發(fā)動機起動系

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1、第一節(jié) 概述 一、起動系的作用 發(fā)動機必須依靠外力帶動曲軸旋轉后，才能進人正常工作狀態(tài)，通常把汽車發(fā)動機曲軸在外力作用下，從開始轉動到怠速運轉的全過程，稱為發(fā)動機的起動。起動系的作用就是供給發(fā)動機曲軸足夠的起動轉矩，以便使發(fā)動機曲軸達到必需的起動轉速，使發(fā)動機進入自行運轉狀態(tài)。當發(fā)動機進入自由運轉狀態(tài)后，便結束任務立即停止工作。 發(fā)動機常用的起動方式，有人力起動、輔助汽油機起動和電力起動機起動。人力起動是用手搖或繩拉，屬于最簡單的一種，現(xiàn)代汽車上仍有部分車型將人力手搖起動作為后備方式保留，有些車型則已取消。輔助汽油機起動方式只在少數(shù)重型汽車上采用。電力起動機起動是由直流電動機通過傳動機構

2、將發(fā)動機起動，它具有操作簡單，起動迅速可靠，重復起動能力強等優(yōu)點?，F(xiàn)代汽車上均采用這種方式，電力起動機簡稱為起動機，均安裝在汽車發(fā)動機飛輪殼前端的座孔上，用螺栓緊固。 二、起動系的組成 電力起動系簡稱起動系，由蓄電池、起動機和起動控制電路等組成，如圖3—1所示，起動控制電路包括起動按鈕或開關、起動繼電器等。 起動機在點火開關或起動按鈕控制下，將蓄電池的電能轉化為機械能，通過飛輪齒圈帶動發(fā)動機曲軸轉動。為增大轉矩，便于起動，起動機與曲軸的傳動比：汽油機一般為13－17，柴油機一般為8－10。 三、起動機的組成及其分類 1．起動機的組成 起動機俗稱“馬達”，由直流電動機、傳動機構和控制

3、裝置三大部分組成，如圖3—2所示。 直流電動機的作用是將蓄電池輸人的電能轉換為機械能，產(chǎn)生電磁轉矩。 傳動機構的作用是利用驅動齒輪嚙入發(fā)動機飛輪齒圈，將直流轉。矩傳給曲軸，并及時切斷曲軸與反拖電動電動機之間的動力傳遞．防止曲軸機的電磁 控制機構的作用是接通或切斷起動機與蓄電池之間的主電路，并使驅動小齒輪進人或退出嚙合。有些起動機控制機構還有副開關，能在起動時將點火線圈附加電阻短路，以增大起動時車已不再使用。 轉播到騰訊微博 （2）強制嚙合式起動機。是靠人力或電磁力經(jīng)撥叉推移離合器，強制性地使驅動齒輪嚙入和退出飛輪齒圈。因其具有結構簡單，動作可靠，操縱方便等優(yōu)點，被現(xiàn)代汽車普遍采用

4、。 （3）電磁嚙合式起動機。它是靠電動機內(nèi)部輔助磁極的電磁力，吸引電樞作軸向移動，將驅動齒輪嚙入飛輪齒圈，起動結束后再由回位彈簧使電樞回位，讓驅動齒輪退出飛輪齒圈，所以又稱電樞移動式起動機。多用于大功率的柴油汽車上。 除上述形式外，還有永磁起動機、減速式起動機等。 四、起動機的型號 根據(jù)QC／T73—93（汽車電氣設備產(chǎn)品型號編制方法）的規(guī)定，起動機的型號由以下五部分組成： 轉播到騰訊微博 （1）產(chǎn)品代號：QD、QDJ和 QDY分別表示起動機、減速型起動機和永磁型起動機。 （2）電壓等級代號：l——12 V；2——24 V。 （3）功率等級代號：含義如表3－l所示。 轉播

5、到騰訊微博 例如：QD124表示額定電壓為 12V，功率為 l－2 kw，第四次設計的起動機。 第二節(jié) 起動機用直流電動機 一、直流電動機的工作原理 直流電動機是將電能轉變?yōu)闄C械能的裝置。它是根據(jù)載流導體在磁場中受到電磁力作用而發(fā)生運動的原理工作的。如圖3－3所示，在直流電動機的電刷A、B上外加直流電壓，這時線圈中將有電流流過，其流向由電刷B經(jīng)d－c．b．a(chǎn)到電刷A，于是載流導體在磁場中受到電磁力作用，形成力矩（稱電磁轉矩）使線圈轉動。由左手定則可以確定，電磁轉矩使線圈順時轉動。當線圈轉過 180”時，線圈中的電流雖然改變了方向，即從a到d，但線圈在磁場中的位置也相應發(fā)生了改變，電

6、磁轉矩方向也就不變，使線圈仍按原來的順時針方向繼續(xù)旋轉。 為了增大電磁轉矩和轉動的平穩(wěn)性，電動機都采用多組線圈和相應的換向片，同時用兩對或數(shù)對磁極產(chǎn)生磁場。 轉播到騰訊微博 二、直流電動機組成 起動機的直流電動機主要由定子、轉子、換向器、電刷及端蓋等組成，如圖3－4所示。 1．定子 定子俗稱“磁極”，作用是產(chǎn)生磁場，分勵磁式和永磁式兩類。為增大轉矩，汽車起動機通常采用四個磁極，兩對磁極相對交錯安裝，定子與轉子鐵心形成的磁力線回路如圖3—5所示，低碳鋼板制成的機殼是磁路的一部分。 轉播到騰訊微博 （1）勵磁式定子 勵磁式電動機定子鐵心為低碳鋼，鐵心磁場要靠繞在外面的勵磁

7、繞組通電建立。為使電動機磁通能按設計要求分布，將鐵心制成如圖3－6所示形狀，并用埋頭螺釘緊固在機殼上。勵磁繞組由扁銅帶（矩形截面）繞制而成，其匝數(shù)一般為6－10匝；銅帶之間用絕緣紙絕緣，并用白布帶以半疊包扎法包好后浸上絕緣漆烘干而成。勵磁繞組與轉子串聯(lián)，故稱串勵式電動機。具體連接見圖3－7，先將勵磁繞組兩兩串聯(lián)后并聯(lián)再與電樞（轉子）繞組串聯(lián)。 轉播到騰訊微博 （2）永磁式定子 永磁式電動機不需要電磁繞組，可節(jié)省材料，而且能使電動機磁極的徑向尺寸減小；在輸出特性相同的情況下其質量比勵磁定于式電動機可減輕30％以上。條形永久磁鐵可用冷粘接法粘在機殼內(nèi)壁上或用片彈簧均勻地固裝在起動機機殼內(nèi)

8、表面上。由于結構尺寸及永磁材料性能的限制，永磁起動機的功率一般不大于2kw。 轉播到騰訊微博 2．轉子 轉子俗稱“電樞”，由電樞軸、鐵心、電樞繞組和換向器等組成。轉子的作用是產(chǎn)生電磁轉矩。典型起動機轉子結構如圖3－8所示。轉子鐵心由硅鋼片疊包后固定在轉子軸上。鐵心外圍均勻開有線槽，用以放置轉子繞組；轉子繞組由較大矩形截面的銅帶或粗銅線繞制而成。在鐵心線槽口兩側，用軋紋將轉子繞組擠緊以免轉子高速旋轉時由于慣性作用將繞組甩出，轉子繞組的端頭均勻地焊在換向片上。為防止銅制繞組短路，在銅線與銅線之間及銅線與鐵心之間用性能良好的絕緣紙隔開。減速型起動機轉子速度較普通型轉子轉速提高了50％－70

9、％，絕緣性能及動平衡要求較高層此采用環(huán)氧樹脂涂封或耐熱尼龍紙作為轉子槽絕緣紙。 換向器由鋼片和云母疊壓而成，壓裝于電樞軸前端，鋼片間絕緣，銅片與軸之間也絕緣，換向片與線頭采用錫焊連接。減速型起動機的換向器用塑料取代了云母，換向片與線頭采用了銀銅硬釬焊，耐高速又耐高溫?？紤]到云母的耐磨性較好，當換向片磨損以后，云母片就會凸起．影響電刷與換向片的接觸，因此，有些汽車使用的起動機換向片之間的云母片規(guī)定割低0.5-0.8mm。 轉子軸驅動端制有螺旋形花鍵，用以套裝傳動機構中的單向離合器。 轉子與定子鐵心氣隙，普通起動機一般為0.5-0.8mm,減速型起動機一般為 0.4-0.5mm。 3．電刷

10、端蓋 電刷端蓋一般用澆鑄或沖壓法制成，蓋內(nèi)裝有四個電刷架及電刷，其中兩只搭鐵電刷利用與端蓋相通的電刷架搭鐵。另外兩只電刷的電刷架則與端蓋絕緣，絕緣電刷引線與勵磁繞組的一個端頭相連接，如圖3—4和圖3—9所示。起動機電刷通常用銅粉（80％－90％）和石墨粉壓制而成，以減少電阻并提高耐磨性。電刷架上有盤形彈簧，用以壓緊電刷。 4．驅動端蓋 驅動端蓋（圖3－4）上有撥叉座和驅動齒輪行程調(diào)整螺釘，還有支撐撥叉的軸銷孔。為了避免電樞軸彎曲變形，一些起動機裝有中間支撐板。端蓋及中間支撐板上的軸承多用青銅石墨軸承或鐵基含油軸承。軸承一般采用滑動式，以承受起動機工作時的沖擊性載荷。有些減速到起動機采用時

11、軸承。 兩端蓋與機殼靠兩個較長的穿心連接螺栓將起動機組裝成一個整體，端蓋與機殼間接合面上一般制有定位用安裝記號。 轉播到騰訊微博 轉播到騰訊微博 三、直流電動機特性 直流電動機按勵磁方式可分為永磁式和電磁式兩大類，電磁式按勵磁繞組與電樞繞組的連接關系又可分并勵式、串勵式和復勵式三種，分別如圖 3－10所示。圖 3－11為幾種電動機的機械特性，即電動機輸出轉速與電磁轉矩之間的關系。永磁式直流電動機磁極磁通工作時保持不變。并勵式直流電動機勵磁繞組與電樞繞組聯(lián)在同一電源上，若外電壓不變、勵磁電阻不變，則每極磁通也基本不變。故永磁式、并勵式電動機轉速與轉矩之間的關系基本相同。轉速將隨

12、轉矩的增加而近似地按線性規(guī)律下降．但下降很小。即它們具有較“硬”的機械特性，適應性能較差。永磁、并勵式直流電動機常用于減速型起動機。 轉播到騰訊微博 轉播到騰訊微博 串勵式直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)，電樞電流等于勵磁繞組電流，并與總電流相等。串勵式電動機具有起動轉矩大，輕載轉速高，重載轉速低，短時間內(nèi)能輸出最大功率等特點，具有較“軟” 的機械特性，因此特別適合應用于直接驅動式起動機。 復勵式電動機的磁極上有兩組勵磁繞組，一組同電樞串聯(lián)，另一組則同電樞并聯(lián)。復勵式電動機在空載運行的情況下與并勵電動機相似，加了負載后，串勵繞組的磁場將隨負載的增加而加強，運行情況接近申勵電

13、動機。因此它的機械特性比并勵式軟，較串勵式硬。復勵式直流電動機被一些大功率起動機所采用。 第三節(jié) 起動機的傳動機構 一般起動機的傳動機構是指包括驅動齒輪的單向離合器．減速起動機的傳動機構還包括減速裝置。驅動齒輪與飛輪的嚙合一般是靠撥叉強制撥動完成，如圖3－12所示。起動機不工作時，驅動齒輪處于圖3－12a所示位置；當需要起動時，撥叉在人力或電磁力的作用下，將驅動齒輪推出與飛輪齒圈嚙合，如圖3－12b所示；待驅動齒輪與飛輪齒圈接近完全嚙合時，起動機主開關接通，起動機帶動發(fā)動機曲軸運轉，如圖3－12C所示。發(fā)動機起動后，如果驅動齒輪仍處于嚙合狀態(tài)，則單向離合器打滑，小齒輪在飛輪帶動下空轉，電動

14、機處于空載下旋轉，避免了被飛輪反拖高速旋轉的危險。起動完畢后，起動機撥叉在復位彈簧作用下回位，帶動驅動小齒輪退出飛輪齒圈的嚙合。 常見起動機單向離合器的結構主要有滾柱式、彈簧式和摩擦片式三種。 轉播到騰訊微博 轉播到騰訊微博 轉播到騰訊微博 一、 滾柱式單向離合器 1．構造 滾柱式單向離合器是通過改變滾柱在楔形槽中的位置實現(xiàn)接合和分離的。其結構分十字塊式和十字槽式兩種，如圖3－13所示，主要由驅動齒輪、外殼及十字槽套筒（或外座圈及十字塊套筒）、滾枉、彈簧等組成。離合器的套筒內(nèi)有螺旋花鍵，此花鍵與起動機電樞軸前端的花鍵結合。單向離合器既可在撥叉作用下沿電樞軸軸向移動，又

15、可在電樞驅動下作旋轉運動。 2．工作過程 起動時，起動機帶動發(fā)動機旋轉，滾柱被擠到楔形槽的窄端，并越擠越緊，使十字塊與驅動小齒輪形成一體，電動機轉矩便由此輸出如圖3－14a所示。發(fā)動機起動后，當飛輪轉動線速度超越驅動小齒輪線速度時飛輪便帶電樞旋轉，此時滾柱被推到楔形槽寬端，出現(xiàn)了間隙。十字塊和驅動小齒輪便開始打滑如圖3－14b所示，于是齒輪空轉，起到了保護電樞的作用。 滾柱式單向離合器工作時屬線接觸傳力，所以不能傳遞大轉矩，一般用于小功率（2kw以下）的起動機上，否則滾柱易變形、卡死，造成單向離合器分離不徹底。由于它結構簡單，目前廣泛用于汽油發(fā)動機上。 二、彈簧式單向離臺器 1．構造

16、 彈簧式單向離合器是通過扭力彈簧的徑向收縮和放松來實現(xiàn)接合和分離的，其結構如圖3－15所示。驅動齒輪與花鍵套筒間采用浮動的圓弧定位鍵相聯(lián)接。齒輪后端傳力圓柱表面和花鍵套簡外圓柱面上包有扭力彈簧、扭力彈簧兩端各有1/4 圈內(nèi)徑較小，并分別箍緊在齒輪柄和套筒上。扭力彈簧外裝有護套。 2．工作過程 當起動機帶動發(fā)動機轉動時，扭力彈簧按卷緊方向扭轉，彈簧內(nèi)徑變小。扭力彈簧借助摩擦力將驅動齒輪柄和花鍵套筒緊抱成一體，把起動機轉矩傳給飛輪。發(fā)動機起動后，飛輪轉動線速度超過起動機驅動齒輪線速度，飛輪便驅動起動機小齒輪，此時，扭力彈簧受力方向與上述情況相反；彈簧朝旋松方向扭轉．內(nèi)徑增大，驅動齒輪與花鍵套

17、簡分成兩體而打滑，于是齒輪空轉，而電樞不能跟著飛輪高速旋轉。 彈簧式單向離合器具有結構簡單、壽命長、成本低等特點。扭力彈簧圈數(shù)較多，軸向尺寸較大，故多用于大中型起動機。 三、摩擦片式單向離合器 1．構造 摩擦片式單向離合器是通過主從動摩擦片的壓緊和放松來實現(xiàn)接合和分離的，其結構如圖3－16所示。離合器的花鍵套筒通過四條內(nèi)螺紋與電樞花鍵軸相連接，花鍵套筒又通過三條外螺紋與內(nèi)接合鼓連接。主動摩擦片內(nèi)齒卡在內(nèi)接合鼓的切槽中，組成了離合器主動部分。外接合鼓和驅動齒輪是一個整體，帶凹坑的從動摩擦片外齒卡在外接合鼓的切槽中，形成了離合器的從動部分。主、從動摩擦片交錯安裝．并通過特殊螺母、彈性圈和壓

18、環(huán)限位，在壓環(huán)和摩擦片間裝有調(diào)整墊片。 轉播到騰訊微博 2．工作過程 當起動機帶動發(fā)動機曲軸旋轉時，內(nèi)接合鼓沿花鍵套筒上的螺旋花鍵向飛輪方向旋進，將摩擦片壓緊，把起動機轉矩傳給發(fā)動機。發(fā)動機起動后，當飛輪以較高轉速帶動驅動齒輪旋轉時，內(nèi)接合鼓沿螺旋花鍵退出，摩擦片打滑．使齒輪空轉而電樞不跟著飛輪高速旋轉。當電機超載時，彈性圈在壓環(huán)凸緣的壓力作用下彎曲變形，當彎曲到內(nèi)接合鼓的左端頂住了彈性圈的中心部分時，即限制了內(nèi)接合鼓繼續(xù)向左移動，離合器便開始打滑，從而避免因負荷過大燒壞電動機的危險。 摩擦片式單向離合器傳遞的最大轉矩可通過增減調(diào)整墊片進行調(diào)整。但結構較復雜，在較大功率起動機上應用

19、比較廣泛。 第四節(jié) 起動機的控制機構 起動機控制機構也叫“操縱機構”。下面介紹廣泛使用的電磁操縱強制嚙合式起動機控制機構的組成和工作過程。 一、組成 電磁操縱式起動機電路原理圖及符號如圖3—17所示?？刂茩C構由電磁開關、撥叉等組成，電磁開關由吸拉線圈、保持線圈、活動鐵心、固定鐵心、主開關接觸盤及復位彈簧等組成。其中吸拉線圈與電動機串聯(lián)，保持線圈與電動機并聯(lián)?；顒予F心可驅動撥叉運動．又可推動接觸盤推桿 轉播到騰訊微博 二、工作過程 控制機構作用過程如下： （1）起動機不工作時，驅動齒輪處于與飛輪齒輪脫開嚙合位置，電磁開關中的接觸盤與各接觸點分開。 （2）將起動開關接通時，蓄

20、電池經(jīng)起動控制電路向起動機電磁開關通電，其電流回路為： 此時，吸拉線圈和保持線圈磁場方向相同。活動鐵心在電磁力作用下克服復位彈簧的彈力向內(nèi)移動，壓動推桿使起動機主開關接觸盤與接觸點靠近，與此同時帶動撥叉將驅動小齒輪推向嚙合；當驅動小齒輪與飛輪齒圈接近完全嚙合時，接觸盤已將接觸點接通，起動機主電路接通，直流電動機產(chǎn)生強大轉矩通過接合狀態(tài)的單向離合器傳給發(fā)動機飛輪齒圈。主開關接通后，吸拉線圈被主開關短路，電流消失，活動鐵心在保持線圈電磁力作用下保持在吸合位置。此時主開關副觸片接通，將點火線圈附加電阻短路。 （3）發(fā)動機起動后，飛輪轉動線速度超過了起動機驅動小齒輪的線速度，單向離合器打滑，避免了

21、電樞繞組高速甩散的危險。 （4）松開起動開關時，起動控制電路斷開，但電磁開關內(nèi)吸拉線圈和保持線圈通過仍然閉合的主開關得到電流．其電流回路為： 轉播到騰訊微博 因吸拉線圈和保持線圈磁場方向相反，相互削弱，活動鐵心在復位彈簧作用下迅速回位，使驅動小齒輪脫開嚙合，主開關斷開，起動機停止工作，起動結束。 常見的電磁開關按開關與鐵心的結構形式分為整體式和分離式兩種，如圖3－18所示。開關接觸盤組件與活動鐵心固定連接在一起的稱整體式電磁開關；接觸盤組件與移動鐵心不固定在一起的稱分離式開關。 轉播到騰訊微博 第五節(jié) 起動系控制電路 常見的起動系控制電路有：開關直接控制、繼電器控制和起動

22、復合繼電器控制三種。 一、開關直接控制起動系 開關直接控制是指起動機由點火開關或起動按鈕直接控制，如圖3－19所示。起動功率較小的汽車（如長安奧拓微型轎車、天津夏利轎車）常用這種控制形式。 轉播到騰訊微博 轉播到騰訊微博 二、起動繼電器控制起動系 起動繼電器控制是指用起動繼電器觸點控制起動機電磁開關的大電流，而用點火開關或起動按鈕控制繼電器線圈的小電流，如圖3－20所示。起動繼電器的作用就是以小電流控制大電流，保護點火開關，減少起動機電磁開關線路壓降。 裝有自動變速器的轎車，在自動變速器上裝有空檔起動開關，空檔起動開關串聯(lián)于起動繼電器線圈搭鐵端，只有自動變速器變速桿處于停

23、車（P）檔和空（N）檔時才接通，其他檔位時均處于斷開狀態(tài)，有利于保護起動機和蓄電池。 三、起動復合繼電器控制起動系 為了在發(fā)動機起動后．使起動機自動停轉并保證不再接通起動機電路，解放CA1092及東風EQ1092等汽車采用了具有安全驅動保護功能的起動復合繼電器控制起動系。起動復合繼電器由起動繼電器和保護繼電器兩部分組成如圖3－21所示，起動繼電器的觸點是常開的，控制起動機電磁開關。保護繼電器的觸點是常閉的，控制充電指示燈和起動繼電器線圈的搭鐵。保護繼電器磁化線圈一端搭鐵，另一端接發(fā)電機的中性點，承受中性點電壓。工作原理如下： （1）起動時，將點火開關旋至起動位置，電流流經(jīng)：蓄電池正極，電

24、流表，點火開關SW之后，分成并聯(lián)的兩路。 一路流經(jīng)充電指示燈，L接線柱，K2，磁軛，搭鐵到蓄電池負極。 另一路流經(jīng)接線柱SW，線圈L1，K2，磁軛．搭鐵到蓄電池負極。 線圈L1產(chǎn)生電磁吸力，K1閉合，將起動機電磁開關吸拉線圈和保護線圈的電路接通。電流流經(jīng)：蓄電池正極，電流表，接線柱B，K1，磁軛，接線柱S。此后，分成并聯(lián)的兩條支路。 轉播到騰訊微博 一路流經(jīng)保持線圈，搭鐵，蓄電池負極。 另一路流經(jīng)吸拉線圈，起動機磁場繞組，電樞繞組，搭鐵，蓄電池負極。 在吸拉線圈和保持線圈電磁吸力的共同作用下，起動機主電路（接線柱l、2）接通，起動電流流經(jīng)起動機磁場繞組，電樞繞組。起動機發(fā)出電

25、磁轉矩，驅動發(fā)動機曲軸運轉。 （2）發(fā)動機起動后，若駕駛員沒有及時松開點火開關，但由于此時交流發(fā)電機電壓已升高，中性點電壓作用在保護繼電器線圈L2上使K2打開，切斷了充電指示燈的電路，充電指示燈熄滅。同時又將L1的電路切斷，K1打開，起動機電磁開關釋放，切斷了蓄電池與起動機之間的電路，使起動機自動停止工作。 （3）發(fā)動機正常運轉過程中，在交流發(fā)電機中性點電壓的作用下，K2一直處于打開狀態(tài)，充電指示燈不亮，表示充電系正常，即使駕駛員操作失誤，將點火開關旋至起動位置，由于L1中無電流KI始終處于打開狀態(tài)，所以起動機將不會工作。從而防止了起動機驅動齒輪被打壞的危險，起到了安全保護作用。但是，如果充電系有故障導致發(fā)電機中性點電壓過低，則起動復合繼電器就起不到安全保護作用了。