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 соответственно 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» и некоторые неудобства, это обеспечивает надёжный запуск в любых условиях. Трактор или агрегат может эксплуатироваться вдали от населённых пунктов, где нет возможности контролировать состояние аккумулятора. Пусковой двигатель 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. Согласно требованиям Российского речного регистра наличие пневматического пуска обязательно для судовых двигателей мощностью свыше 200 кВт. Существуют пневматические стартёры для прямой замены электрических на двигателях стандартной комплектации. Например, турбинный стартёр размером ~12х28см, подключаемый к стандартной 6-атмосферной пневмосистеме, по заявлению производителя, развивает мощность 21 киловатт[4].

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.

В авиации и других областях нашёл заметное применение инерционный стартёр с предварительной раскруткой маховика от руки через редуктор или от маломощного электро- или пневмодвигателя. Ручной инерционный стартёр позволял запускать силами одного-двух человек двигатели мощностью в несколько сотен л.с. без декомпрессии; в частности, таким стартёром дополнялась система пуска известных немецких танков "Тигр" и "Пантера".

«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.

Подобную систему запуска имели некоторые двигатели начала XX века: вначале двигатель проворачивался вручную до наполнения одного из цилиндров горючей смесью, затем подавался импульс искрового зажигания, и при удачном стечении обстоятельств двигатель начинал работать[5]

Пиростартёр[править | править вики-текст]

Файл:Coffman starter.png
Устройство авиационного поршневого пиростартёра Коффмана. Слева - штуцер подачи пороховых газов, справа - выходной храповик.

Для запуска двигателя могут применяться газы от пиропатрона. Первоначальный вариант, известный с начала XX века на стационарных моторах и тракторах, предусматривал подачу пороховых газов прямо в цилиндр поршневого двигателя[6], причём патрон мог воспламеняться ударом обыкновенного молотка. Более поздняя конструкция, появившаяся в 1930-х годах в авиации, представляла собой поршень, приводимый в движение пороховыми газами, при поступательном движении через винтовой валик проворачивавший торцевой храповик двигателя (т.н. Coffman starter enru).

Зажигание, системы питания и смазки 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 на достаточно больших оборотах 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.

В дизельных двигателях, где на рабочих режимах распылённое топливо воспламеняется от воздуха, нагретого сжатием в цилиндре, для упрощения холодного пуска часто применяются свечи накаливания - низкоомные спирали внутри камеры сгорания, нагреваемые током от аккумулятора до выхода двигателя на устойчивую работу.

Кроме проблем с энергетикой системы зажигания, существует также проблема со смесеобразованием при пуске холодного двигателя. При низких температурах топливо плохо испаряется. Чтобы не допустить обеднения рабочей смеси, в систему питания вводятся различные пусковые устройства (воздушная заслонка в карбюраторе; утопитель поплавка на старых мотоциклах; клапан дополнительной подачи топлива с задержкой отключения после пуска) или увеличивается подача впрыска. Неиспарившийся излишек бензина попадает в цилиндры в виде капелек, которые оседают на холодных внутренних поверхностях. Топливо может «залить» свечу зажигания, вызывая утечку тока по мокрому изолятору свечи и, тем самым, отсутствие искрового пробоя или значительное ослабление искры. Бензин, стекающий по стенкам цилиндра, смывает масляную плёнку, и без того недостаточную после стоянки, вызывая очень заметный дополнительный износ ЦПГ, вплоть до задира поршней.

В современных автомобилях производителем нередко 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.

Для пуска двигателя при низких температурах применяются различные "пусковые жидкости" на базе эфира, известного своей летучестью (температура кипения 34 °C) и легкостью воспламенения. Такую жидкость впрыскивают из аэрозольного баллончика во впускной коллектор непосредственно перед попыткой пуска. На северные и военные версии некоторых автомобилей система впрыска эфира при запуске устанавливается штатно.

В системе смазки при пуске, особенно холодного двигателя, также возникают проблемы. При первых оборотах детали двигателя работают фактически без принудительной смазки, пока не наполнятся каналы подачи масла и не образуется масляный туман в картере. В сменном масляном фильтре имеется обратный клапан, не дающий маслу стекать из каналов на стоянке; своевременная замена фильтра важна и с точки зрения сохранения свойств резинки клапана. На морозе масло густеет, и насос не сразу начинает подавать его в полном объёме. Поэтому могут возникнуть задиры основных трущихся пар при резкой даче "газа" сразу после старта. Во избежание этого явления на больших и сложных двигателях иногда применяется предварительный подкачивающий электронасос, работающий параллельно с основным. Обычные моторы автомобилей и мотоциклов следует просто заводить в соответствии с инструкцией производителя, и при проблемах - не "газовать", как только "схватило", а отрегулировать двигатель и устранить обнаруженные неисправности.

Предпусковой подогреватель[править | править вики-текст]

Для облегчения пуска при минусовой температуре, а также для предотвращения замерзания охлаждающей жидкости (особенно воды) на длительной стоянке на двигатель может быть установлен предпусковой подогреватель. Тепловая мощность его, как правило, единицы киловатт, что позволяет за разумное время (порядка получаса) довести температуру блока перед пуском до близкой к рабочей. Чаще всего представляет собой включенный в систему охлаждения автономный автоматизированный котёл с горелкой на том же топливе, что и сам двигатель; на стоянке играет ещё и роль автономного отопителя. Может также быть электрическим - отдельным или встроенным непосредственно в блок цилиндров (в последнем случае не нужен дополнительный циркуляционный насос), с питанием от внешней электросети. Известен вариант с теплообменником, получающим тепло, в том числе бросовое низкотемпературное, от централизованной отопительной или паровой системы предприятия. У предварительно подогретого двигателя не только облегчается пуск, но и радикально уменьшается пусковой износ (за счёт исключения конденсации топлива на стенках цилиндров и работы системы смазки сразу с маслом нормальной температуры и вязкости), что в северных условиях решающим образом сказывается на долговечности двигателя, и даже в умеренном климате вполне может оправдать затраты на установку и питание подогревателя. Следует иметь в виду, что автоматика автономного котла потребляет от аккумулятора мощность порядка 10-30 ватт - это может оказаться критичным при долгой работе на стоянке.

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. Пневматический стартёр TDI TURBOTWIN T25 (англ.)
  5. Запуск двигателя гоночного автомобиля en:Blitzen Benz 1909 года объёмом 21 литр вручную.
  6. http://www.youtube.com/watch?v=CJpZfp0Ss2U Запуск тракторного двигателя пиропатроном.