Назначение пускового устройства. Чтобы двигатель начал работать, необходимо произвести сжатие воздуха в цилиндре, обеспечивающее достаточное для самовоспламенения топлива повышение температуры воздуха. Такое сжатие возможно лишь при значительной скорости движения поршня. При малой его скорости сильно скажутся утечки воздуха через неплотности, давление и температура сжатия будут низкими. Кроме того, при малой скорости поршня увеличивается продолжительность процесса сжатия и сжимаемый воздух заметно охлаждается от стенок цилиндра.

Надежное самовоспламенение топлива во время пуска неохлажденного двигателя обеспечивается при средней скорости поршня от 0,5 до 1 м/с (пусковая скорость). Поскольку скорость поршня непосредственному замеру не поддается, принято говорить о пусковой частоте вращения. Приближенно можно считать, что пусковая частота вращения неохлажденного двигателя составляет 15—25% номинальной.

Раскрутка вала двигателя до пусковой частоты вращения за счет затраты энергии от постороннего источника осуществляется пусковым устройством.

Виды пусковых устройств. Простейшим пусковым устройством является рукоятка для пуска вручную, сцепляемая с торцом коленчатого или распределительного вала.

Ручной пуск иногда применяют у небольших дизелей в качестве резервного. Основным для них служит стартерный пуск.

Стартером называется механизм, создающий внешний момент, раскручивающий вал двигателя при пуске. Стартеры бывают пружинные, инерционные, пневматические, мотостартеры и электростартеры. Первые три типа в судовых дизелях не применяют. Мотостартеры, называемые обычно пусковыми двигателями, встречаются на тракторных дизелях. В судовых двигателях (вспомогательных и небольших главных) получили распространение электростартеры, представляющие собой сериесный электродвигатель постоянного тока, работающий на напряжении до 32 В, но при большой силе тока: в момент включения она достигает 2000 А. Электростартеры рассчитаны лишь на кратковременную работу. Мощность их доходит до 10% мощности пускаемого дизеля.

Вал стартера соединяется с валом двигателя лишь на время пуска. Разновидностью стартерного пуска является пуск главных двигателей дизель-электроходов обратимым генератором, постоянно соединенным с двигателем. На период пуска генератор обращается в электродвигатель подключением дополнительной сериесной обмотки и пускается от аккумулятора. После пуска обмотка шунтируется.

Большинство судовых двигателей имеет пусковое устройство, использующее сжатый воздух.

Способы облегчения пуска. С целью экономии энергии, затрачиваемой на пуск, можно создать условия для появления вспышки при меньшей скорости вращения или условия для уменьшения затраты энергии без снижения пусковой скорости.

Появление вспышек при меньшей скорости вращения обеспечивают различными запальными устройствами, и чаще всего — запальной спиралью, применяющейся в многокамерных двигателях. Концы нихромовой спирали вставлены в стержень и втулку, изолированные друг от друга и от корпуса прокладками. Корпус спирали крепится к крышке цилиндра втулкой. К стержню и втулке присоединяются кабельные наконечники.

Перед пуском двигателя замыкается цепь от аккумулятора и спираль накаливается. Наличие в камере сгорания раскаленного тела облегчает появление первой вспышки. После пуска цепь размыкается.

Необходимая для самовоспламенения топлива температура будет достигнута при меньшей скорости вращения и в том случае, если сжимаемый воздух перед поступлением в цилиндр был подогрет. Следовательно, появлению вспышек при меньшей скорости вращения способствует подогрев всасываемого воздуха при пуске. Некоторые двигатели снабжают для этой цели специальными подогревателями.

Облегчить появление вспышки и уменьшить затраты энергии на раскрутку вала можно общим подогревом двигателя. Для этого постепенно подогревается вода в зарубашечном пространстве путем подвода горячей воды. В результате повышается температура сжимаемого воздуха и снижается вязкость масла.

Для достижения пусковой скорости при уменьшенных затратах энергии некоторые двигатели имеют декомпрессионное устройство. Во время раскрутки вала, как и при нормальной работе двигателя, в цилиндрах будет происходить сжатие воздуха, и давление на поршень станет значительным. Работа, затраченная на сжатие, компенсируется последующим расширением воздуха, но повышенное давление на поршень вызовет увеличение сил трения и затраты энергии на пуск. Декомпрессионное устройство служит для сообщения цилиндров на время пуска с атмосферой, в связи с чем существенного сжатия воздуха в них не будет.

Рис. 1. Запальная спираль

Рис. 2. Декомпрессионное устройство

На рис. 2 показана часть декомпрессионного устройства двигателя 44 10,5/13. Вдоль двигателя проходит декомпрессионный валик, на конце которого находится рукоятка. Валик уложен в подшипники. От осевого смещения он предотвращен штифтом и пружиной. Около штанг выпускных клапанов валик имеет лыски. Над ними расположены шайбы, закрепленные на штангах гайками. Если валик рукояткой повернуть на 90° , то он надавит на шайбы и приподнимет штанги. Выпускные клапаны частично откроются, сообщив цилиндры с атмосферой. При достижении пусковой частоты вращения декомпрессионное устройство выключается, и в цилиндрах начинает происходить нормальное сжатие, обеспечивающее самовоспламенение топлива.

В других дизелях декомпрессионное устройство воздействует на впускные или на специальные декомпрессионные клапаны, устанавливаемые на крышках цилиндров.

Устройства для облегчения пуска применяют лишь при холодном двигателе.

Электростартеры. Встречаются электростартеры с электромагнитным-и инерционным введением их шестерен в зацепление с зубчатым венцом маховика.

На рис. 3, а дана схема стартера СТ-712, с помощью которого осуществляется пуск двигателя ЗД6. Аналогичный стартер у дизелей 6Л160ПНС. Шестерня, связанная с ведомой частью муфты трения, насажена на вал стартера свободно, а ведущая часть муфты — на шлицах. Между ведомой и ведущей частями находятся диски трения, условно показанные в виде одного диска.

Шестерня вводится в зацепление с венцом маховика электромагнитным реле привода. Реле имеет сериесную (втягивающую) и шунтовую (удерживающую) обмотки. Сердечник его соединен с рычагом, передвигающим шестерню. С противоположной стороны расположен контакт, шунтирующий обмотку.

Стартер питается от аккумуляторной батареи. Для его включения служат кнопка и пусковое реле. При включении кнопки замыкается цепь обмотки пускового реле и ее магнитное поле втягивает сердечник. Он воздействует на подвижный контакт, замыкающий цепь обмоток реле привода, причем обмотка включается последовательно, со стартером. Якорь стартера начинает вращаться, но вследствие сопротивления обмотки — с малой скоростью.

Магнитное поле обмоток втягивает сердечник реле привода. Он поворачивает рычаг, который через пружину и муфту трения сдвигает шестерню для сцепления с зубчатым венцом маховика. Если в этот

момент зубец шестерни совпадет с зубцом венца, то пружина сожмется. Поскольку вал уже вращается, шестерня повернется и пружина быстро введет ее в зацепление. Одновременно сердечник нажмет на контакт, который замкнет цепь, шунтирующую обмотку. Скорость вращения стартера повысится до нормальной, и он начнет раскручивать вал двигателя. Когда двигатель заработает на топливе, кнопка опускается, реле обесточивается и размыкает цепь реле. Возвратная пружина повернет рычаг в исходное положение, шестерня выйдет из зацепления, а сердечник освободит контакт.

Устройство муфты трения таково, что если двигатель заработает на топливе и шестерня будет вращаться со скоростью большей, чем вал, то сжатие дисков трения уменьшается и они начинают пробуксовывать. Этим предотвращается вращение якоря стартера двигателем. Кроме того, муфта предохраняет стартер от перегрузки: если вал двигателя оказался чем-то застопоренным, то диски пробуксовывают.

Рис. 3. Электростартеры

Двигатели ЗД6 выпуска последних лет оборудуют стартёрами СТ-722 с инерционным включением шестерен. Механизм включения стартера показан на рис. 3, б. Вал его имеет спиральные шлицы, на которые посажена головка привода. Через муфту трения, заключенную внутри чашки, она может передвигать и вращать хвостовик, насаженный свободно на конец вала стартера и несущий шестерню. Хвостовик опирается на роликовый подшипник.

Внутри хвостовика помещена пружина. Один ее конец упирается во втулку, насаженную на конец вала стартера, другой через фланец втулки — в бурт хвостовика. При неработающем стартере пружина удерживает хвостовик в крайнем правом положении, как показано на рисунке.

При замыкании цепи питания стартера его вал начнет вращаться с большим ускорением. Все детали привода насажены на вал свободно, поэтому хотя они и начнут тоже вращаться, но вследствие инерции значительно медленнее вала. В связи с этим головка будет свинчиваться с вала по шлицам, сдвигая хвостовик влево для ввода шестерни в зацепление с зубчатым венцом маховика.

Смещение хвостовика влево закончится, когда втулка упрется в торец втулки. Головка после этого сдвинется еще влево и будет прогибать пружинные («гарантийные») шайбы, и через них и кольцо будет сжимать ведущие и ведомые шайбы трения. Поскольку ведомые шайбы связаны с жестко сидящей на хвостовике втулкой, вал стартера через шайбы трения начнет вращать хвостовик, шестерню, а следовательно, и маховик дизеля.

Пружинные шайбы будут прогибаться до тех пор, пока внутренней кромкой не упрутся в торец втулки. Этим ограничивается сила, с которой сжимаются шайбы трения. Если сопротивление вращению вала дизеля почему-либо станет чрезмерно велико, шайбы начнут пробуксовывать, предохраняя стартер от перегрузки.

Когда дизель начнет работать на топливе, шестерня к другие детали привода будут вращаться со скоростью’большей, чем вал стартера. В связи с этим головка станет навинчиваться по шлицам, хвостовик сдвинется вправо и шестерня выйдет из сцепления с зубчатым венцом маховика.

Принцип воздушного пуска. Сущность воздушного пуска заключается в том, что при положении поршня, соответствующем началу такта расширения, в цилиндр впускается сжатый воздух. Под его давлением поршень движется вниз, вращая коленчатый вал. Воздух впускается последовательно во все цилиндры в порядке их работы, и вал достаточно быстро набирает пусковую частоту. Если четырехтактный двигатель имеет шесть, а двухтактный четыре или больше цилиндров, то при любом положении коленчатого вала по крайней мере у одного из цилиндров поршень будет находиться в пусковом положении. При меньшем числе цилиндров требуется вручную поставить один из поршней в положение начала такта расширения.

Сжатый воздух впускается в цилиндры через специальные пусковые клапаны. Они обычно открываются за 3—10° до прихода поршня в в. м. т. и закрываются через 110—140° после прохода им в. м. т. Опережение открытия делается для того, чтобы к приходу поршня в в. м. т. клапан был полностью открыт. Опасности, что вследствие опережения вал дизеля повернется в обратном направлении, нет: в этот момент еще открыт пусковой клапан предыдущего (по порядку работы) цилиндра.

Большинство двигателей пускается воздухом с начальным давлением 2,5—3 МПа (25—30 кгс/см2). У быстроходных двигателей оно доходит до 15 МПа (до 150 кгс/см2). В то же время находящийся в хорошем состоянии тихоходный двигатель пускается даже при давлении порядка 0,6—0,7 МПа (6—7 кгс/см2).

Воздушный пуск производится как с подачей топлива в цилиндры, так и без нее. У большинства двигателей серийного флота применяется первый •способ: если топливо впрыскивается уже с начала пуска, то как только создастся достаточная температура конца сжатия, топливо самовоспламенится и двигатель начнет работать на нем. Пуск при этом упрощается.

Следует, однако, иметь в виду, что если подача пускового воздуха не будет своевременно прекращена, то даже при наличии вспышки к середине процесса расширения он поступит в цилиндр, т. е. будет расходоваться непроизводительно.

Устройство с автоматическим открытием пусковых клапанов. На серийном флоте применяют две основные схемы воздушного пуска: с автоматическим открытием пусковых клапанов цилиндров и с пневматически управляемыми клапанами. Однако каждая из этих схем встречается в двух вариантах: с общим и с индивидуальными воздухораспределителями.

На рис. 4, а дана схема воздушного пускового устройства с автоматическим открытием пусковых клапанов при общем воздухораспределителе. Каждый цилиндр имеет пусковой клапан, который должен пропускать сжатый воздух в цилиндр и предотвращать обратный заброс воздуха или газов из цилиндра, если их давление окажется выше давления пускового воздуха. К пусковым клапанам воздух подается воздухораспределителем. Его золотник связан с распределительным или коленчатым валом, в связи с чем воздухораспределитель направляет воздух лишь в пусковой цилиндр. К воздухораспределителю сжатый воздух подводится от главного пускового клапана, а к нему — от баллона.

Пуск начинается с открытия главного пускового клапана (ГПК). Из него сжатый воздух поступает в воздухораспределитель, откуда -— к клапану пускового цилиндра. Когда коленчатый вал начнет вращаться, воздухораспределитель будет направлять воздух в последующие цилиндры по порядку их работы.

Рассмотренная схема проста, но она используется лишь в двигателях небольших размеров. При больших объемах цилиндров воздухораспределитель и трубопроводы становятся недопустимо громоздкими.

Устройство с пневматически управляемыми пусковыми клапанами. Наиболее распространена схема пускового устройства с пневматически управляемыми пусковыми клапанами цилиндров. Сжатый воздух, совершающий работу по пуску двигателя, подводится от ГПК по трубе сразу ко всем пусковым клапанам цилиндров. Однако этот рабочий воздух не открывает клапаны, так как его давление на клапаны уравновешивается.

Клапаны открываются управляющим воздухом от воздухораспределителя, соединенного с ГПК трубой. Воздухораспределитель направляет воздух к клапанам согласованно с положением кривошипов. Когда поршень того или иного цилиндра займет пусковое положение, к его пусковому клапану воздухораспределителем будет подан управляющий воздух. Он открывает клапан, и рабочий воздух проходит в цилиндр, где совершает работу по пуску двигателя.

Рис. 4. Схемы воздушных пусковых устройств

Расход управляющего воздуха очень небольшой, поэтому трубки от воздухораспределителя имеют малый диаметр, а воздухораспределитель получается достаточно компактным.

У двигателя может быть несколько воздухораспределителей, каждый из которых обслуживает группу цилиндров. Так, у V-образного двигателя М400 два воздухораспределителя: по одному на каждый ряд цилиндров. Некоторые двигатели имеют для каждого цилиндра индивидуальные распределительные пусковые золотники.