Со временем опорные кольца изнашиваются, и якорь упирается в них, вызывая вибрацию и колебания, что ухудшает контакт между щетками и коммутатором. Это приводит к нестабильной работе стартера, искрению и сгоранию щеток. Коммутатор должен быть отшлифован, а щетки и втулки заменены.
Как устроен стартер автомобиля, его назначение и принцип действия
Для запуска двигателя внутреннего сгорания необходимо воспламенить воздушно-топливную смесь в двигателе. Для этого коленчатый вал должен начать вращаться с минимальной скоростью, необходимой для нормальной работы, что запускает процессы в цилиндрах в соответствии с циклом работы двигателя внутреннего сгорания. Вращение коленчатого вала при запуске двигателя обеспечивается электромеханическим устройством — стартерным двигателем.
Устройство стартера
Стартер представляет собой электродвигатель и используется для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип действия заключается в том, что рамка с током, находящаяся в постоянном магнитном поле, начинает вращаться в соответствии с законом Ампера. Давайте рассмотрим основные компоненты стартера.
- Корпус со стальным сердечником (башмаком), с проводящей обмоткой. В корпус устанавливается и укрепляется болтами четыре сердечника. Получается обмотка статора, которую еще называют обмоткой возбуждения. Вход на обмотку подается со стороны корпуса, а выход на две щетки медно-графитового типа. В результате получается стандартный электромагнит. Конструкция стартера в современных автомобилях проще – здесь сердечники заменяются постоянными магнитами, что позволяет делать устройства компактнее.
- Якорь – стальной вал, на который набирается сердечник. Он делается из тонких листов специальной электротехнической стали, чтобы исключить влияние вихревых токов. В пазах сердечника размещаются проводящие рамки, выводящиеся на коллектор из меди. На него выходят щетки обмотки статора с положительным зарядом и отрицательные щетки, выведенные на массу устройства.
- Задняя крышка имеет специальные щеткодержатели, которые удерживают щетки на месте и подпружинивают их для улучшения качества контакта с коллектором. В центре установлена опорная втулка для упора якоря.
Работа электродвигателя стартера
Принцип работы стартера в основном такой же, как и у электродвигателя. Ток подается от положительной клеммы батареи на входной контакт, который проходит через обмотку стартера или обмотку возбуждения и положительные медно-графитовые щетки, контактирующие с коллектором. Оттуда он направляется к токопроводящим каркасам якоря, щеткам с отрицательным заземлением и отрицательной клемме аккумулятора.
Когда магнитные поля статора и якоря взаимодействуют, якорь начинает вращаться и преобразует электрическую энергию в механическую. Это необходимо для вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. В современных устройствах обмотка возбуждения больше не нуждается в подаче напряжения, поскольку она заменена постоянными магнитами. От аккумулятора он проводится непосредственно к положительным щеткам, от которых ток через коллектор поступает в обмотку якоря. Обратите внимание, что положительный кабель пропускает ток до 400 А, поэтому его материал и сечение должны соответствовать этому параметру.
История автомобильного стартера
Первые автомобили имели один серьезный недостаток — сложность запуска двигателя. Долгое время автомобили заводились вручную с помощью знаменитого кривошипа, что приводило к многочисленным травмам водителей. Еще в 1899 году была предложена идея электрического стартера, но она не была разработана из-за отсутствия технологии.
Первый правильно функционирующий электрический стартер был установлен на серийном Cadillac Model Thirty в 1912 году. Это был стартер, разработанный еще в 1911 году американским изобретателем Чарльзом Кеттерингом (который в течение многих лет сделал множество изобретений, составляющих основу современной автомобильной промышленности). В то время к электрическим стартерам относились скептически, и даже Генри Форд не оснащал ими свои автомобили до 1920 года!
Однако до 1916 года отдельные стартеры не использовались, а применялись универсальные устройства «два в одном» — стартер и генератор переменного тока. В 1916 году другой американский инженер — Винсент Хьюго Бендикс — оснастил стартер изобретенной им муфтой свободного хода (которая до сих пор называется «бендикс»), что позволило легко отделить стартер от двигателя во время прокрутки. Это позволило разделить стартер и генератор, и в современных автомобилях они являются независимыми устройствами.
Несмотря на все более широкое распространение электрических стартеров, в 1980-х годах многие легковые автомобили (и почти все грузовики) имели функцию запуска двигателя с помощью рукоятки. В настоящее время существуют очень надежные и качественные стартеры, поэтому прокручивание происходит очень редко.
Устройство стартера
Большинство отечественных и зарубежных стартеров для легковых и грузовых автомобилей имеют примерно одинаковую конструкцию.
В основе стартера лежит электродвигатель постоянного тока, который при запуске вращает коленчатый вал двигателя. На валу электродвигателя находится шестерня и обгонная муфта (обгонная муфта или бендикс), причем шестерня свободно перемещается по валу — это необходимо для соединения и разъединения шестерни с втулкой маховика.
В корпусе стартера находится тяговое реле, сердечник (якорь) которого через рычажный механизм соединен с редуктором электродвигателя. Тяговое реле необходимо для подключения и отключения стартера с маховиком двигателя. На обратной стороне сердечника находится контактная пластина (дисковый контакт) реле стартера — это реле подает на стартер напряжение от аккумулятора. Сердечник тягового реле выталкивается из соленоида пружиной, когда стартер выключен, и втягивается обратно, когда на реле подается напряжение.
Конструктивно стартерный двигатель состоит из трех блоков: цилиндрического корпуса двигателя, меньшего цилиндрического корпуса приводного реле (на задней стороне которого расположены контакты реле стартера — обычно два винта с гайками) и корпуса привода, в котором находится рычажный механизм и коробка передач с обгонной муфтой.
Стартерное колесо и маховое кольцо образуют редуктор, передаточное отношение которого зависит от типа двигателя. Стартер различных автомобилей вращается с частотой 1500-5000 об/мин, но для запуска бензинового двигателя его коленчатый вал должен вращаться два-три раза с частотой 40-50 об/мин, а дизельных двигателей — 80-250 об/мин. При запуске двигателя коленчатый вал вращается со скоростью более 1 000 оборотов в минуту, поэтому двигатель стартера может получить чрезмерный крутящий момент (до 30 000 оборотов в минуту или более) и выйти из строя. Для предотвращения этого используется обгонная муфта (Bendix), которая отключает коробку передач от вала двигателя, если он вращается слишком быстро.
Работа стартера
В целом, работа стартера может быть описана следующим образом.
Когда двигатель запускается (ключом зажигания, кнопкой или командой сигнализации), реле стартера (не путать с реле на двигателе стартера) замыкается и активирует тяговое реле. Когда сердечник тягового реле втягивается, рычажный механизм толкает шестерню (и муфту) вперед по оси и приводит ее в контакт с ободом маховика. Интересно, что при этом шестерня не только перемещается вперед, но и немного поворачивается вокруг своей оси так, что ее зубья оказываются между зубьями кольцевой шестерни.
В то же время контактная пластина, прикрепленная к задней части сердечника, замыкает реле стартера — через него напряжение аккумулятора подается на стартер, который несколько раз проворачивает коленчатый вал двигателя. Если все в порядке, двигатель запустится через 2-5 секунд.
Когда двигатель запускается, стартер отключается (либо простым поворотом ключа зажигания из крайнего положения в среднее, либо автоматом), и пружина в приводном реле перемещает шестерню в сторону от обода маховика. Обгонная муфта также предотвращает передачу крутящего момента от маховика к стартеру, если двигатель запускается до того, как шестерня будет выведена из зацепления с кольцевой шестерней.
Когда стартер выключен, активируется реле блокировки — это не позволяет стартеру запустить двигатель при работающем двигателе. Реле фиксации активируется при достижении определенного напряжения на выходных клеммах генератора.
