Стартер (двигатель)

Автомобильный стартер (больший цилиндр). Меньший объект сверху - это соленоид стартера, который управляет мощностью стартера.

Стартера (также стартер , проворачивать двигатель , или двигатель стартера ) представляет собой устройство , используемое для вращения (кривошипа) двигатель внутреннего сгорания таким образом , чтобы инициировать работу двигателя в соответствии с его собственной силой. Стартеры могут быть электрическими , пневматическими или гидравлическими . В случае очень больших двигателей стартером может быть даже другой двигатель внутреннего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания - это системы обратной связи, которые после запуска полагаются на инерцию каждого цикла, чтобы инициировать следующий цикл. В четырехтактном двигателе третий такт высвобождает энергию из топлива, питая четвертый (выпускной) такт, а также первые два (впускной, компрессионный) тактов следующего цикла, а также питая внешнюю нагрузку двигателя. Чтобы запустить первый цикл в начале любого конкретного сеанса, первые два хода должны приводиться в действие каким-либо другим способом, а не от самого двигателя. Для этой цели используется стартер, и он не требуется, если двигатель запускается и его контур обратной связи становится самоподдерживающимся.

Зубчатый венец стартера на маховике

История [ править ]

1920 - х годов эпохи электрический стартер для дирижаблей двигателя

Типичный электрический стартер, установленный под двигателем автомобиля и в его задней части.

Разработанный Норбертом Риделем двухтактный стартер в стиле APU для турбореактивного двигателя Jumo 004

До появления стартера двигатели запускались различными способами, включая заводные пружины, пороховые цилиндры и методы с использованием энергии человека, такие как съемная рукоятка кривошипа, которая зацеплялась за переднюю часть коленчатого вала, тянущий винт самолета или тянущий двигатель. шнур, намотанный на шкив с открытым лицом.

Обычно для запуска двигателей использовался метод ручного запуска, но это было неудобно, сложно и опасно. Поведение двигателя при запуске не всегда предсказуемо. Двигатель может дать откат, что приведет к внезапному обратному вращению. Многие ручные стартеры включают в себя однонаправленное проскальзывание или отпускание, так что после начала вращения двигателя стартер отсоединяется от двигателя. В случае отдачи обратное вращение двигателя может внезапно задействовать стартер, что приведет к неожиданному и резкому рывку рукоятки, что может привести к травме оператора. Для стартеров со шнуром отдача может подтолкнуть оператора к двигателю или машине или повернуть шнур и ручку стартера на высокой скорости вокруг шкива стартера. Хотя у шатунов был перебегПри запуске двигателя кривошип может начать вращаться вместе с коленчатым валом и потенциально ударить человека, проворачивающего двигатель. Кроме того, необходимо было соблюдать осторожность, чтобы задержать искру , чтобы предотвратить обратный пожар ; с расширенной настройкой искры двигатель может дать задний ход (работать задним ходом), потянув за него рукоятку, поскольку механизм защиты от выбега работает только в одном направлении.

Несмотря на то, что пользователям советовали сжимать пальцы рук и большой палец под рукоятку и тянуть вверх, операторы чувствовали себя естественными, хватаясь за рукоятку пальцами с одной стороны, а большим - с другой. Даже простой ответный удар может привести к перелому большого пальца руки; можно было сломать запястье , вывихнуть плечо или что-то еще хуже. Более того, все более крупные двигатели с более высокой степенью сжатия делали ручной запуск более требовательным с физической точки зрения задачей.

Первый электрический стартер был установлен на Arnold , адаптированном варианте Benz Velo, построенном в 1896 году в Ист-Пекхэме , Англия , инженером-электриком Г.Дж. Доусингом. ^[1]

В 1903 году Клайд Дж. Коулман изобрел и запатентовал первый в Америке электрический стартер. Патент США 0,745,157 . ^[2]

В 1911 году Чарльз Ф. Кеттеринг вместе с Генри М. Леландом из компании Dayton Engineering Laboratories ( DELCO ) изобрели и подали патент США 1 150 523 на электрический стартер в Америке. (Кеттеринг заменил рукоятку руки на NCR «S кассовых аппаратов с электрическим двигателем пяти лет назад.)

Один аспект изобретения заключался в реализации того, что относительно небольшой двигатель, приводимый в действие более высоким напряжением и током, чем это было бы возможно для непрерывной работы, мог выдавать достаточно мощности, чтобы проворачивать двигатель для запуска. При требуемых уровнях напряжения и тока такой двигатель сгорит за несколько минут непрерывной работы, но не за несколько секунд, необходимых для запуска двигателя. Стартеры были впервые установлены Cadillac на серийные модели в 1912 году, и позже в том же году такая же система была принята на вооружение Lanchester . ^[3] Эти стартеры также работали как генераторы, когда двигатель работал, концепция, которая сейчас возрождается в гибридных транспортных средствах .

Хотя электрический стартер должен был занять доминирующее положение на автомобильном рынке, в 1912 году существовало несколько конкурирующих типов стартеров ^[3], причем автомобили Adams, SCAT и Wolseley имели прямой воздушный стартер , а Sunbeam представила воздушный стартер с аналогичным двигателем. подход к тому, который используется для электрических стартеров Delco и Scott-Crossley (то есть зацепление с зубчатым кольцом на маховике). У автомобилей Star и Adler были пружинные двигатели (иногда называемые часовыми двигателями), которые использовали энергию, накопленную в пружине, проходящей через редуктор. Если автомобиль не заводится, ручку стартера можно использовать, чтобы завести пружину для следующей попытки.

Одним из нововведений первого автомобиля Dodge , модели 30/35, при его представлении в 1914 году был электрический стартер и электрическое освещение с 12-вольтовой системой (против шести вольт, которые были обычными в то время) в качестве стандартного оборудования. какая была относительно недорогая машина. На Додже использовался комбинированный стартер-генератор с динамо-машиной постоянного тока. постоянно соединяется шестернями с коленчатым валом двигателя. Система электрических реле позволяла использовать его как двигатель для вращения двигателя для запуска, и как только кнопка стартера была отпущена, управляющее распределительное устройство вернуло устройство к работе в качестве генератора. Поскольку стартер-генератор был напрямую соединен с двигателем, не требовался метод включения и выключения моторного привода. Таким образом, он претерпел незначительный механический износ и работал практически бесшумно. Стартер-генератор оставался особенностью автомобилей Dodge до 1929 года. Недостатком конструкции было то, что, будучи устройством двойного назначения, агрегат был ограничен как по мощности в качестве двигателя, так и по выходной мощности в качестве генератора, что стало проблемой. по мере увеличения объема двигателя и требований к электричеству автомобилей.Для управления переключением между режимами двигателя и генератора требовалось специализированное и относительно сложное распределительное устройство, которое было более подвержено отказам, чем контакты для тяжелых условий эксплуатации специального стартера. В то время как стартер-генератор к 1930-м годам потерял популярность в автомобилях, эта концепция все еще использовалась для небольших автомобилей и была принята немецкой фирмой.Компания SIBA Elektrik построила аналогичную систему, предназначенную в основном для использования на мотоциклах, скутерах, экономичных автомобилях (особенно с двухтактными двигателями малой мощности]] и судовых двигателях. Они продавались под названием «Dynastart». Поскольку мотоциклы обычно имели небольшие двигатели. и ограниченное электрическое оборудование, а также ограниченное пространство и вес, Dynastart был полезной особенностью. Обмотки для стартер-генератора обычно были встроены в маховик двигателя, поэтому вообще не требовался отдельный блок.

Форд Модель T полагался на ручных кривошипах до 1919 года; в течение 1920-х годов электрические стартеры стали почти универсальными для большинства новых автомобилей, облегчая управление автомобилем женщинам и пожилым людям. До 1960-х годов автомобили по-прежнему поставлялись с ручками стартера, и это продолжалось намного позже для некоторых марок (например, Citroën 2CV до конца производства в 1990 году). Во многих случаях кривошипы использовались для установки времени, а не для запуска двигателя, так как увеличение рабочего объема и степени сжатия делали это непрактичным. Автомобили коммунистического блока, такие как Ladas, часто еще в 1980-х годах имели заводной двигатель.

Для первых примеров производства немецкого турбореактивных двигателей позже во время Второй мировой войны, Норберт Ридель разработал небольшой двухтактный, встречно-близнец бензинового двигатель , чтобы начать оба Junkers Jumo 004 и BMW 003 самолета газовых турбин в качестве формы дополнительного блока питания к заставить вращаться центральный шпиндель каждой конструкции двигателя - они обычно устанавливались в самой передней части турбореактивного двигателя и сами запускались с помощью троса, чтобы запустить их во время процедуры запуска реактивных двигателей, на которые они были установлены.

До изобретения Chrysler в 1949 году комбинированного переключателя зажигания и стартера с ключом ^[4] стартер часто приводился в действие водителем, нажимающим кнопку, установленную на полу или на приборной панели. У некоторых автомобилей была педаль в полу, которая вручную сцепляла ведущую шестерню стартера с зубчатым венцом маховика, а затем замыкала электрическую цепь на стартер, когда педаль достигла конца своего хода. Тракторы Ferguson 1940-х годов, в том числе Ferguson TE20 , имели дополнительное положение на рычаге переключения передач, которое включало выключатель стартера, обеспечивая безопасность, предотвращая запуск тракторов на передаче. ^[5]

Электрический [ править ]

Электрический стартер или сгибать двигатель является наиболее распространенным типом , который используется на бензиновых двигателях и малых дизельных двигателях. Современный двигатель стартером является либо постоянным магнитом или серии -parallel намотана постоянного тока электродвигателя с стартера соленоида (аналогично реле ) , установленного на нем. Когда на соленоид подается питание постоянного тока от пусковой батареи , обычно через выключатель с ключом («переключатель зажигания»), соленоид включает рычаг, который выталкивает ведущую шестерню на приводном валу стартера и зацепляет шестерню со стартером. зубчатое колесо намаховик двигателя.

Соленоид также замыкает сильноточные контакты стартера, который начинает вращаться. После запуска двигателя переключатель с ключом размыкается, пружина в блоке соленоида оттягивает ведущую шестерню от зубчатого венца, и стартер останавливается. Шестерня стартера сцеплена с приводным валом через обгонную муфту, которая позволяет шестерне передавать привод только в одном направлении. Таким образом, привод передается через шестерню на коронную шестерню маховика, но если шестерня остается в зацеплении (например, из-за того, что оператору не удается отпустить ключ, как только двигатель запускается, или если происходит короткое замыкание и соленоид остается в зацеплении) шестерня будет вращаться независимо от приводного вала. Это мешает двигателю управлять стартером, так как такой задний ход заставит стартер вращаться так быстро, что разлетится.

Расположение пружинной муфты исключает использование стартера в качестве генератора, если оно используется в гибридной схеме, упомянутой выше, если не будут внесены изменения. Стандартный стартер обычно рассчитан на прерывистую работу, что исключает его использование в качестве генератора. Электрические компоненты стартера предназначены только для работы обычно менее 30 секунд перед перегревом (из-за слишком медленного рассеивания тепла из-за омических потерь ) для экономии веса и стоимости. Большинство руководств по эксплуатации автомобилей инструктируют оператора делать паузу не менее десяти секунд после каждых десяти или пятнадцати секунд проворачивания двигателя, когда он пытается запустить двигатель, который не запускается немедленно.

Эта шестерня обгонной муфты была введена в эксплуатацию с начала 1960-х годов; до этого использовался привод Bendix . Система Bendix помещает ведущую шестерню стартера на приводной вал со спиральной нарезкой. Когда стартер начинает вращаться, инерция узла ведущей шестерни заставляет его двигаться вперед по спирали и, таким образом, зацепляться с зубчатым венцом. Когда двигатель запускается, обратный ход от коронной шестерни заставляет ведущую шестерню превышать скорость вращения стартера, в этот момент ведущая шестерня сжимается вниз по спиральному валу и, таким образом, выходит из зацепления с коронной шестерней. ^[6] Это имеет тот недостаток, что передачи отключаются, если двигатель на короткое время запускается, но не продолжает работать.

	Послушайте стартер Folo-Thru Стартер с приводом Bendix Folo-Thru запускает двигатель Chrysler Slant-6 . Ведущая шестерня Folo-Thru остается включенной во время работы цилиндра, но не вызывает запуск двигателя.
Проблемы с воспроизведением этого файла? См. Справку по СМИ .

Folo-Thru drive [ править ]

Промежуточным развитием между приводом Bendix, разработанным в 1930-х годах, и конструкциями обгонной муфты, представленными в 1960-х годах, был привод Bendix Folo-Thru. Стандартный привод Bendix отключается от зубчатого венца, как только двигатель запускается, даже если он не продолжает работать. Привод Folo-Thru содержит стопорный механизм и набор противовесов в корпусе привода. Когда стартер начинает вращаться и привод по инерции движется вперед на винтовой вал, он фиксируется в положении включения. Только после того, как привод будет вращаться со скоростью, превышающей скорость, достигаемую самим стартером (т. Е. Он получает обратный привод от работающего двигателя), грузики потянутся радиально наружу, освобождая защелку и позволяя вращать перебегающий привод. участия. Таким образом,предотвращается нежелательное отключение стартера до успешного запуска двигателя.

Редуктор [ править ]

	Услышьте стартер с редуктором Стартер с редуктором Chrysler запускает двигатель V8
Проблемы с воспроизведением этого файла? См. Справку по СМИ .

В 1962 году компания Chrysler представила стартер с трансмиссией между двигателем и приводным валом. Вал двигателя включал в себя зубья шестерни, нарезанные как единое целое, образующие шестерню, которая входит в зацепление с более крупной соседней ведомой шестерней, обеспечивая передаточное отношение 3,75: 1. Это позволило использовать более высокоскоростной, малоточный, более легкий и компактный двигатель в сборе при увеличении крутящего момента при запуске. ^[7] Варианты этой конструкции стартера использовались на большинстве заднеприводных и полноприводных автомобилей, производимых Chrysler Corporation с 1962 по 1987 год. Он издает уникальный, отчетливый звук при запуске двигателя, что привело к его прозвищу " Highland Park Hummingbird "- отсылка к штаб-квартире Chrysler в Хайленд-Парке, штат Мичиган.. ^[8]

Стартер с редуктором Chrysler лег в концептуальную основу для стартеров с редуктором, которые сейчас преобладают в дорожных транспортных средствах. Многие японские автопроизводители в 1970-х и 1980-х годах внедрили стартеры с редуктором. ^{[ необходима цитата ]} В двигателях легких самолетов также широко использовался этот вид стартера, потому что его легкий вес давал преимущество.

Те стартеры, которые не используют смещенные зубчатые передачи, такие как блок Chrysler, обычно вместо этого используют планетарные планетарные зубчатые передачи . Пускатели с прямым приводом почти полностью устарели из-за их большего размера, веса и более высоких требований к току. ^{[ необходима цитата ]}

Подвижный полюсный башмак [ править ]

Компания Ford выпустила нестандартный стартер - конструкцию «подвижного полюсного башмака» с прямым приводом, которая обеспечила снижение затрат, а не электрические или механические преимущества. В этом типе стартера был исключен соленоид, заменив его подвижным полюсным башмаком и отдельным реле стартера. Этот стартер работает следующим образом: водитель поворачивает ключ, активируя выключатель стартера. Через реле стартера, управляемое соленоидом, протекает небольшой электрический ток., замыкая контакты и передавая большой ток батареи на стартер. Один из полюсных наконечников, шарнирно закрепленный спереди, связанный с приводом стартера и подпружиненный от своего нормального рабочего положения, поворачивается в нужное положение магнитным полем, создаваемым электричеством, протекающим через его катушку возбуждения. Это перемещает привод стартера вперед, чтобы зацепить зубчатый венец маховика, и одновременно замыкает пару контактов, подающих ток на остальную часть обмотки стартера. Как только двигатель запускается и водитель отпускает переключатель стартера, пружина втягивает полюсный башмак, что выводит привод стартера из зацепления с зубчатым венцом.

Этот стартер использовался на автомобилях Ford с 1973 по 1990 год, когда его заменил редукторный блок, концептуально похожий на блок Chrysler.

Инерционный стартер [ править ]

Вариантом электрического стартера является инерционный стартер (не путать со стартером типа Bendix, описанным выше). Здесь стартер не вращает двигатель напрямую. Вместо этого, когда двигатель находится под напряжением, он вращает тяжелый маховик, встроенный в его кожух (а не основной маховик двигателя). Как только маховик / двигатель достигает постоянной скорости, ток двигателя отключается, и привод между двигателем и маховиком отключается с помощью механизма свободного хода. Затем вращающийся маховик соединяется с главным двигателем, и его инерция переворачивает его, чтобы запустить его. Эти этапы обычно автоматизируются соленоидом.переключатели, при этом оператор станка использует двухпозиционный переключатель управления, который удерживается в одном положении для вращения двигателя, а затем перемещается в другое, чтобы отключить ток, подаваемый на двигатель, и подключить маховик к двигателю.

Преимущество инерционного стартера заключается в том, что, поскольку двигатель не приводит в движение двигатель напрямую, он может иметь гораздо меньшую мощность, чем стандартный стартер для двигателя того же размера. Это позволяет использовать двигатель гораздо меньшего веса и размера, а также использовать более легкие кабели и батареи меньшего размера для питания двигателя. Это сделало инерционный стартер обычным выбором для самолетов с большими радиально- поршневыми двигателями. Недостатком является увеличенное время, необходимое для запуска двигателя - раскрутка маховика до необходимой скорости может занять от 10 до 20 секунд. Если двигатель не запускается к тому моменту, когда маховик теряет инерцию, процесс необходимо повторить для следующей попытки.

Пневматический [ править ]

В некоторых газотурбинных и дизельных двигателях , особенно на грузовиках , используется пневматический самозапуск. В наземных транспортных средств система состоит из редукторного турбины, с воздушным компрессором и резервуар высокого давления. Сжатый воздух, выпущенный из бака, используется для вращения турбины и через набор редукторов входит в зацепление с зубчатым венцом на маховике, как в электростартере. После запуска двигатель приводит в действие компрессор для зарядки бака.

Самолеты с большими газотурбинными двигателями обычно запускаются с использованием большого объема сжатого воздуха низкого давления, подаваемого от очень маленького двигателя, называемого вспомогательной силовой установкой , расположенного в другом месте самолета. В качестве альтернативы, авиационные газотурбинные двигатели могут быть быстро запущены с использованием мобильного наземного пневматического пускового двигателя, называемого стартовой тележкой или пневматической пусковой тележкой .

На более крупных дизельных генераторах, установленных на крупных береговых установках и особенно на судах, используется пневматический пусковой механизм. Пневматический двигатель обычно приводится в действие сжатым воздухом под давлением 10–30 бар . Пневмодвигательсостоит из центрального барабана размером примерно с банку для супа с четырьмя или более прорезями, в которые врезаны лопатки, которые позволяют размещать лопатки радиально на барабане с образованием камер вокруг барабана. Барабан смещен внутри круглого кожуха, так что воздух для запуска попадает в область, где барабан и лопатки образуют небольшую камеру по сравнению с другими. Сжатый воздух может расширяться только за счет вращения барабана, что позволяет маленькой камере увеличиваться и помещает еще один из выступов во впускное отверстие для воздуха. Пневматический двигатель вращается слишком быстро, чтобы использовать его непосредственно на маховике двигателя; вместо этого используется большой редуктор, такой как планетарный редуктор, для снижения выходной скорости. Для включения маховика используется шестерня Bendix.

Поскольку в больших грузовиках обычно используются пневматические тормоза , система выполняет двойную функцию: подает сжатый воздух в тормозную систему. Пневматические стартеры обладают такими преимуществами, как высокий крутящий момент, простота механики и надежность. Они устраняют необходимость в негабаритных, ^{[ количественно ]} тяжелых аккумуляторных батареях в электрических системах первичного двигателя .

В больших дизельных генераторах и почти во всех дизельных двигателях, используемых в качестве тягача судов, используется сжатый воздух, воздействующий непосредственно на головку блока цилиндров. Это не идеальный вариант для небольших дизелей, так как обеспечивает слишком сильное охлаждение при запуске. Кроме того, в головке блока цилиндров должно быть достаточно места для установки дополнительного клапана системы воздушного запуска. Система воздушного запуска концептуально очень похожа на распределитель.в машине. Распределитель воздуха соединен с распределительным валом дизельного двигателя; В верхней части распределителя воздуха находится одинарный выступ, подобный тому, что находится на распределительном валу. Радиально вокруг этого выступа расположены роликовые толкатели для каждого цилиндра. Когда выступ распределителя воздуха попадает в один из толкателей, он посылает воздушный сигнал, который воздействует на заднюю часть пускового воздушного клапана, расположенного в головке цилиндров, заставляя его открыться. Сжатый воздух подается из большого резервуара, который поступает в коллектор, расположенный вдоль двигателя. Как только воздушный пусковой клапан открывается, сжатый воздух поступает, и двигатель начинает вращаться. Может использоваться на двухтактных и четырехтактных двигателях, а также на реверсивных двигателях. На больших двухтактных двигателях для запуска требуется менее одного оборота коленчатого вала.

Гидравлический [ править ]

Некоторые дизельные двигатели от шести до 16 цилиндров запускаются с помощью гидравлического двигателя . Гидравлические стартеры и связанные с ними системы обеспечивают безискровый и надежный запуск двигателя в широком диапазоне температур. ^[9] Обычно гидравлические стартеры используются в таких приложениях, как удаленные генераторы, двигатели спасательных шлюпок, морские пожарные насосные двигатели и установки для гидроразрыва пласта . Система, используемая для поддержки гидравлического стартера, включает клапаны, насосы, фильтры, резервуар и поршневые аккумуляторы. Оператор может вручную заправлять гидравлическую систему; это не может быть легко выполнено с помощью электрических пусковых систем, поэтому гидравлические пусковые системы предпочтительны в тех случаях, когда требуется аварийный пуск.

Гидравлические стартеры различной конфигурации могут быть установлены на любой двигатель. В гидравлических стартерах используется высокая эффективность концепции аксиально-поршневого двигателя, которая обеспечивает высокий крутящий момент при любой температуре и окружающей среде и гарантирует минимальный износ коронной шестерни двигателя и ведущей шестерни. ^[10]

Немоторный [ править ]

Пружинный стартер [ править ]

Пружинный стартер использует потенциальную энергию, запасенную в пружине, заведенной кривошипом, для запуска двигателя без батареи или генератора. При повороте кривошипа шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом двигателя , а затем заводится пружина. Затем, потянув за рычаг разблокировки, к шестерне прикладывается натяжение пружины, вращая зубчатый венец, чтобы запустить двигатель. Шестерня автоматически отсоединяется от маховика после работы. Также предусмотрена возможность медленного переворачивания двигателя вручную для обслуживания двигателя. Это достигается с помощью рычага отключения сразу после зацепления шестерни с маховиком. Последующий поворот рукоятки завода во время этой операции не приведет к загрузке стартера. Пружинные стартеры можно найти в двигателях-генераторах., гидравлических силовых агрегатов и двигателей спасательных шлюпок , наиболее распространенным применением которых является резервная система запуска на морских судах.

Запуск топлива [ править ]

Некоторые современные бензиновые двигатели с двенадцатью или более цилиндрами всегда имеют по крайней мере один или несколько поршней в начале рабочего такта и могут запускаться путем впрыска топлива в этот цилиндр и его зажигания. Если двигатель остановлен в правильном положении, процедуру можно применить к двигателям с меньшим количеством цилиндров. Это один из способов запуска двигателя автомобиля с системой стоп-старт . ^[11]

См. Также [ править ]

• Стартер авиационного двигателя
• Коффман стартер
• Система зажигания пламени
• Хакс стартер
• Гибридный синергетический привод
• Винсент Хьюго Бендикс

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме стартеры двигателя .

Патенты [ править ]

• Патент США 745 157 , Клайд Дж. Коулман
• Патент США 1050739 , RC Hull
• Патент США 1464714 , Артур Этуотер Кент