Процесс запуска двигателя автомобиля. Запуск двигателя автомобиля после долгого простоя

Система запуска двигателя предназначена для создания первичного крутящего момента коленвала двигателя с оборотами, необходимыми для образования нужной степени сжатия, для воспламенения горючей смеси. Управление системой запуска может быть ручным, автоматическим и дистанционным.

Система пуска двигателя состоит из основных функциональных устройств:

1. Стартер
2. Механизмы управления запуска (замок зажигания, блок управления автоматическим пуском, система дистанционного управления)
3. Соединительные провода большого сечения (многопроволочные медные).

Предъявляемые требования к системе запуска:

• надежность работы стартера (отсутствие поломок в 45-50 тыс. км. пробега)
• возможность уверенного запуска в условиях пониженных температур
• способность системы к многоразовым пускам в течение короткого времени.

Устройство стартера автомобиля

Основным узлом системы запуска двигателя является стартер . Представляет собой электродвигатель постоянного тока напряжением 12 вольт и, развивающий на холостом ходу примерно 5000 об\мин.

Стартер состоит из пяти основных элементов:

1. Корпус стартера выполнен из стали, имеет форму цилиндра. На внутреннюю стенку корпуса крепятся обмотки возбуждения (обычно четыре) совместно с сердечниками (полюсами). Крепеж происходит винтовым соединением. Винт закручивается в сердечник, который прижимает обмотку к стенке. Корпус имеет резьбовые технологические отверстия для крепления передней части, в которой происходит движение обгонной муфты.
2. Якорь стартера представляет собой ось из легированной стали, на которую запрессован сердечник якоря и коллекторные пластины. Сердечник имеет пазы для укладки обмоток якоря. Концы обмоток надежно крепятся к коллекторным пластинам. Коллекторные пластины расположены по кругу и жестко установлены на диэлектрической основе. Диаметр сердечника напрямую связан с внутренним диаметром корпуса (совместно с обмотками). Якорь крепится в передней крышке стартера и в задней крышке при помощи втулок, изготовленных из латуни, реже из меди. Втулки одновременно являются и подшипниками.
3. Втягивающее реле или тяговое реле устанавливается на корпус стартера. В корпусе тягового реле, в задней части находятся силовые контакты – «пятаки», и подвижный контакт-перемычка, выполненные из мягких металлов. «Пятаки» представляют собой обыкновенные болты, запрессованные в эбонитовую крышку тягового реле. При помощи гаек к ним крепятся силовые провода от аккумулятора и от плюсовых щеток стартера. Сердечник тягового реле соединяется, через подвижное «коромысло» с обгонной муфтой, в простонародье именуемой бендиксом.
4. Обгонная муфта (бендикс) крепится подвижно на вал якоря и представляет собой роликовый механизм, который связан с шестерней зацепления с венцом маховика. Конструкция собрана так, что при подаче крутящего момента на бендикс в одну сторону, ролики, находящиеся в сепараторе выходят из пазов сепаратора и жестко фиксируют шестерню к наружной обойме. При вращении в противоположную сторону ролики западают в сепаратор, и шестерня вращается независимо от наружной обоймы.
5. Щеткодержатель элемент стартера, через который подается рабочее напряжение на медно-графитные щетки, а затем передается на коллекторные пластины якоря. Выполнен щеткодержатель в виде диэлектрической обоймы с металлическими вставками, внутри которых находятся щетки. Контакты щеток (мягкий многожильный провод) при помощи точечной сварки привариваются к полюсным пластинам. Полюсными пластинами обычно являются «хвосты» обмоток возбуждения.

Принцип работы пусковой системы и стартера

Этапы работы стартера следующие: стыковка с зубчатым венцом маховика, пуск стартера, расстыковка стартера.

На деле это выглядит следующим образом: при включении замка зажигания и повороте ключа в положение «запуск», по цепи «+» АКБ - замок зажигания - обмотка тягового реле - «+» выхода стартера - плюсовая щетка - обмотка якоря - минусовая щетка, срабатывает тяговое реле . Под действием сердечника реле подвижный контакт замыкает силовые пятаки , через которые подается ток от АКБ на плюсовой провод стартера. Плюс стартера соединен с плюсовой полюсной пластиной и плюсовыми щётками. Минус по умолчанию подключен постоянно.

После подачи тока вокруг обмоток якоря и обмоток возбуждения возникают магнитные потоки, которые направлены в одну сторону а, как известно, одинаковые полюса магнита отталкиваются друг от друга, так возникает круговое движение якоря .

В момент срабатывания втягивающего реле, «коромысло» приходит в движение вместе сердечником реле и выталкивает бендикс на шлицах якоря, в сторону венца маховика. Якорь в этот момент начинает вращаться и приводит в действие маховик. Если завелся, а ключ зажигания еще не отпущен, наступает момент, когда обороты двигателя превышают обороты стартера, в этом случае срабатывает обгонный механизм бендикса .

Для дизельных двигателей или двигателей большой мощности, применяется другой механизм подачи вращения на бендикс. Применяется редуктор, встроенный в корпус стартера. Редуктор представляет собой механизм привода , т.е. по внутренней зубчатой обойме вращаются три сателлита, которые и приводят в действие вал, на котором подвижно находится бендикс. Достоинство таких стартеров в малых габаритах и большой мощности.

Система запуска двигателя автомобиля осуществляет первичное вращение коленчатого вала ДВС, в результате чего происходит воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндрах и силовой агрегат начинает работать самостоятельно.

Главной задачей системы пуска становится проворачивание коленвала, что позволяет поршню выполнить необходимое для воспламенения заряда сжатие смеси в цилиндрах. Затем горючее воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых двигателях, от сильного сжатия и нагрева в дизельных).

Далее коленчатый вал начинает вращаться самостоятельно, то есть двигатель запускается, обороты коленвала увеличиваются, вращение вала становится возможным благодаря преобразованию тепловой энергии сгорания топлива в механическую работу. Как только обороты коленвала достигают определенной частоты, происходит автоматическое отключение системы запуска.

В этой статье мы рассмотрим, как работает электрическая система пуска двигателя, из каких какие основных элементов она состоит, а также поговорим о том, какие еще бывают системы запуска ДВС, кроме электрических решений.

Система пуска двигателя: конструктивные особенности и принцип действия электрического запуска ДВС

Начнем с того, что на раннем этапе двигатели автомобиля запускались вручную. Для этого использовалась особая заводная рукоятка, которая вставлялась в специальное отверстие, после чего водитель самостоятельно проворачивал коленчатый вал.

В дальнейшем появилась система электрического пуска, которая в самом начале была не совсем надежной. По этой причине на многих моделях электрический пуск комбинировали с возможностью ручного запуска, что давало возможность запустить двигатель в случае возникновения проблем с электрозапуском. Затем от такой схемы полностью отказались, так как общая надежность электрических систем значительно возросла.

Итак, система запуска (часто называется стартерная система пуска двигателя) состоит из механических и электрических узлов и агрегатов. Как уже было сказано, главной задачей является проворачивание двигателя для запуска.

Основными элементами в схеме электрического пуска двигателя выступают:

Стартерная цепь;

Стартер;

Аккумулятор;

В двух словах, стартерная цепь фактически является электроцепью, по которой электрический ток подается от АКБ к стартеру. В такую цепь входит провод, который соединяет аккумулятор и стартер, «масса» на кузов автомобиля, а также различные клеммы и соединения, по которым идет пусковой ток.

Что касается аккумулятора, основной задачей является обеспечение необходимого напряжения для работы стартера. Важно, чтобы имела нужную емкость и уровень заряда не ниже 70%, что позволяет стартеру прокручивать коленвал ДВС с необходимой для запуска частотой.

Стартер представляет собой электромотор. На валу стартера установлена шестерня, которая после подачи напряжения на стартер входит в зацепление с зубчатым венцом на маховике двигателя. Так реализована передача крутящего момента от стартера на коленвал двигателя.

Еще отметим, что стартер потребляет большой пусковой ток. При этом для включения и выключения стартера используется слаботочный переключатель, более известный как замок зажигания. Данный элемент осуществляет управление специальным реле, а также блокировочными выключателями стартера (при наличии).

Вернемся к общему устройству элементов системы. Как уже говорилось, стартер с тяговым реле представляет собой электродвигатель постоянного тока. Стартер состоит из статора, который является корпусом, ротора (якорь), а также щеток со щеткодержателем, тягового реле и механизма привода.

Тяговое реле обеспечивает питание обмоток стартера, а также позволяет работать механизму привода. Указанное тяговое реле включает в себя обмотку, якорь, контактную пластину. Электрический ток подается на тяговое реле через специальные контактные болты.

Механизм привода нужен для передачи крутящего момента от стартера на коленвал. Основными элементами конструкции является рычаг привода или вилка, которая имеет поводковую муфту, демпферная пружина, а также обгонная муфта и ведущая шестерня. Указанная шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом маховика, который установлен на коленвалу. Замок зажигания после поворота ключа в положение «старт» отвечает за подачу постоянного тока от АКБ на тяговое реле стартера.

Принцип работы системы электрического запуска ДВС

Система электрического запуска стоит на различных типах двигателей (двухтактные и четырехтактные, бензиновые, дизельные, роторно-поршневые, газовые и т.д.)

Общий принцип работы заключается в следующем:

После того, как водитель поворачивает ключ в замке зажигания, электрический ток от АКБ подается на контакты тягового реле (на втягивающее стартера). В то время, когда ток начинает проходить по обмоткам тягового реле, осуществляется втягивание якоря. Указанный якорь перемещает рычаг механизма привода, в результате осуществляется зацепление ведущей шестерни и зубчатого венца маховика.

Параллельно якорь замыкает контакты реле, благодаря чему реализуется питание электрическим током обмоток статора и якоря. Это позволяет стартеру вращаться, передавая крутящий момент на коленчатый вал.

После запуска двигателя обороты коленвала увеличиваются. В этот момент срабатывает обгонная муфта, отсоединяющая стартер от двигателя, при этом стартер еще продолжает свое вращение. Затем при помощи возвратной пружины тягового реле происходит обратное перемещение якоря. Это позволяет вернуть механизм привода в обратное положение.

Кстати, если говорить о различных штатных блокировках стартера при запуске двигателя, такие решения встречаются, однако не на всех моделях авто. Основной задачей является повышение комфорта эксплуатации и безопасности. Если просто, , пока водитель не выжмет сцепление или не включит нейтральную передачу перед запуском двигателя.

Наличие такой блокировки позволяет избежать рывков и случайного перемещения ТС, что часто случается, когда водитель начинает заводить двигатель от стартера с включенной передачей.

Система воздушного пуска двигателя

Система воздушного пуска является еще одним решением, которое позволяет прокручивать коленчатый вал ДВС. Для запуска мотора используется сжатый воздух. При этом такое пневматическое оборудование, как правило, на автомобилях и другой технике не используется, однако пусковые системы данного типа можно встретить на стационарных двигателях внутреннего сгорания.

Если говорить о конструкции, устройство системы воздушного пуска двигателя предполагает наличие следующих элементов:

Воздушный баллон;

Электроклапаны;

Маслоотстойник;

Обратный клапан;

Воздухораспределитель;

Пусковые клапаны;

Трубопроводы;

Принцип работы системы воздушного запуска ДВС основан на том, что сжатый в воздушном баллоне воздух под давлением подается в коробку-распределитель, далее проходит через фильтры в редуктор и поступает к электропневмоклапану.

Далее необходимо нажать кнопку «пуск», после чего клапан открывается, затем воздух из воздухораспределителя проходит через пусковые клапаны и попадает в цилиндры двигателя, создавая давление и раскручивая коленвал. Когда обороты достигают нужной частоты, двигатель запускается.

Добавим, что такие силовые установки дополнительно оснащены электрической системой пуска от стартера, что позволяет завести агрегат в том случае, если с воздушным пуском, который является основным способом, имеются какие-либо проблемы или произошла поломка.

Необходимо учитывать, что электрическая система пуска двигателей обычно предполагает то, что мощность АКБ и стартера будут практически одинаковыми. Это значит, что напряжение аккумулятора в значительной степени меняется с учетом того тока, который потребляет стартер.

Простыми словами, на эффективность и легкость запуска ДВС сильно влияет общее состояние АКБ, температура аккумулятора, уровень заряда, а также исправность стартера и стартерной цепи. Диагностировать некоторые проблемы на раннем этапе позволяют такие признаки, как явное затухание габаритов и подсветки панели приборов в момент пуска двигателя.

Как известно, яркость ламп зависит от напряжения в бортовой сети. При этом нормально работающая система пуска не должна сильно «просаживать» напряжение. Отметим, что в норме допускается снижение яркости приборной панели и, в ряде случаев, перезапуск магнитолы, однако яркость не должна сильно понижаться.

Если же яркость освещения не меняется, при этом коленвал также не крутится, зачастую уместно говорить об обрыве в цепи. Если стартер крутит медленно и освещение практически гаснет, тогда проблемы могут быть как с самим стартером (например, подклинивание), так и с электроцепями или АКБ.

Еще отметим, что в случае проблем с запуском, которые связаны со стартером, некоторые водители привыкли стучать по данному устройству. Дело в том, что такие постукивания на старых моделях стартеров (например, на «классике» ВАЗ) в некоторых случаях позволяли сместить щетки стартера, ротора и т.д. В результате удавалось на короткое время восстановить работоспособность устройства.

При этом важно понимать, что современные стартеры в своем устройстве имеют постоянные магниты. Указанный магниты весьма хрупкие, то есть после удара по стартеру происходит их раскалывание.

В конечном итоге цельный магнит разрушается. Более того, такие магниты на некоторых моделях стартеров могут быть просто приклеены к корпусу. Соответственно, если ударять по корпусу сильно, отколовшиеся части магнита попадают на ротор или в область установки подшипников, полностью выводя стартер из строя.

3.1. Назначение и требования к системам пуска двигателя

Для запуска ДВС необходимо сообщить коленчатому валу вращение с определенной (пусковой) частотой, при которой обеспечивается нормальное протекание процессов смесеобразования, воспламенения и горения топлива. Пусковая частота вращения карбюраторных двигателей составляет 40...50 мин -1 . У дизелей частота вращения коленчатого вала должна быть не менее 100... 150 мин -1 , так как при более медленном вращении сжимаемый воздух не нагревается до необходимой температуры.

При пуске необходимо преодолеть момент сопротивления на трение, момент, создаваемый при сжатии рабочей смеси в цилиндрах, и момент инерции вращающихся частей двигателя.

Развиваемый стартером крутящий момент зависит от мощности и конструкции двигателя, числа цилиндров, степени сжатия, вязкости масла и частоты вращения двигателя стартера. Момент сопротивления зависит от окружающей температуры. Изменение температуры влияет на физико-механические свойства материалов (топлива, масла, охлаждающей жидкости). Наибольшие трудности вызывает пуск двигателя при низких температурах вследствие повышения вязкости масла и топлива, снижения его испаряемости. Ухудшение условий для воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси, а также характеристик системы зажигания обусловлено падением напряжения на зажимах аккумуляторной батареи при работе ее в стартерном режиме.

Электрический стартер - машина кратковременного действия. Продолжительность пуска карбюраторного двигателя составляет 10 с, дизеля- 15. В связи с этим тепловые и электромагнитные нагрузки, допускаемые для стартера, значительно выше (в 2 раза), чем для машин, работающих в длительном режиме. Стартер должен обладать большим крутящим моментом для преодоления момента сопротивления двигателя поэтому применяется электродвигатель с последовательным возбуждением. При запуске он развивает больший крутящий момент на валу якоря, чем двигатель с параллельным возбуждением. Вместе с тем, электродвигатель с последовательным возбуждением при холостом ходе увеличивает частоту вращения ротора теоретически до бесконечности. Практически возрастание частоты вращения ротора в этом случае ограничивается наличием механических потерь на трение в подшипниках, щеток на коллекторе и т.п.

В стартерах большой мощности КПД выше, потери на трение относительно меньше, поэтому частота вращения ротора значительно возрастает. Так как диаметр якоря стартера большой мощности также большой, то создается опасность "разноса" якоря при холостом ходе, т.е. вырывания его обмотки из пазов центробежной силой. Поэтому в мощных стартерах для ограничения числа оборотов холостого хода применяют добавочную параллельную обмотку, т.е. смешанное возбуждение. Магнитный поток параллельной обмотки составляет только 4...5% общего магнитного потока, поэтому она мало влияет на характеристики двигателя.

В зависимости от конструкции и принципа действия различают стартеры с инерционным и с принудительным электромеханическим перемещением шестерни привода, с принудительным вводом шестерни в зацепление и с самовыключением ее после пуска двигателя.

Наибольшее распространение получили в настоящее время стартеры с принудительным вводом шестерни и самовыключением ее посла пуска двигателя.

3.2. Устройство стартера

На рис. 3.1 показан разрез автомобильного стартера с электро- магнитным реле и дистанционным управлением.

На одном из концов вала имеется муфта свободного хода 9 с ведущей шестерней 8. Тяговое электромагнитное реле 3 с помощью рычага перемещает шестерню и вводит ее в зацепление с зубчатым венцом маховика двигателя. Одновременно с перемещением шестерни контактным диском 2 замыкается электрическая цепь стартера. Обмотка электромагнитного реле состоит из двух обмоток - втягивающей и удерживающей. Кроме тягового реле стартер имеет реле включения, обмотка которого включена на разность напряжения между батареей и генератором. После пуска, когда генератор начнет работать и разность напряжений между аккумулятором и генератором начнет уменьшаться, реле включения отключает удерживающую обмотку и электромагнит. Тяговое реле стартера 4 выключается, а возвратная пружина 6 выводит шестерню из зацепления с зубчатым венцом маховика двигателя. Одновременно происходит электрическое отключение стартера от батареи.

Корпус стартера и полюсные наконечники изготавливаются из листовой электротехнической стали. Обмотки якоря статора и полюсов из голой медной прямоугольной шины с небольшим количеством витков, изолированных друг от друга бумагой и покрытых лаком.

Рис.3.1. Схема стартера с электромагнитным тяговым реле и дистанционным управлением: 1-контакт зажима; 5-якорь реле; 10-корпус стартера; 11-якорь; 12-обмотка возбуждения; 13-щетка; 14-коллектор; (остальные позиции указаны в тексте)

3.3. Устройство и работа приводных механизмов

Приводной механизм - устройство, обеспечивающее ввод и удержание шестерни стартера в зацеплении с венцом маховика во время пуска ДВС, передачу необходимого вращающего момента коленчатому валу и предохранение якоря электродвигателя от разноса вращающимся маховиком после пуска двигателя.

Приводные механизмы электростартера с принудительным механическим или электромеханическим перемещением шестерни имеют роликовые фрикционные или храповые муфты свободного хода, которые передают вращающий момент от вала стартера к коленчатому валу двигателя во время пуска и, работая в режиме обгона, автоматически разъединяют стартер и ДВС после пуска.

Наибольшее распространение получили приводные механизмы с роликовыми муфтами свободного хода, в которых ролики заклиниваются в связи с возникновением сил трения в сопряженных деталях.

Муфта свободного хода (рис. 3.2) обеспечивает передачу вращающего момента только с вала якоря на венец маховика и предотвращает вращение якоря от маховика после пуска двигателя.

На шлице во и втулке жестко укреплена ведущая обойма 4. В ней имеются четыре клинообразных паза, в которых установлены ролики 3, отжимаемые в сторону узкой части паза усилием пружины 10 плунжеров 9. Пружина надета на упоры II плунжеров. Шестерня 7 выполнена вместе с ведомой обоймой. Упорные шайбы 5 и 6 ограничивают осевое перемещение роликов 3.