汽车起动系统

1汽车电器主讲：毛矛2第三章起动系统3．1起动系统的组成和作用起动系统作用:通过起动机将蓄电池的电能转换为机械能，起动发动机运转。起动系统的组成如下图。3主要由蓄电池、点火开关、起动继电器、起动机等组成。43.2起动机的结构与工作原理3.2.1起动机的组成起动机一般由直流电动机，传动机构和电磁操纵机构三部分组成53.2.1起动机的组成直流电动机：产生电磁力矩传动机构：起动时，使小齿轮与飞轮齿圈啮合，将起动机转矩传给发动机飞轮；起动后，使起动机脱开飞轮齿圈。63.2.1起动机的组成电磁操纵机构：控制起动机的运转和传动机构的啮合与分离。7起动机（左）&发电机（右）起动机VS发电机83.2.2直流电动机结构和工作原理1、直流电动机的结构工作原理通电导体在磁场中受到电磁力93.2.2直流电动机结构和工作原理起动电动机一般为串励式直流电动机，主要由电枢、换向器、磁极及机壳等组成。103.2.2直流电动机结构和工作原理⑴电枢与换向器：电枢由电枢轴、电枢铁心和电枢绕组等组成，电枢的结构如图。113.2.2直流电动机结构和工作原理直流电动机工作原理通电导体在磁场中受电磁力作用123.2.2直流电动机结构和工作原理铁心由外园带槽的硅钢片叠制而成，压装在电枢轴上，电枢绕组嵌装在铁心的槽内。13143.2.2直流电动机结构和工作原理电枢绕组的电流很大（产生大的转矩），故电枢绕组采用较粗的裸铜线绕制。153.2.2直流电动机结构和工作原理为防止短路，在铜线与铜线之间、铜线与铁心之间，用绝缘性较好的绝缘纸隔开。163.2.2直流电动机结构和工作原理较粗的裸铜线在高速时易在离心力的作用下被甩出，因此在铁心槽口两侧用轧线将铁心挤紧。173.2.2直流电动机结构和工作原理电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器上。换向器由铜片和云母片相间叠压而成，压装在电枢轴上。183.2.2直流电动机结构和工作原理（2）磁极磁极由固定在机壳上的铁心和缠绕在铁心上的磁场绕组组成。19203.2.2直流电动机结构和工作原理磁极的作用是建立电动机磁场，一般多为4个磁极。功率超过7.35kW的起动机也有用6个磁极的。213.2.2直流电动机结构和工作原理磁场绕组与电枢绕组串联，用裸铜线绕制。4个磁场绕组的连接方式有两种，如右图。不管采用哪一种连接方式，4个磁场绕组所产生的磁极应该是相互交错的。223.2.2直流电动机结构和工作原理233.2.2直流电动机结构和工作原理（3）电刷与电刷架电刷与电刷架的作用是将电流引入电动机，使电枢产生定向转动力矩。电刷一般用铜粉和石墨粉压制而成，以有利于减小电阻及耐磨性。243.2.2直流电动机结构和工作原理电刷装在电刷架中，由弹簧压在换向器上。共有4个电刷架，2个与机壳直接相连搭铁，称为搭铁电刷架；另外2个称为绝缘电刷架。253.2.2直流电动机结构和工作原理2、直流电动机的工作原理通电导体在磁场中受电磁力作用。换向器作用：线圈转动时，其电流方向随磁极（N级和S级）的改变而改变，使电磁力形成的转矩方向始终保持不变，使电枢始终按一定的方向转动。263.2.2直流电动机结构和工作原理273.2.2直流电动机结构和工作原理∵一个线圈的转矩不够大、转速不稳定。∴电枢上有多组线圈，换向器片数也相应增加。283.2.2直流电动机结构和工作原理电动机转矩为M=CmIs∮式中Cm——电动机常数；Is——电枢电流∮——磁极磁通当接入直流电源时，产生的电磁转矩使电枢旋转。293.2.2直流电动机结构和工作原理而电枢旋转，其绕组又切割磁力线产生感应电动势。按右手法则判断，恰与电枢电流的方向相反，称为反电动势，其值为Ef=Cm∮n式中n——电动机的转速303.2.2直流电动机结构和工作原理这样，外加电压U一部分落在电枢绕组电阻Rs和励磁绕组电阻Rl上，另一部分用来平衡电动机的反电动势Ef，得电动机的电压平衡方程式U=Ef+IsRs+IsRl313.2.2直流电动机结构和工作原理由上式可知，当电动机轴上的阻力矩增大时，电枢转速n就会降低→Ef减小→电枢电流Is增大→电磁转矩（M=CmIs∮）随之增大，直到电动机的电磁转矩与阻力矩达到平衡。323.2.2直流电动机结构和工作原理反之，电动机负载减小时，电枢转速n升高，Is减小，电枢转矩M也随之减小，直到电磁转矩与阻力矩达到平衡。∴串励直流电动机的负载变化时，其转速、电流和转矩会自动变化，以满足负载变化的需要。333.2.3串励直流电动机的特性1、转矩特性电动机电磁转矩M随电枢电流Is变化的关系M=f（Is）称为转矩特性。电磁转矩M=CmIs∮343.2.3串励直流电动机的特性串励直流电动机→电枢电流=励磁电流∴在磁路未饱和时，磁通∮与电流成正比∮=C1Is则电磁转矩M=CmIs∮=CmC1Is2=CIs2353.2.3串励直流电动机的特性即磁路未饱和时，电磁转矩与电流的平方成正比；磁路饱和后，电流增大，磁通保持不变，电磁转矩与电枢电流成线性关系。363.2.3串励直流电动机的特性2、机械特性电动机转速n随电磁转矩M而变化的关系n=f（M）称为机械特性。由电压平衡方程式可得373.2.3串励直流电动机的特性在磁路未饱和时，Is增大时，∮也增大，其转速n将迅速下降，如图。由于M∝Is2，所以转速随转矩的增加而迅速下降，即具有软的机械特性，如图所示。383.2.3串励直流电动机的特性3、起动机功率及影响因素（1）起动机功率P=Mn/9550（kW）式中：M——输出转矩（N·m）n——起动机转速（rpm）393.2.3串励直流电动机的特性在全制动（n=0）和空载（M=0）时，输出功率P均为零。在Is接近全制动电流的一半时其输出功率最大。由于起动机工作时间短，允许输出最大功率。∴将最大功率作为其额定功率。403.2.3串励直流电动机的特性（2）影响起动机功率的因素起动机工作电流大，所以其输出功率受电阻影响大。除起动机内部电阻之外，还有以下几方面：413.2.3串励直流电动机的特性1）接触电阻和导线电阻。接触电阻包括导线与蓄电池极桩、起动机接线柱以及电刷与换向器等的接触电阻。接触电阻大、导线截面积过小或过长→较大的电压降→起动机功率下降。423.2.3串励直流电动机的特性2）蓄电池的容量蓄电池的容量越小，其内阻越大，起动时电动机的端电压就越低，引起起动机输出功率减小。3）温度温度降低，蓄电池的容量下降，内阻变大，导致起动机输出功率下降。433.2.4起动机型号和分类行业标准QC/T73-93《汽车电器设备产品型号编制方法》规定，起动机的规格型号由五部分组成：①②③④⑤第一部分是产品代号：QD、QDJ、QDY分别表示起动机、减速起动机及永磁起动机。第二部分是电压等级代号：1代表12V，2代表24V，6代表6V。443.2.4起动机型号和分类第三部分是功率等级代号，含义见表。第四部分是设计序号。（可省略）第五部分是变型代号。（可省略）例如：QD124表示额定电压为12V、功率为1~2kW、第四次设计的起动机。功率等级代号123456789功率/kW~11~22~33~44~55~66~77~88~9453．3传动机构和电磁操纵机构3．3．1传动机构又称啮合机构或啮合器作用：（1）起动时将电枢的电磁转矩传递给发动机飞轮；（2）起动后，发动机带动起动机时，啮合机构立即打滑，即具有单向传递动力的作用。常见有滚柱式、摩擦片式、扭簧式和棘轮式等。461．滚柱式单向离合器驱动齿轮与外壳连成一体，外壳内装有十字块，十字块与花键套筒固定连接→成一体。471．滚柱式单向离合器在外壳与十字块形成的四个楔形槽内分别装有滚柱及压帽与弹簧。外壳与护盖扣合密封。在花键套筒外面套有移动衬套及缓冲弹簧。481．滚柱式单向离合器整个单向离合器总成利用花键套筒套在电枢轴的花键上。单向离合器总成在拨叉作用下，可以在电枢轴上轴向移动，也可以随电枢轴转动。491．滚柱式单向离合器工作原理：起动时，电枢轴通过花键套筒带动十字块旋转，这时滚柱在摩擦力作用下，滚入楔形槽的窄端，501．滚柱式单向离合器将十字块与外壳楔成一体，于是将转矩传给了驱动齿轮，带动飞轮齿圈转动，起动发动机。511．滚柱式单向离合器521．滚柱式单向离合器起动后，曲轴转速升高，飞轮带动驱动齿轮高速旋转。当其转速大于十字块时，滚柱滚入楔形槽的宽端而打滑。531．滚柱式单向离合器所以转矩不能从驱动齿轮传给电枢轴，防止了电枢超速飞散。滚柱式单向离合器结构简单，工作可靠，但传递转矩受限制。54552．摩擦片式单向离合器摩擦片式单向离合器多用于功率较大的柴油机起动机。562．摩擦片式单向离合器花键套筒（螺旋套）套在电枢轴的螺旋花键上，它的外表面上有三条螺旋花键套着内接合毂。内接合毂上有四个轴上槽，插放主动片的内凸齿。572．摩擦片式单向离合器从动片的外凸齿插在与驱动齿轮成一体的外接合毂（驱动齿轮套筒）的槽中。主、从动片相间排列。离合器工作时，利用主、从动片的摩擦力传递转距。582．摩擦片式单向离合器起动时：内接合毂由于花键套筒的旋转而左移，使主、从动片压紧而传递动力，电枢转距传给驱动齿轮，起动发动机。592．摩擦片式单向离合器起动后，飞轮齿圈转速高于驱动齿轮，于是内接合毂又沿花键套筒的螺旋花键右移，使主、从动片出现间隙而打滑，避免电枢超速飞散。602．摩擦片式单向离合器摩擦片离合器可传递较大转距，并能在超载时自动打滑，但摩擦片易磨损，需经常检查调整，其结构也较复杂。613．弹簧式单向离合器花键套筒（传动套）套在电枢轴的螺旋花键上，驱动齿轮套在电枢轴的光滑部分，两者之间用月形键联结，使两者之间不能作轴向移动，但可以相对转动。623．弹簧式单向离合器在驱动齿轮柄和花键套筒外装有扭力弹簧，弹簧的两端各有1/4圈内径较小，分别箍紧在齿轮柄和花键套筒上。633．弹簧式单向离合器起动时，电枢轴带动传动套转动，扭力弹簧顺着螺旋方向将齿轮柄与传动套包紧，发动机转距经扭力弹簧传给驱动齿轮，起动发动机。643．弹簧式单向离合器起动后，驱动齿轮转速高于传动套，扭力弹簧放松，驱动齿轮与传动套松开，发动机的转距不能传递给电动机电枢。653．弹簧式单向离合器弹簧式单向离合器的结构简单，寿命长，成本低。但其轴向尺寸大，主要用在一些大功率起动机上。663．3．2起动机电磁操纵机构起动机的操纵机构分为机械式和电磁控制式2类。现代汽车均采用电磁操纵机构，由电磁开关控制。电磁操纵机构安装在起动机的上部，控制起动机的接通和关断。67686970断开点火开关71723．3．2起动机电磁操纵机构工作原理如上图。接通起动开关后，吸拉线圈和保持线圈通电，在吸拉线圈和保持线圈电磁力的共同作用下，使活动铁心克服弹簧力右移，活动铁心带动拔叉移动，接触盘也被活动铁心推至与触点接触位置，使起动机通入起动电流，产生电磁转距起动发动机。接触盘接通触点后，吸拉线圈被短路，活动铁心靠保持线圈的电磁力保持其啮合位置。733．3．2起动机电磁操纵机构发动机起动后，断开起动开关，此时流经电磁线圈电流为：蓄电池正极→接线柱11→接触盘10→接线柱12→吸引线圈6→保持线圈5→搭铁→蓄电池负极。由于吸引线圈产生了与保持线圈相反方向的磁通，两线圈电磁力相互抵消，活动铁心在弹簧力的作用下回位，使驱动齿轮退出啮合状态；接触盘同时回位，切断起动机电路，起动机停止工作。743．4汽车起动系统电路实例分析3.4.1CA1091汽车起动系统解放CA1091汽车使用QD151、QD1518、QD124A或QD124H等型号电磁啮合式起动机，解放CA1091K2型柴油车则使用QD25型减速式起动机。这里重点介绍组合继电器。75组合继电器解放CA1091起动系统在控制电路中采用了JD171型组合继电器。组合继电器由起