发动机起动系

第一节 概述一、起动系的作用发动机必须依靠外力带动曲轴旋转后，才能进人正常工作状态，通常把汽车发动机曲轴在外力作用下，从开始转动到怠速运转的全过程，称为发动机的起动。起动系的作用就是供给发动机曲轴足够的起动转矩，以便使发动机曲轴达到必需的起动转速，使发动机进入自行运转状态。当发动机进入自由运转状态后，便结束任务立即停止工作。发动机常用的起动方式，有人力起动、辅助汽油机起动和电力起动机起动。人力起动是用手摇或绳拉，属于最简单的一种，现代汽车上仍有部分车型将人力手摇起动作为后备方式保留，有些车型则已取消。辅助汽油机起动方式只在少数重型汽车上采用。电力起动机起动是由直流电动机通过传动机构将发动机起动，它具有操作简单，起动迅速可靠，重复起动能力强等优点。现代汽车上均采用这种方式，电力起动机简称为起动机，均安装在汽车发动机飞轮壳前端的座孔上，用螺栓紧固。二、起动系的组成电力起动系简称起动系，由蓄电池、起动机和起动控制电路等组成，如图31所示，起动控制电路包括起动按钮或开关、起动继电器等。起动机在点火开关或起动按钮控制下，将蓄电池的电能转化为机械能，通过飞轮齿圈带动发动机曲轴转动。为增大转矩，便于起动，起动机与曲轴的传动比：汽油机一般为1317，柴油机一般为810。三、起动机的组成及其分类1起动机的组成起动机俗称“马达”，由直流电动机、传动机构和控制装置三大部分组成，如图32所示。直流电动机的作用是将蓄电池输人的电能转换为机械能，产生电磁转矩。传动机构的作用是利用驱动齿轮啮入发动机飞轮齿圈，将直流转。矩传给曲轴，并及时切断曲轴与反拖电动电动机之间的动力传递防止曲轴机的电磁控制机构的作用是接通或切断起动机与蓄电池之间的主电路，并使驱动小齿轮进人或退出啮合。有些起动机控制机构还有副开关，能在起动时将点火线圈附加电阻短路，以增大起动时车已不再使用。转播到腾讯微博（2）强制啮合式起动机。是靠人力或电磁力经拨叉推移离合器，强制性地使驱动齿轮啮入和退出飞轮齿圈。因其具有结构简单，动作可靠，操纵方便等优点，被现代汽车普遍采用。（3）电磁啮合式起动机。它是靠电动机内部辅助磁极的电磁力，吸引电枢作轴向移动，将驱动齿轮啮入飞轮齿圈，起动结束后再由回位弹簧使电枢回位，让驱动齿轮退出飞轮齿圈，所以又称电枢移动式起动机。多用于大功率的柴油汽车上。除上述形式外，还有永磁起动机、减速式起动机等。四、起动机的型号根据QCT7393（汽车电气设备产品型号编制方法）的规定，起动机的型号由以下五部分组成：转播到腾讯微博（1）产品代号：QD、QDJ和 QDY分别表示起动机、减速型起动机和永磁型起动机。（2）电压等级代号：l12 V；224 V。（3）功率等级代号：含义如表3l所示。转播到腾讯微博例如：QD124表示额定电压为 12V，功率为 l2 kw，第四次设计的起动机。第二节 起动机用直流电动机一、直流电动机的工作原理直流电动机是将电能转变为机械能的装置。它是根据载流导体在磁场中受到电磁力作用而发生运动的原理工作的。如图33所示，在直流电动机的电刷A、B上外加直流电压，这时线圈中将有电流流过，其流向由电刷B经dcba到电刷A，于是载流导体在磁场中受到电磁力作用，形成力矩（称电磁转矩）使线圈转动。由左手定则可以确定，电磁转矩使线圈顺时转动。当线圈转过 180”时，线圈中的电流虽然改变了方向，即从a到d，但线圈在磁场中的位置也相应发生了改变，电磁转矩方向也就不变，使线圈仍按原来的顺时针方向继续旋转。为了增大电磁转矩和转动的平稳性，电动机都采用多组线圈和相应的换向片，同时用两对或数对磁极产生磁场。转播到腾讯微博二、直流电动机组成起动机的直流电动机主要由定子、转子、换向器、电刷及端盖等组成，如图34所示。1定子定子俗称“磁极”，作用是产生磁场，分励磁式和永磁式两类。为增大转矩，汽车起动机通常采用四个磁极，两对磁极相对交错安装，定子与转子铁心形成的磁力线回路如图35所示，低碳钢板制成的机壳是磁路的一部分。转播到腾讯微博（1）励磁式定子励磁式电动机定子铁心为低碳钢，铁心磁场要靠绕在外面的励磁绕组通电建立。为使电动机磁通能按设计要求分布，将铁心制成如图36所示形状，并用埋头螺钉紧固在机壳上。励磁绕组由扁铜带（矩形截面）绕制而成，其匝数一般为610匝；铜带之间用绝缘纸绝缘，并用白布带以半叠包扎法包好后浸上绝缘漆烘干而成。励磁绕组与转子串联，故称串励式电动机。具体连接见图37，先将励磁绕组两两串联后并联再与电枢（转子）绕组串联。转播到腾讯微博（2）永磁式定子永磁式电动机不需要电磁绕组，可节省材料，而且能使电动机磁极的径向尺寸减小；在输出特性相同的情况下其质量比励磁定于式电动机可减轻30以上。条形永久磁铁可用冷粘接法粘在机壳内壁上或用片弹簧均匀地固装在起动机机壳内表面上。由于结构尺寸及永磁材料性能的限制，永磁起动机的功率一般不大于2kw。转播到腾讯微博2转子转子俗称“电枢”，由电枢轴、铁心、电枢绕组和换向器等组成。转子的作用是产生电磁转矩。典型起动机转子结构如图38所示。转子铁心由硅钢片叠包后固定在转子轴上。铁心外围均匀开有线槽，用以放置转子绕组；转子绕组由较大矩形截面的铜带或粗铜线绕制而成。在铁心线槽口两侧，用轧纹将转子绕组挤紧以免转子高速旋转时由于惯性作用将绕组甩出，转子绕组的端头均匀地焊在换向片上。为防止铜制绕组短路，在铜线与铜线之间及铜线与铁心之间用性能良好的绝缘纸隔开。减速型起动机转子速度较普通型转子转速提高了5070，绝缘性能及动平衡要求较高层此采用环氧树脂涂封或耐热尼龙纸作为转子槽绝缘纸。换向器由钢片和云母叠压而成，压装于电枢轴前端，钢片间绝缘，铜片与轴之间也绝缘，换向片与线头采用锡焊连接。减速型起动机的换向器用塑料取代了云母，换向片与线头采用了银铜硬钎焊，耐高速又耐高温。考虑到云母的耐磨性较好，当换向片磨损以后，云母片就会凸起影响电刷与换向片的接触，因此，有些汽车使用的起动机换向片之间的云母片规定割低0.5-0.8mm。转子轴驱动端制有螺旋形花键，用以套装传动机构中的单向离合器。转子与定子铁心气隙，普通起动机一般为0.5-0.8mm,减速型起动机一般为 0.4-0.5mm。3电刷端盖电刷端盖一般用浇铸或冲压法制成，盖内装有四个电刷架及电刷，其中两只搭铁电刷利用与端盖相通的电刷架搭铁。另外两只电刷的电刷架则与端盖绝缘，绝缘电刷引线与励磁绕组的一个端头相连接，如图34和图39所示。起动机电刷通常用铜粉（8090）和石墨粉压制而成，以减少电阻并提高耐磨性。电刷架上有盘形弹簧，用以压紧电刷。4驱动端盖驱动端盖（图34）上有拨叉座和驱动齿轮行程调整螺钉，还有支撑拨叉的轴销孔。为了避免电枢轴弯曲变形，一些起动机装有中间支撑板。端盖及中间支撑板上的轴承多用青铜石墨轴承或铁基含油轴承。轴承一般采用滑动式，以承受起动机工作时的冲击性载荷。有些减速到起动机采用时轴承。两端盖与机壳靠两个较长的穿心连接螺栓将起动机组装成一个整体，端盖与机壳间接合面上一般制有定位用安装记号。转播到腾讯微博转播到腾讯微博三、直流电动机特性直流电动机按励磁方式可分为永磁式和电磁式两大类，电磁式按励磁绕组与电枢绕组的连接关系又可分并励式、串励式和复励式三种，分别如图 310所示。图 311为几种电动机的机械特性，即电动机输出转速与电磁转矩之间的关系。永磁式直流电动机磁极磁通工作时保持不变。并励式直流电动机励磁绕组与电枢绕组联在同一电源上，若外电压不变、励磁电阻不变，则每极磁通也基本不变。故永磁式、并励式电动机转速与转矩之间的关系基本相同。转速将随转矩的增加而近似地按线性规律下降但下降很小。即它们具有较“硬”的机械特性，适应性能较差。永磁、并励式直流电动机常用于减速型起动机。转播到腾讯微博转播到腾讯微博串励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相串联，电枢电流等于励磁绕组电流，并与总电流相等。串励式电动机具有起动转矩大，轻载转速高，重载转速低，短时间内能输出最大功率等特点，具有较“软” 的机械特性，因此特别适合应用于直接驱动式起动机。复励式电动机的磁极上有两组励磁绕组，一组同电枢串联，另一组则同电枢并联。复励式电动机在空载运行的情况下与并励电动机相似，加了负载后，串励绕组的磁场将随负载的增加而加强，运行情况接近申励电动机。因此它的机械特性比并励式软，较串励式硬。复励式直流电动机被一些大功率起动机所采用。第三节 起动机的传动机构一般起动机的传动机构是指包括驱动齿轮的单向离合器减速起动机的传动机构还包括减速装置。驱动齿轮与飞轮的啮合一般是靠拨叉强制拨动完成，如图312所示。起动机不工作时，驱动齿轮处于图312a所示位置；当需要起动时，拨叉在人力或电磁力的作用下，将驱动齿轮推出与飞轮齿圈啮合，如图312b所示；待驱动齿轮与飞轮齿圈接近完全啮合时，起动机主开关接通，起动机带动发动机曲轴运转，如图312C所示。发动机起动后，如果驱动齿轮仍处于啮合状态，则单向离合器打滑，小齿轮在飞轮带动下空转，电动机处于空载下旋转，避免了被飞轮反拖高速旋转的危险。起动完毕后，起动机拨叉在复位弹簧作用下回位，带动驱动小齿轮退出飞轮齿圈的啮合。常见起动机单向离合器的结构主要有滚柱式、弹簧式和摩擦片式三种。转播到腾讯微博转播到腾讯微博转播到腾讯微博一、 滚柱式单向离合器1构造滚柱式单向离合器是通过改变滚柱在楔形槽中的位置实现接合和分离的。其结构分十字块式和十字槽式两种，如图313所示，主要由驱动齿轮、外壳及十字槽套筒（或外座圈及十字块套筒）、滚枉、弹簧等组成。离合器的套筒内有螺旋花键，此花键与起动机电枢轴前端的花键结合。单向离合器既可在拨叉作用下沿电枢轴轴向移动，又可在电枢驱动下作旋转运动。2工作过程起动时，起动机带动发动机旋转，滚柱被挤到楔形槽的窄端，并越挤越紧，使十字块与驱动小齿轮形成一体，电动机转矩便由此输出如图314a所示。发动机起动后，当飞轮转动线速度超越驱动小齿轮线速度时飞轮便带电枢旋转，此时滚柱被推到楔形槽宽端，出现了间隙。十字块和驱动小齿轮便开始打滑如图314b所示，于是齿轮空转，起到了保护电枢的作用。滚柱式单向离合器工作时属线接触传力，所以不能传递大转矩，一般用于小功率（2kw以下）的起动机上，否则滚柱易变形、卡死，造成单向离合器分离不彻底。由于它结构简单，目前广泛用于汽油发动机上。二、弹簧式单向离台器1构造弹簧式单向离合器是通过扭力弹簧的径向收缩和放松来实现接合和分离的，其结构如图315所示。驱动齿轮与花键套筒间采用浮动的圆弧定位键相联接。齿轮后端传力圆柱表面和花键套简外圆柱面上包有扭力弹簧、扭力弹簧两端各有1/4 圈内径较小，并分别箍紧在齿轮柄和套筒上。扭力弹簧外装有护套。2工作过程当起动机带动发动机转动时，扭力弹簧按卷紧方向扭转，弹簧内径变小。扭力弹簧借助摩擦力将驱动齿轮柄和花键套筒紧抱成一体，把起动机转矩传给飞轮。发动机起动后，飞轮转动线速度超过起动机驱动齿轮线速度，飞轮便驱动起动机小齿轮，此时，扭力弹簧受力方向与上述情况相反；弹簧朝旋松方向扭转内径增大，驱动齿轮与花键套简分成两体而打滑，于是齿轮空转，而电枢不能跟着飞轮高速旋转。弹簧式单向离合器具有结构简单、寿命长、成本低等特点。扭力弹簧圈数较多，轴向尺寸较大，故多用于大中型起动机。三、摩擦片式单向离合器1构造摩擦片式单向离合器是通过主从动摩擦片的压紧和放松来实现接合和分离的，其结构如图316所示。离合器的花键套筒通过四条内螺纹与电枢花键轴相连接，花键套筒又通过三条外螺纹与内接合鼓连接。主动摩擦片内齿卡在内接合鼓的切槽中，组成了离合器主动部分。外接合鼓和驱动齿轮是一个整体，带凹坑的从动摩擦片外齿卡在外接合鼓的切槽中，形成了离合器的从动部分。主、从动摩擦片交错安装并通过特殊螺母、弹性圈和压环限位，在压环和摩擦片间装有调整垫片。转播到腾讯微博2工作过程当起动机带动发动机曲轴旋转时，内接合鼓沿花键套筒上的螺旋花键向飞轮方向旋进，将摩擦片压紧，把起动机转矩传给发动机。发动机起动后，当飞轮以较高转速带动驱动齿轮旋转时，内接合鼓沿螺旋花键退出，摩擦片打滑使齿轮空转而电枢不跟着飞轮高速旋转。当电机超载时，弹性圈在压环凸缘的压力作用下弯曲变形，当弯曲到内接合鼓的左端顶住了弹性圈的中心部分时，即限制了内接合鼓继续向左移动，离合器便开始打滑，从而避免因负荷过大烧坏电动机的危险。摩擦片式单向离合器传递的最大转矩可通过增减调整垫片进行调整。但结构较复杂，在较大功率起动机上应用比较广泛。第四节 起动机的控制机构起动机控制机构也叫“操纵机构”。下面介绍广泛使用的电磁操纵强制啮合式起动机控制机构的组成和工作过程。一、组成电磁操纵式起动机电路原理图及符号如图317所示。控制机构由电磁开关、拨叉等组成，电磁开关由吸拉线圈、保持线圈、活动铁心、固定铁心、主开关接触盘及复位弹簧等组成。其中吸拉线圈与电动机串联，保持线圈与电动机并联。活动铁心可驱动拨叉运动又可推动接触盘推杆转播到腾讯微博二、工作过程控制机构作用过程如下：（1）起动机不工作时，驱动齿轮处于与飞轮齿轮脱开啮合位置，电磁开关中的接触盘与各接触点分开。（2）将起动开关接通时，蓄电池经起动控制电路向起动机电磁开关通电，其电流回路为：此时，吸拉线圈和保持线圈磁场方向相同。活动铁心在电磁力作用下克服复位弹簧的弹力向内移动，压动推杆使起动机主开关接触盘与接触点靠近，与此同时带动拨叉将驱动小齿轮推向啮合；当驱动小齿轮与飞轮齿圈接近完全啮合时，接触盘已将接触点接通，起动机主电路接通，直流电动机产生强大转矩通过接合状态的单向离合器传给发动机飞轮齿圈。主开关接通后，吸拉线圈被主开关短路，电流消失，活动铁心在保持线圈电磁力作用下保持在吸合位置。此时主开关副触片接通，将点火线圈附加电阻短路。（3）发动机起动后，飞轮转动线速度超过了起动机驱动小齿轮的线速度，单向离合器打滑，避免了电枢绕组高速甩散的危险。（4）松开起动开关时，起动控制电路断开，但电磁开关内吸拉线圈和保持线圈通过仍然闭合的主开关得到电流其电流回路为：转播到腾讯微博因吸拉线圈和保持线圈磁场方向相反，相互削弱，活动铁心在复位弹簧作用下迅速回位，使驱动小齿轮脱开啮合，主开关断开，起动机停止工作，起动结束。常见的电磁开关按开关与铁心的结构形式分为整体式和分离式两种，如图318所示。开关接触盘组件与活动铁心固定连接在一起的称整体式电磁开关；接触盘组件与移动铁心不固定在一起的称分离式开关。转播到腾讯微博第五节 起动系控制电路常见的起动系控制电路有：开关直接控制、继电器控制和起动复合继电器控制三种。一、开关直接控制起动系开关直接控制是指起动机由点火开关或起动按钮直接控制，如图319所示。起动功率较小的汽车（如长安奥拓微型轿车、天津夏利轿车）常用这种控制形式。转播到腾讯微博转播到腾讯微博二、起动继电器控制起动系起动继电器控制是指用起动继电器触点控制起动机电磁开关的大电流，而用点火开关或起动按钮控制继电器线圈的小电流，如图320所示。起动继电器的作用就是以小电流控制大电流，保护点火开关，减少起动机电磁开关线路压降。装有自动变速器的轿车，在自动变速器上装有空档起动开关，空档起动开关串联于起动继电器线圈搭铁端，只有自动变速器变速杆处于停车（P）档和空（N）档时才接通，其他档位时均处于断开状态，有利于保护起动机和蓄电池。三、起动复合继电器控制起动系为了在发动机起动后使起动机自动停转并保证不再接通起动机电路，解放CA1092及东风EQ1092等汽车采用了具有安全驱动保护功能的起动复合继电器控制起动系。起动复合继电器由起动继电器和保护继电器两部分组成如图321所示，起动继电器的触点是常开的，控制起动机电磁开关。保护继电器的触点是常闭的，控制充电指示灯和起动继电器线圈的搭铁。保护继电器磁化线圈一端搭铁，另一端接发电机的中性点，承受中性点电压。工作原理如下：（1）起动时，将点火开关旋至起动位置，电流流经：蓄电池正极，电流表，点火开关SW之后，分成并联的两路。一路流经充电指示灯，L接线柱，K2，磁轭，搭铁到蓄电池负极。另一路流经接线柱SW，线圈L1，K2，磁轭搭铁到蓄电池负极。线圈L1产生电磁吸力，K1闭合，将起动机电磁开关吸拉线圈和保护线圈的电路接通。电流流经：蓄电池正极，电流表，接线柱B，K1，磁轭，接线柱S。此后，分成并联的两条支路。转播到腾讯微博一路流经保持线圈，搭铁，蓄电池负极。另一路流经吸拉线圈，起动机磁场绕组，电枢绕组，搭铁，蓄电池负极。在吸拉线圈和保持线圈电磁吸力的共同作用下，起动机主电路（接线柱l、2）接通，起动电流流经起动机磁场绕组，电枢绕组。起动机发出电磁转矩，驱动发动机曲轴运转。（2）发动机起动后，若驾驶员没有及时松开点火开关，但由于此时交流发电机电压已升高，中性点电压作用在保护继电器线圈L2上使K2打开，切断了充电指示灯的电路，充电指示灯熄灭。同时又将L1的电路切断，K1打开，起动机电磁开关释放，切断了蓄电池与起动机之间的电路，使起动机自动停止工作。（3）发动机正常运转过程中，在交流发电机中性点电压的作用下，K2一直处于打开状态，充电指示灯不亮，表示充电系正常，即使驾驶员操作失误，将点火开关旋至起动位置，由于L1中无电流KI始终处于打开状态，所以起动机将不会工作。从而防止了起动机驱动齿轮被打坏的危险，起到了安全保护作用。但是，如果充电系有故障导致发电机中性点电压过低，则起动复合继电器就起不到安全保护作用了。