Система электрического пуска двигателя

Для проворачивания коленчатого вала двигателя при пуске применяется электрический двигатель постоянного тока – стартер, питаемый от аккумуляторной батареи.

Обмотки якоря стартера располагаются в магнитном поле между полюсами магнитов.

При пропускании электрического тока через обмотки якоря вокруг обмоток возникает свое магнитное поле.

В результате взаимодействия магнитного поля якоря с магнитным полем магнитов возникают силы, вызывающие вращение якоря. Для увеличения этих сил в стартере установлены четыре электромагнита.

Конструкция стартера СТ-8 и его работа

В устройство стартера типа СТ-8 входят: корпус с крышками, электромагниты, состоящие из полюсов с обмотками возбуждения; якорь, состоящий из вала, сердечника, обмоток и коллектора, щетки, включатель стартера и приводной механизм с муфтой, к стальному трубчатому корпусу прикреплены винтами четыре железных полюса, на которых намотаны обмотки возбуждения из изолированной медной ленты. Снаружи катушки возбуждения обмотаны изоляцией. К корпусу при помощи длинных болтов крепятся крышки. Со стороны коллектора крышка стальная – штампованная, а со стороны приводного механизма – чугунная литая, выполненная в виде кронштейна с фланцем для крепления стартера. В бронзовых втулках крышек и среднего опорного диска установлен вал якоря с сердечником, набранным из отдельных пластин мягкого железа. На сердечнике в пазах (изолированно от сердечника) уложено несколько секций обмотки из изолированной толстой медной ленты. Концы каждой секции присоединены к пластинам коллектора, закрепленного на валу. Пластины тщательно изолированы от вала и одна от другой. К коллектору при помощи пружин прижимаются медно-угольные щетки, установленные в щеткодержателях на крышке. Две щетки (минусовые) соединены на массу, а другие две щетки (плюсовые) установлены в щеткодержателях, изолированных от массы. К этим щеткам присоединен один конец обмоток возбуждения; другой конец присоединен к изолированной клемме, закрепленной на корпусе. В корпусе стартера со стороны коллектора имеются окна для осмотра щеток. Окна закрыты защитной лентой с прокладкой, закрепленной стяжным винтом.

На наружном конце вала стартера установлен приводной механизм с муфтой и с шестерней, входящей при пуске двигателя в зацепление с зубчатым венцом маховика и приводящей его во вращение. Устройство включателя электрической цепи стартера и приводного механизма в стартерах разных типов различное. У стартера типа СТ-8 включение электрической цепи и приводного механизма принудительное – механическое. При включении стартера в цепь аккумуляторной батареи при помощи включателя ток протекает по следующей цепи: плюсовая клемма батареи – провод – клеммы и подвижной контакт включателя – изолированная клемма корпуса – последовательно включенные обмотки возбуждения – плюсовые щетки – пластины коллектора – обмотка якоря – пластина коллектора – минусовые щетки стартера – масса и минусовая клемма батареи. При включении стартера по его обмоткам, включенным последовательно, вследствие их малого сопротивления течет ток большой силы, создающий в электромагнитах и в якоре сильные магнитные поля. Вследствие взаимодействия этих полей якорь стартера вращается с определенной скоростью и необходимым усилием на валу и через приводной механизм проворачивает коленчатый вал двигателя, обеспечивая его пуск. При включении стартера малый подвижный контакт включателя замыкает боковые клеммы, соединенные с дополнительным сопротивлением катушки зажигания. При этом ток в первичную обмотку катушки проходит от батареи помимо сопротивления, что усиливает при пуске ток в первичной обмотке и интенсивность искр, проскакивающих в свечах зажигания.

Приводное устройство стартера обеспечивает передачу вращения с вала стартера при его включении на коленчатый вал двигателя и разъединение их после пуска двигателя. Вращение вала стартера при его включении передается на вал двигателя с помощью двух шестерен, из которых малаяшестерня соединена с валом стартера, а большая шестерня выполнена в виде зубчатого венца на ободе маховика. Большое передаточное число приводных шестерен (около 10) позволяет при сравнительно небольшой мощности стартера получить необходимое значение крутящего момента на валу двигателя, обеспечивающее проворачивание его с надлежащим числом оборотов при пуске. Применяют два типа приводных устройств: с принудительным механическим включением шестерен (непосредственный ножной привод) и с принудительным электромагнитным включением (дистанционное управление).

У стартера СТ-8 с принудительным механическим включением приводное устройство состоит из включающей вилки, шлицевой втулки и муфты свободного хода с шестерней. Включающая вилка с возвратной пружиной установлена на пальце в приливе крышки корпуса стартера. Нижний конец вилки охватывает муфту включения, надетую на втулку и закрепленную стопорным кольцом. Муфта включения отжимается до упора в стопорное кольцо втулки пружиной, установленной на втулке. Втулка, свободно надетая на вал, соединяется с ним на шлицах и может перемещаться вдоль него. Втулка соединена с приводной шестерней при помощи муфты свободного хода.

Муфта свободного хода состоит из наружной обоймы, внутренней обоймы и заклинивающихся роликов с плунжерами и дружинами. Внутренняя обойма изготовлена как одно целое с приводной шестерней, свободно установленной на втулке на валу якоря стартера. Наружная обойма закреплена на фланце шлицевой втулки и имеет выемки с наклонной плоскостью. Между обоймами в выемках установлены ролики, отжимаемые плунжерами с пружинами, установленными в гнездах наружной обоймы. Наружная обойма вместе с опорным кольцом роликов охватывается кожухом, завальцованным на обойме.

При включении стартера вращение с вала якоря передается через втулку на ведущую обойму муфты свободного хода. При вращении обоймы по часовой стрелке ролики, сдвигаясь под действием плунжеров с пружинами в узкую часть вырезов, заклинивают внутреннюю обойму, и обе обоймы с шестерней начинают вращаться как одно целое. Шестерня вращает маховик, обеспечивая пуск двигателя.

После пуска двигателя маховик вследствие большого передаточного числа шестерен начинает вращать шестерню стартера с внутренней обоймой муфты свободного хода быстрее, чем вращается вал стартера с наружной обоймой. При этом ролики муфты, сдвигаясь за счет трения об обойму в сторону большего зазора на наклонных плоскостях выемок наружной обоймы, расклинивают обоймы, и вращение с шестерни на вал стартера не передается. Таким образом, вал стартера автоматически отъединяется от вала двигателя, и стартер предохраняется от чрезмерно высокого числа оборотов его якоря и поломки.

При таком типе приводного устройства включатель электрической цепи стартера крепится на его корпусе. Один контакт включателя соединен с клеммой стартера, а второй – с батареей.

Когда педаль стартера не нажата, электрическая цепь его разомкнута, а приводная шестерня расположена около зубчатого венца маховика. При нажатии на педаль вилка поворачивается и через муфту и пружину перемещает втулку с муфтой свободного хода и вводит приводную шестерню в зацепление с венцом маховика. При дальнейшем нажатии на педаль верхний конец вилки наконечником надавливает на кнопку включателя, замыкая контакты и электрическую цепь. При этом через стартер проходит ток, и якорь его начинает вращаться, передавая вращение на маховик. В случае пуска двигателя вращение от маховика на вал стартера не передается вследствие действия муфты свободного хода. При отпускании педали цепь стартера размыкается, и втулка с муфтой и шестерней возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины вилки. Поворот вилки и предельный ход втулки с шестерней ограничены упорным регулировочным винтом, завернутым в крышку. Момент включения электрической цепи стартера изменяется регулировкой положения наконечника в вилке.

Стартер с принудительным электромагнитным дистанционным включением СТ-130

Конструкция стартера СТ-130 с электромагнитным включением отличается по сравнению с рассмотренным стартером СТ-8 тем, что вал якоря имеет дополнительную промежуточную опору и тяговое реле.

На полый железный сердечник тягового реле намотаны две обмотки – втягивающая и удерживающая. Один конец втягивающей обмотки присоединен к контакту наружной клеммы крышки корпуса реле. Эта клемма проводом соединена с клеммой стартера, к которой присоединены концы обмоток возбуждения. Другой конец втягивающей обмотки через клемму присоединен к стойке с неподвижным контактом вспомогательного реле.

Удерживающая обмотка одним концом соединена на массу, а другим – с концом втягивающей обмотки, и вместе с ней присоединена через клемму к стойке с неподвижным контактом вспомогательного реле.

Внутри сердечника тягового реле установлен подвижной якорь, соединенный серьгой с приводным рычагом передвижной шестерни стартера. Якорь соединен со штоком подвижного контакта, расположенного против двух неподвижных изолированных контактов, установленных в крышке корпуса реле.

Вспомогательное реле, располагаемое отдельно и соединяемое с тяговым реле проводами, имеет сердечник с обмоткой, ярмо с якорем и контактом и стойку с неподвижным контактом. Концы обмотки присоединены к клеммам реле. К одной клемме присоединен провод от клеммы замка зажигания, а к другой клемме – провод от плюсовой щетки генератора. Второй провод от клеммы замка зажигания присоединен через клемму реле-регулятора к нижней клемме тягового реле.

Пока ключ замка зажигания не повернут, электрическая цепь стартера разомкнута, и шестерня располагается около зубчатого венца маховика.

При повороте ключа замка в положение включения стартера через обмотку вспомогательного реле проходит ток по следующей цепи: плюсовая клемма батареи – клемма тягового реле – провод – клемма реле-регулятора – соединенные клеммы замка – провод – клемма и обмотка вспомогательного реле – вторая клемма вспомогательного реле – провод – клемма реле-регулятора – провод – клемма генератора – плюсовая щетка и обмотка якоря генератора – минусовая щетка генератора – масса – минусовая клемма батареи.

При протекании тока по обмотке вспомогательного реле сердечник его намагничивается, притягивая якорек, и замыкает контакты, в результате чего включается в сеть обмотки тягового реле стартера.

При этом через обмотки тягового реле ток идет по двум параллельным цепям:

1) плюсовая клемма батареи – провод – клемма тягового реле – провод – сердечник, ярмо, замкнутые контакты и клемма вспомогательного реле – провод – клемма тягового реле – втягивающая обмотка тягового реле – клемма – провод – клемма стартера – обмотки стартера – минусовые щетки стартера – масса – минусовая клемма батареи;

2) плюсовая клемма батареи – тот же путь до клеммы тягового реле – удерживающая обмотка – масса – минусовая клемма батареи.

Под действием тока, проходящего по обоим работающим согласованно обмоткам тягового реле, подвижный якорь втягивается внутрь сердечника, поворачивая рычаг и вводя шестерню привода стартера в зацепление с зубчатым венцом маховика. Когда шестерни войдут в зацепление, якорь, перемещая через шток подвижный контакт, замкнет контакты клемм, соединяя стартер непосредственно с аккумуляторной батареей. При этом втягивающая обмотка замыкается накоротко, и якорь удерживается действием одной обмотки, по которой продолжает проходить ток.

При включении стартера ток пройдет по основной цепи: плюсовая клемма батареи – провод – замкнутые контакты клемм – провод – клемма стартера – обмотки возбуждения – плюсовые щетки – обмотки якоря – минусовые щетки стартера – масса – минусовая клемма батареи. Под действием проходящего через стартер тока якорь его начинает вращаться, поворачивая коленчатый вал двигателя.

Когда двигатель пущен, на щетках генератора создается напряжение, и если стартер не был своевременно выключен ключом замка, обмотка вспомогательного реле будет находиться под действием разности напряжений батареи и генератора. Вследствие этого ток в обмотке реле уменьшится, и контакты под действием пружины разомкнутся. Стартер выключается, а его шестерня выводится из зацепления с венцом маховика под действием возвратной пружины рычага. По этой же причине стартер не может быть включен при работающем двигателе.

Одновременно с включением стартера и замыканием контактов клемм с ними замыкается дополнительный контакт, провод от клеммы которого присоединен к клемме катушки зажигания. При этом первичная обмотка катушки включается в цепь батареи помимо добавочного сопротивления, имеющегося в катушке.

Для проворачивания коленчатого вала дизелей ЯМЗ при пуске требуется значительная мощность. Для пуска дизелей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 применяют стартер СТ-103 мощностью 7 л. с. с напряжением 24 В.

Конструкция данного стартера в основном аналогична конструкции стартера, рассмотренного выше, но его размеры и вес значительно больше. Перемещение приводной шестерни стартера СТ-103 осуществляется при помощи тягового реле типа РС-26.

Механизм передвижной шестерни имеет следующее устройство: палец включающего рычага входит в винтовой паз стакана, свободно установленного с втулкой на валу стартера. На винтовой нарезке вала установлена шестерня с ведущей гайкой. Гайка имеет отжимную пружину. При включении стартера рычаг поворачивается и перемещает стакан вдоль вала. Стакан, упираясь втулкой в ведущую гайку, перемещает ее вместе с шестерней по резьбе вала и вводит шестерню в зацепление с венцом маховика, доводя ее до упора в кольцо,закрепленное на валу. После этого при помощи реле включается электрическая цепь стартера, и вал стартера через шестерню вращает маховик, обеспечивая пуск двигателя. При вращении вала стартера вследствие трения втулки о вал вращается стакан, который, перемещаясь винтовым пазом по пальцу рычага, отходит в исходное положение, освобождая место для обратного перемещения шестерни.

Когда двигатель будет пущен, венец маховика начнет вращать шестерню стартера быстрее вала, и шестерня по резьбе вала переместится в исходное положение и выйдет из зацепления с венцом маховика. Буферная пружина стакана смягчает при этом удар.