Види, пристрій та принцип роботи стартера автомобіля

Для успішного запуску двигуна внутрішнього згоряння необхідний пристрій, який надасть кривошипно-шатунному механізму початковий імпульс, тобто проверне маховик до потрібних обертів. Таким пристроєм є стартер і саме він відповідає за запуск двигуна. У статті докладно розглянемо пристрій та принцип роботи стартера автомобіля, а також його можливі несправності.

Пристрій стартера

Стартер автомобіля є електродвигуном. Він перетворює електричну енергію від акумулятора в механічну роботу, яка надає руху маховик і колінчастий вал, для початку процесу руху поршнів. Стартером обладнано всі двигуни.

Принцип роботи пристрою ґрунтується на законах фізики, які відомі зі шкільної лави. Якщо між двома полюсами магніту помістити дротяну рамку з двома кінцями, а потім пустити через неї струм, вона почне обертатися. Це і є найпростіший електродвигун.

Простий автомобільний стартер являє собою металевий корпус, в якому знаходяться чотири магнітні сердечники (черевики). Ці магніти в корпусі і є статор електродвигуна. Раніше на черевиках намотувалась обмотка збудження, на яку подавався електричний струм від акумулятора. Тобто, це був класичний електромагніт. На сучасних пристроях застосовуються звичайні магніти.

Іншою важливою деталлю пристрою є якір. Він є валом з напресованим сердечником з електротехнічної сталі. У пазах сердечника знаходяться ті самі рамки, які обертатимуться навколо полюсів магніту.Кінці рамок з'єднані з колектором, до якого підходять чотири щітки – дві позитивні від АКБ та дві негативні, які йдуть до маси.

У задній кришці, що закриває, знаходяться щіткотримачі із пружинками, які постійно піддавлюють щітки до колектора для забезпечення контакту. Також у задній кришці встановлена ​​опорна втулка якоря або підшипник.

Влаштування звичайного стартера

На металевому корпусі знаходиться вхідний контакт. До цього контакту підключається плюсова клемма акумулятора (+).

Плюсовий провід АКБ, який підходить до стартера, значно товщі за інші.

Струм від акумулятора на стартер не може подаватися постійно. Він потрібен тільки в момент запуску двигуна.

На валу якоря також виконано шліцеве з'єднання, на якому знаходиться напрямна втулка і Бендікс з шестернею з можливістю осьового переміщення Цей рух забезпечує контакт шестерні безпосередньо з зубчастим вінцем маховика.

Але Бендікс не переміщається по валу самостійно. Це робить інший електромагніт меншого розміру - реле, що втягує.Від реле до шестерні підходить вилка, яка і штовхає бендікс.До котушки втягує подається керуючий струм від акумулятора через замок запалювання. При включенні запалення котушка намагнічується і втягує сердечник. Цей осердя, з одного боку, пов'язаний з вилкою бендикса, з іншого – з п'ятаками, що замикають контакти електродвигуна. Коли напруга з котушки реле, що втягує, знімається, то вилка знову втягується назад на місце, а електродвигун припиняє свою роботу.

Якір починає обертання лише тоді, коли шестерня вже увійшла до зачеплення з маховиком.

Основні компоненти

Таким чином, основними складовими стартера можна назвати:

• магнітний статор;
• вал із якорем;
• реле, що втягує, з компонентами (електромагніт, сердечник, контакти);
• щіткотримач із щітками;
• бендікс із шестернею;
• вилка;
• елементи корпусу.

Принцип роботи

Враховуючи пристрій стартера, розглянемо його роботу покроково:

1. Водій включає запалювання і на реле, що втягує, подається керуюча напруга. Котушка реле намагнічується і переміщає сердечник.
2. Сердечник підводить бендикс і шестерню до маховика за допомогою вилки і наприкінці свого ходу замикає контактні п'ятаки на електродвигун.
3. Пусковий струм подається на обмотку якоря, який починає обертатися магнітному полі статора. Стартер почав працювати.
4. Двигун запустився, водій повернув ключ із положення пуску. Керуючий струм перестав подаватися на реле, що втягує, п'ятаки розімкнулися, а бендикс з шестернею повернувся у вихідне положення під дією зворотної пружини. Стартер припинив свою роботу.

Пристрій Бендикс

Бендікс є досить цікавим пристроєм. Іноді його називають муфтою вільного ходу або обгінною муфтою.

Для запуску двигуна потрібно, щоб маховик обертався не повільніше, ніж 100 об/хв. Так як шестерня стартера набагато менша за зубчастий вінець маховика, їй потрібно обертатися в 10 разів швидше, щоб надати маховику необхідне прискорення. Це 1000 об/хв.

Коли двигун заводиться, маховик починає обертатись дуже швидко. Він передає це швидке обертання на шестірню. Неважко порахувати, що швидкість обертання шестерні буде вже 10 000 об/хв. Якби на вал стартера передалося таке прискорення, то він би не витримав. Саме для цього і потрібний бендікс. Він передає обертання від шестерні на маховик, але не передає його від маховика на шестерню.

Сам бендікс складається з двох частин: шестірні та корпуси. Внутрішня обойма шестерні входить у корпус із зовнішньою обоймою. Усередині цієї обойми знаходяться чотири ролики із пружинками. Корпус бендіксу обертається через вал стартера. При обертанні внутрішня обойма шестерні як би заклинює в корпусі і обертається, а при обертанні шестерні від маховика ці ролики розходяться і не передають обертання на вал. Сам вал стартера при цьому обертається з колишньою швидкістю.

Види стартерів

Як було описано вище, в сучасних стартерах застосовуються не черевики з обмоткою збудження, а магніти. Магніти як статор дозволяють значно зменшити габарити пристрою. У цьому частота обертання якоря підвищується. Тому іноді застосовується редуктор.

Виходячи з цього, стартери поділяються на:

З пристроєм та роботою простого стартера ми вже познайомилися. Робота редукторного ґрунтується на тих же принципах, що й простого, але має трохи інший пристрій. Крутний момент від якоря спочатку надходить у планетарний редуктор, який його перетворює, і далі на вал бендікса.Обертання від якоря на шестірню передається через водило планетарного механізму.

Цей вид стартера має такі переваги:

• вищий ККД;
• менше споживання струму;
• невеликі розміри;
• запуск двигуна навіть за низького заряду акумулятора.

Але така конструкція позначається на складності ремонту.

Основні несправності

Усі можливі види несправностей стартера можна поділити на механічні та електричні.

З механічними вузлами може бути пов'язано:

1. Залипання контактних п'ятак.
2. Зношування підшипників і утримуючих втулок.
3. Зношування роликів бендикса.
4. Заклинювання вилки або сердечника реле, що втягує.

Проблеми з електрикою:

1. Вироблення щіток та пластин колектора.
2. Обрив ланцюга в обмотці черевиків (статора) або реле, що втягує.
3. Замикання та перегорання обмоток.

Ці деталі змінюються на нові. Ремонт обмотки краще довірити кваліфікованому автоелектрику. Найпростіше зробити персональним діагностичним сканером, наприклад, за допомогою недорогого мультимарочного пристрою Rokodil ScanX.

Мультибрендовий сканер Rokodil ScanX

Після діагностики сканер вкаже на точну причину несправності, чи це запобіжник, що перегорів, несправність вимикача запалювання або несправність електричного ланцюга.

Стартер - це досить складний механізм, який вимагає уваги від водія.Але незважаючи на загальну складність пристрою, принцип його роботи дуже простий.

Види, пристрій та принцип роботи автомобільного акумулятора

Електричні акумуляторні батареї застосовуються в будь-якому автомобілі і є автономним джерелом живлення АКБ накопичує енергію, яка потім живить бортову мережу, коли це необхідно, і подає струм на стартер для запуску двигуна.

Призначення акумулятора в автомобілі

Автомобільний акумулятор прийнято позначати абревіатурою АКБ, що означає акумуляторна кислотна батарея.

Акумулятор є важливим компонентом у роботі будь-якого транспортного засобу.

1. Подача електроенергії на стартер для запуску двигуна Акумулятор здатний протягом 30 секунд подавати пусковий струм або струм холодного прокручування на стартер, який, у свою чергу, запускає двигун.
2. Живлення бортової мережі у разі недостатньої потужності (продуктивності) генератора.
3. Автономне харчування бортової мережі автомобіля.

Кожен акумулятор має певну ємність та заряд. Під час роботи двигуна бере на себе генератор.

Генератор виходить на оптимальний режим продуктивності при досягненні двигуном частоти обертання колінчастого валу 1600-1800 об/хв і більше.

Розташовується АКБ, як правило, у підкапотному просторі автомобіля або закріплений на рамі у разі великого вантажного транспорту.Це з тим, що кислота, що усередині, дуже агресивна і небезпечна здоров'я. Вона може проникнути через корпус або виділитися у вигляді газу. З акумулятором слід звертатися обережно.

Більш безпечні АКБ, що не обслуговуються, всередині яких немає рідкого електроліту. Такі батареї практично не виділяють шкідливих пар і їх можна використовувати будь-де. Серед альтернативних місць розміщення акумулятора можна виділити багажне відділення та під сидінням водія.

Параметри АКБ

Звичайна автомобільна батарея видає напругу 12В. Цього вистачає для живлення бортової мережі. Для великовантажних автомобілів використовуються батареї з напругою 24В. По суті це дві звичайні батареї, які послідовно з'єднані. Місткість АКБ вимірюється в Ампер-годинник (А * год). Для легкового транспорту ємність батареї в межах 40-130 А*ч. Місткість показує, який акумулятор зможе давати енергію при навантаженні. Але ці величини вимірюються за певного навантаження і за певної температури – 20°C. За інших умов параметри можуть змінюватись.

Також важливим показником є ​​струм холодного прокручування або пусковий струм. Різні моделі здатні видавати від 250 до 1300а. Струм холодного прокручування – це та напруга, яка здатна віддати АКБ протягом 30 секунд при температурі 18°C. В інших умовах цей параметр може змінитися, наприклад, взимку.

Пристрій акумулятора

Насправді стандартний акумулятор – це шість маленьких акумуляторів, ув'язнених в один корпус. Шість відсіків об'єднано в єдиному корпусі. Часто їх називають банками. Кожна банка дає напругу 2,1В – 2,2В.Шість банок з'єднані послідовно товстими свинцевими перемичками, що у результаті дає напругу 12,6В – 13,2В.

Пристрій автомобільного акумулятора

Автомобільний акумулятор складається з таких основних елементів:

• пластиковий корпус;
• кришка;
• негативні пластини (електроди);
• позитивні пластини;
• перемички, що з'єднують відсіки;
• рідкий електроліт;
• сепаратори;
• позитивний та негативний висновок (клеми);
• заливні пробки.

Корпус та кришка

Корпус та кришка виконані із пластику, який нейтральний до кислоти. У кожному банку перебувають свинцеві пластини – електроди.

Пластини

Негативна пластина з губчастого свинцю (Pb) називається катод, позитивна пориста пластина з діоксидом свинцю (PbO2) – анод. Щоб батарея розряджалася не так швидко, використовується не чистий свинець, а із застосуванням різних присадок. Раніше додавали 5% сурми, але процес сульфатації все одно відбувався швидко. У сучасних рідинних акумуляторах доданий кальцій. Він значно знижує процес сульфатації та підвищує ємність АКБ до 70%. Якщо говорити про гелеві або AGM акумулятори, то в них застосовується чистий свинець. Це дозволяє підвищити потужність і пусковий струм, що віддається, до 1000-1300А.

Електроліт

У кожному банку залитий електроліт. Це суміш сірчаної кислоти та дистильованої води, у співвідношенні 35:65. Щільність електроліту знаходиться в межах 1,23-1,31 г/см3. Чим вона вища, тим батарея стійкіша до морозів.

Сепаратор

У простих акумуляторах рідинних між пластинами знаходиться сепаратор. Від слова "separate" - розділяти. Зазвичай сепаратори виготовляються із нейтрального пластику. Ці пластини поділяють позитивні та негативні електроди від замикання.Матеріалом для сепараторів є ревертекс або ебоніт. Також ці елементи іноді називають діелектричним прошарком.

У більш сучасних необслуговуваних акумуляторах як сепаратори застосовується мікроволокно. Цей високотехнологічний матеріал утримує електроліт усередині і не дає йому витікати та випаровуватися. Пластини загорнуті в мікроволокно як у конверті і щільно притиснуті один до одного.

Клеми та пробки

Клеми акумулятора також виготовляються зі свинцю. До них приєднуються контакти. На акумуляторах, що обслуговуються, на корпусі розташовуються заливні пробки. Їх кількість дорівнює кількості банок. Вони служать для заливки дистильованої води у разі потреби.

Принцип роботи

Між пластинами та електролітом безперервно відбувається електрохімічна реакція. При розряді хімічна енергія перетворюється на електричну, а за заряді, навпаки, – електрична на хімічну. Коли акумулятор підключений до споживачів енергії, відбувається його розрядка.

Хімічна формула реакції

Відбувається наступний процес. На катоді йде відновлення діоксиду свинцю. Свинець на аноді окислюється. Сірчана кислота входить у реакцію з металами обох пластинах. При цій реакції утворюється сульфат свинцю. Процес називається сульфатацією. З сірчаної кислоти виділяється водень, який потім входить у реакцію з киснем з позитивно зарядженої пластини. Утворюється вода, а сірчана кислота витрачається. Щільність електроліту знижується. Процес реакції показаний на зображенні.

При зарядці весь процес відбувається у зворотному порядку. Сірчана кислота відновлюється. Знов утворюється діоксид свинцю та сірчана кислота. При повному зарядженні щільність електроліту повинна бути в межах 1,29 гр/см3.Це значення показує рівень вмісту сірчаної кислоти однією кубічний сантиметр електроліту.

Таким чином, робота батареї ґрунтується на циклах заряд-розряд. Якщо припустити глибокий розряд, процес може бути необоротним. Залишиться лише вода та сульфат свинцю. Тому слід завжди стежити за рівнем заряду.

Заряджання, зберігання та залежність від температури

Після того, як автомобільний акумулятор запустив стартер і двигун, відбувається його заряджання від генератора. У знятому положенні акумулятор заряджається зарядним пристроєм. Зберігати акумулятор з рідким електролітом можна лише в строго горизонтальному положенні та за певної температури 5°С -15°С. Це обумовлено тим, що електроліт може витекти, а пластини, що обсипалися, замкнути на дні банки.

Різна температура також впливає роботу АКБ. При високій температурі показники потужності та струмовіддачі високі, але батарея швидше розряджається та підвищується витрата води. Електроліт за своїм складом не замерзає при мінусовій температурі, але на сильному морозі він все ж таки може це зробити. У мороз хімічні процеси уповільнюються, пусковий струм знижується, падає ємність батареї. Ось чому у водіїв часто виникають проблеми із запуском двигуна взимку.

Різновиди акумуляторів

Сучасні акумуляторні батареї можна умовно розділити на обслуговувані та необслуговувані.

Можна виділити такі основні види:

• АКБ із рідким електролітом.
• EFB акумулятори.
• AGM.
• Гелеві.

Акумулятори з рідким електролітом відносяться до типу, що обслуговується. Це означає, що іноді необхідно стежити за рівнем електроліту, його щільністю та ємністю батареї. Їхній термін служби в середньому складаємо 3-5 років.Вони доступні за ціною та добре справляються зі своїм завданням в автомобілі. Тому залишаються найпоширенішими.

EFB

Батареї за технологією EFB з'явилися порівняно недавно. У них також є рідкий електроліт, але пластини загорнуті в мікроволокно. Матеріал вбирає електроліт, що підвищує площу контакту з пластинами. Це також підвищує ємність і потужність і дозволяє знизити об'єм електроліту в порівнянні зі звичайними АКБ, роблячи такі батареї практично необслуговуваними. Термін служби 4-5 років. Вартість прийнятна.

AGM

Акумулятори AGM відносяться до класу батарей, що не обслуговуються. Це означає, що вони повністю герметичний корпус. На корпусі є газовідвідні клапани. Між пластинами знаходиться скловолокно, у якого електроліт. Це дозволяє сповільнити процес сульфатації. Такі батареї не бояться повного розряду. Термін служби – до 10 років. Але є мінуси: висока вартість та обслуговування.

Гелеві

Це також батареї, що не обслуговуються. До електроліту додані речовини, які згущують його і доводять до твердого стану. Сам електроліт виступає у ролі сепаратора між пластинами. Термін служби до 10 років, але потрібний спеціальний догляд, як і у випадку з AGM. Не бояться глибокого розряду, але чутливі до перезаряду та замикання. Коштують у 3-4 рази дорожче за звичайні.

Акумуляторна батарея – це пристрій, який вимагає від водія уваги. Щоб батарея прослужила довго, потрібно знати її пристрій та принцип роботи. За правильного догляду та умов утримання АКБ пропрацює довгі роки.