СТАРТЕР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
INTERNAL COMBUSTION ENGINE STARTER

Область техники
Изобретение относится к машиностроению, и может быть использовано на транспорте в качестве стартера для запуска двигателя внутреннего сгорания.
Предшествующий уровень техники
Известен стартер марки 57.3708, применяемый на автомобилях ВАЗ, содержащий электродвигатель с четырьмя постоянными магнитами возбуждения, тяговое реле, муфту свободного хода с рычагом перемещения и планетарный редуктор, вал, водила которого находится в винтовом соединении с ведущей обоймой муфты свободного хода.
К недостаткам данного стартера относится то, что в нем при включении тягового реле усилия, передаваемые его якорем на передвижение муфты свободного хода для ввода ее приводной шестерни в зубчатый венец маховика ДВС, происходят с помощью рычага и других вспомогательных деталей, которые в процессах включения и выключения тягового реле часто выходят из строя и делают стартер неработоспособным.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является стартер для запуска двигателя внутреннего сгорания, содержащий электродвигатель с четырьмя постоянными магнитами возбуждения, муфту свободного хода храповичного типа и планетарный редуктор. В нем электромагнитная катушка с клеммным устройством размещены внутри силуминовой крышки статора электродвигателя соосно его продольной оси. Вал водила планетарного редуктора находится в винтовом соединении с хвостовиком ведущей обоймы муфты свободного хода, который используется в качестве сердечника электромагнитной катушки. Приводная шестерня ведомой обоймы находится в своем исходном расположении на обратной стороне зубчатого венца маховика двигателя внутреннего сгорания с помощью удлиненной промежуточной втулочной части между ними (Патент RU 2541345 С1).
К недостаткам данного стартера относится то, что в нем приводная шестерня ведомой обоймы муфты свободного хода расположена на обратной стороне зубчатого венца маховика двигателя, что вместе с применяемой муфтой свободного хода храповичного типа усложняют устройство стартера и его работу.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение устройства стартера, повышение надежности и долговечности в работе, уменьшение габаритных размеров и веса.
Раскрытие изобретения
Указанная задача решается в стартере двигателя внутреннего сгорания, содержащем электродвигатель, муфту свободного хода, удерживающую и втягивающую обмотки, расположенные внутри магнитопровода, якорь.
Согласно изобретению якорь выполнен в виде втулки и установлен на муфте свободного хода с возможностью взаимного осевого перемещения и вращения, при чем на якоре установленна перемычка, выполненная в виде контактной шайбы, и электроизолированная от него, имеющая возможность замыкания контактов электрической цепи от аккумулятора к обмотке электродвигателя стартера, а упомянутые контакты в свою очередь размещены в проставке, выполненной из диалектрического материала, в которой также расположен контакт, соединяющий электрическую цепь от ключа зажигания с втягивающей и удерживающей обмотками, расположенными внутри магнитопровода. Такая конструкция позволяет компактно разместить в передней крышке стартера вал стартера, обгонную муфту, якорь и магнитопровод с удерживающей и втягивающей обмотками, а также удобно разместить контакты и перемычку, и обеспечить достаточную площадь контакта.
Якорь жестко связан с шайбой, ограничивающей перемещение изоляторов и гофрированной пружины, которая поджимает контактную шайбу, и якорь через шайбу также перемещает муфту свободного хода, причем между торцем расточки, выполненной в проставке и изолятором установлена гофрированная пружина. Такая конструкция позволяет изолировать контактную шайбу от якоря, а также обеспечить надежное прилегание ее к контактам за счет поджатия пружиной. Также профиль гофрированной пружины может быть круглого сечения, что существенно сократит стоимость пружины.
Между выступом магнитопровода и кольцом, выполненным из немагнитного материала, установлен войлочный сальник, пропитанный маслом. Это позволяет защитить контакты от пыли и грязи, которая может попасть от зубчатого венца маховика двигателя.
Контакты, установленные в проставке, с одного конца имеют отверстия для подключения к электроцепи, а с другого выполены в виде сегмента шайбы. Такая форма позволяет создать большую площадь контакта при замыкании цепи и органично вписать их в конструкцию стартера, а также использовать простое стандартное винтовое соединение с клеммами проводов электроцепи.
Особенности и преимущества изобретения будут более понятны из описания преимущественных вариантов его осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен стартер двигателя внутреннего сгорания в разрезе; На фиг.  2 представлено крепление контактной шайбы в увеличенном масштабе;
На фиг. 3 представлена проставка в сборе, вид вдоль оси стартера;
На фиг. 4 изображен контакт.
Варианты осуществления изобретения
Как показано на фиг. 1, стартер состоит из электродвигателя 1 с планетарным редуктором 2, водило 3 которого жестко и соосно связано с валом 4 стартера, второй конец которого расположен в подшипнике скольжения 5 передней крышки 6.
В передней крышке 6 соосно валу 4 установлен магнитопровод 7, включающий в себя удерживающую обмотку 8 и втягивающую обмотку 9.
На валу 4 стартера установлена муфта свободного хода, включающая в себя ведомый элемент 10, выполненный из материала с минимальной магнитной проницаемостью, например, из закаленной стали, за одно целое с шестерней 11 и установленный соосно валу 4 посредством подшипника скольжения 12, а также ведущий элемент 13, связанный с валом 4 посредством шлицевого винтового соединения 14. По внутренним поверхностям ведущего 13 и ведомого 10 элементов проходит самозатягивающаяся пружина 15. Ведущий 13 и ведомый 10 элементы зафиксированы от взаимного осевого перемещения стопорным кольцом 16 (фиг. 1, 2).
Между муфтой свободного хода и магнитопроводом 7 (фиг. 1) расположен якорь 17 (фиг. 1, 2), жестко связанный с шайбой 18 с помощью расклепки выступов, выполненных на якоре 17 и прошедших через отверстие шайбы 18, расположенной между муфтой свободного хода и стопорным кольцом 19 (фиг. 1) на валу 4 стартера. Возвратная пружина 20, выполненная преимущественно прямоугольного сечения, с одной стороны упирается в стопорное кольцо 21, расположенное в обойме 22, а с другой - поджимает якорь 17 (фиг. 1, 2) с шайбой 18 через муфту свободного хода к стопорному кольцу 19 (фиг. 1).
Водило 3 через проставку 23 и буфер 24 упирается в опору 25, прижимая ее к уступу в передней крышке 6. К проставке 23 также прижата эпициклическая шестерня планетарного редуктора 2.
В проставке 26 (фиг. 1, 3), выполненной из диэлектрического материала, расположен контакт 27 ключа зажигания, на котором припаяны концы удерживающей 8 (фиг. 1) и втягивающей 9 обмоток магнитопровода 7. Контакт 28 (фиг. 3, 4) соединен с аккумулятором автомобиля. Контакт 29 соединен с обмоткой (на фиг. не показано) электродвигателя 1 (фиг. 1) стартера и на него же припаян второй конец втягивающей обмотки 9. Второй конец удерживающей обмотки 8 припаян к корпусу магнитопровода 7, то есть на массу, для чего в проставке 26 (фиг. 1, 3) выполнено отверстие 30 (фиг. 3).
В опоре 25 (фиг. 1) установлен подшипник скольжения 31, поддерживающий вал 4 стартера.
На магнитопроводе 7 выполнен уступ 32, за которым для защиты от грязи расположен войлочный сальник 33, поджатый кольцом 34, выполненном из немагнитного материала.
На якоре 17 (фиг. 1, 2) с торца выполнена проточка, в которой расположен изолятор 35 (фиг. 2) с выступом 36, упирающийся большим торцем в шайбу 18 (фиг. 1, 2), а меньшим в конец проточки на якоре 17. Изолятор 37 (фиг. 2) расположен на изоляторе 35 и прижат к торцу проточки, выполненной на якоре 17 (фиг. 1, 2) гофрированной пружиной 38 (фиг. 2) через контактную шайбу 39 (фиг. 1, 2). За изолятором 37 (фиг. 2) расположена гофрированная пружина 40 (фиг. 1, 2). Контактная шайба 39 выполнена медной, а изолятор 37 (фиг. 2) служит для изоляции контактной шайбы 39 (фиг. 1, 2) во время работы. При этом усилие деформации гофрированной пружины 40 много меньше усилия деформации гофрированной пружины 38 (фиг. 2).
Контакты 28 (фиг 3, 4) и 29 (фиг. 3) с одного конца имеют отверстие для подключения к электроцепи с помощью винтового соединения, а с другой выполены в виде сегмента шайбы, позволяющего обеспечить большую площадь контакта с контактной шайбой 39 (фиг. 1, 2). Для удобства пайки и ремонтопригодности концы 41 (фиг. 3) и 42 втягивающей обмотки и концы 43 и 44 удерживающей обмотки выведены на торец проставки 26 (фиг. 1, 2).
Стартер работает следующим образом.
При повороте ключа зажигания подается ток на контакт ключа зажигания 27 (фиг. 1, 3), запитывая втягивающую обмотку 9 (фиг. 1) и удерживающую обмотку 8. Электродвигатель 1 стартера также запитывается через втягивающую обмотку 9. При этом якорь 17 (фиг. 1, 2) втягивается внутрь магнитопровода 7 (фиг. 1), передвигая с собой через шайбу 18 (фиг. 1, 2) муфту свободного хода стартера, сжимая возвратную пружину 20 (фиг. 1). В это же время электродвигатель 1 стартера, запитанный через обмотку втягивания 8, начинает с небольшой скоростью прокручивать вал 4, а вместе с ним и муфту свободного хода стартера с шестерней 11. Таким образом, шестерня 11 плавно входит в зацепление с зубчатым венцом маховика двигателя (на фиг. не показано) позволяя дальнейшее продвижение якоря 17 (фиг. 1, 2) внутрь магнитопровода 7 (фиг. 1). При этом в конце хода сжимается гофрированная пружина 40 (фиг. 1, 2), и контактная шайба 39 прижимается к проставке 26 (фиг. 1, 3), замыкая контакты 29 (фиг. 3) и 28 (фиг. 3, 4), и тем самым подавая рабочий ток с аккумулятора напрямую на электродвигатель 1 (фиг. 1) стартера, а якорь 17 (фиг. 1, 2) продолжает движение до уступа 32 (фиг. 1), сжимая гофрированную пружину 38 (фиг. 2). При соприкосновении якоря 17 (фиг. 1, 2) с уступом 32 (фиг. 1) происходит его залипание, так как уступ 32 является частью магнитопровода 7 втягивающей 9 и удерживающей 8 обмоток. Таким образом контактная шайба 39 (фиг. 1, 2) плотно прижимается к контактам 28 (фиг. 3, 4) и 29 (фиг. 3) под действием пружины 38 (фиг. 2), обеспечивая надежный контакт. При этом мощность тока на втягивающей обмотке 9 (фиг. 1) падает и дальнейшее удержание якоря 17 (фиг. 1, 2) происходит только за счет удерживающей обмотки 8 (фиг. 1).
При подаче тока напрямую с аккумулятора на электродвигатель 1 стартера скорость и усилие прокручивания вала 4 электродвигателем 1 стартера резко возрастают. А так как шестерня 11 уже находится в зацеплении с зубчатым венцом маховика двигателя, то вращательное движение вала 4 через шлицевое винтовое соединение 14 переходит в поступательное движение муфты свободного хода и, соответственно, шестерни 11 вдоль зубьев зубчатого венца маховика двигателя до упора в стопорное кольцо 21 через обойму 22 и полностью сжатую пружину 20. При этом происходит удар, который передается на опору 25 через вал 4, водило 3, проставку 23 и буфер 24. Благодаря наличию буфера 24 удар смягчается и повреждения конструкции не происходит.
После того, как муфта свободного хода упирается в стопорное кольцо 21 вращательное движение на валу 4 через шлицевое винтовое соединение 14 переходит во вращательное движение ведущего элемента 13 муфты свободного хода, а от него через самозатягиваюшуюся пружину 15 крутящий момент передается на ведомый элемент 10 с шестерней 11, которая начинает раскручивать зубчатый венец маховика двигателя.
После того, как двигатель автомобиля будет запущен, окружная скорость зубчатого венца маховика двигателя становится больше окружной скорости шестерни 11, которую может обеспечить электродвигатель 1 стартера. При этом от зубчатого венца маховика двигателя на электродвигатель 1 стартера через шестерню 11, муфту свободного хода и планетарный редуктор 2 начинает передаваться крутящий момент. По мере увеличения этого крутящего момента в муфте свободного хода начинает скручиваться самозатягивающаяся пружина 15, и при достижении расчетного значения обратного крутящего момента ведомый элемент 10 начинает прокручиваться относительно ведущего элемента 13.
Одновременно с этим возвратная пружина 20 сдвигает муфту свободного хода в сторону электродвигателя 1 стартера, так как крутящий момент от стартера более не прижимает ее к стопорной шайбе 21, и напротив, крутящий момент, передающийся от зубчатого колеса двигателя, стремится провернуть муфту свободного хода относительно вала 4 и сдвинуть ее в сторону электродвигателя 1 стартера через шлицевое винтовое соединение 14. Таким образом, муфта сдвигается до упора в шайбу 18 (фиг. 1, 2), жестко связанную с якорем 17, который удерживается на месте удерживающей обмоткой 8 (фиг. 1).
При выключении ключа зажигания удерживающая обмотка 8 перестает удерживать якорь 17 (фиг. 1, 2), и он вместе с контактной шайбой 39 отодвигается гофрированной пружиной 40 (фиг. 1, 2) от проставки 26 (фиг. 1, 3), размыкая контакты 28 (фиг. 3, 4) и 29 (фиг. 3) и отключая питание от электродвигателя 1 (фиг. 1) стартера. Муфта свободного хода под действием возвратной пружины 20 и крутящего момента от зубчатого колеса двигателя вместе с якорем 17 (фиг. 1, 2) перемещается в исходную позицию до упора в стопорное кольцо 19 (фиг. 1).
В случае, если двигатель не завелся, работа стартера происходит следующим образом. После отключения питания ключом зажигания и обесточивания контакта 27 удерживающая обмотка 8 освобождает якорь 17 (фиг. 1, 2), который под действием гофрированной пружины 40 перемещается вместе с контактной шайбой 39, размыкая контакты 28 (фиг. 3, 4), 29 (фиг. 3) и отключая электродвигатель 1 (фиг. 1) стартера. Электродвигатель 1 стартера останавливается и возвратная пружина 20 беспрепятственно возвращает муфту свободного хода и якорь 17 (фиг. 1, 2) в исходное положение до упора в стопорное кольцо 19 (фиг. 1).
Такое исполнение стартера упрощает его устройство, повышает надежность и долговечность в работе, уменьшает габаритные размеры и вес.