Rozrusznik silnika spalinowego - Polski Serwis Naukowy

Rozrusznik silnika samochodowego

Elementy typowego rozrusznika:
1. Część obudowy,
2. Sprzęgło (Bendiks),
3. Wirnik,
4. Cewki stojana,
5. Szczotkotrzymacz,
6. Elektromagnes załączający wraz z cięgłem widełek.

Rozrusznik – urządzenie do uruchamiania silnika spalinowego. Najczęściej stosowanymi są rozruszniki elektryczne, choć spotyka się też pneumatyczne, jak i małe silniki spalinowe.

Silnik spalinowy — silnik wykorzystujący sprężanie i rozprężanie czynnika termodynamicznego (gazu) do wytworzenia momentu obrotowego lub siły. Sprężany jest gaz "zimny", a rozprężany — "gorący". Do sprężenia gazu zimnego zużywana jest mniejsza ilość energii mechanicznej niż uzyskuje się z rozprężania. Z tego powodu energia uzyskana z rozprężania zużywana jest do sprężania gazu i do napędu dowolnej maszyny. Gorący gaz uzyskuje się w wyniku spalenia paliwa, stąd nazwa: silnik spalinowy.

Wirnik, (rotor) - element maszyny lub mechanizmu, który w czasie pracy wiruje wokół stałej osi. Najczęściej stosowany w pompach, sprężarkach, wentylatorach, dmuchawach, maszynach elektrycznych, silnikach, prądnicach i turbinach.

Rozrusznik elektryczny to silnik prądu stałego, który służy do obracania wału korbowego silnika i nadawania mu odpowiedniej prędkości obrotowej, przy której silnik może samodzielnie rozpocząć pracę.

Rozrusznik silnika spalinowego jest odbiornikiem pobierającym najwięcej energii elektrycznej z akumulatora, lecz tylko w krótkich okresach podczas uruchamiania silnika. Pobór prądu w chwili uruchamiania silnika w samochodach osobowych wynosi 200-600 A. W zależności od rodzaju pojazdu moc rozrusznika wynosi 0,4-10 kW.

Połączenie szeregowe (obwód szeregowy) jest to taki rodzaj połączenia elementów elektrycznych, w którym koniec jednego elementu łączy się z początkiem następnego. Połączenie takie tworzy szereg (łańcuch) elementów, w którym prąd elektryczny musi przepływać kolejno przez wszystkie elementy (natężenie prądu ma więc taką samą wartość dla wszystkich elementów w połączeniu szeregowym).

Tłok to w budowie maszyn element maszyny, który przyjmuje nacisk lub wywiera go na gaz, ciecz lub inną substancję, przekazując do niej lub odbierając od niej energię.

Aby rozrusznik spełniał swe zadania, musi pokonać opory, na które składają się:

sprężanie czynnika roboczego w cylindrach,

zasysanie mieszanki paliwowej (lub powietrza),

tarcie tłoków o powierzchnie cylindrów,

tarcie w łożyskach wału silnika,

opory związane z pracą mechanizmów pomocniczych.

Na czas rozruchu wirnik rozrusznika zostaje sprzęgnięty z kołem zamachowym silnika za pomocą przekładni zębatej. Rozrusznik powinien zapewnić minimalną prędkość obrotową silnika, przy której może on rozpocząć samodzielną pracę. Prędkość rozruchowa silnika wynosi 40-100 obr/min w przypadku czterosuwowych silników z zapłonem iskrowym, a 100-200 obr/min w silnikach z zapłonem samoczynnym.

Przekładnia zębata - przekładnia mechaniczna, w której przeniesienie napędu odbywa się za pośrednictwem nawzajem zazębiających się kół zębatych.

Koło zębate – element czynny przekładni zębatej oraz element innych mechanizmów takich jak sprzęgło zębate, połączenia wielowpustowe, pompa zębata i innych.

Budowa zasada działania

Rozrusznik to szeregowy lub szeregowo-bocznikowy silnik elektryczny, wyposażony w mechanizm sprzęgający zwany bendiksem. Podstawowe części składowe rozrusznika elektrycznego to: uzwojenie wzbudzenia, wirnik z uzwojeniami i komutatorem, szczotki komutatora, urządzenie załączające i sprzęgające. Uzwojenie wzbudzenia jest połączone szeregowo z uzwojeniem wirnika stąd nazwa silnik szeregowy. Obecnie spotyka się rozruszniki tylko z uzwojeniami w wirniku, a bez uzwojeń wzbudzenia w stojanie - pole magnetyczne wytwarzają silne magnesy trwałe (produkowane przez Bosch). Ponieważ rozrusznik pobiera duży prąd (do 600 A), uzwojenia wirnika wykonuje się z grubego drutu lub płaskownika miedzianego. Końce uzwojeń są przylutowane do segmentów komutatora.

Komutator – element przełączający umieszczany na wirniku komutatorowych maszyn elektrycznych (silników prądu stałego i generatorów prądu stałego zwanych także prądnicami). Komutator umożliwia przepływ prądu elektrycznego do wirnika z synchronicznym z obrotem wirnika przełączaniem kierunku prądu w uzwojeniach wirnika. Komutator zbudowany jest z dielektrycznego walca o wysokiej odporności temperaturowej, nałożonego na oś wirnika. Na powierzchni walca umieszczone są wzdłużnie sekcje, najczęściej miedziane. Do nich podłączone są kolejne uzwojenia wirnika. Sekcje izolowane są między sobą przy pomocy polimerowych przekładek. Po powierzchni walca ślizgają się grafitowe szczotki dociśnięte przy pomocy sprężyn.

Akumulator kwasowo-ołowiowy – rodzaj akumulatora elektrycznego, opartego na ogniwach galwanicznych zbudowanych z elektrody ołowiowej, elektrody z tlenku ołowiu(IV) (PbO2) oraz ok. 37% roztworu wodnego kwasu siarkowego(VI), spełniającego rolę elektrolitu.

Urządzenie sprzęgające służy do sprzęgania rozrusznika z kołem zamachowym silnika w celu wprawienia w ruch obrotowy wału korbowego. Elementem sprzęgającym jest zębnik osadzony na wałku wirnika, zazębiany z wieńcem zębatym koła zamachowego silnika. Mechanizm sprzęgający osadzony jest na wirniku poprzez gwint o bardzo dużym skoku (Bendiks), gwint ten sprawia, że przenoszenie momentu obrotowego z rozrusznika na sprzęg, przesuwa sprzęg w stronę zębatki, a przenoszenie w drugą stronę wycofuje sprzęg. Zębatka łącznika jest osadzona na sprzęgniku poprzez sprzęgło wałkowe jednokierunkowe (identyczne jak wolnobieg w rowerze) zabezpieczające rozrusznik przed napędzaniem go przez silnik gdy uzyska obroty większe niż obroty rozrusznika. W celu ułatwienia zazębiania mechanizm sprzęgający jest przesuwany w stronę zębatki poprzez widełki przez elektromagnes, co sprawia, że rozrusznik jest zazębiany zanim rozrusznik zacznie się obracać.

Wał korbowy (lub wał wykorbiony) – rodzaj wału, posiadającego czopy przesunięte względem swojej osi. Służy zwykle do zamiany ruchu obrotowego na posuwisto-zwrotny, będąc elementem mechanizmu korbowego.

Ruch obrotowy bryły sztywnej to taki ruch, w którym wszystkie punkty bryły poruszają się po okręgach o środkach leżących na jednej prostej zwanej osią obrotu. Np. ruch Ziemi wokół własnej osi. Jest to ruch złożony z ruchu postępowego środka masy danego ciała oraz ruchu obrotowego względem pewnej osi. Środek masy ciała można uważać za punkt materialny. Do opisania ruchu obrotowego używa się odmiennych pojęć od używanych do opisania ruchu postępowego.

Dynamostarter

Szczególnym rodzajem rozrusznika stosowanym w pojazdach jest dynamostarter umieszczany bezpośrednio na wale silnika spalinowego. Dynamostarter jest wielobiegunowym silnikiem szeregowo-bocznikowym łączącym funkcje prądnicy i rozrusznika. W trybie pracy prądnicowej jako wzbudzenie wykorzystywane jest uzwojenie bocznikowe, przy czym nabiegunniki nieczynnego w tym trybie uzwojenia szeregowego pełnią rolę biegunów biernych, w trybie pracy rozrusznika czynne są oba uzwojenia stojana.

Silnik czterosuwowy – silnik spalinowy o spalaniu wewnętrznym wykorzystywany w samochodach, ciężarówkach, motocyklach oraz wielu innych maszynach. Nazwa odnosi się do czterech faz, które zachodzą podczas działania: wpływu powietrza lub mieszanki paliwowej, sprężenia, pracy i wydmuchu spalin. Cykl obejmuje dwa okrążenia wału korbowego na cykl pracy, inaczej mówiąc, silnik czterosuwowy to silnik, którego tłok wykonuje cztery ruchy posuwiste w jednym cyklu roboczym.

Rozrusznik pneumatyczny - rozrusznik stosowany w silnikach Diesla (o zapłonie samoczynnym). Jego główne elementy to zbiornik ze sprężonym powietrzem i koło zamachowe. Sprężone powietrze jest kierowane na łopatki na kole zamachowym, rozpędzając je. Po osiągnięciu odpowiedniej prędkości obrotowej koło zamachowe jest przyłączane do wału korbowego silnika i obraca go wymuszając pierwsze cykle pracy. Po rozpoczęciu przez silnik samodzielnego działania koło zamachowe jest odłączane. Rozrusznik pneumatyczny jest najczęściej używany w ciężkim sprzęcie wojskowym i budowlanym.

Dynamostarter bywa nazywany też prądnicorozrusznikiem, prądorozrusznikiem i dynastarterem. Takie rozwiązanie jest stosowane w lokomotywach spalinowych z przekładnią elektryczną, gdzie z wałem korbowym jest bezpośrednio połączona prądnica główna, która spełnia funkcję rozrusznika, co ma miejsce w większości lokomotyw spalinowych z przekładnią elektryczną prądu stałego. Gdy silnik spalinowy lokomotywy napędza trójfazową prądnicę prądu przemiennego do rozruchu stosuje się osobny rozrusznik, który w czasie pracy silnika spalinowego pełni rolę prądnicy pomocniczej. Takie rozwiązanie zastosowano w lokomotywie serii SP47. Zastosowano prądnicę - rozrusznik na napięcie akumulatorów 110 V o mocy 80 kW do rozruchu silnika o mocy 3000 KM.