Как устроен стартер автомобиля, его назначение и принцип действия

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.

Виды и характеристики стартера

Я описал классическую конструкцию стартера. В ней бендикс находится прямо на вале ротора. Для такого устройства необходим электродвигатель с невысокой скоростью вращения и высокой тягой, что приводит к увеличению массы и размера устройства.

А какие стартеры устанавливаются на современных автомобилях? Это стартеры с редуктором. Рассмотрим подробнее каждый тип пусковых устройств, а также в чём состоит их отличие.

С редуктором

Такие стартеры называют планетарными. Стандартный редуктор имеет солнечную (ведущую) шестерню, водило, зубчатый венец. Все эти детали зацеплены друг с другом. В планетарном редукторе все составные части используются в качестве ведомого механизма.

Ещё одна хорошая статья: Раздаточная коробка: что это такое, виды, назначение, устройство, принцип работы, как работает

В стартере с редуктором применяется дополнительный вал, где находится бендикс. Таким образом, бендикс и электродвигатель в пусковом устройстве работают только через редуктор. Но, несмотря на новую деталь под названием редуктор, принцип работы такого стартера мало отличается от классического.

Особенность планетарного стартера с редуктором в том, что он потребляет меньше энергии для своей эффективной работы, благодаря чему он сможет раскрутить коленвал ДВС даже при очень низком заряде аккумуляторной батареи много раз подряд. Редуктор снижает обороты электродвигателя, но улучшает их тяговую силу. А применение в конструкции магнитов увеличивает ресурс обмотки статора и предотвращает возможные неисправности.

Редуктор превращает скорость вращения в тягу, изменяя передаточное соотношение, благодаря чему можно не использовать мощные и «прожорливые» электродвигатели в стартере.

Плюсы:

• Высокий срок службы.
• Небольшой размер и вес.
• Небольшая цена деталей.
• Можно завести автомобиль даже при сильном морозе.

Минусы:

• Существуют проблемы с поиском запчастей.
• Невысокое качество деталей.
• Более сложный ремонт по сравнению со стартерами без редуктора.

Также применяют устройства с редуктором и цилиндрической передачей, но из-за сложного механизма их ставят не так часто.

Без редуктора

Такие устройства также называют роторными стартерами. В конструкцию этого типа устройств не входит редуктор, а вращение передаётся напрямую на шестерню стартера. Самый главный плюс безредукторного механизма в очень простом устройстве, благодаря чему ремонт можно выполнить даже новичок. К тому же такой механизм отличается высокой надёжностью и выносливостью, что приводит к увеличению срока службы стартера. Поэтому в процессе работы неисправности из-за подачи тока возникают нечасто.

В безредукторном стартере сцепление шестерни с маховиком происходит моментально, поэтому запуск двигателя осуществляется очень быстро. К тому же детали на устройство можно легко купить в большинстве магазинов, хотя цена на них довольно высока.

Минусы стартеров без редуктора в том, что при низких температурах его работа крайне нестабильна из-за того, что устройство требует много энергии. Также такое пусковое устройство более тяжёлое и громоздкое по сравнению с редукторным.

Что лучше редукторный стартер или обычный? Для большинства автомобилей лучше всего подходит стартер с редуктором.

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 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.

Электростартер на мотоблок своими руками

Для того, чтобы сделать электростартер на мотоблок своими руками, необходимо:

• подобрать основные элементы конструкции: корпус, катушку, небольшой электромотор и кулачковый механизм;
• для соединения деталей подготовить провода, болты, гайки и другие крепежные элементы;
• согласно электросхемам и чертежам заводского устройства, соединить моторчик с рабочими элементами, подключив его к аккумуляторной 12-вольтовой батарее;
• после проверки схемы на работоспособность, уложить все составляющие будущего стартера в корпус;
• установить полученное электроустройство на мотоблок и подключить при помощи проводов.

Устройство бендикса

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

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.

Последовательность контроля работоспособности стартера

Если при переводе ключа зажигания в положение «Старт» стартер не подает никаких признаков жизни, необходимо выполнить следующую последовательность действий:

1. Измерить мультиметром напряжение на клеммах аккумулятора. Должно быть не менее 12 Вольт для запуска двигателя. Если меньше, следует зарядить аккумуляторную батарею.

2. Далее необходимо произвести измерение качества шины «земля» автомобиля. Следует проверить контакты шины «минус АКБ» — кузов автомобиля и «минус АКБ»-корпус двигателя, собственно, стартера. Это лучше сделать, включив зажигание, и измеряя напряжения между минусом АКБ, металлическими элементами корпуса двигателя и зачищенными элементами кузова двигателя. Напряжения должны быть строго 0,0 Вольт. Если больше, возможно нарушены контакты соединений.

3. Перед проведением дальнейших действий лучше . Во многих автомобилях запуск двигателя может блокировать иммобилайзер, возможно, требуется привязка ключа. Неисправность узлов автоматической коробки переключения передач также может ввести режим запрета на запуск авто.

4. Для дальнейшей диагностики стартера требуется электрическая схема автомобиля и схема расположения реле и предохранителей. Система запуска автомобиля может быть организована одним из двух способов. В автомобилях более ранних годов выпуска напряжение на втягивающее реле стартера подавалось непосредственно с контактной группы замка зажигания. Неисправность контактной группы приводит к отсутствию напряжения, подающегося на втягивающее реле. В таком случае необходимо проверить наличие контактов по схеме подключения замка зажигания. В современных автомобилях для управления срабатыванием стартера используется реле стартера, обычно устанавливаемое в блоке реле и предохранителей в подкапотном пространстве. Необходимо проверить исправность реле, наличие на его входном контакте напряжения +12 Вольт. Можно принудительно включить стартер, замкнув контакты реле.

5. Далее переходят непосредственно к работам со стартером. Он обычно расположен в области маховика. Более удобное расположение – между двигателем и радиатором системы охлаждения. В этом случае доступ к нему упрощен. Хуже, если стартер расположен за двигателем под выпускным коллектором. В любом случае, необходимо отследить путь пролегания проводов, идущих от стартера. От него отходят два проводника: один толстый (сечение не менее 25 кв.мм.) для запуска электродвигателя и тонкий – для управления втягивающим реле.

6. В первую очередь необходимо в удобном месте зачистить тонкий проводник, подсоединить к нему провод сечением не менее 2 кв.мм. и заизолировать место соединения. Затем перевести коробку передач в нейтральное положение. После этого соединить подключенный проводник к положительной клемме . Если при этом не последует никаких действий со стороны стартера, возможны следующие варианты:

• неисправность обмотки втягивающего реле (обрыв);
• износ щеток электродвигателя стартера;
• поломка ламелей коллектора;
• обрыв обмотки якоря;
• отсутствие контакта на разъеме тонкого провода (часто встречается, когда тонкий проводник приходит в разъем «под фишку», его иногда достаточно просто пошевелить);
• отсутствие заземления на корпусе двигателя автомобиля (для большей уверенности можно мощным проводом соединить корпус двигателя с минусом АКБ).

7. Если втягивающее реле сработало уверенно, но электродвигатель стартера не вращается, следует проверить наличие напряжения + 12 Вольт на выходе толстого проводника. Он обычно имеет соединение «под гайку», иногда контакты подгорают и обугливаются. В таком случае следует снять и зачистить контактные зоны. Также следует проверить соединение толстого проводника в области положительной клеммы аккумуляторной батареи.

8. С помощью мультиметра можно проверить сопротивление обмотки втягивающего реле (между подсоединенным проводником и корпусом двигателя оно должно быть в пределах от 3 до 20 Ом для различных типов стартеров).

9. В случае, когда предыдущие действия не привели к положительному результату, необходимо приступить к диагностике неисправности на снятом с автомобиля стартере.

Видео — как замкнуть стартер на прямую, если он не крутит:

Признаки неисправности стартера

Проблемы с силовым электродвигателем проявляются в виде:

• несрабатывания при повороте стартера;
• посторонних шумов (треске);
• срабатывании без ввода в зацепление;
• невозможности запустить мотор.

Самой распространенной проблема — это несрабатывание стартера. Стоит отметить, что не всегда поломка кроется в самом узле. Нередко он не работает из-за проблем с цепями питания. Поэтому искать неисправность следует начинать с них – проверить заряд аккумулятора, крепление проводки и клемм, замок зажигания.

Следующее, что проверяется – втягивающее реле, поскольку от его работоспособности зависит срабатывание электромотора. Оценить состояние можно и без демонтажа стартера. Для этого можно отверткой замкнуть выводы на крышке реле. Если электродвигатель после замыкания срабатывает, искать причину следует в реле.

Основные виды поломок

В целом все неисправности стартера делятся на две категории. Первая из них – механическая. Сюда относятся:

• подгорание пятаков;
• износ подшипников;
• повреждение зубьев ведущей шестеренки;
• подклинивание якоря втягивающего реле;
• разрушение обгонной муфты;
• заклинивание бендикса на валу.

Эти неисправности устраняются обслуживанием и заменой подтвержденных элементов. К примеру, подгоревшие пятаки можно почистить, а подшипники – заменить.

Вторая категория поломок стартера – электрическая. Эти неисправности считаются серьезнее, поскольку некоторые из них трудно устраняются. К ним относятся:

• износ щеток и контактных пластин коллектора;
• обрыв обмоток статора и втягивающего реле;
• замыкание обмоток.

Если щетки заменить несложно, то ремонт коллектора затруднителен, поскольку нужно перепаивать все его пластины. Что касается обрыва и замыкания, то устранить такие поломки может только опытный автоэлектрик. При этом нередко отремонтированный двигатель снова ломается, поэтому иногда лучше заменить узел, чем ремонтировать. Реле же при электрических поломках не ремонтируется, а заменяется.

Что касается редукторных стартеров, то редуктор также может выйти из строя. Его «слабым местом» является зубчатый венец, которые производители часто делают из пластика (для снижения шумности и удешевления производства). Этот венец из-за нагрузок разрушается и редуктор перестает работать. Для восстановление работоспособности стартера заменяется венец. При этом некоторые автолюбители для исключения повторной поломки подбирают и устанавливают венец из металла.

Отличия стартеров, достоинства и недостатки эксплуатации

После краткого обзора, что такое редукторный стартер и чем он отличается от классического, можно сделать вывод, что эта модель однозначно предпочтительна для автомобилей, эксплуатируемых в черте города, а также в регионах с морозными зимами. Именно такие стартеры устанавливаются на современные легковые и грузовые автомобили: ВАЗ, ГАЗель, а также собираемые в России иномарки.

Обязательно почитайте: Насос шестеренчатый: масляный, гидравлический, топливный

Однако в условиях дефицита запчастей и доступа к квалифицированному ремонту безопаснее отдать предпочтение более простому и надёжному варианту. Неслучайно пусковые устройства старого образца до сих пор устанавливаются автовладельцами на классику, используемую за городом и для дальних поездок, особенно в тёплом климате. Такую запчасть при желании легко починить «на коленке», да и выходит из строя она заметно реже современного аналога. Ещё одно достоинство классического стартера – низкая цена. На редукторных же моделях экономить не рекомендуется.

Как уберечь стартер от поломки?

Чтобы увеличить ресурс эксплуатации механизма, необходимо периодически проводить его техобслуживание. Есть смысл проверять работу устройства, если при попытке запуска двигатель не заводится на протяжении первых пяти секунд.

Моменты, которые позволят предотвратить быструю поломку стартерного механизма:

Надо осторожно использовать функцию автоматического запуска двигателя, если такую возможность предоставляет противоугонная система. Дистанционный старт ДВС быстро сжигает стартерный механизм и способствует ускоренному разряду аккумуляторной батареи.
Нельзя передвигать транспортное средство, используя данный узел

К такому часто прибегают водители, в транспортных средствах которых неожиданно заканчивается топливо. При такой эксплуатации конструктивные элементы устройства быстро изнашиваются и выходят из строя. Этому способствуют повышенные нагрузки, в условиях которых функционирует стартер.
Нельзя оставлять узел активированным после пуска силового агрегата больше чем на десять секунд. Если двигатель машины не заводится, нужно дать подождать механизму хотя бы минуту, только затем повторять попытку. Это позволит остыть стартерному узлу. Его детали при запуске нагреваются быстро, если они не будут остывать, произойдет быстрый износ устройства.
Периодически надо выполнять диагностику надежности контактных элементов на клеммных зажимах АКБ. При наличии окисления компоненты подлежат очистке, поскольку это способствует появлению преграде при подаче тока от батареи на стартер.
Когда силовой агрегат запущен, узел надо сразу же отключить. Нельзя удерживать ключ в положении, которое способствует работе стартера после пуска ДВС. Это приведет к его быстрому износу.

Канал «Maysternya TV» рассказал об особенностях проведения технического обслуживания этого типа устройств.

Основные виды поломок

В целом все неисправности автомобильного стартера делятся на две категории. Первая из них – механическая. Сюда относятся:

• подгорание пятаков;
• износ подшипников;
• повреждение зубьев ведущей шестеренки;
• подклинивание якоря втягивающего реле;
• разрушение обгонной муфты;
• заклинивание бендикса на валу.

Эти неисправности устраняются обслуживанием и заменой подтвержденных элементов. К примеру, подгоревшие пятаки можно почистить, а подшипники – заменить.

Вторая категория поломок стартера – электрическая. Эти неисправности считаются серьезнее, поскольку некоторые из них трудно устраняются. К ним относятся:

• износ щеток и контактных пластин коллектора;
• обрыв обмоток статора и втягивающего реле;
• замыкание обмоток.

Если щетки заменить несложно, то ремонт коллектора затруднителен, поскольку нужно перепаивать все его пластины. Что касается обрыва и замыкания, то устранить такие поломки может только опытный автоэлектрик. При этом нередко отремонтированный двигатель снова ломается, поэтому иногда лучше заменить узел, чем ремонтировать. Реле же при электрических поломках не ремонтируется, а заменяется.

Что касается редукторных стартеров, то редуктор также может выйти из строя. Его «слабым местом» является зубчатый венец, которые производители часто делают из пластика (для снижения шумности и удешевления производства). Этот венец из-за нагрузок разрушается и редуктор перестает работать. Для восстановление работоспособности стартера заменяется венец. При этом некоторые автолюбители для исключения повторной поломки подбирают и устанавливают венец из металла.

Как это работает

Теперь немного о том, в чем нюансы взаимодействия якоря, бендикса и втягивающего реле, а также иных компонентов. На самом деле есть условно три этапа работы стартера:

• Сначала приводная шестерня и стартерный венец используемого маховика соединяются;
• Далее происходит пуск самого стартера;
• На третьем этапе происходит рассоединение.

У стартера очень кратковременный цикл работы, поскольку в дальнейшем он не принимает никакого участия в процессе движения автомобиля. Это вам не круиз контроль. У стартера есть одна задача — запустить двигатель. После этого он свободен до следующего пуска.

Но давайте посмотрим на работу более детально, как мы это делали, когда разбирали принцип работы сцепления. Поэтапно все выглядит так:

• Мы поворачиваем ключ в своем замке зажигания авто;
• Зажигание переводится в положение для запуска;
• Ток следует по электроцепи от батареи к замку;
• Далее ток передается на тяговое решение;
• Вот на этом этапе наш бендикс зацепляется с нашим маховиком;
• Параллельно с перемещением и зацепом шестерни происходит замыкание цепи;
• Напряжение следует к электромоторчику;
• Запускается двигатель;
• Обороты самого мотора превышают по своим значениям обороты нашего стартера;
• Муфта разъединяет между собой вал электромоторчика и приводную шестеренку.

Все. На этом работа устройства завершена. Стартер нужен буквально на несколько секунд, если все работает исправно в машине. Но этот факт никак не преуменьшает ценность такого устройства.

Виды

Думаю, схема вам ясна. Но стоит еще отметить факт существования определенных разновидностей этого элемента. Стартеры можно разделить на 2 типа:

• редукторные;
• безредукторные.

Если это дизельные ДВС или моторы повышенной мощности, здесь актуально использование редукторного стартера. Он не планетарный. Такой элемент способен в несколько раз увеличивает напряжение, которое по нему проходит, тем самым повышая крутящий момент.

У редукторных девайсов есть свои преимущества:

• высокий уровень эффективности;
• повышенный КПД;
• меньшее потребление тока при холодном запуске;
• скромные размеры;
• отличная работоспособность;
• лучшие эксплуатационные параметры;
• эффективный запуск даже при падении заряда АКБ.

А безредукторные отличаются тем, что в ним совершается непосредственный контакт со вращающимися шестернями.

Стартер без редуктора имеет такие достоинства:

• упрощенная конструкция;
• лучшая пригодность к ремонту;
• устойчивость к повышенным нагрузкам;
• быстрый пуск двигателя.

Каждый может для себя сделать соответствующие выводы. Решать вам. Хотя во многом за вас решил уже сам автопроизводитель, установив на машину тот или иной тип стартера.

Это не как с коробками передач, где при покупке автолюбитель сам решает, брать ему вариатор, классическую механику, либо продвинутую секвентальную КПП.

Эволюция стартера

Прообраз современного стартера появился порядка сотни лет назад, придя на смену примитивной пусковой ручке, получившей в СССР название «кривой стартер». Причем еще в начале 20 века идея электрического запуска двигателя казалась нереализуемой на практике, пока инженер Ч. Кеттеринг не продемонстрировал возможности электродвигателя, созданного для… кассового аппарата. И все же попытки внедрить такое устройство в автомобильную промышленность сразу не удались: агрегат был недостаточно мощен, а вдобавок быстро перегревался. Впрочем, последующая доработка механизма, который взаимодействовал не с коленчатым валом, а зубьями маховика, позволила устранить эти недостатки, и компания «Дженерал Моторс» согласилась на его использование.

Второй этап того, как менялось устройство стартера автомобиля, связан с инженерной находкой американского изобретателя – он предложил разделить пусковой механизм непосредственно на сам стартер и отдельный генератор. В результате, благодаря обгонной муфте, которая была названа по имени его создателя «бендиксом», мотор кратковременно подключался к устройству. Чуть позднее произошла автоматизация процесса подвода шестерен к маховику мотора за счет появления электромагнитного реле. В последующие годы ничего революционного не произошло: стартеры различались лишь набором деталей и материалами для их создания.