Электрический стартер нашел наибольшее распространение благодаря компактности, постоянной готовности к работе, возможности пополнения энергии аккумуляторной батареи во время работы двигателя, а также возможности использования электрической энергии для других целей (освещения, отопления, подогрева).
К числу недостатков электрического стартера, затрудняющих его применение в условиях низких температур, относится следующее. Крутящий момент, создаваемый электрическим стартером, уменьшается при увеличении частоты вращения (рис. 27), поэтому пуск двигателя осуществляется на малых частотах вращения коленчатого вала. Источником энергии для приведения в действие электрического стартера служат кислотные аккумуляторные батареи, запас энергии которых резко уменьшается с понижением температуры из-за увеличения вязкости и электрического сопротивления электролита (см. рис. 16). Этот недостаток особенно ощутим при температурах ниже минус 15...20°C.
Рис. 27. Изменение крутящего момента Мкр стартера (1) и момента сопротивления Мсп провертыванию коленчатого вала (2) двигателя ЗИЛ-130 в зависимости от частоты вращения n коленчатого вала при различных температурах (данные НАМИ)
Наиболее доступным способом восстановления номинальной емкости аккумуляторной батареи при низких температурах является поддержание ее температуры на уровне около 16°C. Это обеспечивает надежный пуск двигателя при температурах дс 30°C. Наиболее простым способом поддержания положительной температуры аккумуляторной батареи является сохранение ее тепла, накопленного во время работы автомобиля. Для этой цели аккумуляторную батарею устанавливают в подкапотном пространстве в утепленном ящике, что в 1,5...2 раза замедляет процесс ее остывания по сравнению с наружной установкой. Скорость остывания электролита при этом составляет 3...4°С в 1 ч при температуре наружного воздуха минус 40...45°C.
Для разогрева или подогрева аккумуляторной батареи применяются различные способы. Например, под днищем утепленной аккумуляторной батареи устанавливают плоский теплообменник, подключенный к жидкостному индивидуальному или другому подогревателю.
Стремление устранить недостатки электрического стартера привело к созданию ряда конструкций стартеров, где вместо электрической используются другие виды энергии. Существуют конструкции стартеров, которые позволяют при сохранении допустимых габаритных размеров получать высокие частоты вращения коленчатого вала при пуске двигателя за короткий промежуток времени. Такой вид пуска называется «импульсным». К числу такого типа стартеров относятся инерционный, гидравлический, пневматический и др.
Инерционный стартер (рис. 28) основан на использовании принципа аккумулирования в течение некоторого времени энергии человека или электрического двигателя в виде кинетической энергии быстро вращающейся массы. Преимуществом такого стартера является независимость пусковых качеств системы от низких температур; отсутствует необходимость использования сжатого воздуха, жидкости или других рабочих тел. Недостатками такого стартера являются сложность конструкции и отсутствие аккумулятора энергии. Второй недостаток особенно ощутим при работе автомобиля в городских условиях, где в течение дня приходится многократно пускать двигатель (до 40 и более включений стартера на 100 км пробега). Все это создает неудобства при работе автомобиля. Недостатком инерционного стартера с механическим приводом является необходимость установки на автомобиле аккумуляторной батареи и электродвигателя.
Рис. 28. Инерционный стартер: 1 - шестерня; 2 - масленка; 3 - ось шестерни; 4 - упорный винт; 5 - рычаг включения; 6 - дисковое сцепление; 7, 9 - планетарные передачи; 8 - маховик; 10 - ведущий вал; 1 - кожух зубчатой передачи; 12 - картер маховика; 13 - тормозная колодка; 14 - фланец; 15 - картер
В гидравлическом стартере (рис. 29) используется энергия сжатого инертного газа (азота) или какого-либо другого рабочего тела, передаваемая посредством жидкости к гидравлическому стартеру, связанному с венцом маховика. Существуют различные конструкции привода стартера: с наклонной шайбой, реечного типа и т. п. Энергия в аккумуляторе накапливается благодаря нагнетанию в него жидкости насосом (ручным во время стоянки или механическим во время движения автомобиля). Аккумулятор представляет собой баллон, разделенный плавающим поршнем на две полости. В одной полости аккумулятора находится азот под давлением 9,0...19,5 МПа, который при подаче жидкости в другую полость аккумулятора сжимается до давления 21...28 МПа. В качестве жидкости используется маловязкое масло АМГ-10 или смесь 75% дизельного топлива и 25% зимнего масла для кабюраторных двигателей. При открытии клапана азот работает как пневматическая пружина, толкая масло в гидравлический стартер.
Рис. 29. Гидравлический стартер: 1 - статор; 2 - плунжер; 3 - рычаг привода стартера; 4 - шестерня; 5 - наклонная шайба
Гидравлический стартер обладает высокими значениями крутящего момента, обеспечивая большие частоты вращения коленчатого вала двигателя при пуске (200...500 мин-1 и более). Однако число оборотов, которое успевает сделать коленчатый вал за одну попытку пуска, составляет не более двух оборотов, что является недостаточным для пуска двигателя при температурах ниже минус 15...20°C без предварительного разогрева.
Недостатком гидравлического стартера является большая продолжительность (5...10 мин) заряда аккумулятора при использовании ручного насоса. При этом одного заряда аккумулятора хватает лишь на одну попытку пуска холодного двигателя. При использовании электродвигателя для привода гидравлического насоса необходима мощность около 250 Вт, что приводит к значительному отбору энергии от аккумуляторной батареи перед пуском двигателя.
Пневматический стартер приводится в действие энергией сжатого воздуха, находящегося в баллонах. Известны различные конструкции пневматических стартеров (роторный, шестеренчатый и др.). Большее распространение получил пневматический стартер роторного типа (рис. 30).
Рис. 30. Пневматический стартер (а) и сравнительная характеристика (б) пневматического (I) и электрического (II) стартеров: 1 - клапан; 2 - рычаг привода стартера; 3 - шестерня; 4 - статор; 5 - ротор; 6 - крышка стартера; 7 —температура масла
Использование сжатого воздуха с низким давлением (до 1 МПа) не обеспечивает надежного пуска холодных двигателей, при низких температурах. Необходимо применять сжатый воздух с более высоким давлением, создаваемым двухступенчатым компрессором. Это требует обеспечения герметичности всей системы для устранения утечек воздуха и падения его давления во время длительной (межсменной) стоянки автомобиля.
Таким образом, рассмотрение различных типов стартеров показало, что явные на первый взгляд преимущества неэлектрических стартеров (малая зависимость от температуры наружного воздуха) в значительной степени снижаются наличием отмеченных недостатков. Это подтверждает целесообразность применения в обозримой перспективе электрического стартера. Неэлектрические стартеры применяются в качестве дублирующих электрическую систему, особенно на автомобилях с дизельными и газовыми двигателями, работающих в районах холодного и очень холодного климата.