1

Лекция 12. Электрооборудование тракторов иавтомобилей

1. Электрооборудование автомобилей и тракторов.

2. Общие схемы электрооборудования.

3. Источники и потребители тока.

4. Батарейная система зажигания и ее приборы. Зажигание от магнето.

5. Способы пуска ДВС. Системы пуска ДВС.

Электрооборудование автомобилей и тракторов.

Система зажигания

1. Электрооборудование. Электрическая энергия на тракторах и автомо-

билях применяется для пуска двигателя (стартером), зажигания горючей смеси,

звуковой и световой сигнализации, освещения пути движения и кабины, пита-

ния контрольно-измерительных приборов и дополнительного оборудования.

Приборы, преобразующие различные виды энергии в электрическую, на-

зывают источниками электрического тока, а потребляющие ее, – потребителя-

ми. Источники электрического тока преобразуют механическую и химическую

энергию в электрическую, потребители превращают энергию электрического

тока в другой вид энергии (механическую, световую, звуковую, тепловую).

Электрооборудование тракторов и автомобилей можно разделить на сле-

дующие группы:

– источники электрической энергии (электроснабжение): аккумуляторная

батарея и генератор с реле-регулятором;

– потребители электрической энергии: стартер, фары и подфарники, зву-

ковой сигнал и сигнал поворота, электродвигатели вентилятора отопителя, а

также дополнительное электрооборудование;

– система зажигания (на карбюраторном двигателе): магнето, искровая

свеча зажигания, прерыватель-распределитель;

– контрольно-измерительные приборы: бортовой компьютер, электриче-

ские датчики, электрические измерительные приборы, сигнализаторы;

– вспомогательные приборы: предохранители, выключатели, регуляторы,

реле питания и др.

Все группы объединены бортовой электрической сетью, которая выпол-

няется по однопроводной схеме соединения потребителей с источниками элек-

трического тока. Некоторые электронные компоненты систем питания и зажи-

гания, а также отдельные датчики подключаются по двухпроводной схеме.

А к к у м у л я т о р н а я б а т а р е я . Аккумуляторная батарея предна-

значена для питания током потребителей, когда двигатель не работает или ра-

ботает на малой частоте вращения коленчатого вала. Аккумуляторная батарея

состоит из нескольких одинаковых по устройству аккумуляторов, соединенных

между собой последовательно.

Принцип работы аккумулятора основан на последовательном превраще-

нии электрической энергии в химическую (зарядка) и обратно – химической

энергии в электрическую (разрядка). На лесотранспортных машинах и лесоза-

готовительных машинах и тракторах устанавливают свинцовые кислотные ак-

кумуляторные батареи.

Простейший свинцовый аккумулятор (рис. 50) состоит из пластмассовой

2

банки, в которую залит электролит (раствор серной кислоты в дистиллирован-

ной воде), и двух свинцовых пластин. Поверхности пластин, находящиеся в

электролите, покрываются тонким слоем сернокислого свинца, иначе называе-

мым сульфатом свинца.

Рис. 50. Аккумуляторная батарея:

1 – отрицательные пластины; 2 – поло-

жительные пластины; 3 – ребра; 4 – бак;

5 – пробка; 6 – крышка; 7 – соедини-

тельная перемычка; 8 – полюсной

штырь; 9 – сепаратор

Обязательное условие для работы аккумулятора – зарядка, т.е. через него

пропускают электрический ток. При прохождении постоянного электрического

тока от постороннего источника через аккумулятор в результате химической

реакции на пластине, соединенной с положительным полюсом источника тока,

образуется перекись свинца, а на пластине, соединенной с отрицательным по-

люсом источника тока, – металлический свинец в виде рыхлой губчатой массы.

При этом в электролит выделяется серная кислота, которая увеличивает его

плотность.

Аккумуляторная батарея состоит из бака 4 (рис. 50), разделенного внутри

перегородками на отделения. В каждом отделении (банке) помещается один ак-

кумулятор. Бак изготовляют из кислотостойкой пластмассы или эбонита. Он

имеет на дне ребра, на которые опираются пластины. В каждую банку помещен

набор положительных 2 и отрицательных 1 пластин.

Пластины аккумулятора изготавливают в виде решеток, заполненных ак-

тивной массой – порошкообразным свинцом. Для увеличения запаса энергии

число парных пластин увеличивают. Количество электричества, которое отдает

полностью заряженный аккумулятор при непрерывном разряде постоянной си-

лой тока до определенного конечного напряжения, называют емкостью аккуму-

лятора. Ее измеряют в ампер-часах.

Положительные пластины соединены с полюсным штырем, имеющим

знак плюс, а отрицательные – с полюсным штырем со знаком минус. Положи-

тельная пластина расположена между отрицательными, поэтому отрицательных

пластин на одну больше, чем положительных. Пластины отделены друг от

друга пористыми перегородками – сепараторами 9. Они изготовлены из специ-

ально обработанного дерева, микропористой пластмассы или стекловолокна.

Сепараторы предупреждают короткое замыкание пластин и свободно пропус-

кают через себя электролит. Банку закрывают крышкой 6, в которой преду-

смотрено отверстие для заполнения банки электролитом. Заливное отверстие

закрывается пробкой 5. В пробке имеется вентиляционное отверстие, сооб-

щающее полость аккумулятора с атмосферой, что необходимо для выхода га-

зов, выделяющихся при химических реакциях. После сборки батареи края

3

крышек аккумуляторов заливают специальной кислотостойкой мастикой.

На перемычках, соединяющих отдельные аккумуляторы, указаны дата из-

готовления и марка батареи, например 6 ТСТ-50 ЭМС. Марка батареи расшиф-

ровывается следующим образом. Первая цифра (6) указывает на число после-

довательно соединенных аккумуляторов, определяющее номинальное напря-

жение батареи (12 В). Буквы, следующие за первой цифрой, означают, что ба-

тарея «тяжелая» стартерная. Такая батарея отличается особой прочностью.

Чтобы не допускать разрушения пластин, запрещается на продолжитель-

ное время и несколько раз подряд включать стартер.

При установке на трелевочный трактор или лесовозный автомобиль вы-

водной штырь батареи со знаком минус присоединяется к «массе» через вы-

ключатель, установленный в кабине.

2. Система зажигания. Система зажигания бензиновых и газовых двига-

телей служит для принудительного воспламенения рабочей смеси, которое

осуществляется в результате теплового воздействия электрического разряда

между электродами свечей зажигания на молекулы смеси. Электрическое на-

пряжение, при котором происходит искровой разряд, называют пробивным на-

пряжением. Повышение агрегатных мощностей современных двигателей с

принудительным воспламенением рабочей смеси достигается, как правило, по-

вышением степени сжатия, увеличением частоты вращения коленчатого вала и

числа цилиндров. В этих условиях возрастают требования, предъявляемые к

системе зажигания. При увеличении степени сжатия и работе двигателя на

обедненной смеси необходимо увеличивать электрическое напряжение между

электродами свечи зажигания и энергию электрической искры. Повышение

частоты вращения коленчатого вала и числа цилиндров двигателя приводит к

возрастанию числа искровых разрядов в единицу времени и сокращению про-

должительности каждого из них. При этом энергия искрового разряда должна

быть достаточной для надежного воспламенения рабочей смеси, имеющей раз-

личные параметры и состав. Для своевременного воспламенения рабочей смеси

необходимо изменять угол опережения зажигания при изменении скоростного

и нагрузочного режимов работы двигателя.

Системы зажигания классифицируются следующим образом: батарейное

зажигание; зажигание от магнето; контактно-транзисторное зажигание и элек-

тронное зажигание.

3. Батарейное зажигание. Принципиальная схема батарейной системы

зажигания представлена на рис. 51. Сжатая рабочая смесь в цилиндрах карбю-

раторного двигателя воспламеняется от искры, образующейся в свече зажига-

ния. Ток высокого напряжения, необходимый для создания искрового разряда,

получают от приборов батарейного зажигания.

Система батарейного зажигания, применяемая на автомобильных карбю-

раторных двигателях, служит для преобразования тока низкого напряжения в

ток высокого напряжения и распределения его по цилиндрам двигателя.

В системе батарейного зажигания имеются две цепи – низкого и высокого

напряжений. В цепь тока низкого напряжения последовательно включены ак-

кумуляторная батарея 1 (или генератор), включатель 2 зажигания, первичная

4

обмотка катушки зажигания 4, добавочным резистором 3, прерыватель 8 и кон-

денсатор 7. Цепь тока высокого напряжения состоит из вторичной обмотки ка-

тушки зажигания 4, распределителя 5, проводов высокого напряжения и искро-

вых свечей зажигания.

При включенном замке зажигания и замкнутых контактах прерывателя

электрический ток от аккумуляторной батареи или генератора поступает в пер-

вичную обмотку катушки зажигания, Образуя вокруг нее магнитное поле. При

размыкании контактами прерывателя цепи низкого напряжения исчезает ток в

первичной обмотке катушки зажигания и вместе с ним магнитное поле, окру-

жающее его. Исчезающее магнитное поле пересекает витки вторичной обмотки

катушки зажигания и наводит в ней ЭДС. Благодаря большому числу витков во

вторичной обмотке напряжение на ее концах достигает 20…24 кВ.

Рис. 51. Принципиальная схема батарейной системы зажигания: 1 – аккумуляторная батарея;

2 – выключатель зажигания; 3 – вариатор; 4 – индукционная катушка зажигания; 5 – распре-

делитель; 6 – свечи зажигания; 7 – конденсатор; 8 – механический прерыватель

От вторичной обмотки катушки зажигания через провод высокого напря-

жения, распределитель и провода ток высокого напряжения поступает к искро-

вым свечам зажигания, где между электродами происходит искровой разряд,

который зажигает рабочую смесь.

3.1. Приборы батарейной системы зажигания. И н д у к ц и о н н а я

к а т у ш к а з а ж и г а н и я (рис. 52) имеет стальной корпус 6, в котором по-

мещен кольцевой магнитопровод 5, концентрирующий магнитный поток, соз-

даваемый первичной обмоткой. На сердечнике 2 намотана вторичная обмотка

4. Ряды провода при намотке изолируются друг от друга слоями конденсатор-

ной бумаги. Сверху вторичную обмотку изолируют лакотканью и кабельной

бумагой. С целью лучшего охлаждения первичная обмотка 3 намотана на вто-

ричную. С одной стороны в корпус индукционной катушки завальцован фар-

форовый изолятор 1, а с другой – карболитовая крышка 8. Снаружи к корпусу

катушки прикреплен вариатор 12. Все пустоты внутри корпуса заполнены изо-

ляционной массой – битумным компаундом. От аккумуляторной батареи ток в

первичную обмотку может поступать либо через клемму ВК-Б, либо через

клемму ВК– в случае шунтирования вариатора. От клеммы 7 ток низкого на-

пряжения поступает к прерывателю. Ток высокого напряжения от клеммы 9 от-

5

водится к распределителю.

а б

Рис. 52. Индукционная катушка зажигания: а – схема; б – общий вид; 1 – фарфо-

ровый изолятор; 2 – сердечник; 3 – первичная обмотка; 4 – вторичная обмотка; 5 –

кольцевой магнитопровод; 6 – корпус; 7, 9, 10, 11 клеммы; 8 – карболитовая

крышка; 12 – дополнительный резистор (вариатор)

С в е ч а з а ж и г а н и я служит для получения искрового разряда в ка-

мере сгорания, тепловое воздействие которого воспламеняет рабочую смесь.

Условия работы свечи зажигания характеризуются значительными термиче-

скими, электрическими и механическими нагрузками. Изолятор 1 свечи зажи-

гания (рис. 53) изготовлен из кристаллокорунда, который обладает высокой

электрической и механической прочностью. Поверхность изолятора покрывают

глазурью для уменьшения отложений на нем загрязнений и влаги, что повыша-

ет поверхностное сопротивление материала. Для обеспечения бесперебойной

работы свечи зажигания необходимо поддерживать температуру ее теплового

конуса 7 в пределах 700…800°С. При этой температуре нагар, отлагающийся на

конусе и электродах свечи, сгорает и происходит ее самоочищение. При темпе-

ратуре теплового конуса ниже 500°С изолятор нижней части свечи покрывается

нагаром, что приводит к снижению пробивного напряжения и к перебоям в ра-

боте двигателя из-за возможных пропусков зажигания рабочей смеси. Если

температура теплового конуса выше 800…900 °С, может возникнуть так назы-

ваемое калильное зажигание, когда рабочая смесь воспламеняется не от элек-

трической искры, а от нагретых до высокой температуры электродов и поверх-

ности изолятора.

Для поддержания необходимой температуры теплового конуса выпуска-

ются свечи зажигания с различной степенью теплоотдачи. В двигателях с невы-

сокой степенью сжатия применяют свечи зажигания с малой теплоотдачей, на-

зываемые горячими, а для двигателей с повышенной степенью сжатия – холод-

ные свечи с большой теплоотдачей.

6

а б

Рис. 53. Свечи зажигания: а – схема; б – общий вид; 1 – изолятор; 2 – контактная

головка; 3 – стеклогерметик токопроводящий; 4 – корпус; 5, 6 – прокладки уплот-

нительные; 7 – тепловой конус; 8 – центральный электрод; 9 – боковой электрод

(«масса»)

Горячие свечи зажигания имеют удлиненную нижнюю часть изолятора и

более широкую расточку корпуса, а холодные – укороченную нижнюю часть

изолятора и узкую расточку корпуса. Чем меньше высота теплового конуса, тем

холоднее свеча зажигания и больше допустимая степень сжатия, при которой

обеспечивается работа двигателя без калильного зажигания.

П р е р ы в а т е л ь - р а с п р е д е л и т е л ь необходим для прерывания

тока низкого напряжения и распределения тока высокого напряжения по ци-

линдрам двигателя.

В прерыватель входят корпус 10 (рис. 54, б), приводной валик 11, под-

вижный и неподвижный диски, кулачок 6 и регуляторы опережения зажигания.

На подвижном диске 15 размещены изолированный рычажок 5 с подвижным

контактом 7 и неподвижный контакт 8 со стойкой. Контакты прерывателя на-

плавлены тугоплавким металлом – вольфрамом. Подвижный контакт прерыва-

теля прижимается к неподвижному пластинчатой пружиной.

Вращающийся кулачок 6 нажимает выступом на изолированный рычажок

прерывателя и за один оборот размыкает контакты столько раз, сколько высту-

пов на кулачке. Число выступов на кулачке равно числу цилиндров двигателя.

Сверху на корпусе прерывателя установлен распределитель (рис. 54, а).

Он состоит из ротора 4 и крышки 1. Ротор изготовлен из карболита, а сверху в

него вмонтирована контактная пластина. Он закреплен на выступе кулачка.

Крышка распределителя тоже изготовлена из карболита. На ее наружной части

по окружности выполнены гнезда с зажимами 2 для проводов высокого напря-

жения к искровым свечам зажигания. В центре крышки расположено централь-

ное гнездо для крепления центрального провода высокого напряжения от ка-

тушки зажигания. Внутри крышки против центрального гнезда помещен уголь-

ный контакт 3 с пружиной для соединения провода с пластиной ротора, а про-

тив каждого гнезда по окружности расположены боковые контакты. Ротор рас-

пределителя, вращаясь вместе с кулачком, соединяет центральный контакт по-

7

очередно с боковыми, подавая ток высокого напряжения в свечи зажигания.

Кулачок 6 прерывателя соединен с приводным валиком 11 через центро-

бежный регулятор (рис. 54, в). Валик приводится в действие от распредели-

тельного вала. Центробежный регулятор снабжен грузиками 19, на выступах

которых размещается пластина 9 с косыми прорезями. С увеличением частоты

вращения коленчатого вала грузики регулятора расходятся, и штифты грузиков,

перемещаясь в прорезях пластины, поворачивают ее и соединенный с ней кула-

чок в сторону вращения ведущего валика. В результате кулачок размыкает кон-

такты прерывателя и угол опережения зажигания увеличивается.

Рис. 54. Прерыватель-распределитель: а – распределитель; б – прерыватель; в – центробеж-

ный регулятор опережения зажигания

В зависимости от условий работы должен быть выбран оптимальный

угол опережения зажигания, который влияет на тепловой режим, мощность и

экономичность двигателя.

В прерывателе-распределителе, кроме центробежного, установлен ваку-

умный регулятор. Он служит для изменения угла опережения зажигания в за-

висимости от нагрузки двигателя. Полость вакуумного регулятора 17, в которой

8

находится пружина 16, соединена трубкой со смесительной камерой карбюра-

тора над дроссельной заслонкой, полость с другой стороны сообщается с атмо-

сферой. К диафрагме 18 прикреплена тяга, которая связана с подвижным дис-

ком 15 прерывателя.

При уменьшении нагрузки двигателя дроссельная заслонка прикрывается,

и под действием разрежения, передаваемого по трубке от карбюратора, диа-

фрагма 18 перемещается с тягой влево (на рисунке) и поворачивает подвижную

пластину прерывателя навстречу вращению кулачка. Угол опережения зажига-

ния при этом увеличивается. С возрастанием нагрузки дроссельная заслонка

открывается, разрежение в трубке падает, и под действием пружины 16 диа-

фрагма перемещает тягу с подвижным диском в обратную сторону, уменьшая

угол опережения зажигания.

Для изменения угла опережения зажигания вручную в зависимости от ок-

танового числа топлива предназначен октан-корректор. Им изменяют угол

опережения зажигания в пределах ±12° по углу поворота коленчатого вала.

Чтобы изменить угол опережения зажигания, отпускают болт, крепящий пла-

стины 13, и вращением регулировочных гаек 12 поворачивают корпус прерыва-

теля-распределителя в необходимую сторону, после чего закрепляют крепящий

болт. Одно деление шкалы октан-корректора соответствует изменению угла

опережения зажигания на 2°.

Таким образом, в прерывателе-распределителе действуют независимо три

устройства по изменению угла опережения зажигания: центробежный регуля-

тор – поворачивает кулачок, вакуумный регулятор – подвижный диск преры-

вателя, октан-корректор – корпус.

Ток самоиндукции, возникающий в цепи низкого напряжения при разры-

ве контактов прерывателя, вызывает интенсивное искрение, разрушение кон-

тактов. Чтобы предотвратить вредное действие ЭДС самоиндукции, параллель-

но контактам прерывателя включают конденсатор, который заряжается в мо-

мент появления ЭДС самоиндукции. Разряжаясь в обратном направлении, он

приводит к быстрому исчезновению тока в первичной цепи, а следовательно, и

магнитного поля, благодаря чему напряжение во вторичной цепи повышается.

3.2. Контактно-транзисторная система зажигания. Система батарейно-

го зажигания имеет простое устройство, однако она имеет существенные не-

достатки: контакты прерывателя быстро изнашиваются вследствие подгорания,

так как через них проходит ток значительной силы; сила тока высокого напря-

жения зависит от частоты вращения коленчатого вала; наблюдается ненадежное

воспламенение смеси в высокооборотных многоцилиндровых двигателях. При-

менение контактно-транзисторной системы зажигания позволяет исключить

недостатки, присущие батарейной системе зажигания.

В контактно-транзисторной системе зажигания в качестве усилителя пер-

вичного тока используются полупроводниковые приборы, а цепь тока низкого

напряжения разделена на силовую и управляющую цепи, при этом контакты

прерывателя размыкают небольшой ток управления (0,1…0,3 А). Первичный

ток в полупроводниковой системе (до 6,5...7,5 А) вызывает индуктирование то-

ка высокого напряжения во вторичной обмотке катушки от 30 000 до 35 000 В.

9

Ток в первичной цепи проходит через транзистор, минуя прерыватель,

через который идет лишь небольшой ток, управляющий транзистором. В такой

системе зажигания применяется катушка зажигания с малым сопротивлением

первичной обмотки (180 витков) без вариатора, увеличенным числом витков

вторичной обмотки (41,5 тыс. витков) и раздельными выводами обмоток. Пре-

рыватель-распределитель не имеет конденсатора, так как разгружен от тока

первичной цепи.

Вторичное напряжение транзисторной системы зажигания по сравнению

с обычной батарейной повышается на 25%, что обеспечивает увеличение энер-

гии искрового разряда. При этом улучшаются пусковые качества и приеми-

стость двигателя, уменьшается расход горючего. Зазор между электродами све-

чи увеличивается до 1...1,2 мм.

4. Электронное зажигание. Повышающиеся требования к ДВС (мощно-

стные, экономические, экологические и другие показатели) вынуждают приме-

нять микропроцессорную технику для управления зажиганием двигателя. Ши-

рокое развитие и совершенствование полупроводниковых приборов и микро-

схем позволило их использование в качестве основных элементов систем зажи-

гания современных двигателей, работающих на бензине и газе.

В цепи тока низкого напряжения электронной системы зажигания отсут-

ствует механический прерыватель, а коммутация тока производится при помо-

щи специального электронного блока, управление которым осуществляется

бортовым компьютером на основании данных, которые он получает от датчи-

ков (подробно рассмотрены в разделе «Система питания современных двигате-

лей» настоящего учебного пособия).

Как правило, в таких системах зажигания используются индивидуальные

катушки зажигания, которые устанавливаются непосредственно на свечу зажи-

гания (рис. 55), либо блок катушек зажигания, который также устанавливается

непосредственно на свечи зажигания. В этом случае отсутствуют провода вы-

сокого напряжения и распределитель. Порядком работы катушек зажигания в

соответствии с порядком работы двигателя управляет бортовой компьютер.

Рис. 55. Электронная катушка зажига-

ния в сборе со свечой зажигания: 1 –

свеча зажигания; 2 – предохранитель-

ный резиновый уплотнительный конус;

3 – металлический корпус катушки; 4 –

электрический разъем управления; 5 –

крепежный кронштейн

Катушка зажигания состоит из первичной обмотки (протекающий ток до

7,6 А), вторичной обмотки (связана контактной головкой непосредственно со

свечей зажигания) и согласующей микросхемы, подключенной при помощи

разъема к бортовому компьютеру.

Электронная система зажигания позволяет добиться высокой надежности

10

и экономичности в работе двигателя, а также получить высокие показатели

экологичности.

3.4. Зажигание от магнето. Система зажигания от магнето отличается от

батарейной системы зажигания автономностью, стабильностью работы при

больших частотах вращения коленчатого вала, компактностью. Приборы сис-

темы кроме проводов высокого напряжения и свечей зажигания объединены в

одном агрегате – магнето. Источник тока, трансформатор, прерыватель и рас-

пределитель конструктивно скомпонованы в одном корпусе. В зависимости от

магнитной схемы применяются магнето с вращающимся магнитом или маг-

нето с вращающимся магнитным коммутатором. Магнит и обмотки в этом

случае неподвижны. В системах зажигания пусковых двухтактных карбюра-

торных двигателей, в двигателях различного мотоинструмента, как правило,

применяются магнето с вращающимся магнитом, так как они более просты по

конструкции и надежны в эксплуатации ввиду отсутствия скользящих контак-

тов. Принципиальная схема зажигания от магнето с вращающимся магнитом

приведена на рис. 56.

Рис. 56. Принципиальная схема системы зажигания от магнето: 1 – якорь; 2 – стойка; 3 –

вторичная обмотка; 4 – первичная обмотка; 5 – искровой разрядник; 6 – сердечник; 7 – свеча

зажигания; 8 – контакт; 9 – выводной контакт; 10 – неподвижный контакт прерывателя; 11 –

выключатель; 12 – кулачок; 13 – конденсатор

Якорь 1 представляет собой магнит, приводимый во вращение от колен-

чатого вала двигателя. На сердечнике 6 расположены первичная 4 и вторичная

3 обмотки. Один конец первичной обмотки припаян к сердечнику, а второй со-

единен с неподвижным контактом прерывателя 10. Вторичная обмотка одним

концом соединена с первичной, а другим – через контакт 8 с выводным контак-

том 9, от которого по проводу высокого напряжения ток подводится к свече за-

жигания 7. Кулачок 12 прерывателя вращается вместе с якорем. Параллельно

контактам прерывателя включен конденсатор 13. Выключатель 11 служит для

замыкания на массу вторичной обмотки, минуя прерыватель, при выключении

11

зажигания. Искровой разрядник 5 предохраняет изоляцию обмоток магнето от

повреждения (пробоя) при значительном возрастании вторичного напряжения в

случае отсоединения провода высокого напряжения от свечи зажигания или ее

неисправности.

При вращении якоря 1 изменяется магнитный поток, передаваемый от

одного полюса постоянного магнита к другому через сердечник 6. Число изме-

нений магнитного потока за один оборот якоря будет равно числу пар полюсов

магнита. Изменяющийся магнитный поток индуктирует в первичной и вторич-

ной обмотках ток, максимальное значение которого соответствует моменту

наибольшей скорости изменения магнитного потока, проходящего через сер-

дечник (два раза за один оборот двухполюсного магнита). При вращении маг-

нита с большой скоростью индуктируемая во вторичной обмотке ЭДС состав-

ляет 2000…3000 В, что значительно ниже пробивного напряжения. Кроме того,

влияние индуктивности первичной обмотки приводит к тому, что момент дос-

тижения максимального значения тока в первичной обмотке не совпадает с мо-

ментом достижения максимальной ЭДС во вторичной обмотке. Наибольшего

значения ток в первичной цепи достигает в момент, когда якорь магнето пово-

рачивается относительно своего нейтрального положения (90 и 270°) на угол

7…12°. С целью повышения вторичного напряжения и получения искрового

разряда между электродами свечи зажигания в строго определенное время в

первичную цепь магнето включен прерыватель. Замыкание первичной цепи

происходит в момент, когда ЭДС в первичной обмотке близка к нулю, а размы-

кание – когда ток в ней имеет максимальное значение. При размыкании контак-

тов прерывателя энергия магнитного поля первичной обмотки превращается в

электрическую энергию искры, образующейся между электродами свечи зажи-

гания. Угол, на который поворачивается якорь магнето от своего центрального

положения к моменту размыкания контактов прерывателя, называют абрисом.

Значение этого угла зависит от типа магнето и определяется опытным путем.

Для изменения угла опережения зажигания в зависимости от скоростного ре-

жима работы двигателя в приводе магнето предусматривается специальная цен-

тробежная муфта.

3. Система пуска

Пуск двигателя внутреннего сгорания производится от постороннего ис-

точника энергии, путем прокручивания коленчатого вала со скоростью, обеспе-

чивающей нормальное протекание рабочего процесса. Пусковая скорость, т. е.

минимальная частота вращения, при которой происходит запуск двигателя, для

карбюраторных двигателей составляет 40–60 об/мин, для дизелей – 200–300

об/мин.

Пуск двигателя может производиться при помощи пусковой рукоятки (в

последнее время на автомобилях и тракторах практически не используется),

при помощи электрического стартера, пусковым двигателем или при помощи

системы пуска сжатым воздухом.

Пусковая скорость карбюраторных двигателей должна быть достаточной

для образования такой горючей смеси, которая имела бы в конце процесса сжа-

тия коэффициент избытка воздуха в пределах воспламеняемости. Чем хуже ис-

12

паряемость топлива и ниже температура окружающего воздуха, тем больше

нужно подать топлива для получения в смеси желаемого соотношения его с

воздухом.

Воспламенение смеси дизельного двигателя обусловлено температурой

ее в конце сжатия, которая может, быть повышена за счет увеличения частоты

вращения коленчатого вала при пуске. При подаче больших доз топлива улуч-

шается его распыливание и обеспечивается пуск при меньшей частоте враще-

ния.

В соответствии с ГОСТ 20000-82 дизельный двигатель должен запускать-

ся при температуре окружающего воздуха до –10…-20 С без применения

средств предпусковой подготовки. Надежным считается пуск, если он произво-

дится не более, чем с трех включений стартера, каждое продолжительностью не

более 20 секунд с интервалом между последовательными включениями 1–1,5

мин. Если запуск производится пусковым двигателем, то продолжительность

пуска не должна превышать 5 мин. При температуре воздуха до -40 С с исполь-

зованием средств предпусковой подготовки пуск двигателя не должен превы-

шать 30 мин.

Мощность пускового устройства (кВт) определяется по формуле

9550

eп

nMN ,

где Mе – момент сопротивления вращению коленчатого вала двигателя; n – ми-

нимальная пусковая частота вращения коленчатого вала.

Запуск электрическим стартером. В этом случае возможны два сле-

дующих случая.

1. Непосредственный пуск двигателя электрическим стартером.

2. Пуск электрическим стартером пускового бензинового двухтактного

двигателя, а им в свою очередь запуск основного дизельного двигателя.

В последнее время запуск как бензиновых, так и дизельных двигателей

производиться при помощи электрических стартеров, так как электростатртеры

достигли определенного совершенства при своих малом габарите и весе и вы-

сокой надежности в любых климатических условиях.

Мощность на валу стартера может быть определена по формулам:

- для карбюраторного двигателя екарбст ,02)(0,012...0 NN ;

- для дизельного двигателя едизст ,073)(0,033...0 NN ,

где Nе – эффективная мощность запускаемого двигателя.

Стартеры различают по типам механизмов привода и управления. Меха-

низм привода предназначен для соединения шестерни стартера с зубчатым вен-

цом маховика при пуске и автоматического отключения после запуска. Меха-

низм управления служит, для включения тока в цепь стартера после соединения

его шестерни с венцом маховика и выключения тока при начале работы двига-

теля. Наибольшее распространение получили стартеры с электромагнитным

приводом и дистанционным управлением. Крутящий момент, развиваемый

стартером, увеличивается за счет зубчатой передачи с передаточным числом

10...16. Вал стартера и коленчатый вал двигателя должны быть соединены

13

только в период пуска. Если их вовремя не разъединить, якорь стартера, полу-

чая вращение от работающего двигателя, может развить чрезмерно большую

скорость, которая приведет к его разрушению. Чтобы это не произошло, шес-

терня стартера после запуска двигателя выводится из зацепления с венцом или

свободно, проворачивается на валу за счет муфты свободного хода, способной

передавать вращение только от стартера маховику.

Как правило, в настоящее время используются стартеры с электромаг-

нитным приводом и дистанционным управлением. Такой стартер имеет два до-

полнительных устройства – вспомогательное и тяговое реле. На рис. 57 приве-

дена схема работы стартера.

Рис. 57. Схема пуска двигателя

электростартером: 1 – маховик

запускаемого двигателя; 2 – ко-

ленчатый вал; 3 – шестерня стар-

тера; 4 – электростартер; 5 – тяга;

6 – втягивающая обмотка элек-

тромагнита; 7 – источник тока; 8

– возвратная пружина

При нажатии на кнопку стартера или повороте ключа зажигания в поло-

жение пуска ток от батареи 7 поступает в обмотку вспомогательного реле, кон-

такты которого замыкаются. В цепь включается тяговое реле. Ток проходит че-

рез удерживающую и втягивающую обмотки, вокруг которых создается силь-

ное магнитное поле, достаточное для перемещения якоря тягового реле. При

этом в зацепление вводится шестерня привода 3, а затем при нажиме якоря на

толкатель контактным мостиком замыкаются главные клеммы тягового реле,

включая в цепь стартер 4. Так как втягивающая обмотка закорачивается, тяго-

вое реле удерживается магнитным полем только одной удерживающей обмот-

ки. Цепь тока реле включения замкнута через обмотку генератора. При запуске

частота вращения двигателя и генератора увеличивается и возрастает создавае-

мое генератором напряжение. Это вызывает уменьшение тока в обмотке вспо-

могательного реле, которая оказывается под разностью напряжений батареи и

генератора в 2...3 В, и контакты его размыкаются. Тяговое реле при этом вы-

ключается, под действием возвратной пружины 8 якорь выходит из сердечника

и размыкает цепь стартера.

Запуск пусковым двигателем. В качестве пускового двигателя исполь-

зуется бензиновый, одноцилиндровый, карбюраторный двухтактный двигатель

с кривошипно-камерной продувкой. Реже используются четырехтактные двух-

цилиндровые пусковые двигатели. Такая система встречается ранних моделях

лесных тракторов средней и высокой мощности. Применение такой системы

пуска обусловлено тем, что она надежно работает в широком диапазоне темпе-

ратур окружающей среды. При использовании такой системы пуска водяные

рубашки пускового и основного двигателей соединены. Циркуляция воды в

системе охлаждения – термосифонная.

Для передачи крутящего момента от пускового двигателя дизелю приме-

няется одноступенчатый редуктор 7, имеющий многодисковую муфту сцепле-

14

ния 2, обгонную роликовую муфту 3 и автомат отключения 4 пусковой шестер-

ни (рис. 58).

Рис. 58. Схема пуска при помощи

пускового двигателя: 1 – пуско-

вой двигатель; 2 – муфта сцепле-

ния; 3 – обгонная муфта; 4 – ав-

томат выключения; 5 – маховик

основного двигателя; 6 – коленча-

тый вал; 7 – пусковой редуктор

Запуск сжатым воздухом. Некоторые виды тракторов оборудуются сис-

темами воздушного запуска двигателя, используемыми в случае отказа элек-

трического стартера или пускового двигателя.

Такая система состоит из баллона со сжатым воздухом, крана-редуктора,

манометра, трубопровода, воздухораспределителя и пусковых клапанов. Ем-

кость баллона для хранения сжатого воздуха может составлять 10 л. Давление

воздуха в полностью заряженном баллоне составляет 1,5 МПа.

Способы облегчения пуска двигателя. Вспомогательные средства для

облегчения пуска двигателя в холодное время года делятся на несколько видов.

1. Устройства и средства для облегчения воспламенения топлива. У ди-

зельных двигателей возможно использование обогатителей в топливном насосе

высокого давления (ТНВД), увеличивающих цикловую подачу топлива в 1,8–

2,5 раза на пусковых режимах (в сравнении с номинальным режимом работы

двигателя). Применяются также на дизельных двигателях специальные муфты в

приводе ТНВД, позволяющие обеспечить угол опережения впрыска топлива на

10–15 меньше, чем при работе двигателя на номинальном режиме.

Еще одним мероприятием для облегчения пуска двигателя является со-

кращение утечек свежего заряда в процессе сжатия, что позволяет повысить

температуру заряда в конце такта сжатия. Утечки зависят от конструкции зам-

ков поршневых колец, зазора между кольцами и стенками цилиндра. Потери

также тем меньше, чем выше скорость поршня (выше частота вращения колен-

чатого вала двигателя).

Хорошие результаты дает подогрев воздуха, поступающего в цилиндр

при впуске. Для этого могут использоваться электрические и электрофакельные

подогреватели во впускном трубопроводе, подогрев стенок впускного трубо-

провода отработавшими газами двигателя, подогрев воздуха в камере сгорания

дизельного двигателя свечами накаливания (рис. 59), применение пусковых

жидкостей.

15

Рис. 59. Свеча накала: 1 – рабочий

стержень накаливания; 2 – уста-

новочная резьба; 3 – шестигран-

ная головка под ключ; 4 – кон-

тактная головка

Принцип действия свечи накаливания заключается в следующем, при по-

даче электрического напряжения на контактную головку, рабочий стержень ра-

зогревается и накаляется разогревая таким образом внутреннюю поверхность

камеры сгорания. Для надежного запуска двигателя достаточно включения све-

чей накала перед пуском на 40–45 с.

В качестве пусковой жидкости используется диэтиловый эфир (темпера-

тура самовоспламенения составляет 130–145 С, а вскипание происходит при

температуре 34,5 С). В пусковую жидкость добавляют машинное масло с анти-

коррозионными и противоизносными присадками для уменьшения износа ци-

линдро-поршневой группы двигателя.

Возможно добавление пусковой жидкости в топливо в пропорции 1:1

(смесь подается в цилиндр штатной системой питания двигателя), либо впрыск

и распыливание пусковой жидкости во впускной трубопровод (пусковая жид-

кость в виде тумана вместе с воздухом поступает в цилиндры двигателя).

Для карбюраторных двигатель используется пусковая жидкость «Аркти-

ка» (рабочий диапазон температур от -30 до -35 С), для дизельных двигателей –

«Холод Д40» (рабочий диапазон температур от -25 до -30 С)

2. Снижение момента сопротивления вращению коленчатого вала дви-

гателя. Для этих целей используются моторные масла с пологой вязкостно-

температурной характеристикой, использование декомпрессионного механиз-

ма, применение каскадных систем пуска (электрический стартер запускает пус-

ковой двигатель, а он запускает основной).

3. Комплексная предпусковая подготовка двигателя. Осуществляется с

использованием различных средств – групповых, индивидуальных, стационар-

ных, передвижных. Это, как правило, предпусковые подогреватели, работаю-

щие на бензине, дизельном топливе, электроэнергии. Возможно также исполь-

зование систем горячего централизованного водоснабжения и пара.

Предпусковые подогреватели могут производить подогрев моторного

масла (обдув картера двигателя горячими газами), подогрев охлаждающей

жидкости (термосифонная система охлаждения при старте пусковым двигате-

лем или специальными нагревателями). У дизельных двигателей возможен по-

догрев дизельного топлива в баке или в фильтре грубой очистки топлива. Дви-

гатели с воздушным охлаждением могут разогреваться перед пуском горячим

воздухом или газовоздушной смесью, направляемыми в воздухозаборники сис-

темы охлаждения.

4. Электроприборы автомобиля и трактора

Генераторы. В качестве основных источников получения электроэнер-

гии на лесных машинах тракторах используются генераторы постоянного или

переменного тока мощностью от 180 до 1000 Вт при напряжении 12 В. Привод

генератора производится от коленча- того вала двигателя посредством ре-

16

менной или шестеренчатой передачи.

Ранее достаточно широко использовались двухполюсные генераторы по-

стоянного тока с шунтовым возбуждением (ранние модели тракторов МТЗ). В

таких генераторах в его корпусе на двух подшипниках установлен якорь, про-

дольных пазах которого уложены обмотки, концы которых припаяны к пласти-

нам коллектора. Обмотка возбуждения намотана на два сердечника электро-

магнита, закрепленных на внутренней стороне корпуса. Один конец обмотки

возбуждения соединен с массой (корпусом), а другой с клеммой шунта. Для пе-

риодического осмотра состояния щеток в корпусе генератора сделаны окна, за-

крывающиеся предохранительной лентой. К коллектору с помощью пружин

прижимаются две токособирающие щетки, укрепленные в щеткодержателях.

Провод от одной щетки соединен на массу, а второй – на выводную клемму.

В последнее время наибольшее распространение получили генераторы

переменного тока, обладающие по сравнению с генераторами постоянного тока

рядом преимуществ. Благодаря отсутствию коллектора повышается долговеч-

ность и надежность генератора переменного тока. Обмотка возбуждения в нем

располагается таким образом, что выдерживает действие значительных центро-

бежных сил. Последнее позволяет увеличивать частоту вращения и соответст-

венно уменьшать габарит, массу генераторов и расход цветных металлов.

Генератор переменного тока состоит из статора, на зубцы которого наса-

жены катушки. Обмотки статора соединены звездой по трехфазной схеме. Кон-

цы обмоток подключены к выпрямительному блоку. Обмотка возбуждения вы-

полнена в виде катушки, помещенной на стальной втулке клювообразных по-

люсов ротора. Концы обмотки возбуждения подключены к контактным коль-

цам, к которым подводится выпрямительный ток через щетки, установленные в

щеткодержателе. В статоре генератора на шарикоподшипниках установлен вал

ротора, с одной стороны к которому прикреплен вентилятор, а с другой сторо-

ны установлен приводной шкив.

Реле-регуляторы. В процессе эксплуатации частота вращения вала гене-

ратора постоянно изменяется. Соответственно изменяется и напряжение на

клеммах генератора. В то же время для нормальной работы потребителей тока

необходимо постоянное напряжение. Поддержание постоянного напряжения в

бортовой сети независимо от изменения частоты вращения коленчатого вала

двигателя и нагрузки (включения потребителей) выполняет специальный при-

бор – регулятор напряжения.

При уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя до опре-

деленной величины наступает момент, когда напряжение генератора оказыва-

ется меньше напряжения аккумуляторной батареи. Чтобы предотвратить по-

ступление тока из аккумуляторной батареи в генератор и уберечь его обмотки

от перегрева, используется второй прибор – реле обратного тока, который, ко-

гда это необходимо, отключает генератор от сети или включает его в сеть.

Для защиты генератора от возможных перегрузок, когда вырабатываемый

им ток превышает номинальный (расчетный) ток генератора, используемый

третий прибор – ограничитель тока.

Регулятор напряжения, реле обратного тока и ограничитель тока смонти-

рованы в один прибор, называемый реле-регулятором.

17

Следует отметить, что особенностью генераторов переменного тока явля-

ется то, что с увеличением частоты вращения повышается частота тока, индук-

тированного в фазовых обмотках, и повышается индуктивное сопротивление.

Последнее ограничивает максимальный ток и позволяет обходиться без прибо-

ра – ограничителя тока. Свойство выпрямителей (полупроводниковых диодов)

пропускать ток в одном направлении исключает его поступление в генератор из

аккумуляторной батареи при малой частоте вращения коленчатого вала двига-

теля. Таким образом, генератор переменного тока можно подключать к борто-

вой сети с помощью только одного прибора – регулятора напряжения. Данное

обстоятельство и обусловило широкое использование генераторов переменного

тока.

В настоящее время используются бесконтактные регуляторы напряжения,

в которых электромагнитное реле заменено электронным аналогом, который

начинает пропускать ток при достижении определенного напряжения, и управ-

ляет электронным устройством блокировки дополнительного сопротивления

обмотки возбуждения генератора. Совершенствование технологии изготовле-

ния электронных микросхем позволило существенно снизить размеры бескон-

тактных регуляторов напряжения и разместить их непосредственно на генера-

торе. Регуляторы напряжения являются неразборными изделиями не подлежа-

щими ремонту, поэтому при их эксплуатации требуется соблюдение особых

правил.

Реле питания. На современных лесных машинах и тракторах подвод то-

ка к электрооборудованию производиться с помощью реле питания. Оно обес-

печивает следующие фазы работы:

- зажигание выключено (питание постоянным током бортового компью-

тера от аккумуляторной батареи);

- зажигание включено (питание электрических приборов систем зажига-

ния, питания и др. электрооборудование от аккумуляторной батареи);

- работает двигатель (питание электрических приборов систем зажигания,

питания и др. электрооборудование от генератора);

- после выключения зажигания (поддержание питания бортового компь-

ютера в течение нескольких минут от аккумуляторной батареи, для того чтобы

компьютер завершил расчеты);

- режим сохранения питания, используется для управления охлаждением

двигателя после его выключения.

Контрольные вопросы

1. Общая схема батарейного зажигания.

2. Принципиальная схема зажигания от магнето.

3. Способы пуска ДВС. Системы пуска ДВС.