Стартер автомобиля: схема, принцип работы и виды

Стартер и его функции

Автомобильный стартер представляет собой маленький 4-х полосный электродвигатель, который обеспечивает первичное вращение коленчатого вала. Это необходимо для того, чтобы обеспечить необходимую частоту его вращения для запуска двигателя внутреннего сгорания. Как правило, для запуска бензинового двигателя среднего объёма цилиндров необходимо иметь стартер, который обладает в среднем 3 кВт энергии. Стартер является двигателем постоянного тока и питает энергию от аккумуляторной батареи. Забирая напряжения от аккумулятора, электродвигатель увеличивает свою мощность с помощью 4 щёток, которые являются неотъемлемой частью любого автомобильного стартера.

Виды стартеров

Среди большого количества подобных электромагнитных двигателей различают всего 2 основных вида: стартеры с редуктором и без него.

С редуктором

Многие специалисты советуют использовать стартер с редуктором. Это обусловлено тем, что подобное устройство обладает сниженной потребностью тока для эффективной работы. Такие устройства будут обеспечивать кручение коленчатого вала даже при низком заряде аккумулятора. Также одним из самых важных плюсов такого устройства является наличие постоянных магнитов, которые сводят проблемы с обмоткой статора к минимуму. С другой стороны при длительном использовании такого устройства есть вероятность поломки вращающей шестерни. Но к этому, как правило, приводит заводской брак или попросту некачественное производство.

Без редуктора

Стартеры, которые не имеют устройство редуктора обладают непосредственно прямым действием на вращение шестерни. В данной ситуации владельцы автомобилей, которые имеют без редукторные стартеры выигрывают в то, что такие устройства имеют более простую конструкцию и легко поддаются ремонту (читайте про ремонт стартера своими руками). Также стоит отметить, что после подачи тока на электромагнитный включатель происходит моментальное сцепление шестерни с маховиком. Это позволяет обеспечить весьма быстрое зажигание. Стоит отметить тот факт, что подобные стартеры обладают высокой выносливостью, а вероятность поломки из-за воздействия электричества сведена к минимуму. Но устройства без редуктора имеют вероятность плохой работы при низких температурах.

Принципы работы стартера с редуктором

При подачи тока от аккумуляторной батареи автомобиля, приводимого с помощью замыкания зажигания, на редукторный стартер происходит процесс подачи тока на якорь стартера через редуктор, который увеличивает мощность проходящего напряжения в разы. Далее происходит передача крутящего момента с якоря на шестерню. Всё это также происходит при помощи редуктора, который наделён постоянно работающими магнитами, а специальные щётки, которые способны вырабатывать большее сопротивление чем щётки обычного стартера позволяют обеспечить его постоянную и эффективную работу.

Виды, устройство и принцип работы стартера автомобиля

Для успешного запуска двигателя внутреннего сгорания необходимо устройство, которое придаст кривошипно-шатунному механизму начальный импульс, то есть провернет маховик до нужных оборотов. Таким устройством является стартер и именно он отвечает за пуск двигателя. В статье подробно рассмотрим устройство и принцип работы стартера автомобиля, а также его возможные неисправности.

Устройство стартера

Стартер автомобиля представляет собой электродвигатель. Он преобразует электрическую энергию от аккумулятора в механическую работу, которая приводит в движение маховик и коленчатый вал, для начала процесса движения поршней. Стартером оборудованы все двигатели.

Стартер автомобиля

Принцип работы устройства основан на законах физики, которые известны со школьной скамьи. Если между двумя полюсами магнита поместить проволочную рамку с двумя концами, а потом пустить через нее ток, то она начнет вращаться. Это и есть самый простой электродвигатель.

Простой автомобильный стартер представляет собой металлический корпус, в котором находятся четыре магнитных сердечника (башмаки). Эти магниты в корпусе и представляют собой статор электродвигателя. Раньше на башмаках наматывалась обмотка возбуждения, на которую подавался электрический ток от аккумулятора. То есть это был классический электромагнит. На современных же устройствах применяются обычные магниты.

Другой важной деталью устройства является якорь. Он представляет собой вал с напрессованным сердечником из электротехнической стали. В пазах сердечника находятся те самые рамки, которые будут вращаться вокруг полюсов магнита. Концы рамок соединены с коллектором, к которому подходят четыре щетки – две положительные от АКБ и две отрицательные, которые будут идти к массе.

В закрывающей задней крышке находятся щеткодержатели с пружинками, которые постоянно поддавливают щетки к коллектору для обеспечения контакта. Также в задней крышке установлена опорная втулка якоря или подшипник.

Устройство обычного стартера

На металлическом корпусе находится входной контакт. К этому контакту подключается плюсовая клемма аккумулятора (+). Ток проходит по рамкам якоря и выходит на отрицательные щетки массы. Масса соединяется с отрицательной клеммой аккумулятора. Таким образом, создается магнитное поле вокруг рамок якоря и он вращается.

Плюсовой провод АКБ, который подходит к стартеру, значительно толще остальных. По этому проводу подается пусковой ток, равный примерно 400А.

Ток от аккумулятора на стартер не может подаваться постоянно. Он нужен только в момент запуска двигателя. Поэтому между плюсовым проводом аккумулятора и контактом стартера есть так называемый медный пятак, который замыкает контакты.

На валу якоря также выполнено шлицевое соединение, на котором находится направляющая втулка и бендикс с шестерней с возможностью осевого перемещения. Это движение обеспечивает контакт шестерни непосредственно с зубчатым венцом маховика. Простыми словами можно сказать, что бендикс подходит к маховику, проворачивает его, сколько это необходимо, а потом отходит обратно.

Стартер в разрезе

Но бендикс не перемещается по валу самостоятельно. Это делает другой электромагнит меньшего размера – втягивающее реле. От реле к шестерне подходит вилка, которая и толкает бендикс. К катушке втягивающего подается управляющий ток от аккумулятора через замок зажигания. При включении зажигания катушка намагничивается и втягивает сердечник. Этот сердечник, с одной стороны, связан с вилкой бендикса, с другой – с пятаками, замыкающими контакты электродвигателя. Когда напряжение с катушки втягивающего реле снимается, то вилка вновь втягивается обратно на место, а электродвигатель прекращает свою работу.

Якорь начинает вращение только тогда, когда шестерня уже вошла в зацепление с маховиком.

Основные компоненты

Таким образом, основными составляющими стартера можно назвать:

• магнитный статор;
• вал с якорем;
• втягивающее реле с компонентами (электромагнит, сердечник, контакты);
• щеткодержатель с щетками;
• бендикс с шестерней;
• вилка;
• элементы корпуса.

Принцип работы

Учитывая устройство стартера, рассмотрим его работу пошагово:

1. Водитель включает зажигание и на втягивающее реле подается управляющее напряжение. Катушка реле намагничивается и перемещает сердечник.
2. Сердечник подводит бендикс и шестерню к маховику при помощи вилки и в конце своего хода замыкает контактные пятаки на электродвигатель.
3. Пусковой ток подается на обмотку якоря, который начинает вращаться в магнитном поле статора. Стартер начал работать.
4. Двигатель запустился, водитель повернул ключ из положения пуска. Управляющий ток перестал подаваться на втягивающее реле, пятаки разомкнулись, а бендикс с шестерней вернулся в исходное положение под действием возвратной пружины. Стартер прекратил свою работу.

Устройство бендикса

Бендикс представляет собой довольно интересное устройство. Иногда его называют муфтой свободного хода или обгонной муфтой.

Для запуска двигателя нужно, чтобы маховик вращался не медленнее, чем 100 об/мин. Так как шестерня стартера намного меньше зубчатого венца маховика, ей нужно вращаться в 10 раз быстрее, чтобы придать маховику необходимое ускорение. Это 1000 об/мин.

Когда двигатель заводится, маховик начинает вращаться очень быстро. Он передает это быстрое вращение на шестерню. Нетрудно посчитать, что скорость вращения шестерни при этом будет уже 10 000 об/мин. Если на вал стартера передалось такое ускорение, то он бы не выдержал. Именно для этого и нужен бендикс. Он передает вращение от шестерни на маховик, но не передает его обратно от маховика на шестерню.

Бендикс в разборе

Сам бендикс состоит из двух частей: шестерни и корпуса. Внутренняя обойма шестерни входит в корпус с внешней обоймой. Внутри этой обоймы находятся четыре ролика с пружинками. Корпус бендикса вращается через вал стартера. При вращении внутренняя обойма шестерни как бы заклинивает в корпусе и вращается, а при вращении шестерни от маховика эти ролики расходятся и не передают вращение на вал. Сам вал стартера при этом вращается с прежней скоростью.

Виды стартеров

Как было описано выше в современных стартерах применяются не башмаки с обмоткой возбуждения, а магниты. Магниты в качестве статора позволяют значительно уменьшить габариты устройства. При этом частота вращения якоря повышается. Поэтому иногда применяется редуктор.

Исходя из этого, стартеры делятся на:

• редукторные;
• простые (безредукторные).

С устройством и работой простого стартера мы уже познакомились. Работа редукторного основана на тех же принципах, что и простого, но имеет немного другое устройство. Крутящий момент от якоря вначале поступает в планетарный редуктор, который его преобразует, и далее на вал бендикса. Вращение от якоря на шестерню передается через водило планетарного механизма.

Этот вид стартера имеет следующие преимущества:

• более высокий КПД;
• меньшее потребления тока;
• небольшие размеры;
• запуск двигателя даже при низком заряде аккумулятора.

Но такая конструкция сказывается на сложности ремонта.

Основные неисправности

Все возможные виды неисправностей стартера можно разделить на механические и электрические.

С механическими узлами может быть связано:

1. Залипание контактных пятаков.
2. Износ подшипников и удерживающих втулок.
3. Износ роликов бендикса.
4. Заклинивание вилки или сердечника втягивающего реле.

Проблемы с электрикой:

1. Выработка щеток и пластин коллектора.
2. Обрыв цепи в обмотке башмаков (статора) или втягивающего реле.
3. Замыкание и перегорание обмоток.

Щетки и втягивающее реле не ремонтируются. Эти детали меняются на новые. Ремонт обмотки лучше доверить квалифицированному автоэлектрику.

Стартер – это довольно сложный механизм, который требует внимания от водителя. Любые шумы и скрежет лучше оперативно устранять. Но несмотря на общую сложностью устройства, принцип его работы очень простой. Поняв его, можно самостоятельно устранить многие неисправности.

Устройство автомобильного стартера

Для запуска двигателя автомобиля необходимо обеспечить условия для воспламенения топливовоздушной смеси. И одним из таких условий является раскручивание коленчатого вала хотя бы до минимально необходимых оборотов, чтобы в цилиндрах прошли рабочие процессы. Для проворачивания колен. вала применяется сторонний источник механической энергии. Им выступает силовой электродвигатель, получивший название «стартер».

Основные составные части

По сути, автомобильный стартер – это доработанный электрический двигатель постоянного тока с коллекторно-щеточным узлом. В конструкцию дополнительно входит механизм управления, обеспечивающий включение и выключение электромотора и исполнительный механизм, в задачу которого входит воздействие на маховик коленчатого вала.

Механизмом управления выступает втягивающее реле. Оно выполняет одновременно две задачи:

1. Замыкает электрическую цепь и обеспечивает подачу напряжения на электродвигатель.
2. Вводит в зацепление шестерню исполнительного механизма с зубчатым сектором маховика.

Составными частями втягивающего реле является обмотка и якорь. Последний посредством вилки связан с исполнительным механизмом.

Исполнительный механизм, используемый в конструкции автомобильного стартера, называется бендиксом. Основной его элемент — приводная шестерня, передающая вращение вала электродвигателя на маховик. Эта шестеренка в классической конструкции стартера расположена на валу ротора электромотора и имеет с ним шлицевое подвижное соединение. Оно дает возможность перемещаться шестеренке по валу и передает усилие.

В конструкцию бендикса входит обгонная муфта, предотвращающая обратную передачу усилия. Дело в том, что после запуска двигателя скорость вращения коленвала превышает обороты ротора стартера. При этом водитель не всегда успевает среагировать и отключить стартер. В результате из-за зацепления шестерен происходит обратная передача усилия – от маховика на стартер, что приводит к повреждению последнего. Чтобы этого не произошло и используется обгонная муфта, которая в случае превышения оборотов вращения ротора разрывает его связь с приводной шестеренкой бендикса.

Для запитывания стартера используется две электрические цепи. Первая из них – прямая от аккумулятора к электромотору. Стартер в процессе работы потребляет большое количество электроэнергии. Поэтому для снижения потерь напряжение на электродвигатель подается напрямую при помощи медного кабеля большого сечения.

При этом эта цепь является постоянно разомкнутой во втягивающем реле, что исключает самовольное включение эл. двигателя.

Вторая цепь используется для запитки втягивающего реле. В ней потребление энергии незначительное, поэтому используется обычная проводка. В этой цепи также имеется разрыв – в замке зажигания.

Эти электрические цепи задействуются последовательно. Сначала замыкается вторая цепь, что обеспечивает срабатывание реле, а оно затем замыкает первую цепь.

Принцип работы

При повороте ключа водитель замыкает цепь запитки втягивающего реле. Электрическая энергия поступает на обмотку реле, что приводит к образованию магнитного поля. Это поле воздействует на якорь, и он втягивается внутрь реле. Смещаясь, он тянет за собой вилку и перемещает бендикс по роторному валу, приводная шестеренка входит в зубья маховика.

Втягивающее реле также размыкает первую цепь – питания электродвигателя. С внешней стороны на нем имеется два вывода для подключения кабеля, идущего от АКБ, и шины, по которой поступает напряжение на электромотор. С внутренней стороны корпуса реле к этим выводам подсоединены контакты, прозванные пятаками. Эти два вывода, не контактирующие между собой, и являются разрывом цепи питания мотора.

При срабатывания реле якорь после втягивания замыкает пятаки, напряжение подается на двигатель, и он включается. При этом шестерня бендикса уже введена в зацепление.

После запуска силовой установки, когда обороты коленвала превышают скорость вращения ротора, срабатывает обгонная муфта, разъединяя бендикс с валом, они начинают вращаться по отдельности.

Видео: Принцип работы стартера

После отпускания ключа зажигания цепь питания втягивающего реле прерывается. Магнитное поле пропадает и пружина, установленная в реле, возвращает якорь на место, размыкая пятаки и выводя из зацепления бендикс – стартер отключается.

Типы и их особенности

Выше описана классическая конструкция стартера. Она отличается тем, что бендикс посажен напрямую на вал ротора. Такой тип сейчас считается устаревшим. Такая конструкция требует использования электродвигателя со сниженной скоростью вращения и повышенным тяговым усилием. Из-за этого стартер был массивным и значительным по размерам.

Более современной считается конструкция стартера, которая включает в себя редуктор.

Редуктор в конструкции обеспечивает изменение передаточного соотношения. То есть, этот элемент преобразовывает скорость вращения в тяговое усилие. Поэтому нет надобности использовать мощные электродвигатели, да еще и со сниженными оборотами. Использование редуктора позволило уменьшить размеры стартера и обеспечить уменьшенное потребление электроэнергии.

В конструкции редукторных стартеров применяются разные типы редукторов, но наибольшее распространение получила планетарная передача. Она компактна по размерам и достаточно надежна.

В планетарном редукторе используется дополнительный вал, на который посажен бендикс. То есть прямой связи между ним и ротором эл. двигателя нет, но они взаимодействуют между собой через редуктор.

Классический планетарный редуктор состоит из ведущей шестерни (прозванной солнечной), зубчатого венца и водило с сателлитами. Все составные части зацеплены между собой. Отличительной особенностью этого редуктора — это использования каждой составной части в качестве и ведомого элемента.

В случае со стартером в качестве ведущей шестерни выступает солнечная, установленная на валу ротора. Зубчатый венец обездвижен и зафиксирован в корпусе. Выходное вращение с редуктора снимается с водило, к которому прикреплен вал бендикса.

Несмотря на дополнительную составную часть принцип работы редукторного стартера не отличается от классического.

Выпускаются редукторные стартеры и с цилиндрической передачей. Но ввиду более сложной конструкции они встречаются реже, чем изделия с планетарной передачей.

Ещё кое-что полезное для Вас:

Основные виды поломок

В целом все неисправности автомобильного стартера делятся на две категории. Первая из них – механическая. Сюда относятся:

• подгорание пятаков;
• износ подшипников;
• повреждение зубьев ведущей шестеренки;
• подклинивание якоря втягивающего реле;
• разрушение обгонной муфты;
• заклинивание бендикса на валу.

Эти неисправности устраняются обслуживанием и заменой подтвержденных элементов. К примеру, подгоревшие пятаки можно почистить, а подшипники – заменить.

Вторая категория поломок стартера – электрическая. Эти неисправности считаются серьезнее, поскольку некоторые из них трудно устраняются. К ним относятся:

• износ щеток и контактных пластин коллектора;
• обрыв обмоток статора и втягивающего реле;
• замыкание обмоток.

Если щетки заменить несложно, то ремонт коллектора затруднителен, поскольку нужно перепаивать все его пластины. Что касается обрыва и замыкания, то устранить такие поломки может только опытный автоэлектрик. При этом нередко отремонтированный двигатель снова ломается, поэтому иногда лучше заменить узел, чем ремонтировать. Реле же при электрических поломках не ремонтируется, а заменяется.

Что касается редукторных стартеров, то редуктор также может выйти из строя. Его «слабым местом» является зубчатый венец, которые производители часто делают из пластика (для снижения шумности и удешевления производства). Этот венец из-за нагрузок разрушается и редуктор перестает работать. Для восстановление работоспособности стартера заменяется венец. При этом некоторые автолюбители для исключения повторной поломки подбирают и устанавливают венец из металла.

Видео: Стартёр не работает. В чём причина?