Стартер. Назначение и функциональные особенности

На современных автомобилях для проворачивания коленчатого
вала двигателя црц пуске используют электродвигатели постоян-
ного тока — стургперы. При пуске в начале проворачивания ко-
ленчатого вала момент сопротивления провороту максимальный,
поэтому необходимо использовать двигатели постоянного тока,
имеющие наибольший крутящий момент на малой частоте вра-
щения. Этому условию удовлетворяют сериесные двигатели по-
стоянного тока, т.е. такие, у которых обмотка возбуждения соеди-
нена последовательно с обмоткой якоря, чем и отличается такое
соединение от генератора.

Таким образом» в обмотке якоря и обмотке возбуждения проте-
кает одинаковый ток, который может достигать 200 А и более. По
мере увеличения частоты вращения сила тока в обмотках, а также
крутящий момент на валу якоря уменьшаются. Мощность старте-
ра зависит от момента сопротивления проворачиванию коленча-
того вала и минимальной частоты его вращения, при которой в
цилиндрах происходит воспламенение топливной смеси (пуско-
вая частота). Момент сопротивления проворачивания тем значи-
тельнее, чем больше рабочий объем двигателя.

Для современных карбюраторных двигателей пусковая частота
вращения коленчатого вала составляет 40...50 мин^-1, а для дизе-
лей — 100...250 мин^-1. Мощность стартеров для различных автомо-
билей достигает 1,2...5 кВт и более при напряжении 12...24 В.

Стартер является основным потребителем энергии аккумуля-
торной батареи, и особенности ее работы в стартерном режиме
определяют тип и конструкцию батареи. В связи со значительной
мощностью, потребляемой стартером от аккумуляторной батареи,
отраслевым стандартом ОСТ.003.084—88 рекомендован кратко-
временный режим работы стартеров с длительностью включения
до 10 с при температуре 20 °С.

В случае низких температур допускается длительность работы
стартеров до 15 с для карбюраторных двигателей и до 20 с — для
дизелей.

При низких температурах возрастает сопротивление повороту
коленчатого вала из-за увеличения вязкости масла, поэтому на
некоторых двигателях устанавливают технические средства облег-
чения пуска холодного двигателя, которые также потребляют элек-
трическую энергию аккумуляторной батареи.

Система электростартерного пус-
ка двигателя (рис 44 1) включает в
себя аккумуляторную батарею 2,
выключатель 3 и сам стартер, со-
стоящий из электродвигателя 4,
тягового реле 5 и приводного ме-
ханизма 10, посредством кото-
рого осуществляется связь якоря
электродвигателя с коленчатым
валом двигателя

Тяговое реле стартера — элект-
ромагнитное устройство, тогда как
соединение стартера с приводным
редуктором осуществляется с по-
мощью механического устройства
Тяговое реле обеспечивает дистан-
ционное включение стартера, яв-
ляясь одновременно элементом как
приводного механизма, так и уст-
ройства подключения стартера к
аккумуляторной батарее после при-
соединения якоря стартера к ре-
дуктору, связывающему его с коленчатым валом двигателя

Тяговое реле состоит из тягового электромагнита с обмоткой 7
и якорем 8 Якорь расположен на штоке, с одной стороны которо-
го установлен контактный диск 6 включателя электродвигателя
стартера, а с другой — кинематически связанный со штоком ры-
чаг 11 привода муфты свободного хода с шестерней 12, имеющей
возможность входить в зацепление с зубчатым венцом маховика
7 J двигателя

После замыкания выключателя 3 замка зажигания электричес-
кий ток аккумуляторной батареи 2 поступает в обмотку 7 элект-
ромагнита Магнитным полем обмотки преодолевается сопротив-
ление возвратной пружины 9 и втягивается якорь 8 Якорь с помо-
щью рычага 11 вводит в зацепление с зубчатым венцом маховика
7 J шестерню 12 якоря стартера и в конце своего хода контактным
диском 6 включает электродвигатель стартера

Такой принцип включения применяется почти во всех старте-
рах отечественных и зарубежных автомобилей

Стартеры классифицируют по способу возбуждения электродвига-
теля (последовательное, смешанное или от постоянных магнитов),
конструкции коллектора (радиальным (цилиндрический) или с тор-
цевым расположением щеток), типу механизма привода, способу креп-
ления на двигателе, степени защиты от внешних воздействий

4 5 6 7 8 9 Рис 44 1 Схема электростартер- ного пуска двигателя 1 — стартер в сборе с элементами управления, 2 — аккумуляторная батарея, 3 —выключатель, 4 —элек- тродвигатель, 5—тяговое реле, 6— контактный диск, 7 — обмотка электромагнита, 8 — якорь, 9 — возвратная пружина, 10 — привод- ной механизм, 11 — рычаг, 12 — шестерня, 13 — маховик двигателя

На автомобилях устанавливают электростартеры с электроме-
ханическим принудительным включением шестерни привода

Поскольку после пуска двигателя якорь стартера может развить
большую частоту вращения вследствие передачи вращения от дви-
гателя к якорю, то для защиты от разноса якоря в приводе уста-
навливают муфту свободного хода — роликовую, храповую или
храповично-фрикционную Муфта передает вращение от якоря к
шестерне, входящей в зацепление с зубчатым венцом маховика,
и проскальзывает» когда вращение на шестерню передается от
зубчатого венца маховика двигателя к якорю стартера.

Конструкции стартеров

Типовой конструкцией стартера в виде цилиндрического кор-
пуса можно счщагь стартер CT-130A3, устанавливаемый на дви-
гателях автомобилей ЗИЛ-431410 (рис 44 2)

Цилиндрический корпус 20 является частью магнитной систе-
мы электродвигателя, служит несущей конструкцией для крышек
и вместе с элементами крепления на двигателе воспринимает ре-

Рис 44 2 Электростартер срадиально расположенными щетками / — щетки, 2 — обмотка статора, J — контакты тягового реле, 4 — подвижный контакт, 5 — обмотки тяговогоэлектромагнита 6 — якорь, 7 — тяга, 8 — кожух, 9 — рычаг, 10 — винг регулировки хода шестерни, 11 — крышка со стороны привода, 12 — фильц с заглушкой, 13 — втулка, 14 — замковая шайба, 15 — антифрикционная шайба, 16 —шестерня привода, 17 —муфта свободного хода, 18— промежуточная опора, 19— вал якоря, 20— корпус стартера, 21 — сердеч ник якоря, 22 — коллектор, 23 — крышка, 24 — сердечник обмотки воз буждения

 

активный момент при повороте коленчатого вала. Внутри корпуса
расположен сердечник (полюсные наконечники) 24 с катушками
обмотки возбуждения 2. Всего устанавливают четыре сердечника с
обмотками из медных шин. Один конец каждой обмотки возбуж-
дения подключен к изолированному выводу на корпусе стартера,
а второй — к положительным щеткам.

Сердечник 21 якоря расположен на валу 19, опирающемся на
бронзовые подшипники (вкладыши) скольжения, установленные
в крышках llu 23 корпуса стартера. В некоторых стартерах исполь-
зуют вкладыши, спрессованные из специального антифрикцион-
ного материала. На валу якоря находятся коллектор 22 и пакет
пластин с пазами. В пазах уложена обмотка якоря, состоящая из
отдельных секций, концы которых присоединены к противолежа-
щим панелям коллектора.

На валу якоря с противоположной от коллектора стороны вы-
фрезерованы винтовые канавки, по которым в осевом направле-
нии могут перемещаться привод, состоящий из шестерни для за-
цепления с зубчатым венцом маховика, и муфта 77 свободного
хода. При смещении привода вперед (на рис. 44.2 — вправо) торец
шестерни 16 привода упирается в антифрикционную шайбу /5,
удерживаемую от смещения в сторону крышки корпуса замковой
шайбой 14. Фильц 12 (устанавливается не на всех стартерах) пред-
назначен для смазывания подшипника скольжения. В некоторых
стартерах для этого применяют масленку.

Внутри задней (на рис. 44.2 — левой) крышки стартера ради-
ально расположены четыре щетки 7, укрепленные на изолиро-
ванном щеткодержателе. Прижим щеток к ламелям коллектора
обеспечивается щеточными пружинами.

На автомобилях ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109 устанавливают стартеры
смешанного возбуждения с торцевым расположением щеток кол-
лектора (рис. 44.3). Коллектор — наиболее ответственный узел элек-
тродвигателя. Он подвергается большим механическим, электри-
ческим и тепловым нагрузкам. Коллектор выполнен в виде пласт-
массового диска, в котором залиты медные контактные пластины.
Поверхность коллектора, контактирующая со щетками (рабочая
поверхность), расположена в плоскости, перпендикулярной оси
вращения якоря.

Щетки торцевого коллектора устанавливают в траверсе. Для ее
изготовления применяют, как правило, изоляционный материал
(пластмассу), но могут быть и металлические траверсы с изоля-
цией каждого отдельного щеткодержателя. К рабочей поверхнос-
ти коллектора щетки прижимаются обычными цилиндрическими
пружинами, чем обеспечивается стабильность прижимных сил в
течение практически всего срока эксплуатации стартера. Щетки
изготовляют из медно-графитового материала с добавлением олова
и свинца. Процентное содержание графита в щетках больше у стар-

18 9 10 11 12 13 14 15 28 27 26 25 24 23 Рис. 44.3. Электростартер с торцевым расположением щеток: / — вал якоря; 2и 3 — соответственно замковое и упорное кольца; 4 — шестер- ня;5 — рычат привода; 6— тяга реле;7—заглушка; 8— обмотка возбуждения; 9 — якорь тягового реле; 10 и 15 — корпус и крышка тягового реле; 11 ж 12 — удерживающая и втягивающая обмотки; 13 — сердечник втягивающего реле; 14 — подвижный контакт; 16— контактные болты; 17 — бандаж обмотки якоря; 18 — обмотка якоря; 19 — защитный кожух; 20 — щетка; 21 — подшипник скольжения; 22 — торцевой коллектор; 23 — коллекторная крышка; 24 — якорь стартера; 25 — корпус; 26— поводковая муфта; 27 — передняя крышка; 28 — роликовая муфта свободного хода

 

теров, предназначенных для установки на большегрузные авто-
мобили. У стартеров с торцевым расположением коллектора сни-
жен расход меди на изготовление коллектора, уменьшена длина
стартера.

Вал якоря вращается в двух металлокерамических подшипни-
ках скольжения. Задний подшипник запрессован в крышку стар-
тера со стороны коллектора, передний же вынесен из корпуса
стартера и установлен в картере сцепления. Что касается устройств
перемещения муфты свободного хода для соединения стартера с
зубчатым венцом маховика, то эти устройства имеют много об-
щего между собой. Типовая конструкция привода муфты исполь-
зуется в стартере для двигателя автомобилей ЗИЛ (см. рис. 44.2).

Над корпусом электродвигателя стартера расположен электро-
магнитный механизм привода. Он представляет собой катушку с
обмоткой 5, внутри которой может перемещаться в осевом на-
правлении якорь 6. С обеих сторон якоря установлены тяги. С по-
мощью регулируемой тяги 7 через качающуюся серьгу осуществ-
ляется связь с рычагом (вилкой) 9 перемещения муфты свобод-
ного хода с шестерней. Подпружиненная тяга, размещенная с про-
тивоположной торцевой стороны якоря электромагнита, переме-
щает контакт тягового реле. С его помощью в конце хода якоря 6,
т. е. после введения в зацепление с зубчатым венцом маховика
шестерни 16, замыкаются два контакта 3. К одному из них подво-
дится провод от положительного вывода аккумуляторной бата-
реи, ко второму — обмотка двигателя стартера. Таким образом
включится основное питание стартера после соединения его шес-
терни с зубчатым венцом маховика. Включение осуществляется
по наиболее короткой электрической цепи, позволяющей исполь-
зовать медные провода большого сечения во избежание потерь
энергии на сопротивление проводов при больших токах, потреб-
ляемых стартером. Эти токи не в состоянии пропустить через себя
контакты замка зажигания или промежуточного реле стартера,
которое включается через замок зажигания. В начале включения
стартера необходимо большое усилие для втягивания якоря тя-
гового реле, поэтому обмотка электромагнита содержит две сек-
ции — втягивающую и удерживающую.

Принцип работы такой системы управления заключается в сле-
дующем (рис. 44.4). После включения контактов S₃ замка зажига-
ния включается реле Кс стартера и замыкает свои контакты SK_C.

При этом ток от батареи GB по-
ступает к средней точке А двух
обмоток — втягивающей ВО и
удерживающей УО. Второй конец
обмотки УО соединен непосред-
ственно с «массой», а обмотки
ВО — с «массой» через обмотку
возбуждения ОВ и якоря ^стар-
тера. Магнитные потоки обмоток
тягового реле складываются, чем
обеспечивается большая втягива-
ющая сила для якоря в началь-
ный момент. В конце втягивания
якоря контакты SKj. тягового реле
замыкаются и втягивающая об-
мотка оказывается замкнутой на-
коротко. Расход энергии умень-
шается.

Оь

GB I

Рис. 44.4. Система управления включением стартера: GB — аккумуляторная батарея; Я — якорь стартера; ОВ — обмотка возбуж- дения стартера; ВО —втягивающаяобмотка реле; УО — удерживающая обмотка реле; А — средняя точка; S3 — контакт замка зажигания; Кс — реле стартера; SKC — контакты реле стар- тера; SKT — контакты тягового реле

При выключении реле стар-
тера его контакты SK_C размыка-
ются и по обмотке ВО ток идет
через контакты SK_T. но уже в об-
ратном направлении. Поскольку числа витков обмоток ВО и УО
одинаковы, то из-за разных направлений токов их суммарное маг-
нитное поле уменьшается до нуля, возвратная пружина перево-
дит якорь тягового реле в исходное (начальное) положение, вык-
лючая электропитание стартера.

На автомобилях КамАЗ, БелАЗ, в дизелях автомобилей КАЗ и
«УРАЛ» применяют систему пуска двигателей с автоматическим
отключением стартера после запуска и блокировкой, обеспечива-
ющей невозможность повторного включения при работающем
двигателе. Автомат блокировки реле стартера функционирует на
основе информации, получаемой от датчика частоты вращения
коленчатого вала двигателя и реже используется сигнал датчика
давления масла.

Муфты свободного хода

Муфта свободного хода передает крутящий момент от вала стар-
тера к коленчатому валу двигателя во время пуска, а после пуска
двигателя работает в режиме обгона и автоматически разъединяет
стартер и двигатель.

На современных стартерах отечественных автомобилей распро-
странены в основном роликовые или плунжерно-роликовыемуфты.

В роликовых муфтах свободного хода используется явление
заклинивания роликов в пазах переменной ширины вследствие
возникновения сил трения в сопряженных деталях. Надежный кон-
такт роликов с рабочими поверхностями клиновидного простран-
ства осуществляется прижимным устройством, состоящим из ци-
линдрической пружины или пружины и плунжера.

Конструктивно муфту свободного хода выполняют с тремя
(рис. 44.5, а) или четырьмя (рис. 44.5, б) группами. Группа со-
держит ролик 1 и пружину 3 или ролик 7, плунжер 2 и пружину 3.
Муфта свободного хода состоит из наружной 5 и внутренней 4
обойм. Внутренняя обойма выполнена так, что на ее переднем
конце располагается шестерня 16 привода, входящая в зацепле-
ние с зубчатым венцом маховика. Наружная обойма 5 объединена
с направляющей втулкой, имеющей внутри спиральные шлицы
для установки на соответствующие спиральные шлицы вала яко-
ря. Спиральные шлицы обеспечивают поворот муфты при ее пе-
ремещении вилкой тягового реле вдоль оси вала якоря с одновре-
менным поворотом вокруг оси вала. Это облегчает ввод в зацепле-
ние зубьев шестерни 16 и зубчатого венца маховика.

В зависимости от конструкции в наружной обойме муфты име-
ются три или четыре клиновидных паза переменной ширины, в
которых расположены ролики 7. Они постоянно отжимаются в уз-
кую часть клиновидного пространства (паза) с помощью плунже-
ра 2 и пружины 3, что обеспечивает заклинивание внутренней и
наружной обойм. При пуске двигателя и передаче вращения от на-
ружной обоймы к внутренней степень заклинивания усиливается.

После пуска двигателя, когда шестерня 16 и внутренняя обой-
ма 4 получают вращение от зубчатого венца маховика, силы тре-
ния в зоне контакта ролика с внутренней обоймой увлекают ро-
лик в широкую часть клиновидного пространства. Обоймы рас-
клиниваются, т. е. прекращается передача крутящего момента и
вращения между ними.

а

Рис. 44.5. Роликовые муфты свободного хода: а — трехроликовая; б — четырехроликовая; 1 — ролик; 2 — плунжер; 3— пружи- на; 4 — внутренняя (ведомая) обойма; 5 — наружная обойма; 6 — стопорное кольцо; 7— упорное кольцо; 8 — пружина; 9 — поводковая муфта; 10 — замко- вое кольцо; Н — буферная пружина; 12 — шлицевая направляющая; 13 — цен- трирующее кольцо; 14— войлочное кольцо; 15 — кожух муфты; 16— шестерня; 17— вкладыш

6

Храповые муфты свободного хода устанавливают на двигатели,
где необходимы стартеры большой мощности (4 кВт и более),
поскольку роликовые муфты проскальзывают и не обеспечивают
надежной работы.

1 2 3 4 5 678 9 10 11 12 13 14 15 Рис. 44.6. Храповая муфта свободного хода: / — подшипник; 2 — шестерня; 3 — сухарь; 4 — направляющий штифт; 5 и 15 — замковые кольца; 6 —г, ведомая половина храповой муфты; 7 — коническая на- правляющая втулка; $ — ведущая половина храповой муфты; 9 и 13 — шайбы; 10 — пружина; 11 корпус; 12 — шлицевая направляющая втулка; 14 — буферное резиновое кольцо

 

Храповая муфта для двигателя автомобиля КамАЗ (рис. 44.6)
работает следующим образом.

На шлицевом конце вала якоря стартера установлена направ-
ляющая втулка /Д имеющая внутри прямые, как и снаружи на
валу якоря, шлицы. Они обеспечивают возможность перемещения
втулки и ее вращение одновременно с якорем стартера. На наруж-
ной поверхности втулки 12 выполнена многозаходная ленточная
винтовая резьба, на которой расположена ведущая половина 8
храповой муфты. Вторая, ведомая половина 6муфты изготовлена
совместно с шестерней 2, обеспечивающей зацепление с зубча-
тым венцом маховика. Шестерня может вращаться на бронзогра-
фитовых подшипниках 1 скольжения. Обе половины храповой
муфты своими пилообразными зубцами прижимаются друг к дру-
гу пружиной 10. Осевое перемещение ведомой половины ограни-
чивается замковом кольцом 5. Второе замковое кольцо 15, фик-
сирующее корпус* 11 муфты, препятствует ее перемещению вдоль
втулки 12. Шайбц 13 и резиновое кольцо 14 смягчают удары в осе-
вом направлении при включении стартера.

В то время, когда двигатель пущен, а стартер еще не выклю-
чен, храповая муфта издает значительный шум и возможен силь-
ный износ пилос^разных зубьев половин муфты. Для предотвра-
щения этого в муфте устанавливают дополнительные элементы.
Внутри ведомой Головины муфты 6 располагают три пластмассо-
вых сухаря 3 с направляющими штифтами 4. Сухари имеют воз-
можность перемещаться по радиусу вдоль направляющих штиф-
тов при воздействии на них центробежной силы. Наружная (тор-
цевая) поверхность сухарей, обращенная к ведущей половине 8

храповой муфты, имеет коническую фаску. Пружина 10 через
ведущую половину 8 муфты и установленную в ней стальную втул-
ку 7 с внутренней конической выточкой прижимает сухари 3 к
ведомой половине 6, объединенной с шестерней 2 привода.

После пуска двигателя изменяется направление передаваемого
вращения (при пуске — от шестерни к венцу маховика, после пус-
ка — от венца к шестерне) и начинается пробуксовывание храпо-
вой муфты. Ведущая половина 8 муфты отодвигается от ведомой
половины 6, преодолевая усилие пружины 10. Вместе с ведущей
половиной отодвигается втулка 7, освобождая сухари 3. Под дей-
ствием центробежной силы сухари перемещаются вдоль направля-
ющих штифтов и блокируют муфту в разъединенном положении.
После выключения стартера, когда его якорь останавливается, цен-
тробежная сила не действует на сухари и они под действием пру-
жины 10 через полумуфту 8 и втулку 9 возвращаются в исходное
состояние.

В том случае, если в процессе пуска двигателя зубья шестерни
стартера упираются в зубья венца маховика, корпус 11 под воз-
действием усилия тягового реле вместе с направляющей втулкой
12 продолжает перемещаться вдоль шлицов вала стартера, сжимая
пружину 10. Ведущая половина 8 храповой муфты, двигаясь по
ленточной резьбе втулки 12, проворачивается вместе с шестерней
стартера на угол до 30°, что облегчает ее вход в зацепление с
зубчатым венцом маховика.

Контрольные вопросы

1. Назовите и объясните назначение основных элементов системы
пуска.

2. Объясните принцип работы стартера и назовите его основные эле-
менты.

3. Каково назначение приводного механизма? Объясните его устрой-
ство и работу.

4. Как обеспечивается отключение стартера после пуск.а двигателя?

5. Объясните устройство и работу муфт свободного х(}да различных
конструкций.

Глава 45
СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ