◉ POISK ACADEMIAАВТОМОБИЛЬ ИЗНУТРИ
ИНТЕРАКТИВНЫЙ АТЛАС

Система запуска

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
  1. Стартер под прозрачным корпусом. Внизу мотор с редуктором и бендиксом, сверху тяговое реле. Шестерня стартера отведена от венца маховика на 5 мм.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.

Обучение: как устроен автомобиль — курс с заданиями в 3D