Система запуска электродвигателя предназначена для 1. Общие сведения о системе запуска электродвигателя

Система запуска двигателя обеспечивает первоначальное проворачивание коленчатого вала ДВС, благодаря чему в цилиндрах происходит воспламенение топливовоздушной смеси и мотор начинает работать самостоятельно. В эту систему входят несколько ключевых элементов и узлов, работу которых мы рассмотрим далее в статье.

Что представляет собой

В современных автомобилях реализована электрическая система пуска двигателя. Также ее часто называют стартерной системой пуска. Одновременно с вращением коленвала в работу включается система ГРМ, зажигания и топливоподачи. Происходит сгорание топливовоздушной смеси в камерах сгорания и поршни проворачивают коленвал. После достижения определенных оборотов коленчатого вала двигатель начинает работать самостоятельно, по инерции.

Чтобы запустить двигатель, нужно достичь определенной частоты вращения коленчатого вала. Для разных типов двигателей это значение отличается. Для бензинового мотора минимально необходимо 40-70 об/мин, для дизельного – 100-200 об/мин.

На начальном этапе автомобилестроения активно использовалась механическая система пуска с помощью заводной рукоятки. Это было ненадежно и неудобно. Сейчас от таких решений отказались в пользу электрической системы запуска.

Устройство системы запуска двигателя

В систему пуска двигателя входят следующие ключевые элементы:

• механизмы управления (замок зажигания, дистанционный запуск, система Старт-Стоп);
• аккумуляторная батарея;
• стартер;
• провода определенного сечения.

Схема запуска двигателя

Ключевым элементом системы является стартер, который, в свою очередь, питается от аккумуляторной батареи. Это электродвигатель постоянного тока. Он создает крутящий момент, который передается маховику и коленчатому валу.

Как работает запуск двигателя

После поворота ключа в замке зажигания в положение «запуск» замыкается электрическая цепь. Ток по плюсовой цепи от аккумулятора поступает на обмотку тягового реле стартера. Затем по обмотке возбуждения ток проходит к плюсовой щетке, затем по обмотке якоря на минусовую щетку. Так срабатывает тяговое реле. Подвижный сердечник втягивается и замыкает силовые пятаки. При движении сердечника выдвигается вилка, которая толкает приводной механизм (бендикс).

После замыкания силовых пятаков от аккумулятора подается пусковой ток по плюсовому проводу на статор, щетки и ротор (якорь) стартера. Вокруг обмоток возникает магнитное поле, которое приводит в движение якорь. Таким образом электрическая энергия от аккумулятора преобразуется в механическую энергию.

Работа выключенного и включенного стартера

Как уже было сказано, вилка, во время движения втягивающего реле, выталкивает бендикс к венцу маховика. Так происходит зацепление. Якорь вращается и приводит в движение маховик, который передает это движение коленчатому валу. После запуска двигателя маховик раскручивается до больших оборотов. Чтобы не повредить стартер, срабатывает обгонная муфта бендикса. При определенной частоте бендикс вращается независимо от якоря.

После запуска двигателя и отключения зажигания от положения «запуск» бендикс принимает исходное положение, а двигатель работает самостоятельно.

Особенности работы аккумуляторной батареи

От состояния и мощности аккумулятора будет зависеть успешный запуск двигателя. Многие знают, что для АКБ важны такие показатели, как емкость и ток холодной прокрутки. Эти параметры указываются на маркировке, например, 60/450А. Емкость измеряется в Ампер-часах. Аккумулятор имеет малое внутренне сопротивление, поэтому он может кратковременно отдавать большие токи, в несколько раз превышающие его емкость. Указанный ток холодной прокрутки 450А, но при соблюдении определенных условий: +18С° в течение не более 10 секунд.

Однако, подаваемый ток на стартер все равно будет меньше указанных значений, так как не учитывается сопротивление самого стартера и силовых проводов. Этот ток и называется пусковым током.

Справка. Внутреннее сопротивление аккумулятора в среднем составляет 2-9 мОм. Сопротивление стартера бензинового мотора в среднем 20-30 мОм. Как видно, для правильной работы необходимо, чтобы сопротивление стартера и проводов в несколько раз превышало сопротивление аккумулятора, иначе внутреннее напряжение аккумулятора при пуске будет проседать ниже 7-9 вольт, а этого допускать нельзя. В момент подачи тока напряжение исправного АКБ проседает в среднем до 10,8В в течение нескольких секунд, а затем вновь восстанавливается до 12В или чуть выше.

Аккумулятор отдает пусковой ток на стартер в течение 5-10 секунд. Затем нужно сделать паузу 5-10 секунд, чтобы аккумулятор «набрался сил».

Если после попытки запуска напряжение в бортовой сети резко падает или стартер прокручивается наполовину, то это свидетельствует о глубоком разряде АКБ. Если стартер выдает характерные щелчки, то аккумулятор окончательно сел. Среди других причин может быть поломка стартера.

Сила тока при старте

Стартеры для бензинового и дизельного мотора будут отличаться по мощности. Для бензиновых ДВС используются стартеры мощностью 0,8-1,4 кВт, для дизельных – 2 кВт и выше. Что это значит? Это значит, что стартеру с дизельным мотором нужно больше мощности, чтобы прокрутить коленвал на сжатие. Стартер мощностью 1 кВт потребляет 80А, 2 кВт потребляет 160А. Больше всего энергии уходит на начальную прокрутку коленчатого вала.

Среднее значение пускового тока для бензинового двигателя – 255А для успешной прокрутки коленвала, но это с учетом плюсовой температуры 18С° или выше. При минусовой температуре стартеру нужно крутить коленвал в загустевшем масле, что повышает сопротивление.

Особенности запуска двигателя в зимних условиях

В зимнее время бывает трудно запустить двигатель. Масло густеет, а значит провернуть его труднее. Также часто подводит аккумулятор.

При минусовой температуре внутреннее сопротивление аккумулятора повышается, батарея садится быстрее, также неохотно отдает нужный пусковой ток. Для успешного пуска двигателя зимой АКБ должна быть полностью заряжена и не должна быть замерзшей. Дополнительно нужно следить за контактами на клеммах.

Вот несколько советов, которые помогут запустить двигатель зимой:

• Перед включением стартера на холодную включите дальний свет на несколько секунд. Это запустит химические процессы в батарее, так сказать, «разбудит» аккумулятор.
• Не крутите стартер больше 10 секунд. Так батарея быстро садится, особенно на морозе.
• Выжмите полностью педаль сцепления, чтобы стартеру не нужно было крутить дополнительные шестерни в вязком трансмиссионном масле.
• Иногда могут помочь специальные аэрозоли или «стартерные жидкости», которые впрыскивают в воздухозаборник. При исправном состоянии мотор заведется.

Тысячи водителей ежедневно заводят свои моторы и едут по делам. Начало движения возможно благодаря слаженной работе системы запуска двигателя. Зная ее устройство, можно не только запускать двигатель в самых разных условиях, но и подобрать нужные компоненты в соответствии с требованиями именно к вашему автомобилю.

Запрос «Кикстартер» перенаправляется сюда; О сайте см. Kickstarter.

Двигатель внутреннего сгорания любого типа не создаёт вращающего момента в неподвижном состоянии. Прежде чем он начнёт работать, его нужно раскрутить с помощью внешнего источника энергии. Практически используются следующие варианты:

Запуск бензинового двигателя кик-стартером

Двигатель Д-6 мопеда «Рига-11». Педалями можно «разогнать» мопед, затем включив сцепление, запустить двигатель. Вращением педалей можно помочь двигателю, например, на крутом подъёме.

Мускульная сила человекаПравить

Существуют также ручные инерционные стартеры, при которых ручкой (через повышающий редуктор) раскручивается небольшой маховик, а когда он запасет необходимое количество кинетической энергии, этот маховик через понижающий редуктор соединяется с коленвалом пускаемого двигателя. Такой способ позволяет повысить пусковую мощность и не создавать чрезмерных усилий на пусковой рукоятке. Такие стартеры устанавливались на часть тракторов, некоторые образцы бронетанковой техники, поршневые авиационные двигатели и небольшие судовые дизели, в том числе двигатели спасательных шлюпок.

Долгое время ручной способ был основным для запуска поршневых двигателей самолётов — всем знакомы кадры хроники, когда коленвал авиадвигателя раскручивают, дёргая рукой пропеллер. Данный способ перестал применяться с ростом мощности моторов, поскольку мускульной силы уже просто не хватало, чтобы провернуть вал тяжёлого и мощного двигателя, зачастую ещё и снабжённого редуктором.

Ручные стартеры бывают как съёмные (после запуска отделяются от двигателя, как на бензопилах «Урал» и «Дружба»), так и несъёмные (большинство современных компактных двигателей). Пусковой трос может быть намотан на барабан с возвратной пружиной и храповым механизмом, а может наматываться на внешний обод маховика и слетать с него (старые лодочные моторы, тракторные пускачи, стационарные двигатели типа ЗиД-4,5).

ЭлектростартёрПравить

Электрический автомобильный стартёр.Пусковая контактная группа стартёра (вверху слева, чёрного цвета). Втягивающее реле (соленоид, в центре вверху, малого диаметра, золотистого цвета). В серебристом корпусе — рычажная передача и обгонная муфта. Электродвигатель — большого диаметра, золотистого цвета.

Наиболее удобный способ. При запуске двигатель раскручивается коллекторным электродвигателем — машиной постоянного тока, питающейся от стартерной аккумуляторной батареи (после запуска батарея подзаряжается от генератора, вращаемого основным двигателем). При низких температурах обычно применяемые кислотные аккумуляторы теряют мощность, пусковая ёмкость их падает (главным образом — из-за снижения скорости химических реакций), а вязкость масла в системе смазки увеличивается. Поэтому стартерный запуск двигателя зимой затруднён, а иногда невозможен. При наличии электрической сети в этом случае возможен запуск от сетевого пускового устройства (практически неограниченной мощности).

Электродвигатели автомобильных стартёров имеют особую конструкцию с четырьмя щётками, которая позволяет увеличить плотность тока якоря и мощность стартера.

Принцип работы электростартёра

На автомобилях с бензиновыми двигателями внутреннего сгорания номинальное напряжение бортовой сети составляет 12 вольт, мощные дизельные двигатели, требуя повышенной мощности стартера, как правило, имеют сеть с напряжением 24 вольта, при равном пусковом токе обеспечивая вдвое большую мощность и вдвое меньшие потери энергии в контактных парах и в проводах. На автомобилях, выпускавшихся в первой половине XX века, использовалось напряжение 6 (6,3) вольт (отсюда напряжение накала подавляющего большинства радиоламп, напрямую запитывавшихся от бортовой сети).

24-вольтовые аккумуляторные батареи серийно не выпускаются, вес ёмких 12-вольтовых батарей приближается к пределу физических возможностей человека, например, сухая батарея 6СТ-190 («КАМАЗ») весит 58 кг, а электролита нужно 12 литров.

На легковых автомобилях, микроавтобусах и малотоннажных грузовиках с дизельными двигателями небольшой мощности применяются 12-вольтовые стартёры (этого вполне достаточно).

Вспомогательный двигатель внутреннего сгорания (пусковой двигатель, «пускач»)Править

Пусковой двигатель ПД-10 на тракторе ДТ-541 — картер «пускача»2 — цилиндр и рубашка водяного охлаждения3 — маховик и ручей, на который наматывается верёвка, за которую дёргают при запуске.

Запуск дизеля даже относительно небольшой мощности требует существенных энергозатрат. Для их радикального уменьшения используется промежуточное звено — пусковой ДВС, так называемый «пускач», имеющий значительно меньшую мощность; такой способ используется на многих типах тяжёлой техники и на тракторах. Пусковой двигатель обычно карбюраторный двухтактный, его мощность составляет около 8—10 % мощности основного двигателя. Несмотря на «архаичность» и некоторые неудобства, этот способ обеспечивает почти 100%-но надёжный запуск в самых тяжёлых условиях. Трактор или агрегат может эксплуатироваться вдали от населённых пунктов, где нет возможности контролировать состояние аккумулятора. Пусковой двигатель включён в систему жидкостного охлаждения, в холодную погоду он обеспечивает предпусковой подогрев главного двигателя. Сам же вспомогательный двигатель запускается либо вручную, либо электростартёром небольшой (по сравнению с потребной для пуска главного двигателя) мощности — так, дизель АМ-01 заводится посредством пускача, имеющего стартер, однотипный с мотором МеМЗ-968. Если пусковой двигатель запускается вручную, наличие и состояние аккумуляторной батареи вовсе несущественны («пускачи» имеют зажигание от магнето). После запуска и прогрева охлаждающей жидкости «пускач» соединяется с маховиком главного двигателя фрикционной муфтой или бендиксом с ручным управлением. При этом пусковой двигатель рассчитан на достаточно продолжительную работу под нагрузкой. Например, советский ПД-10 (двигатель мотороллера с водяной рубашкой у цилиндра и соответствующим фланцем крепления) может прокручивать коленчатый вал дизельного двигателя непрерывно в течение 10 минут. Недостатки такой системы пуска: необходимость выхода тракториста из кабины для запуска двигателя при механическом пуске с опасностью наезда трактора на тракториста в момент пуска главного двигателя, если в трансмиссии не выключена передача, обязательное наличие отдельного запаса бензомасляной смеси для питания пускача. Наибольшее применение пусковые двигатели получили в СССР, так как значительное количество дизельной техники эксплуатировалось в зимних условиях.

По мере совершенствования тракторных двигателей, электрических стартеров и аккумуляторов применение пусковых двигателей стало сокращаться, а с начала 2000-х годов практически сошло на нет.

Разновидностью пускового двигателя является турбостартер, который нашёл применение на газотурбинных двигателях, но применяется и на некоторых поршневых, например звездообразных судовых дизелях завода «Звезда». Представляет собой небольшой газотурбинный двигатель со свободной турбиной, соединённой через понижающей редуктор и разобщительную муфту с коленчатым валом запускаемого двигателя. Достоинства турбостартеров — компактность, небольшой вес, большая мощность, отсутствие необходимости в аккумуляторных батареях или пусковых баллонах большой ёмкости. Например, турбостартер ТС-21, имеющий массу с редуктором всего 70 кг, способен запускать дизель мощностью до 5000 л. с. Масса электрической или пневматической пусковой системы такого двигателя будет составлять несколько тонн. Недостатки — невысокая надёжность, по сравнению с системами электрического и воздушного пуска, и необходимость наличия отдельного бака с лёгким топливом (керосин или бензин) для турбостартера.

ПневмозапускПравить

Сжатый воздух высокого давления используется для двух способов запуска больших дизелей на тепловозах, судах и бронетехнике.

1. Прямой пуск сжатым воздухом. Широко использовался в поршневой авиации, ныне распространён на судовых дизелях и на тепловозах с гидропередачей. В цилиндрах, кроме обычных впускных и выпускных клапанов, устраиваются дополнительные пусковые клапаны. Пусковой распределитель подаёт в них сжатый воздух в порядке работы цилиндров, толкая поршни, воздух раскручивает двигатель. Баллоны со сжатым воздухом пополняются либо от компрессора, приводимого главным двигателем при его работе, либо от любого стороннего источника. Согласно требованиям Российского речного регистра, наличие пневматического пуска обязательно для судовых двигателей мощностью свыше 200 кВт.

Другие способыПравить

Автомобиль (как и мотоцикл) с механической КПП можно завести, перемещая его с включённой передачей любым доступным способом — буксируя другим автомобилем, или толкая руками (это называется «завести с толкача»), или скатывая его под уклон при выключенном сцеплении. После достижения определённой скорости сцепление плавно включают. Однако при таком способе есть некоторая вероятность поломки трансмиссии, особенно при промерзании масла, которая тем выше, чем более низкая передача включена; в руководствах по эксплуатации многих автомобилей есть запрет на такой запуск. Также производители не рекомендуют такой способ запуска для автомобилей, оснащённых каталитическими нейтрализаторами из-за возможности попадания несгоревшего топлива в катализатор с последующим его перегревом и выходом из строя. Автомобиль с автоматической коробкой передач завести с толкача невозможно за очень редким исключением, так как гидротрансформатор заполняется от масляного насоса только при работающем двигателе и крутящий момент передаваться с колёс через АКПП не будет. Исключениями являются автобус ЛиАЗ-677 и Mercedes-Benz W124, у которых АКПП содержит масляный насос, один из двух, работающий от выходного вала КПП и при буксировке создающий давление, достаточное для включения гидромуфт и передачи момента с выходного вала на двигатель.

Разновидностью первого способа является ручное раскручивание одного из ведущих колёс автомобиля (например, при помощи намотанного троса), предварительно вывешенного с помощью домкрата при включённой одной из верхних передач, для защиты рук при этом необходимо использовать рукавицы. Главной особенностью способа является возможность запуска двигателя водителем в одиночку. Другое колесо стоит на земле, но на него вращение передаваться не будет благодаря дифференциалу.

При разряде аккумулятора можно подключиться к аккумулятору другого автомобиля (это называется «прикурить»). Делать это рекомендуют при неработающем двигателе автомобиля-донора, чтобы его электронная система не вышла из строя. Операция имеет смысл при исправности заводимого двигателя и его генератора.

Для запуска двигателя после кратковременного выключения предлагался маховик-накопитель: раскручиваемый двигателем при движении, он затем позволяет запустить двигатель, не разряжая аккумулятор.

В авиации и других областях нашёл заметное применение инерционный стартёр с предварительной раскруткой маховика от руки через редуктор или от маломощного электро- или пневмодвигателя. Ручной инерционный стартёр позволял запускать силами одного-двух человек двигатели мощностью в несколько сотен л. с. без декомпрессии; в частности, таким стартёром дополнялась система пуска известных немецких танков «Тигр» и «Пантера».

Запуск с авторотации

Запуск авиационного поршневого и газотурбинного двигателей возможен в полёте при авторотации. Набегающий поток раскручивает через воздушный винт или турбину вал двигателя, при этом частота вращения вала увеличивается достаточно для обеспечения запуска. Запуск при авторотации является единственным способом запуска двигателя в полёте при отказе системы запуска. Невозможен запуск с авторотации вертолётных двигателей по причине наличия в трансмиссии муфты свободного хода и турбовинтовых двигателей со свободной турбиной. Для запуска с авторотации поршневого или классического турбовинтового двигателя воздушный винт должен иметь систему частичного расфлюгирования.

«Экзотические» способыПравить

Немецкая фирма Bosch опубликовала в 2000 году результаты экспериментов по исследованию возможности прямого (без внешнего прокручивания) запуска бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива. Суть заключается в следующем: в неработающем двигателе с 4 и более цилиндрами в одном из цилиндров поршень стоит в начале рабочего хода. Зная положение коленчатого вала, можно рассчитать объём воздуха в этом цилиндре, впрыснуть туда необходимую дозу топлива и поджечь его искрой. Поршень начнёт двигаться, вращая коленчатый вал. Далее процесс развивается лавинообразно и двигатель запускается. Эксперимент был признан удачным, но, как заявляет руководство фирмы Bosch, до применения Direct Start на серийных автомобилях ещё далеко. По крайней мере, по состоянию на 2022 год информации о практическом применении Direct Start нет.

Зажигание, системы питания и смазки при запускеПравить

Для двигателей с искровым зажиганием актуальна также проблема электроснабжения системы зажигания в момент запуска. Автомобильные генераторы с независимым возбуждением не могут работать без внешнего источника постоянного тока, поэтому, например, мотоциклы «ИЖ» и «Урал» не заводятся при разряженном аккумуляторе, хотя запуск производится кик-стартером, а не электростартером. Эта проблема решается использованием генератора с возбуждением от постоянных магнитов (как на мотоциклах «Минск» и «Восход» и всей современной лёгкой мототехнике) или магнето, которые дают ток сразу, однако такие генераторы имеют меньшую мощность. Проблема становится намного слабее при использовании электронного зажигания, но и оно неспособно работать при полностью разряженной аккумуляторной батарее. Это значит, что даже при вращающемся моторе (например, буксируемая машина) искры не будет.

В дизельных двигателях, где на рабочих режимах распылённое топливо воспламеняется от воздуха, нагретого сжатием в цилиндре, для упрощения холодного пуска часто применяются свечи накаливания — низкоомные спирали внутри камеры сгорания, нагреваемые током от аккумулятора до выхода двигателя на устойчивую работу.

Кроме проблем с энергетикой системы зажигания, существует также проблема со смесеобразованием при пуске холодного двигателя.
При низких температурах топливо плохо испаряется. Чтобы не допустить обеднения рабочей смеси, в систему питания вводятся различные пусковые устройства (воздушная заслонка в карбюраторе; утопитель поплавка на старых мотоциклах; клапан дополнительной подачи топлива с задержкой отключения после пуска) или увеличивается подача впрыска. Неиспарившийся излишек бензина попадает в цилиндры в виде капелек, которые оседают на холодных внутренних поверхностях. Топливо может «залить» свечу зажигания, вызывая утечку тока по мокрому изолятору свечи и, тем самым, отсутствие искрового пробоя или значительное ослабление искры. Бензин, стекающий по стенкам цилиндра, смывает масляную плёнку, и без того недостаточную после стоянки, вызывая очень заметный дополнительный износ ЦПГ, вплоть до задира поршней.

В современных автомобилях производителем нередко предусмотрен режим «продувки» цилиндров, при котором прекращается активная подача топлива, а работа поршней освобождает объём от излишков топлива. Чтобы использовать данный режим необходимо до упора выжать педаль газа и начать прокручивать стартер. На некоторых мотоциклах для этой цели на цилиндрах стоит клапан декомпрессора.

Для пуска двигателя при низких температурах применяются различные «пусковые жидкости» на базе эфира, известного своей летучестью (температура кипения 34 °C) и лёгкостью воспламенения. Такую жидкость впрыскивают из аэрозольного баллончика во впускной коллектор непосредственно перед попыткой пуска. На северные и военные версии некоторых автомобилей система впрыска эфира при запуске устанавливается штатно.

В системе смазки при пуске, особенно холодного двигателя, также возникают проблемы. При первых оборотах детали двигателя работают фактически без принудительной смазки, пока не наполнятся каналы подачи масла и не образуется масляный туман в картере. В сменном масляном фильтре имеется обратный клапан, не дающий маслу стекать из каналов на стоянке; своевременная замена фильтра важна и с точки зрения сохранения свойств резинки клапана. На морозе масло густеет, и насос не сразу начинает подавать его в полном объёме. Поэтому могут возникнуть задиры основных трущихся пар при резкой даче «газа» сразу после старта. Во избежание этого явления на больших и сложных двигателях иногда применяется предварительный подкачивающий электронасос, работающий параллельно с основным. Обычные моторы автомобилей и мотоциклов следует просто заводить в соответствии с инструкцией производителя, и при проблемах — не «газовать», как только «схватило», а отрегулировать двигатель и устранить обнаруженные неисправности.

Предпусковой подогревательПравить

Для облегчения пуска при минусовой температуре, а также для предотвращения замерзания охлаждающей жидкости (особенно воды) на длительной стоянке на двигатель может быть установлен предпусковой подогреватель. Тепловая мощность его, как правило, единицы киловатт, что позволяет за разумное время (порядка получаса) довести температуру блока перед пуском до близкой к рабочей. Чаще всего представляет собой включённый в систему охлаждения автономный автоматизированный котёл с горелкой на том же топливе, что и сам двигатель; на стоянке играет ещё и роль автономного отопителя. Может также быть электрическим — отдельным или встроенным непосредственно в блок цилиндров (в последнем случае не нужен дополнительный циркуляционный насос), с питанием от внешней электросети. Известен вариант с теплообменником, получающим тепло, в том числе бросовое низкотемпературное, от централизованной отопительной или паровой системы предприятия. У предварительно подогретого двигателя не только облегчается пуск, но и радикально уменьшается пусковой износ (за счёт исключения конденсации топлива на стенках цилиндров и работы системы смазки сразу с маслом нормальной температуры и вязкости), что в северных условиях решающим образом сказывается на долговечности двигателя, и даже в умеренном климате вполне может оправдать затраты на установку и питание подогревателя. Следует иметь в виду, что автоматика автономного котла потребляет от аккумулятора мощность порядка 10-30 ватт — это может оказаться критичным при долгой работе на стоянке.

• Устройство пружинного стартера. Дата обращения: 28 июня 2015. Архивировано 30 июня 2015 года.
• Например, стартёр СТ368 автомобиля ЗАЗ-968 имеет мощность 1,1 л. с., сила тока холостого хода 65 А, сила тока при полном торможении (момент начала пуска) 330 А; стартёр СТ142 автомобилей «КАМАЗ» имеет мощность 10,5 л. с., сила тока холостого хода 130 А, сила тока при полном торможении 800 А (напряжение питания = 24 вольта). Данные из «Краткого автомобильного справочника» Государственного научно-исследовательского института автомобильного транспорта, Москва, 1983 год.
• Запуск двигателя гоночного автомобиля en:Blitzen Benz 1909 года объёмом 21 литр вручную Архивная копия от 19 апреля 2017 на Wayback Machine.

Система электростартерного пуска

Система электростартерного пуска, частью которой является стартер, предназначена для пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля. Стартер должен обеспечить необходимые для пуска ДВС обороты его коленвала. Требованиями по холодному пуску для двигателей автомобилей ВАЗ принята температура минус 27º С. Минимальные пусковые обороты, которые должна обеспечить система пуска для карбюраторных двигателей автомобилей ВАЗ 60 мин–1, для двигателей с системой ЭСУД – 80 мин–1. Кроме того, величина оборотов, при которых двигатель запустится при указанной температуре, зависит от многих факторов: применяемого сорта масла, марки бензина, состояния системы зажигания и т.д.

Электрическая схема системы управления электростартерным пуском, применяемой на автомобилях ВАЗ, приведена на рис. 3.1. После поворота ключа замка зажигания в пусковое положение его контакты 2 замыкаются и подключают обмотки 3 и 4 тягового реле стартера к аккумуляторной батарее 1. Под действием намагничивающей силы втягивающей 3 и удерживающей 4 обмоток якорь реле втягивается и при помощи рычажного механизма вводит шестерню привода в зацепление с венцом маховика двигателя внутреннего сгорания (ДВС). В конце хода якоря замыкаются силовые контакты 5 реле и включают цепь питания стартерного электродвигателя 6. Силовые контакты 5 замыкаются прежде, чем шестерня привода полностью до упора на валу якоря войдет в зацепление. Однако, как только якорь электродвигателя начнет вращаться и привод передавать вращающий момент коленчатому валу ДВС, в винтовых шлицах вала якоря и шлицевой втулке привода возникает осевое усилие, которое перемещает шестерню до упора и удерживает ее во включенном состоянии до тех пор, пока она является ведущей.

Наиболее тяжелым для работы тягового реле является случай, когда зуб шестерни 1 (рис. 3.2) упирается в зуб венца маховика ДВС. Реле в этом случае изгибает пружинный рычаг 2, используемый в качестве пружины привода стартера, и замыкает силовые контакты 3. Якорь электродвигателя 4 стартера совместно с приводом 5 начинает вращаться и шестерня 1 под действием пружинного рычага входит в зацепление в тот момент, когда зуб шестерни находится против впадины зубчатого венца маховика ДВС. Применение винтовых шлицев в сопряжении вал якоря – направляющая втулка привода позволяют уменьшить усилие и ход якоря реле. Это способствует сокращению его габаритов и массы. Шлицевое соединение вала якоря электродвигателя стартера с приводом упрощает выход шестерни из зацепления. Когда маховик работающего двигателя становится ведущим, направление осевого усилия в шлицах меняется и шестерня отжимается от маховика. Однако осевое усилие в шлицах недостаточно для преодоления силы притяжения якоря электромагнита тягового реле. Поэтому шестерня

остается в зацеплении до тех пор, пока водитель не отключит тяговое реле от источника питания.

Рис. 1. Электрическая схема системы управления электростартерным пуском

После пуска ДВС может быстро развить большие обороты. Роликовая муфта свободного хода (привод стартера) 5 передает момент только в одну сторону, только когда стартер прокручивает двигатель, тем самым устраняет возможность раскручивания якоря электродвигателя стартера после пуска ДВС до недопустимо больших оборотов до тех пор, пока шестерня не выйдет из зацепления; таким образом, предотвращается разрушение якоря центробежными силами.

Рис. 2. Общий вид

После размыкания контактов замка зажигания ток проходит от плюса АБ (Кл.30) через замкнутые силовые контакты тягового реле по втягивающей и удерживающей обмоткам на массу. Т.к. число витков обмоток реле (втягивающей и удерживающей) одинаково, а включены они встречно и последовательно (величина проходящего тока по втягивающей и удерживающей обмоткам одно и то же), создаваемые намагничивающие силы равны и направлены встречно. В результате магнитный поток создаваемый обмотками равен нулю, удерживающее усилие равно нулю, якорь возвращается в исходное положение под действием возвратной пружины тягового реле, силовые контакты размыкаются и шестерня привода связанная с якорем реле рычагом выходит из зацепления с венцом маховика ДВС.

До настоящего времени наиболее часто применялись в основном электродвигатели постоянного тока последовательного возбуждения, поскольку они обеспечивают большой крутящий момент, необходимый для пуска ДВС. Высокая частота вращения таких электродвигателей на холостом ходу, «помогает» двигателю развить обороты до оборотов холостого хода.

Однако достигнутый ныне уровень технологии магнитных материалов позволяет использовать для стартеров мощностью до 2 кВт, устанавливаемых на легковых автомобилях, постоянные магниты. Правда, из экономических соображений для изделий крупносерийного производства, которыми являются стартеры, речь может идти только о ферритовых магнитах, которые имеют относительно невысокую цену.

Дополнительный встроенный редуктор, в основном выполняется в виде планетарной передачи. Встроенный редуктор позволяет применить электродвигатель стартера с повышенными оборотами, которые затем понижаются редуктором и на выходном валу стартера получить нужный крутящий момент. Чем выше скорость вращения якоря электродвигателя, тем меньше его габариты и масса. Таким образом, применение электродвигателя с повышенными оборотами и встроенным редуктором, за счет усложнения конструкции можно получить стартер меньших габаритов и массы, что очень важно, как для экономии материалов, так и снижения массы автомобиля, что позволяет уменьшить расход топлива.

На легковых автомобилях, малотоннажных грузовиках и микроавтобусах в стартерах применяется привод, содержащий механизм свободного хода, выполняемый в виде роликовой муфты. На более тяжелых грузовиках и автобусах в качестве механизма свободного хода используется многодисковая муфта или храповая муфта с торцевыми зубьями. На всех современных стартерах включение электродвигателя и ввод шестерни в зацепление с венцом маховика ДВС производится тяговым реле.

Внешние факторы, которые могут быть весьма неблагоприятными:

— – вибрация с большими, от 50 g до 60 g, ускорениями;

— – нагрев до высокой, от 150 °С до 180 °С, температуры из–за близости выхлопной трубы;

— – коррозия под действием воды, грязи, масла, соли. В связи о этим иногда стартеры проектируют с узлами усиленной конструкции, рассчитанными на усложненные условия работы.