起 动 机,第一节 概 述,发动机由静止状态过渡到能自行稳定运转状态的过程，称为发动机的起动。发动机的起动方式主要有人力起动、辅助汽油机起动和电力起动（又称起动机起动）三种。电力起动系统，简称起动系，主要由蓄电池、起动机、起动开关和起动电路等组成。,1. 起动系的作用,起动系的作用是在正常使用条件下，通过起动机将蓄电池储存的电能转变为机械能带动发动机以足够高的转速运转，以便发动机顺利起动。,2.对起动系的基本要求,(1) 起动机的功率应和发动机起动所必需的功率相匹配，以保证起动机产生的电磁力矩大于发动机的起动阻力矩，带动发动机以高于最低起动转速的转速运转。 (2)蓄电池的容量必须和起动机的功率相匹配，保证为起动机提供足够大的起动电流和必要的持续时间。,(3)起动电路的连接要可靠，起动主电路导线电阻和接触电阻要尽可能小，一般都在0.01以下。因此，起动主电路的导线截面积比普通的导线大得多，并且连接要非常牢固、可靠。 (4) 发动机起动后，起动机小齿轮自动与发动机飞轮退出啮合或滑转，防止发动机带动起动机运转。,3.起动机的基本组成,起动机是起动系的核心，主要由直流电动机、传动机构和控制装置三部分组成。,1-前端盖；2-机壳；3-电磁开关；4-拨叉；5-后端盖；6-限位螺母；7-单向离合器；8-中间支撑板；9-电枢；10-磁极；11-磁场绕组；12-电刷,4.起动机的分类,（1) 按控制装置的操纵方式分为机械操纵起动机和电磁操纵起动机。 （2) 按直流电动机磁场产生的方式分为永磁起动机和激磁起动机 （3) 按传动机构有无减速装置分为减速起动机和非减速起动机（普通起动机）。 （4) 按驱动齿轮的啮入方式分为惯性啮合式起动机电枢移动式起动机齿轮移动式起动机和强制啮合式起动机,5.起动机的型号,(1) 产品代号：起动机的产品代号有QD、QDJ、QDY三种，分别表示起动机、减速起动机和永磁起动机（包括永磁减速起动机）。 (2) 电压等级代号：用1位阿拉伯数字表示，1、2、6分别表示12V、24V和6V。 (3) 功率等级代号：用1位阿拉伯数字表示，其含义见表。,第二节 起动机的直流电动机,起动机的直流电动机按磁场产生的方式不同分为永磁电动机和激磁电动机。根据磁场绕组和电枢绕组的连接方式，激磁电动机又分为串激电动机、并激电动机和复激电动机。在汽车起动机中，由于串激电动机应用最多，下面主要以串激电动机为例介绍起动机用直流电动机的构造、原理和特性。,1. 构造,直流电动机主要由电枢、磁极、外壳、电刷等组成。,(1) 电枢,电枢是直流电动机的转子部分，由铁心、绕组、换向器和电枢轴组成。,(2) 换向器,换向器的结构如图所示，它由一定数量的燕尾形铜片组成，并用轴套和压环组装成一个整体，压装在电枢轴上，各铜片之间以及铜片与轴套、压环之间均用云母或硬塑料片绝缘。,1-铜片；2-轴套； 3-压环；4-接线突缘,(3) 磁极,磁极用来产生电动机运转所必须的磁场，它由铁心和磁场绕组并通过外壳组成。,1-磁场绕组；2-磁极铁心；3-电动机外壳；4-固定螺钉,（a) （b) 磁场绕组的接法,(a)将所有磁场绕组的所有线圈串联在一起，然后再与电枢绕组串联。 (b)将磁场绕组的线圈分成两组，每组线圈相互串联，然后两组再并联起来与电枢绕组串联。,（4) 电刷,电刷由铜与石墨粉压制而成，其中含铜80%90%，石墨10%20%以减小电阻，增加耐磨性及提高机械强度。为了尽量减小电刷与换向器之间的接触电阻，并延长电刷使用寿命，电刷与换向器有较大的接触面积，并且电刷靠电刷弹簧压紧在换向器的外圆表面。一般起动机电刷个数等于磁极个数，也有的大功率起动机电刷个数等于磁极个数的两倍。,2.工作原理,直流电动机是将电能转变为机械能的装置，它是根据磁场对电流的作用原理制成的。在磁场中放置一个线圈（即电枢绕组），线圈的两端分别与两片换向片连接，两只电刷分别压在换向片上，并分别与蓄电池的正极和负极连接 。,电流方向为：蓄电池正极正电刷换向片A线圈abcd换向片B负电刷蓄电池负极。电流方向为ad，由左手定则可以确定，线圈受到逆时针方向的转矩作用, 电枢绕组及换向片在电磁力矩的作用下逆时针转动。,电流方向为：蓄电池正极正电刷换向片B线圈dcba换向片A负电刷蓄电池负极。线圈中的电流方向为da，由左手定则可以确定，线圈仍然受到逆时针方向的转矩作用, 电枢绕组及换向片在电磁力矩的作用下继续逆时针转动。,3.工作特性,直流串激电动机的输出转矩M、转速n和功率P随电枢电流变化的规律，称为直流串激电动机的工作特性,（1)转矩特性,在串激电动机中，磁场未饱和时，磁场磁通与电枢电流近似成正比，电动机的电磁力矩与电枢电流的平方成正比；当磁场达到饱和时，电动机的电磁力矩与电枢电流成线性关系。电动机输出扭矩变化规律与电磁力矩变化规律基本相同，如图中的曲线M所示。,直流串激电动机的特性,(2)转速特性,由于串激电动机磁场未饱和时，磁场磁通与电枢电流近似成正比，即电枢电流越大，磁场磁通越大，所以，串激电动机在电枢电流较小时，电动机的转速随着电枢电流的减小急剧升高；随着电枢电流的增大，迅速减小，如图中的曲线n所示。,(3)功率特性,功率曲线呈抛物线形状，在电枢电流为制动电流的一半时，电动机输出功率达到最大值；在完全制动时，输出扭矩M虽然最大，但是转速n=0；在空载时，转速n虽然很高，输出扭矩M=0，所以，电动机的输出功率为零。由于摩擦阻力矩的存在，负载越小差异越大，所以空载时，电枢电流不为零，如图中的曲线P所示。,4. 提高发动机起动转速的途径,(1)保持蓄电池充足电，提高蓄电池的电动势，减小蓄电池内阻； (2)蓄电池的电缆线要采用足够粗的铜导线，并连接牢固、可靠，减小导线电阻和接触电阻； (3)起动机的主接线柱和接触盘之间、电刷和换向器之间、起动机和发动机之间要接触要良好，减小起动机内部电阻和接触电阻； (4)发动机采用粘度较低的润滑油，起动前充分预热，尽量采用减压措施等减小发动机起动阻力矩。,第三节 起动机的传动机构,一般起动机的传动机构主要由单向离合器和电枢轴的螺旋部分等组成，对于减速起动机，传动机构还包括减速装置。起动时，通过传动机构，起动机将电枢轴的电磁力矩传给发动机飞轮，使发动机起动；起动后，发动机转速提高，传动机构自动退出与飞轮的啮合或打滑，保护起动机电枢不致飞散。有关减速装置的内容将在第十节中介绍，下面介绍常用的滚柱式、摩擦片式和弹簧式单向离合器的结构和原理。,1.滚柱式单向离合器,柱式单向离合器是利用滚柱在两个零件之间的楔形槽内的楔紧和放松作用，通过滚柱实现扭矩传递和打滑的。下图是滚柱式单向离合器的一种结构型式。,1-起动机驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽与弹簧；6-垫圈； 7-护盖；8-花键套筒； 9-弹簧座； 10-缓冲弹簧； 11-移动衬套；12-卡簧,滚柱式单向离合器工作原理,1-驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽与弹簧；6-飞轮齿圈,发动机起动时: 单向离合器在传动拨叉的作用下沿电枢轴花键轴向移动，使驱动齿轮啮入飞轮齿圈，然后起动机通电，电枢轴通过花键套筒带动十字块一同旋转，这时十字块转速高，外壳转速低，滚柱在摩擦力作用下滚入楔形槽的窄端而越楔越紧，很快使外壳与十字块同步运转。于是电枢承受的电磁力矩由花键套筒和十字块经过滚柱传给外壳和驱动齿轮，带动飞轮转动，起动发动机。,发动机起动后: 曲轴转速升高，飞轮变成主动件，带动驱动齿轮和外壳旋转，使外壳转速较高，十字块转速较低，滚柱在摩擦力作用下滚入楔形槽的宽端而失去传递扭矩的作用，即打滑，这样发动机的转矩就不能从驱动齿轮传给电枢，从而防止了电枢超速飞散的危险,2.摩擦片式单向离合器,摩擦片式单向离合器是利用分别与两个零件关联的主动摩擦片和被动摩擦片之间的接触和分离，通过摩擦片实现扭矩传递和打滑的。,1-外接合鼓；2-螺母；3-弹性圈；4-压环；5-调整垫圈； 6-被动摩擦片；7、12-卡环；8-主动摩擦片；9-内接合鼓；10-花键套筒；11-移动衬套；13-缓冲弹簧；14-挡圈,3.弹簧式单向离合器,弹簧式单向离合器是利用与两个零件关联的扭力弹簧的粗细变化，通过扭力弹簧实现扭矩传递和打滑的。,1-驱动齿轮；2-挡圈；3-月形键；4-扭力弹簧；5-护套； 6-花键套筒； 7-垫圈；8-缓冲弹簧；9-移动衬套；10-卡簧,第四节 起动机的控制装置,起动机的控制装置通常由主开关、拨叉、操纵元件和回位弹簧等组成。通过操纵元件和回位弹簧，利用主开关，控制起动机主回路的接通和断开；利用拨叉，控制单向离合器，使驱动齿轮进入和退出与飞轮的啮合。,1.控制原则,为了充分发挥起动机和蓄电池的性能，起动机控制装置应遵循如下基本原则： （1）“先啮合后接通”的原则。即首先使驱动齿轮进入啮合，然后使主开关接通，以免驱动齿轮在高速旋转过程中进行啮合，引起打齿并且啮合困难。 （2）“高起动转速”原则。即起动机控制装置应尽量减少甚至不消耗蓄电池电能，以便使蓄电池的电能尽可能多的用于起动电机，提高起动转速。 （3）切断主电路后，驱动齿轮能迅速脱离啮合。,2.结构和原理,操纵元件及其工作方式的不同使起动机的控制装置分为机械式和电磁式两种型式。 机械式控制装置检修方便，并且机械操纵不消耗电能，有利于提高起动转速；但是驾驶员劳动强度大、不宜远距离操纵，故目前应用较少。 电磁式控制装置操纵方便，工作可靠，并适合远距离操纵，故目前被广泛应用。,（1）机械式控制装置,机械式控制装置的结构：,1、2-主接线柱；3-主接触盘；4、10-辅助接线柱； 5-辅助接触盘；6-外壳；7-推杆；8-拨叉；9-顶压螺钉,起动发动机时: 驾驶员踩下起动踏板（或拉紧起动拉杆），通过杆系推动拨叉，拨叉一方面推动单向离合器沿电枢轴移动，使驱动齿轮与飞轮啮合，同时拨叉上的顶压螺钉9顶着推杆向左移动，使两接触盘先后将辅助接线柱和主接线柱接通，辅助接线柱被接通时，点火线圈的附加电阻被隔除，克服起动时由于蓄电池端电压急剧下降对点火装置工作的影响，改善发动机的起动性能；主接线柱（主开关）接通时，起动机通电带动发动机运转。,发动机起动后: 放松起动踏板或拉杆，在复位弹簧的作用下，拨叉推动单向离合器回位，驱动齿轮退出啮合；同时，顶压螺钉离开推杆，两接触盘在回位弹簧的推动下与主辅接线柱脱开，主开关断开，起动机主电路被切断，起动机停止运转，同时，点火线圈的附加电阻也串在点火系的电路中。,（2）电磁式控制装置,电磁式控制装置，俗称电磁开关，结构如图中的点划线框内部分所示。,起动发动机时: 接通总开关，按下起动按钮，其电流通路为： 蓄电池正极主接线柱14电流表总开关起动按钮接线柱7(吸拉线圈主接线柱15电动机)/(保持线圈)搭铁蓄电池负极。,主开关接通后，电流通路为：蓄电池+ 主接线柱14(电流表等接线柱保持线圈)/(接触盘主接线柱15电动机 )搭铁蓄电池负极。,发动机起动后: 在松开起动按钮的瞬间，吸拉线圈和保持线圈是串联关系，两线圈所产生的磁通方向相反，互相抵消，于是活动铁心在回位弹簧的作用下迅速回位，驱使驱动齿轮退出啮合，接触盘在其右端小弹簧的作用下脱离接触，主开关断开，切断了起动机的主电路，起动机停止运转。,第五节 起动系统的控制电路,采用电磁操纵起动机的汽车起动系统，按其控制电路的不同分为开关直接控制、起动继电器控制和复合继电器控制三种型式。下面分别结合实例对有关起动系统的组成和工作过程进行介绍。,1. 开关直接控制,开关直接控制是指起动机由钥匙开关或起动按钮直接控制，起动系统由蓄电池、起动机、起动开关、连接导线组成，主要特点是线路简单、检查方便。许多柴油车和部分起动机功率较小的汽油车如桑塔纳轿车、奥迪100型轿车等都采用这种起动系统。,桑塔纳轿车起动系统线路图，起动系统工作由钥匙开关（点火开关）直接控制，工作过程如下：,1-点火开关；2-红色线；3-红/黑色线