新聞主題	柴油發(fā)電機啟動系統(tǒng)起動條件及原理圖

 

摘要：起動系統(tǒng)的作用是供給柴油機曲軸轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩，使柴油機達(dá)到必須的起動轉(zhuǎn)速，以便使柴油機進(jìn)入自行運轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)柴油機進(jìn)入自由運轉(zhuǎn)狀態(tài)后，啟動裝置便結(jié)束任務(wù)并立即停止工作。而完成起動所需要的裝置叫啟動系統(tǒng)，由于通常由蓄電池作為電源，所以也稱作“電啟動裝置”。柴油發(fā)電機的啟動系統(tǒng)主要由起動機、蓄電池、充電發(fā)電機、調(diào)節(jié)器和柴發(fā)控制器等組成。電啟動裝置工作流程是柴油機起動時，蓄電池向電機供電，驅(qū)動柴油機轉(zhuǎn)動。起動后，柴油機驅(qū)動該電機作發(fā)電機運行，向蓄電池充電。

 

一、柴油機啟動原理和過程

1、啟動系統(tǒng)工作原理

      柴油發(fā)電機借助于外力由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入、作狀態(tài)的全過程稱為柴油發(fā)電機的啟動過程，完成啟動過程所需要的一系列裝置稱為啟動系統(tǒng)或啟動裝置，其電路連接如圖1所示。它的作用是提供啟動能量，驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，可靠地實現(xiàn)柴油發(fā)電機啟動。

      柴油發(fā)電機啟動系統(tǒng)的工作性能主要是指能否迅速、方便、可靠地啟動；其次，啟動后能否很快過渡到正常運轉(zhuǎn)。這些性能對柴油發(fā)電機工作的可靠性、使用方便性、耐久性和燃料經(jīng)濟性等有很大影響。在啟動系統(tǒng)中，動力驅(qū)動裝置用于克服柴油發(fā)電機的啟動阻力，啟動輔助裝置是為了使柴油發(fā)電機啟動輕便、迅速和可靠。

（1）啟動阻力矩

      柴油發(fā)電機啟動時，啟動動力裝置所產(chǎn)生的啟動力矩必須能克服啟動阻力矩（包括各運動件的摩擦力矩，驅(qū)動附件所需力矩和壓縮汽缸內(nèi)氣體的阻力矩等）。啟動阻力矩主要與柴油發(fā)電機結(jié)構(gòu)尺寸、溫度狀態(tài)及潤滑油的黏度等有關(guān)。柴油發(fā)電機的汽缸工作容積大、壓縮比高時，阻力矩大；機油黏度大，阻力矩也大。

（2）啟動轉(zhuǎn)速

      為保證柴油發(fā)電機順利啟動的最低轉(zhuǎn)速稱為啟動轉(zhuǎn)速。啟動時，啟動動力裝置還必須將曲軸加速到啟動轉(zhuǎn)速。啟動轉(zhuǎn)速的大小隨柴油發(fā)電機型式的不同而不同。對于柴油發(fā)電機，為了保證柴油霧化良好和壓縮終了時的空氣溫度高于柴油的自燃溫度，要求有較高的啟動轉(zhuǎn)速，一般為150~300r/min。

2、柴油機起動過程

      柴油機是一種內(nèi)燃機，它的工作原理是利用壓縮空氣使柴油燃燒產(chǎn)生高溫高壓氣體，從而推動活塞做功。柴油機的啟動原理是通過一系列的步驟來實現(xiàn)的，下面將詳細(xì)介紹柴油機起動過程。

（1）柴油機啟動需要一個起動系統(tǒng)，它通常由起動電機、電瓶和啟動開關(guān)組成。當(dāng)啟動開關(guān)打開時，電瓶會提供電力給起動電機，起動電機通過轉(zhuǎn)動曲軸帶動活塞運動，從而使柴油機開始工作，如圖2所示。

（2）柴油機啟動還需要燃油系統(tǒng)的支持。燃油系統(tǒng)包括燃油箱、燃油泵和噴油器等部件。在啟動過程中，燃油泵會將柴油從燃油箱中抽取并送入噴油器，噴油器會將柴油噴入氣缸中，與壓縮空氣混合并在高壓高溫環(huán)境下燃燒，從而推動活塞做功。

（3）柴油機啟動還需要空氣系統(tǒng)的支持。空氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣管、進(jìn)氣門和增壓器等部件。在啟動過程中，增壓器會將空氣壓縮并送入氣缸中，與噴入的燃油混合后形成可燃?xì)怏w，從而實現(xiàn)燃燒和推動活塞運動。

（4）柴油機啟動還需要潤滑系統(tǒng)的支持。潤滑系統(tǒng)包括機油泵、機油濾清器和潤滑油等部件。在啟動過程中，機油泵會將潤滑油送入各個部件的摩擦表面，減少摩擦阻力，保護(hù)零部件不受磨損，確保柴油機的正常運轉(zhuǎn)。

（6）柴油機啟動還需要冷卻系統(tǒng)的支持。冷卻系統(tǒng)包括水泵、散熱器和冷卻液等部件。在啟動過程中，水泵會將冷卻液循環(huán)送入發(fā)動機各部件，吸收熱量并將其帶走，確保柴油機在工作過程中不會過熱而損壞。

 

圖1  柴油機電啟動電路連接圖

圖2  柴油機電啟動系統(tǒng)原理圖

 二、柴油機啟動要求和方式

 

1、起動條件

（1）起動轉(zhuǎn)矩

      能夠使曲轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩必須克服壓縮阻力和內(nèi)磨擦阻力矩。起動阻力矩與柴油發(fā)電機壓縮比、溫度、機油粘度等有關(guān)。

（2）起動轉(zhuǎn)速

      能使柴油發(fā)電機起動的曲軸最低轉(zhuǎn)速稱為起動轉(zhuǎn)速，在0～20℃時，柴油機的起動轉(zhuǎn)速為150～300r/min。

2、起動方式

      轉(zhuǎn)動曲軸使柴油發(fā)電機起動的方式很多，柴油發(fā)電機常用的有兩種∶

（1）人力起動∶

      起動最為簡單，只須將起動手搖柄端頭的橫銷嵌入柴油發(fā)電機曲軸前端的起動爪內(nèi)，以人力轉(zhuǎn)動曲軸。

（2）馬達(dá)起動∶

       馬達(dá)起動是大部分陸用發(fā)電機組采用的啟動方式，外觀如圖3和圖4所示。它用馬達(dá)作為機械動力，當(dāng)將馬達(dá)軸上的齒輪與柴油機飛輪周緣的齒圈嚙合時，動力就傳到飛輪和曲軸，使之旋轉(zhuǎn)。馬達(dá)本身又用蓄電池作為電源。其原理是起動時，接通起動開關(guān)，起動電機電路通電，繼電器的吸引線圈和保持線圈通電產(chǎn)生很強的磁力，吸引鐵芯左移，并帶動驅(qū)動杠桿繞其銷軸轉(zhuǎn)動，使齒輪移出與飛輪齒圈嚙合。與此同時，由于吸引線圈的電流通過馬達(dá)的繞組，電樞開始轉(zhuǎn)動齒輪在旋轉(zhuǎn)中移出，減小沖擊。如果齒輪與飛輪齒端相對，不能馬上嚙合此時彈簧壓縮，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)過一個角度后齒輪與飛輪迅速嚙合。當(dāng)鐵芯移動到使短路開關(guān)閉合的位置時，短路線路接通，吸引線圈被短路，失去作用，保持線圈所產(chǎn)生的磁力足以維持鐵芯處于開關(guān)吸合的位置。

（3）壓縮空氣起動：

      船用大功率柴油機絕大多數(shù)采用壓縮空氣起動。因為這種柴油機各運動部件重量大，起動時的慣性力和阻力很大，用電力裝置是不合適的，故都用壓縮空氣起動。壓縮空氣起動的原理是將具有一定壓力的壓縮空氣，按柴油機發(fā)火次序，在工作行程時送入各氣缸，推動活塞，使柴油機轉(zhuǎn)動起來。待柴油機轉(zhuǎn)速達(dá)到起動轉(zhuǎn)速，噴入燃燒室中的燃料方能自行發(fā)火燃燒，使柴油機運行。

3、起動輔助裝置

      柴油發(fā)電機在嚴(yán)寒冬季起動困難，這是由于機油粘度增高，起動阻力矩增大，蓄電池工作能力降低，以及燃油氣化性能變壞的緣故。為使之便于起動，在冬季應(yīng)設(shè)法將進(jìn)氣、潤滑油和冷卻水預(yù)熱。柴油機冬季起動困難尤大。車用柴油機為了能在低溫下迅速可靠的起動，常采用一些用以改善燃料著火條件和降低起動轉(zhuǎn)矩的起動輔助裝置，如電熱塞、進(jìn)氣預(yù)熱器、起動液噴射裝置以及減壓裝置等。

 

圖3  柴油機起動馬達(dá)前視圖

圖4  柴油機起動馬達(dá)左視圖

 

三、起動機的類型和結(jié)構(gòu)

 

1、起動機的類型

      起動機是起動系統(tǒng)核心裝置，其技術(shù)狀態(tài)好壞，直接影響柴油發(fā)電機啟動性能。起動機種類繁多，其分類方法如下：

（1）強制嚙合式：工作原理如圖5所示，依靠電磁力拉動杠桿機構(gòu)，撥動驅(qū)動齒輪強制嚙入飛輪齒圈。工作可靠性高，現(xiàn)代柴油機廣泛采用。

（2）電樞移動式：結(jié)構(gòu)組成如圖6所示，依靠磁極磁通的電磁力使電樞產(chǎn)生軸向移動，從而將驅(qū)動齒輪嚙入飛輪齒圈。

（3）齒輪移動式：依靠電磁開關(guān)推動電樞軸孔內(nèi)的嚙合推桿，使驅(qū)動齒輪嚙入飛輪齒圈。

 

圖5  強制嚙合式起動機工作原理

圖6  電樞移動式起動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

 

2、起動機的結(jié)構(gòu)組成

      起動機由直流電動機、傳動裝置和控制裝置三部分組成。

（1）直流電動機

      直流電動機是以蓄電池為電源，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，在啟動開關(guān)和電磁開關(guān)的控制下，通過傳動裝置將轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)動機。其構(gòu)造及特點：

① 磁場部分由磁極、磁場繞組和外殼等組成。

② 電樞部分由電樞線圈及鐵芯、電樞軸、換向器等組成；

③ 傳動機構(gòu)與電樞軸采用花鍵配合；電樞軸采用三點支撐，電樞軸尾部有限位圈。

④ 換向器由電刷和電樞軸上的整流子組成，用來連接磁場繞組與電樞繞組。

（2）傳動機構(gòu)

      傳動機構(gòu)的作用是起動時使驅(qū)動齒輪與飛輪齒環(huán)嚙合，將起動機轉(zhuǎn)矩傳給發(fā)動機曲軸；起動后，使電動機和飛輪齒環(huán)自動脫開，防止電動機因超速旋轉(zhuǎn)而損壞。起動機的傳動裝置主要由單向離合器和撥叉組成。

（3）起動機控制裝置

① 當(dāng)吸拉線圈和保持線圈通電產(chǎn)生的磁通方向相同時，其電磁吸力便吸引活動鐵心向前移動，直到推桿上的觸盤將電動機開關(guān)的兩個觸點接通而使電動機電路接通為止。電路接通示意圖如圖7所示。

② 當(dāng)吸拉線圈和保持線圈通電產(chǎn)生的磁通方向相反時，其電磁吸力相互抵消，在復(fù)位彈簧的張力作用下，活動鐵心等可移動部件自動復(fù)位，觸盤與觸點斷開，電動機電路即被切斷。電路斷開示意圖如圖7所示。

 

圖7  起動機電動機電路接通示意圖

圖8  起動機分離彈簧的作用示意圖

 

總結(jié)：

      總之，柴油機的起動系統(tǒng)是機器穩(wěn)定、連續(xù)運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。為了確保設(shè)備的正常使用，起動系統(tǒng)的建設(shè)和使用必須得到足夠重視和開發(fā)。此外，柴油機啟動原理涉及起動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等多個方面的支持。只有這些系統(tǒng)協(xié)同工作，柴油機才能順利啟動并正常運轉(zhuǎn)。希望這篇文檔能夠幫助大家更好地理解柴油機的啟動原理。

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