Аккумулятор даёт энергию стартеру и относится к электрооборудованию. В некоторых гибридах запуск выполняет стартер-генератор.
Система запуска: устройство и принцип работы
Проворачивает двигатель, пока он не начнёт работать сам.
Команда
Система проверяет условия и включает стартер.
Вращение
Стартер проворачивает маховик и коленвал.
Отключение
Когда двигатель заработал, шестерня стартера выходит из зацепления.
Как стартер раскручивает двигатель
Сначала шестерня, потом ток. Тяговое реле сначала вводит шестерню в зацепление и только в конце хода замыкает силовые контакты. Так зубья не бьются на полных оборотах.
Две обмотки реле. Втягивающая обмотка из толстого провода даёт большое усилие на старте хода. Когда контакты замкнулись, на обоих её концах одинаковое напряжение и ток через неё прекращается; якорь держит тонкая удерживающая обмотка.
Большой ток — маленький мотор. Мотор с магнитами весит около 2 кг, но потребляет 2–3 кВт. Он рассчитан на работу секундами: длительная прокрутка его перегревает.
Редуктор и венец. Планетарный ряд (4,5) и пара шестерня–венец (14,7) превращают 10 000 об/мин якоря в 150–250 об/мин коленвала и умножают момент в 59 раз.
Муфта свободного хода. Когда двигатель заводится, он раскручивает шестерню до 10 000+ об/мин. Ролики муфты уходят в широкую часть пазов, шестерня отсоединяется от мотора, иначе якорь разнесло бы центробежной силой.
Детали в модели «Стартер»
Электродвигатель стартера. Мотор постоянного тока с постоянными магнитами. Якорь — пакет пластин с обмоткой в пазах. При пуске мотор берёт 150–250 А, в момент включения до 500 А, и крутится около 10 000 об/мин.
Тяговое реле. Электромагнит на корпусе стартера с двумя обмотками: толстая втягивающая и тонкая удерживающая. Якорь реле втягивается на 7 мм, через вилку вводит шестерню в венец, а в конце хода медный диск замыкает силовые контакты.
Бендикс: муфта свободного хода и шестерня. Шестерня 9 зубьев выдвигается на 16 мм по винтовым шлицам. В обойме пять роликов в клиновых пазах: когда стартер ведёт, ролики заклиниваются и передают момент; когда двигатель обгоняет шестерню, ролики уходят в широкую часть пазов и муфта проскальзывает.
Зубчатый венец маховика. Венец Ø335 мм с 132 зубьями напрессован на маховик (размеры этой учебной модели; у разных двигателей диаметр и число зубьев венца разные). Зубья скошены с той стороны, откуда входит шестерня. Шестерня стартера крутит венец в 14,7 раза медленнее.
Аккумулятор и провода. При пуске напряжение на клеммах падает с 12,6 до 10–10,5 В. Сопротивление «плюсового» провода и массы вместе не должно превышать нескольких миллиом.
Щётки и коллектор. Четыре графитовые щётки в латунных держателях прижаты пружинами к коллектору из 24 медных ламелей и подводят ток к обмотке якоря.
Планетарный редуктор. Солнечная шестерня 12 зубьев на валу якоря, три сателлита по 15, неподвижный венец 42: водило с выходным валом крутится в 4,5 раза медленнее якоря.
Показ по шагам
Стартер под прозрачным корпусом. Внизу мотор с редуктором и бендиксом, сверху тяговое реле. Шестерня стартера отведена от венца маховика на 5 мм.
Реле втягивает якорь. Ключ на «Пуск»: ток идёт через обе обмотки реле. Якорь реле уходит назад и тянет верх вилки, низ вилки толкает бендикс по винтовым шлицам к венцу.
Контакты замкнуты. В конце хода медный диск прижимается к головкам болтов: на мотор идёт 250–500 А. Втягивающая обмотка теперь закорочена и гаснет, якорь держит одна удерживающая.
Мотор и редуктор. Ток через щётки и коллектор раскручивает якорь. Солнечная шестерня крутит сателлиты по неподвижному венцу, водило с выходным валом идёт в 4,5 раза медленнее.
Прокрутка. Через редуктор и шестерню двигатель крутится в 66 раз медленнее якоря: около 150–200 об/мин. Напряжение на клеммах просело примерно до 10 В.
Двигатель завёлся. Двигатель раскручивает шестерню быстрее, чем её крутит стартер: ролики уходят в широкую часть пазов, муфта проскальзывает и защищает мотор. Ключ отпущен — пружина возвращает якорь реле и шестерню.
Что ломается и как это проявляется
Разряженный аккумулятор. Признаки: стартер крутит медленно, лампы на панели гаснут. Чем холоднее, тем хуже; в итоге слышно только частое «тр-тр-тр» реле. Что проверить: напряжение без нагрузки (12,6 В — заряжен, 12,2 — половина), просадка при пуске (не ниже 9,6–10 В), нагрузочная вилка или тестер, чистота клемм и массы.
Подгорели контакты реле. Признаки: при повороте ключа громкий щелчок, свет на панели не тускнеет, двигатель не крутится. Иногда со второй-третьей попытки получается. Что проверить: напряжение на выводе «М» реле при включённом стартере: должно быть не меньше 9,5 В, при нагаре — около нуля. Реле меняют или ставят ремкомплект контактов.
Изношены щётки. Признаки: стартер то не крутит совсем, то крутит медленно. Помогает постучать по корпусу, после чего заводится. Что проверить: длина щёток (новые около 14 мм, менять при 8 мм и меньше), состояние коллектора, ток холостого хода стартера на стенде.
Пробуксовка муфты бендикса. Признаки: слышно, как мотор стартера раскручивается с воем, но коленчатый вал не двигается или проворачивается рывками. Что проверить: бендикс должен проворачиваться только в одну сторону и не прокручиваться рукой в другую. Изношенный бендикс меняют вместе с осмотром венца.
Сколоты зубья венца. Признаки: иногда при повороте ключа раздаётся скрежет, а двигатель не прокручивается. Со второй попытки всё нормально. Обычно это одни и те же места венца. Что проверить: осмотреть венец через смотровое окно картера, проворачивая коленвал ключом. Изношенный венец меняют (или маховик целиком), заодно — бендикс.
Упрощения модели
Нагрузка двигателя — постоянное трение плюс сжатия четырёх цилиндров; вязкость масла учтена через температуру грубо.
Мотор, аккумулятор и провода сведены к одной ЭДС и сумме сопротивлений; нагрев и индуктивность не учтены.
Ход шестерни и реле показаны в реальном масштабе, но зазоры увеличены для наглядности.
Корпус показан прозрачным, обмотки реле, магниты, венец редуктора и обойма муфты — в разрезе, держатели щёток полупрозрачные. Пазы обмотки якоря и витки упрощены, межвитковая изоляция не показана.
В виде «Муфта свободного хода» обойма, шестерня и вал рассечены поперёк через середину роликов, а нос корпуса, венец и маховик перед разрезом убраны. Тёмная метка на внутренней обойме показывает, вращается ли она вместе с наружной.
Износ в неисправностях показан крупнее, чем бывает: ролики муфты тоньше на 1,8 мм (в жизни это десятые доли миллиметра, плюс выработка на обойме), сколы зубьев венца срезаны чисто. Бледный контур над щёткой — стёртая её часть, искры условные. Мёртвая точка изношенных щёток выпадает строго через раз (в жизни — как остановился якорь), постучать по корпусу в модели нельзя: помогает следующая попытка. После попытки со скрежетом на сколотом венце шестерня на выходе всегда доворачивает венец на целые зубья (в жизни — как повезёт).
Запуск двигателя показан условно: «вспышки» начинаются после двух оборотов при достаточной частоте прокрутки.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.