起动机及控制电路

起动机及控制电路魏帮顶第一节、概述及结构•一、起动系的组成：•蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关•二、起动机的组成：•直流串励式电动机控制装置(电磁开关)传动机构三、起动机的分类•1、按操纵机构分类•1）直接操纵式起动机•2）电磁操纵式起动机•2、按传动机构的啮合方式分类•1）惯性啮合式起动机•2）强制啮合式起动机•3）电枢移动式起动机•4）减速式起动机四、起动机的型号1）产品代号：QD——表示起动机QDJ——表示减速起动机QDY——表示永磁起动机2）电压等级：1—12V；2—24V3）功率等级：1—0-1KW；2—1-2KW;9—8-KW4）设计序号5）变型代号：拼音大写字母表示，多表示电气参数的变化例如：QD1225——12V，1-2KW，第25次设计，普通式起动机五、直流串励式电动机在现代汽车中，普遍采用电力起动，它以蓄电池为电源，以直流电动机为动力，通过传动装置和控制机构进行工作。它在工作时有两个显著特点：•一、是扭矩大；•二、是工作时间短。（一）、工作原理•电动机工作时，电流通过电刷和换向器流入电枢绕组。如图4-8a）所示，换向片A与正电刷接触，换向片B与负电刷接触，绕组中的电流方向为a→b→c→d，根据通电导体在磁场中受电磁力的原理(左手定则)，绕组ab边、cd边均受到电磁力F的作用，由此产生逆时针方向的电磁转矩M使电枢转动；当电枢转动至换向片A与负电刷接触，换向片B与正电刷接触时，电流改由d→c→b→a(换向器适时地改变了电枢绕组中的电流方向)，如图4-8b）所示，但电磁转矩的方向仍保持不变，使电枢按逆时针方向继续转动。（二）、直流串励式电动机构造1、作用：产生转矩。2、要求：零件的机械强度高，电路电阻小。3、组成：电枢：产生电磁转矩磁极：产生磁场换向器：改变引入电流方向电刷组件：引入电流壳体：安装磁极，固定机件电枢产生电磁转矩电枢线圈是用扁铜线绕成，较粗且匝数少；电枢轴中部位置制有螺旋齿槽，用以装置啮合器，有些起动机除两端装有衬套外，中间还装有支承衬套。为了防止轴向窜动，轴的前端制有槽，用于装置锁板机构，轴的后端制有槽，用于装置止动挡圈及弹性档圈。磁极由外壳、磁极、磁场线圈等部分组成。外壳内壁装有四个磁极（有些是二个磁极），在其上面装有磁场线圈，相对的是同极，相邻的是异极。磁场线圈用扁而粗的铜线（或小铜线并联的方法）绕成。磁场线圈采用串联或并联，一端与外壳上的绝缘接柱（即磁场接柱）相连，另一端与正电刷相连，线路连接如图所示。•由磁极、磁场绕组和机壳组成。•磁场与磁路见图。换向器和电刷用铜粉和碳粉（或石墨）压制而成。一般有四个，相对的电刷为同极。两个负电刷搭铁，两个正电刷接磁场线圈，它们在压簧的作用下紧密地与换向器接触。第二节、传动机构及电磁开关一、汽车发动机对起动机的传动机构有以下要求•小齿轮与发动机的飞轮啮合时要平稳，不能发生冲击现象(转子轴上带螺旋齿）。•发动机起动后，小齿轮应能自动打滑或脱离啮合，以免发动机带动起动机电枢高速旋转，造成电枢绕组“飞散”（速比一般大于15）。•要防止点火开关误操作，使起动机的小齿轮再次与发动机的飞轮啮合。导致起动机与发动机飞轮的损坏（P\N档开关复合继电器)。二、常见起动机的单向离合器1、滚柱式单向离合器1-驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽弹簧；6-垫圈；7-护盖；8-花键套筒；9-弹簧座；10-啮合弹簧；11-拨环；12-卡簧单向离合器的工作1、飞轮2、起动齿轮3、外座圈4、起动尾部5、滚柱6、压帽7、弹簧离合器的作用是：①在起动发动机时，将起动机产生的动力传给飞轮，以带动发动机起动；②当发动机起动后，迅速将发动机与起动机间的动力切断，避免起动机超速旋转而损坏。离合器的工作情况如下：A、起动时：电枢旋转，转矩经套筒带动十字块旋转，滚柱逆时针自转，滚入楔形槽窄端，将十字块与外壳卡紧，使十字块与外壳之间传递动力。B、起动后：飞轮齿圈带着驱动齿轮旋转，当齿轮转速超过电枢转速时滚柱顺时针自传，十字块与外壳打滑防止电枢绕组飞散。滚柱式单向离合器•优缺点：结构简单、加工方便，成本低；轴向尺寸长，适用于中小功率起动机。第三节、电磁开关及起动机工作特性一、电磁开关的结构•1、组成：吸拉线圈、保持线圈、活动心、接触盘。•2、结构：•（1）吸拉线圈与电动机串联且在起动机壳体搭铁。•（2）保持线圈与电动机并联，直接电磁开关壳体搭铁搭铁。电磁开关的结构二、发动机的起动性能和工作特性（一）发动机的起动性能评价指标有：1）起动转矩2）最低起动转速3）起动功率4）起动极限温度起动转矩•起动机要有足够大的转矩来克服发动机初始转动时的各种阻力。•起动阻力包括：１）摩擦阻力矩２）压缩阻力矩３）惯性阻力矩最低起动转速（１）在一定温度下，发动机能够起动的最低曲轴转速。汽油机一般约为50-70r/min，最好70-100r/min以上。（２）起动机传给发动机的转速要大于发动机的最低转速：若低于这个转速，汽油泵供油不足，气流速度过低，可燃混合气形成不充分，还会使压缩行程的散热损失和漏气损失增加，导致发动机不能起动。起动功率•起动机所具有的功率应和发动机起动所必需的起动功率相匹配。•而蓄电池的容量与起动机的容量应成正比起动极限温度•当环境温度低于起动极限温度时，应采取起动辅助措施：１）加大蓄电池容量２）进气加热３）电喷车低温补偿（二）起动机的工作特性•1、转矩特性•对于直流串励电动机，其磁场电流Ij与电枢电流Is相等，并且磁路未饱和时，磁通Φ与电枢电流成正比，即Φ＝C1Is。所以，串励直流电动机的转矩可表示为•M＝CmIsΦ＝CmC1Is2•可见，在磁路未饱和的情况下，直流串励电动机的电磁转矩M与电枢电流Is的平方成正比，如图所示。•在起动发动机的瞬间，由于发动机的阻力矩很大，发动机处于完全制动状态下，转速为零，反电动势也为零。此时电枢电流将达到最大值，电动机产生最大转矩，从而使起动机易于起动发动机。这也是汽车上多采用直流串励电动机的主要原因。2、转速特性•直流串励电动机转速n与电枢电流Is的关系式为••n＝•式中U—加在起动机上的电压(V)•Is—电枢电流•ΣR—包括电枢、励磁绕组电阻•ΔUds—电刷接触电压降•相对而言，串励电动机在磁路未饱和时，由于Φ不为常数，当Is增加，即电磁转矩增大时，由于Φ与IsΣR同时随之增加。因此，电枢转速n随Is的增大而下降较快，因此说直流串励电动机具有较软的机械特性，如图所示。•故对于功率较大的串励直流电动机，不允许在轻载或空载下长时间运行。mdssCURIU3、功率特性•起动机的输出功率由电动机电枢转矩M和电枢的转速n来确定，即•P＝•由此可以得出起动机的功率特性曲线，如图4-11所示。•从特性曲线可以看出，在完全制动状态（n＝0）和空载（M＝0）时，起动机的功率等于零；电枢电流接近制动电流的一半时，电动机输出功率最大。由于起动机起动时间很短，起动机可以最大功率运转，因此将其最大功率作为额定功率。9550Mn第四节、起动机的典型结构•一、普通起动机二、减速起动机1、外啮合减速起动机2、内啮合减速起动机3、行星齿轮式减速起动机行星架太阳轮三、永磁式起动机第五节、起动机的控制电路一带起动继电器的起动控制电路2.装有组合继电器的起动控制电路丰田轿车起动电路•图中，起动继电器的线圈绕组受点火开关ST2的控制，如果配置的自动变速器，起动继电器的线圈绕组还受停车/空档继电器的控制，也就是说，只有自动变速器的档位处于停车/空档时，才有可能起动发动机。此外，当点火开关旋到起动位置时，从点火开关的ST2端子还给发动机ECU及组合仪表提供一个信号，用作与起动有关的其它控制或指示。•该图主要体现了起动系的外部电路，便于查找起动系电路故障。第六节、起动机的故障诊断•起动系统常见故障主要有：起动机不转、起动机运转无力及其它故障几种。•在诊断与排除起动系的故障时，要根据控制电路的不同情况来具体分析。现以带起动继电器的控制电路为例来说明起动系故障的诊断与排除方法。一、起动机不转的故障诊断与排除•1、现象：将点火开关旋到起动位置，起动机不运转。•2、故障原因：•该故障可以归纳为三类，即电源及线路部分、起动继电器、起动机三类故障。•1）电源及线路部分的故障有：•①蓄电池严重亏电；•②蓄电池正、负极柱上的电缆接头松动或接触不良；•③控制线路断路。•2）起动继电器的故障有：•①继电器线圈绕组烧毁可断路；•②继电器触点严重烧蚀或触点不能闭合。•3）起动机的故障有：•①起动机电磁开关触点严重烧蚀或两触点高度调整不当而导致触点表面不在同一平面内，使触盘不能将两个触点接通；•②换向器严重烧蚀而导致电刷与换向器接触不良；•③电刷弹簧压力过小或电刷卡死在电刷架中；•④电刷与励磁绕组断路或正电刷搭铁；•⑤磁场绕组或电枢绕组有断路、短路或搭铁故障；•⑥电枢轴的铜衬套磨损过多，使电枢轴偏心或电枢轴弯曲，导致电枢铁心“扫膛”(即电枢铁心与磁极发生摩擦或碰撞）。•3、故障诊断与排除方法•根据故障排除从易到难的一般原则，首先应检查蓄电池储电情况和蓄电池搭铁线、火线的连接是否有松动，然后再做进一步的检查。故障诊断与排除程序如下：•1）打开前照灯开关或按下喇叭按钮，若灯光较亮或喇叭声音宏亮，说明蓄电池存电较足，故障不在蓄电池；若灯光很暗或喇叭声音很小，说明蓄电池容量严重不足；若灯不亮或喇叭不响，说明蓄电池或电源线路有故障，应检查蓄电池火线及搭铁电缆的连接有无松动以及蓄电池储电是否充足。•2）若灯亮或喇叭响，说明故障发生在起动机、电磁开关或控制电路。可用螺丝刀将电磁开关的30#接柱与C接柱接通。若起动机不转，则起动机有故障；若起动机空转正常，说明电磁开关或控制电路有故障。•3）诊断起动机故障时，可用螺丝刀短接30#接柱与C接柱时产生火花的强弱来辨别。若短接时无火花，说明磁场绕组、电枢绕组或电刷引线等有断路故障；若短接时有强烈火花而起动机不转，说明起动机内部有短路或搭铁故障，须拆下起动机进一步检修。•4）诊断电磁开关或控制电路故障时，可用导线将蓄电池正极与电磁开关50#接柱接通(时间不超过3-5s)，如接通时起动机不转，说明电磁开关故障，应拆下检修或更换电磁开关；如接通时起动机转动，说明开关回路或控制回路有断路故障。•5）排除是开关回路还是控制回路故障时，可以根据是否有起动继电器吸合的响声来判断。若有继电器吸合的响声，说明是开关回路有断路故障；若无继电器吸合的响声，说明是控制回路有断路故障。•6）排除线路的断路故障，可用万用表或试灯逐段检查排除。二、起动机起动无力的故障诊断与排除•1、现象：将点火开关旋至起动档时，起动机能运转，但功率明显不足，时转时停。•2、故障原因：•1）蓄电池储电不足或有短路故障致使供电能力降低；•2）起动机主回路接触电阻增大使起动机工作电流减小，接触电阻增大的原因包括：蓄电池正、负极柱上的电缆紧固不良；超动机电磁开关触点与导电盘烧蚀；电刷与换向器接触不良或换向器烧蚀等；•3）起动机磁场绕组或电枢绕组匝间短路使起动机输出功率降低；•4）起动机装配过紧或有“扫膛”现象；•5）发动机转动阻力矩过大。•3、故障诊断与排除方法：•1）检查蓄电池容量(用高率放电计检查)，若容量不足，可用容量充足的蓄电池辅助供电的方法加以排除；•2）检查蓄电池桩头接柱及起动电磁开关主触头接柱的松动情况，若松动，加以紧固。•3）若怀疑是起动机内部故障，可用同型号无故障的起动机替换加以排除。确认是起动机内部故障时，应进一步拆检起动机。三、起动机其他故障诊断与排除•起动机其他故障包含起动机空转、驱动齿轮与飞轮齿圈啮合异响、电磁开关异响等故障。1、起动机空转的故障诊断与排除•1）现象：起动发动机时，起动机运转且转速很高，响声较大而发动机不运转。•2）故障原因：单向离合器打滑，不能传递驱动转矩。•3）排除方法：更换单向离合器故障即可排除。2、驱动齿轮与飞轮齿圈啮合异响的故障诊断与排除•1）现象：起动发动机时，驱动齿轮不能顺利啮入飞轮齿圈，有齿轮撞击声。•2）故障原因•①驱动齿轮轮齿或飞轮齿圈轮齿磨损过甚或个别齿损坏；•