Стартер автомобиля: что это такое, устройство, как работает, назначение, виды, ремонт.

Стартер автомобиля: что это такое, устройство, как работает, назначение, виды, ремонт.

Цели: Изучить назначение, устройство и принцип работы стартера.

Задачи: Рассмотреть устройство, назначение и принцип действия отдельных частей стартера, обгонной муфты, втягивающего реле, электромотора.

Стартер – это важное устройство в любом автомобиле, которое необходимо для запуска двигателя. До создания механизма, обеспечивающего электрический запуск мотора, машину заводили при помощи рукоятки, что было довольно тяжело даже для мужчин. Чтобы обеспечить произошло воспламенение горючего, необходим ряд условий. Одно из которых — обеспечение минимального вращения коленчатого вала двигателя, необходимого для запуска системы зажигания. А чтобы это произошло, нужен дополнительный источник механической энергии – электродвигатель или стартер. Выглядит он в виде двигателя постоянного тока, которые получает питание от автомобильного аккумулятора, и содержит в себе такие основные детали, как втягивающее реле, приводная шестерня, якорь, бендикс.

Мощность стартера бывает разной и напрямую зависит от количества и объёма цилиндров мотора. Но чтобы запустить стандартный бензиновый автомобиль, нужно пусковое устройство с мощностью не менее 3 кВт. В нём чаще выходит из строя механическая часть, чем электрическая. Как правило, это происходит после работы устройства на протяжении 5 лет и более.

История создания стартера

Устройство, похожее на современный стартер, изобрели более 100 лет назад. Уже в конце 19 века изобретатели пытались придумать механизм, который смог бы запускать мотор автоматически. В итоге автомобильные производители остановились на пусковой ручке, которую применяли до середины 1970-х гг. в дополнение к пусковому устройству.

В начале 1900-х гг. электрический запуск мотора считался фантастической идеей, потому что размер прототипа стартера был больше самого автомобильного двигателя, который он заводил.

Серьёзно разработкой устройства начали заниматься после одного трагического случая. В июле 1910 года Б. Картер, президент фирмы Cartercar и старинный друг основателя автомобильной компании Cadillac Генри Лиланда, умер при попытке завести автомобиль. Как-то его попросила о помощи незнакомка, у которой заглох её Кадиллак. Оказывается, девушка забыла отрегулировать зажигание. А Б. Картер, будучи джентльменом, не посчитал уместным проверить это. В результате попыток завести автомобиль он стал «реветь» и пусковая ручка вылетела и попала Картеру в темечко.

Он не первый и не последний, кто получал увечья от подобных действий. Генри Лиланд после этого трагического случая поклялся, что найдёт замену ручного пуска. В это же самое время молодой автоинженер Чарльз Кеттеринг создал электродвигатель для кассового аппарата National. Его стартер даже появился с названием World Wonder (мировое чудо) на рекламе аппарата Model 30.

Когда про это узнали, Лиланд принял Кеттеринга с распростёртыми объятиями. Ведь его небольшой электромотор был подходящим прототипом для создания автомобильного стартера, хотя он обладал недостаточной мощностью и перегревался. Но технической революции здесь не произошло. Оказывается, Ч. Кеттеринг предложил компании не ту конструкцию стартера, которая применяется в настоящее время.

В 1912 году он собрал небольшой мотор и в Детройте его впервые поставили на работающий автомобиль. Электромоторчик взаимодействовал с зубьями маховика (а не коленвалом) мотора. Благодаря этому с такой задачей могло справиться маломощное устройство, а также отсутствовал его перегрев. Несмотря на недоверие автопроизводителя General Motors, где были испытания, электрический пускатель внедрили в производство. Небольшой переворот в автомобильном производстве произошёл в 1916 году, когда В. Г. Бендикс придумал идею разделить стартер и генератор на 2 разных узла. Пусковое устройство подключалось здесь на короткое время при помощи обгонной муфты или «бендикса». В дальнейшем изобрели электромагнитное реле, которое автоматизировало подвод шестерён стартера к маховику двигателя. Следующие поколения пусковых устройств отличались друг от друга лишь используемыми материалами и набором деталей. В России ручной пускатель называется в народе – «кривой стартер». Вплоть до начала 21 века на моделях УАЗ была возможность запускать двигатель при помощи ручки.

Что это такое в автомобиле

Термин стартер происходит от английского слова starter или start, что переводится — «пускать в ход». Устройство играет роль механизма — он раскручивает вал мотора до такой частоты, при которой он запустится. Вообще стартер предназначен для запуска какого-либо механизма, например, его применяют для подачи напряжения в лампе тлеющего разряда или для запуска безмоторных моделей в авиамоделизме. Как выглядит стартер? Это цилиндр, который находится в металлическом корпусе. Средняя длина устройства – 15 см, диаметр 7-10 см. В конструкцию пускового устройства входят 3 основные детали: электродвигатель, приводная шестерня с обгонной муфтой и втягивающее реле цилиндрической формы. Устройство соединено проводом с аккумулятором. Пусковое устройство может развить 5000 оборотов в минуту на холостом ходу.

По-научному прямое назначение стартера – это преобразование электрической энергии в механическую. А служит он для запуска двигателя внутреннего сгорания посредством воздействия на коленвал, чтобы он пришёл в движение. Поскольку стартер в машине отвечает за запуск двигателя, причём производители автомобилей придумывают много дополнительных методов для повышения безопасности при пуске мотора и уменьшения вероятности угона. В некоторых автомобилях мотор можно завести только при выжатом сцеплении, а в «автомате» при нахождении рычага в режиме parking.

Где на двигателе находится и куда крепится стартер? Как правило, стартер стоит в узле соединения двигателя с коробкой передач (недалеко от картера ДВС), рядом с маховиком. Пусковое устройство может быть расположено как в верхней части, так и в нижней части в горизонтальном положении на фланце или опорной раме. Если устройство установлено сверху, то к нему можно получить доступ из-под капота, а если в нижней части — то только из-под днища автомобиля. Устройство фиксируется при помощи 2-3 больших болтов.

Устройство стартера Двигатель автомобиля вырабатывает энергию, которая идёт на движение транспортного средства. Это происходит благодаря оборотам маховика и коленчатого вала. Также энергия двигателя «питает» всю электронику машины. Но если двигатель остановлен, он не сможет выработать энергию и создать крутящий момент. А чтобы мотор «проснулся», его надо раскрутить. И здесь ему приходит на помощь стартер, которую черпает свою энергию из автомобильного аккумулятора.

Что внутри стартера?

Он состоит из 5 главных компонентов:

Корпус (электродвигатель). Это стальная цилиндрическая оболочка. На внутренних стенках корпуса 4 магнитных сердечника («башмаки»). Раньше в устройстве наматывалась обмотка возбуждения (обмотка статора), куда и подавался ток от аккумулятора. Но на новых устройствах эту роль выполняют постоянные магниты. Их всего 4 и они называются — статор электродвигателя. Все обмотки стартера находятся в одной цепи, а ток на неё подаётся с центрального входа устройства. Выход выводится на 2 плюсовые медно-графитовые щётки.

Щётки и щёткодержатель. Щёткодержатели находятся в задней крышке стартера. Они выглядят в виде обоймы с лёгкими пружинками, которые всё время поджимают щётки к коллектору. Коллектор — это такая деталь стартера, через которое идёт напряжение на щётки и пластины якоря. Контакты медно-графитных щёток приварены к полюсным пластинам – обмоткам возбуждения. Щётки передают рабочее напряжение на якорь и пластины и повышают пиковую мощность электродвигателя во время главного рабочего цикла устройства.

Якорь. Что такое якорь в стартере? Это стальная ось, на которую запрессован его сердечник и несколько пластин. Якорь установлен в передней крышке пускового устройства, а также в задней крышке с помощью латунных или медных втулок. Отмечу, что эти втулки также играют роль подшипников. В пазах сердечника располагаются рамки, концы которых соединены с медным коллектором. А он в свою очередь соединён с 4 щётками: 2 положительными от аккумулятора (толстый кабель, пропускающий ток порядка 400 ампер) и 2 отрицательными — на массу. Таким образом, создаётся магнитное поле вокруг рамок якоря, который начинает своё вращение.

Втягивающее (тяговое) реле. Эта деталь устанавливается на корпусе устройства. В реле входят силовые контакты и подвижная перемычка. В задней части корпуса втягивающего реле имеются силовые контакты (пятаки) и перемычка. Пятаки – это медные болты, которые запрессованы в крышку реле, они обеспечивают контакт сразу после подачи тока. К пятакам при помощи гаек крепятся провода от аккумулятора и щёток стартера (плюсовых). А сердечник втягивающего реле соединён с бендиксом (обгонной муфтой). Реле подаёт питание от зажигания и выталкивает бендикс. Таким образом, назначение реле — это управление включением и отключением электродвигателя и воздействием на маховик двигателя. Скажу ещё проще — тяговое реле обладает такой же функцией, как коробка передач между мотором и колёсами. В новых устройствах реле, кроме основной обмотки ставят удерживающую обмотку, которая уменьшает потребление тока стартером.

Бендикс (обгонная муфта или муфта свободного хода). Это роликовая конструкция с приводной шестернёй, назначение которой – передача крутящего момента на маховик. Бендикс передаёт крутящий момент при помощи шестерни зацепления, но только в момент пуска стартера. Также обгонная муфта останавливает обратную передачу усилия, которая возникает при запуске мотора, разъединяя венец маховика и шестерню бендикса. Это помогает предотвратить поломку всего устройства. Скажу понятнее. Чтобы ДВС заработал, маховик и коленчатый вал должны вращаться с минимальной частотой вращения 100 об./мин. Но диаметр шестерни стартера в 10 раз меньше маховика. Отсюда делаем вывод, что шестерня вращается в 10 раз медленнее, чем маховик. И когда маховик начнёт вращаться со скоростью 100 оборотов в минуту, то по логике шестерня стартера должна вращаться в 10 раз быстрее – со скоростью 1000 оборотов в минуту, что бы привело к заклиниванию устройства. Бендикс передаёт крутящий момент на маховик, но не передаёт его обратно на пусковое устройство. Благодаря строению бендикса (внутренняя и внешняя обоймы, ролики с пружинками), он не раскручивается больше, чем положено и это предотвращает поломку стартера.

В стартер входит примерно 50 составляющих деталей.

Многие интересуются, сколько контактов на стартере? Отвечу: он имеет центральный контакт (положительная клемма) и масса (отрицательная клемма АКБ). А сколько обмоток в стартере? Всего их четыре: параллельная, последовательная, втягивающая и удерживающая.

Отличия в конструкции всех типов пусковых устройств могут быть в механизме, который разъединяет шестерни. А в авто с АКПП в устройство входят дополнительные обмотки, которые не дают запуститься двигателю, если выбрано ходовое положение на селекторе. Также стартеры различаются наличием редуктора.

Принцип работы стартера

Стартер работает на законах физики, о которых вам рассказывали ещё в школе. Если поместить между 2-мя полюсами магнита рамку из проволоки с двумя концами, и через неё пропустить ток, то она начнёт вращаться. Вот на каком принципе работает простейший электродвигатель. Что делает стартер во время запуска? Вся его работа делится на 3 этапа: пуск устройства, подвод шестерни привода к венцу маховика, разъединение привода и маховика. Сам стартер вращает внутри своего механизма якорь под действием магнитного поля, которое приводит маховик в движение.

Что делает стартер во время запуска? Вся его работа делится на 3 этапа: пуск устройства, подвод шестерни привода к венцу маховика, разъединение привода и маховика. Сам стартер вращает внутри своего механизма якорь под магнитного поля которое приводит маховик в движение.

Время работы пускача очень короткое. После того, как запущен двигатель, стартер отключается и больше не принимает никакого участия в работе автомобиля.

Рассмотрим подробнее принцип работы пускового устройства:

1. Водитель поворачивает ключ в замке зажигания. Электрический ток от плюсовой клеммы АКБ передаётся на входной контакт стартера, затем на обмотку возбуждения (или магниты), потом на плюсовую щётку с коллектором. После этого ток поступает на рамку якоря и отрицательную щётку, которая соединяется с массой (отрицательной клеммой АКБ). Возникают магнитные поля, которые отталкиваются друг от друга, заставляя вращаться якорь, который втягивается внутрь реле. Соединение АКБ со стартером кратковременно, только в ту секунду, когда водитель поворачивает ключ. Это соединение происходит за счёт медного пятака.

2. Якорь обладает шлицевым соединением, на него надевается бендикс с шестернёй. Шлицевое соединение даёт этим деталям свободно двигаться по якорю и одновременно передавать крутящий момент на шестерню стартера. Бендикс с шестернёй перемещает вилка. А по какому принципу работает вилка для стартера? Вилку двигает сердечник, который в свою очередь двигает электромагнит в виде катушки, к которой подаётся ток от аккумулятора через замок зажигания. Повторю ещё раз: силовой провод от АКБ соединяется с входным контактом устройства при помощи пятака, именно он соединяется со штоком при включении устройства. Сердечник двигается и толкает шток, обеспечивая замыкание 2 главных контактов. А когда стартер выключен, всё возвращается в исходное положение.

3. Итак, срабатывает тяговое реле. Якорь выполняет поступательные действия внутри корпуса устройства и происходит выталкивание бендикса. Из-за этого приводная шестерня входит в зубчатый венец маховика. Маховик – это чугунный диск, который гораздо больше, чем приводная шестерня стартера, на который установлен зубчатый венец.

4. В тот момент, когда шестерня зацепляется за маховик, на электродвигатель подаётся напряжение и происходит подача тока на электродвигатель. Начинается вращение маховика, который в свою очередь приведёт в действие коленчатый вал двигателя.

5. Всё, мотор запущен, водитель отпускает ключ зажигания. В тот момент, когда обороты двигателя будут выше оборотов стартера, бендикс отойдёт от сцепки с маховиком. Все механизмы пускового устройства вернутся в исходное положение, и он отключится.

Виды и характеристики

В классической конструкцию стартера бендикс находится прямо на вале ротора. Для такого устройства необходим электродвигатель с невысокой скоростью вращения и высокой тягой, что приводит к увеличению массы и размера устройства. А какие стартеры устанавливаются на современных автомобилях? Это стартеры с редуктором. Рассмотрим подробнее каждый тип пусковых устройств, а также в чём состоит их отличие.

С редуктором

Такие стартеры называют планетарными. Стандартный редуктор имеет солнечную (ведущую) шестерню, водило, зубчатый венец. Все эти детали зацеплены друг с другом. В планетарном редукторе все составные части используются в качестве ведомого механизма.

В стартере с редуктором применяется дополнительный вал, где находится бендикс. Таким образом, бендикс и электродвигатель в пусковом устройстве работают только через редуктор. Но, несмотря на новую деталь под названием редуктор, принцип работы такого стартера мало отличается от классического.

Особенность планетарного стартера с редуктором в том, что он потребляет меньше энергии для своей эффективной работы, благодаря чему он сможет раскрутить коленвал ДВС даже при очень низком заряде аккумуляторной батареи много раз подряд. Редуктор снижает обороты электродвигателя, но улучшает их тяговую силу. А применение в конструкции магнитов увеличивает ресурс обмотки статора и предотвращает возможные неисправности.

Редуктор превращает скорость вращения в тягу, изменяя передаточное соотношение, благодаря чему можно не использовать мощные и «прожорливые» электродвигатели в стартере.

Плюсы:

• Высокий срок службы.

• Небольшой размер и вес.

• Небольшая цена деталей.

• Можно завести автомобиль даже при сильном морозе.

Минусы:

• Существуют проблемы с поиском запчастей.

• Невысокое качество деталей.

• Более сложный ремонт по сравнению со стартерами без редуктора.

• Также применяют устройства с редуктором и цилиндрической передачей, но из-за сложного механизма их ставят не так часто.

Без редуктора

Такие устройства также называют роторными стартерами. В конструкцию этого типа устройств не входит редуктор, а вращение передаётся напрямую на шестерню стартера. Самый главный плюс безредукторного механизма в очень простом устройстве, благодаря чему ремонт можно выполнить даже новичок. К тому же такой механизм отличается высокой надёжностью и выносливостью, что приводит к увеличению срока службы стартера. Поэтому в процессе работы неисправности из-за подачи тока возникают нечасто. В безредукторном стартере сцепление шестерни с маховиком происходит моментально, поэтому запуск двигателя осуществляется очень быстро. К тому же детали на устройство можно легко купить в большинстве магазинов, хотя цена на них довольно высока. Минусы стартеров без редуктора в том, что при низких температурах его работа крайне нестабильна из-за того, что устройство требует много энергии. Также такое пусковое устройство более тяжёлое и громоздкое по сравнению с редукторным. Что лучше редукторный стартер или обычный? Для большинства автомобилей лучше всего подходит стартер с редуктором.

Контрольные вопросы:

1. Устройство стартера?

2. Устройство и назначение втягивающего реле?

3. Устройство и назначение обгонной муфты?

4. Устройство якоря?

5. Устройство щеточного узла стартера?