Пусковая система двигателя внутреннего сгорания

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Двигатель внутреннего сгорания любого типа не создаёт вращающего момента в неподвижном состоянии. Прежде чем он начнёт работать, его нужно раскрутить с помощью внешнего источника энергии. Практически используются следующие варианты:

Центробежный насос «Нептун» для перекачки воды из открытых водоёмов. Двухтактный двигатель от бензопилы «Урал», ручной стартер съёмный (серого цвета). Запасной стартер лежит рядом.
Запуск бензинового двигателя кик-стартером
Двигатель Д-6 мопеда «Рига-11». Педалями можно «разогнать» мопед, затем включив сцепление, запустить двигатель. Вращением педалей можно помочь двигателю, например, на крутом подъёме.

Мускульная сила человека[править | править вики-текст]

Используется при запуске двигателей небольшой мощности. На лодочных моторах и бензопилах дёргают за тросик, намотанный на маховик или пусковой барабан («верёвочный стартёр»); на мотоциклах используют резкое нажатие ногой на специальный рычаг (кикста́ртер); на мопедах — вращение педалей велосипедного типа; на автомобилях — проворачивают коленвал пусковой (заводной) рукояткой («кривой стартёр»). Мускульная сила всегда доступна и не зависит от заряда аккумуляторов и т. п. Однако такой метод запуска не очень удобен в эксплуатации; чаще он используется в качестве резервного. На современных автомобилях, как правило, использование «кривого стартёра» вообще не предусматривается. Помимо всего прочего, «кривой стартер» крайне травмоопасен при неправильном использовании. Бывалые водители не рекомендуют охватывать пусковую рукоятку кистью с противопоставленным большим пальцем. Все пальцы должны располагаться по одну сторону рукоятки.

Существуют также ручные инерционные стартеры, при которых ручкой (через повышающий редуктор) раскручивается небольшой маховик, а когда он запасет необходимое количество кинетической энергии, этот маховик через понижающий редуктор соединяется с коленвалом пускаемого двигателя. Такой способ позволяет повысить пусковую мощность и не создавать чрезмерных усилий на пусковой рукоятке. Такие стартеры устанавливались на часть тракторов, некоторые образцы бронетанковой техники, поршневые авиационные двигатели и небольшие судовые дизели.

Долгое время ручной способ был основным для запуска поршневых двигателей самолётов — всем знакомы кадры хроники, когда коленвал авиадвигателя раскручивают, дёргая рукой пропеллер. Данный способ перестал применяться с ростом мощности моторов, поскольку мускульной силы уже просто не хватало, чтобы провернуть вал тяжёлого и мощного двигателя, зачастую ещё и снабжённого редуктором.

Ручные стартеры бывают как съёмные (после запуска отделяются от двигателя, как на бензопилах «Урал» и «Дружба»), так и несъёмные (большинство современных компактных двигателей).

Электростартер[править | править вики-текст]

Электрический автомобильный стартер.
Реле стартера (вверху слева, чёрного цвета). Тяговое реле (соленоид, в центре вверху, малого диаметра, золотистого цвета). В серебристом корпусе — рычажная передача и обгонная муфта. Электродвигатель — большого диаметра, золотистого цвета.

Наиболее удобный способ. При запуске двигатель раскручивается коллекторным электродвигателем — машиной постоянного тока, питающейся от аккумуляторной батареи (после запуска аккумулятор подзаряжается от генератора, приводимого в движение основным двигателем). При низких температурах обычно применяемые кислотные аккумуляторы теряют ёмкость (главным образом — из-за роста вязкости электролита; также происходит снижение электродвижущей силы батареи), а вязкость масла в системе смазки увеличивается. Поэтому запуск двигателя зимой затруднён, а иногда и невозможен. При наличии электрической сети в этом случае возможен запуск от сетевого пускового устройства (практически неограниченной мощности).

Электродвигатели автомобильных стартёров имеют особую конструкцию с четырьмя щётками, которая позволяет увеличить ток ротора и мощность электродвигателя.

На тепловозах с электрической передачей постоянного тока стартером является тяговый генератор. Эта же схема применялась на некоторых мотороллерахТула», «Турист», «Тулица», «Муравей»).

Принцип работы электростартера[править | править вики-текст]

При включении стартера электрический ток (через реле включения, иначе сгорят контакты в замке зажигания) поступает на тяговое реле (соленоид). Сердечник соленоида втягивается и через рычажную передачу вводит в зацепление шестерню электродвигателя стартера с зубчатым венцом (большая шестерня) маховика. После этого замыкаются контакты реле стартера. Через это реле проходит очень большой ток (десятки и даже сотни ампер[1]) на электродвигатель. После запуска муфта свободного хода (бендикс) позволяет вращаться независимо друг от друга маховику двигателя и электродвигателю стартера. После выключения стартера детали стартера возвращаются в исходное состояние. На старых автомобилях (например, ГАЗ-69, ГАЗ-63) тяговое реле (соленоид) отсутствовало, водитель включал стартер педалью на полу кабины.[2]

На автомобилях с автоматическими трансмиссиями имеется удерживающая обмотка, не позволяющая сердечнику соленоида перемещаться, если селектор АКПП установлен на ходовых позициях «D», «R», «L» или «2», в автоматической коробке передач установлен выключатель, подающий ток в удерживающую обмотку. Запуск двигателя возможен только на позициях «P» (парковка) и «N» (нейтраль).

Величина электрического напряжения на стартере[править | править вики-текст]

На автомобилях с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания напряжение бортовой сети составляет 12 вольт, применяется такое же электрическое напряжение на стартере. На ряде старых автомобилей, выпускавшихся в первой половине XX века использовалось напряжение 6 вольт.

На автомобилях с мощными дизельными двигателями напряжение бортовой сети составляет 24 вольта. Это обусловлено тем, что дизелю с большим рабочим объёмом и с большой степенью сжатия требуется мощный электрический стартер. Устанавливаются по два 12-вольтовых автомобильных аккумулятора, соединённые последовательно.[3]

При равной электрической мощности при повышении электрического напряжения в два раза сила тока соответствено снижается в два раза: P = I \cdot U, где I — сила тока, а U — напряжение.

Повышение напряжения позволяет уменьшить разрядный ток аккумуляторной батареи, а также снизить бесполезный нагрев проводов.

На легковых автомобилях, микроавтобусах и малотоннажных грузовиках с дизельными двигателями применяются 12-вольтовые стартеры (этого вполне достаточно).

На старых грузовиках с дизелями (ЯАЗ-200, ЯАЗ-210) напряжение бортовой сети составляло 12 вольт, а стартеры были рассчитаны на 24 вольта. Стояло два 12-вольтовых автомобильных аккумулятора, соединённые параллельно, при запуске они переключались на последовательное соединение. Все 12-вольтовые потребители электроэнергии при запуске работали от одной аккумуляторной батареи.

Вспомогательный двигатель внутреннего сгорания (пусковой двигатель, «пускач»)[править | править вики-текст]

Пусковой двигатель ПД-10 на тракторе ДТ-54
1 — картер «пускача»
2 — цилиндр и рубашка водяного охлаждения
3 — маховик и ручей, на который наматывается верёвка, за которую дёргают при запуске.

Главный двигатель запускается другим двигателем внутреннего сгорания, меньшей мощности (так называемый «пускач»); такой способ используется на многих тракторах. Пусковой двигатель обычно карбюраторный двухтактный, его мощность составляет примерно 10 % от мощности основного двигателя. Несмотря на «архаичность», это обеспечивает надёжный запуск в любых условиях. Трактор или агрегат может эксплуатироваться вдали от населённых пунктов, где нет возможности контролировать состояние аккумулятора. «Пускач» включён в систему жидкостного охлаждения, в холодную погоду можно произвести подогрев главного двигателя. Сам же вспомогательный двигатель запускается вручную (дёрганием тросика) или от электростартёра малой мощности. Если пусковой двигатель запускается вручную, наличие аккумуляторной батареи и вовсе необязательно (система зажигания «пускача» получает электроэнергию от магнето). После запуска «пускача» и прогрева системы охлаждения тракторист соединяет фрикционной муфтой пусковой и главный двигатели.

Пневмозапуск[править | править вики-текст]

Авиационный двигатель М-11 на самолёте По-2:
1 — компрессор, пополняющий запас сжатого воздуха в газовых баллонах;
2 — форсунки, подающие сжатый воздух от воздухораспределителя в цилиндры;
3 — на каждый цилиндр по две свечи зажигания, соответственно два магнето (для надёжности);
4 — беспоплавковый карбюратор.

Сжатый воздух высокого давления используется для запуска больших дизелей на тепловозах, судах и бронетехнике. Ранее такой способ был основным для запуска поршневых двигателей в авиации. В цилиндрах, кроме обычных впускных и выпускных клапанов, устраиваются дополнительные пусковые клапаны. При запуске они открываются в таком порядке, чтобы входящий через них в цилиндры воздух толкал поршни и раскручивал двигатель. Баллоны со сжатым воздухом пополняются от компрессора, приводимого главным двигателем при его работе.

Другие способы[править | править вики-текст]

Буксировка транспортного средства[править | править вики-текст]

Автомобиль (как и мотоцикл) с механической КПП можно завести, буксируя его другим автомобилем (или толкая руками, это называется «завести с толкача»), а также разгоняя его при выключенном сцеплении по наклонной дороге. После достижения определённой скорости сцепление включают. Однако таким способом есть большая вероятность поломки ходовой части, которая тем выше, чем более низкая передача включена; в руководствах по эксплуатации многих автомобилей есть запрет на такой запуск. Также производители не рекомендуют такой способ запуска для автомобилей, оснащенных каталитическими нейтрализаторами из-за возможности попадания несгоревшего топлива в катализатор с последующим его перегревом и выходом из строя. Автомобиль с автоматической коробкой передач таким способом завести, как правило, невозможно. Гидротрансформатор заполняется гидравлической жидкостью только при работающем двигателе и крутящий момент передаваться с колёс на АКПП не будет.

«В одиночку»[править | править вики-текст]

Разновидностью первого способа является ручное раскручивание одного из колёс автомобиля (например, при помощи намотанного троса), предварительно вывешенного с помощью домкрата при включенной одной из верхних передач, для защиты рук при этом необходимо использовать рукавицы. Главной особенностью способа является возможность запуска двигателя водителем в одиночку. Другое колесо стоит на земле, но на него крутящий момент передаваться не будет благодаря дифференциалу.

«Прикуривание»[править | править вики-текст]

При разряде аккумулятора часто приходится подключаться к аккумулятору другого автомобиля (это называется «прикурить»). Делать это рекомендуют с неработающим двигателем другого автомобиля, чтобы его электронная система не вышла из строя.

Маховик[править | править вики-текст]

Для запуска двигателя после кратковременного выключения предлагался маховик-накопитель: раскручиваемый двигателем при движении, он затем позволяет запустить двигатель, не разряжая аккумулятор.

«Экзотические» способы[править | править вики-текст]

Direct Start (непосредственный запуск)[править | править вики-текст]

Немецкая фирма BOSCH опубликовала результаты экспериментов по исследованию возможности прямого (без внешнего прокручивания) запуска бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива. Суть заключается в следующем: в неработающем двигателе с 4-мя и более цилиндрами в одном из цилиндров поршень стоит в положении, соответствующем рабочему ходу. Зная положение коленчатого вала, можно рассчитать объём воздуха в этом цилиндре, впрыснуть туда необходимую дозу топлива и поджечь его искрой. Поршень начнет двигаться, вращая коленчатый вал. Далее процесс развивается лавинообразно и двигатель запускается. Эксперимент признан удачным, но, как заявляет руководство фирмы BOSCH, до применения Direct Start на серийных автомобилях ещё далеко.

Пиропатрон[править | править вики-текст]

Для запуска двигателя могут применяться газы от пиропатрона[4].

Зажигание и система питания при запуске[править | править вики-текст]

Для двигателей с искровым зажиганием актуальна также проблема электроснабжения системы зажигания в момент запуска. Автомобильные генераторы с независимым возбуждением дают ток только при работающем двигателе, поэтому в момент запуска система зажигания питается только от аккумулятора. В итоге мотоциклы «ИЖ» и «Урал» не заводятся при разряженном аккумуляторе, хотя запуск производится кик-стартером, а не электростартером. Эта проблема решается использованием генератора с возбуждением от постоянных магнитов (как на мотоциклах «Минск» и «Восход») или магнето, которые дают ток сразу, однако такие генераторы имеют меньшую мощность. Проблема становится намного слабее при использовании электронного зажигания, но и оно неспособно работать при полностью разряженной аккумуляторной батарее. Это значит, что даже при вращающемся моторе (например, буксируемая машина) искры не будет.

Кроме проблем с питанием системы зажигания, существует также проблема со смесеобразованием при пуске холодного двигателя. При низких температурах топливо недостаточно полно испаряется, из-за чего попадает в камеру сгорания в виде капелек, которые могут «залить» свечу зажигания, не позволяя высокому напряжению пробить этот изолирующий слой диэлектрика, бензина.

В современных автомобилях производителем нередко также предусмотрен режим «продувки» цилиндров, при котором прекращается активная подача топлива, а работа поршней освобождает объём от излишков топлива. Чтобы использовать данный режим необходимо до упора выжать педаль газа и начать прокручивать стартер. На некоторых мотоциклах для этой цели на цилиндрах стоит клапан декомпрессора.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Например, стартер СТ368 автомобиля ЗАЗ-968 имеет мощность 1,1 л. с., сила тока холостого хода 65 А, сила тока при полном торможении 330 А; стартер СТ142 автомобилей «КАМАЗ» имеет мощность 10,5 л. с., сила тока холостого хода 130 А, сила тока при полном торможении 800 А. Данные из «Краткого автомобильного справочника» Государственного научно-исследовательского института автомобильного транспорта, Москва, 1983 год.
  2. Фотографии установленного на двигатель стартера с педальным включением см. в статье ГАЗ-11 (двигатель).
  3. 24-вольтовые аккумуляторные батареи серийно не выпускаются, вес ёмких 12-вольтовых батарей приближается к пределу физических возможностей человека, например, батарея 6СТ-190 автомобилей «КАМАЗ» без электролита весит 58 кг, а электролита нужно 12 литров.
  4. http://www.youtube.com/watch?v=CJpZfp0Ss2U Запуск тракторного двигателя пиропатроном.