Следовательно, электромагнитная мощность

P_элм = E_обр I = (E_бо -DU_щ) I – I²(R_вн + R_пр + R_ст ) (3.4)

Проанализируем выражение электромагнитной мощности на максимум:

откуда ток, соответствующий максимуму мощности,

,

где

представляет собой ток полного торможения (короткого замыкания), то есть максимальный ток, потребляемый при полностью заторможенном якоре стартера, когда его число оборотов и обратная ЭДС равны нулю.

Подставляя найденную величину тока I_р в уравнение для электромагнитной мощности Р_элм (3.4.), получим выражение для максимальной электромагнитной мощности стартера

P_{элм max} = (E_бо- DU_щ) I_{p max} – I_pmax² (R_вн+R_пр+R_ст) =

= (3.5)

На рис.3.2. показаны результаты расчета характеристик. Кривая электромагнитной мощности представляет собой симметричную параболу и имеет максимум при токе равном половине тока короткого замыкания.

Электромагнитный вращающий момент

М_элм = С_мIФ, Нм , (3.6)

где С_м – постоянный коэффициент; I – ток стартера, А; Ф – магнитный поток обмотки ротора, Вб.

Рис.3.2. Характеристики стартерного электродвигателя

При малых нагрузках М_элм, когда магнитный поток Ф пропорционален току I, изменяется по параболе, а при больших нагрузках, когда магнитный поток почти постоянен, кривая момента превращается почти в прямую.

Кривая зависимости частоты вращения построена по выражению

n = (3.7)

где С_е – постоянный коэффициент.

Как видно из характеристик, приведенных на рис.3.2., наиболее характерными режимами работы стартера являются: режим максимальной мощности при токе приблизительно равном I_к/2; режим полного торможения рот токе I_к, когда n = 0, а вращающий момент максимален. Этот режим является пусковым и соответствует моменту включения стартера (до начала вращения). Максимальный вращающий момент, соответствующий этому режиму, называется пусковым или начальным; режим холостого хода при токе холостого хода I₀, когда число оборотов стартера максимально.

Режимы холостого хода и полного торможения являются контрольными, и их используют для проверки исправности стартера. Механические неисправности (тугое вращение в подшипниках и т.п.) вызывают увеличение мощности, потребляемой при холостом ходе, вследствие чего ток холостого хода увеличивается, а число оборотов холостого хода упадет ниже нормы. Электрические неисправности (короткое замыкание в обмотках и т.п.) уменьшают пусковой вращающий момент при заданных значениях тока и напряжения полного торможения.

Из выражения для определения тока короткого замыкания видно, что на величину тока, а следовательно, и на величину максимальной мощности и пускового момента стартера большое влияние оказывают значения внутреннего сопротивления батареи и сопротивления проводов. Поэтому мощность и пусковой момент зависят от емкости батареи. Чем больше емкость, тем меньше величина внутреннего сопротивления и тем больше мощность и вращающий момент стартера; степени разряженности и температуры батареи; при разряде батареи ее ЭДС покоя уменьшается, а сопротивление растет, поэтому разряд батареи и понижение ее температуры уменьшают мощность и пусковой момент стартера.

Особенно резкое уменьшение мощности стартера, вплоть до отказа в пуске двигателя, могут вызвать ослабевшие или окислившиеся контакты в месте соединения проводов с зажимами стартера или батареи, так как переходные сопротивления таких контактов резко возрастают.

Система зажигания

Общие сведения

Бесперебойное искроообразование между электродами свечи происходит при напряжении 12 кВ. Для начального воспламенения смеси при нормальной работе двигателя достаточна энергия лишь около 0,003 Дж при высокой температуре искры, примерно 10 000⁰С.

Электрическая искра вызывает появление в ограниченном объеме рабочей смеси первых активных центров, от которых начинается развитие химической реакции окисления топлива.

Электрические разряды, происходящие в искровом промежутке свечи, могут быть условно разделены на две части – емкостную и индуктивную.

Емкостная искра возникает в первый момент пробоя газового промежутка и имеет ярко голубой цвет и представляет собой разряд статического электричества, накопленного к моменту пробоя в емкости, которой обладают высоковольтная обмотка и провода аппарата зажигания. Искра имеет яркий цвет из-за высокой температуры канала, по которому происходит разряд. При очень малой продолжительности (менее одной микросекунды) разрядные токи достигают больших значений. Достаточно велика и мгновенно развиваемая мощность при незначительном количестве перенесенного электричества, что объясняется незначительным сопротивлением канала.

После пробоя разряд продолжается по ионизированному каналу, сопротивление которого невелико, а напряжение, приложенное к электродам, понижается до 1500 – 2000 В, при этом ток уменьшается до 80 – 100 мА.

Продолжительность этой части разряда может колебаться в широких пределах – от нескольких микросекунд до десятков миллисекунд, что определяется запасом энергии, накопленной в индуктивной части. Часть этой энергии расходуется на поддержание второй части разряда, которая получила название индуктивной части или индуктивного разряда.

Развитие той или другой части разряда определяется не только параметрами аппарата зажигания, но и физическими условиями, при которых происходит пробой искрового промежутка.

В реальных условиях электрические разряды могут быть чисто емкостными, чисто индуктивными или смешанными. Газовые вихри, возникающие в камере сгорания при высокой частоте вращения коленчатого вала, препятствуют образованию индуктивной части искры.

Напряжение, при котором происходит пробой искрового промежутка свечи, называется пробивным. Его величина U_пр = ¦(d,p), где d – расстояние между электродами; p – давление смеси.

Кроме того, на величину U_пр оказывают влияние: температура и состав смеси, длительность напряжения, полярность напряжения, материал электродов, температура электродов свечи и условия работы двигателя. Например, при пуске холодного двигателя стенки цилиндра и электроды холодные, смесь имеет низкую температуру и плохо перемешана. При сжатии смесь слабо прогревается, и капли топлива не испаряются. Попадая в межэлектродное пространство свечи, такая смесь увеличивает пробивное напряжение на 10 – 20 %.

Увеличение частоты вращения двигателя вначале вызывает некоторое увеличение пробивного напряжения ввиду роста давления сжатия, однако далее происходит уменьшение его, так как ухудшается наполнение цилиндров и возрастает температура центрального электрода.

Максимального значения пробивное напряжение достигает при пуске и при работе двигателя на полностью открытом дросселе. Увеличение количества всасываемой смеси, происходящее при открытии дросселя, увеличивает мощность двигателя. Это приводит к возрастанию давления сжатия к моменту пробоя и к повышению температуры электродов. Первый фактор вызывает увеличение пробивного напряжения, а второй – уменьшение. В диапазоне высоких нагрузок влияние второго фактора оказывается более заметным, поэтому возрастание пробивного напряжения с ростом мощности замедляется.