Автомобильный электростартер — это коллекторный электродвигатель со вспомогательными элементами, предназначенный для запуска двигателя внутреннего сгорания. Электрическая система запуска изобретена более 100 лет назад, и с тех пор кардинально не изменилась. Стартерами оснащается практически вся техника с ДВС — автомобили, тракторы, мотоблоки, грузовики, мотоциклы, садовые газонокосилки, мобильные генераторы. Этот материал посвящён конструктивным и эксплуатационным особенностям электростартера.
История изобретения электрического стартера
Первые автомобили с двигателем внутреннего сгорания не оснащались электростартерами. Для их запуска предусматривался рычаг, который надо было вставлять в коленчатый вал, с силой проворачивать, а после запуска мотора своевременно вытащить. Такая "система" была крайне неудобной, для многих непосильной, и травмоопасной. В 1910 году "кривой стартер" убил близкого друга Генри Мартина Лиланда — основателя автомобильного бренда Cadillac.
Смерть друга мотивировала талантливого инженера, и он задался целью сделать запуск автомобильного двигателя удобнее, легче и, самое главное, безопасным. Но у него практически ничего не получилось. Совместно со своими инженерами он создал нечто похожее на стартер. Но это было очень громоздкое устройство, которое не годилось для практического применения.
Тогда он обратился к Чарльзу Кеттерингу, который был изобретателем, инженером, предпринимателем и обладателем 186 патентов. Уже в 1912 году первые стартеры появились на автомобилях Cadillac. Позже изобретение перекочевало на многие другие автомобили и является незаменимым до сих пор.
Типовая конструкция стартера
Электрическая система запуска ДВС — это комплект оборудования, которое позволяет запускать двигатель с места водителя, используя энергию, накопленную в аккумуляторной батарее. Существует в разных конфигурациях, различающихся конструктивными особенностями отдельных узлов и механизмов. В рамках данного материала рассмотрена наиболее распространённая система запуска ДВС — редукторный стартер с обгонной муфтой и тяговым реле.
Система состоит из следующих компонентов:
- Редукторный электродвигатель с муфтой свободного хода.
- Тяговое реле.
- Сигнальная цепь.
- АКБ.
- Силовые провода.
Сигнальная цепь — служит для удобного управления системой запуска ДВС с места водителя. Состоит из одного сигнального провода, второстепенного реле и замыкающего устройства. В роли последнего может выступать замок зажигания или кнопка. Во время активации системы через сигнальный провод подаётся напряжение с АКБ на тяговое реле. Второстепенное реле нужно для того, чтобы не подгорали контакты в замке зажигания.
АКБ — аккумуляторная кислотная батарея стартерного типа (чем отличается от тяговых АКБ). Основным параметром является пусковой ток. Это основной критерий выбора аккумулятора для автомобиля. Вопреки расхожему заблуждению, ёмкость АКБ — не главная характеристика стартерной батареи. Хотя эти два параметра зависят от размеров и типа АКБ в равной степени.
Силовые провода — служат для подачи пускового тока на стартер. Поскольку его величина достигает сотен ампер, эти провода имеют серьёзное поперечное сечение. Минус силового питания подаётся на стартер через общую "массу". Обычно это толстый провод, подсоединённый к двигателю или кузову автомобиля. Плюс силового питания подаётся по отдельному проводу, который подсоединён к соответствующему выводу на тяговом реле.
Основные компоненты электрической системы запуска ДВС — электродвигатель и тяговое реле. Их устройство и принцип работы рассмотрим более детально.
Устройство редукторного электродвигателя с муфтой свободного хода
Эта часть стартера состоит из следующих элементов:
- Якорь (36) с обмотками и коллектором (32).
- Щёточный узел (31) с четырьмя щётками, которые постоянно прижимаются к коллектору пружинами.
- Постоянные магниты (34). В некоторых стартерах используется статор — обмотки, которые создают магнитное поле при протекании электрического тока.
- Силовой провод питания электродвигателя (заходит в корпус от контакта 23).
- Редуктор (на данном изображении отсутствует) — служит для уменьшения скорости вращения вала стартера и значительного увеличения крутящего момента.
- Бендикс (7) — служит для передачи крутящего момента от якоря стартера на маховик ДВС. Вводится в зацепление с венцом маховика посредством шестерни (4). После запуска позволяет ДВС и электродвигателю вращаться независимо друг от друга.
- Корпус (30) — герметичный, крепится к двигателю через фланец двумя или тремя болтами.
Якорь и ведомый вал электродвигателя вращаются на бронзовых втулках (2, 26). Благодаря подшипникам скольжения стартер крутит бодро (если крутит туго, вяло — читайте этот материал). Бендикс может перемещаться на валу за счёт червячной передачи (на рисунке не обозначена, но есть — шестерня со спиральными зубьями). Перемещение бендикса вперёд ограничено стопорным кольцом (3).
Устройство тягового реле
Втягивающее реле (как его проверить) состоит из следующих основных элементов:
- Якорь (14) с пружиной (13).
- Шток (17).
- Втягивающая обмотка (17).
- Удерживающая обмотка (16).
- Контактная пластина (21).
- Силовые контакты (23).
- Сигнальный контакт. На рисунке не показан, но находится обычно рядом с силовыми болтами на тыльной стороне тягового реле.
В большинстве конструкций тяговое реле крепится к корпусу стартера и составляет с ним один узел. Якорь втягивающего воздействует на бендикс посредством рычага (11).
Принцип работы стартера
Электростартер работает по следующему принципу:
- В исходном состоянии плюс от АКБ постоянно подаётся на разомкнутый контакт замка зажигания и один из силовых контактов втягивающего реле.
- Когда водитель переводит ключ зажигания в положение "старт" (или нажимает на кнопку запуска ДВС), плюс питания поступает с АКБ через замок зажигания и второстепенное реле на втягивающую обмотку.
- Втягивающая обмотка вырабатывает мощное электромагнитное поле, которое воздействует на якорь тягового реле. В результате якорь перемещается внутрь устройства, преодолевая усилие пружин.
- Перемещаясь, якорь давит на шток с контактной пластиной, благодаря чему она замыкает между собой силовые контакты. Плюс с АКБ проходит через эту пластину и поступает на щётки электродвигателя. Последний начинает вращаться.
- В это же время активируется удерживающая обмотка, а втягивающая деактивируется. Это реализовано за счёт хитрой схемы подключения обмоток. Когда замыкается контактная пластина, электрический ток идёт на удерживающую обмотку в обход втягивающей.
- Одновременно с этим якорь посредством рычага перемещает вперёд бендикс. Его шестерня вводится в зацепление с венцом маховика.
- Крутящий момент, вырабатываемый электродвигателем, передаётся коленчатому валу ДВС.
- После нескольких вращений двигатель запускается и начинает вращаться быстрее вала стартера.
- Срабатывает обгонная муфта. Ролики внутри неё смещаются под воздействием центробежной силы и начинают проскальзывать. Теперь маховик двигателя и стартер вращаются независимо друг от друга.
- Услышав звук запущенного двигателя, водитель отпускает ключ зажигания или кнопку.
- Удерживающая обмотка тягового реле обесточивается (когда она не совсем исправна, стартер отключается самопроизвольно раньше времени).
- Не удерживаемый более магнитным полем якорь тягового реле возвращается в исходное положение под воздействием пружины.
- Контактная пластина тоже возвращается в исходное положение пружиной (иногда она приваривается к силовым контактам, из-за чего стартер не отключается после запуска двигателя). Силовые контакты размыкаются, электродвигатель стартера обесточивается и останавливается.
- Одновременно с этим якорь тягового реле толкает рычаг привода бендикса. Последний выводится из зацепления с маховиком и возвращается в исходное положение.
- Все элементы системы запуска возвращаются в исходное положение и остаются в нём до следующего запуска двигателя.
Если у вас остались вопросы по устройству и принципу работы автомобильного электростартера, задавайте их в комментарии ниже. Я с удовольствием на них отвечу лично.
