Алгоритм запуска двигателя

                           1.1 Система электростартерного пуска

   Система пуску являє собою комплекс пристроїв, що забезпечують примусове обертання вала ДВС.Тіп системи пуску визначається 
видом використовуваної енергії і конструкцією основного пускового устройства (стартера). У практиці автомобілебудування зустрічаються інерційні стартери, пневматичні та гідропневматичні системи пуску.

Однак найбільшого поширення набула електростартерним система пуску, 
володіє цілим рядом позитивних якостей. Це система компактна 
і надійна в роботі, забезпечує можливість автоматизації процесу пуску за допомогою нескладних електротехнічних пристроїв. Вона складається 
з акумуляторної батареї, стартерной ланцюга (дроти, комутаційна апаратура управління), стартера і засобів полегшення пуску (мал. 2.1). 
   Спільним елементом для систем пуску і електропостачання є акумуляторна батарея. Проте режим її роботи в цих системах різний. 
У системах електропостачання батарея працює в режимі циклічного 
розряду та заряду, причому струми не перевищують номінальної ємності (0,5..0,7)С₂₀. В системі пуску батарея розряджається в переривчастих режимах при силі струму (2…5) С_20.

Розвинена батареєю потужність порівнянна з потужністю стартера. Тому її характеристики залежать від режиму розряду стартера (сили струму, температури, тривалості пуску) і впливають на характеристики самого стартера і тим самим на процес пуску двигуна. 
    Найбільш важливими параметрами батареї впливають на процес пуску двигуна, є її ємність і число електродів в акумуляторі (так званий рахунок збирання n₊ / n_-), температура электролита  t_е і ступінь розрідженості батареї  С_р . 

Мал 2.1 Структурна схема електростартерної системи пуску

  Батарея в процесі пуску двигуна повинна дати певний струм без зменшення напруги нижче заданого мінімального значення (6,0 ... 8,0 В для системи на 12 В). Це значення визначається, з одного боку, характеристиками стартера, який повинен забезпечити прокручування двигуна з частотою не нижче мінімальної пускової, а з іншого - вимогами системи запалювання до мінімального напрузі в первинної ланцюга котушки запалювання (для бензинових двигунів) і мінімальним напругою на тяговому реле стартера при пуску (для дизелів). 
У зв'язку з підвищенням вимог до мінімальних температур пуску на ряді двигунів передбачена установка засобів полегшення пуску холодного двигуна. Як правило, ці пристрої за період своєї роботи (близько 30 хв) споживають енергію від батареї. Таким чином, виникла нова різновид стартерного розряду холодної акумуляторної батареї: спочатку на пристроях полегшення пуску двигуна порівняно малим струмом - до 0,5С₂₀, а потім на стартер великим струмом - (2,5...4,0)С₂₀-

  У якості стартерного електродвигуна застосовується електродвигун постійного струму послідовного або змішаного збудження. Його основними параметрами є: номінальна напруга U_H (12, 24 В); номінальна потужність Р_сн; номинальная частота обертання якоря n_сн і момент М_сн; ток при максимуме мощности I_сн. Стартер як електрична машина характеризується комплексом електромеханічних характеристик - залежностями моменту, частоти обертання якоря, потужності, ККД та напруги на затискачах від споживаного струму I_с.

  Стартер пов'язаний з маховиком двигуна  зубчатою передачею, основними параметрами  якої є: передавальне відношення Iдс = z_max / z_c (де z_мах - число зубців вінця маховика, z_с - число зубців шестерні стартера); модуль зуба т, ККД зубчастої передачі η_z= 0,85...0,9.

   Стартер під час експлуатації автомобіля працює зі значи ¬ тельной навантаженням. Так, середня частота його включень на 100 км пробігу становить в умовах міста для легкових автомобілів 28, а для вантажних - 22. 
    Приводний механізм системи пуску є пристроєм, що забезпечує введення і утримання шестерні стартера в зачепленні з вінцем маховика під час пуску, передачу необхідного обертаючого моменту колінчастого валу і запобігання якоря стартерного електродвигуна від розносу обертовим маховиком працюючого двигуна. Тягове реле стартера є одночасно елементом як приводного механізму, забезпечуючи його переміщення по осі валу якоря, так і стартерной ланцюга, замикаючи в кінці ходу якоря тягового електромагніту силові контакти ланцюга живлення стартера. 
Засоби полегшення пуску є пристрої, що дозволяють збільшити частоту прокручування колінчастого вала двигуна за рахунок зниження моменту опору прокручування або підвищення енергетичних можливостей пускової системи, поліпшити умови сумішоутворення і запалення палива. Вибір способу і пристрою, що полегшують пуск, визначається конструктивними особливостями двигуна, умовами експлуатації та економічними факторами.

  .

2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СТАРТЕРА

2.1. Особенности стартерных электродвигателей

  В стартерах  применяются электродвигатели постоянного  тока. Для анализа особенностей их работы в системе пуска рассмотрим основные характеристики электродвигателей постоянного тока, которые подразделяются на двигатели последовательного, параллельного, смешанного и независимого возбуждения. Тип возбуждения определяется схемой включения обмоток возбуждения по отношению к якорной цепи.

  Характеристики:

  

В электродвигателе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения подключена параллельно с обмоткой якоря к источнику напряжения U (рис. 2.7,а). Особенностью этого двигателя является то, что ток возбуждения I_B

не зависит  от тока якоря Iя (нагрузки на валу). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что поток Ф не зависит от нагрузки. С учетом этого выражения (2.5)…(2.7) примут вид:

где С₁…..C₃ – постоянные; C = C_м Ф; C₂ = C_е Ф; C₃ = C_e C_м  Ф² / R_я  ;

Δn – падение  частоты вращения.

  Электромеханические характеристики электродвигателя с  параллельным возбуждением, построенные по формулам (2.8) и (2.9), изображены на рис. 2.7,б, а механическая характеристика (2.10) - на рис. 2.7,в. Таким образом, обе они имеют линейный характер. Показатель п₀ = U/С_еФ называется частотой вращения идеального холостого хода. Он имеет конечное значение при М = О (I_я = 0) и уменьшается с ростом потока Ф. Падение частоты вращения Δп при увеличении нагрузки на двигатель (I_я) определяется сопротивлением R_я якорной цепи.

  В случае если обмотка якоря электродвигателя и обмотка возбуждения подключены к различным источникам питания, его называют двигателем с независимым возбуждением. Механические и электромеханические характеристики такого двигателя аналогичны характеристикам двигателя с параллельным возбуждением, так как у него ток возбуждения также не зависит от тока якоря I_я.

В электродвигателях с последовательным возбуждением обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря

и поэтому I_я = I_в (рис. 2.8,з). Следовательно, магнитный поток двигателя Ф является некоторой функцией тока якоря I_я. Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки двигателя. При токе якоря I_я < (0,8...0,9) Iном (Iном - номинальный ток якоря), когда магнитная система машины не насыщена, можно считать, что поток линейно зависит от I_я :

где k_ф   - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность индуктивности, Гн, остается практически постоянным в значительном диапазоне нагрузок.

Подставляя формулу (2.11) в уравнения (2.5) и (2.6), получим скоростную и моментную характеристики п = f(I_я), М = f(I_я) в этом диапазоне I_я в виде:

где  C’₁ ,C”₁,C’₂    - постоянные,

  т. е. в  диапазоне 0...I_ном зависимость п = f(I_я) имеет гиперболический характер (при I_я = 0 n - >œ), а зависимость М = f(I_я) - параболический (рис. 2.8,б).

  При дальнейшем возрастании тока якоря поток Ф растет медленнее, чем I_я, и при больших нагрузках (I_я > I_ном) можно считать Ф =  const.

  В этом случае скоростная и моментная характеристики становятся линейными аналогично характеристикам двигателя с независимым возбуждением.

  Механическая  характеристика п =f(M) (см. рис. 2.8,в) может быть построена на основании уравнений (2.12) и (2.13). При токе якоря, меньшем (0,8...0,9)I_НОМ, частота вращения изменяется по закону

  

  При токе якоря, большем /_ном, зависимость п - ((М) становится линейной вида (2.10).

  Из рис. 2.8,е следует, что механическая характеристика двигателя с последовательным возбуждением является «мягкой». При малых нагрузках частота вращения п резко возрастает и может ! превысить максимально допустимое значение (двигатель идет «вразнос»). Несмотря на этот недостаток, такие двигатели широко применяются в различных электрических приводах, где происходит изменение нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска. В частности, большинство стартерных электродвигателей имеют последовательное возбуждение. Объясняется это тем, что «мягкая» характеристика рассматриваемого двигателя более благоприятна для указанных условий работы, чем «жесткая» характеристика двигателя с параллельным возбуждением. При жесткой характеристике частота вращения почти не зависит от момента (см. рис. 2.7,в), поэтому механическая мощность стартера

где С₄ - постоянная.

  При «мягкой» характеристике двигателя с последовательным

возбуждением  частота вращения п обратно пропорциональна (2.14), вследствие чего

где С'₄ - постоянная.

  Поэтому при изменении нагрузочного момента в широких пределах, что характерно для пуска ДВС, мощность Р_с, а следовательно, электрическая мощность Р_эл = I_яU_я и ток I_я у двигателей c после-довательным возбуждением изменяются в меньших пределах, чем у двигателей с параллельным возбуждением. Кроме того, они лучше переносят перегрузки. Например, при заданной кратности перегрузки по моменту K_м = М / М_ном ток I_я в двигателе с параллельным возбуждением увеличивается в К_м раз, а в двигателе с последовательным возбуждением - только в (K_м ) ^1/2  раз. По этой же причине двигатель с последовательным возбуждением развивает больший пусковой момент, так как при заданной кратности пускового тока К_i = I_п /I_ном пусковой момент его М_п = К²_i М_ном, в то время как у двигателя с параллельным возбуждением М_п = К_iМ_ном.

  В электродвигателе со смешанным возбуждением магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения (рис. 2.9,а): параллельной (ОВ1) и последовательной (0В2). Поэтому его механическая характеристика (рис. 2.9,в, кривые 3, 4) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением. В зависимости от соотношения магнитодвижущей силы (МДС) F = wI_В (w - число витков обмотки) параллельной (w₁I_в1) и последовательной (w₂I_в2) обмоток при номинальном режиме можно приблизить характеристику двигателя со смешанным возбуждением к характеристике 1 (при w₁I_в1 > w₂I_в2) или к характеристике 2 (w₁I_в1 < w₂I_в2)- Одним из достоинств двигателя со смешанным возбуждением, которые используются в некоторых конструкциях стартеров, является то, что он, обладая «мягкой» механической характеристикой, может работать на холостом ходу, так как частота вращения холостого хода п₀ имеет конечное значение.

  

  Таким образом, в стартерах используются двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. В отдельных случаях, рассмотренных ниже, используются двигатели со смешанным возбуждением. В последние годы на стартерах стали применяться электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, которые имеют пониженное энергопотребление вследствие отсутствия тока возбуждения. Однако такие стартеры имеют недостатки, характерные для электродвигателей независимого (параллельного) возбуждения. Кроме того, материал для изготовления постоянных магнитов еще очень дорог. Постоянные магниты используются только в маломощных стартерах. 

2.2. Конструкция стартеров

  Конструктивно электростартер объединяет в себе электродвигатель и механизм привода с электромагнитным тяговым реле, муфтой свободного хода и шестерней понижающего редуктора. В стартер может быть встроен дополнительный редуктор, если передаточное число от шестерни привода к венцу маховика недостаточно. Электростартеры классифицируют по способу возбуждения электродвигателя (последовательного, смешанного, с возбуждением от постоянных магнитов), типу привода, способу крепления на двигателе и степени защиты от окружающей среды. Рассмотрим особенности конструкции стартеров на конкретных примерах.

  Стартер СТ130-АЭ устанавливается на двигателях ЗИГИЗО. Он состоит (рис. 2.10) из корпуса 18 с полюсами 3 и катушками обмотки возбуждения 2, якоря 19 с коллектором 21, пакетом пластин и обмоткой якоря 1, механизма привода с электромагнитным тяговым реле, муфтой свободного хода 15 и шестерней 14, крышек 12 (со стороны привода) и 22 (со стороны коллектора), щеточного узла со щеткодержателями, щетками и щеточными пружинами.