Достаточно напомнить, что при ограниченном сроке службы стоимость аккумуляторов, применяемых для питания электростартеров, неуклонно растет. В то же время для современных высокооборотных автомобильных карбюраторных двигателей, в отличие от старых двигателей, таких, как «М-20» («Победа»), необходимы достаточно высокие пусковые обороты; именно поэтому они плохо запускаются вручную.
Современные автотракторные дизеля, имеющие неразделенные камеры сгорания, при номинальных пусковых оборотах 150—250 об/мин запускаются за 1—3 с, однако высокая степень сжатия и большие потери на трение приводят к тому, что для запуска необходимы стартеры большой мощности (1 кВт на 1 литр объема дизеля).
Устаревшие модели дизелей с форкамерами («Д-50», «4ЧСП 8,5/11») запускаются дольше — за 5—10 с, да к тому же требуют дополнительно большого тока (40—50 А) для питания свечей накаливания.
Ручной запуск дизеля
Для облегчения запуска дизель может быть оборудован декомпрессионным механизмом, маховиком повышенной массы, электрофакельным подогревателем воздуха. Для той же цели используют эфиросодержащую пусковую жидкость «Холод». Комплекс этих мер позволяет осуществить ручной запуск дизеля мощностью 10—20 л. с. усилием одного-двух человек, однако для этого необходимо удобное расположение пусковых рукояток 1.
Для того чтобы хорошо отрегулированный дизель запускался быстро, необходимо исключить появление пузырьков воздуха в насосе высокого давления. С этой целью рекомендуется устанавливать расходный бак выше насоса высокого давления и осуществлять интенсивную вентиляцию моторного отсека, чтобы не допустить нагрева топлива, поступающего к форсункам, выше 40—50°С.
Конденсаторная система
Следует иметь в виду, что стартерная емкость аккумулятора, определяемая при разрядке стартерным током (i=3·Q, где Q — номинальная емкость аккумулятора, которая определяется при разрядке аккумулятора током i=0,05·Q), в 4 и более раз меньше, чем его номинальная емкость. В связи с этим будет полезна конденсаторная система запуска.
При помощи транзисторного преобразователя, похожего на преобразователь для питания лампы-вспышки или судовой отмашки, напряжение повышается до 300—500 В и за 20—50 с заряжает мощный электролитический конденсатор емкостью ~20 000 мф. При запуске к этому конденсатору непосредственно подсоединяется высоковольтный стартер, который за 1—3 с и заводит двигатель.
Для эксплуатации автомобильного двигателя, оборудованного такой системой, достаточно мотоциклетного аккумулятора, а для дизеля мощностью 200 л. с. — аккумулятора от «Запорожца». Аккумулятор при этой схеме запуска не работает в стартерном режиме, благодаря чему его ресурс возрастает в 2 и более раз; к тому же, становится возможным применение более надежных щелочных аккумуляторов.
Наиболее сложный узел в этой системе — высоковольтный стартер. В принципе возможно создание хотя и довольно громоздкой, но работоспособной системы, состоящей из высоковольтного преобразователя, понижающего трансформатора и выпрямителя или мощного машинного преобразователя, позволяющих использовать штатный низковольтный стартер.
Для запуска форкамерных дизелей конденсаторная система потребует установки конденсатора слишком большой емкости и поэтому вряд ли применима.
Установив пускового двигателя
Более универсальна система запуска при помощи специального пускового двигателя.
Наиболее распространен тракторный пусковой двигатель «ПД-10У». Это двухтактный двигатель водяного охлаждения мощностью 10 л. с. и весом 70 кг, имеющий электростартер и аварийный ручной запуск. Перед запуском при помощи специального рычага шестерня привода вводится в зацепление с зубчатым венцом маховика дизеля. Пусковой двигатель заводится при разомкнутой муфте сцепления, прогревается, а так как система охлаждения пускового двигателя и дизеля общая, при этом частично подогревается и сам дизель. После прогрева включается сцепление; несмотря на резко возрастающую при этом нагрузку, число оборотов пускового двигателя остается постоянным благодаря центробежному регулятору.
После запуска дизеля число его оборотов, а следовательно, и число оборотов шестерни привода, увеличивается в 4—8 раз и вступает в работу обгонная муфта, предохраняющая пусковой двигатель от разноса. Одновременно за счет возросшей центробежной силы грузики шестерни привода расходятся и шестерня с помощью сжатой пружины выходит из зацепления с зубчатым венцом маховика.
Помимо «ПД-10У» промышленность выпускает пусковой двигатель воздушного охлаждения «ПД-8» мощностью 8 л. с. для четырехцилиндровых тракторных дизелей типа «Д-37» («Д-144»); конструкция этого двигателя подобна «ПД-10У».
Инерционные системы запуска
Запустить любой современный двигатель, в том числе и дизель, можно вручную при помощи инерционного устройства.
Основой такой системы является маховик, который раскручивается вручную через повышающую передачу. После раскрутки маховика до номинальных (весьма высоких) оборотов включается сцепление (как правило, сухое однодисковое), и вращение от маховика через систему понижающих передач и обгонную муфту передается на шестерню привода, устройство которой может быть таким же, как и у пускового двигателя.
Для уменьшения массы маховика его угловую скорость целесообразно повышать так, чтобы окружная скорость приближалась к предельно допустимой исходя из прочности материала. Для обычных марок сталей допустимая окружная скорость .составляет 100—120 м/с.
Теоретически для запуска 70-сильного бензинового двигателя достаточна масса 1 кг, а для запуска дизеля такой же мощности — 5 кг (в обоих случаях D = 200 мм, n = 10 000 об/мин). При понижении числа оборотов маховика придется повышать его диаметр либо массу. Поскольку и то и другое нежелательно, приходится вводить наиболее сложный узел такой схемы — редуктор с передаточным числом 100—50, имеющий высокий КПД. В противном случае при заводке большая часть энергии будет тратиться не на разгон маховика, а на прокручивание редуктора.
Такой привод целесообразно дополнить электромотором либо маломощным стартером (от того же пускача). Отметим, что жесткая механическая связь увеличивает нагрузки на передачу и требует точной регулировки сцепления. Изготовить такой узел можно только в заводских условиях.
Пусковой двигатель, выпускающийся серийно, естественно будет самым доступным вариантом, однако его, как правило, рассчитывают на дизель какой-то определенной марки и приспособить его для запуска дизелей других моделей не удается. Во-первых, модуль зубьев шестерни привода больше, чем модуль шестерни электростартера. Так, дизель «Д-240Л», оборудованный пусковым двигателем, и дизель «Д-240», оборудованный электростартером, комплектуются маховиками с различными зубчатыми венцами. Однако еще большим препятствием является невозможность расположить пусковой двигатель вплотную к блоку дизеля: у дизеля «Д-21», например, мешает насос высокого давления, у дизеля «4ЧСП» — коллектор.
Комбинированные схемы
По-видимому, более доступными будут различные комбинированные схемы. Например, для запуска маломощного дизеля это может быть система, состоящая из бензинового двигателя (того же пускача), соединенного с генератором мощностью 3—4 кВт, который питает штатный стартер. Если не удастся достать мощный генератор на 12 В, можно установить генератор на 220 В, понижающий трансформатор и выпрямитель на мощных диодах. Дополнительным достоинством такой схемы является возможность запускать двигатель от сети 220 В, пользоваться стандартным электроинструментом (в походных условиях), а при наличии дополнительной обмотки на 50 В — иметь и маломощную сварочную установку.
Для запуска автомобильного двигателя можно ограничиться установкой двух машин (1—1,2 кВт) стандартных генераторов напряжением 12 В. Можно использовать мощные 24-вольтовые судовые или авиационные генераторы. Однако в этом случае придется либо установить стартер на 24 В (от «КАМАЗа»), либо уменьшить число оборотов генератора, или установить дополнительное подавительное сопротивление.
Можно применить маломощный двигатель, например, от мопеда или на базе подвесного моторчика «Салют», но между двигателем и генератором придется установить дополнительный маховик. Так, для дизеля «Д-21» будет достаточно маховика 6—8 кг (диаметр 300 мм).
Сначала запускается пусковой двигатель, он прогревается и выводится на номинальные обороты (по тахометру или за счет установки регулятора оборотов). Затем включается электростартер, причем основная энергия при запуске потребляется от маховика. Впрочем, раскрутить маховик, соединенный с генератором, можно и вручную — при помощи ускоряющего редуктора, либо при помощи маломощного электродвигателя, питающегося, например, от щелочного аккумулятора. При этом не потребуются ни сцепление, ни сложный понижающий редуктор, однако массу маховика из-за двойных потерь в генераторе и стартере, а также из-за малых оборотов генератора (5000—7000 об/мин) придется заметно увеличить, по сравнению с чисто механическим инерционным пусковым устройством.
Применение гидравлики
Помимо электрической передачи в рассмотренных выше схемах можно применить и гидравлическую. В этом случае бензиновый двигатель соединяется, например, с широко распространенным тракторным шестеренным насосом НШ-10. Максимальная мощность такого насоса — 7,5 кВт, максимальное число оборотов — 3000 об/мин, масса — 2,4В кг (для сравнения: масса судового генератора сопоставимой мощности превышает 100 кг).
Следует иметь в виду, что современные насосы, в отличие от устаревших конструкций, имеют гидроуплотнение шестерен и поэтому нормально работают только при определенном направлении вращения шестерен (НШ-10 — против часовой стрелки, если смотреть со стороны привода).
Гидростартер собирают из гидромотора типа ГМШ-10 или, что хуже, используют такой же насос НШ-10, который соединяют с приводом от штатного электростартера. При этом используются конец вала с винтовыми шлицами, обгонная муфта с шестерней и электромагнит с приводом.
Перед запуском бензинового двигателя напорную магистраль от гидронасоса при помощи распределителя или вентиля соединяют с масляным баком. После запуска и прогрева двигателя сначала включают электромагнит и вводят шестерню гидростартера в зацепление, а затем, закрывая вентиль или переключая распределитель, включают гидростартер. Электромагнит включают через реле стартера, поэтому после запуска дизеля шестерня автоматически выходит из зацепления.
Гидропривод можно применять для схемы с маломощным двигателем и маховиком, однако применять его для схемы с ручной раскруткой маховика (без применения дополнительного сцепления) невозможно в связи с большими потерями при прокручивании гидронасоса. Необходимо также учитывать, что максимальное число оборотов гидродвигателя 3000 об/мин; поэтому для уменьшения массы маховика его целесообразно подключать через повышающую (2:1—3:1) зубчатую или ременную передачу.