4 SISTEMUL DE PORNIRE ELECRIC

4.1 GENERALITI

Sistemul de pornire are rolul de a antrena motorul cu ardere intern cu o anumit turaie i un cuplu corespunztor, din starea de repaus pn n momentul crerii condiiilor aprinderii amestecului carburant i pornirii acestuia.

n cazul motorului cu aprindere prin scnteie, sistemul de pornire cuprinde doar demarorul. n cazul motorului cu aprindere prin compresie, sistemul cuprinde pe lng demaror i dispozitive

care permit pornirea la temperaturi sczute. Aceste dispozitive realizeaz nclzirea aerului aspirat la pornire (rezistena de nclzire, termostarterul) sau creeaz suprafee incandescente n camera de ardere de la care amestecul se aprinde forat (bujii cu incandescen).

Condiiile impuse sistemului de pornire sunt: asigurarea turaiei i cuplului de pornire pentru cele mai grele condiii; funcionarea sigur pe un domeniu ct mai larg de temperatur (-20 C pn la+60C); decuplarea automat a demarorului, dup pornirea motorului; componentele sistemului de pornire trebuie s prezinte gabarit redus, greutate redus,

fiabilitate bun i o ntreinere ct mai simpl. Fiind montat pe motor, demarorul este supus unor condiii de funcionare foarte severe: vibraii puternice (50 60 g); temperaturi ridicate (150 180 C); coroziune (ap, sare, praf, etc).

Funcionarea demarorului este strns legat de calitatea bateriei de acumulatori. Puterea dezvoltat de demaror este invers proporional cu suma rezistenelor dispozitivului de

pornire, urmrindu-se reducerea la cel mai jos nivel posibil a: rezistenei interne a bateriei; rezistenei cablurilor; pierderilor prin ntrefier; frecrilor.

Avnd n vedere preocuparea general privind reducerea consumului de combustibil, a polurii i a zgomotului, exist soluii n acest sens legate de sistemul de pornire. Printre acestea se remarc urmtoarele:

Sistemul stop and go Constituie concepia potrivit creia motorul termic este oprit n situaia n care autovehiculul

staioneaz (ex. la stop, etc.), dup care este pornit automat de ctre demaror la apsarea pedalei de acceleraie. n acest caz, demarorul trebuie s fie conceput n aa fel nct s poat rezista la un numr foarte mare de cicluri de pornire. Sistemul permite o reducere a consumului de combustibil n regim urban cu 10 - 20%.

Pornirea automat Are n vedere un control electronic al autorizrii pornirii i o optimizare a duratei acionrii

demarorului funcie de o serie de parametrii (temperatur, etc.). Avantajele acestei concepii sunt: creterea fiabilitii; reducerea zgomotului; utilizarea de sisteme antifurt.

De asemenea, se poate realiza o reducere a gabaritului i greutii demarorului, care nu va mai fi expus la condiii att de severe de funcionare.

Sistemul de pornire rapid Are n vedere asigurarea unei porniri rapide a motorului, cu efect asupra reducerii zgomotului i a

emisiilor poluante. Timpul de pornire poate fi redus prin urmtoarele soluii: optimizarea ansamblului baterie demaror control motor; ameliorarea comportamentului dinamic al demarorului; optimizarea pornirii prin utilizarea de informaii n strategia pornirii (ex. poziie arbore

motor); oprirea automat a demarorului.

4.2 DEMARORUL

Demarorul constituie principalul element al sistemului de pornire. El se compune dintr-un motor electric de curent continuu i un dispozitiv de cuplare. Alimentarea se face de la baterie prin intermediul unui releu dispus separat sau direct pe demaror.

Fig. 4.1 Circuitul de comand al demarorului. Din punct de vedere constructiv, demaroarele se aseamn ntre ele n privina motorului electric,

dar difer n ceea ce privete dispozitivul de cuplare. Motorul electric care corespunde cel mai bine condiiilor impuse pornirii este motorul de curent

continuu cu excitaie serie, care, pe lng alte avantaje, realizeaz cel mai puternic cuplu de pornire, fapt prezentat n caracteristica cuplu - turaie de mai jos.

Fig. 4.2 Caracteristica cuplu turaie a motorului electric

La cupluri mici (mersul n gol), turaia motorului crete foarte mult. Din acest motiv se prevede un dispozitiv mecanic de frnare sau o nfurare suplimentar cu scopul de a limita turaia.

Fig. 4.3 Construcia demarorului clasic Dup cum se observ, demarorul cuprinde trei subansamble principale: motorul electric de curent continuu (a); mecanismul de cuplare (b); mecanismul electromagnetic de comand (c).

Un demaror modern se remarc prin existena excitaiei cu magnei permaneni i a reductorului planetar (amplificator de cuplu).

Fig. 4.4 Construcia demarorului prevzut cu excitaie cu magnei permaneni i reductor.

4.2.1 Construcia motorului de curent continuu Principalele componente ale motorului electric sunt: statorul prevzut cu poli i nfurri de excitaie sau magnei permaneni; rotorul, cu arbore, pachet de tole, niaurare rotoric, colector i eventual reductorul

planetar; scutul dinspre colector cu lagr i suportul port - perie; scutul dinspre pinion cu lagrul respectiv. Statorul

Este dispus ntr-o carcas confecionat din eava de oel sau tabl stanat, roluit i sudat. Constructiv, statorul poate fi prevzut cu excitaie cu magnei permaneni sau cu excitaie electromagnetic format din poli i nfurri de excitaie. Numrul de perechi de poli se alege funcie de puterea demarorului. n general se utilizeaz dou perechi de poli confecionai din bare de oel sau forjai, fixai de carcas cu uruburi.

nfurarea de excitaie principal se dispune pe polii statorului i se execut din bare de cupru de seciune mare, avnd un numr redus de spire. Izolaia ntre spire se realizeaz cu benzi de prepan sau leteroid, iar la exterior izolarea se face cu benzi de bumbac impregnate n lac.

Fig. 4.5 nfurri de excitaie statorice. n cazul n care se utilizeaz nfurri de excitaie auxiliare, acestea se dispun, n general, pe poli

diferii de cei principali pentru reducerea numrului de legturi la bobine. nfurrile auxiliare serie se execut din bare de cupru, iar cele derivaie din srm.

Dup fixarea pe carcas, polii se calibreaz la interior, pentru a realiza un ntrefier ct mai redus.

Fig. 4.6 Legarea nfurrilor de excitaie

n trecut, toate demaroarele erau prevzute cu excitaie electromagnetic. Progresele realizate n domeniul magneilor pennaneni au permis n prezent utilizarea acestora ca

surs de excitaie pentru demaroarele cu putere pn la 2 kw utilizate la autoturisme i autoutilitare. Pentru puteri mai mari se utilizeaz soluia de excitaie electromagnetic.

O soluie foarte modern o reprezint magneii bicomponeni creai n scopul de a ameliora stabilitatea i insensibilitatea la efectele demagnetizrii. Acetia cuprind dou zone distincte:

o zon, n partea de atac, cu mare inducie remanent; o zon, n partea de fug, cu cmp coercitiv puternic care creeaz insensibilitate la efectele

demagnetizrii.

Fig. 4.7 Cmpul magnetic de excitaie creat n cazul unui demaror cu patru poli (excitaie electromagnetic sau cu magnei permaneni)

Creterea numrului de perechi de poli are efecte pozitive constnd n: diminuarea diametrului carcasei; reducerea greutii; creterea puterii; reducerea costurilor.

Pentru reducerea pierderilor de linii de cmp magnetic, determinate de limea redus a polilor, o soluie modern o constituie utilizarea unor piese metalice conductoare ale fluxului magnetic, numite ghidaje de flux.

Rotorul Cuprinde un arbore executat din oel de calitate, capabil s reziste la solicitri mecanice repetate.

Pe acesta se dispune un pachet de tole stanate din tabl cu grosimea de cca. 1 mm, prevzute la exterior cu crestturi n care se monteaz nfurarea rotoric. n cazul crestturilor deschise, nfurrile se introduc separat, dup care crestturile se nchid parial prin sertizare, iar n cazul celor seminchise, nfurrile se introduc axial simultan. nfurrile sunt confecionate din bare de cupru, de seciune dreptunghiular, rotunjit la coluri, izolate cu leteroid.

Fig. 4.8 Schema nfurrii rotorice de tip ondulat.

Colectorul este confecionat din lamele de cupru profilate, izolate ntre ele, care, din motive tehnologice, sunt de obicei, compuse din dou buci, prevzute cu proeminente (stegulee), ntre care se fixeaz capetele seciunilor nfurrii rotorice.

n contact cu lamelele colectorului se afl periile, ghidate ntr-un suport port-perii. Periile sunt de tip metal grafit, obinute prin sinterizare. Pentru combaterea salturilor de tensiune la colector, o soluie modern const n utilizarea de perii realizate din dou materiale:

o parte de putere, avnd un coninut mare de cupru; o parte de colector, avnd un coninut mare de grafit, rezultnd dou zone distincte (zona de

comutaie i zona de putere).

Fig. 4.9 Perii moderne bicomponente. Utiliznd aceast soluie durata de funcionare a periilor crete mult, obinndu-se o bun

mentenan a demarorului. Scutul dinspre colector

Are o form simpl, se execut din tabl sau aliaje turnate sub presiune. n centru se dispune lagrul din spate confecionat de obicei din bronz grafitat sinterizat. Pe acest scut se fixeaz suporii port - perii confecionai din tabl, precum i bornele principiile ale demaronilui.

Scutul dinspre pinion Are forme diferite, funcie de tipul mecanismului de cuplare. Are o construcie masiv, fiind

obinut prin turnare. Conine cellalt lagr de sprijin al rotorului i este prevzut cu flana de fixare a demarorului.

Reductorul Gabaritul rotorului este proporional cu cuplul realizat. Pentru reducerea greutii i a gabaritului

demarorului este necesar un raport de transmitere ct mai mare ntre pinion i coroana volantului. Avnd n vedere c diametrul pinionului i al coroanei volantului sunt limitate, se poate obine o majorare considerabil a raportului de transmitere prin utilizarea unui reductor planetar (amplificator de cuplu) ntre rotor i pinion. Ca efect, se obine un motor electric subdimensionat, care lucreaz la o turaie mai ridicat, deci ntr-un regim mai stabil.

innd cont de limitele mecanice, termice i electromagnetice, se recomand urmtoarele valori ale raportului de transmitere al reductorului:

4-5, pentru demaroare de putere mic (pentru autoturisme); 3-4, pentru demaroare de putere mare (camioane, autobuze)

Pentru o putere egal, n cazul unui demaror de 2,2 kw, greutatea demarorului se poate reduce cu 40%.

4.2.2 Construcia mecanismului de cuplare Dispozitivul de cuplare are rolul de a realiza deplasarea pinionului pe o traiectorie elicoidal pn

la intrarea n angrenare cu coroana volantului, de a transmite cuplul dezvoltat de demaror i de a

mpiedica supraturarea demarorului n momentul pornirii motorului termic, prin ntreruperea legturii rotor - pinion, precum i de a retrage pinionul n poziia de repaus.

Dup modul de realizare a micrii de cuplare, se poate face urmtoarea clasificare a demaroarelor:

demaror cu cuplare prin inerie; demaror cu servomecanism electromagnetic; demaror cu rotor deplasabil; demaror cu arbore deplasabil.

Dup felul n care se face decuplarea automat a pinionului dup pornirea motorului termic, pot exista urmtoarele soluii:

cu decuplare prin retragere pe filet cu pas mare; cu decuplare prin cuplaj unisens cu role; cu decuplare prin cuplaj unisens cu discuri.

Pinionul demarorului constituie una din piesele cele mai solicitate ale dispozitivului de cuplare, el trebuind s aib o rezisten mecanic ridicat. Pinioanele se execut din oel cementat, duritatea fiind corelat cu cea a coroanei volantului. Numrul de dini este de obicei 9-13, modulul ntre 2 i 3,5 iar unghiul de angrenare 15 sau 20.

Pentru a ntri baza dintelui, se face o corecie a profilului de 1...1,3 mm, iar pentru uurarea cuplrii, se majoreaz distana dintre axa pinionului i coroanei cu 0,5 - 1 mm. Jocul lateral ntre dini se alege 0,3...0,9 mm.

Demarorul cu cuplare prin inerie Demaroarele cu cuplare prin inerie au o construcie simpl. Micarea elicoidal de cuplare prin

inerie a pinionului cu coroana se obine cu ajutorul dispozitivului prezentat n figura de mai jos.

Fig. 4.10 Schema dispozitivului de cuplare prin inerie Micarea de rotaie a arborelui demarorului se transmite elastic, prin intermediul unui arc

amortizor urubului cu pas mare montat liber pe arbore. n contact cu urubul este montat o piuli care transmite micarea pinionului.

n momentul pornirii motorului electric direct la turaia maxim, ansamblul piuli pinion, datorit ineriei, are tendina de a rmne n repaus. Ca efect ia natere un mecanism urub piuli prin care pinionul va fi deplasat pe traiectoria elicoidal impus de filetul cu pas mare al urubului pn la angrenarea cu coroana volantului. Cursa axial este limitat de inelul elastic montat pe filet.

Deoarece cuplarea se face cu oc a fost necesar utilizarea arcului amortizor cu seciune dreptunghiular care lucreaz la torsiune.

Dup pornirea motorului, coroana volantului supratureaz pinionul, sensul forelor se schimb i se produce decuplarea.

Fig. 4.11 Schema de principiu (electric) a demarorului cu cuplare prin inerie Dispozitivele de cuplare prin inerie se folosesc n general pentru demaroare de putere mic (sub

0,5 kW). Ele prezint avantajul c sunt foarte simple, nu necesit dispozitive auxiliare (ex. cuplaj unisens, nfurri auxiliare, etc.) i realizeaz o angrenare uoar datorit traiectoriei elicoidale a pinionului. Ca dezavantaj, nu pot fi transmise cupluri prea mari, iar cuplarea se face cu oc puternic dnd natere la uzuri premature.

Demaror cu servomecanism electromagnetic Demaroarele cu cuplare cu servomecanism electromagnetic au n prezent cea mai mare utilizare la

motoarele autovehiculelor obinuite. La acestea, micarea de angrenare a pinionului cu coroana este comandat de ctre un electromagnet auxiliar montat la exterior pe carcasa demarorului i care acioneaz asupra pinionului prin intermediul unei prghii.

O imagine de ansamblu a acestui tip de demaror este prezentat n figura 4.3, iar schema de principiu n figura 4.12.

Fig. 4.12 Schema de principiu a demarorului cu servomecanism electromagmetic Electromagnetul de acionare a pinionului (c), din figura 4.3, are o nfurare serie (de apel) i una

derivaie (de meninere). Funcionarea are loc n dou etape. Prin nchiderea contactului de pornire se alimenteaz att nfurarea serie ct i nfurarea derivaie a electromagnetului, cmpul magnetic creat deplasnd axial miezul care acioneaz prghia de comand imprimnd pinionului o micare axial. Deoarece n aceast etap alimentarea excitaiei se face prin intermediul nfurrii serie, curentul de excitaie este mic, iar rotorul se va roti lent. Din combinarea celor dou micri rezult cursa elicoidal de intrare n angrenare a pinionului. La capt de curs, cnd pinionul este n angrenare

se nchide contactul principal i prin aceasta nfurarea serie este scurtcircuitat, demarorul fiind alimentat direct de la baterie, prin borna 30, dezvoltnd ntreaga putere necesar pornirii. n aceast etap nfurarea derivaie a releului rmne alimentat, ea avnd rolul de a menine pinionul n angrenare.

La deschiderea contactului de pornire se ntrerupe alimentarea nfurrilor electromagnetului, iar arcul contribuie la decuplarea pinionului.

Pentru a se evita deteriorarea demarorului prin supraturare n cazul n care motorul a pornit, dar contactul de pornire se menine nchis, ntre arbore i pinion se monteaz cuplajul unisens cu role care are rolul de a ntrerupe automat legtura pinion arbore.

Fig. 4.13 Schema cuplajului unisens cu role n cazul cnd n1>n2 (la cuplare) micarea se transmite prin frecarea dintre elementele 1 i 2 prin

intermediul rolelor de la arbore la pinion, astfel c turaiile sunt egale. Cnd n2>n1 (supraturare), egalizarea nu se mai produce ntruct rolele se deblocheaz, devenind libere.

Deoarece, dup decuplarea pinionului de arbore prin intermediul cuplajului unisens, rotorul continu s se roteasc n gol, s-a prevzut un sistem de frnare simplu prezentat n fig. 4.14.

Fig. 4.14 Schema sistemului de oprire a rotorului prin frnare Cnd pinionul a fost retras din angrenare, la capt de curs aiba de frnare intr n contact cu o

suprafa fix a carcasei, oprind rotorul.

Demaror cu rotor deplasabil La aceste demaroare cuplarea se realizeaz prin deplasarea axial i rotirea cu turaie mic a

rotorului.

Fig. 4.15 Demaror cu rotor deplasabil

Fig. 4.16 Schema de principiu a demarorului cu rotor deplasabil Statorul demarorului dispune, n afar de nfurarea de excitaie principal de dou nfurri

auxiliare, una serie i una derivaie fa de nfurarea principal. De obicei, nfurrile de excitaie auxiliare sunt montate pe poli separai, existnd doi poli principali i doi poli auxiliari.

Comanda cuplrii se efectueaz cu ajutorul releului care dispune de contactele duble K1 i K2 a cror poziie poate fi blocat cu ajutorul clichetului. Iniial, rotorul este meninut descentrat fa de poli de ctre un arc elicoidal.

La nchiderea contactului de pornire se alimenteaz releul de comand care va atrage armtura mobil a contactelor K1 i K2. Deoarece contactul K2 este blocat deschis de ctre clichet se va nchide iniial doar contactul K1. Prin aceasta, se alimenteaz nfurrile de excitaie auxiliare care vor produce deplasarea axial a rotorului pn la centrarea lui fa de poli. Pentru a uura aceast micare, rotorul este executat cu un salt de diametru.

Conform schemei, n aceast faz, alimentarea nfurrii de excitaie principale se face prin intermediul excitaiei auxiliare serie cu un curent mic, rotorul efectund i o rotaie cu turaie redus. Din suprapunerea celor dou micri rezult micarea elicoidal de intrare n angrenare a pinionului.

La capt de curs, cnd pinionul este n angrenare, talerul montat la captul colectorului va debloca clichetul elibernd contactul K2, care se nchide. Prin aceasta, alimentarea excitaiei principale se va face direct de la baterie, iar demarorul va dezvolta puterea maxim. n acest timp nfurarea auxiliar derivaie rmne alimentat n scopul meninerii pinionului n angrenare.

Dup deschiderea contactului de pornire, arcul readuce rotorul n poziia de repaus. Pentru a evita supraturarea demarorului dup pornirea motorului, se utilizeaz un cuplaj unisens.

Deoarece momentele transmise de aceste demaroare sunt mari, se utilizeaz cuplaje unisens cu discuri de friciune.

Fig. 4.17 Schema cuplajului unisens cu discuri de friciune ntre arborele demarorului i pinion se intercaleaz pachetul de discuri de friciune montate

intercalat: cele cu caneluri exterioare n buca de antrenare, cele cu caneluri la interior n manonul filetat, prevzut la exterior cu caneluri. Manonul filetat este montat pe filetul de strngere cu pas mare al pinionului. Discurile sunt fixate axial ntre talerul opritor i inelul de presiune cu ajutorul arcului diafragm.

Cnd arborele este elementul conductor, manonul filetat se deplaseaz axial (datorit sensului filetului) comprimnd pachetul de discuri. n acest fel, micarea se transmite prin frecare de la arbore la pinion. ocurile axiale sunt preluate de arcul diafragm.

Cnd pinionul devine element condus, din partea motorului, pachetul de discuri se desface. La unele construcii se prevede un disc suplimentar care comand, n urma deplasrii axiale a

rotorului intrarea n funciune a cuplajului de friciune. Reglarea cuplajului i compensarea uzurilor se face cu piulia de reglaj. Astfel de demaroare se

construiesc pn la puterea de 5 kw i sunt destinate motoarelor de putere mare.

Demaror cu arbore deplasabil Funcionarea acestor demaroare este asemntoare cu cea a demaroarelor cu rotor deplasabil, cu

diferena c micarea specific de cuplare o execut arborele care trece liber prin centrul rotorului.

Fig. 4.18 Demaror cu arbore deplasabil

Fig. 4.19 Schema de principiu a demarorului cu arbore deplasabil Rotorul este montat pe rulmeni sau lagre de alunecare, iar prin ei trece liber arborele deplasabil.

Legtura mecanic dintre rotor i arbore se realizeaz prin intermediul unui cuplaj unisens cu discuri. Piesele polare ale statorului cuprind nfurarea principal de excitaie i nfurarea auxiliar de

frnare a rotorului. Sistemul de comand a cuplrii mai cuprinde releul de comand i releul de cuplare montat pe

arbore. n repaus, arborele este meninut deplasat de ctre un arc elicoidal. Releul de cuplare cuprinde trei nfurri distincte: nfurarea de cuplare (E), nfurarea de

retragere (G) i nfurarea de meninere (H). La nchiderea contactului de pornire, se alimenteaz releul de comand care va deschide contactul

C2 i va nchide contactul C1. Prin aceasta se realizeaz alimentarea nfurrilor releului de cuplare care va deplasa axial arborele pn la intrarea pinionului n angrenare. Totodat, se realizeaz i alimentarea nfurrii de excitaie principale, dar prin intermediul nfurrii releului de cuplare, astfel nct curentul de excitaie va fi mic, iar rotorul se va roti ncet. Din combinarea celor dou micri rezult micarea elicoidal de cuplare a pinionului cu coroana.

La capt de curs, cnd pinionul este n angrenare, se nchide contactul principal, prin care excitaia este alimentat direct de la baterie, deci este posibil pornirea motorului. n aceast faz, nfurrile E i G sunt scurtcircuitate, rmnnd alimentat doar nfurarea de meninere H.

La deschidereu contactului de pornire, se ntrerupe alimentarea releului de comand care revine n poziia iniial, deschiznd contactul C1 i ncluznd pe C2. Prin aceasta, se ntrerupe alimentarea releului de cuplare i se alimenteaz nfurarea auxiliar de frnare a rotorului. Supraturarea demarorului este evitat prin utilizarea cuplajului unisens cu discuri montat ntre arbore i rotor.

Aceast variant se utilizeaz la demaroare de putere foarte mare (pn la 25kW), destinate motoarelor termice de putere mare.

4.2.3 Alegerea demarorului

Demaroare pentru autoturisme i autoutilitare pentru puteri mai mici de 1 kW se utilizeaz soluia de demaroare cu magnei permaneni i

antrenare direct; pentru puteri cuprinse ntre 1 kW i 2 kW se utilizeaz demaroare cu magnei permaneni i

reductor (amplificator de cuplu); pentru puteri mai mari de 2 kW se utilizeaz demaroare cu excitaie electromagnetic i

reductor. Dup cum se observ, tehnologia actual de fabricaie a magneilor permaneni (compatibili cu

producia de serie mare i cost limitat) permite utilizarea lor pn la o putere a demarorului de cca. 2 kW.

n cazul motoarelor mici, este necesar s se dispun de un demaror cu un foarte bun comportament dinamic, situaie n care, se prefer antrenarea direct (fr reductor), n detrimentul greutii i al gabaritului.

Demaroare pentru autovehicule grele (camioane, autobuze, etc.) Criteriile de greutate i gabarit redus se menin i n acest caz. Criteriul de longevitate este totodat

primordial. Constrngerile mecanice i termice existente pe aceste autovehicule sunt n general mai severe

dect pe autovehiculele uoare. n general, demaroarele pentru autovehiculele grele sunt cu excitaie electromagnetic i antrenare

direct. La ora actual, tensiunea de lucru este n acest caz 24 V. Pentru autovehiculele ce lucreaz ntr-un mediu sever (ap, ulei, praf, sare) se utilizeaz varianta

de demaroare complet etane.

4.2.4 Caracteristicile electrice ale demarorului Comportamentul n funcionare al demarorului poate fi apreciat funcie de caracteristicile sale

electrice care prezint corelaia dintre cuplul MS, turaia de antrenare ns i puterea Ps la o anumit tensiune i temperatur de pornire, funcie de curentul absorbit, innd cont de rezistena bateriei i a conductorilor de legtur.

Caracteristicile electrice se pot trasa prin calcul sau se ridic experimental pe standuri speciale. n fig. 4.20 se prezint caracteristicile electrice ale demarorului trasate pentru dou valori ale

temperaturii (-20 C i +20 C).

Fig. 4.20 Caracteristicile electrice ale demarorului Tensiunea disponibil la bornele demarorului US este mai mic dect tensiunea bateriei U0 datorit

cderilor de tensiune din conductorii de legtur: US=U0-I(RB+RL) (4.1)

unde: RB - rezistena intern a bateriei; RL - rezistena conductorilor de legtur. Cuplul demarorului MS depinde de curentul demarorului IS i nu de tensiunea acestuia.

SS IM ~ (4.2) unde fluxul magnetic depinde de asemenea de curentul demarorului. La sarcini mici (Imin) cuplul demarorului are o variaie parabolic, deoarece fluxul magnetic este

aproape proporional cu curentul, lucru ce se poate observa din caracteristica de magnetizare a circuitului magnetic al demarorului, fig. 4.21.

Fig. 4.21 Caracteristica de magnetizare a circuitului magnetic al demarorului adic,

2memICM (4.3)

La sarcini mari, cuplul tinde ctre o variaie liniar, deoarece fluxul magnetic tinznd ctre saturaie la cureni mari, variaia cuplului este numai funcie liniar de I, adic:

ICM m (4.4) Valoarea maxim a cuplului corespunde curentului de scurtcircuit. Turaia demarorului, la un anumit cuplu, respectiv curent de sarcin, este proporional cu

tensiunea electromotoare ce ia natere n nfurarea demarorului. ns~E (4.5)

unde: E tensiunea electromotoare. Rezistena intern a demarorului RS este dat n documentaie pentru temperaturile de -20 C, +20

C, sau se poate calcula cu relaia:

SK

SKS I

UR = (4.6)

unde: USK tensiunea de scurtcircuit; ISK curentul de scurtcircuit. Pentru un anumit curent de sarcin IS, raportul turaiilor va fi:

11

22

1

2

1

2

SSS

SSS

S

S

RIURIU

EE

n

n

== (4.7)

de unde:

11

22

12SSS

SSSSS RIU

RIUnn

= (4.8)

Calculnd turaiile pentru diferii cureni de sarcin se poate trasa caracteristica de turaie. Ea variaz dup o hiperbol la sarcini mici i aproape liniar la sarcini mari. Scderea liniar se datorete micorrii tensiunii la bornele demarorului.

Domeniul de variaie al turaiei este ntre valoarea de mers n gol i turaia nul n scurtcircuit. Curentul de scurtcircuit se calculeaz cu relaia:

SLBSK RRR

UI++

=0

(4.9)

Puterea demarorului PS este proporional cu produsul dintre turaia nS i cuplul MS. PS~MSxnS (4.10)

Din valorile turaiei i cuplului pentru diferite valori ale curentului se traseaz caracteristica de putere.

Puterea maxim a demarorului PSmax ca i cuplul maxim MSK sunt parametri importani ai demarorului, ei depinznd de caracteristica de tensiune i de temperatura demarorului.

Turaia nS la puterea maxim, este de asemenea un parametru important care se are n vedere la alegerea unui anumit tip de demaror.

n scurtcircuit la pornire cnd n=0, I=ISK i M=Mmax=MSK, moment ce corespunde pornirii motorului cnd este nvins cuplul rezistent, motorul electric dezvolt cuplul de pornire maxim.

n regim de sarcin, cnd turaia demarorului este mai mare dect cea necesar pornirii motorului (turaia maxim de pornire), i puterea este aproape maxim, corespunztoare curentului

2maxSK

PII = ,

motorul electric imprim motorului turaia de pornire. n regim de mers n gol, la decuplare, cnd MS 0, curentul IS=0, n=nmax, puterea este folosit doar

pentru nvingerea frecrilor. Asupra caracteristicilor electrice ale motorului electric mai exercit influen: capacitatea bateriei,

gradul de ncrcare al bateriei, temperatura mediului, rezistena conductorilor i a periilor.

4.2.5 ncercarea i exploatarea demaroarelor ncercarea demaroarelor

ncercarea demaroarelor cuprinde verificarea caracteristicilor electrice de funcionare, verificarea comportrii la solicitri electrice i mecanice, verificarea comportrii la aciunea factorilor externi i ncercri de durat.

ncercrile de verificare a caracteristicilor electrice de funcionare constau n: determinarea caracteristicilor la mers n gol, la scurtcircuit i la mers n sarcin i se efectueaz la temperatura de 20 5 C, dup ce demarorul a fost rodat n gol. Alimentarea se face de la baterii cu capacitatea i starea de ncrcare prescrise. Lungimea i seciunea cablurilor de legtur trebuie de asemenea s fie cea prescris. Fiecare msurare se face la 5 secunde dup punerea sub tensiune.

ncercarea de mers n gol se face fr instalaii speciale, fixnd demarorul pe un banc i alimentndu-1 de la baterie. Se msoar curentul de mers n gol, turaia n gol la tensiunea nominal de alimentare, verificnd funcionarea normal din punct de vedere electric i mecanic.

Dac turaia de mers n gol este mai mic i curentul absorbit mai mare dect cel prescris,

demarorul nu corespunde, putnd avea scurtcircuit n nfurri, pierderi mari, sau defeciuni mecanice. Uneori se verific i timpul de oprire al rotorului din momentul ntreruperii tensiunii, acesta trebuind s corespund valorii prescrise.

ncercarea n scurtcircuit se face fixnd bine demarorul pe banc i montnd pe captul arborelui un bra cu prghie care acioneaz un dinamometru. Se msoar cuplul de pornire maxim i curentul de scurtcircuit.

Dac cuplul de pornire este mai mic dect cel prescris, iar curentul absorbit mai mare, se va verifica dac nfurrile nu au scurtcircuit ntre spire sau puneri la mas. Dac cuplul de pornire i curentul absorbit sunt mai mici dect valorile prescrise rezult c sunt ntreruperi sau contacte greite pe circuite n interiorul sau exteriorul demarorului.

ncercarea la mers n sarcin se face pe un banc special prevzut cu o frn etalonat. Se fac 4 5 determinri cuprinse ntre scurtcircuit i mersul n gol, cu o pauz de cel puin un minut ntre determinri pentru rcire. Se msoar tensiunea la bornele demarorului i a bateriei, curentul absorbit, turaia i cuplul.

Cu aceste date se traseaz caracteristicile demarorului care trebuie s se ncadreze n limitele prescrise. Pentru puterea nominal, respectiv curentul nominal, turaia trebuie s aib valori egale sau mai mari dect cele prescrise. De asemenea, puterea maxim trebuie s fie ntr-un anumit raport fa de puterea nominal.

n cazul demaroarelor cu relee se verific i tensiunea de cuplare a releelor. Verificarea la nclzire se face asupra colectorului. Se prevede, de exemplu, ca dup trei cicluri de

cte 45 secunde, din care 15 secunde sub tensiune, temperatura colectorului s nu depeasc 140 - 200 C.

n tabelul 4.1 se prezint spre exemplificare, pentru cteva tipuri de demaroare, valorile parametrilor care se verific la ncercarea pe stand.

ncercarea la solicitri electrice i mecanice cuprinde comutaia, supraturaia, rezistena la izolaie i rigiditatea dielectric.

Dei se admite comutaia grea, nu trebuie s apar scntei exagerate la colector care s determine scoaterea prematur din funciune a demarorului.

Supraturaia se realizeaz prin mrirea tensiunii de alimentare cu cca. 25% sau prin antrenarea din exterior la o turaie prescris timp de 15 30 secunde.

Tensiunea de strpungere se verific la 500 Vef, 50 Hz timp de un minut, iar rezistena de izolaie trebuie s fie 0,5 M , la 500 V curent continuu.

Uneori se prescriu i alte ncercri, de exemplu funcionarea cuplajului unisens, verificarea angrenrii corecte, etc.

ncercrile de verificare a comportrii la aciunea factorilor externi cuprinde determinarea caracteristicilor la -10C i -15C, verificarea rezistenei la umiditate, a tipului de protecie i a rezistenei la vibraii.

ncercrile de durat ale demaroarelor se efectueaz pe bancuri automatizate sau direct pe autovehicul, cuprinznd dup caz 5.000...25.000 cicluri de pornire. De exemplu, se prevd 5.000 porniri pe banc cu ciclul de 60 s, din care durata activ 5 s. Primele 3 s demarorul este ncrcat la puterea maxim, reglat cu ajutorul frnei, iar ncepnd cu secunda a patra volantul se accelereaz

printr-o antrenare suplimentar, iar frna se elibereaz n momentul pornirii motorului termic. n secunda a asea se deconecteaz demarorul i se stinge frna. n timpul ncercrilor se permite ventilarea demarorului.

Proba de durat mecanic se face de obicei pe motorul termic i cuprinde 25.000 cicluri de 60 s. Un ciclu poate cuprinde: 1 s demarorul funcioneaz singur, 1 s demarorul funcioneaz mpreun cu motorul, 19 s motorul singur, restul pn la 60 s repaus.

Dup efectuarea ncercrilor de durat, nu trebuie s se constate defeciuni mecanice sau electrice, sau o diminuare a caracteristicilor demarorului cu mai mult de 10%.

ntreinere, exploatare Pentru o exploatare corect, este necesar n primul rnd ca demarorul s fie montat corect pe motor

pentru a nu se desprinde la vibraii i a nu apare cderi de tensiune suplimentare la contacte i borne. Durata de acionare la pornire nu trebuie s depeasc valoarea prescris pentru a nu deteriora

demarorul i a nu descrca bateria. n general, se admit maximum trei porniri cu o durat de 10 15 s cu interval ntre porniri de 30 s. Repetarea pornirilor se admite apoi dup o pauz de 2 minute.

ntreinerea echipamentului de pornire este uoar i simpl, constnd n verificarea periodic a mecanismului de cuplare i comand, a bornelor i conductorilor de legtur, a colectorului i a periilor.

Mecanismul de comand se verific la contactele ntreruptoarelor i releelor, care nu trebuie s fie murdare, unse sau uzate. nfurrile i conductorii de legtur se verific s fie bine strnse. ntrefierurile i distanele ntre contacte se verific dac corespund datelor din documentaie.

Conductorii din circuitul de alimentare al demarorului se verific dac au contactele strnse i curate.

Colectorul se verific dac este curat, dac periile sunt n stare bun i apas normal pe lamelele colectorului. Praful provenit din uzura periilor se sufl, iar colectorul se terge cu benzin. Cnd apar neregulariti pe suprafaa colectorului, acesta se lefuiete.

Fora de apsare a periilor are o mare importan, ea trebuind s corespund normelor. Apsarea insuficient produce scntei la colector, cderi de tensiune mari i deteriorarea colectorului. Apsarea prea puternic produce uzura prematur a periilor i colectorului, fenomen ce se observ uor prin cantitatea mare de praf depus.

Ghidarea periilor n suporii port perii trebuie s se fac uor, fr jocuri, nepenirea periilor provoac scntei i arderea colectorului. nlocuirea periilor se face numai cu perii originale.

O importan deosebit se acord reglrii cursei corecte a pinionului, care trebuie s calce pe toat limea coroanei.

Detectarea defeciunilor pe autovehicul se face n modul urmtor: se aprind farurile i se pornete motorul. Dac demarorul nu rotete motorul i lumina se stinge complet, exist un scurtcircuit, dac demarorul nu se rotete i lumina nu se schimb, atunci circuitul de alimentare al demarorului este ntrerupt. Dac motorul este rotit slab i lmpile slbesc n intensitate, se poate ntmpla ca bateria s fie defect sau descrcat, mecanismele de cuplare i comand pot fi ntrerupte sau exist scurtcircuite n nfurrile demarorului.

Desigur c o diagnosticare precis a demarorului se poate face cel mai bine pe un stand specializat.

4.3 DISPOZITIVE AUXILIARE DE PORNIRE

Pornirea motoarelor cu aprindere prin compresie la temperaturi sczute ridic probleme deosebite. Cuplul rezistent al motorului crete, condiiile realizrii autoaprinderii se nrutesc datorit suprafeelor reci ale camerei de ardere, iar caracteristicile bateriei de acumulatori sunt mult diminuate.

Pentru a uura pornirea, indiferent de temperatura mediului ambiant, s-au dezvoltat o serie de dispozitive auxiliare care au ca scop atingerea rapid a temperaturii de autoaprindere, prin nclzirea

aerului aspirat n cilindri sau crearea de puncte calde n camera de ardere care aprind amestecul carburant.

Pe lng uurarea pornirii, prin aceste procedee se reduce considerabil i uzura motorului.

4.3.1 Dispozitive amplasate n galeria de admisie Acestea se folosesc mai ales n cazul motoarelor cu injecie direct, situaie n care amplasarea

unui dispozitiv direct n camera de ardere devine dificil. Din aceast categorie fac parte: rezistena de nclzire; termostarterul (termoinjectorul).

Rezistena de nclzire Este folosit frecvent la motoarele cu capacitatea cilindric sub 4 litri, puterea recomandat fiind

de 150 W/litru, situaie n care se poate obine o scdere a temperaturii limit de pornire cu 5 - 10 C. Constructiv, rezistena poate fi montat pe o flan ntr-o seciune a galeriei de admisie, amplasat

ntr-un plan de separaie sau pe un suport prevzut cu filet i hexagon care se monteaz n peretele galeriei, dup cum se vede n figura 4.22, n care rezistena de nclzire 2 este montat nainte de ramificaiile 1 ale galeriei.

Fig. 4.22 Amplasarea rezistenei de nclzire n galeria de admisie

Construcia rezistenei este prezentat n figura 4.23, iar schema electric a instalaiei de pornire prevzut cu rezisten de nclzire n figura 4.24.

Fig. 4.23 Rezistena de nclzire spiral

Fig. 4.24 Schema electric a instalaiei de pornire prevzut cu rezisten de nclzire La pornire, dup nchiderea contactului general 3, se aduce contactul de pornire 7 pe poziia 1, prin

care se alimenteaz rezistena de nclzire 5, prin intermediul rezistenei releului termic 4. Atingerea temperaturii de regim (cca. 1000 C) este semnalizat de ctre releul termic 4, prin intermediul lmpii 6. n acest moment se aduce contactul de pornire pe poziia 2, alimentndu-se demarorul. Aerul aspirat trecnd peste rezisten se nclzete, permind realizarea n camera de ardere a condiiilor de autoaprindere a amestecului carburant i pornirii motorului.

n momentul cuplrii demarorului rezistena releului termic este scurtcircuitat, astfel nct rezistena ei se rcete deschiznd contactul releului i ntrerupnd alimentarea rezistenei de nclzire.

Tensiunea de alimentare a rezistenei este de 11 12 V, curentul absorbit de 33 57 A, iar rezistena nfurrii de 0,21 - 0,36 .

Termostarteml (termoinjectorul) Se utilizeaz n cazul motoarelor cu injecie direct avnd o capacitate cilindric mai mare de 4

litri, principiul de funcionare constnd n nclzirea aerului aspirat de motor la pornire prin vaporizarea i arderea unei cantiti de motorin n galeria de admisie.

Numrul termostarterelor poate fi de unu sau mai multe funcie de capacitatea cilindric a motorului, iar amplasarea lor se face n galeria de admisie, nainte de ramificaiile acesteia, conform fig. 4.25.

Fig. 4.25 Amplasarea termostarterului pe motor Construcia termostarterului este prezentat n fig. 4.26.

Fig. 4.26 Construcia termostarterului Corpul metalic 3 este prevzut cu racordul de alimentare cu motorin 4 i duza cu sit 5. n interior

se afl montat cilindrul de vaporizare 7, prevzut n interior cu o rezisten de nclzire, alimentat prin borna 1.

n partea inferioar se afl tubul de ardere 9 montat n interiorul unui ecran cilindric 11 prevzut cu orificii.

Alimentarea cu motorin a termostarterului se face conform schemei prezentate n fig. 4.27.

Fig. 4.27 Schema circuitului de alimentare cu motorin a termostarterului Motorina este aspirat de pompa de alimentare 4 din rezervorul 7, trece prin filtrul 1 dup care

ajunge la pompa de injecie 3. n circuitul de retur, este montat racordul 2 prin care motorina ajunge la electroventilul 5 care

comand cantitatea de motorin ce urmeaz s fie admis n termostarterul 6. n fig. 4.28 este prezentat schema electric a sistemului de pornire cu termostarter.

Fig. 4.28 Schema electric a sistemului de pornire cu termostarter La pornire se nchide contactul general 3, dup care contactul de pornire 6 se aduce pe poziia 1

alimentndu-se termostarterul 5 prin intermediul rezistenei releului termic 4. n momentul n care termostarterul a atins temperatura de incandescen (cca. 55 sec de la alimentare), releul termic cu rezisten 4 comand electroventilul 8 care se deschide i lampa de control 7 care se aprinde. n acest moment contactul de pornire se comut pe poziia 2 prin care se realizeaz alimentarea demarorului i a termostarterului direct de la borna 17, scurtcircuitndu-se rezistena releului termic care ncepe s se rceasc. Prin deschiderea electroventilului, termostarterul este alimentat cu motorin care este vaporizat i aprins nclzind aerul aspirat la pornire.

Contactul de pornire se menine pe poziia 2 pn n momentul pornirii motorului. Dup un interval de cca. 45 sec, prin rcire, releul termic decupleaz electroventilul nchiznd accesul motorinei i stinge lampa de control.

n fig. 4.29 se prezint o alt variant constructiv de termostarter (termoinjector), care are dispozitivul de dozare a cantitii de motorin ncorporat. n interiorul corpului metalic 1 se afl corpul cu duz 2 n care este montat bila 3 i tiftul 4.

Fig. 4.29 Termostarter 24 V Pe corpul duzei este montat rezistena de nclzire 5, iar n continuare filamentul de aprindere 6

protejat de ecranul cu fante 7. n acest caz alimentarea cu motorin se face prin cdere de la o nlime de 100 - 250 mm dintr-un

rezervor tampon de cca. 25 cm3 alimentat permanent de circuitul de retur al motorinei. La pornire, se alimenteaz mai nti rezistenele termostarterului. Ca efect corpul duzei se dilat,

iar tiftul 4 deschide supapa cu bil care permite unei anumite cantiti de motorin s intre n termostarter unde este vaporizat i aprins de filamentul 6, astfel nct n momentul acionrii demarorului (dup cca. 15 sec) motorul aspir aer cald.

La deconectare, prin rcirea realizat de aerul aspirat, supapa termic se nchide, iar termostarterul este scos din funciune.

Pentru o funcionare corespunztoare, cantitatea de motorin cu care trebuie alimentate termostarterele trebuie s fie de 1 cm3 pentru fiecare litru al capacitii cilindrice i minut de acionare. Puterea termostarterelor este de 200 - 400 W, amplasarea se face innd cont de indicaiile constructorului, fie perpendicular, fie sub un unghi (20) fa de orizontal nainte de ramificaiile galeriei.

4.3.2 Dispozitive amplasate n camera de ardere Se folosesc n special la motoarele cu camer de ardere divizat i are rolul de a crea suprafee

calde n interiorul camerei de ardere capabile s aprind amestecul carburant. Aceste dispozitive sunt cunoscute sub numele de bujii cu incandescen. n fig. 4.30 se prezint modul de amplasare a bujiilor cu incandescen fa de injector astfel nct

s se obin o eficacitate maxim.

Fig. 4.30 Amplasarea bujiei cu incandescen n camera de ardere Din punct de vedere constructiv, bujiile cu incandescen difer ntre ele, funcie de modul de

legare n circuitul de alimentare, existnd dou tipuri: bujii legate serie (bipolare) i bujii le derivaie (unipolare).

Bujia cu incandescen bipolar Bujia cu incandescen bipolar este prezentat n fig. 4.31.

Fig. 4.31 Bujia cu incandescen bipolar Ea este format dintr-un corp metalic prevzut cu filet i hexagon, pe care se monteaz prin

intermediul unui izolator o spiral care se nclzete pn la 1100 C. Amestecul carburant se aprinde de la bujie, permind pornirea motorului. Dup pornire bujiile sunt deconectate. Spiralele bujiei sunt din crom - nichel avnd diametrul de 1,6 - 2 mm; pentru a nu se coroda sau arde din cauza substanelor cu care vin n contact.

Tensiunea de alimentare poate fi 0,9 - 1,7 V iar curentul nominal de 42 - 49 A, avnd o putere de 45 - 70 W. Etanarea se face cu garnitura de etanare iar diametrul filetului poate fi M14 sau Ml8. Timpul de cuplare pn la incandescen este de cca. 50 sec.

Pentru ca montarea n serie s poat fi posibil, aceste bujii nu trebuie s aib legtura spiralelor la mas ci ambele capete izolate, dispunnd de dou borne (bipolare).

Bujia cu incandescen unipolar Bujia cu incandescen unipolar, fig. 4.32, este format dintr-un corp de oel 4 prevzut cu filet i

hexagon la exterior n care este montat cilindrul 11 confecionat din oel rezistent la substanele din camera de ardere.

Fig. 4.32 Bujia cu incandescen unipolar

Acest cilindru adpostete rezistena de nclzire 8 confecionat dintr-un material special (inconel 600), care prin proprietile pe care le are permite realizarea n timp foarte scurt a temperaturii de regim de cca. 1000 C.

Rezistena este montat ntr-o pulbere ceramic 9 care realizeaz izolarea spirelor i transmiterea cldurii ctre tubul de nclzire 11. Alimentarea bujiei se face prin borna 1 izolat prin inelul izolator 3.

n fig. 4.33 se prezint variaia temperaturii bujiei funcie de timpul de cuplare. Prin materialele utilizate, se urmrete realizarea unei pante ct mai mari, astfel nct temperatura de regim (1000 C) s fie atins ntr-un timp ct mai scurt.

Fig. 4.33 Variaia temperaturii bujiei funcie de timpul de cuplare Bujiile cu incandescen unipolare legate derivaie, se construiesc cu filet M14 sau M18, au o

putere de 100 - 120 W, au tensiunea de alimentare de 10,5 sau 22 V, iar curentul nominal de 9,5 sau 5 A.

Temperatura pe care trebuie s o realizeze bujia pentru ca pornirea s fie posibil la diverse temperaturi ale motorului este prezentat n fig. 4.34. Cu ct scade temperatura mediului, cu att temperatura bujiei trebuie s fie mai mare.

Fig. 4.34 Temperatura necesar bujiei pentru asgurarea pornirii funcie de temperatura motorului Pentru comanda bujiilor cu incandescen se folosesc scheme de tipul celor prezentate n fig. 4.24

i 4.28, respectiv, nainte de cuplarea demarorului se alimenteaz bujiile cu incandescen legate serie sau derivaie. Atingerea temperaturii de regim este semnalizat de releul termic cu rezisten prin intermediul lmpii de control, moment n care se trece la alimentarea demarorului, amestecul carburant fiind aprins de bujii. Deoarece n aceast perioad rezistena releului termic este scurtcircuitat, ea se rcete deschiznd contactele releului care decupleaz bujiile.

n locul releului obinuit, la construciile moderne se utilizeaz un releu electronic care funcie de temperatura motorului regleaz automat timpul de cuplare al bujiilor cu incandescen.