и устанавливают в требуемом положении, после чего болты закручивают. Пусковая шестерня, или бендикс, должна находиться в выключенном положении, для чего рычаг проворачивается против часовой стрелки без перемещений.

Длина тяги регулируется резьбовой вилкой таким образом, чтобы она надевалась на рычаги. Палец рычага пусковой шестерни при этом должен занимать крайнее левое положение прорези. Максимальный зазор между пальцем и прорезью не должен превышать 2 миллиметров. Пальцы шплинтуют после установки тяги, затем затягивают контргайки вилки. Рычаг возвращают в вертикальное положение и соединяют с тягой. Муфта регулирует длину тяги.

После регулировки механизма необходимо убедиться в том, что рычаг перемещается без заедания. Работа механизма проверяется при запуске. Пусковая шестерня не должна скрежетать во время работы пускового двигателя.

При правильной регулировке и настройке всех механизмов и деталей обеспечивается стабильная работа двигателя.