Основной частью стартера является электродвигатель постоянного тока, питаемый от аккумуляторной батареи. Стартер должен развивать требуемый крутящий момент, чтобы коленчатый вал провернулся на 2—4 оборота до того, как установится пусковая частота вращения коленчатого вала в заданных пределах, что необходимо для образования готовой к воспламенению рабочей смеси.

Вал стартера соединяется с коленчатым валом только во время пуска двигателя. Для этой цели служит шестерня, установленная на валу стартера при помощи шлицевого соединения, допускающего осевое перемещение шестерни по валу и ее соединение и разъединение с зубчатым венцом маховика. Разъединение шестерни с зубчатым венцом маховика после пуска двигателя должно происходить автоматически, так как из-за большого передаточного числа (10— 15) этой передачи частота вращения вала стартера возрастает до 10— 15 тыс. об/мин, что может привести к вылету обмотки якоря под действием центробежных сил. Для предотвращения этого явления на большинстве стартеров устанавливается муфта свободного хода, обеспечивающая передачу крутящего момента только водном направлении — от вала стартера к маховику.

На современных автомобилях управление стартером дистанционное — из кабины водителя. При этом управлении включение (рис. 12.1) стартера осуществляется контактами его тягового реле.

Взаимодействие элементов стартера при пуске двигателя происходит следующим образом.

При замыкании контактов выключателя по обмотке тягового реле проходит ток, сердечник электромагнита втягивается внутрь обмотки, а соединенный с ним рычаг перемещает шестерню привода и вводит ее в зацепление с зубчатым венцом маховика. При полном зацеплении зубчатой передачи сердечник через контактный диск замыкает контакты и ток от аккумуляторной батареи поступает в обмотку электродвигателя. Якорь электродвигателя начинает вращаться и передает крутящий момент через шестерню и зубчатый венец маховика на коленчатый вал двигателя. После пуска двигателя выключатель размыкает контакты и цепь обмотки электродвигателя прерывается. Под действием пружины контактный диск и шестерня механизма привода возвращаются в исходное положение.

Рис. 1. Схема включения стартера

Стартер следует включать на время не более 5—10 с. Если двигатель не пустился, стартер можно включить повторно с интервалом не менее 30 с. Этот промежуток времени необходим для восстановления работоспособности аккумуляторной батареи. Включать стартер повторно можно не более 3 раз подряд, затем следует найти и устранить неисправность в системах питания или зажигания.

Широкое распространение получили стартеры с принудительным электромагнитным включением, дистанционным управлением и номинальным напряжением питания 12В. Конструктивно они незначительно отличаются между собой.

Рис. 2. Стартер СТ130-А и его электрическая схема (стрелки обозначают пути тока): Ш, Я, Б— зажимы реле-регулятора; AM, КЗ, СТ — зажимы выключателя зажигания; ВК, ВК-Б — зажимы катушки зажигания

Стартер СТ130-А. Этот стартер устанавливают на двигателях автомобилей ЗИЛ-130, автобусов ЛАЗ-695Н, ЛиАЗ-677М и др.

Основными частями стартера являются: стальной цилиндрический корпус с четырьмя полюсными сердечниками и обмоткой возбуждения; якорь, в пазах которого уложена обмотка; коллектор и четыре щетки, укрепленные на передней крышке корпуса стартера. Обмотка возбуждения стартера включена последовательно в обмотку якоря.

Вал якоря стартера вращается во втулках. С валом якоря связана шестерня, вводимая в зацепление с зубчатым венцом маховика во время пуска двигателя. Происходит это следующим образом.

После поворота ключа в замке выключателя зажигания по часовой стрелке до отказа ток от аккумуляторной батареи поступает в обмотку реле включения. Сердечник реле намагничивается и замыкает контакты, включая тем самым втягивающую и удерживающую обмотки тягового реле. При прохождении тока по втягивающей и удерживающей обмоткам якорь втягивается внутрь втулки. При этом связанный с якорем рычаг включения через муфту включения и буферную пружину вводит шестерню в зацепление с зубчатым венцом маховика. Поступательное движение шестерни ограничивается упорным кольцом. Зазор между шестерней и упорным кольцом регулируют винтами и серьгой.

Вход зубьев шестерни в венец маховика облегчается тем, что втулка, перемещаясь по винтообразной нарезке вала якоря, сообщает шестерне, кроме поступательного, еще вращательное движение. Когда шестерня войдет в зацепление, контактное кольцо, связанное с якорем через шток, замкнет контакты тягового реле и включит стартер, который пустит двигатель. Одновременно контактное кольцо прижмется к упругому контакту, и ток от аккумуляторной батареи пойдет в первичную обмотку катушки зажигания через зажим ВК, минуя дополнительный резистор. Съемная крышка дает возможность при необходимости зачищать контакты.

При замыкании контактов тягового реле втягивающая обмотка отключается, после чего якорь реле удерживается только одной обмоткой. Магнитное поле, создаваемое обмоткой, оказывается достаточным для удержания стартера во включенном состоянии, так как после включения стартера между сердечником и якорем тягового реле остается очень незначительный воздушный зазор.

После пуска двигателя якорь стартера разобщается с венцом маховика муфтой свободного хода. Ее основными частями являются наружная обойма с втулкой и внутренняя обойма с шестерней. Наружная обойма имеет четыре клиновидных паза, в которых помещены стальные ролики. Усилием пружины через толкатель ролики отжимаются в узкую часть пазов и заклиниваются между обоймами, благодаря чему при вращении якоря против часовой стрелки шестерня передает крутящий момент от вала якоря на венец маховика.

После того как двигатель пущен, частота вращения внутренней обоймы начнет превышать частоту вращения наружной. При этом сила трения, преодолев сопротивление пружин, отведет ролики в широкую часть пазов. Обоймы муфты окажутся разобщенными, и якорь стартера будет предохранен от разноса (вылета обмотки).

Муфта свободного хода не рассчитана на продолжительную работу, поэтому во избежание повреждений муфты стартер необходимо выключать сразу же после пуска двигателя.

После выключения стартера якорь тягового реле, а вместе с ним и все детали привода возвращаются в исходное положение возвратной пружиной. Пружина смягчает удар втулки о крышку корпуса стартера. Быстрому выходу шестерни из зацепления способствует винтообразная нарезка вала якоря, на которую муфта свободного хода, вращаясь после пуска двигателя быстрее якоря, навертывается, подобно гайке. Если, пустив двигатель, не выключить стартер вовремя, то выключение произойдет автоматически благодаря тому, что обмотка реле включения соединена с массой через якорь генератора, и генератор сразу после пуска двигателя пошлет в обмотку реле ток, идущий навстречу току от аккумуляторной батареи. Сердечник реле размагнитится, его контакты разомкнутся и цепь обмотки тягового реле будет разомкнута.

Стартер СТ142. На автомобилях семейства КамАЗ и автобусах ЛАЗ-4202 применяют стартер СТ142, номинальное напряжение которого равно 24 В.

Стартер СТ142 (рис. 12.3) состоит из электродвигателя постоянного тока с последовательно включенной обмоткой возбуждения, электромагнитного тягового реле и храпового механизма привода. Выключение стартера дистанционное.

В корпусе стартера на полюсах закреплена обмотка возбуждения, состоящая из медного прямоугольного провода. Якорь с обмоткой и коллектором вращается в трех подшипниках скольжения, установленных соответственно в крышке со стороны коллектора, на промежуточной опоре У и в крышке со стороны привода. Крышки крепятся к корпусу стартера стяжными болтами. Герметизация крышек осуществляется резиновыми прокладками круглого поперечного сечения. Подшипники скольжения смазываются из масляных резервуаров с фильцами, закрытыми герметичными заглушками.

Щеткодержатели укреплены на траверсе, которая крепится к крышке четырьмя болтами. В каждом щеткодержателе находятся две щетки, прижимаемые к коллектору пружинами.

Выводные болты стартера и тягового реле уплотнены резиновыми шайбами, а якорь тягового реле защищен резиновым сильфоном.

Рис. 3. Стартер СТ142:
а — устройство; б — электрическая схема

Рис. 4. Привод стартера СТ142: а — разрез; б — общий вид

Электромагнитное тяговое реле стартера служит для удержания шестерни провода в зацеплении с маховиком и включения цепи питания электродвигателя. Корпус тягового реле и его крышка уплотнены прокладкой и установлены на корпусе стартера. Внутри тягового реле на изоляционной втулке установлена катушка с обмоткой. В катушке свободно перемещается якорь тягового реле, соединенный рычагом с механизмом привода. Пружина удерживает якорь с контактным диском и механизм привода в исходном положении. Дистанционное включение обмоток тягового реле обеспечивает реле стартера РС530 и выключатель стартера ВК853, установленные в кабине водителя.

При перемещении якоря тарельчатый диск замыкает контакты реле и рычаг вводит шестерню механизма привода в зацепление с венцом маховика. Перемещение механизма привода (муфты) происходит по прямолинейным шлицам вала якоря. При выключенном тяговом реле зазор между шестерней 20 привода и упорной шайбой должен быть равен 0,5—2,0 мм. Этот зазор контролирует правильность сборки стартера и тягового реле.

Механизм привода обеспечивает ввод и удержание шестерни стартера в зацеплении с венцом маховика, передачу крутящего момента электродвигателем и предохраняет стартер от повреждения после пуска двигателя автомобиля.

Детали механизма привода расположены на направляющей втулке, имеющей шлицы по внутреннему диаметру и ленточную резьбу по наружному диаметру. Втулка вместе с приводом может перемещаться по шлицам вала якоря в продольном направлении. На наружной резьбе втулки расположена ведущая полумуфта. Ведомая половина полумуфты выполнена за одно целое с шестерней и может свободно вращаться на втулке в подшипниках. Торцы полумуфт имеют храповые зубцы и прижимаются один к другому пружиной. Ведомая полумуфта закреплена в корпусе замковым кольцом. Корпус выполнен за одно со втулкой — отводкой. Замковое кольцо удерживает корпус от продольного перемещения по втулке. В корпусе под пружиной помещены стальная и резиновая шайбы, амортизирующие удар при включении стартера.

Для предотвращения износа зубьев храповой муфты и снижения шума в момент, когда двигатель пущен, а стартер еще не включен, предусмотрен механизм блокирования. Внутри ведомой полумуфты находятся три пластмассовых сухаря с радиальными отверстиями, в которые входят направляющие штифты. Наружная поверхность сухарей имеет коническую фаску, прилегающую к выточке стального кольца, установленного в ведущей полумуфте. Кольцо прижимает сухари к направляющей втулке.

Привод работает следующим образом. При включении реле стартера рычаг перемещает механизм привода вдоль шлицев вала и вводит шестерню в зацепление с венцом маховика. При этом замыкаются контакты реле стартера и включается электродвигатель стартера. Крутящий момент от вала якоря передается на шестерню привода через шлицевое соединение вала с направляющей втулкой, далее через ленточную резьбу на ведущую полумуфту и через храповое зацепление на ведомую полумуфту и шестерню привода. При передаче крутящего момента венцу маховика возникает осевое усилие, прижимающее ведущую полумуфту к ведомой. Как только двигатель будет пущен, происходит пробуксовка храповой муфты. Во время пробуксовки ведущая полумуфта отодвигается от ведомой полумуфты, сжимая пружину. Вместе с ведущей полумуфтой отодвигается кольцо, освобождая сухари, которые под действием центробежных сил перемещаются вдоль штифтов и блокируют муфту в расцепленном состоянии. После выключения стартера ведущая полумуфта под действием пружины вновь прижимается к ведомой полумуфте и кольцо устанавливает сухари в исходное положение.

Стартер CTU7-A. Стартер СТ117-А, устанавливаемый на автомобиле «Москвич-2140» имеет аналогичное устройство, но в нем применяют смешенное включение катушек обмотки возбуждения. Три катушки, выполненные из толстого провода, подключают последовательно между собой в обмотку якоря, а четвертую катушку с большим числом витков — параллельно. При смешенном включении катушек снижается частота вращения якоря на режиме холостого хода, что уменьшает износ подшипников, щеток и коллектора.

Устройство для облегчения пуска двигателя при низких температурах.

Чтобы облегчить пуск двигателя при низких температурах, применяют различные подогреватели воздуха во впускном трубопроводе дизелей, а также жидкости в системе охлаждения и масла в поддоне картера карбюраторных двигателей и дизелей. Подогрев воздуха во впускном трубопроводе и жидкости в системе охлаждения обеспечивают более полное испарение топлива и хорошее перемешивание его паров с воздухом в цилиндрах двигателя. В результате создаются условия быстрого воспламенения и полного сгорания топ-ливовоздушной смеси. Подогрев масла в системе смазки снижает его вязкость, что способствует повышению частоты вращения коленчатого вала двигателя при пуске его стартером.

Электрофакельный подогреватель воздуха служит для облегчения пуска холодных дизелей (КамАЗ, МАЗ и др.) при температуре воздуха до —25 °С при использовании зимних масел и до —18 °С при использовании обычных масел. Подогреватель подключен к топливной системе дизеля.

Принцип действия подогревателя основан на испарении топлива в факельных штифтовых свечах накаливания и воспламенении паров топлива в смеси с воздухом. Возникший при этом факел подогревает поступивший в цилиндры двигателя воздух.

В электрическую схему электрофакельного подогревателя входят две электрофакельные свечи, установленные во впускных трубах двигателя, электромагнитный топливный клапан, термореле с добавочным резистором, кнопочный выключатель подогревателя, контактор, реле выключения резистора свечей и контрольная лампа 15. Для защиты электрофакельного подогревателя от коротких замыканий в схему включены предохранители, а потреб-ляемыи ток подогревателем контролируется амперметром.

Для приведения в действие подогревателя необходимо нажать кнопку или выключателей аккумуляторных батарей, повернуть ключ выключателя приборов и стартера в первое фиксированное положение и нажать кнопку выключателя подогревателя. Через добавочный резистор термореле ток проходит к электрофакельным свечам и нагревает их. Через 1—2 мин контакты термореле замыкаются, электромагнитный топливный клапан открывается и топливо поступает к свечам. При этом включается контрольная лампа, сигнализирующая о готовности системы к пуску. При переводе ключа выключателя приборов и стартера в нефиксированное положение (кнопка выключателя подогревателя продолжает оставаться включенной) включают посредством реле стартер и одновременно через реле выключения резистора свечей на свечи подается полное напряжение аккумуляторных батарей в обход добавочного термореле. При этом реле отключения обмотки возбуждения генератора продолжает оставаться включенным, блокируя обмотку на время пуска.

Рис. 5. Электрофакельный подогреватель:
а — электрическая схема; б —факельная штифтовая свеча; AM, ВК, КЗ, IIP, СТ — обозначения зажимов на выключателе приборов и стартера

Стартер поворачивает коленчатый вал двигателя, обеспечивает подачу топлива от топливного насоса через открытый электромагнитный клапан на раскаленные свечи. Образовавшийся во впускных трубопроводах факел подогревает поступивший в цилиндры воздух, что способствует быстрому пуску двигателя.

После пуска двигателя и возвращения ключа выключателя приборов и стартера первое положение водитель имеет возможность некоторое время поддерживать горение факела во впускных трубах, держа включенной кнопку выключателя.

В корпусе факельной свечи расположен нагревательный элемент, представляющий собой металлический кожух, внутри которого запрессована спираль в наполнителе, обладающем хорошей теплопроводностью и обеспечивающем электрическую изоляцию спирали от металлического кожуха.

Топливо к свече подается по штуцеру и очищается с помощью фильтра. Топливо дозируется жиклером. Внутри свечи топливо проходит по кольцевой полости между нагревательным элементом и трубкой, где оно нагревается и испаряется. Для увеличения поверхности нагрева и испарения предусмотрена сетка. В нижней части свечи к трубке прикреплена объемная сетка, окруженная экраном с двумя рядами отверстий для прохода воздуха. Объемная сетка увеличивает поверхность испарения и сгорания топлива. Экран предотвращает срыв и затухание факела при повышении скорости движения воздуха во впускном трубопроводе двигателя.

—

Пусковое устройство типа «Термостарт» предназначено для облегчения пуска холодного двигателя при температуре окружающего воздуха до —25 °С путем подогрева воздуха, поступающего в цилиндры.

Во впускные трубопроводы двигателя при открытии электромагнитного клапана начинает поступать дизельное топливо. Оно поступает через форсунки, объединенные со свечами накаливания. Разогретые проходящим через них током свечи поджигают топливо, и факел, образующийся во впускном трубопроводе, подогревает воздух, поступающий в цилиндры двигателя.

Свечи накаливания включают в цепь низкого напряжения с помощью специального выключателя. При этом ток, поступающий к свечам, проходит через термореле, которое, нагреваясь за 1—2 мин, замыкает контакты, включающие электромагнитный клапан подачи топлива. Клапан открывается и пропускает топливо, подаваемое топливным насосом, во впускной трубопровод. После пуска двигателя и возвращения выключателя в исходное положение подача топлива прекращается и факел гаснет.

Пусковой подогреватель служит для предварительного прогрева двигателя перед его пуском при очень низких температурах окружающего воздуха (ниже —25 °С). Пусковой подогреватель позволяет одновременно прогревать жидкость в системе охлаждения и масло в картере двигателя.

Рис. 6. Пусковой подогреватель:
1 — шестеренчатый топливный насос; 2 — электродвигатель; 3 — вентилятор; 4 — водяной насос; 5 — патрубок; 6 — свеча накаливания; 7 — топливопровод; 8 — электромагнитный клапан; 9 — форсунка; 10 — направляющий лопаточный аппарат; 11 — внутренний цилиндр горелки; 12 — наружный цилиндр горелки; 13 — отводящий патрубок; 14 — внутренний цилиндр котла; 15 — наружная водяная рубашка; 16 — внутренняя водяная рубашка; 17 — наружный газоход; 18 — сливной трубопровод; 19 — сливной краник; 20 — патрубок отвода отработавших газов; 21 — дренажная трубка

Схема пускового подогревателя показана на рис. 6. Так же, как и устройство «Термостарт», пусковой подогреватель работает на обычном дизельном топливе. Перед пуском двигателя подогреватель нагревает охлаждающую жидкость до 85—100 °С.

Подогревателем можно пользоваться как при заполнении системы охлаждения двигателя водой, так и антифризом. При использовании воды перед пуском двигателя воду заливают только в котел подогревателя. Котел подогревателя состоит из четырех цилиндров, образующих две водяные рубашки: наружную и внутреннюю, соединенные между собой трубками и кольцевой цепью, К переднему торцу внутреннего цилиндра примыкает горелка с двойными цилиндрическими стенками. Внутренняя полость горелки является камерой сгорания подогревателя. Топливо в горелку подается по топливопроводу, которое проходит через электромагнитный клапан и распыливается форсункой. Одновременно в горелку подается воздух, нагнетаемый вентилятором. Образовавшиеся в результате сгорания топлива газы проходят по внутреннему цилиндру котла, затем через наружный газоход и согревают стенки водяной рубашки, после чего отводятся в патрубок.

Полость котла, заполняемая жидкостью, соединяется с рубашкой охлаждения блока цилиндров трубопроводами с помощью патрубка. В камеру сгорания выведена свеча накаливания, необходимая для розжига подогревателя.

Для подачи топлива служит шестеренчатый топливный насос, приводимый в действие электродвигателем. Этот же электродвигатель используют для привода водяного насоса и вентилятора, подающего воздух в камеру сгорания подогревателя.

Топливный насос подает топливо из бака автомобиля, при этом оно проходит через фильтр грубой очистки, запорный кран и электромагнитный клапан, направляясь к форсунке. Электромагнитный клапан открывается при переводе включателя на щитке управления подогревателя в положение «Работа». После открытия электромагнитного клапана топливо поступает под давлением насоса в форсунку, откуда впрыскивается в камеру сгорания в мелкораспыленном виде и, смешиваясь с воздухом, воспламеняется от свечи накаливания. После достижения устойчивого горения свеча накаливания выключается.

Жидкость, циркулирующая под давлением центробежного насоса, проходит через котел двумя потоками. Один ноток огибает газоход и камеру сгорания, омывая внутреннюю водяную рубашку, а другой обтекает газоход по наружной водяной рубашке. В котле оба потока соединяются, и далее жидкость через верхний патрубок направляется в рубашку двигателя.

Для подогрева масла используют отходящие из подогревателя горячие газы, которые после выхода из горелки направляются к масляному поддону двигателя.