Устройство генератора и стартера

Обновлено: 04.07.2024

Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, который используют для пуска двигателя внутреннего сгорания установленного на дизельной электростанции или любой другой технике.

При запуске коленчатый вал двигателя раскручивается стартером, питающимся от аккумуляторной батареи, обеспечивая вспышку рабочей смеси в одном из цилиндров.

Мощность стартера зависит от момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала, который пропорционален рабочему объему двигателя, и минимальной частоты вращения коленчатого вала, при которой в цилиндрах начинаются вспышки.

Минимальная пусковая частота карбюраторных бензиновых двигателей, установленных на электростанцию - 40-50 об/мин, а дизельных - 100-250 об/мин.

Обладающему небольшой массой и габаритами стартеру приходится вращать массивный маховик и приводить в движение всю кривошипно-шатунную группу двигателя. Чтобы провернуть коленчатый вал холодного двигателя, ему необходим большой пусковой ток, который выдаётся аккумулятором, стремительно теряющим максимальный ток и ёмкость с понижением температуры. С использованием слишком вязкого масла это делает запуск на морозе невозможным или существенно осложняет его.

Электрический стартер, устанавливаемый на большинство электростанций, представляет из себя электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением, с электромагнитным включением шестерни привода и дистанционным управлением. При этом он имеет особую конструкцию с четырьмя щётками (две положительные и две отрицательные), которая позволяет уменьшить сопротивление ротора и увеличить мощность электродвигателя.

Электрическое подключение стартера:

аккумуляторная батарея (АБ)

Принцип работы стартера

1 - корпус стартера;

2 - вал якоря стартера;

3 - шестерня привода с муфтой свободного хода;

4 - рычаг привода шестерни;

5 - обмотки тягового реле;

6 - якорь тягового реле;

7 - контактная пластина;

8 - контактные болты;

9 - обмотки стартера;

10 - якорь стартера;

11 - коленчатый вал двигателя;

12 - зубчатый венец маховика

Принцип работы стартера в двух словах можно описать так:

Варианты исполнения

1 – шестерня;
2 – муфта;
3 – рычаг;
4, 9 – крышки;
5 – реле;
6 – коллектор;
7 – щетки;
8 – втулка;
10 – болт;
11 – корпус;
12 – полюс;
13 – якорь;
14 – кольцо;
15, 16 – обоймы;
17 – плунжер;
18 – ролик

В стальном корпусе 11 стартера (схема 1) закреплены четыре полюса 12 с обмотками возбуждения, три из которых соединены с обмоткой якоря 13 последовательно и одна параллельно.

Вал якоря стартера вращается в двух втулках 8 из спеченных материалов, пропитанных маслом. Втулка заднего конца вала запрессована в крышку 9, а втулка переднего конца вала – в картере сцепления. На переднем конце вала якоря находится привод стартера, включающий в себя муфту свободного хода 2 и шестерню 1 привода, которые при включении стартера перемещаются по шлицам вала. Крышки стартера отлиты из алюминиевого сплава.

На передней крышке 4 закреплено тяговое реле 5, связанное через пластмассовый рычаг 3 и кольцо 14 с приводом стартера. Реле обеспечивает ввод шестерни в зацепление с венцом маховика и подключение электрической цепи обмоток стартера к аккумуляторной батарее при пуске двигателя.

На задней крышке 9 установлены щеткодержатели с четырьмя медно-графитовыми щетками 7. Щетки прижимаются пружинами к торцовому коллектору 6 якоря. Торцовый коллектор выполнен в виде пластмассового диска, в котором залиты медные контактные пластины. Такой коллектор уменьшает длину стартера, снижает его массу и способствует более стабильной и длительной работе щеточных контактов. Крышки и корпус стартера стянуты между собой двумя болтами 10.

Муфта свободного хода 2 состоит из наружной 16 и внутренней 15 обойм. Внутренняя обойма объединена с шестерней привода стартера. Наружная обойма объединена со ступицей, которая через спиральные шлицы соединена с валом якоря. Спиральные шлицы обеспечивают поворот муфты при ее перемещении вдоль вала, что облегчает ввод в зацепление зубьев шестерни 1 стартера и венца маховика.

В наружной обойме имеются три паза переменной ширины, в которых размещены ролики 18 и поджимные плунжеры 17 с пружинами. Ролики постоянно отжимаются в суженную часть вырезов, заклинивая наружную и внутреннюю обойм. При пуске двигателя заклинивание обойм усиливается, а после пуска обоймы расклиниваются, так как ролики, преодолевая сопротивление пружин поджимных плунжеров, выкатываются в расширенную часть пазов наружной обоймы муфты.

Для успешного запуска двигателя внутреннего сгорания необходимо устройство, которое придаст кривошипно-шатунному механизму начальный импульс, то есть провернет маховик до нужных оборотов. Таким устройством является стартер и именно он отвечает за пуск двигателя. В статье подробно рассмотрим устройство и принцип работы стартера автомобиля, а также его возможные неисправности.

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.

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.

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.

Плюсовой провод АКБ, который подходит к стартеру, значительно толще остальных. По этому проводу подается пусковой ток, равный примерно 400А.

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.

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.

Якорь начинает вращение только тогда, когда шестерня уже вошла в зацепление с маховиком.

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.

Принцип работы

Учитывая устройство стартера, рассмотрим его работу пошагово:

Водитель включает зажигание и на втягивающее реле подается управляющее напряжение. Катушка реле намагничивается и перемещает сердечник.
Сердечник подводит бендикс и шестерню к маховику при помощи вилки и в конце своего хода замыкает контактные пятаки на электродвигатель.
Пусковой ток подается на обмотку якоря, который начинает вращаться в магнитном поле статора. Стартер начал работать.
Двигатель запустился, водитель повернул ключ из положения пуска. Управляющий ток перестал подаваться на втягивающее реле, пятаки разомкнулись, а бендикс с шестерней вернулся в исходное положение под действием возвратной пружины. Стартер прекратил свою работу.

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.

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.

Виды стартеров

Как было описано выше в современных стартерах применяются не башмаки с обмоткой возбуждения, а магниты. Магниты в качестве статора позволяют значительно уменьшить габариты устройства. При этом частота вращения якоря повышается. Поэтому иногда применяется редуктор.

Исходя из этого, стартеры делятся на:

С устройством и работой простого стартера мы уже познакомились. Работа редукторного основана на тех же принципах, что и простого, но имеет немного другое устройство. Крутящий момент от якоря вначале поступает в планетарный редуктор, который его преобразует, и далее на вал бендикса. Вращение от якоря на шестерню передается через водило планетарного механизма.

Этот вид стартера имеет следующие преимущества:

более высокий КПД;
меньшее потребления тока;
небольшие размеры;
запуск двигателя даже при низком заряде аккумулятора.

Но такая конструкция сказывается на сложности ремонта.

Основные неисправности

Все возможные виды неисправностей стартера можно разделить на механические и электрические.

С механическими узлами может быть связано:

Залипание контактных пятаков.
Износ подшипников и удерживающих втулок.
Износ роликов бендикса.
Заклинивание вилки или сердечника втягивающего реле.

Проблемы с электрикой:

Выработка щеток и пластин коллектора.
Обрыв цепи в обмотке башмаков (статора) или втягивающего реле.
Замыкание и перегорание обмоток.

Щетки и втягивающее реле не ремонтируются. Эти детали меняются на новые. Ремонт обмотки лучше доверить квалифицированному автоэлектрику. Однако необходимо понимать, что зачастую выходит из строя не сам стартер, а сопутствующие элементы. В таком случае необходимо провести диагностику для более детального выявления причины неисправности. Проще всего это сделать персональным диагностическим сканером, к примеру, с помощью недорогого мультимарочного устройства Rokodil ScanX.

После диагностики сканер укажет на точную причину неисправности, будь то перегоревший предохранитель, неисправность выключателя зажигания или неисправность электрической цепи. Rokodil ScanX подойдет практически для любых автомобилей с ODB-II разъемом и поможет сэкономить деньги на ремонте.

Стартер – это довольно сложный механизм, который требует внимания от водителя. Любые шумы и скрежет лучше оперативно устранять. Но несмотря на общую сложностью устройства, принцип его работы очень простой. Поняв его, можно самостоятельно устранить многие неисправности.

Рано или поздно с поломкой стартера и генератора сталкиваются многие автовладельцы. И задаются вопросом: ремонтировать или отправляться в магазин за новым прибором? Ответ вы найдете в этом материале. Потратьте немного времени, если хотите сэкономить немалые деньги.

Зачистка контактов

Смерть генератора очень часто связана с некондиционным аккумулятором, который значительно повышает нагрузку на узел. По этой причине в генераторе часто прогорают диодный мост и статорная обмотка, а на некоторых моделях BMW — даже сам статор. После такой беды генератор можно смело относить на помойку.

Также ресурс генератора заметно падает, если он оказывается в зоне подтекания масла или антифриза. При работе генератора идет естественный износ щеток с выработкой пыли. А из-за попадающего на генератор масла смоченные частицы пыли возвращаются в зону контакта щеток и коллектора — и, как говорится, на ровном месте идет активный абразивный износ.

В половине случаев к ремонтникам попадают сгоревшие стартеры, замученные самими автовладельцами. Они крутят стартер слишком долго (особенно зимой) и перегревают его в попытках пустить мотор, который может подолгу не схватывать по целому ряду причин.

Что стряслось?

После исключения возможных проблем в электрике автомобиля и других дефектов можно переходить к детальной проверке стартера и/или генератора.

Проверяют генератор и на стенде. Оценивается его поведение под нагрузкой, в режиме холостого хода и в процессе нагрева. Дополнительно стетоскопом прослушивают шум подшипников.

Стендовые проверки проводят до и после ремонта генератора.

Реле-регуляторы от разных производителей требуют индивидуальных приборов для диагностики и могут иметь существенные конструктивные особенности. Например, на бошевских реле нельзя отдельно поменять щетки. Они приварены на заводе по замысловатой технологии, которую невозможно полноценно воссоздать в условиях сервиса. Некоторые ремонтники всё же пытаются это делать, однако итог всегда один — через короткое время переваренные щетки отпаиваются.

Курс лечения

Все изношенные детали заменяют новыми. Есть всего пара специфических нюансов касательно их установки. К примеру, недостаточно просто запрессовать новый коллектор генератора, дополнительно нужна его центровка. Для этого грамотный мастер ставит ротор в сборе с коллектором на станок. На нем проводится центровка, шлифовка и полировка. В противном случае новые щетки умрут гораздо быстрее.

При качественном восстановлении узлов они проживут примерно столько же, сколько и новые. Единственное ограничение при их ремонте — экономическая целесообразность. В случае некоторых повреждений дешевле будет купить новый стартер или генератор. Чаще всего крест на восстановлении узла ставит его перегрев и сгорание основных компонентов. Причем от этого в равной степени страдают и стартер, и генератор. Среди самых дорогих элементов‑погорельцев — ротор генератора (5700 рублей) и якорь стартера (2700 рублей). Отдельно эти суммы не кажутся фатально высокими, но общая смета заставит приуныть любого владельца.

Средний ценник полноценного ремонта генератора в Москве (запчасти плюс работа) — 3500 рублей. Обычно в перечень новых элементов входит реле-регулятор, коллектор и подшипники. Некоторые ремонтники предлагают восстановленные генераторы по средней цене 4500–5500 рублей. Иногда на них даже дают гарантию до года. Это хорошая альтернатива дорогостоящему ремонту или покупке нового генератора. Даже для недорогих машин цена нового агрегата сильно разнится — от 16 000 аж до 70 000 рублей!

РЫНОЧНЫЕ ОТНОШЕНИЯ

Обычно на рынке присутствует весь спектр запчастей для стартеров и генераторов, в том числе и неоригинальные детали. Однако у этого правила всегда находятся исключения. По большей части это касается генераторов.

Например, в природе нет запчастей для генераторов для автомобилей Maybach 57 и 62, - большинству наших читателей это до лампочки, но сам факт интересен. Из более приземленных исключений можно назвать Audi A6 предыдущего поколения с дизельным мотором 3.0 TDI: для его генератора не найти реле-регулятора, будь то оригинал или заменитель. Единственная альтернатива покупке нового узла — поиск исправного бэушного варианта. С него снимают заветное реле и меняют остальные необходимые запчасти на новые.

Выбор между оригинальными запчастями и заменителями зависит от конкретной модели автомобиля. Например, для генераторов многих моделей концернов Volkswagen и Jaguar Land Rover подходят только родные реле-регуляторы. Возможно, заменители будут исправно работать на стенде в сервисе, но спасуют в составе остальной электрики реального автомобиля, вызвав появление массы ошибок и отказов.

А вот в большинстве других случаев предпочтительнее брать запчасти-заменители. Они и дешевле, и зачастую имеют более высокое качество и лишены болячек оригинальной продукции.

Впрочем, возможно, дело не в косности мышления большинства автопроизводителей, а в банальном соотношении цена/качество. За столь огромное время, что стартер и генератор применялись на автомобиле, их конструкция полностью устоялась. Само собой, по мере появления новых возможностей, вроде изобретения полупроводников, изменения происходили, но без резких телодвижений. Что может быть проще и дешевле двух обмоток с набором дополнительного функционала: обгонными муфтами, диодными мостами и тому подобными копеечными фишками? В общем, пока основная часть воза и ныне там, вспомним все этапы совершенствования систем пуска и снабжения бортовой сети электроэнергией.

В автомобиле все взаимосвязано, а генератор постоянного тока мало того, что был громоздким и тяжелым, так еще и давал серьезные ограничения тока нагрузки. Коллектор требовал постоянного обслуживания – в общем, чтобы не встать в один прекрасный момент на дороге с посаженным аккумулятором, и использовался сей запасной вариант в виде заводной ручки.

Если генератор все ж таки со временем претерпевал некоторые изменения, то конструкция классического стартера устоялась быстро. Разница была лишь в нюансах, вроде расположения пусковой шестерни, но это непринципиально. Две обмотки, щеточный узел, втягивающее реле, обгонная муфта да шестерня – вот, пожалуй, и все, модернизировать практически нечего.

Но и на этом проекты по модернизации не остановились – пока есть что улучшать, работы ведутся. Генератор, в отличие от стартера, работает постоянно, поэтому инженеры стараются учесть все детали и исключить слабые узлы. Одним из таких узлов разработчики посчитали щеточный узел. Кроме того, появилась возможность дополнительно увеличить надежность агрегата в целом и получить более стабильный ток на выходе. В результате на свет появились индукторные генераторы – бесконтактные машины переменного тока с электромагнитным возбуждением. Один из полюсов сажается на ротор, другой на статор. Все бы хорошо, но, к сожалению, для легковой техники такой замечательный механизм слишком габаритен и тяжел, поэтому широкое распространение он получил пока лишь на грузовиках и автобусах. А там как знать – может, со временем индукторная электрическая машина станет меньше и легче, а может, в массе своей и нет. Не исключено, что рано или поздно отдельный генератор и стартер вообще посчитают тупиковым путем эволюционного развития бортовой сети. Такое ощущение, что вопрос лишь в широкой доступности современных технологий. У кого они будут доступнее, в том числе и в материальном воплощении, тот и победит.

Еще двадцать лет назад компанией ISAD Systems разработан единый стартер-генератор, который реально закрывает все вопросы с нехваткой электроэнергии в самых пиковых случаях (подключены все потребители), в случае и с электротрансмиссией, и с гибридным приводом. Он способен существенно помогать ДВС на разгоне, подзаряжать аккумуляторы во время торможения, выдавать разную силу тока в зависимости от задач. Правда, для того, чтобы интегрировать подобную систему в ДВС, придется мало того, что залезть в механическую часть мотора, необходимо подружить еще единый блок ЭБУ с системой управления стартером-генератором. Дорого, сложно, и в случае разногласий по-простому демонтировать сей узел не выйдет.

Остановимся поподробнее на продукте Continental ISAD Systems – именно она на настоящий момент самая сложная и многофункциональная. Итак, на венце маховика зубьев теперь нет, поскольку маховик – ротор, снаружи него, как и положено, размещается статор. Управляющая электроника по сигналам с датчиков сама определяет, какой режим в настоящий момент требуется мотору – стартера или генератора. Ременного привода тоже нет, что увеличивает надежность, но снижает ремонтопригодность. Ну а дальше все просто, пусть и в теории.

С генераторной функцией единого блока еще интереснее: благодаря большой мощности он питает аж четыре раздельные сети. Одна на привычные 12 В, обеспечивающая стандартные потребители, отдельно выделена сеть на 42 В для питания кондиционера, на 100 В для систем запуска и впрыска и 220 В для бытовых внешних электроприборов, которым теперь тоже есть откуда запитаться.

Кто бы мог первым из автопроизводителей рискнуть, поставив на серийную машину такой инновационный узел? Ну конечно, компания Citroen, им мейнстрим был всегда чужд. Так что впервые ISAD был интегрирован в модель Citroen Xsara. Судя по всему, данная модификация была выпущена малой серией, толковых отзывов о работе системы, к сожалению, нет.

Но такую разработку, как блок стартера-генератора, игнорировать было нельзя, поэтому компания создала собственную версию узла. Они предложили двухуровневую систему напряжения: на 42 и 14 В, причем генератор вырабатывает только 42 В, 14 В получаются с помощью преобразователя. 42 В питают подогрев катализатора, сервоприводы, топливный и водяной насосы, а также обеспечивают работу блока в момент пуска двигателя. Все остальные потребители используют 14 В.

Интересно, что стартер-генератор представлен в двух исполнениях – выбирай какое хочешь. Одно – как у ISAD System: маховик является ротором, а узел интегрирован в ДВС. И другой вариант, не менее интересный: он сочетает преимущество модульной конструкции с возможностью легкой замены или ремонта, поскольку стоит отдельно. Приводится такая электрическая машина по-прежнему, поликлиновым ремнем, но мы с вами знаем, что подобная передача достаточно надежна. Отдельный стартер-генератор представляет собой индукторный электродвигатель с электромагнитным возбуждением, о котором выше уже упоминалось. В зависимости от целей тот работает в соответствующем режиме, получая команды от блока ЭБУ.

В общем, развитие идет своим путем – иногда медленно, иногда быстро, однако в серию попадают лишь те разработки, которые на данный момент являются оптимальными для производителя/потребителя. Так что не стоит торопиться с оценками, прихотливый эволюционный путь может изменить привычное направление или вообще повернуть в другую сторону.

Читайте также: