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]

Выбираем пуско-зарядное устройство

Зачем нужно пуско-зарядное устройство?

Бытует мнение, что исправный аккумулятор на исправном автомобиле не требует специальной зарядки, что заряд, потраченный на запуск двигателя, с лихвой восполняется работой генератора во время поездки. В нормальных условиях эксплуатации это действительно так. Но если на улице – зима, дальности поездки – небольшие, то времени работы генератора будет не хватать на восполнение увеличившегося с холодами разряда аккумулятора. Опять же, почти каждый автолюбитель хоть раз да забывал выключить на ночь габариты или ближний свет – в нынешние времена это особенно легко сделать – ведь ближний свет по правилам должен быть включен и днем. И в солнечный день, выйдя из машины, вы можете и не заметить, что фары остались включенными.

Что же делать, когда в ответ на поворот ключа, вместо бодрого урчания, из-под капота раздается затихающее «вжк… вжк… вжк»?

Если у вас есть время, поставить аккумулятор на зарядку. Если времени нет – придется воспользоваться пусковым устройством или проводами для «прикуривания». Впрочем, на последние надеяться не стоит – вследствие устойчивого мифа о безусловной вредности «прикуривания» для современных автомобилей, сегодня найти «донора» вам будет непросто. Вот и выходит, что без пускового или зарядного устройства в такой ситуации – никак.

Да и вообще – не стоит ждать, пока аккумулятор сядет настолько, что уже не сможет провернуть стартер. Аккумулятору вредно долгое время пребывать недозаряженным – это приводит к снижению его емкости и срока службы. Поэтому в период повышенной нагрузки на аккумулятор будет целесообразным периодически ставить его на зарядку – хотя бы раз в месяц – эти вы значительно продлите его «жизнь».

Виды пуско-зарядных устройств.

Как уже упоминалось ранее, разделяют пусковые и зарядные устройства. Также существуют пуско-зарядные устройства, объединяющие возможности и тех и других. Назначение этих устройств понятно из названия: пусковые предназначены для пуска двигателя на машине с севшим аккумулятором (подзарядку его предполагается в этом случае производить уже генератором), а зарядные – для зарядки севшего аккумулятора. Ни в коем случае нельзя путать эти устройства: у зарядного устройства не хватит тока для пуска двигателя, а высокий ток пускового устройства может безвозвратно повредить аккумулятор. Более того, при использовании пускового устройства рекомендуется отключить аккумулятор во избежание его повреждения. При использовании же пуско-зарядного устройства, если у него есть переключатель режимов, нужно внимательно следить за тем, какой режим выставлен.

Пусковые устройства бывают автономными и питающимися от сети. Автономное пусковое устройство (оно же пусковой аккумулятор) содержит 12В аккумулятор небольшой емкости, способный давать ток, достаточный для запуска двигателя. Подзаряжаться аккумулятор такого пускового устройства может либо от бортовой сети автомобиля (12В) либо от сети 220В. Подобное устройство может оказаться весьма кстати, если вы посадите аккумулятор своей машины в каком-нибудь безлюдном месте. Да и в городе такие пусковые устройства будут удобны тем, кто не имеет собственного гаража: легкое и компактное автономное пусковое устройство куда проще поднять домой для зарядки, чем тяжелый аккумулятор автомобиля. Другое дело, что в сильный мороз автономный «пусковик» со своей задачей может и не справиться: все-таки его пусковой ток ниже, чем у стандартного аккумулятора, не говоря уже о его емкости. Если вы перед разрядом аккумулятора минут пять безуспешно крутили стартер – надеяться на автономное пусковое устройство не стоит.

Зарядные устройства подразделяются на автоматические и неавтоматические. В автоматических напряжение, ток и время заряда контролируются процессором. В неавтоматических какие-то параметры придется выставлять вручную. На первый взгляд, автоматические зарядные устройства удобнее. Но здесь есть свои тонкости: дешевые «автоматы» зачастую не снабжены контрольными приборами, и следить за процессом заряда предлагается по паре светодиодов. Каким током и напряжением идет зарядка – можно только догадываться. В худшем случае такой прибор может даже повредить аккумулятор. Поэтому, покупая «автомат», желательно не скупиться на устройство, оснащенное цифровым дисплеем или амперметром – чтобы иметь возможность контролировать хотя бы ток зарядки.

Основной плюс автоматических зарядных устройств – возможность автоматического проведения сложных режимов зарядки или профилактических работ по восстановлению сульфатированных аккумуляторов. Хороший «автомат» действительно может «оживить» аккумуляторную батарею, которая уже почти совсем потеряла емкость. Однако перед использованием таких режимов обязательно следует выяснить – допустимы ли они на заряжаемом аккумуляторе. Так, контрольно-тренировочный цикл (КТЦ) – популярный способ восстановления старых сурьмянистых аккумуляторов – способен быстро вывести из строя современный кальциевый аккумулятор. КТЦ предполагает серию полных разрядов и последующих зарядов аккумулятора, а кальциевым АКБ полный разряд полностью противопоказан.

В неавтоматических зарядных устройствах ток, а иногда и напряжение заряда выставляется вручную. Перед выставлением напряжения нелишне будет ознакомиться с руководством по эксплуатации заряжаемой АКБ – если старые сурмянистые аккумуляторы обычно заряжаются напряжением 13,2-14В (именно такое напряжение выдают стандартные зарядные устройства без регулировки), то современные кальциевые аккумуляторы заряжаются напряжением 13,5-14,4В. В конечном счете все зависит от конкретной батареи, но повышенное напряжение заряда хоть и не так вредно, как повышенный ток заряда, но тоже может сократить срок службы батареи.

Ток заряда рекомендуется ни в коем случае не выставлять выше 10% от номинальной емкости, а лучше – не выше 5%. Это увеличит время заряда, но предотвратит аккумулятор от «закипания», которое современным кальциевым АКБ вредит намного больше, чем сурьмянистым или гибридным.

Перед покупкой пуско-зарядного устройства обязательно определите, какой тип аккумулятора установлен на вашем автомобиле и не нарушайте рекомендаций по его зарядке.

Также выделяется отдельный тип предпусковых зарядных устройств, способных производить зарядку высоким (до 18В) напряжением. Что же, высокое напряжение действительно может в разы ускорить заряд – когда нужно быстро зарядить севший аккумулятор, это может оказаться полезным. Но такой режим заряда может сократить службы вашего аккумулятора.

Характеристики пуско-зарядных устройств.

Напряжение заряда выбирается из свойств аккумулятора, который предполагается заряжать. Если предполагается заряжать разные аккумуляторы, нелишне будет задуматься о приобретении устройства с регулируемым напряжением заряда.

Напряжение питания устройств обычно составляет 220В. Исключение составляют автономные пусковые устройства, заряжающиеся от бортовой сети автомобиля.

Тип индикации. Наличие шкалы или дисплея на зарядном устройстве очень желательно – это даст возможность контролировать ток заряда и не дать ему превысить рекомендованный производителем АКБ предел. Особенно это актуально на автоматических зарядных устройствах.

Максимальный пусковой ток пускового устройства. Главный параметр этих устройств, показывающий, сможет ли оно вообще справиться со своей задачей. Какой выбрать максимальный ток – зависит от вашего автомобиля. В среднем для пуска холодного двигателя легкового автомобиля летом требуется максимальный ток в 200-250А, для дизельных двигателей – больше. Для запуска двигателя на морозе ток потребуется выше на 30 и более процентов – зависит от температуры. Двигатели грузовиков пускаются током от 300 и выше ампер.

Максимальный и минимальный ток заряда выбирают исходя из свойств заряжаемых батарей. Зарядное устройство должно обеспечивать ток заряда в 5-10% емкости аккумулятора.

Наличие регулировки тока заряда увеличит ваши возможности по контролю зарядки и предотвратит вредные для вашего аккумулятора режимы зарядки. Если же вы приобретаете зарядное устройство без регулятора тока, то нелишне, чтобы оно было снабжено дисплеем или амперметром.

Некоторые из зарядных устройств оснащены дополнительными разъемами для зарядки различных устройств по USB-кабелю, телефонов или ноутбуков. Возможно, такой функционал окажется для вас нелишним.

Варианты выбора.

Если вам нужно пусковое устройство на случай внезапно севшего «в чистом поле» аккумулятора, обратите внимание на автономные пусковые устройства. Выбирайте те, что обеспечивают пусковой ток хотя бы 250А. Такие устройства стоят от 4000 рублей и смогут вас однажды очень сильно выручить – если вы не забудете держать его заряженным.

В случае сильного мороза автономные устройства уже не помогут. Если вы опасаетесь «встать» в минус 30 градусов, берите пуско-зарядное устройство с питанием от сети, способное выдавать 200-300А. Оно обойдется вам в 2000-7000 рублей.

Если вы не хотите утруждать себя выбором режимов и токов, а желаете иметь простое в обращении устройство для зарядки аккумулятора – берите автоматическое зарядное устройство. Лучше выбирать из тех, на которых можно видеть, каким током сейчас идет зарядка. Они стоят 1600-4000 рублей.

Если же в вашем распоряжении имеется солидный автопарк легковых и грузовых автомобилей, вам следует выбирать из мощных зарядно-пусковых устройств, выдающих от 300А. Цена на них находится в диапазоне 9000-14000 рублей.