Spouštěcí obvod Pod tímto pojmem se rozumí nejen vlastní elektrické spouštěcí zařízení k přímému mechanickému uvedení motoru do pohybu, ale také pomocná zařízení, která jsou pro spouštění motoru vhodná nebo nezbytně nutná. Pro samostatnou práci spalovacího motoru je nutné, aby byl tento motor uveden do stavu, kdy již sám překonává svým spalovacím dějem všechny odpory, jako je tření, pohon pomocných zařízení a setrvačné síly při akceleraci. Patří sem tedy spouštěč a žhavící svíčky.
Spouštěč Startér (nebo také často užívaný název spouštěč) je mechanismus, který slouží k roztočení motoru na minimální otáčky, během kterých se motor nastartuje. Jde vlastně o opak alternátoru, protože spotřebovává vyrobenou elektrickou energii, kterou přemění na pohybovou energii umožňující roztočení motoru. V automobilech se používají elektrické startéry. Otáčky potřebné k nastartování motoru jsou obvykle u zážehových motorů kolem 40-150 ot/min, u vznětových motorů pak 80-200 ot/min.
Základní parametry spouštěče 1) Jmenovité napětí a) 12V - pro osobní automobily, střední automobily nákladní a traktory, b) 24 V - pro těžké nákladní automobily, c) 48 V i více - pro velké motory stacionární, pro kolejová vozidla apod. 2) Výkon a) 150 W až 800 W - pro jednostopá vozidla, nejčastěji bez mechanismu zasouvání pastorku, b) 500 W až 1,5 kW - pro osobní automobily, c) 2 kW až 5 kW pro střední nákladní automobily a traktory, d) 4,4 kW až 8 kW - pro těžké nákladní automobily, e) více než 8 kW - pro těžké motory stacionární, lodní, drážní apod.
Konstrukce: Spouštěče s výsuvným pastorkem Otočením klíčku zapalování sepne spínací skříňka proud a spínací cívka startéru (elektromagnet) je napájena proudem. Spínací cívka vtáhne dovnitř své jádro. Přitom dochází k pohybu páky - vidličky startéru, která vysouvá pastorek s volnoběžkou do záběru ozubeného věnce setrvačníku motoru. Po plném vysunutí pastorku do záběru dojde k mechanickému sepnutí kontaktů na elektromagnetu a dochází k roztočení jak samotného startéru, tak také celého motoru vozu. Pokud je vše v optimálním stavu, motor by měl nastartovat. Po dokončení startování dojde k rozpojení elektrického obvodu startéru a pružina mezi jádrem a elektromagnetem zajistí zasunutí pastorku do výchozí polohy. Dnes se často používá startér s výsuvným pastorkem s převodovkou. Převodovka umožní dát startéru malé rozměry a velký výkon. V tomto typu startéru je mezi rotorem startéru a pastorkem planetová převodovka.
Popis obrázku: 1 – závlačka, 2 - pryžový doraz, 3 - čep vysouvací vidlice, 4 - vysouvací vidlice, 5 – rotor, 6 - zadní víko, 7 – pouzdro, 8 – šroub, 9 - vinutí statoru, 10 - pólový nástavec, 11 – šroub, 12 - izolační průchodka, 13 – matice, 14 - pružná podložka, 15 – podložka, 16 - elektromagnetický spínač, 17, 20 - pružné podložky, 18, 19 – matice, 21 – podložka,
22 – matice, 23 - ochranná planžeta, 24, 25 - šroub kartáče (uhlíku) s podložkou, 26 - přítlačná pružina kartáče, 27 - kartáč (uhlík), 28, 29 – podložky, 30 - tepelná podložka, 31, 32 - stahovací šroub s maticí, 33 - vysouvací objímka, 34 – pastorek, 35 - nárazový kroužek, 36 - pojistný kroužek, 37, 38 – podložky, 39 - přední víko, 40 – pouzdro
Spouštěče s výsuvnou kotvou Spouštěče s výsuvnou kotvou (rotorem) mají pastorek spojený s hřídelem spouštěče volnoběžnou spojkou. Zasouvání pastorku do ozubení setrvačníku probíhá společně s
axiálním
pohybem
celé
kotvy. Axiální pohyb kotvy vznikne při zmagnetizování budících vinutích. Spouštění motoru je tak dvoustupňové, kdy první stupeň je vysunutí kotvy a zasunutí pastorku do ozubení věnce motoru. Ve druhém stupni začne spouštěč vyvíjet točivý moment, který roztáčí motor. Tyto spouštěče nejsou příliš rozšířené pro jejich
velkou
hmotnost
a některé nevhodné vlastnosti rotoru.
Spouštěče systém Bendix U tohoto systému se pro zasunutí pastorku do záběru s ozubeným věncem využívá setrvačné energie samotného pastorku. Pastorek je uložen na pouzdru s pohybovým závitem a má úmyslně posunuto těžiště mimo osu rotace. V okamžiku, kdy se roztočí hřídel rotoru (kotva spouštěče), se vlivem setrvačnosti nemůže pastorek příliš urychlit, a proto se nebude otáčet, ale axiálně posunovat směrem k ozubenému věnci. Přijde-li zub do mezery, pohybuje se pastorek po šroubu ve směru osy, až dosedne na doraz, a točivý moment se bude přenášet ze spouštěče na motor. Dosedne-li zub na zub, nemůže se pastorek pohybovat ve směru osy a je stržen šroubem ze zubu do zubové mezery.
Protože v okamžiku, kdy se pastorek posune do plného záběru na doraz, otáčí se rotor spouštěče značnou rychlostí a vzniklý náraz je tlumen pružinou nebo lamelovou spojkou. Jakmile se spouštěný motor rozběhne, udělí ozubený věnec pastorku impuls v opačném smyslu, ten se vyšroubuje ze záběru a vrátí se do výchozí polohy. V tomto provedení je spouštěč konstrukčně velmi jednoduchý a dříve se používal i pro velké výkony. Spouštěč měl však celou řadu nevýhod - docházelo k značnému opotřebení pastorku i ozubeného věnce, k praskání tlumicí pružiny, k samovolnému vysouvání pastorku ze záběru při přechodných zrychleních motoru apod. Proto byl postupně zdokonalován, pracoval s např. dvoustupňovým zapínáním a mnoha dalšími zabezpečovacími opatřeními. V propracovanějších verzích však ztrácel svou základní přednost, tj. jednoduchost, a proto byl postupně nahrazován konstrukcemi s výsuvným pastorkem.
Spouštěče s vnitřním převodem Rozměry i hmotnost elektrického spouštěče pro stejný požadovaný výkon je možno zmenšit, zvětší-li se převodový poměr mezi hřídelem spouštěče a klikovým hřídelem. Obvykle se používá jen jeden převod tvořený pastorkem a ozubeným věncem na setrvačníku, přičemž převodový poměr je v rozsahu i = 8 až i = 16. Velikost dosažitelného převodu je omezena největším přijatelným průměrem setrvačníku a nejmenším použitelným modulem ozubení, který se musí volit podle velikosti přenášených sil a který omezuje nejmenší průměr a nejmenší počet zubů pastorku. Pro zvětšení převodového poměru mezi spouštěčem a spalovacím motorem je možno použít další převod, vestavěný přímo do spouštěče. Velikost převodového poměru vestavěného převodu závisí na jeho konstrukci, pro dnes velmi
rozšířené převody planetové se používá převodový poměr i = 3,3. Celkový převod je dán součinem obou dílčích převodů. Dříve se používalo zpravidla čelní ozubené soukolí mezi hřídelem elektromotoru a hřídelem nesoucím vysouvací mechanismus. U nových konstrukcí se s výhodou používá soukolí s jedním kolem s vnitřním ozubením, které umožňuje větší převodový poměr než čelní ozubení při stejné osové vzdálenosti os elektromotoru a pastorku, nebo převod planetový. U spouštěčů s vnitřním převodem jsou jejich otáčky posunuty na hodnotu 4000 min-1 až 8000 min-1. Zvýšení provozních otáček motoru vede i ke zvýšení účinnosti a navíc se sníží hmotnost spouštěče až o 50 %. Na druhé straně zvýšené otáčky vyžadují ochranu vinutí kotvy proti působení odstředivých sil (bandážování čel vinutí, zalití vinutí v drážkách) a vyvážení kotvy. Zmenšení rozměrů spouštěče má rovněž za následek jeho větší ohřívání. Tepelná odolnost materiálů musí být volena co největší a všechny spoje musí být pájeny tvrdou pájkou nebo svařovány. Výhodnost použití vnitřního převodu závisí mimo jiné i na velikosti spouštěče. U spouštěčů nejmenších výkonů je úspora hmotnosti malá a použití vnitřního převodu neekonomické. U velkých spouštěčů mohou být překážkou ohledy na vliv setrvačných sil i na konstrukci elektromotoru.
Základní požadavky na funkční startér Funkční startér musí mít tyto vlastnosti: •
Musí roztočit motor za jakýchkoliv klimatických podmínek
•
Po úplném zasunutí pastorku do věnce setrvačníku musí startér dávat maximální točivý moment
•
Musí být schopen vydržet zpětný zážeh motoru a musí být chráněn proti vysokým otáčkám při nevysunutí pastorku ze záběru
•
Po nastartování se musí navrátit do výchozí polohy, aby byl připraven pro další starty
Nejběžnější poruchy startéru Startér běží naprázdno: •
pastorek se nevysouvá nebo je vadná volnoběžka (to může být špatně identifikovatelné, volnoběžka někdy může vypadat funkčně, ale při plném zatížení se protáčí).
•
vylámané zuby na věnci setrvačníku.
Startér se otáčí pomalu nebo vůbec: •
opotřebené uhlíky (nejčastější příčina)
•
vadná spínací cívka
•
opotřebené ložiska nebo samomazná pouzdra startéru
•
špatný elektrický kontakt
Postup při kontrole elektrického spouštěče Mechanická kontrola spouštěče 1. Zkontrolujeme dotažení svorek a upevnění vodičů. 2. Prohlédneme uhlíky, jsou-li čisté, zda se volně pohybují v držácích, nejsou-li oštípané a opálené. Dotyková plocha uhlíků má být zaběhnuta nejméně na dvou třetinách celkové plochy. Opotřebené uhlíky vyměníme. 3. Komutátor má být hladký, s hnědočerveným nádechem na dráze uhlíků; lamely nesmějí mít opálené hrany. Mikanitová izolace má být nejméně 0,5 mm pod úrovní lamel. Je-li třeba, vyškrábeme ji upraveným listem pilky na železo. Komutátor vyčistíme od uhelného prachu hadříkem namočeným v lihu nebo benzínu. 4. Konce smyček vinutí kotvy nesmějí mít stopy rozletování, které snižuje vodivost spojů a výkon startéru. Kontrola elektrických parametrů spouštěče Spouštěč se má zkoušet s úplně nabitým akumulátorem nejméně po deseti sekundových spouštěních s přestávkami mezi spouštěním nejméně 6 sekund. 1. Při zapnutí spouštěče naprázdno nesmí odebíraný proud přesáhnout 120 A při 11 000 ot. min-1 2. Při zatížení na dynamospouštěcí stolici má spouštěč odebírat maximální proud 450 A při napětí baterie 10 V a 3000 ot.min-1 3. Spínač musí spolehlivě a plynule spínat při 6,5 V a rozpínat při maximálně 4,5 V. 4. Neozve-li se po stisknutí startovacího tlačítka charakteristické cvaknutí kontaktů, je spálena cívka elektromagnetického spínače nebo přerušeno vedení ke svorce 50.
Startování by mělo trvat maximálně 5 sekund s nejvýše pěti starty za sebou s prodlevou cca 30 vteřin. Je-li start neúspěšný, je někde pravděpodobně závada. Startér má velkou spotřebu energie a proto pozor na vybití akumulátoru. Moderní vozy by neměly být roztahovány, protože vzniká reálná hrozba poškození katalyzátoru a rozvodů motoru.
Žhavící svíčky Za nepříznivých povětrnostních podmínek, jako jsou nízké teploty, bývá spouštění motorů obtížně a někdy až nemožné. To je dáno řadou faktorů, jako snížení kapacity akumulátoru, zvýšení mechanických odporů motoru a změnou vlastností paliv. Z tohoto důvodu jsou používána různá pomocná zařízení, která jsou buď přímo součástí vozidla, nebo jsou dodatečně montována. Mezi dodatečně montovaná zařízení zejména v severských zemích patří elektrická odporová tělesa pro ohřev chladicí kapaliny a oleje motoru. Toto zařízení bývá uzpůsobeno pro vnější zdroj proudu. zážehového
Pro
usnadnění
motorů
jsou
spouštění používány
zapalovací cívky s předřazeným rezistorem. Cívka je konstruována na nižší napětí než je napětí sítě vozidla a to na 6 až 8 voltů u sítě 12 V. Poškození cívky je zabráněno právě rezistorem, který upravuje napětí na požadovanou hodnotu. Při startování motoru dochází k poklesu napětí v síti, ale cívka dostává potřebné napětí. Sací a plnící potrubí bývá často předehříváno zařízením napojených na síť vozidla. U naftových (vznětových) motorů je zapotřebí dostatečně vysoké teploty v okamžiku vstřiku paliva, aby mohlo dojít k jeho vznícení. V chladných obdobích je nutné nasávaný vzduch předehřát. U motorů s přímým vstřikem paliva se vzduch ohřívá v sacím nebo plnícím potrubí a teprve ve válci se stlačuje. U motorů komůrkových neboli s nepřímým vstřikem se ohřívá již stlačený vzduch ve válci. K ohřevu vzduchu v sacím potrubí se používají elektrická topná tělesa nebo plamen z pomocného elektricky zažehovaného hořáku. Tato zařízení musí mít velký výkon, protože ohřívají množství vzduchu pro celý zdvihový objem motoru. Pro ohřev vzduchu ve vírové komůrce se používají elektrická topná tělesa, tzv. žhavicí svíčky. Tato svíčka má za úkol zvýšit teplotu vzduchu v komůrce na teplotu vznícení nafty ve velmi krátkém čase a při spouštění spolupůsobit na vznícení kapiček rozprášeného paliva. Žhavící svíčka se skládá z tělesa, izolátoru, svorníku a volné nebo zapouzdřené žhavící spirály, která je žhavena proudem z akumulátoru na teplotu 900 až 1000 stupňů.
