Электростартер

Электростартер — это устройство, предназначенное для запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) путём его принудительного вращения до момента, когда в цилиндрах начнётся самостоятельное воспламенение топливовоздушной смеси. Электростартер является основным элементом системы пуска современных автомобилей, мотоциклов, лодочных моторов, генераторных установок и другой техники, оснащённой ДВС. В отличие от ручного (инерционного) или ножного (кикстартера) пуска, электростартер обеспечивает запуск без физических усилий со стороны оператора, за счёт преобразования электрической энергии аккумуляторной батареи в механическую энергию вращения коленчатого вала.

История

Ранние системы пуска

До начала XX века запуск двигателей внутреннего сгорания осуществлялся исключительно ручным способом — с помощью заводной рукоятки (кривого стартера). Этот метод был опасен: при неправильной установке зажигания или обратной вспышке рукоятка могла резко провернуться в обратную сторону, нанося тяжёлые травмы (переломы, вывихи) оператору. Кроме того, запуск мощных многоцилиндровых двигателей требовал значительных физических усилий.

Изобретение Чарльза Кеттеринга

Первый практичный электрический стартер был разработан американским инженером Чарльзом Кеттерингом в 1910–1911 годах. В 1912 году компания Cadillac (входившая в General Motors) начала устанавливать электростартеры на свою модель Cadillac Model 30. Это изобретение радикально повысило удобство и безопасность эксплуатации автомобилей, способствовало массовому распространению автомобилей с ДВС, особенно среди женщин, и сделало ненужной ручную заводку.

Распространение

К 1920-м годам электростартеры стали стандартным оборудованием большинства автомобилей, вытеснив ручные системы. В последующие десятилетия конструкция стартеров совершенствовалась: повышалась надёжность, снижались масса и габариты, улучшалась система привода (бендикс, обгонная муфта). В СССР первые серийные электростартеры появились на автомобилях ГАЗ-А (1932 год) и ЗИС-101 (1936 год).

Устройство и принцип работы

Основные компоненты

Электростартер представляет собой электродвигатель постоянного тока (обычно последовательного или смешанного возбуждения) с редуктором (в некоторых моделях) и механизмом привода. Основные элементы:

• Корпус — стальной цилиндр, в котором размещены статор (неподвижная часть) и ротор (якорь).
• Обмотки статора и ротора — создают магнитное поле, необходимое для вращения якоря.
• Щёточно-коллекторный узел — передаёт ток на обмотки ротора через графитовые щётки.
• Обгонная муфта (бендикс) — устройство, обеспечивающее передачу вращения от стартера к маховику двигателя только в одном направлении (на запуск) и предотвращающее раскрутку стартера от работающего двигателя.
• Втягивающее реле (соленоид) — электромагнит, который при подаче напряжения от замка зажигания одновременно подключает питание на электродвигатель и перемещает бендикс для зацепления с зубчатым венцом маховика.

Принцип действия

1. При повороте ключа зажигания в положение «Старт» напряжение подаётся на втягивающее реле.
2. Реле срабатывает: с одной стороны, оно замыкает силовые контакты, подавая ток от аккумулятора на обмотки стартера; с другой — перемещает бендикс, который входит в зацепление с зубьями маховика.
3. Якорь стартера начинает вращаться, передавая крутящий момент через бендикс на маховик и далее на коленчатый вал двигателя.
4. После того как двигатель начинает работать самостоятельно (частота вращения коленвала превышает 100–200 об/мин), водитель отпускает ключ. Втягивающее реле обесточивается, бендикс выходит из зацепления, и стартер останавливается.

Классификация

По типу привода

• Прямого действия — бендикс перемещается непосредственно втягивающим реле. Наиболее распространённый тип на автомобилях.
• С редуктором — между якорем и бендиксом установлен планетарный или цилиндрический редуктор, позволяющий снизить обороты и увеличить крутящий момент при меньших габаритах и потребляемом токе. Применяются на современных автомобилях, мотоциклах, скутерах.

По типу возбуждения

• Последовательного возбуждения — обмотки статора и ротора соединены последовательно. Обеспечивают большой пусковой момент, но чувствительны к перегрузкам.
• Смешанного возбуждения — имеют как последовательную, так и параллельную обмотку, что улучшает характеристики при высоких оборотах.

По назначению

• Автомобильные — 12-вольтовые (легковые) или 24-вольтовые (грузовые, автобусы, спецтехника).
• Мотоциклетные — компактные, часто с редуктором.
• Для лодочных моторов — герметизированные, устойчивые к влаге.
• Для стационарных двигателей (генераторы, насосы) — могут работать от 12, 24 или 220 В.

Характеристики

Основные параметры электростартера:

• Номинальное напряжение — 12 В (легковые авто, мотоциклы) или 24 В (грузовики, автобусы, тракторы).
• Потребляемый ток — от 50–100 А (маломощные стартеры) до 500–1000 А (мощные дизельные двигатели в холодное время).
• Пусковой момент — крутящий момент на валу стартера, измеряется в Н·м. Для легковых автомобилей типичные значения 10–30 Н·м, для грузовых — до 100–200 Н·м.
• Мощность — от 0,5 кВт до 5–7 кВт и более.
• Ресурс — количество циклов запуска до износа щёток или подшипников. Обычно составляет 30–100 тысяч запусков.

Применение

Электростартеры используются в подавляющем большинстве транспортных средств и стационарных установок с ДВС:

• Автомобили (легковые, грузовые, автобусы).
• Мотоциклы, скутеры, мопеды (часто в дополнение к кикстартеру).
• Снегоходы, квадроциклы, моторные лодки.
• Сельскохозяйственная и строительная техника (тракторы, комбайны, экскаваторы).
• Генераторные установки (бензиновые и дизельные).
• Авиационные двигатели (на малых самолётах и вертолётах).

Неисправности и обслуживание

Типичные неисправности

• Износ щёток — снижение мощности, искрение, невозможность запуска.
• Заклинивание бендикса — стартер вращается, но не зацепляет маховик (слышен характерный «треск»).
• Обрыв обмоток — стартер не вращается или работает слабо.
• Выход из строя втягивающего реле — не слышно щелчка при повороте ключа.
• Подгорание контактов — падение напряжения, стартер «крутит вяло».

Обслуживание

• Периодическая проверка и замена щёток (при необходимости).
• Очистка контактов и клемм от окислов.
• Смазка подшипников и направляющих бендикса.
• Проверка надёжности крепления стартера и массы аккумулятора.

Интересные факты

• Первый электростартер Кеттеринга был разработан после того, как его друг, инженер Байрон Картер, погиб от травмы, полученной при ручном запуске автомобиля.
• В 1911 году Кеттеринг продемонстрировал стартер на автомобиле Cadillac, заменив рукоятку. Через год Cadillac стал первым серийным автомобилем с электростартером.
• Электростартер потребляет очень большой ток (до 500–1000 А), поэтому для его работы требуется мощная аккумуляторная батарея и толстые силовые провода.
• В современных автомобилях с системой «старт-стоп» (например, для экономии топлива в пробках) используются усиленные стартеры, рассчитанные на десятки тысяч циклов запуска за срок службы.

Источники

• Кеттеринг, Чарльз. «Изобретение электрического стартера» (1912).
• Устройство и ремонт автомобилей: учебное пособие / под ред. В. А. Гусева. — М.: Транспорт, 1985.
• Bosch Automotive Handbook. — 10th ed. — Robert Bosch GmbH, 2018.
• Журнал «За рулём», статьи по истории автомобилестроения (1910–1920-е годы).