Устройство и принцип работы системы запуска двигателя

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.

Запуск двигателя

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:

1. Перед включением стартера на холодную включите дальний свет на несколько секунд. Это запустит химические процессы в батарее, так сказать, «разбудит» аккумулятор.
2. Не крутите стартер больше 10 секунд. Так батарея быстро садится, особенно на морозе.
3. Выжмите полностью педаль сцепления, чтобы стартеру не нужно было крутить дополнительные шестерни в вязком трансмиссионном масле.
4. 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.

Система стартерного пуска

Система стартерного пуска широко применяется на колесных и гусеничных машинах. На последних в качестве резервной (а иногда и основной) используется система пуска двигателей сжатым воздухом. Резервной также является система ручного пуска некоторых карбюраторных двигателей их прокруткой вручную.

Устройством, облегчающим пуск двигателя при температурах окружающего воздуха не ниже -25 °С, является электрофакельный подогреватель воздуха (ЭФП), подключаемый к системе питания топливом двигателя. Принцип его действия основан на испарении топлива в штифтовых свечах накаливания и воспламенении смеси паров топлива и воздуха. Возникающий при сгорании факел подогревает поступающий в цилиндры воздух и облегчает пуск двигателя. Устройство и принцип действия ЭФП будут рассмотрены далее.

Система стартерного пуска двигателя внутреннего сгорания ТС состоит из:

• стартера (электродвигателя постоянного тока, как правило, последовательного возбуждения)
• аккумуляторной батареи
• цепи стартера
• средств облегчения пуска двигателя

Для успешного пуска двигателя стартеру необходимо преодолеть его момент сопротивления, определяемый суммой моментов от сил трения, сжатия воздуха в цилиндрах, момента на привод вспомогательных механизмов двигателя при его прокрутке (работе) и др. Мощность аккумуляторной батареи должна быть достаточной для пуска двигателя с помощью стартера.

При пуске коленчатому валу необходимо сообщить ту минимально возможную частоту вращения, при которой двигатель начинает работать устойчиво. Для карбюраторных двигателей эта частота вращения составляет 50… 100 мин-1, а для дизелей — 120. ..200 мин-1, причем для всех двигателей характерно возрастание минимальной пусковой частоты вращения при понижении температуры окружающего воздуха.

Рассмотрим устройство стартера с электромагнитным приводом и дистанционным управлением. Его конструкция включает в себя корпус 75, якорь 16, крышки 8 и 19. Привод стартера кроме шестерни 11 содержит муфту 12 свободного хода и поводковую муфту 14. При пуске двигателя якорь 4 тягового реле, втягиваясь магнитным полем катушки 3, перемещается влево и посредством рычага 7 заставляет перемещаться муфту 14 привода (вправо) до зацепления шестерни под действием пружины 13 с венцом маховика двигателя. Подвижный контакт 2 тягового реле замыкает цепь аккумуляторная батарея—стартер. Якорь 16 стартера начинает вращаться под действием магнитного поля, приводя во вращение маховик и, следовательно, коленчатый вал двигателя. Вследствие принудительного вращения коленчатого вала и работы всех обслуживающих систем произойдет пуск двигателя.

В случае если после пуска двигателя шестерня не вышла из зацепления с венцом маховика, муфта свободного хода 12 не передаст на якорь 16 воздействие от маховика, частота вращения которого значительно увеличивается.

Как правило, применяются муфты свободного хода роликового типа. Они передают вращение только в одну сторону — от стартера к маховику. В состав такой муфты входит шлицевая втулка 3 привода с внутренними спиральными шлицами для размещения на валу стартера и перемещения вдоль его оси. На втулке укреплена ведущая обойма 5 с четырьмя клиновидными пазами, в которых установлены ролики 6. Ролики постоянно поджимаются пружинами 11 через плунжеры 10 в сторону узкой части пазов. Шестерня 8 выполнена как единое целое со ступицей 7.

При включении стартера вращающий момент от втулки передается посредством заклиненных роликов на ступицу шестерни, раскручивающей маховик двигателя. Таким образом, в момент пуска втулка и шестерня вращаются с одинаковой частотой и являются ведущими деталями по отношению к маховику. После пуска ступица и шестерня станут ведомыми деталями (ведущей деталью будет зубчатый венец маховика), а ролики расклинятся, т.е. выйдут из узкой части пазов. Обойма 5 и шестерня 8 будут вращаться с разной частотой. До тех пор пока шестерня не выведена из зацепления с венцом маховика, она вращается независимо от вала стартера.

Рис. Стартер с электромагнитным приводом и дистанционным управлением:
1 — неподвижные контакты тягового реле; 2 — подвижный контакт; 3 — катушка тягового реле; 4 — якорь тягового реле; 5 — кожух; 6 — заклепка; 7 — рычаг; 8, 19 — крышки; 9 — упорное кольцо; 10 — заглушка; 11 — шестерня привода; 12 — муфта свободного хода; 13 — пружина; 14 — поводковая муфта привода; 15 — корпус статора; 16 — якорь стартера; 17 — катушка возбуждения; 18 — коллектор; 20 — защитный кожух; 21 — пружина щеткодержателя; 22 — щеткодержатель; 23 — графитовая щетка

Рис. Муфта свободного хода роликового типа:
1, 4 — ограничительная и буферная пружины соответственно; 2 — поводковая муфта; 3 — шлицевая втулка; 4 — пружина; 5 — ведущая обойма; 6 — ролик; 7 — ступида (ведомая обойма); 8 — шестерня; 9 — корпус; 10 — плунжер; 11 — пружина плунжера

Кроме тягового реле и главных контактов 1 и 2 дистанционный привод стартера имеет реле включения (вспомогательное реле, работающее по принципу прибора реле-регулятора).

При нажатии на кнопку выключения стартера (у дизельных машин) или повороте ключа зажигания (у ТС с карбюраторным двигателем) включается вспомогательное реле, по обмоткам которого протекает ток малой силы (0,5 А). При замыкании подвижных контактов вспомогательного реле по катушке 3 тягового реле течет ток силой до 15 А. В результате намагничивания обмотки тягового реле якорь 4 перемещается до тех пор, пока не замкнутся контакты этого реле. После замыкания его главных контактов ток от аккумуляторной батареи начинает течь по обмоткам стартера и приводит его вал во вращение. Одновременно шестерня стартера входит в зацепление с зубчатым венцом маховика двигателя ТС.

Особенности систем пуска дизелей можно проследить по схеме системы пуска и электроснабжения автомобилей МАЗ, КЗКТ и др.. Система электропуска состоит из стартера, аккумуляторных батарей, ЭФП, предпускового подогревателя, промежуточного реле и защитной аппаратуры.

Система пуска и электроснабжения выключателя состоит из выключателя приборов и стартера (ключа) 4, стартера Р, генератора 11 с регулятором напряжения и других устройств, которые обеспечивают работу и передачу электрической энергии соответствующим потребителям. В данной системе электроснабжения предусмотрены также выключатель 7 «массы» и кнопка 8 включения выключателя «массы» аккумуляторных батарей 6 (напряжением 12 В каждая), соединенных последовательно.

Работа и электропитание стартера и генератора переменного тока рассмотрены ранее.

Выключатель «массы» аккумуляторных батарей кнопочный дистанционный (находится в кабине водителя). Он служит для отключения батарей от электросистемы машины во время стоянки и при возникновении короткого замыкания в электрических цепях.

Рис. Схема системы пуска и электроснабжения дизеля:
1 — реле блокировки генератора; 2 — предохранитель; 3 — реле стартера; 4 — выключатели приборов и стартера; 5 — блок предохранителей; 6 — аккумуляторные батареи; 7 — выключатель «массы» аккумуляторных батарей; 8 — кнопка включения выключателя «массы» батарей; 9 — стартер; 10 — регулятор сезонной регулировки напряжения; 11 — генератор с регулятором напряжения

В схеме электрооборудования предусматривается блокировка выключения аккумуляторных батарей при работающем генераторе. Она предотвращает перенапряжение в системе электроснабжения потребителей электроэнергии. Выключение аккумуляторных батарей возможно только после отключения обмотки возбуждения генератора от электрической цепи при установке выключателя 4 приборов и стартера в нейтральное положение.

Выключатель приборов и стартера предназначен для подключения к системе электрооборудования приборов и других потребителей электроэнергии. Выключатель имеет четыре положения: 0 — все выключено, I — включены приборы и другие потребители электроэнергии, II — включен стартер, III — включен радиоприемник.

Электрофакельный подогреватель воздуха включается водителем из кабины специальным ключом. Принцип его действия заключается в испарении топлива в штифтовых свечах накаливания и воспламенении образующейся топливной смеси (возникновении горящего факела). Факел подогревает поступающий в цилиндры двигателя воздух, облегчая его пуск. Штифтовые свечи установлены во впускных коллекторах воздуха и соединены топливопроводами с электромагнитным топливным клапаном, расположенным в системе питания двигателя.

При работе ЭФП реле 1 блокировки генератора отключает его обмотку возбуждения до пуска двигателя, чтобы не перегорели спирали штифтовых свечей из-за избыточного напряжения в электросети при работе генератора.

Предпусковой подогреватель используется в зимнее время (при температуре окружающего воздуха ниже °С). Его главный элемент — свеча накаливания, расположенная в полости специальной камеры сгорания, в которую по трубопроводу нагнетается топливо от шестеренного насоса, В камеру поступает воздух, подаваемый вентилятором, и смешивается с топливом. Смесь топлива и воздуха воспламеняется от свечи накаливания. После воспламенения свеча выключается. Сгорая, топливовоздушная смесь нагревает стенки теплообменника, и теплота передается жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя, что облегчает его пуск.