汽車啟動系統(tǒng)-課件

第3章起動系統(tǒng)蒼溪職中鄧通第3章起動系統(tǒng)本章主要內容起動機的組成和作用起動機的結構和工作原理起動機的傳動機構和電磁操縱機構起動系統(tǒng)的電路實例起動機的實驗與檢修本章主要內容起動機的組成和作用1.電磁基本定律

左手定則：

通電導體在磁場中受到力的作用，其受力方向可以用左手法則判定。I---電流方向

f---電磁力方向

B---磁感應強度

1.電磁基本定律

左手定則：I---電流方向f--汽車啟動系統(tǒng)-課件右手定則：導體在磁場中做切割磁力線的運動，則在導體的兩端將產(chǎn)生感應電動勢，其方向可用右手法則判定。右手定則：導體在磁場中做切割磁力線的運動，則在導體的兩端將直流電機的工作原理其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定部分還有電刷。轉動部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組(電樞)。直流電機的工作原理其中，固定部分有磁鐵，這里稱作主磁極；固定線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構成的整體稱為換向器。換向器固定在轉軸上，換向片與轉軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片汽車啟動系統(tǒng)-課件給兩個電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷A流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷B流出，根據(jù)電磁力定律，載流導體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉矩，使得轉子逆時針轉動。

給兩個電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷當電樞轉了180°后，導體cd轉到N極下，導體ab轉到S極下時，如上圖（b）所示的位置由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷A流入，經(jīng)導體cd、ab后，從電刷B流出。這時導體cd受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，導體ab受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉矩的方向仍為逆時針方向。它們產(chǎn)生的轉矩仍然使得轉子逆時針轉動。當電樞轉了180°后，導體cd轉到N極下，導體ab轉到S因此，電樞一經(jīng)轉動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導體ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時，總是從電刷B流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而形成一種方向不變的轉矩，使電動機能連續(xù)地旋轉。這就是直流電動機的工作原理因此，電樞一經(jīng)轉動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流汽車啟動系統(tǒng)-課件這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉矩的方向卻是不變的。轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。實用中的直流電動機轉子上的繞組也不是由一個線圈構成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機電磁轉矩的波動，繞組形式同發(fā)電機。這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和將直流電動機的工作原理歸結如下：將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導體有電流流過。

電機內部有磁場存在。

載流的轉子（即電樞）導體將受到電磁力f的作用（左手定則）

所有導體產(chǎn)生的電磁力作用于轉子，使轉子以n(轉/分)旋轉，以便拖動機械負載。將直流電動機的工作原理歸結如下：一、起動系的基本組成

圖2-1起動系基本組成1蓄電池2起動機3起動繼電器4點火開關5電流表起動系主要由：起動電源（蓄電池）、起動機、起動機控制電路組成。一、起動系的基本組成3.1起動系統(tǒng)的組成和作用起動機的作用是將蓄電池的電能轉變成電磁轉矩，驅動發(fā)動機，使發(fā)動機起動工作。3.1起動系統(tǒng)的組成和作用起動機的作用3.2起動機的結構與工作原理3.2.1起動機的組成起動機一般由直流電動機、傳動機構和電磁操縱機構三部分組成3.2起動機的結構與工作原理3.2.1起動機的組成汽車啟動系統(tǒng)-課件起動機的組成：直流電動機用于將蓄電池輸入的電能轉換為驅動發(fā)動機轉動的機械動力（電磁轉矩）。傳動機構用于將電動機的動力（電磁轉矩）傳遞給發(fā)動機飛輪，并在發(fā)動機起動后自動斷開發(fā)動機向起動機的逆向動力傳遞。電磁開關控制起動機驅動齒輪與發(fā)動機飛輪的嚙合與分離以及電動機電路的通斷；

起動機的組成：3.2.2直流電動機的結構和工作原理1.直流電動機的結構汽車用起動電動機一般為串勵式直流電動機，主要由電樞（轉子）、換向器、磁極（定子）以及機殼等部件組成。3.2.2直流電動機的結構和工作原理1.直流電動機的結構汽車啟動系統(tǒng)-課件（1）電樞總成作用：通入電流后，在磁極磁場的作用下產(chǎn)生電磁轉矩；組成：鐵心、電樞繞組、電樞軸瓦換向器：銅片，云母片（1）電樞總成（1）電樞與換向器電樞由電樞軸、電樞鐵心和電樞繞組等組成鐵心由外圓帶槽的硅鋼片疊制而成，通過內圓花鍵槽固定在電樞軸上，電樞繞組嵌裝在鐵心的槽內。流經(jīng)電樞繞組的電流很大，一般為200～600A，故電樞繞組采用較粗的矩形裸銅線繞制，并用絕緣紙隔開。各繞組的端子與換向器銅片焊接，使各電樞繞組形成串聯(lián)（1）電樞與換向器電樞由電樞軸、電樞鐵心和電樞繞組等組成換向器在直流電動機中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機的關鍵部件之一。換向器由許多具有鴿尾形的換向片排成一個圓筒，其間用云母片絕緣，兩端再用兩個V形環(huán)夾緊而構成。每個電樞線圈首端和尾端的引線，分別焊入相應換向片的升高片內。換向器由銅片和云母片疊壓而成，壓裝在電樞軸的一端，云母片使銅片間、銅片與軸之間均絕緣。換向器在直流電動機中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機（1）電樞與換向器（1）電樞與換向器（2）磁極磁極由固定在機殼上的鐵心和纏繞在鐵心上的磁場繞組組成。磁極的作用是建立磁場，一般多為4個磁極。功率超過7.35kW的起動機也有用6個磁極的。（2）磁極磁極由固定在機殼上的鐵心和纏繞在鐵心上的磁場繞組組磁極磁極鐵心靠近轉子一端的擴大的部分稱為極靴，它的作用是使氣隙磁阻減小，改善主磁極磁場分布，并使勵磁繞組容易固定。主磁極上裝有勵磁繞組，整個主磁極用螺桿固定在機座上。主磁極的個數(shù)一定是偶數(shù)，勵磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按N，S極交替出現(xiàn)。磁極磁極鐵心靠近轉子一端的擴大的部分稱為極靴，它的作用是使氣磁路就是磁極磁通經(jīng)過的路徑。兩極電機的磁路：磁通經(jīng)過磁極，電樞鐵心，定子磁軛磁路就是磁極磁通經(jīng)過的路徑。磁路有幾個磁極就有幾個磁路從N極出來的磁通分兩路經(jīng)過外路的氣隙和電樞鐵心，各向一個S極磁路有幾個磁極就有幾個磁路勵磁電流所產(chǎn)生的磁通及其磁路當電機勵磁線圈接線正確并通入勵磁電流時，就在電機的各個磁極上交替出現(xiàn)N和S極。以一對磁極來看，磁通由一個主磁極（N極）出來，經(jīng)過空氣隙和電樞齒，便分左右兩路經(jīng)過電樞軛，再經(jīng)過電樞齒和空氣隙，進入相鄰的S極，然后從定子磁軛回到N極而自成閉路。當電樞旋轉時，電樞繞組就切割主磁通產(chǎn)生感應電勢；若電樞繞組中有電流通過時，則主磁通與載流導體相互作用產(chǎn)生轉矩。勵磁電流所產(chǎn)生的磁通及其磁路當電機勵磁線圈接線正確并通入勵磁磁場繞組與電樞繞組串聯(lián)，用矩形裸銅線繞制。不管采用哪一種連接方式，4個或6個磁場繞組所產(chǎn)生的磁極應該是相互交錯的。磁場繞組與電樞繞組串聯(lián)，用矩形裸銅線繞制。不管采用哪一種連接直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。

根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型:有他勵、并勵、串勵、復勵和永磁等形式。

直流電機的勵磁方式直流電機的勵磁方式是他勵電動機

他勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個電源供電。他勵電動機由于采用單獨的勵磁電源，設備較復雜。但這種電動機調速范圍很寬，多用于主機拖動中。他勵電動機

他勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個電源并勵電動機并勵電動機的勵磁繞組是和電樞繞組并聯(lián)后由同一個直流電源供電，這時電源提供的電流I等于電樞電流Ia和勵磁電流If之和，即I=Ia+If。

適用于恒壓工作場合。并勵電動機并勵電動機的勵磁繞組是和電樞繞組并聯(lián)后由同一個串勵電動機串勵電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)之后接直流電源。串勵電動機勵磁繞組的特點是其勵磁電流If就是電樞電流Ia，這個電流一般比較大，所以勵磁繞組導線粗、匝數(shù)少，它的電阻也較小。串勵電動機串勵電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)之后接直流電源。復勵電動機

這種直流電動機的主磁極上裝有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，另一個與電樞繞組并聯(lián)，所以復勵電動機的特性兼有串勵電動機和并勵電動機的特點，所以也被廣泛應用。復勵電動機

這種直流電動機的主磁極上裝有兩個勵磁繞組，一個與電刷與電刷架其作用是將電流引入電動機。電刷一般用銅粉和石墨粉壓制而成，以減小電阻同時增加耐磨性。電刷裝在電刷架中，借彈簧壓力緊壓在換向器上。電動機內裝有四個電刷架，其中兩個電刷架與機殼直接相連而搭鐵，稱為搭鐵電刷架。電刷與電刷架其作用是將電流引入電動機。電刷一般用銅粉和石墨粉

二、傳動機構起動機的傳動機構又稱嚙合機構或嚙合器，其主要組成部分是單向離合器。1、單向離合器作用

——是起動時將電樞的電磁轉矩傳遞給發(fā)動機飛輪，而在發(fā)動機起動后，就立即打滑，以防止發(fā)動機飛輪帶動起動機電樞高速旋轉而造成飛散事故。即具有單向傳遞動力的作用。起動機單向離合器分類：滾柱式、摩擦片式、扭簧式、棘輪式等幾種型式。二、傳動機構起動機的傳動機構又稱嚙合機構或嚙合器，其主要1.滾柱式單向離合器1—驅動齒輪2—外殼3—十字塊4—滾柱5—壓帽與彈簧6—墊圈7—護蓋8—花鍵套筒9—彈簧座l0—緩沖彈簧11—移動襯套12—卡簧驅動齒輪與外殼——驅動飛輪齒圈十字塊與花鍵套筒——電樞軸驅動滾柱與彈簧——實現(xiàn)單向動力傳遞移動襯套由撥叉操縱使驅動齒輪和十字塊左右移動1.滾柱式單向離合器1—驅動齒輪2—外殼3—十字塊滾柱式單向離合器工作原理a）發(fā)動機起動時b）發(fā)動機起動后l—驅動齒輪2—外殼3—十字塊4—滾柱5—飛輪齒圈a）起動時驅動齒輪與齒圈嚙合，驅動外殼、滾柱相對十字塊順時針轉動，滾柱進入十字塊楔形槽的窄端十字塊與外殼楔成一體

b）起動后齒圈驅動齒輪，外殼、滾柱相對十字塊逆時針轉動滾柱式單向離合器工作原理a）發(fā)動機起動時b）發(fā)動機起動滾柱式單向離合器工作原理a)起動時傳遞電磁轉矩b)起動后打滑

1十字塊2彈簧及活柱3楔形槽4單向離合器外殼5驅動齒輪6飛輪7活柱8滾柱滾柱式單向離合器工作原理2.摩擦片式單向離合器1—驅動齒輪與外接合鼓2—螺母3—彈性圈4—壓環(huán)5—調整墊圈6—被動摩擦片7、12—卡環(huán)8—主動摩擦片9—內接合鼓10—花鍵套筒11—移動襯套13—緩沖彈簧14—擋圈驅動齒輪、外接合鼓、從動摩擦片同步運轉花鍵套筒、內接合鼓、主動摩擦片同步運轉電樞軸與花鍵套筒左螺旋花鍵聯(lián)接移動襯套由撥叉操縱2.摩擦片式單向離合器1—驅動齒輪與外接合鼓2—螺母2.摩擦片式單向離合器1—驅動齒輪與外接合鼓2—螺母3—彈性圈4—壓環(huán)5—調整墊圈6—被動摩擦片7、12—卡環(huán)8—主動摩擦片9—內接合鼓10—花鍵套筒11—移動襯套13—緩沖彈簧14—擋圈a）起動時內接合鼓、花鍵套筒相對旋轉而左移，從而使主、被動摩擦片壓緊而傳遞動力

b）起動后內接合鼓、花鍵套筒相對旋轉而右移，從而使主、被動摩擦片松開而中斷動力2.摩擦片式單向離合器1—驅動齒輪與外接合鼓2—螺母驅動齒輪和離合器的外接合鼓制成一體，內接合鼓靠三線螺旋花鍵套裝在花鍵套筒的左端，花鍵套筒則通過內螺旋花鍵套裝在電樞軸的花鍵部分。主動摩擦片的內圓有4個凸起，嵌入內接合鼓外圓的4個直槽中。從動摩擦片的外圓有4個凸起，嵌入外接合鼓內圓的4個直槽中。內接合鼓可沿花鍵套筒左右移動驅動齒輪和離合器的外接合鼓制成一體，內接合鼓靠三線螺旋花鍵套（3）扭簧式單向離合器（3）扭簧式單向離合器三、起動機電磁操縱機構電磁開關電磁開關的作用：是控制起動機驅動齒輪與飛輪的嚙合與分離，以及電動機電路的通斷三、起動機電磁操縱機構電磁開關電磁開關的作用：是控制起動機驅起動機電磁開關的組成1—驅動齒輪2—回位彈簧3—撥叉4—活動鐵心5—保持線圈6—吸拉線圈7—電磁開關接線柱8—起動開關9—鐵心套筒10—接觸盤

11、12—接線柱13—蓄電池14—電動機起動機電磁開關的組成1—驅動齒輪2—回位彈簧3—撥叉起動機電磁開關的工作原理（1）接通起動開關后，吸拉線圈和保持線圈通電，在電磁力的共同作用下，使活動鐵心克服彈簧力右移，活動鐵心帶動撥叉移動，將驅動齒輪推向飛輪。當驅動齒輪與飛輪嚙合時，接觸盤也被活動鐵心推至與觸點接觸位置，使起動機通電運轉。接觸盤接通觸點后，吸拉線圈被短路，活動鐵心靠保持線圈的電磁力保持其嚙合位置。起動機電磁開關的工作原理（1）接通起動開關后，吸拉線圈和保持起動發(fā)動機時，接通起動開關，吸拉線圈和保持線圈的電路被接通，其電流通路為：蓄電池正極-----接線柱11-----電流表----啟動開關-----接線柱7------吸拉線圈保持線圈----接線柱12---搭鐵----蓄電池負極；起動發(fā)動機時，接通起動開關，吸拉線圈和保持線圈的電路被接通，主開關接通后，吸拉線圈被短路，電磁開關的工作位置靠保持線圈的吸力來維持，同時蓄電池經(jīng)過主開關給電動機的勵磁繞組和電樞繞組提供大的啟動電流，使電樞軸產(chǎn)生足夠的電磁力矩，帶動曲軸旋轉而起動發(fā)動機，其電流通路為：蓄電池正極-----主接線柱11---接觸盤—主接線柱12------電動機----搭鐵----蓄電池負極蓄電池正極-----主接線柱11----接線柱7------保持線圈----搭鐵----蓄電池負極主開關接通后，吸拉線圈被短路，電磁開關的工作位置靠保持線圈的起動機電磁開關的工作原理（2）發(fā)動機起動后，斷開起動開關，由于吸引線圈產(chǎn)生了與保持線圈相反方向的磁通，兩線圈電磁力相互抵消，活動鐵心在彈簧力的作用下回位，使驅動齒輪退出嚙合狀態(tài)；接觸盤同時回位，切斷起動機電路，起動機便停止工作。起動機電磁開關的工作原理（2）發(fā)動機起動后，斷開起動開關，由汽車啟動系統(tǒng)-課件2、減速機構

減速起動機在電樞和驅動齒輪之間設有減速機構，速比一般為2~4。在起動機電機軸與驅動齒輪之間裝有減速器的起動機稱為減速起動機。減速起動機可以解決直流電動機轉速高與汽車發(fā)動機要求起動轉矩大的矛盾。

減速起動機減速機構有：（1）外嚙合式（2）內嚙合式（3）行星齒輪嚙合式2、減速機構減速起動機在電樞和驅動齒輪之間設有減速機構，速（1）外嚙合式減速機構特點：傳動中心距較大，受起動機結構限制，減速比不能太大，用于小功率起動機。（1）外嚙合式減速機構特點：傳動中心距較大，受起動機結構限制（2）內嚙合式減速機構特點：傳動中心距較小，有較大減速比，用于大功率起動機。（2）內嚙合式減速機構特點：傳動中心距較小，有較大減速比，汽車啟動系統(tǒng)-課件（3）行星齒輪嚙合式減速機構特點：結構緊湊、傳動比大、效率高；輸出軸與電樞軸同心、同旋向，電樞軸無徑向載荷，可使整機尺寸減小。（3）行星齒輪嚙合式減速機構特點：結構緊湊、3.4.1減速起動機按齒輪的嚙合方式不同，可分為外嚙合式減速器、內嚙合式減速器和行星齒輪減速器三種

行星齒輪減速器，兩軸中心線重合，有利于起動機的安裝；因扭力負載平均分布在幾個行星齒輪上，故可采用塑料內齒圈和粉末冶金的行星齒輪，既減輕了起動機重量又抑制了噪聲，應用較廣泛。

3.4.1減速起動機按齒輪的嚙合方式不同，可分為外嚙合式3.4.2永磁起動機用永磁材料制成起動機的磁極，以取代原有的磁場繞組和磁極鐵心的起動機稱為永磁起動機。具有起動機的體積和質量小，機械特性和換向性能得到改善，使換向火花造成的高頻干擾減小，起動機的工作可靠性提高。永磁材料隨著使用時間的加長，會產(chǎn)生退磁現(xiàn)象，僅限于小功率起動機應用。在永磁起動機電樞軸與驅動齒輪之間加裝減速器，就產(chǎn)生了永磁減速起動機。3.4.2永磁起動機用永磁材料制成起動機的磁極，以取代3.4.2永磁起動機1—驅動齒輪2—滾柱式單向離合器3—傳動叉4—回位彈簧5—起動開關6—電磁開關7—磁極8—蓄電池9—電樞3.4.2永磁起動機1—驅動齒輪2—滾柱式單向離合器3.5汽車起動系統(tǒng)電路實例分析3.5.1解放CA1091汽車起動系統(tǒng)電路CA1091汽車使用QD151、QD1518、QD124A或QD124H等型號電磁嚙合式起動機。CA1091K2型柴油車則使用QD25型減速式起動機。3.5汽車起動系統(tǒng)電路實例分析3.5.1解放CA1解放CA1091汽車起動系統(tǒng)電路工作過程當點火開關接至起動檔（Ⅱ檔）時，起動繼電器線圈通電使電磁開關電路接通，起動機運轉；發(fā)動機起動后，松開點火開關，鑰匙自動返回點火檔Ⅰ檔，起動機停止運轉；發(fā)動機起動后，點火開關沒能及時返回Ⅰ檔，復合繼電器進行啟動保護，起動機便自動停止工作。解放CA1091汽車起動系統(tǒng)電路工作過程當點火開關接至起動檔3.5.2桑塔納轎車起動系統(tǒng)電路上海桑塔納轎車采用QD1225型永磁起動機。其主要工作過程是：點火開關接通電源，由紅/黑色導線從點火開關上“50”接線柱送至中央線路板B8接點，再接通中央線路板C18接點，接至起動機“50”接線柱。3.5.2桑塔納轎車起動系統(tǒng)電路上海桑塔納轎車采用QD13.5.3上海別克汽車起動系統(tǒng)電路裝備了起動防盜系統(tǒng)當用鑰匙將點火開關調到起動（START）位置時，位于點火鎖芯總成的遙控接收器傳感器將產(chǎn)生模擬電壓信號，該信號送入BCM。該模擬電壓信號對各車輛為一個特定值，其值隨車輛的不同而不同。當起動發(fā)動機時，BCM將會比較預設定儲存的模擬電壓信號與從傳感器來的信號，若兩個信號一致，BCM就會通過2級串行數(shù)據(jù)線發(fā)送燃油起動口令給PCM，PCM啟動起動繼電器，從而允許將燃油輸送到發(fā)動機。3.5.3上海別克汽車起動系統(tǒng)電路裝備了起動防盜系統(tǒng)3.5.3上海別克汽車起動系統(tǒng)電路啟動保護：選檔桿只有在P、N位置時方能啟動3.5.3上海別克汽車起動系統(tǒng)電路啟動保護：2.直流電動機的工作原理由于換向器的作用，在N極和S極間的導體電流方向保持不變，電磁力形成的轉矩方向保持不變，使電樞始終按同一方向轉動。2.直流電動機的工作原理由于換向器的作用，在N極和S極間的由于一個線圈所產(chǎn)生的轉矩不夠大，且轉速不穩(wěn)定，因此電動機的電樞上繞有多組線圈，換向器的片數(shù)也隨線圈的增加而相應增加，電動機轉矩為M=CmIsФ式中Cm——電機常數(shù)與電機的結構有關；IS——電樞電流；Ф——磁極磁通。由于一個線圈所產(chǎn)生的轉矩不夠大，且轉速不穩(wěn)定，因此電動機的電起動機轉速與電樞電流的關系當直流電動機接入電源時，產(chǎn)生的電磁轉矩使電樞旋轉，而電樞旋轉時其繞組切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢，稱為反電動勢Ef，其大小為

Ef=CmФn

電壓平衡方程式為

U=Ef+IsRS+IsRL

由上式可得起動機轉速與電樞電流的關系當直流電動機接入電源時，產(chǎn)生的電磁由起動機轉速與電樞電流的關系式