Устройство стартера автомобиля

Основные составные части

По сути, стартер – это доработанный электрический двигатель постоянного тока с коллекторно-щеточным узлом. В конструкцию дополнительно входит механизм управления, обеспечивающий включение и выключение электромотора и исполнительный механизм, в задачу которого входит воздействие на маховик коленчатого вала.

Механизмом управления выступает втягивающее реле. Оно выполняет одновременно две задачи:

1. Замыкает электрическую цепь и обеспечивает подачу напряжения на электродвигатель.
2. Вводит в зацепление шестерню исполнительного механизма с зубчатым сектором маховика.

Составными частями втягивающего реле является обмотка и якорь. Последний посредством вилки связан с исполнительным механизмом.

Исполнительный механизм, используемый в конструкции стартера, называется бендиксом. Основной его элемент — приводная шестерня, передающая вращение вала электродвигателя на маховик. Эта шестеренка в классической конструкции стартера расположена на валу ротора электромотора и имеет с ним шлицевое подвижное соединение. Оно дает возможность перемещаться шестеренке по валу и передает усилие.

В конструкцию бендикса входит обгонная муфта, предотвращающая обратную передачу усилия. Дело в том, что после запуска двигателя скорость вращения коленвала превышает обороты ротора стартера. При этом водитель не всегда успевает среагировать и отключить стартер. В результате из-за зацепления шестерен происходит обратная передача усилия – от маховика на стартер, что приводит к повреждению последнего. Чтобы этого не произошло и используется обгонная муфта, которая в случае превышения оборотов вращения ротора разрывает его связь с приводной шестеренкой бендикса.

Для запитывания стартера используется две электрические цепи. Первая из них – прямая от аккумулятора к электромотору. Стартер в процессе работы потребляет большое количество электроэнергии. Поэтому для снижения потерь напряжение на электродвигатель подается напрямую при помощи медного кабеля большого сечения.

При этом эта цепь является постоянно разомкнутой во втягивающем реле, что исключает самовольное включение эл. двигателя.

Вторая цепь используется для запитки втягивающего реле. В ней потребление энергии незначительное, поэтому используется обычная проводка. В этой цепи также имеется разрыв – в замке зажигания.

Эти электрические цепи задействуются последовательно. Сначала замыкается вторая цепь, что обеспечивает срабатывание реле, а оно затем замыкает первую цепь.

Виды стартеров

Данный тип устройств можно разделить на две разновидности:

• с редуктором;
• без него.

С редуктором

Основная особенность такого типа механизмов заключается в пониженном потреблении тока для обеспечения эффективного функционирования узла. Благодаря этому стартер может качественно прокрутить коленвал двигателя даже в случае низкого заряда батареи. Основным преимуществом устройств считается использование постоянных магнитов в конструкции. Это позволяет обеспечить более высокий ресурс эксплуатации обмотки статора и свести проблемы, связанные с ней, к минимуму.

На практике автовладельцы машин, оснащенных такими стартерами, сталкиваются с другими проблемами. К примеру, длительная эксплуатация приводит к выходу из строя вращающейся шестеренки. Однако, данная неисправность обычно обусловлена заводским браком либо некачественным изготовлением механизма.

Кроме высокого срока службы, редукторные устройства обладают следующими преимуществами:

• компактные габариты и небольшой вес;
• низкая стоимость запчастей для ремонта и восстановления механизма;
• возможность эффективного запуска силового агрегата в условиях пониженных температур.

Минусы устройств:

• запчасти для ремонта узла найти проблематично, поэтому их часто приходится заказывать;
• в результате низкой стоимости деталей страдает их качество;
• сложность выполнения ремонта по сравнению с безредукторными механизмами.

Пользователь Дмитрий Тракторенко рассказал об особенностях работы редукторных устройств.

Без редуктора

По конструкции такой тип механизмов не оснащается редукторным элементом, но характеризуется прямым воздействием на вращение шестеренки. Основное преимущество заключается в более упрощенном устройстве стартерного узла, что позволяет произвести его ремонт самостоятельно. Когда подача тока на электромагнитный выключательный элемент завершена, шестеренка механизма моментально сцепляется с маховиком. Это способствует более быстрому зажиганию и запуску двигателя.

Данный тип стартерных механизмов характеризуется повышенной выносливостью, которая способствует увеличению срока службы. Это позволяет снизить вероятность появления неисправностей в результате воздействия тока. К недостаткам безредукторных устройств следует отнести низкое качество функционирования в сильный мороз.

Основные плюсы стартеров, не оснащенных редукторами:

• высокая надежность;
• возможность проведения простого ремонта;
• если устройство сломается, в продаже без проблем можно найти детали для его восстановления.

Минусы:

• безредукторные механизмы более громоздкие, их масса выше;
• для работы такого устройства требуется больше электроэнергии;
• в результате того, что при производстве таких стартеров используются дорогостоящие материалы, стоимость замены деталей будет более высокой.

Подробнее о выборе устройств между реудкторными и безредукторными вариантами рассказал канал «Ingvar».

https://youtube.com/watch?v=hgEMg9KDXV4

Устройство

Он состоит из трёх основных частей:

1. Втягивающее реле;
2. Электродвигатель;
3. Бендикс.

Каждая из них отвечает за свои функции, но в месте они создают единый «организм», запускающий мотор машины. Две первые части электрические, третья – полностью механическая деталь.

Втягивающее отвечает за ввод в зацепление бендикса с маховиком мотора и его удержание в этом состоянии, пока водитель держит ключ в положении «Запуск двигателя». Кроме того, оно обеспечивает передачу электрического тока напрямую от аккумулятора к электродвигателю стартера.

Электродвигатель – преобразует электрическую энергию в механическую. Он вращает бендикс с определенным числом оборотов, а тот, в свою очередь, коленвал двигателя. В результате этого, происходит запуск силового агрегата.

Бендикс – это своего рода редуктор, передающий крутящий момент от вала электродвигателя к маховику коленвала. Это подвижная деталь, она насажена на вал электрического двигателя стартера и двигается по нему на шлицах.

Кроме того, он состоит из двух частей. Поэтому, он свободно вращается по часовой стрелке и блокируется в другую сторону. Это обеспечивает надежную передачу крутящего момента к двигателю авто. Кроме того, это бережет весь агрегат от поломки, когда мотор запустился.

Автомобильные стартеры бывают классического и . Последние оснащены редуктором с планетарной передачей. Бендикс находиться на собственном валу, а не на якоре электромотора.

Пришло время рассмотреть устройство и принцип работы каждого составляющего элемента схемы стартера автомобиля. Хочу отметить, что любой из них является основным. Поломка любого из них, приведет к полной потери работоспособности всего агрегата.

Виды стартеров

По своему устройству электромеханизм подразделяется на два вида:

• с наличием редуктора в конструкции;
• без редуктора.

С редуктором

Редуктивные стартеры эффективны в эксплуатации и экономят расход электроэнергии батареи, поскольку постоянные магниты в механизме увеличивают период использования обмотки статора.

Преимущества:

• повышенный ресурс использования детали за счёт усиления редуктора;
• небольшие размеры и лёгкость;
• надёжная работа в зимний период при минусовых температурах.

Недостатки редукторного стартера:

• починка элемента, вышедшего из строя, требует высокой компетенции ремонтника;
• сложность в подборе запасных деталей.

Без редуктора

Стартер без редуктора устроен таким образом, что подаёт крутящий момент напрямую на обгонную муфту без передачи через редукторный механизм.

К его плюсам относят:

• надёжность и простоту использования в тёплое время;
• доступность ремонта благодаря лёгкой конструкции;
• распространённость запасных деталей для восстановления в рабочее состояние.

Количество недостатков у стартеров без редуктора не меньше:

• значительные размеры и тяжеловесность;
• повышенный расход запаса энергии аккумулятора;
• ненадёжная работа в холодное время года при минусовых температурах.

Особенности конструкции

Устройство и работа стартера на постоянных магнитах отличается более сложной системой передачи усилия на вал, который приводит в движение бендикс. Для этого используется планетарная передача, которая крепится на более короткую часть вала, жестко связанную с якорем. Вал бендикса вращается при этом на водиле, связанном с планетарными шестернями или сателлитами главной шестерни вала якоря. Так работают так называемые редукторные стартеры.

Бендикс тоже имеет свое устройство и часто называется обгонная муфта или муфта свободного хода. Проблема состоит в том, что его шестерня должна заставить маховик вращаться с частотой не меньше 100 оборотов в минуту. При этом сама она вращается с частотой 1000 оборотов в минуту. В момент, когда двигатель заводится, его коленвал начинает вращаться с большой частотой, около 1000 оборотов и если шестерня бендикса остается в зацеплении, она будет вращаться 10000 оборотов в минуту, в результате чего стартер выйдет из строя. Чтобы этого не произошло, в бендиксе предусмотрен специальный механизм, препятствующий передаче вращения от маховика на вал якоря.

Основные неисправности

Разобравшись в том, что такое стартер в автомобиле, можно понять его основные неисправности. Для этой детали не характерна внезапная поломка. Как правило, дефекты накапливаются и в итоге приводят к внезапной остановке автомобиля, иногда он просто отказывается запускаться.

Чаще всего встречаются следующие неисправности:

1. Стартер автомобиля не запускается. Самая распространенная проблема. Причин этом может быть несколько. Если стартер дешевый и внутри вместо подшипников расположены втулки, вероятно они стерлись и появились зазоры. Кроме этого может лопнуть обмотка. Диагностика этого дефекта требует тщательного осмотра всех узлов.
2. Коленчатый вал медленно крутится. Вероятно, причина даже не в самом стартере, а в масле. Дефект должен исчезать через 2 минуты, после разогрева смазки. Кроме этого, если модель безредукторная, то проблема может быть в аккумуляторе.
3. Якорь не заставляет вал вращаться. Система пуска двигателя может не реагировать, если якорь буксируется муфтой. Еще часто можно наблюдать мусор на резьбе вала.
4. Скрежет. При частом использовании автомобиля, на маховике могут образовываться задиры. Они появляются при внезапном проскальзывании вала. В некоторых случаях причиной может служить отстранённое замыкание или ослабление приводной пружины.
5. Излишне длительная работа стартера. Наиболее вероятная причина – засорение или сбой замка зажигания. Часто встречается нарушение контактной группы или повреждения обмотки.

Проблема запуска автомобиля могут быть связаны также с:

1. Износом щеточной группы и пластин. Эти детали относятся к расходному материалу, поэтому изнашиваются быстрее всего.
2. Нарушением обмотки. При повышенных температурах или износе, на обмотке может прогореть лак, что приведет к замыканию. В этом случае, запуск двигателя вообще невозможен.
3. Износ подшипников или втулок. Для этого дефекта характерен стук из стартера, из-за образованных люфтов.

Устройство стартера

Стартер автомобиля представляет собой электродвигатель. Он преобразует электрическую энергию от аккумулятора в механическую работу, которая приводит в движение маховик и коленчатый вал, для начала процесса движения поршней. Стартером оборудованы все двигатели.

Стартер автомобиля

Принцип работы устройства основан на законах физики, которые известны со школьной скамьи. Если между двумя полюсами магнита поместить проволочную рамку с двумя концами, а потом пустить через нее ток, то она начнет вращаться. Это и есть самый простой электродвигатель.

Простой автомобильный стартер представляет собой металлический корпус, в котором находятся четыре магнитных сердечника (башмаки). Эти магниты в корпусе и представляют собой статор электродвигателя. Раньше на башмаках наматывалась обмотка возбуждения, на которую подавался электрический ток от аккумулятора. То есть это был классический электромагнит. На современных же устройствах применяются обычные магниты.

Другой важной деталью устройства является якорь. Он представляет собой вал с напрессованным сердечником из электротехнической стали

В пазах сердечника находятся те самые рамки, которые будут вращаться вокруг полюсов магнита. Концы рамок соединены с коллектором, к которому подходят четыре щетки – две положительные от АКБ и две отрицательные, которые будут идти к массе.

В закрывающей задней крышке находятся щеткодержатели с пружинками, которые постоянно поддавливают щетки к коллектору для обеспечения контакта. Также в задней крышке установлена опорная втулка якоря или подшипник.

Устройство обычного стартера

На металлическом корпусе находится входной контакт. К этому контакту подключается плюсовая клемма аккумулятора (+). Ток проходит по рамкам якоря и выходит на отрицательные щетки массы. Масса соединяется с отрицательной клеммой аккумулятора. Таким образом, создается магнитное поле вокруг рамок якоря и он вращается.

Ток от аккумулятора на стартер не может подаваться постоянно. Он нужен только в момент запуска двигателя. Поэтому между плюсовым проводом аккумулятора и контактом стартера есть так называемый медный пятак, который замыкает контакты.

На валу якоря также выполнено шлицевое соединение, на котором находится направляющая втулка и бендикс с шестерней с возможностью осевого перемещения. Это движение обеспечивает контакт шестерни непосредственно с зубчатым венцом маховика. Простыми словами можно сказать, что бендикс подходит к маховику, проворачивает его, сколько это необходимо, а потом отходит обратно.

Стартер в разрезе

Но бендикс не перемещается по валу самостоятельно. Это делает другой электромагнит меньшего размера – втягивающее реле. От реле к шестерне подходит вилка, которая и толкает бендикс. К катушке втягивающего подается управляющий ток от аккумулятора через замок зажигания. При включении зажигания катушка намагничивается и втягивает сердечник. Этот сердечник, с одной стороны, связан с вилкой бендикса, с другой – с пятаками, замыкающими контакты электродвигателя. Когда напряжение с катушки втягивающего реле снимается, то вилка вновь втягивается обратно на место, а электродвигатель прекращает свою работу.

Основные компоненты

Таким образом, основными составляющими стартера можно назвать:

• магнитный статор;
• вал с якорем;
• втягивающее реле с компонентами (электромагнит, сердечник, контакты);
• щеткодержатель с щетками;
• бендикс с шестерней;
• вилка;
• элементы корпуса.

Устройство бендикса

Бендикс представляет собой довольно интересное устройство. Иногда его называют муфтой свободного хода или обгонной муфтой.

Бендикс

Для запуска двигателя нужно, чтобы маховик вращался не медленнее, чем 100 об/мин. Так как шестерня стартера намного меньше зубчатого венца маховика, ей нужно вращаться в 10 раз быстрее, чтобы придать маховику необходимое ускорение. Это 1000 об/мин.

Когда двигатель заводится, маховик начинает вращаться очень быстро. Он передает это быстрое вращение на шестерню. Нетрудно посчитать, что скорость вращения шестерни при этом будет уже 10 000 об/мин. Если на вал стартера передалось такое ускорение, то он бы не выдержал. Именно для этого и нужен бендикс. Он передает вращение от шестерни на маховик, но не передает его обратно от маховика на шестерню.

Бендикс в разборе

Сам бендикс состоит из двух частей: шестерни и корпуса. Внутренняя обойма шестерни входит в корпус с внешней обоймой. Внутри этой обоймы находятся четыре ролика с пружинками. Корпус бендикса вращается через вал стартера. При вращении внутренняя обойма шестерни как бы заклинивает в корпусе и вращается, а при вращении шестерни от маховика эти ролики расходятся и не передают вращение на вал. Сам вал стартера при этом вращается с прежней скоростью.

Подшипники

Ось ротора вращается в двух меднографитовых втулках, являющихся подшипниками скольжения. От их состояния зависит не только звук, который будет издавать узел при работе. При их чрезмерном износе пластины сердечника ротора при работе будут касаться магнитов статора. Когда между пластинами ротора и магнитами статора нет воздушного зазора говорят что стартер «башмачит». Потери энергии при этом столь велики, что его ротор с трудом вращается и не в состоянии провернуть коленчатый вал двигателя.

Потери складываются из потерь механической энергии, возникающих за счет сильного затормаживания ротора статором, и потерь на коллекторно-щеточном узле, возрастающих из-за поперечных колебаний якоря и ухудшения контакта щеток с ламелями коллектора. Еще сильнее описанных возрастают потери в стали ротора, они становятся больше за счет замыкания якорных пластин, из-за чего сильно увеличиваются вихревые токи в пластинах сердечника ротора. Эти процессы приводят к тому, что ток, проходящий через обмотки, по большей части нагревает их, не преобразуясь в механическую энергию.

Устраняют эту неисправность заменой втулок. С удалением изношенных втулок трудностей обычно не бывает. Ставить вместо них лучше неразвернутые втулки. Забивать их следует через деревяшку, так как они очень хрупкие. После установки их внутреннюю поверхность следует обработать разверткой соответствующего диаметра. Диаметр большинства валов роторов стартеров легковых авто бывает около 12 мм. Точнее узнаете, померив вал после разборки штангенциркулем. После развертки немного смажьте втулки изнутри литолом и можете собирать агрегат. Перед установкой узла не забудьте почистить клеммы на втягивающем реле и поменять гайку и шайбу крепления провода питания, так как в процессе работы они сильно греются и окисляются.

https://youtube.com/watch?v=NhlgjAu5lgg

Возможные неисправности

Возможные неисправности стартера возникают, как правило, из-за нарушения условий его эксплуатации.

Признаки поломок и диагностика

Симптомы самых распространённых проблем со стартером:

• подозрительный шум или треск при повороте ключа зажигания;
• мотор глохнет без срабатывания электродвигателя;
• отсутствие возможности запуска ДВС;
• «чих» стартерного механизма без зацепления маховика.

Чаще всего пусковое устройство ломается из-за разомкнутой электрической цепи, поэтому следует проверить:

• уровень заряда аккумуляторной батареи;
• проводку на наличие повреждений;
• крепление клемм;
• замочную скважину зажигания.

Если с вышеперечисленным проблем нет, то следующий этап заключается в проверке тягового реле. Диагностировать этот элемент можно без снятия стартера, поскольку от него зависит работа электродвигателя. Если при замыкании плоской отвёрткой контактов на реле происходит запуск электромотора, значит, причина поломки кроется именно в этой детали.

Виды неисправностей

Неисправности в работе стартера бывают двух видов — механические и электрические.

Электрические неполадки, требующие квалифицированной помощи:

• периодическое замыкание обмотки якоря;
• обрыв втягивающего реле и статора;
• поломка щёток и контактных пластин;
• износ сердечника и отсутствие контакта в электромоторе.

Механические неисправности стартера:

• застопоривание привода включения на венце маховика;
• деформация зубьев шестерёнок;
• повреждение подшипников и бендикса;
• пригоревшая поверхность «пятаков».

Причины неполадок

Самые распространённые причины неисправностей:

1. Если стартер начинает характерно «жужжать» и работает на «холостом ходу», значит, обгонная муфта не подсоединяется, и механизм функционирует без сцепления шестерни с валом. Неполадка устраняется промывкой бендикса в специальном очистительном растворе или бензине. Рекомендовано поместить деталь в тару с жидкостью, выдержать час-полтора и затем пару раз привести привод в движение для очищения механизма.
2. Если авто не заводится, то причина может крыться в отсутствии электропитания. В случае исправности цепи и наличия тока, необходимо проверить реле, возможно, причина кроется в нём. Следует тщательно очистить элемент от пыли, внимательно обследовать ещё раз контакты, собрать и поставить на место составные части. Если проблема не устранена, скорее всего, замкнулась обмотка, и поможет только замена детали.

На видео (автор — Александр Аникин) в подробностях показано, почему нужно чистить стартер и основные этапы этого процесса.

Втулки и щетки

Это два компонента, которые очень сильно влияют на нормальное функционирование электродвигателя. По щеткам передаётся плюс питания, а по втулкам проходит минус на роторную обмотку

При разборке стартера необходимо особое внимание уделять состоянию этих компонентов

Если имеется выработка втулок, их необходимо заменить. При чрезмерном износе щеточного узла эксплуатация стартера нежелательна. Одновременно с этим нужно проверить состояние ламелей на роторе. При необходимости следует их очистить от загрязнений. Но перед началом работ внимательно изучите устройство стартера автомобиля, чтобы максимально эффективно провести ремонт.

Типы стартеров

Отличия стартеров различных модификаций заключаются в конструкции устройств зацепления, электрическая часть одинакова у всех. Отличается принцип действия, конструкция двух основных узлов: фрикционного амортизатора, механизма автоматического расцепления.

Классический вариант

Принцип работы стартера классического типа накладывает ограничения на характеристики шестерни муфты, диаметр маховика. Редукторная пара не может иметь соотношение зуба выше 16/18, что требует использования последовательного возбуждения обмоток электродвигателя. Недостатком классического стартера является низкий КПД, сильный нагрев, громоздкая обмотка возбуждения. Режим холостого хода опасен устройству, так как, электродвигатель может «пойти вразнос».
Преимуществом стартера автомобиля с независимым возбуждением является увеличение эффективности, снижение габаритов, отсутствие перегрева. Получают независимое возбуждение тремя способами, учитывая принцип работы ЭДВ:

• подключение обмотки к независимому от якоря источнику тока (управляемое возбуждение);
• установкой на статор постоянных магнитов (неуправляемое возбуждение);
• параллельным подключением обмотки (параллельное возбуждение).

С планетарным редуктором

Для автомобиля пригоден лишь второй вариант, улучшенный встроенным в корпус стартера планетарным редуктором. Преимущества конструкции этого типа заключаются в следующем:

• падение напряжения аккумулятора при запуске ДВС не влияет на магнитное поле электродвигателя;
• многополюсная магнитная система компактнее электромагнитной;
• принцип работы магнитной системы позволяет увеличить КПД;
• дешевые ферропорошки, из которых делают магниты, снижают стоимость стартера;
• планетарный редуктор адаптирует характеристики электродвигателя с частотой вращения коленвала;
• при холодном запуске потребляется меньший ток, увеличивается надежность пуска.

Принцип работы планетарного редуктора предполагает высокий износ шестеренок. Для увеличения ресурса главная шестерня отливается из термореактивной пластмассы под давлением, армируется бронзой. Снижается шум при работе, увеличивается прочность, износостойкость. Использование жесткого графита в коллекторных щетках, удаление из материала порошка меди увеличило межремонтный период этого узла. Существуют виды приводных механизмов: инерционные, электромеханические, комбинированные. Муфты свободного хода бывают храповые, роликовые, фрикционно-храповые.

Мне нравится1Не нравится