📝 Будова та принцип роботи автомобільного електростартера

Автомобільний електростартер – це колекторний електродвигун із допоміжними елементами, призначений для запуску двигуна внутрішнього згоряння. Електрична система запуску винайдена понад 100 років тому, і з того часу кардинально не змінилася. Стартерами оснащується практично вся техніка з ДВЗ - автомобілі, трактори, мотоблоки, вантажівки, мотоцикли, садові газонокосарки, мобільні генератори. Цей матеріал присвячений конструктивним та експлуатаційним особливостям електростартеру.

Історія винаходу електричного стартера

Перші автомобілі із двигуном внутрішнього згоряння не оснащувалися електростартерами. Для їхнього запуску передбачався важіль, який треба було вставляти в колінчастий вал, з силою провертати, а після запуску двигуна вчасно витягнути. Така "система" була вкрай незручною, для багатьох непосильною та травмонебезпечною. 1910 року "кривий стартер" убив близького друга Генрі Мартіна Ліланда - засновника автомобільного бренду Cadillac.

Смерть друга мотивувала талановитого інженера, і він став метою зробити запуск автомобільного двигуна зручнішим, легшим і, найголовніше, безпечним. Але в нього практично нічого не вийшло. Спільно зі своїми інженерами він створив щось схоже стартер. Але це був дуже громіздкий пристрій, який годився для практичного застосування.

Тоді він звернувся до Чарльза Кеттерінга, який був винахідником, інженером, підприємцем та володарем 186 патентів. Вже 1912 року перші стартери з'явилися на автомобілях Cadillac. Пізніше винахід перекочував на багато інших автомобілів і є незамінним досі.

Типова конструкція стартера

Електрична система запуску ДВЗ - це комплект обладнання, яке дозволяє запускати двигун з місця водія, використовуючи енергію, накопичену в акумуляторній батареї. Існує в різних конфігураціях, що відрізняються конструктивними особливостями окремих вузлів та механізмів. В рамках даного матеріалу розглянуто найбільш поширену систему запуску ДВС - редукторний стартер з обгінною муфтою та тяговим реле.

Система складається з наступних компонентів:

1. Редукторний електродвигун із муфтою вільного ходу.
2. Тягове реле.
3. Сигнальний ланцюг.
4. АКБ.
5. Силові дроти.

Сигнальний ланцюг служить для зручного керування системою запуску ДВС з місця водія. Складається з одного сигнального дроту, другорядного реле та замикаючого пристрою. У ролі останнього може бути замок запалювання чи кнопка. Під час активації системи через провід сигналу подається напруга з АКБ на тягове реле. Друге реле потрібно для того, щоб не підгоряли контакти в замку запалювання.

АКБ — акумуляторна кислотна батарея стартерного типу (чим відрізняється від тягових АКБ). Основним параметром є пусковий струм. Це основний критерій вибору акумулятора автомобіля. Всупереч поширеній помилці, ємність АКБ - не головна характеристика стартерної батареї. Хоча ці два параметри залежать від розмірів та типу АКБ у рівній мірі.

Силові дроти – служать для передачі пускового струму на стартер. Оскільки його величина досягає сотень ампер, ці дроти мають серйозний поперечний переріз. Мінус силового живлення подається на стартер через загальну "масу". Зазвичай це товстий провід, приєднаний до двигуна чи кузова автомобіля. Плюс силового живлення подається окремим проводом, який приєднаний до відповідного виведення на тяговому реле.

Основні компоненти електричної системи запуску ДВЗ - електродвигун та тягове реле. Їх будоу та принцип роботи розглянемо більш детально.

Будова редукторного електродвигуна з муфтою вільного ходу

Ця частина стартера складається з наступних елементів:

1. Якір (36) з обмотками та колектором (32).
2. Щітковий вузол (31) із чотирма щітками, які постійно притискаються до колектора пружинами.
3. Постійні магніти (34). У деяких стартерах використовується статор - обмотки, які створюють магнітне поле під час протікання електричного струму.
4. Силовий провід живлення електродвигуна (заходить у корпус від контакту 23).
5. Редуктор (на цьому зображенні відсутня) - служить для зменшення швидкості обертання валу стартера і значного збільшення моменту, що крутить.
6. Бендікс (7) — служить для передачі моменту, що крутить, від якоря стартера на маховик ДВЗ. Вводиться в зачеплення з вінцем маховика за допомогою шестерні (4). Після запуску дозволяє ДВЗ та електродвигуну обертатися незалежно один від одного.
7. Корпус (30) - герметичний, кріпиться до двигуна через фланець двома або трьома болтами.

Якір та ведений вал електродвигуна обертаються на бронзових втулках (2, 26). Завдяки підшипникам ковзання стартер крутить бадьоро (якщо крутить туго, мляво – читайте цей матеріал). Бендікс може переміщатися на валу за рахунок черв'ячної передачі (на малюнку не позначено, але є шестерня зі спіральними зубами). Переміщення бендиксу вперед обмежене стопорним кільцем (3).

Влаштування тягового реле

Втягуюче реле (як його перевірити) складається з наступних основних елементів:

1. Якір (14) із пружиною (13).
2. Шток (17).
3. Обмотка, що втягує (17).
4. Утримуюча обмотка (16).
5. Контактна пластина (21).
6. Силові контакти (23).
7. Сигнальний контакт. На малюнку не показаний, але зазвичай знаходиться поруч із силовими болтами на тильній стороні тягового реле.

У більшості конструкцій тягове реле кріпиться до корпусу стартера і становить один вузол. Якір втягує впливає на бендикс за допомогою важеля (11).

Принцип роботи стартера

Електростартер працює за таким принципом:

1. У вихідному стані плюс від АКБ постійно подається на розімкнений контакт замку запалювання і один із силових контактів реле, що втягує.
2. Коли водій переводить ключ запалення в положення "старт" (або натискає на кнопку запуску ДВС), плюс живлення надходить з АКБ через замок запалення і другорядне реле на обмотку, що втягує.
3. Обмотка, що втягує, виробляє потужне електромагнітне поле, яке впливає на якір тягового реле. В результаті якорь переміщається всередину пристрою, долаючи зусилля пружин.
4. Переміщаючись, якір тисне на шток із контактною пластиною, завдяки чому вона замикає між собою силові контакти. Плюс з АКБ проходить через цю пластину і надходить на щітки електродвигуна. Останній починає обертатися.
5. У цей же час активується утримуюча обмотка, а деактивується. Це реалізовано рахунок хитрої схеми підключення обмоток. Коли замикається контактна пластина, електричний струм йде на утримуючу обмотку в обхід втягуючої.
6. Одночасно з цим якір за допомогою важеля переміщує вперед Бендікс. Його шестерня вводиться у зачеплення з вінцем маховика.
7. Крутний момент, що виробляється електродвигуном, передається колінчастому валу ДВЗ.
8. Після кількох обертань двигун запускається і починає обертатися швидше за вал стартера.
9. Спрацьовує обгінна муфта. Ролики всередині неї зміщуються під впливом відцентрової сили і починають прослизати. Тепер маховик двигуна та стартер обертаються незалежно один від одного.
10. Почувши звук запущеного двигуна, водій відпускає ключ запалення чи кнопку.
11. Утримуюча обмотка тягового реле знеструмлюється (коли вона не зовсім справна, стартер вимикається мимоволі раніше часу).
12. Якір тягового реле, що не утримується більш магнітним полем, повертається у вихідне положення під впливом пружини.
13. Контактна пластина теж повертається у вихідне положення пружиною (іноді вона приварюється до силових контактів, через що стартер не вимикається після запуску двигуна). Силові контакти розмикаються, електродвигун стартера знеструмлюється та зупиняється.
14. Одночасно з цим якір тягового реле штовхає важіль приводу Бендикс. Останній виводиться із зачеплення з маховиком та повертається у вихідне положення.
15. Усі елементи системи запуску повертаються у вихідне положення та залишаються у ньому до наступного запуску двигуна.

Якщо у вас залишилися питання щодо пристрою та принципу роботи автомобільного електростартера, задавайте їх у коментарі нижче. Я із задоволенням на них відповім особисто.