第三章-汽车启动系统课件

第三章 汽车启动系统 第一节第一节 启动机启动机第二节第二节 启动系控制电路启动系控制电路 第三节第三节 启动机的使用与维护启动机的使用与维护第四节第四节 启动系统常见故障诊断与排除启动系统常见故障诊断与排除启动概念：启动概念：曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的启动发动机的启动。启动方式：启动方式：电力启动、手摇启动。优点优点：电力启动具有操作简便、启动迅速、具有重复启动能力、并且可以远距离控制的特点，在现代汽车上得到广泛采用。电力启动系统的组成电力启动系统的组成它们的作用是：启动机产生力矩，通过小齿轮驱动发动机飞轮转动，它们的作用是：启动机产生力矩，通过小齿轮驱动发动机飞轮转动，使发动机启动；控制电路用来控制启动机的工作。使发动机启动；控制电路用来控制启动机的工作。常见的电力启动机主要有以下三种：常见的电力启动机主要有以下三种：（1）电磁控制强制啮合式启动机（常规启动机）（2）永磁启动机（3）减速启动机第一节第一节 启启 动动 机机 一、启动机的结构组成一、启动机的结构组成 汽车启动机要满足的要求：汽车启动机要满足的要求：（1）启动时应该平顺，启动机的齿轮与发动机的飞轮齿圈啮合要柔和，不应发生冲击；（2）发动机启动后，启动机的小齿轮应能自动打滑或脱离啮合；（3）发动机在工作中，启动机的小齿轮不能再进入啮合，防止发生冲击 启动机主要由直流串励式电动机、传动机构直流串励式电动机、传动机构和操纵机构操纵机构三部分组成常规启动机的组成、结构和工作原理常规启动机的组成、结构和工作原理何谓直流串励？知识点回忆：知识点回忆：知识点回忆：知识点回忆：电动机的工作原理（左手定则）电动机的工作原理（左手定则）电动机的工作原理（左手定则）电动机的工作原理（左手定则）总结：“串励”是指电枢绕组与磁场绕组串联。直流电动机的作用：直流电动机的作用：直流电动机的作用：直流电动机的作用：将蓄电池输入的电能转换为机械能，产生电磁转矩。启动机各装置的作用启动机各装置的作用启动机各装置的作用启动机各装置的作用传动机构的作用：传动机构的作用：传动机构的作用：传动机构的作用：在启动发动机时使驱动齿轮与飞轮齿圈相啮合，将启动机的转矩传递给发动机曲轴；在发动机启动后又能使驱动齿轮与飞轮自动脱离。操纵机构的作用：操纵机构的作用：操纵机构的作用：操纵机构的作用：用来接通或断开电动机与蓄电池之间的电路；同时控制驱动齿轮的伸出与缩回。(一一)直流串励式电动机直流串励式电动机1 1、直流串励式电动机的结构、直流串励式电动机的结构功用功用：将蓄电池输入的电能转换为机械能，产生电磁转矩。结构结构:电枢、磁极、换向器、电刷及电刷架。结构：结构：电枢由外圆带槽的硅钢片叠成的铁心、电枢绕组线圈、电枢轴和换向器组成。（1 1 1 1）电枢）电枢）电枢）电枢换向器 结构：结构：由许多截面呈燕尾形的铜片围合而成；铜片之间由云母绝缘；电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器的铜片上。作用：作用：向旋转的电枢绕组导入电流。（2 2 2 2）磁极）磁极）磁极）磁极 结构：结构：由固定在机壳内的磁极铁心和磁场绕组线圈组成。两对磁极相对交错安装在电机的壳体内。功用：功用：产生磁场 励磁线圈的连接方式：励磁线圈的连接方式：励磁线圈有的是相互串联后再与电枢绕组串联（称串联式串联式），有的则是两两相串后再并联，再与电枢绕组串联（称混联式混联式）。a)a)四个励磁绕组相互串联四个励磁绕组相互串联 b)b)励磁绕组两两串联后并联励磁绕组两两串联后并联（3 3 3 3）电刷与电刷架）电刷与电刷架）电刷与电刷架）电刷与电刷架 通常为框式结构，其中正极电刷架绝缘地固定在端盖上，负极电刷架与端盖直接相连并搭铁。电刷有铜粉与石电刷有铜粉与石墨粉压制而成墨粉压制而成，呈棕黑色。置于电刷架中，有较强弹性的盘形弹簧将电刷压靠在换向器上。2 2、直流串励式电动机的工作原理、直流串励式电动机的工作原理 直流电动机在工作时有以下特点：（1）电动机中的电流越大，电动机产生的转矩越大。（2）电动机转速越高，电枢线圈产生的反电动势就越大，电流随之减小。（3）当负载变化时，电动机能通过转速、电流和转矩的自动变化来满足负载的需要，使之能在新的转速下稳定工作。因此，直流电动机有自动调节转矩的功能。3 3、直流串励式电动机的工作特性、直流串励式电动机的工作特性电动机的转矩、转速、功率与电流的关系称之为电动机的特性曲线。串励直流电动机的特点是启动转矩大，电枢转速随其负载增大而降低，随其负载的减小而升高。（1）转矩特性 直流电动机的转矩特性如图3-10所示的M-I曲线。（2）转速特性（机械特性）转速特性如图3-10所示的n-I曲线。（3）功率特性 转速特性如图3-10所示的P-I曲线。图图3-10 3-10 直流串励式电动机特性曲线直流串励式电动机特性曲线（二）传动机构（二）传动机构 作用：作用：启动时，使启动机的驱动齿轮与发动机的飞轮齿圈啮合，将电动机产生的转矩传递给飞轮；启动后，自动切断动力传递，防止电动机被发动机带动超速运转而遭到损坏。组成：组成：驱动齿轮、单向离合器、拨叉、拨环等 种类：种类：根据单向离合器的不同分为 滚柱式单向离合器、摩擦片式单向离合器、弹簧式单向离合器。滚柱式单向离合器结构滚柱式单向离合器结构滚柱式单向离合器工作原理滚柱式单向离合器工作原理作用：作用：控制驱动齿轮与飞轮齿圈的啮合与分离；控制电动机电路的接通与切断。(三三)控制装置控制装置启动机控制装置工作过程启动机控制装置工作过程启动开始，驱动齿轮伸出过程启动开始，驱动齿轮伸出过程启动完成，驱动齿轮缩回过程启动完成，驱动齿轮缩回过程二、启动机的分类与型号二、启动机的分类与型号（一）启动机的分类（一）启动机的分类1 1、按启动机总体结构分类、按启动机总体结构分类 按电动机磁场产生的方式分励磁式启动机和永磁式启动机励磁式启动机和永磁式启动机，永磁式启动机磁极用永磁材料制成，可以使结构简化，体积小、质量轻。按照控制装置分直接操纵式启动机和电磁操纵式启动机直接操纵式启动机和电磁操纵式启动机，现代汽车启动机普遍采用电磁操纵式。按转矩传递方式分直接传矩式和减速增矩传矩式直接传矩式和减速增矩传矩式，减速增矩传矩式启动机也称为减速启动机，在传动机构中设有减速装置，质量和体积比普通启动机可减小30%35%，可减轻蓄电池的负担，提高发动机的启动性能，但机械零件增加了，结构和工艺比较复杂。2 2、按传动机构啮入方式分类、按传动机构啮入方式分类 按传动机构啮入方式不同，启动机可分为强制啮合式、电枢移动式和同轴齿轮移动式启动机。（1 1）强制啮合式启动机）强制啮合式启动机：利用电磁力拉动杠杆机构，使驱动齿轮强制啮人飞轮齿圈的启动机。主要优点是工作可靠性高，因此现代汽车广泛采用。（2 2）电枢移动式启动机）电枢移动式启动机：利用磁极产生的电磁力使电枢产生轴向移动，从而将驱动齿轮啮人飞轮齿圈的启动机。其特点是结构比较复杂，主要用于大功率发动机汽车，东欧汽车采用较多，如太脱拉T111、T138、斯柯达706R等汽车启动机。（3 3）同轴移动式启动机）同轴移动式启动机：利用电磁开关推动电枢轴孔内的啮合推杆移动，使驱动齿轮啮入飞轮齿圈的启动机。主要用于大功率发动机汽车，如斯太尔SX2190型汽车用QD2745型24V5.4kW启动机等。（二）启动机的型号（二）启动机的型号第1部分为产品代号：启动机的产品代号QD、QDJ、QDY分别表示启动机、减速启动机及永磁启动机。第2部分为电压等级代号：l12V；224V；36V。第3部分为功率等级代号：“1”代表01 Kw，“2”代表12 Kw，第4部分为设计序号。第5部分为变形代号。例如，例如，QD125QD125表示额定电压为表示额定电压为12V12V、功率为、功率为1 12kw2kw、第五次设计的启动机、第五次设计的启动机三、减速启动机与永磁启动机三、减速启动机与永磁启动机 减速启动机在驱动齿轮和电枢轴之间安装了一套齿轮减速装置，可以降低电动机的速度增大输出转矩，减小启动机的体积和质量。齿轮减速装置主要有平行轴外啮合减速齿轮装置和行星齿轮减速装置两种形式。永磁式启动机磁极用永磁材料制成，可以使结构简化，体积小、质量轻。现代汽车很多都采用行星齿轮式永磁减速启动机。（一）平行轴式减速启动机（一）平行轴式减速启动机图图3-17 3-17 平行轴式减速启动机的构平行轴式减速启动机的构平行轴式减速启动机的结构，如图3-17所示。主要包括电动机、平行轴减速装置、传动机构和控制装置。1 1、直流串励式电动机电动机、直流串励式电动机电动机 该电动机结构与工作原理与常规启动机相似。2、传动机构及减速装置、传动机构及减速装置 图图3-18 3-18 滚柱单向离合器减速齿轮啮合关系滚柱单向离合器减速齿轮啮合关系 传动机构和减速装置的结构关系，如图3-18所示。齿轮减速装置中设有三个齿轮，即电枢轴齿轮，惰轮（中间齿轮）及减速齿轮。3、控制装置、控制装置 控制装置的结构与传统式电磁控制装置相比，不同之处在于活动铁心的左端固装着挺杆，通过钢球推动驱动齿轮轴，引铁右端绝缘地固装着接触片。启动机不工作时，触盘与触点分开，驱动齿轮与飞轮齿圈分离。图图3-19 3-19 平行轴式减速启动机结构及电路图平行轴式减速启动机结构及电路图 H.C H.C：保持线圈：保持线圈 P.C P.C：吸引线圈：吸引线圈图图3-20 3-20 驱动齿轮和齿圈啮合过程驱动齿轮和齿圈啮合过程(二二)行星齿轮式永磁减速启动机行星齿轮式永磁减速启动机 行星齿轮式减速启动机有两类，一类与常规启动机类似，采用励磁线圈产生磁场。另一类采用永久磁铁磁场代替励磁绕组，减小了启动机的体积，提高了启动性能。图图3 321 21 桑塔纳桑塔纳2000Gsi2000Gsi型轿车用减速式启动机的结型轿车用减速式启动机的结构构11移动叉移动叉 2 2电磁开关电磁开关 33换向器端盖换向器端盖 4 4电刷电刷 55永久磁铁永久磁铁 6 6电枢电枢77减速装置（行星齿轮减速装置（行星齿轮减速器）减速器）8 8驱动端盖驱动端盖 9 9滚样式单向离合器滚样式单向离合器3030电源端子（连接蓄电电源端子（连接蓄电池正极）池正极）50 50吸引线圈与保吸引线圈与保持线圈接线端子（连接点火持线圈接线端子（连接点火开关）开关）CC磁场端子（连接正电磁场端子（连接正电刷引线，电动机为永磁式直刷引线，电动机为永磁式直流电动机）流电动机）1、直流串励式电动机、直流串励式电动机 该电动机的结构与常规启动机的电动机不同的是，省去了励磁绕组，采用条形永久磁铁黏在启动机外壳内壁上，使启动机的结构和电路更为简化，其他结构类似。2、传动机构及齿轮减速装置、传动机构及齿轮减速装置图图3-22 3-22 行星齿轮减速装置结构行星齿轮减速装置结构 图图2 223 23 行星齿轮减速装置的啮合关系行星齿轮减速装置的啮合关系1 1太阳轮太阳轮 2 2、3 3、4 4行星轮行星轮 5 5行星架行星架 6 6内齿圈内齿圈行星齿轮减速启动机与电磁式启动机相比，减速式启动机具有以下优点：（1）启动转矩增大，启动可靠性高，因此有利于低温启动。（2）比功率（即单位质量输出的功率）大、质量小。在输出功率相同的情况下，质量可减小2535。（3）外部尺寸小，其总长度可缩短30。因此在汽车上所占空间可大大缩小。（4）减轻了蓄电池的负荷，可以相对延长蓄电池的使用寿命。3 3、控制装置、控制装置 控制装置与常规起 动机相似。4 4、工作过程、工作过程5 5、发动机启动后启动系统工作情况、发动机启动后启动系统工作情况 当发动机启动后放松点火开关钥匙时（有些车的无钥匙启动系统为松开启动按钮），点火开关将自动转回个角度并切断开关电路，此时吸引线圈电流方向将改变，其电路为：蓄电池正极启动机“30”端子触盘启动机“C”端子吸引线圈启动机“50”端子保持线圈搭铁蓄电池负极。此时吸引线圈重又通电，但其电流和磁通方向与启动时相反。由于保持线圈的电流和磁通方向并未改变，因此两个线圈产生的磁力相互抵消。在复位弹簧弹力作用下，活动铁芯立即左移复位，触盘在触盘弹簧的弹力作用下迅速向左移动，使启动机主电路切断。与此同时，移动叉绕支点转动，其下端带动离合器向右移动，使驱动齿轮与飞轮齿圈分离，启动过程结束。第二节第二节 启动系控制电路启动系控制电路一、无启动继电器的启动控制电路一、无启动继电器的启动控制电路桑塔纳2000系列轿车启动机启动机型号为 QD1229和 QD1225。控制电路中无启动继电器，启动机接线如图3-23所示。二、有启动继电器的启动控制电路二、有启动继电器的启动控制电路 在电磁操纵式启动机的使用中，常通过启动继电器的触点接通或切断启动机电磁开关的电路控制启动机的工作，以保护启动开关。在有些电控发动机的启动系控制电路中，启动继电器线圈的接地端通过空挡启动开关（自动挡车只有在P或N挡下才可启动发动机）或离合器连锁开关控制，如图3-25所示。图图3-25由空挡启动开关或离合器连锁开关控制继电器线圈的控制电路由空挡启动开关或离合器连锁开关控制继电器线圈的控制电路 为了防止发动机启动以后启动电路再次接通，一些启动电路中安装了带有保护功能的组合式继电器。补充：组合继电器式控制装置补充：组合继电器式控制装置补充：组合继电器式控制装置补充：组合继电器式控制装置第三节第三节 启动机的使用与维修启动机的使用与维修一、启动机使用的注意事项一、启动机使用的注意事项 启动发动机时，蓄电池要给启动机提供很大的电流，为保证发动机安全迅速可靠的启动发动机，并尽量延长其使用寿命，在使用中需注意以下事项：（1）发动机启动后，应必须立即切断启动机控制电路，使驱动齿轮及时退出，减少单向离合器的磨损。（2）启动机启动时，每次启动时间不超过5s，再次启动时应间歇1015s，使蓄电池容量得以恢复。如果连续第三次启动，应在检查与排除故障的基础上停歇几分钟后进行。（3）经常保持蓄电池处于充足电的状态，各处接线良好 在冬季或低温情况下启动时，应对蓄电池采取保温措施。（4）对于自动挡汽车，启动时应挂入空挡。二、启动机的拆装与试验二、启动机的拆装与试验1 1、启动机的拆装、启动机的拆装（1 1）启动机的分解）启动机的分解 第一步：第一步：旋出防尘盖固定螺钉，取下防尘盖，用专用钢丝钩取出电刷；拆下电枢轴上止推圈处的卡簧 第二步：第二步：用扳手旋出两紧固穿心螺栓，取下前端盖，抽出电枢 第三步：第三步：拆下电磁开关主接线柱与电动机接线柱间的导电片；旋出后端盖上的电磁开关紧固螺钉，使电磁开关后端盖与中间壳体分离。第四步第四步:从后端盖上旋下中间支承板紧固螺钉，取下中间支承板，旋出拨叉轴销螺钉，抽出拨叉，取出离合器。第五步：第五步：将已解体的机械部分侵入清洗液中清洗，电气部分用棉纱沾少量汽油擦拭干净。有必要时，可分解电磁开关，其步骤是：拆下电磁开关前端固定螺钉，取下前端盖；取下独盘锁片、触盘、弹簧、抽出引铁；取下固定铁心卡簧及固定铁心，抽出铜套及吸引和保持线圈。（2 2）启动机的装复）启动机的装复 启动机的型式不同，具体装复的步骤不可能完全相同，但基本原则是按分解时的相反步骤进行。装复的一般步骤是：先将离合器和移动叉装入后端盖内，再装中间轴承支撑板，将电枢轴装入后端盖内，装上电动机外壳和前端盖，并用长螺栓结合紧，然后装电刷和防尘罩，装启动机开关可早可晚。2 2、启动机的试验、启动机的试验 不解体检测不解体检测 吸引线圈性能测试吸引线圈性能测试 保持线圈性能测试保持线圈性能测试 驱动齿轮回位测试驱动齿轮回位测试 驱动齿轮间隙的检查驱动齿轮间隙的检查 空载测试空载测试 1 1、直流电动机的检修、直流电动机的检修 a a 磁场绕组的检查磁场绕组的检查 注：注：用欧姆表检查励磁绕组和定子外壳时，应不导通。如a）图 用欧姆表检查励磁绕组两电刷之间时，应导通。如b）图解体检测解体检测三、常规启动机零件的检修三、常规启动机零件的检修b b 电枢的检查电枢的检查 0.050.050.08mm0.08mm，最大深度为最大深度为0.2 mm0.2 mm失圆（即跳动量）不应超过失圆（即跳动量）不应超过0.03mm0.03mm，最新的标准为，最新的标准为0.02mm0.02mm其跳动量不应大于其跳动量不应大于0.08mm0.08mm c c 电刷、电刷架及电刷弹簧的检查电刷、电刷架及电刷弹簧的检查 2 2、传动机构的检修、传动机构的检修 3 3、电磁开关的检修、电磁开关的检修 a a 启动继电器的检查启动继电器的检查 b b 电磁开关的检查电磁开关的检查 四、行星齿轮永磁减速启动机的拆装与检修四、行星齿轮永磁减速启动机的拆装与检修1 1、行星齿轮永磁减速启动机的拆装、行星齿轮永磁减速启动机的拆装图图3-44 3-44 行星齿轮永磁减速启动机的分解行星齿轮永磁减速启动机的分解1 1、1515铜衬套铜衬套 2 2固定螺栓固定螺栓 3 3驱动端盖驱动端盖 4 4卡环卡环 5 5止推垫圈止推垫圈 6 6单向离合器单向离合器 77移动叉移动叉 8 8移动叉支点衬垫移动叉支点衬垫 9 9活动铁芯活动铁芯 lO lO复位弹簧复位弹簧 11 11电磁开关线圈总成电磁开关线圈总成 12 12防尘盖防尘盖 13 13密封圈密封圈 14 14锁紧卡片锁紧卡片 16 16换向器端盖换向器端盖 17 17电刷总成电刷总成 18 18电动机壳电动机壳体体 19 19换向器换向器 20 20电枢电枢 21 21减速器太阳轮减速器太阳轮 22 22行星齿轮行星齿轮 23 23内齿圈内齿圈 24 24减速器输出减速器输出轴轴2 2、行星齿轮永磁减速启动机零件的检修、行星齿轮永磁减速启动机零件的检修（1）直流串励电动机的检修 行星齿轮永磁减速启动机的电动机结构与常规启动机的电动机结构区别在于用条形永磁铁取代励磁绕组，因此电动机中电枢应检查因接触永磁铁造成的磨损与损坏，如图3-45，如出现磨损与损坏，应更换电枢。图图3-45 3-45 电枢磨损的检查电枢磨损的检查（2）减速装置的检修检查行星齿轮和齿圈，如有磨损或损坏应更换。图图3-52 3-52 行星齿轮的检查行星齿轮的检查（3）离合器的检修 握紧驱动齿轮顺时针旋转齿轮轴，检查驱动齿轮，会移动到另外端，如图3-47所示。如果驱动齿轮不能平滑移动，应更换齿轮总成。握紧主动齿轮，逆时针旋转齿轮轴，齿轮轴应当能自由旋转。如果旋转 齿轮轴时有卡滞现象，应更换齿轮罩总成。如果启动机驱动齿轮磨损或损坏，则更换超速离合器总成。图图3-47 3-47 离合器的检查离合器的检查第四节第四节 启动系统常见故障的诊断与排除启动系统常见故障的诊断与排除一、启动机不转一、启动机不转故障现象：故障现象：将点火开关旋至启动档，启动机驱动齿轮不向外伸出，启动机不转。诊断思路与方法：诊断思路与方法：启动机不转故障诊断思路流程，如图启动机不转故障诊断思路流程，如图3-483-48所示所示 二、启动机转动无力二、启动机转动无力故障现象：故障现象：将点火开关旋至“启动”档，驱动齿轮发出“咔哒”声向外移出，但是启动机不转动或转动缓慢无力。诊断思路与方法：诊断思路与方法：图图3-49 3-49 启动机运转无力故障诊断流程图启动机运转无力故障诊断流程图启动机运转无力故障诊断流程，如图启动机运转无力故障诊断流程，如图3-493-49所示所示 三、启动机空转三、启动机空转 故障现象：故障现象：接通点火开关“启动”开关，启动机只是空转，不能带动发动机运转。诊断思路与方法：诊断思路与方法：启动机空转时，有较轻的摩擦声音，启动机驱动齿轮不能与飞轮轮齿啮合而产生空转，即驱动齿轮还没有啮合到飞轮轮齿中，电磁开关就提前接通，说明主回路的接触盘行程过短，应拆下启动机，进行启动机接通时刻的调整；启动机空转时，有严重的碰擦轮齿的声音：说明飞轮轮齿或启动机驱动齿轮严重磨损，应拆下启动机进一步检查，根据实际情况更换驱动齿轮或飞轮轮齿；启动机空转时，速度较快但无碰齿声音：说明启动机单向离合器打滑，即驱动齿轮已经啮入飞轮轮齿中，但不能带动飞轮旋转，只是启动机电枢轴在空转，应更换单向离合器总成。四、驱动齿轮与飞轮齿圈不能啮合而发出撞击声四、驱动齿轮与飞轮齿圈不能啮合而发出撞击声故障现象故障现象启动发动机时，启动机驱动齿轮与发动机飞轮齿圈发生一至两响打齿声。故障诊断与排除故障诊断与排除（1）驱动齿轮轮齿或飞轮齿圈轮齿磨损过甚或损坏。（2）驱动齿轮端面与端盖凸缘间的距离过小。五、启动机连续发出五、启动机连续发出“哒、哒哒、哒”撞击声撞击声故障诊断与排除故障诊断与排除（1）原因分析 蓄电池严重亏电或内部短路。电磁开关保持线圈断路或搭铁不良。启动继电器触点断开电压过高。（2）故障排除接通启动机时，其电压不得低于9.6 V。如电压过低，说明蓄电池严重亏电或内部短路，应予更换新品。如蓄电池技术状况良好：则说明电磁开关保持线圈搭铁不良而断路或启动继电器断开电压过高，分别检修或更换电磁开关、启动继电器即可排除。本本 章章 小小 结结 起动系统是汽车电气系统的重要组成部分。它能将电能转化为机械能，带动汽车发动机起动，汽车起动系统主要由串励直流电动机、传动机构和控制装置三部分组成。本章对直流电动机、传动机构、控制装置的结构、工作原理和特点进行了系统的讲述，分析了起动系统的常见故障，故障产生的原因以及基本的诊断和处理方法。1、汽车起动机主要由哪几部分构成？2、汽车起动机为什么采用串励直流电动机？3、简述直流电动机的工作原理和特性。4、滚柱式、摩擦片式和弹簧式离合器的特点有哪些？5、简述汽车起动保护电路的工作原理。6、简述汽车起动机的维护保养方法。7、简述分解起动机的步骤及注意事项。8、简述带起动继电器的起动控制电路的工作过程。9、起动机电磁开关如何试验与检修？10、如何对起动机不转这种故障进行诊断与排除？11、如何对起动机运转无力这种故障进行诊断与排除？思思 考考 题题