Устройство автомобилей

Схемы включения обмоток стартера

Независимое и параллельное возбуждение

Если обмотка якоря электродвигателя и обмотка возбуждения подключены к различным источникам питания, данный двигатель называют двигателем с независимым возбуждением. Механические и электромеханические характеристики такого двигателя аналогичны характеристикам двигателя с параллельным возбуждением (рис. 1), так как у него ток возбуждения I_в также не зависит от тока якоря I_я .

Из графиков, представленных на рис. 1, б и 1, в видно, что такие электродвигатели характеризуются малой зависимостью частоты вращения якоря от развиваемого вращающего момента, тогда как для стартерного электродвигателя предпочтительнее обратно пропорциональная зависимость между частотой вращения и развиваемым моментом в определенном интервале частот, характерных для режима пуска ДВС.

Последовательное возбуждение

В электродвигателях с последовательным возбуждением обмотка возбуждения подключается последовательно с обмоткой якоря, и поэтому ток в этих обмотках одинаковой величины: I_я = I_в (рис. 2). Следовательно, магнитный поток Ф двигателя является некоторой функцией тока якоря I_я .
Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки двигателя. При токе якоря I_я меньше 0,8…0,9 номинального тока якоря ( I_ном ), когда магнитная система машины насыщена, можно считать, что поток линейно зависит от тока якоря I_я :

где k_ф – коэффициент пропорциональности, имеющий размерность индуктивности, остается практически постоянным в значительном диапазоне нагрузок.

При дальнейшем возрастании тока якоря поток Ф растет медленнее, чем ток якоря, и при больших нагрузках можно считать величину потока Ф постоянной. В этом случае скоростная и моментальная характеристики становятся линейными аналогично характеристикам двигателя с независимым возбуждением.

Механическая характеристика двигателя с последовательным возбуждением является «мягкой» (рис. 2). При малых нагрузках частота вращения вала n резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет вразнос). Несмотря на этот недостаток, такие двигатели находят широкое применение в различных электрических приводах, где имеют место изменение нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска. В частности, большинство стартерных электродвигателей имеют последовательное возбуждение.

Объясняется это тем, что «мягкая» характеристика рассматриваемого двигателя более благоприятна для указанных условий работы, чем «жесткая» характеристика двигателя с параллельным возбуждением. При «жесткой» характеристике частота вращения n почти не зависит от момента (рис.1, в).
При «мягкой» характеристике двигателя с последовательным возбуждением частота вращения n обратно пропорциональна М , вследствие чего мощность электродвигателя рассчитывается по формуле:

где С₄ – постоянная.

Поэтому при изменении нагрузочного момента в широких пределах, что характерно для пуска ДВС, мощность Р_с , а следовательно, и электрическая мощность Р_э = I_яU_я , и ток I_я у двигателей с последовательным возбуждением изменяются в меньших пределах, чем у двигателей с параллельным возбуждением. Кроме того, они лучше переносят перегрузки.

В электродвигателе со смешанным возбуждением (рис. 3) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения (рис. 3, а): параллельной (ОВ1) и последовательной (ОВ2). Поэтому его механическая характеристика (рис. 3, в; кривые 3, 4) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением.

Одним из достоинств двигателя со смешанным возбуждением, которые используются в некоторых конструкциях стартеров, является то, что он, обладая «мягкой» механической характеристикой, может работать на холостом ходу, так как частота вращения холостого хода имеет конечное значение.

Таким образом, в стартерах используются двигатели постоянного тока с последовательным и (в отдельных случаях) со смешанным возбуждением.
На рис. 4 представлены схемы внутренних соединений некоторых стартеров отечественного производства.

Возбуждение от постоянных магнитов

В последние годы на стартерах стали применять электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов, которые имеют пониженное энергопотребление вследствие отсутствия тока возбуждения. Однако такие стартеры имеют недостатки, характерные для электродвигателей с независимым (параллельным) возбуждением.
Кроме того, материал для изготовления постоянных магнитов пока еще очень дорогой, поэтому постоянные магниты вместо обмотки возбуждения в настоящее время используются только для небольших стартеров легковых автомобилей.

Использование в стартерных электродвигателях постоянных магнитов для возбуждения потока дает снижение нагрузки на аккумуляторную батарею при пуске ДВС в связи с тем, что такой электродвигатель имеет малый момент и потребляет малые токи.
Повышается возможность пуска двигателя при низких температурах, снижается выходная мощность при малых нагрузках. Кроме того, такие стартера имеют меньшие габариты, по сравнению со стартерами, имеющими обмотку возбуждения.

Однако высокая частота вращения, характерная для таких двигателей в любом нагрузочном режиме, а также относительно небольшой развиваемый вращающий момент повлекли применение на таких стартерах дополнительной механической передачи, уменьшающей частоту вращения якоря и увеличивающего вращающий момент, передаваемый коленчатому валу ДВС. Обычно в качестве дополнительной механической передачи используется планетарный зубчатый редуктор, конструкция которого отличается компактностью.

К недостаткам, присущим стартерам с возбуждением от постоянных магнитов можно добавить тяжелые условия работы муфты свободного хода и щеточно-коллекторного узла электродвигателя, повышенный шум из-за высокой частоты вращения и наличия редуктора. Применение стартеров с редукторами потребовало изменить технологию их изготовления. В частности, для увеличения механической прочности вращающихся частей стали применять более прочную изоляцию обмоток якоря, пайка соединений в главных цепях заменена сваркой, производится точная балансировка вращающихся частей и т. п.

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.

Устройство и принцип работы стартера

Большинство водителей очень быстро переходят от желания просто ездить к желанию проводить самостоятельно некоторые ремонтные работы своего авто. Для того чтобы совершенствовать свой автомобиль нужно знать принцип его работы и внутренне устройство. А приступить к изучению лучше с самого начала, то есть со стартера автомобиля – то, без чего движение ТС изначально невозможно.

Стартер, его назначение

Стартер – это устройство относительно маленьких размеров, которое, в силу своей конструкции, преобразовывает электрический поток энергии в механический. Из самого названия следует, что служит деталь для запуска двигателя.

Визуально, стартер – это небольшой мотор постоянного тока, который имеет механический привод. Он запускает первичное движение коленвала с частотой, необходимой для запуска ДВС и является обязательно составляющей электрического оборудования транспортного средства.

Если разбирать структуру стартера более детально, то можно понять, что он выглядит как четырехполюсный двигатель. Питает такой мотор аккумулятор автомобиля – сразу после поворота ключа зажигания, на клемму реле поступает ток. Мощность у элемента бывает разная, но производители предусматривают для большинства бензиновых ДВС стартеры на 3кВт. Напряжение от АКБ автомобиля значительно усиливает работу электромотора.

Поскольку, в идеале, стартер – единственный способ завести двигатель, автомобильные производители изобретают массу дополнительных функций и блокирующие механизмы для повышения безопасности при запуске двигателя и снижения риска угона.

К примеру, некоторые модели автомобиля предусматривают запуск двигателя только при выжатом сцеплении. При АКПП включение стартера происходит, только если селектор находится в положении «parking».

Виды стартеров

Среди всего спектра автомобильных деталей выделяют только два типа стартеров двигателя:

1. Без редуктора. Не имея редуктора, такие детали обладают возможностью прямого воздействия на шестерню. Кроме того, после момента получения тока на контроллер, стартер обеспечивает более быстрое зажигание, за счет мгновенной цепкости шестерни и маховика. Такие устройства имеют большое преимущество в виде простой конструкции, легкой возможности ремонта и очень низкой вероятности поломки из-за влияния электричества. Однако среди недостатков автомобилисты выделяют иногда перебойную работу в условиях низкой температуры.

1. С редуктором. Казалось бы, после большого списка преимуществ безредукторного стартера, выбор можно остановить, но нет. Большинство специалистов настаивают на эксплуатации стартера с редуктором. За счет последнего эффективная работа возможна, даже если заряд АКБ на исходе. Сниженная потребность тока усиливается наличием постоянных магнитов. Подобный тандем снижает вероятность проблем с обмоткой практически к нулю. С другой стороны, продолжительная эксплуатация такого устройства чревата поломками основной шестерни. Хотя чаще к этому приводит производственный брак.

Внутреннее устройство и особенности

ДВС генерирует энергию для работы при помощи оборотов коленвала. Другие электрические системы транспортного средства работают от этой же энергии. Чтобы запустить ТС с неподвижной точки необходимо правильное взаимодействие электродвигателя и внешнего источника – аккумулятора.

Общий тандем обеспечивается благодаря некоторым составляющим:

• Якорь. Имеет запрессованный сердечник и несколько коллекторных пластин. Основа изготовляется из легированной стали.
• Щетки и держатели. По ходу главного цикла, щетки способствую повышению мощности. В первую очередь, служат для подачи рабочего напряжения на набор пластин якоря.
• Реле. Главное назначение втягивающего реле – подача питания от зажигания и выталкивание обгонной муфты. Производители предусмотрели в структуре несколько силовых контактов и специфичную перемычку.
• Непосредственно электромотор. Включает несколько сердечников и обмотки возбуждения; имеет форму цилиндра.
• Бендикс и шестерня. Главный рабочий механизм стартера, который перенаправляет момент вращения на венец маховика ДВС через шестерню при помощи роликового механизма. После запуска система разрывает связь венца маховика и приводной шестерни, сохраняя работоспособность всего устройства.

Подобным образом устроено большинство автомобильных стартеров, хотя могут быть некоторые отличия. В целом, если разобрать элемент, можно насчитать порядка 50 различных составляющих компонентов.

Чаще всего отличия между разными устройствами заключаются в механизме рассоединения шестерен.

В автомобилях с АКПП стартер может иметь несколько дополнительных обмоток, чтобы предотвратить запуск мотора при ходовой позиции селектора.

Принцип работы автомобильного стартера

Автомобильный стартер относится к ряду электромеханических приспособлений ТС. В основе лежит преобразование природы одной энергии в другую, и чтобы в итоге завести двигатель, происходят следующие процессы:

1. Ток попадает на обмотку тягового реле после прохождения по реле стартера, исключительно после замыкания контакта замка зажигания.
2. Якорь взаимодействует с бендиксом. Через втягивающее реле внутри мотора бендикс заставляет венец маховика и шестерню сцепиться.
3. При достижении верхней точки, контакты взаимодействуют для передачи напряжения к обмотке стартера.
4. Движение вала провоцирует запуск ДВС. В момент, когда скорости маховика и вала отличаются в положительную сторону, зацепление прекращается и бендикс возвращается в стартовую позицию за счет пружины.
5. Подача энергии прекращается при повороте ключа.

С виду может показаться, что механизм работы стартера достаточно запутан, но это чувство преследует водителя до первого самостоятельного ремонта элемента.

Возможные проблемы стартера

Естественно, что на стартер приходится гораздо меньше нагрузки, чем на многие другие узлы транспортного средства, но даже при лояльных нагрузках полностью исключить вероятность поломки невозможно.

• Стартер «отказывается» запускаться. Причин для такого поведения устройства может быть несколько, и все они напрямую связаны с внутренней конструкцией элемента – неисправности реле, нарушение контактов или обмотки.
• Медленное движение коленвала. Возможной основой для замедленного вращения вала может стать повышенная вязкость масла, снижение заряда внешнего источника питания или окислением контактов проводов.
• Вращение якоря не приводит в движение коленчатый вал. Скорее всего, подобная неприятность возникает из-за буксировки муфты свободного хода привода или помехи в передвижении элемента по винтовой нарезке вала.
• Скрежет шестерни. За нехарактерным поведением шестерен стоит неправильно отстроенное замыкание контактов или задиры на зубчиках венца маховика ДВС. Маловероятной, но все-таки причиной, может быть ослабление пружины привода.
• Излишне продолжительная работа стартера. Специалисты считают, что причина кроется в заедании замка зажигания или обмотки в структуре стартера, неправильная работа контактов.
• Усиление шума. Нехарактерные громкие звуки появляются по причине ослабевания креплений деталей стартера или из-за медленного выхода шестерни из зацепления.

Проблем в работе стартера лучше не допускать. Естественно, что практически любую его поломку можно компенсировать грамотным ремонтом, но правильнее будет приобрести новое исправное устройство, не стараясь при этом сэкономить на стоимости элемента.

Чтобы разбираться в пусковой системе автомобиля, необходимо не только знать устройство стартера, но и разбираться в его технических характеристиках: напряжение, мощность, потенциальная скорость движения вала, величина крутящего момента и необходимый ток. Естественно, что любые знания лучше закрепить практикой. Для начала можно ознакомиться с некоторыми видео в сети: