汽车起动系统

发动机的起动：要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混和气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。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。发动机的起动性能评价指标有：起动转矩、最低起动转速、起动功率、起动极限温度。一、概述一、概述——起动机的功用起动机的功用是将蓄电池的电能转化为机械能带动发动机启动。发动机起动之后，起动机便立即停止工作。目前车用发动机常用电力起动机起动，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，体积小，质量轻，安全可靠，起动迅速并可重复起动等优点。一、概述——起动方式①人力起动：起动最为简单，只须将起动手摇柄端头的横销嵌入发动机曲轴前端的起动爪内，以人力转动曲轴。②电动机起动：电动机起动是用电动机作为机械动力，当将电动机轴上的齿轮与发动机飞轮周缘的齿圈啮合时，动力就传到飞轮和曲轴，使之旋转。电动机本身又用蓄电池作为电源。一、概述——起动系的组成起动系一般是由蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关等组成。二、起动机的结构车用起动机一般由串励直流电动机、传动机构和操纵机构3个部分组成。直流串励式电动机：产生电磁转矩传动机构：发动机起动时，使起动机小齿轮与发动机飞轮齿圈啮合，把起动机转矩传给发动机飞轮；发动机起动后，将起动机小齿轮自动脱开飞轮齿圈控制装置（电磁开关）：操纵机构的作用是通过控制起动机电磁开关及杠杆机构(或其他某种装置)，来实现起动机传动机构与飞轮齿圈的啮合与分离，并接通和断开电动机与蓄电池之间的主电路。常规起动机的外形1、直流串励式电动机（1）直流电动机的工作原理1.原理载流导体在磁场中受到电磁力作用会发生运动(左手定则）。（1）直流电动机的工作原理直流电动机的原理如图所示，在磁场中放置一个线圈，线圈的两点分别与两片换向片连接，两只电刷分别与两片换向片接触，并与蓄电池的正极或负极接通。电流方向为：蓄电池正极→励磁绕组→正电刷→换向片→电枢绕组→负电刷→蓄电池负极。（2）直流电动机的电磁转矩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（3）直流电动机转矩自动调节特性（3）直流电动机转矩自动调节特性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。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。nE反=Ceφnn其中，Ce——电机结构常数；nφ——磁极磁通；nn——电枢转速n电动机工作时，电压平衡方程式为：Ub=E反+IaRan其中，Ia--电枢电流Ra--电动机内阻n则电枢电流为：Ia=（Ub-E反）/Ra（3）直流电动机转矩自动调节特性（3）直流电动机转矩自动调节特性n分析：Ia=（Ub-E反）/RanM=CmφIaE反=Ceφnn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；n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。1）电枢：电枢在磁力作用下旋转，带动起动小齿轮旋转。2）磁极磁极由铁心和激磁绕组构成；作用是在电动机中产生磁场；磁极一般是4个，由4个激磁绕组形成两对磁极，并两两相对，常见的激磁绕组一般与电枢绕组串联在电路中，故被称为串激式直流电动机。3）电刷和电刷架电刷与电刷架的作用是将电流引入电枢，使电枢产生连续转动。4）外壳外壳由低碳钢卷制而成，或由铸铁铸造而成。（4）串励直流电动机的组成1）电枢电枢由电枢轴、电枢铁芯、电枢绕组和换向器等组成。电枢铁芯由外圆带槽的硅钢片叠制而成，压装在电枢轴上；电枢绕组嵌装在铁芯的槽内，采用较粗的矩形裸铜线绕制，电枢绕组各线圈的端头均焊接在由铜片和云母片相间叠压而成的换向器上。1）电枢电枢绕组电枢轴电枢铁芯换向器2）磁极磁极的作用是建立电动机磁场，一般多为4个磁极。磁极由固定在机壳上的铁芯和缠绕在铁芯上的磁场绕组组成。2）磁极磁极组件磁场绕组的连接方式4个磁场绕组的连接方式有两种。4个磁场绕组所产生的磁极应该是相互交错的。磁场绕组的连接方式3）电刷及电刷架作用：将电流引入电动机，使电枢产生定向转动力矩。电刷材料：一般用铜粉和石墨粉压制而成，有利于减小电阻及增加耐磨性。电刷安装：装在电刷架中，借弹簧压力紧压在换向器上。电刷架数目：有四个，其中两个与机壳直接相连构成电路搭铁，称为搭铁电刷架。3）电刷及电刷架4）机壳Ù作用：电动机的磁极和电枢的安装机体，一般有4个检查窗口，便于进行电刷和换向器的维护，同时起动机的电磁开关也安装在机壳上，其上有一绝缘接线端，接电动机电流引入线。2、传动机构传动机构是起动机的主要组成部件，由单向离合器和减速机构组成(有的起动机不具有减速机构)。作用：是在起动发电机时将电动机的转矩传递给发动机的飞轮齿圈，使发动机迅速起动；发动机起动完成后又能自动打滑，防止起动机不被发动机飞轮反拖，保护起动机不致“飞散”损坏。(1)常规起动机传动机构(2)常规起动机的传动组件(3)传动机构——驱动齿轮(4)传动机构——单向离合器1、汽车上单向离合器种类：滚柱式、磨擦片式、弹簧式。（常用）（1）滚柱式单向离合器（用的最多）组成：驱动齿轮、外壳（外座圈）、外座圈内制成“十”字腔室、滚柱及滚柱弹簧、花键套筒等作用：实现单方向传递能量。驱动此轮单向离合器外座圈花键滚柱十字块工作过程：起动时控制装置通过传动拨叉将驱动轮沿花键槽推出，与发动机飞轮啮合。此时，电枢转轴带动十字块旋转，滚柱进入楔形槽的窄的一侧，将外座圈与转轴卡紧成一体，使飞轮随电枢轴一同转动。起动后发动机转速比起动机高，飞轮的转速比起动机高，使滚柱滚入楔形室的宽处，打滑，飞轮不能反带起动机。优缺点：优点：结构简单（在中小功率的起动机上被广泛应用）缺点：传递较大转矩时，滚柱易变形卡死（不适用于大功率起动机）2.摩擦片式优缺点：1、可传递较大扭矩；2、扭矩是可调的；3、结构复杂3.弹簧式单向离合器优缺点：1、结构简单，成本低，使用寿命长；2、轴向尺寸较大，一般只用在功率较大的发动机上。3.操纵机构（控制装置、电磁开关）电磁式控制装置：利用电磁开关的电磁力操纵拨叉。一、控制起动机主电路的通断；二、在主电路接通之前使驱动齿轮与飞轮齿圈啮合。起动机电磁开关有两种控制方式：一种是由点火开关直接控制；另一种是由点火开关通过起动附加继电器控制（1）常规起动机的电磁开关结构（1）常规起动机的电磁开关结构3.操纵机构（控制装置、电磁开关）电磁开关主要由吸拉线圈、保持线圈、活动铁心、接触盘等组成。其中吸引线圈与电动机串联，保持线圈与电动机并联，直接搭铁。活动铁心一端通过接触盘控制主电路的导通；另一端通过拨叉控制驱动齿轮的啮合。在起动机电磁开关上有三个接线柱：a、主接线柱（接蓄电池）b、起动接线柱（接点火开关起动挡ST或起动继电器）c、点火线圈附加电阻短路接线柱（接点火线圈）3.操纵机构（控制装置、电磁开关）1）不带起动继电器的控制电路4、控制电路2）起动系带起动继电器控制电路保护继电器：使起动电路具有自动保护功能；控制充电指示灯。起动继电器触点K1为常开式，保护继电器触点K2为常闭式；起动继电器线圈与保护继电器触点K2串联六个接线柱：B－电源；S－起动机电磁开关；SW－点火开关起动档；L－充电指示灯；E－搭铁；N－发电机中性点a)起动继电器；b)保护继电器3）带保护继电器的控制电路（组合继电器）电路分析1——丰田汽车常规型起动机1、起动瞬间：点火开关位于START：（1）蓄电池“＋”→点火开关起动开关→端子50→保持线圈→搭铁（2）蓄电池“＋”→点火开关起动开关→端子50→吸引线圈→端子C→励磁线圈→电枢→搭铁2、起动过程蓄电池“＋”→点火开关起动开关→端子50→保持线圈→搭铁；蓄电池“＋”→端子30→接触片→端子C→励磁线圈→电枢绕组→搭铁。3、起动后：点火开关从“START”档回到“ON”档：蓄电池“＋”→端子30→接触片→端子C→吸引线圈→保持线圈→搭铁蓄电池“＋”→端子30→接触片→端子C→励磁线圈→电枢→搭铁起动完成组成：由电磁铁机构电动机开关起动继电器起动开关电路分析2工作过程起动开关未接通时，起动继电器触点张开，电动机开关断开，离合器驱动齿轮与飞轮处于分离状态。起动继电器线圈电路接通,其电路为：蓄电池正极→开关3→起动继电器“点火开关”接柱→线圈搭铁→蓄电池负极。工作过程电磁铁线圈电路接通继电器触点闭合，同时接通吸引线圈和保持线圈电流电路，两线圈产生同方向的磁场，磁化铁心，吸动引铁前移，引铁前端带动触盘接通起动机主电路开关，后端通过耳环带动拨叉移动使驱动齿轮与飞轮啮合。工作过程吸引线圈电路：蓄电池正极→起动继电器“电池”接柱、支架、触点、“起动机”接柱→电磁开关接柱→吸引线圈→电动机开关接柱→电动机磁场绕组→电枢绕组→搭铁→蓄电池负极。工作过程保持线圈电路：蓄电池正极→起动继电器“电池”接柱、支架、触点、“起动机”接柱→电磁开关接柱→保持线圈→搭铁→蓄电池负极。工作过程电动机电路接通后触盘将电动机开关接柱连通后，电动机电路接通。此电路电阻极小，电流可达几百安培，电动机产生较大转矩，带动飞轮转动。电动机开关接通后，吸引线圈短路。其电路为：蓄电池正极→电动机开关接柱→磁场绕组→电枢绕组→搭铁→蓄电池负极。工作过程起动开关断开起动继电器停止工作，触点张开。起动继电器触点张开后电动机开关断开瞬间，保持线圈电流通路为：蓄电池正极→电动机接柱→触盘→接柱→吸引线圈→保持线圈→搭铁→蓄电池负极。电动机开关断开，驱动齿轮和飞轮分离。CA1091型汽车起动系电路图电路分析3（组合继电器）其他类型起动机——1.电枢移动式起动机它的电磁控制部分与强制啮合式相同，没有拨叉，单向离合部分与电枢同轴，当通电时在电磁力的作用下，移动完成与飞轮的啮合。NS磁极电枢飞轮其他类型起动机——2、永磁式起动机永磁式起动机以永磁材料为磁极。优点：质量轻、结构简单缺点：机械特性较差，必须配有减速机构，即永磁式起动机一般都是永磁式减速起动机。其他类型起动机——3、减速式起动机它的工作原理与强制啮合式起动机没有大的区别，只是在起动机电枢和驱动齿轮之间加入一套减速装置。原理是：根据公式P大或n小→→转矩增大。（在高速低转矩情况下起动用直流电动机可以小型化，转矩较小，加入减速装置，就满足了各种需求）减速装置分类：内啮合式、外啮合式、行星齿轮式。（1）内啮合减速起动机（2）外啮合减速起动机（3）行星齿轮减速起动机nPT9550其他类型起动机——3、减速式起动机（外啮合式）传动中心距离为30mm左右，在电枢轴与驱动齿轮之间，利用惰轮作中间传动，且电磁开关铁心与驱动齿轮同轴心，电磁开关直接推动驱动齿轮与飞轮齿圈啮合，无需拨叉。起动机的减速传动效率高，成本适中，广泛应用于小功率的起动机上。其他类型起动机——3、减速式起动机（内啮合式）传动中心距离为20mm左右，减速传动效率高，但成本也高。其他类型起动机——3、减速式起动机（行星齿轮式）该种起动机的传动中心距离为零，输出轴与电枢轴同心，可使整机尺寸减小。该种起动机传动比最大，可达4.5:1，大大减少了起动机的起动电流。（1）内啮合式（2）外啮合式（3）行星齿轮式（3）行星齿轮式内啮合式外啮合式行星齿轮式优缺点比较：a、内啮合减速起动机：结构简单，高速时有振动，产生噪声。b、外啮合减速起动机：啮合紧密，通过改变齿轮的传动比，可实现较大的转矩，结构稍大。外国车丰田等采用。c、行星齿轮减速起动机：机械构造复杂，工作稳定，噪声小。加工复杂。北京吉普。起动机的工作特性1.直流电动机的型式并激串激复激他励串励直流电动机的励磁绕组与转子绕组