一、初期手動起動時期(自動車誕生初期-20世紀初頭)
車が誕生したばかりの段階では、エンジンの始動方法は極めて原始的だった。その時、人々は主にハンドルでエンジンを始動させた。このようなハンドルクランクは通常エンジンの先端に取り付けられており、オペレータはクランクを大きな力で回転させ、エンジンのクランク軸を回転させ、それによって吸気、圧縮、仕事、排気のサイクルを完成させ、最終的にエンジンを始動させる必要がある。
この手動起動方式には多くの欠点がある。まず、操作者の体力要求が高く、特に大型エンジンや寒い天気の下では、エンジン内部のエンジンオイルが濃くなり、摩擦力が増大し、手回し起動がさらに困難になる。次に、この方式は一定の危険性がある。エンジンが始動した瞬間、操作者がクランクを適時に緩めることができなければ、エンジンによる反力がクランクを反転させ、操作者の腕を傷つける可能性があり、この事故は当時珍しいことではなかった。
ハンドルクランクのほかに、ロープ引き式起動方式もある。この方法はハンドルに対して少し便利な場合もありますが、同様に体力消費が大きく、効率が低く、安全上の危険性もあります。例えば、ロープ引張り式起動は操作中に適切な力の角度を見つける必要があり、しかもロープは摩耗、破断しやすく、起動の不確実性をさらに増加させる。
二、電動スターターの萌芽と早期探索(20世紀初頭-1912年)
自動車工業の発展に伴い、より安全で効率的なエンジン始動方式が切実に求められている。20世紀初頭、一部の発明家は電力を利用してエンジンを始動しようと試み始めた。
1910年、カートンはスターター関連技術の研究に着手した。しかし、当時は技術レベルに制限されており、彼が研究したスターターは信頼性、有効性、コンパクト性など多くの重要な面で実用化の要求に達することができなかった。それでも、これらの初期の探索は、後続の真の実用的な電動スターターの発明のために一定の理論と実践の基礎を築いた。
三、電動スターターの誕生と初期応用(1912年-20世紀半ば)
1912年、米ゼネラル・モーターズのキャデラックセダンはチャールズ・ガトリンが発明した電動式スターターを初めて搭載した重大な突破を遂げた。この発明は自動車発展史上のマイルストーンと呼ばれ、自動車エンジンの始動方式を徹底的に変えた。
この電動スタータの基本原理は、バッテリーから供給される電気エネルギーを利用して、モーター駆動ギアを通じてエンジンのフライホイールリングと噛合し、その後フライホイールを回転させて、エンジンを始動させることである。手動起動方式に比べて、電動スターターは明らかな利点がある。運転者の体力負担を大幅に軽減するだけでなく、起動過程がより迅速で信頼性が高く、自動車の使い勝手と安全性を効果的に向上させた。
その後、自動車メーカーたちは次第に電動スターターの大きな潜在力を認識し、この新技術を次々と採用し始めた。しかし、初期の応用過程では、電動スターターもいくつかの問題に直面していた。例えば、当時の蓄電池技術はまだ成熟しておらず、電力貯蔵が限られており、スターターの電力も比較的小さいため、一部の大型エンジンの始動にはやや骨が折れる可能性があった。また、スターターの耐久性と安定性も向上する必要があり、頻繁な起動操作はモーターの過熱、ギアの摩耗などの問題を引き起こす可能性がある。
四、技術改善と発展時期(20世紀中葉-20世紀末)
1949年、クライスラー社はスターター技術の面で新たな革新を遂げた。彼らは初めて共同ボタンを使って点火始動スイッチを操作した。この設計は点火と起動機能を1つのボタンに統合し、自動車の操作プロセスをさらに簡略化し、ユーザー体験を向上させる。
この時期、スタータの技術改善は主に電磁スイッチ、モータ性能、伝動機構などの面に集中している。電磁スイッチの改良により、スタータの制御がより正確で信頼性が高い。電磁コイルの設計と材料を最適化することにより、電磁吸引力を高め、スタータがエンジンフライホイールリングと迅速かつ安定的に噛み合い、分離できることを確保した。
モーターの性能の面では、スターターはより効率的なモーター設計とより良い絶縁材料を採用している。例えば、従来の直励直流モータから永久磁気直流モータへと徐々に発展している。永久磁石モータはより高い効率、より小さな体積、より良いトルク特性を有し、同じ電源条件下でより強力な起動動力を提供することができる。同時に、モータの放熱性能も改善され、モータのハウジング構造と放熱通路を最適化することにより、過熱によるモータ損傷のリスクを低減した。
伝動機構では、スターターの歯車材料と製造技術が向上している。より耐摩耗性が高く、強度が高い合金鋼を用いて歯車を製造し、歯車の歯形を最適化し、歯車の噛合精度と伝動効率を高めた。また、ワンウェイクラッチなどの保護装置も追加されています。ワンウェイクラッチはエンジン始動後にスタータの歯車がフライホイールリングから自動的に切り離されることを確保し、エンジンが逆にスタータを高速回転させてスタータを損傷させないようにすることができる。
五、現代知能スターター時期(21世紀初頭-現在)
21世紀に入り、自動車技術の急速な発展、特に電子技術とインテリジェント化技術の自動車分野での広範な応用に伴い、スターターも新たな変革を迎えた。
新エネルギー車の台頭を背景に、電気自動車やハイブリッド車への電動スターターの応用が広がっている。電気自動車にとってスターターの機能は、エンジンを始動させるだけではなく(電気自動車には従来の内燃機関がないため)、車両の動力システム制御やエネルギー回収などの過程に多く関与している。例えば、車両の発進と加速の際、スタータ(電気自動車では一般的に駆動モータと呼ばれる)は動力源として、電気エネルギーを効率的に機械エネルギーに変換し、車両を前進させる、制動中、駆動モータは発電機としても機能し、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、蓄電池に回収して記憶し、エネルギーの再生利用を実現することができる。
同時に、スターターの知能化の程度もますます高くなっている。現代スターターには複雑な電子制御ユニット(ECU)が搭載されており、エンジンの温度、バッテリの電力量、車両の始動周波数など多くの要素に基づいて、スターターの始動パラメータを自動的に調整することができる。例えば、寒い天気の下で、ECUはエンジンを低い回転数で前回転させるように制御することができて、エンジンオイルがエンジン内部の部品を十分に潤滑してから正常に起動することができて、このようにエンジンの起動時の摩耗を減らすことができて、エンジンの使用寿命を延長することができます。また、スマートスターターは車両の通信システムを通じて車主の携帯電話などの機器と接続し、遠隔起動などの機能を実現することができ、ユーザーに大きな利便性を提供している。
初期のハンドルクランクから現在のスマート電動スターターまで、スターターの歴史は自動車技術の絶えずの進歩と人類の便利で効率的な移動方法へのたゆまぬ追求を目撃した。