Принцип действия стартер генератора
Стартер-генератор - это электрическая машина постоянного тока, предназначенная для работы в двух режимах:
стартерном (кратковременном) - в качестве электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения, осуществляющего вращение вала дизеля во время пуска;
генераторном (продолжительном) - в качестве вспомогательного генератора постоянного тока независимого возбуждения, обеспечивающего питание электрических цепей управления, электродвигателей собственных нужд постоянного тока, освещения и заряда аккумуляторной батареи.
Стартер-генератор применяется на тепловозах с тяговой электропередачей переменно-постоянного тока (2ТЭ116, 2ТЭ121, ТЭП70). На рис. 11.7 представлен стартер-генератор, состоящий из станины, подшипниковых щитов, главных и добавочных полюсов, якоря и подшипников.
Станина 6 стартер-генератора цилиндрической формы; снизу к ней приварены лапы для крепления к станине тягового генератора; сбоку приварены проушины для транспортировки. К станине крепятся четыре главных 5 и четыре добавочных 8 полюса. Сердечник главного полюса набран из пластин электротехнической стали. Сердечник добавочного полюса цельнолитой, его обмотка соединена последовательно с якорем.
К торцам станины крепятся передние 2 и задние 10 подшипниковые щиты. В гнездо переднего подшипникового щита устанавливается шарикоподшипник 1, заднего - роликоподшипник 11. К пе-
реднему подшипниковому щиту крепится траверса 4, а к ней - щеткодержатели со щетками типа ЭГ-4.
Якорь 7 состоит из вала 12, сердечника, обмотки и коллектора арочного типа 3. Сердечник якоря фиксируется на валу шпонкой, а от смещения удерживается с одной стороны корпусом обмотко-держателя, а с другой - корпусом коллектора. Обмотка якоря удерживается в пазах проволочными бандажами. Концы секций обмотки впаиваются в петушки коллекторных пластин.
Охлаждение стартер-генератора (самовентиляция) осуществляется вентилятором 9, изготовленным из стали.
Компания Ford создала новый интегрированный стартер-генератор (integrated starter-generator — ISG) и электрическую систему с рабочим напряжением 42 В, которая будет использоваться в автомобиле Explorer в последующие несколько лет. Автомобиль обещает достичь потрясающего уровня экономии топлива и предоставит больше комфорта на основе высоких технологий и разработок. На нем предполагается использовать новую электрическую систему с повышенным напряжением, которая позволяет реализовать несколько сберегающих топливо функций, в том числе способность отключать двигатель, когда транспортное средство останавливается, и мгновенно запускать по малейшему требованию.
Интегрированный стартер-генератор, как подразумевается в названии, совмещает обычный стартер и генератор переменного тока в одном электрическом устройстве. Транспортное средство, оборудованное системой ISG, могло бы считаться умеренным гибридом, потому что способно осуществлять большинство функций гибридного электрического транспортного средства.
Рис. Двигатель, оборудованный интегрированным стартер-генератором (источник: Ford)
Помимо трех функций, общих и для полногибридного электрического автомобиля (HEV), и для умеренного гибрида (ISG), есть еще четыре функции, характерные только для полного HEV:
Рис. Сравнение систем HEV и ISG (источник: Ford)
Рис. Интегрированный стартер-генератор (ISG) на 42 В (источник: Ford)
Рис. Энергетическая установка ISG с напряжением 42 В в автомобиле с универсальным приводом (источник: Ford)
Помимо 42-вольтовой батареи и интегрированного стартер-генератора, машина снабжена еще тремя главными компонентами:
- модифицированным двигателем V-6
- новой автоматической коробкой передач
- контроллером «инвертор/мотор»
При возобновлении движении энергия постоянного тока от батареи преобразуется контроллером в энергию переменного тока регулируемой частоты и подается на ISG. Управление частотой мощного источника переменного тока позволяет запустить двигатель за доли секунды.
Рекуперативное торможение сохраняет энергию, обычно теряемую во время торможения в виде тепла. ISG во время замедления транспортного средства поглощает энергию, преобразуя ее в постоянный ток, и подзаряжает батарею. Электро-гидравлические тормоза заменяют тормоза с вакуумным гидроусилителем, а микропроцессоры управляют действием передних и задних тормозов так, чтобы сохранять устойчивость транспортного средства при торможении. Механические тормоза автомобиля действуют совместно с ISG, так что разница между механическим и рекуперативным торможением будет незаметна водителю.
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.
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:
- редукторные;
- простые (безредукторные).
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.
Большинство автомобилистов знает, что без стартера двигатель не запустить, а без генератора — далеко не уедешь. Но многие не представляют, где находятся эти узлы, как выглядят, как работают. Сегодня разберем принцип работы, устройство, неполадки, ремонт и замену стартера и генератора.
Как работает и где находится стартер
Стартер — это небольшой электродвигатель, который находится на ДВС и напрямую соединяется с венцом маховика. Устройство подключено к аккумулятору, запускается во время срабатывания замка зажигания. После поворота ключа (или нажатия кнопки запуска) якорь начинает вращаться, при помощи бендикса поворачивает венец маховика. Движение вала запускает двигатель автомобиля.
После начала вращения маховика, бендикс возвращается в исходное состояние, зацепление разрывается. Стартер выполнил задачу — двигатель запустился.
Как работает и где находится генератор
Генератор установлен на моторе — шкив соединен ремнем с коленвалом двигателя. Ротор начинает вращаться одновременно с ДВС. Генератор преобразует вращение в электричество пока работает двигатель.
После запуска мотора узел снабжает электричеством системы автомобиля — заряжает аккумулятор, обеспечивает напряжением осветительные приборы, обогреватель, кондиционер, ЭБУ.
Как ломается стартер: признаки неисправности
Причиной поломки может стать неправильное использование, естественный износ, залипание контактов замка зажигания и т. д. Стандартные проявления поломки:
● При повороте ключа не слышно звука вращения электромотора.
● После запуска двигателя стартер не отключается.
● При срабатывании раздаются посторонние звуки (стартер щелкает).
● Двигатель заводится не с первого раза.
Во всех случаях поломка приводит к сложностям с запуском — от периодических проблем в мороз до полного отказа автомобиля запускаться.
Причины и признаки поломки генератора
Главные причины выхода из строя — внешнее воздействие (вода, грязь, резкие перепады температур), работа в условиях повышенной нагрузки, поломка аккумулятора (короткое замыкание).
Варианты проявления неисправности:
● Сигнал неисправности аккумулятора на панели приборов.
● Посторонние звуки в работе — постоянный скрежет, щелчки в корпусе, шелест, усиление шума.
● Заметное изменение яркости света фар и приборной панели при увеличении или уменьшении оборотов двигателя.
Со сломанным генератором можно проехать не более 100 км — заряда исправного аккумулятора хватает чтобы обеспечить системы. Но лучше сразу ехать в автосервис. А то придется еще и менять АКБ.
Ремонт стартера и генератора
Обслуживание начинается с диагностики — автомобильное электрооборудование тестируют, находят дефекты, выбирают способ устранения. Иногда достаточно подтянуть и почистить контакты, чтобы прибор снова начал работать. Но если произошла поломка, без демонтажа, разборки и замены неисправных деталей не обойтись.
В ArtGalleryAuto генераторы и стартеры диагностируют на специальных стендах, а затем выявив неисправность, производят необходимый ремонт. В процессе проводится замена неисправных частей агрегатов. Если ремонт невозможен или обходится слишком дорого — устанавливаем новый узел. При этом можно использовать оригинальные запчасти или качественные аналоги от тех же производителей, но под другим брендом.
Совет. Без опыта, специальных инструментов и аппаратуры не пробуйте самостоятельно ремонтировать электрооборудование. На видео в интернете часто показывают, как легко заменить щетки, бендикс или регулятор напряжения, но после неумелого вмешательства узел может полностью сгореть, вызвать поломку смежных устройств.
Советуем почитать:
« Значки на приборной панели » — узнайте, какие индикаторы показывают неисправности.
« Webasto или автозапуск? » — статья о вариантах удаленного прогрева автомобиля.
« Такие же на заводе ставят » — вся правда об оригинальных автозапчастях и их аналогах.
Генератор стартера сочетает в себе функции стартера и генератора переменного тока в одной электрической машине . Это может как ускорить в двигатель внутреннего сгорания в двигатель транспортного средства (режим пуска) и выработки электроэнергии , когда двигатель работает (режим генератора). В настоящее время стартер-генераторы в основном используются в автомобилях с умеренным гибридным двигателем с 48-вольтовой электрической системой.
Современные мощные стартер-генераторы могут экономить энергию в гибридных электромобилях , подавая электрическую энергию обратно в аккумулятор транспортного средства, когда транспортное средство затормаживается, и используя эту энергию позже для поддержки двигателя внутреннего сгорания, когда требуется особенно большое количество энергии, например, при ускорении. . Машины с электроприводом многих подключаемых гибридов также могут запускать двигатель внутреннего сгорания, но поскольку запуск для них является лишь второстепенной функцией, термин стартер-генератор не используется.
Поскольку стартер-генераторы постоянно подключены к двигателю внутреннего сгорания, отсутствует громкий шум, характерный для обычных стартеров, который возникает при включении шестерни стартера и при повороте шестерни в маховике двигателя внутреннего сгорания.
Оглавление
Исторические стартер-генераторы
Стартер-генераторы постоянного тока Dynastart
Стартер-генераторы на базе двигателей постоянного тока серийно производились компанией Siba с 1935 года под торговой маркой Dynastart, а после 1959 года (после того, как Siba была поглощена Bosch) - компанией Bosch. В то время, генераторы стартеры были также известны как легкие закуски (от генератора и стартера). Машины Dynastart сидели прямо на коленчатом валу двигателей без каких-либо дополнительных передач. Машины Dynastart изначально были доступны у DKW, а позже, среди прочего, в BMW 700 , BMW 600 , BMW Isetta , Heinkel Cab , NSU Prinz , Goggomobil , Messerschmitt Kabinenroller , AWZ P 70 , Steyr-Puch 500 и 650, Steyr-Puch. Хафлингера и Vespa 50 Elestart с 1969 года . Двухтактные двигатели,
часто устанавливаемые в небольших транспортных средствах, также могут работать задним ходом, если они запускаются в соответствующем направлении вращения. Путем простого изменения полярности стартер-генератора удалось сохранить передачу заднего хода на коробке передач.
Сегодня торговая марка DynaStart используется компанией ZF Friedrichshafen для современных генераторов стартера коленчатого вала, основанных на принципе синхронной машины с постоянными магнитами .
Современные стартер-генераторы
В современных гибридных электромобилях различают два типа стартер-генераторов: стартер-генераторы с ременным приводом и встроенные стартер-генераторы . Обычно это синхронные или асинхронные машины, которые работают с трехфазным током и подключаются к бортовой сети постоянного тока и аккумулятору через преобразователь .
Стартер-генераторы с ременным приводом
Стартер-генераторы с ременным приводом или стартер-генераторы с ременным приводом ( RSG , стартер-генератор с ременным приводом ( BSG ) или интегрированный стартер-генератор с ременным приводом ( B-ISG )), как и обычный генератор переменного тока, связаны с двигателем внутреннего сгорания через ременную передачу. . Для этого требуются незначительные механические изменения в системе натяжения ременного привода, так как холостой и нагрузочная прядь во время работы чередуются. В качестве электрических машин могут использоваться синхронные машины с воздушным или водяным охлаждением , асинхронные машины или реактивные реактивные машины . Однако мощность, которая может передаваться ремнем с разумными затратами и механическими потерями, невелика, поэтому стартер-генераторы с ременным приводом можно использовать только для микро- и мягких гибридов.
Примерами автомобилей с ременным стартер-генератором в 12-вольтовой электрической системе являются автомобили группы PSA с двигателями e-HDi (например, Citroën C4 , Citroën C5 или Peugeot 308 с 2010 года ). Эти автомобили оснащены стартер-генераторами от французского поставщика Valeo с номинальной мощностью 2,2 кВт. Модели mhd Smart (серия 451) также имеют 12-вольтовый ременный стартер-генератор от Valeo.
Автомобили с ременным стартером-генераторами с рабочим напряжением 48 В ( мягкий гибрид ) производятся серийно с 2016 года . Благодаря более высокому напряжению достигается электрическая мощность до 10 или 15 кВт. Такие системы в сочетании с небольшой литий-ионной батареей могут помочь снизить расход топлива за счет более длительных фаз остановки-старта, плавания по автобану и восстановления сил на испытательном стенде на 13 процентов и в условиях городского движения более чем на 20 процентов.
Ниже представлена подборка 48-вольтных RSG, доступных на рынке в 2018 году.
| поставщик | Макс. Мощность (электрическая, с рекуперацией) | Макс. Мощность (механическая, наддув) |
|---|---|---|
| Роберт Бош GMBH | 11,5 кВт | 9,7 кВт |
| Continental AG | 16 кВт | 14 кВт |
| Валео | 12 кВт | - |
Встроенные стартер-генераторы
В более мощных легкогибридных автомобилях используются встроенные стартер-генераторы ( ISG , а также стартер-генератор коленчатого вала ( KSG ), англ. Crankshaft-Mounted Integrated Starter Generator ( C-ISG )). Они располагаются непосредственно на коленчатом валу между двигателем внутреннего сгорания и трансмиссией. Таким образом, передаваемая мощность по существу ограничена только характеристиками стартер-генератора или преобразователя. Недостатком является то, что требуются значительные механические изменения в существующих системах, а установка на коленчатый вал (коаксиально) приводит к удлинению трансмиссии . Для сохранения общей длины ISG также может быть установлен параллельно в осевом направлении рядом с двигателем за счет ширины и интегрирован через ступень уменьшения. Из-за редукции электродвигатель может быть рассчитан на более высокую скорость и, следовательно, легче.
Если двигатель внутреннего сгорания отключается через дополнительную муфту, потерь из-за тормозящего момента двигателя не возникает. Таким образом, встроенный стартер-генератор может рекуперировать более высокую электрическую мощность, чем стартер-генератор с ременным приводом. Также возможно вождение на электричестве.
Первым автомобилем с 48-вольтовым двигателем ISG в 2017 году стал Mercedes-Benz S-Class (максимальная мощность механического наддува: 16 кВт).
Преимущества стартер-генераторов
Стартер-генераторы, которые сегодня обычно строятся как синхронные машины с постоянными магнитами , имеют гораздо более высокий КПД, чем генераторы переменного тока, и высокую удельную мощность.
Процесс запуска
При запуске стартер-генераторы имеют много преимуществ перед обычными системами со стартерами. Обычный стартер после зацепления разгоняет коленчатый вал до определенной скорости (около 250 об / мин). Затем он впрыскивается впервые, и двигатель внутреннего сгорания независимо разгоняется до скорости более 1000 об / мин. С одной стороны, этот процесс занимает относительно много времени и сопровождается множеством надоедливых вибраций и шумов. Стартер-генератор на 48 В благодаря более высокой выходной мощности и постоянному соединению с коленчатым валом может разгонять коленчатый вал непосредственно до 500 об / мин или 1000 об / мин (ISG), только после этого осуществляется впрыск топлива (высокоскоростной запуск). Таким образом, запуск стартер-генератора практически незаметен для водителя, что улучшает принятие систем старт-стоп .
Старт также занимает значительно меньше времени. В то время как обычный стартер занимает около 0,8 с, стартер-генераторы на 48 В, подключенные в настоящее время, могут сделать это примерно за 0,5 с. Из-за процесса зацепления стартер может запускать двигатель только при остановленном коленчатом валу. Поэтому запуск двигателя во время движения является проблематичным и особенно медленным в ситуациях, когда вы меняете мнение . По этой причине старт / стоп активируется только на очень низких скоростях. Это отличается от стартер-генераторов, они постоянно подключены к коленчатому валу и, следовательно, также могут запускать двигатель, который набирает обороты. Поэтому серийные автомобили со стартер-генераторами активируют функцию старт / стоп на скорости 20 км / ч, что положительно сказывается на расходе топлива. Двигатель также можно выключить в определенных дорожных ситуациях, если это не требуется для движения ( плавание ).
Дополнительные преимущества
Помимо запуска двигателя стартер-генераторы также предлагают следующие возможности:
- Функция наддува ; улучшенный запуск и ускорение благодаря дополнительному крутящему моменту.
- Выздоровление ; По сравнению с обычными генераторами, повышенная рекуперация энергии и повышенная эффективность.
- Гашение вибрации в трансмиссии.
- Пуск / остановка ускорителя ; Двигатель внутреннего сгорания можно запустить при ускорении и выключить при снятии акселератора.
- Оптимизация точки нагрузки ; Двигатель внутреннего сгорания работает близко к точке наилучшего КПД, при которой стартер-генератор вырабатывает энергию в качестве дополнительной нагрузки двигателя и подает ее в аккумуляторную батарею или принимает ее в качестве опоры двигателя.
- Оптимизация выхлопных газов ; Холодной продувки системы доочистки выхлопных газов относительно холодными выхлопными газами холостого хода можно избежать, часто выключая двигатель внутреннего сгорания.
Стартер-генераторы, особенно 48-вольтовые системы, могут с минимальными затратами сократить разрыв между простыми системами старт-стоп и полными гибридами.
Читайте также: