起动机工作原理

汽车起动机工作原理、一、起动机的组成分类和型号1、组成：直流电动机－－产生电磁转矩传动装置（啮合机构）－－起动时，啮合传动；起动后，打滑脱开控制装置（电磁开关）－－接通、切断电动机与蓄电池之间的电路2、分类（1）按控制装置分为：直接操纵式电磁操纵式（2）按传动机构的啮合方式分为：惯性啮合式－－已淘汰强制啮合式－－工作可靠、操纵方便、广泛应用电枢移动式－－结构较复杂，大功率柴油车齿轮移动式－－电磁开关推动啮合杆减速式－－质量体积小，结构工艺复杂3、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；2－24v（3）功率等级：1－0~1kw；2－1~2kw;9－8~kw（4）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qd1225－－12v，1~2kw，第25次设计，普通式起动机二、发动机的起动性能和工作特性1、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1、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2、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。3、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p=(450~600）p/u4、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2、起动机的工作特性1、起动机工作特性图2、分析当i=0时，m=0，所以，p=0，转速n达到最大，n=nmax（起动机空载）；当i=imax时，n=0，所以，p=0，输出转矩达到最大m=mmax（起动机制动）。空载和制动的工作情况，常用来检验起动机的故障：空载时转速低于规定值，同时电流大，说明有机械故障；制动实验时，电源电压和电流正常，转矩下降，有电路故障3、影响起动机工作特性的因素（1）蓄电池的容量和充电情况容量大，充电充足，内阻小，供给起动机电流大，起动机的功率、转速、制动力矩都大。（2）起动电路的电阻影响起动机内部电阻和起动线路电阻越大，起动机得输出功率、转速、制动力矩均会降低。（3）环境温度的影响环境温度低时，起动性能不好。三、通用型起动机的构造四、直流电动机1、概述在现代汽车中，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。2、直流串励式电动机结构（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：1、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。2、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。3、电刷组件用铜粉和碳粉（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。4、换向器和电刷三、直流电动机的工作原理将通电导线放入磁场中，导线会在磁场力的作用下做有规律的运动（其运动方向可以用电动机左手定则来判断），这是直流电动机能够转动的基本道理。直流电动机工作原理：上图是最简单的直流电动机，它由磁场、电枢线圈、换向器和电刷等机件组成。当线圈在垂直位置时，如图（a），电刷不与换向器接触，线圈中没有电流通过，因此电枢线圈不转动。如将电枢线圈稍向顺时针方向转过一些，如图（b），换向器片分别与两电刷接触，线圈中有电流通过，其方向是从线圈i边流入，从ⅱ边流出。根据左手定则可以判定，线圈i边向下运动，ⅱ边向上运动，电枢线圈向顺时针方向转动。当线圈转到如图（c）的位置时，换向器片不与电刷接触，线圈中无电流通过，此时，电枢线圈在惯性作用下转过这个位置。当线圈转过垂直位置时，换向器片又与两电刷接触，如图（d）所示。但此时换向器片已经调换了位置。因此电流从线圈ⅱ边流入，从i边流出。根据左手定则可以判定，线圈i边向上运动，ⅱ边向下运动，电枢线圈仍向顺时针方向转动。这样，使电流不断地通入线圈，线圈便按一定方向继续不停地转动。一个线圈的电动机，虽能旋转，但转动力量小，转速也不稳定，而且在图（a，c）的位置时不能转动。所以，实际使用的起动电动机都是由较多的线圈和配有相应换向片构成，同时采用多对电磁铁来产生较强的磁场。但其工作原理还是一样的。四、电动机转矩自动调节特性电动机的电磁转矩m取决于磁通φ、电枢电流ia的乘积，即m=cmφia其中cm－电机结构常数1、反电动势直流电动机拖动负载，当负载发生变化时，电动机的电枢转速、电枢电流、电磁转矩均会自动的作相应的变化，以满足不同负载的需要。其原理如下：通电的线圈在磁场中受力而转动，运动的线圈切割磁力线产生电动势，电动势的方向和线圈电流方向相反，电动势的大小为：e反=ceφn其中，ce－－电机结构常数；φ－－磁极磁通；n－－电枢转速。２、电动机工作时，电压平衡方程式为：ub=e反+iara该公式称为电动机发电机一体公式即电动机在一定条件下可以变成发电机，用于电机制动和储能3、转矩自动调节过程电枢电流为：ia=（ub-e反）/ra分析：当负载↓→轴上阻力矩↓→电枢转速↑→e反↑→ia↓→电磁转矩↓→直至电磁转矩减至与阻转矩相等→电机拖动负载以较高转速平稳运转；当负载↑→轴上阻力矩↑→电枢转速↓→e反↓→ia↑→电磁转矩↑→直至电磁转矩增至与阻转矩相等→电机拖动负载以较低转速平稳运转。五、传动装置（啮合机构－－离合器）发动机起动时，使起动机的驱动齿轮和发动机飞轮齿环啮合，将电动机的转矩传给飞轮；发动机起动后，自动切断动力传递，防止电动机被发动机带动，超速旋转而破坏。起动机驱动齿轮与曲轴飞轮齿环之间的传动比很大，在传动机构中设置了单向离合器，起动时传递断联系。外形见下图。啮合器（离合器）啮合器有多种型式，通常汽车起动机上普遍采用超越式啮合器。啮合器的构造如下图所示，主要由起动齿轮（小齿轮），单向滑轮，传动导管、推入弹簧和套筒等部分组成超越式啮合器单向滑轮单向滑轮的构造如下图所示，图形外座圈2与传动导管1的一端固装在一起，外座圈内部制成“+”字形空腔。起动齿轮7的尾部成圆柱形，伸在外座圈的空腔内，使四周形成四个楔形的小腔室，内装有滚柱。在楔形腔室较宽的一边的座圈孔内，还装有弹簧4和压帽5，平时弹簧经压帽将滚柱压向楔形室较窄的一面。滑轮外包铁壳6，起密封和保护作用。为增加承载能力，现单向滑轮内常制有五个腔室，采用扁形弹簧，不需钻孔和压帽。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-卡簧单向滑轮的工作1、飞轮2、起动齿轮3、外座圈4、起动齿轮尾部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：当传动叉拨动套筒，推动单向离合器向后移动而使起动齿轮和飞轮环齿啮合时，起动机开关便把电路接通，电枢开始旋转，它带动单向滑轮的外座圈转动。在外座圈内壁的摩擦力作用下，滚柱向楔形腔室窄的一边滚动，紧紧地卡在外座圈和起动齿轮尾部之间，从而起动齿轮同起动机一起旋转，驱动飞轮当发动机起动后，起动齿轮被飞轮带着超速旋转。它的转速高于电枢转速，此时，起动齿轮尾部带动滚柱克服弹簧的张力，使滚柱向楔形腔室较宽的一边滚动，于是滚柱在起动齿轮尾部与外座圈间发生滑摩，导致起动齿轮和外座圈以及电枢脱离联系，此时仅起动齿轮随飞轮旋转，从而避免了电枢超速旋转导线在强离心力作用下甩出的危险，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，适用于大功率起动机。摩擦片式离合器构造六、控制装置（电磁开关）电磁开关主要由电动机开关和磁力线圈组成，见下图中虚线部分所示。电磁开关壳体的前部，装有电动机开关的c和30接线柱和磁力线圈50接柱，活动触盘装在触杆上，与触杆上的机件绝缘，起动机不工作时，在回位弹簧的作用下，使触盘与触点保持分开状态。电磁开关构造（虚线部分）控制装置作用控制装置的作用是控制驱动齿轮和飞轮的啮合与分离；控制电动机电路的接通与切断。常用的装置有机械式和电磁式汽车上广泛使用电磁式控制装置（电磁开关）。qd124型起动机电磁控制装置构造如下图磁力线圈的作用磁力线圈的作用:是用电磁力来操纵啮合器和电动机开关工作的。磁力线圈由导线粗、匝数少的拉动线圈和导线细，匝数多的保持线圈组成。拉动线圈的两端分别接在c和50接柱上。保持线圈的两端分别接在50接柱和搭铁上。引铁活装在电磁开关引铁套内，引铁尾部装有连接钩，与传动杆上部相连，有些连接钩可以借其螺纹进行调整。减速起动机1、传动壳（后端盖）2、啮合器及怠速齿轮3、钢珠4、回位弹簧5、电磁开关6、螺栓8、电枢7、起动机外壳（轭）9、电刷架10、电动机前端盖11、毡垫圈12、轭及电枢13、拉紧螺栓七、减速起动机的构造机主要由电磁啮合开关，减速齿轮，电动机、起动齿轮（小齿轮）及单向啮合器等部分组成，如图9，10所示。减速起动机和传统起动机一样，都是串激式起动机，它们的结构大体相似。但是，减速起动机具有以下显著特点：①动力输出结构分为电枢轴和传动轴两部分。电枢轴两端用滚珠轴承支承，负荷分布均匀，使用时间长，不易磨损，电枢较短，不易出现电枢轴弯曲，磨坏磁场绕组的情况。减速起动机图②采用了减速装置，在转子和起动齿轮之间，安装有减速齿轮，起动电动机传递给起动齿轮的扭距就会增大。利用电磁开关，使得承担电动机（经减速齿轮后）的动力输出是起动齿轮和起动齿轮轴，而啮合器部分不动。输出功率小的起动机，常采用外啮合方式，输出功率大的起动机采用内啮合方式。③减速起动机采用电磁开关操纵，有些备有辅助开关（或称副开关）。它的作用是防止烧坏电磁开关和电门（起动）开关。分级接通电源，大大降低了起动机损坏的可能性，从而延长了起动机的使用寿命。减速装置在电动机的电枢轴和输出轴之间，设置了齿轮减速装置。1）作用：通过转矩的倍增作用，使起动机的输出特性适应发动机的起动要求。齿轮减速比一般为3～5。2）结构型式：见上图减速装置齿轮结构形式（1）外啮合齿轮减速器；（2）内啮合齿轮减速器；（3）行星齿轮减速器。传动机构及控制装置1）减速起动机的传动装置（单向离合器）仍采用滚柱式单向离合器，结构形式和普通起动机相同，但耐冲击要求提高了。2）减速起动机的控制装置电磁开关和普通起动机相同。但单向离合器的操纵有两种型式：（1）拨叉式：和普通起动机相同，用在行星减速机构上。（2）直动齿轮式：驱动齿轮和引铁装在一起，用在平行轴外啮合式减速机构上（3）减速起动机的体积和重量大约是传统起动机的一半，节约了原材料，同时拆装修理很方便。（4）减速起动机的磁极对数与传统的起动机一样，但磁场线圈绕组常采用小导线多根半联的方法，电枢绕组的绕法虽与传统的原理相同，但制造工艺先进。