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 электрического пуска двигателя

В систему электрического пуска двигателя входят механические и электрические узлы, которые обеспечивают проворачивание двигателя при его пуске. В начале прошлого века двигатель проворачивали вручную, с помощью заводной рукоятки. В состав современных схем электрического пуска двигателя входят следующие компоненты:

Стартер

Стартер — это, обычно, электродвигатель мощностью от 0,5 до 2,6 л.с. (от 0,4 кВт до 2,0 кВт).

Рис. Пример типичного стартера с тяговым реле

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея должна иметь необходимую емкость и быть заряженной, по крайней мере, на 75%, чтобы обеспечить ток и напряжение, необходимые для нормальной работы стартера.

Тяговое реле

Стартер потребляет большой пусковой ток, и в системе должны быть предусмотрены средства включения и выключения стартера. Для непосредственного включения и выключения стартера потребовался бы очень мощный выключатель. Вместо этого используется слаботочный переключатель (замок/выключатель зажигания), который управляет специальным реле, коммутирующим большой пусковой ток.

Механизм привода двигателя

Механический привод двигателя от стартера осуществляется с помощью небольшой шестерни, установленной на валу стартера, которая вводится в зацепление с зубчатым венцом, стоящим на маховике двигателя, и обеспечивает передачу крутящего момента со стартера на коленчатый вал двигателя, заставляя его вращаться.

Замок/выключатель зажигания

Замок/выключатель зажигания и блокировочные выключатели управляют работой стартера.

Блокировочный выключатель стартера (ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ СЦЕПЛЕНИИ)

Этот выключатель блокирует включение стартера в случае, если переключатель скоростей не находится в положении парковки или на нейтрали, или педаль сцепления — отпущена.

Рис. Типичная схема электрического пуска двигателя. Обратите внимание на то, что в первый момент при повороте ключа зажигания в положение «пуск» напряжение подается одновременно и на втягивающую обмотку и на удерживающую обмотку тягового реле. Как только контактный диск электромагнита замыкает клеммы В и М, через обмотку стартера начинает течь ток от аккумуляторной батареи

Проследите, как ведет себя при пуске двигателя освещение салона

При диагностике причины нарушения нормального пуска двигателя откройте дверь автомобиля и проследите за тем, как изменяется яркость лампочек освещения салона.

Яркость свечения лампы освещения зависит от напряжения ее питания.

При нормальной работе стартера яркость освещение салона слегка уменьшается.

Если яркость освещения не изменяется, то причиной нарушения, обычно, является обрыв в цепи управления системой пуска.

Если освещение почти или полностью гаснет, то причиной нарушения, скорее всего, является короткое замыкание или пробой на массу обмоток возбуждения стартера или неисправность аккумуляторной батареи.

Не стучите по стартеру!

В прошлом нередко можно было наблюдать, как техник стучал по стартеру, пытаясь выяснить, почему он не работает. Часто под действием ударной нагрузки происходило выравнивание или смещение токосъемных щеток, ротора и вкладышей подшипников. Во многих случаях после удара по стартеру его работоспособность — пусть даже и ненадолго — восстанавливалась.

Но в конструкции большинства современных стартеров используются постоянные магниты, которые отличаются хрупкостью и при ударе по стартеру могут расколоться. Разбитый магнит распадается на несколько слабых магнитов. В ряде первых конструкций стартеров с постоянными магнитами, магниты приклеивались к корпусу статора. При сильном ударе по стартеру эти магниты разлетались на куски, которые, попав на ротор или в гнезда подшипников, приводили стартер в полную негодность.

Система пуска двигателя

1. Устройство системы пуска двигателя
2. Работа системы пуска двигателя
3. Диагностика системы пуска двигателя

Двигатель не может запуститься сам. Чтобы завести его нужно приложить внешние усилия и повернуть коленчатый вал. В этой статье мы рассмотрим систему пуска, которая запускает двигатель.

Устройство и работа системы пуска двигателя

На двигателе имеется маховик. Обод маховика снабжен зубьями и превращен в зубчатый венец. Установленная на электромоторе стартера приводная шестерня входит с ним в зацепление и вращает коленчатый вал , инициируя рабочий цикл двигателя. Ра c смотрим , как это происходит :

Работа системы пуска двигателя с редуктором

Существует три типа систем пуска :

1. Система пуска двигателя с редуктором ;
2. Система пуска двигателя с планетарным механизмом ;
3. Система пуска обычного типа.

Рассмотрим конструкцию, работу и проверку системы пуска двигателя обычного типа.

1. Устройство системы пуска двигателя

В обычной системе пуска двигателя можно выделить три основных механизма :

1. Электромотор – создает вращающий момент.
2. Система привода – передает вращение на двигатель.
3. Электромагнитный включатель – приводит ведущую шестерню стартера в зацепление с ободом маховика, а также дает электрический ток в электромотор.

Рассмотрим электромотор системы пуска, создающий вращающий момент. Корпус электромотора выполнен из стали и имеет внешний вид цилиндра. Внутри корпуса имеются обмотки возбуждения, намотанные вокруг сердечников, прикрепленных к корпусу. Эти обмотки выполнены из толстой токопроводящей проволоки, способной выдержать сильный электрический ток. Обмотки генерируют электромагнитное поле, способное вращать якорь стартера . Одним из элементов якоря является сердечник, с канавками вдоль которого располагаются витки обмоток якоря. Оба конца каждой обмотки подключены к коллектору. Вращающие моменты, создаваемые каждой из обмоток, складываются, чтобы можно было вращать якорь, точнее вал якоря. Если посмотреть на стартер со стороны коллектора, то на якоре видно щеткодержатель.

Рассмотрим, как устроен щеткодержатель : в щеткодержателе объединены 4 щетки, прижимаемые к коллектору. Две из четырех щеток находятся в изолированных оправках и соединены с обмотками якоря и далее через коллектор с обмотками возбуждения. Те и другие заземлены на корпус.

Схема системы пуска двигателя :

1. Коллектор; 2 –задняя крышка;3 – корпус статора;4 – тяговое реле;5 – якорь реле;6 – крышка со стороны привода;7 – рычаг;8 – кронштейн рычага;9 – уплотнительная прокладка;10 – планетарная шестерня;11 – шестерня привода;12 – вкладыш крышки;13 – ограничительное кольцо;14 – вал привода;15 – обгонная муфта;16 – поводковое кольцо;17 – опоры вала привода с вкладышем;18 – шестерня с внутренним зацеплением;19 — водило;20 – центральная шестерня;21 – опора вала якоря;22 – постоянный магнит;23 — якорь;24 — щеткодержатель;25 – щетка.

Система привода системы пуска двигателя

Этот механизм передает вращающий момент от электромотора к маховику. На валу якоря установлена шестерня привода. Действие электромагнитного включателя заставляет рычаг привода перевести шестерню привода в зацепление с зубчатым ободом маховика (в этом положение вращение передается на вал двигателя). Когда двигатель запущен, расцепляется оконная муфта, и теперь шестерня привода вертится в холостую. Позднее при включенном зажигании шестерня привода расцепляется с зубчатым ободом.

Теперь рассмотрим реальный механизм : оконная муфта передает вращение только в одном направлении и связана с шестерней привода. На муфте стартерного электромотора имеются винтовые шлицы. Винтовые шлицы имеются также на валу якоря. Шестерня привода способна скользить вдоль них вращаясь при этом. Винтовые шлицы обеспечивают плавное сцепление шестерни привода с зубчатым ободом. После сцепления зубчатого обода с ведущей шестерней раскручивается двигатель. Шестерня привода вертит зубчатый обод (при этом работает оконная муфта). Когда двигатель запущен, то двигатель вертит шестерню привода, при этом оконная муфта отключена. Шестерня привода вертится в холостую, чтобы не повредить электромотор.

2. Электромагнитный включатель

Электромагнитный включатель – заставляет приводной рычаг передвинуть шестерню привода и направляет ток в электромотор.

Схема работы электромагнитного включателя

В центре включателя находится плунжер. Плунжер выполняет две функции : перемещает приводной рычаг, соединенный с одним концом плунжера, а также включает главные контакты через контактную пластину, соединенную с его другим концом. Плунжер окружает втягивающая обмотка, которая подтягивает плунжер к главным контактам. Поверх втягивающей обмотки расположена удерживающая обмотка, которая удерживает плунжер у контактов. При повороте ключа зажигания электрический ток проходит по втягивающей, и удерживающей обмоткам, создавая магнитное поле. Это поле перемещает плунжер вправо. В результате контактная пластина замыкает главные контакты. Теперь клемма 30 замыкается с клеммой С, соединенной с мотором. В стартовый электромотор подается мощный ток, одновременно с этим, приводной рычаг приводит шестерню привода в зацепление и она начинает раскручивать двигатель.

Как устроен электромагнитный включатель?

Втягивающие и удерживающие обмотки закреплены на корпусе включателя. Контактная пластина расположена на торце плунжера напротив главного контакта. Втягивающие и удерживающие обмотки размещены вокруг плунжера, который поджимается возвратной пружиной. После запуска двигателя возвратная пружина перемещает шестерню привода в исходное положение.

Схема системы пуска двигателя

1. Электромотор ;
2. Система передачи ;
3. Электромагнитный включатель ;

Электрическая схема системы пуска двигателя

Положительный полюс АКБ соединен с клеммой 30 и включателем зажигания. Клемма С соединена с обмотками возбуждения и обмоткой якоря, заземленными на корпус и далее соединенными с отрицательным полюсом АКБ. Все соединения выполнены мощным кабелем, который выдерживает большой ток. Клемма 50 соединена с положительным полюсом АКБ через включатель зажигания.

При повороте ключа зажигания ток сначала проходит через втягивающую и удерживающие обмотки, затем по обмоткам возбуждения и обмотке якоря, и наконец в землю. Поскольку сопротивление якоря и обмоток возбуждения очень низкое почти все напряжение АКБ падает на втягивающую и удерживающие обмотки. Возникающее в них поле перемещает плунжер вправо. Приводной рычаг, связанный с плунжером переводит муфту влево, одновременно поворачивая ее на винтовых шлицах якоря. Вместе с зацеплением привода с зубчатым венцом маховика временно замыкаются главные контакты. Когда главные контакты замкнуты контактной пластиной обмотки возбуждения и якоря питаются непосредственно от АКБ. После замыкания контактов выравниваются потенциалы клемм С и 50. Втягивающая обмотка уже не действует на плунжер. И он удерживается в прежнем положении только магнитным полем удерживающей обмотки. Когда после запуска двигателя ключ зажигания выключают главные контакты остаются замкнутыми. Но теперь ток от главных контактов во втягивающую обмотку поступает таким образом, что ее магнитное поле противоположно полю удерживающее обмотки. Оба магнитных поля взаимно уничтожаются. Теперь возвратная пружина переводит плунжер в исходное положение и размыкает главные контакты. Одновременно шестерня привода выходит из зацепления и возвращается в исходное положение.