汽車電工電子基礎（第3版） 課件 3.3汽車起動機繼電器控制電路

3.4起動機繼電器控制電路實驗項目三:電的磁效應及應用汽車起動系統(tǒng)起動機控制起動機的設計起動機的組成及各部分的作用1234起動系統(tǒng)的組成5起動系統(tǒng)電路工作原理6實施項目71.汽車起動系統(tǒng)汽車發(fā)動機要以自身動力持續(xù)運轉的前提是：發(fā)動機在做功沖程時存儲足夠多的動力在飛輪上，用以完成其他三個沖程的動力消耗。因此，在汽車起動前必須借助外力使飛輪達到一定轉速，常溫下需要達到120r/min。常用的起動方式有人力和電力兩種，人力起動簡單，但不方便，勞動強度大；電力起動操作方便，迅速可靠，重復能力強，所以在現(xiàn)代汽車上被廣泛采用，如圖3-10。圖3-10汽車電力起動系統(tǒng)2.起動機控制點火開關用來接通起動機控制電路并且控制全車的用電器工作。汽車的點火開關裝在轉向柱上，通常有五個擋位。起動機的起動電流非常大，通常在100～300A，即使采用點火開關和起動繼電器都難以控制。為此，汽車上設計了以較小電流（約3～5A）控制起動繼電器，經起動繼電器進一步控制起動機的電磁開關（相當于一個大功率繼電器），再通過電磁開關的大面積接觸盤來控制直流電動機的通斷，如圖3-11，點火開關的ST端子控制起動繼電器的線圈側的通斷。起動繼電器的負載端連接到起動機電磁開關的50端子上，故50端子是否供電是受起動繼電器線圈的控制。50端子供電的通斷會影響起動機電磁開關是否吸合，由于起動機上C端子連接到直流電動機的勵磁繞組，而C端子是否供電又受控于電磁開關是否吸合到位（電磁開關的接觸盤是否將C端子和蓄電池的起動電纜接上）。2.起動機控制圖3-11由點火開關與繼電器聯(lián)合控制的汽車起動電路3.起動電動機起動機并非是簡單的低壓12V直流電動機，它還由電磁開關和傳動機構組成。由于起動機需要帶動發(fā)動機的飛輪旋轉，起動機與飛輪齒圈采用齒輪傳動，但其兩者之間不能一直嚙合，因此起動發(fā)動機需要設計一個強力電磁閥（即電磁開關）。起動時，在電磁開關的強大吸力作用下讓起動機的小齒輪快速彈出并保持在與飛輪嚙合的位置，直到點火開關離開起動位。另外，起動機還有傳動機構負責把直流電動機進行減速增扭，以提高轉動力矩推動汽車行走。4.起動機的組成及各部分的作用起動機結構如圖3-12所示，是起動系統(tǒng)的主要組成部分，由直流串勵式電動機、傳動機構和電磁開關三部分組成。直流串勵式電動機的作用是產生電磁轉矩，傳動機構的作用是在起動發(fā)動機時使起動機小齒輪與飛輪齒圈嚙合，將起動機的轉矩傳遞給發(fā)動機飛輪；在發(fā)動機起動后又能使起動機小齒輪自動空轉或與飛輪齒圈脫離嚙合，電磁開關的作用是用來接通和切斷直流串勵式電動機與蓄電池之間的電路。對于汽油發(fā)動機，有些起動機的電磁開關還具有在起動發(fā)動機時短路點火線圈附加電阻的作用。圖3-12起動機結構

直流電動機是將電能轉化為機械能的裝置，其功用是產生發(fā)動機起動時所需要的旋轉力矩，它由轉子（電樞）、定子（磁極）、電刷與前后端蓋組成，如圖3-13所示。圖3-13直流串勵式電動機的結構1-端蓋2-電刷和電刷架3-磁場繞組4-磁極鐵芯5-機殼6-電樞7-后端蓋（1）起動機的直流電機

電樞由電樞軸、電樞繞組、換向器、鐵芯等組成，如圖3-14所示，其作用是產生電磁轉矩。電樞鐵芯由硅鋼片疊成后固定在軸上，鐵芯外圍均開有線槽，用以放置電樞繞組。1）電樞圖3-14電樞的結構圖

磁極的作用是產生磁場的，由鐵芯和勵磁繞組構成。為增大磁場強度，大多數起動機采用4個磁極。通過螺釘將磁極鐵芯固定在電動機的外殼上，磁極與磁路如圖3-15所示。勵磁繞組與電樞繞組的圖3-16所示。2）磁極圖3-15磁極與磁路圖3-16勵磁繞組與電樞繞組

電刷與電刷架的作用是將電流引入電動機使電樞產生定向轉矩。電刷一般是用銅和石墨粉壓制而成，有利于減小電阻及增加耐磨性。電刷裝在電刷架中，借彈簧壓力壓在換向器上，如3-17所示。一般電動機內裝有4個電刷，其中2個電刷直接搭鐵，稱搭鐵電刷。3）電刷與電刷架圖3-17電刷及電刷架

電磁開關的本質是強力電磁閥，主要由吸引線圈、保持線圈、活動鐵芯、接觸盤等組成。電磁開關設計有三大作用，其一是利用吸引線圈產生的強大吸力與保持線圈的吸力共同將起動機的小齒輪彈出，克服多種阻力后與飛輪齒圈嚙合，驅動飛輪快速旋轉。其二是在小齒輪與飛輪有效嚙合后，由保持線圈的吸力維持現(xiàn)有的嚙合位置，吸引線圈由于現(xiàn)有位置的原因已被短路棄用以節(jié)約電能。其三由于現(xiàn)有位置的接觸盤會將起動電纜和直流電機接通，起到繼電器的作用。

具體結構和電路如圖4-9示：吸引線圈與電動機串聯(lián)，保持線圈與電動機并聯(lián)，直接搭鐵?；顒予F芯一端通過接觸盤控制主電路的導通；另一端通過撥叉控制驅動齒輪的嚙合。在起動機電磁開關上有三個接線柱：主接線柱30端子（接蓄電池的起動電纜線），起動接線柱50端子（接點火開關起動檔或起動繼電器），直流電機C端子（接電機勵磁繞組）。（2）電磁開關圖3-18磁開關的結構和電路

起動機的傳動機構通常由行星齒輪減速器和單向離合器組成，減速器的作用是減速增扭，以提高推動飛輪的扭矩。單向離合器的作用是，在起動時將電樞產生的電磁轉矩傳遞給發(fā)動機飛輪；而當發(fā)動機起動后，單向離合器立刻打滑，防止發(fā)動機飛輪帶動電樞高速旋轉，造成電樞繞組“飛散”。

圖3-20所示為傳動機構的工作示意圖，a）所示為起動機不工作時所處的位置；圖b）所示為在電磁開關的作用下，驅動齒輪與飛輪齒圈正在嚙合，此時起動機的主電路還沒有接通；圖c）所示為驅動齒輪與發(fā)動機飛輪完全嚙合，主電路接通，電樞軸開始帶動發(fā)動機曲軸旋轉。發(fā)動機起動后，驅動齒輪與飛輪齒圈仍處于嚙合狀態(tài)，單向離合器打滑，驅動齒輪在飛輪的帶動下空轉。起動結束后，驅動齒輪在電磁開關的作用下，與發(fā)動機飛輪齒圈脫離嚙合。（3）傳動機構圖3-20傳動機構工作示意圖a）起動機靜止狀態(tài)b）驅動齒輪與飛輪正在嚙合c）完全嚙合1-飛輪2驅動齒輪3-單向離合器4-撥叉5-活動鐵芯6-電磁開關7-電樞

常用的滾柱式單向離合器的原理是通過改變滾柱在楔形槽中的位置來實現(xiàn)分離和結合的，其結構如圖4-11所示。

其工作過程如下：當起動機開始工作時，撥叉撥動移動襯套9，使驅動齒輪1與發(fā)動機飛輪齒圈嚙合，滾柱在摩擦力矩的作用下，滾入楔形槽的窄端而卡死（如圖4-11a），于是驅動齒輪1和傳動套筒10為一個整體，帶動飛輪，起動發(fā)動機。當發(fā)動機起動后，發(fā)動機飛輪帶動驅動齒輪1旋轉，外殼2的轉速高于十字塊3的轉速，此時，滾柱滾向楔形槽的寬端而打滑（如圖4-11b）。這樣發(fā)動機的轉矩就不能逆向傳回起動機。圖4-11滾柱式單向離合器1-外殼2-滾柱擋板3-滾柱彈簧4-銅套5-驅動齒輪6-滾柱8-彈簧9-離合器外環(huán)圖3-20傳動機構工作示意圖a）起動機靜止狀態(tài)b）驅動齒輪與飛輪正在嚙合c）完全嚙合1-飛輪2驅動齒輪3-單向離合器4-撥叉5-活動鐵芯6-電磁開關7-電樞（3）傳動機構5.起動系統(tǒng)的組成

起動系統(tǒng)是由蓄電池、點火開關、空檔起動開關（離合器開關）、起動繼電器、保險絲、起動機等組成，如圖3-21的豐田VIOS轎車的起動系統(tǒng)。起動機在點火開關和起動繼電器的控制下，將蓄電池的電能轉化為機械能，帶動發(fā)動機飛輪齒圈使曲軸轉動，完成發(fā)動機的起動。請完成該電路的分析。圖3-21

豐田VIOS轎車的起動系統(tǒng)電路圖6.起動系統(tǒng)電路工作原理

起動機的工作過程：

（1）起動時，將點火開關打到起動檔（ST），電磁開關的吸引線圈和保持線圈通電，產生強大的吸力，迫使電磁開關的活動鐵心移動使接觸盤將30端子和C端子可靠相接。電路圖如3-22所示，其電路如下：圖3-22電磁開關的結構與工作原理1-主接線柱2-附加電阻短路接線柱3主接線柱4點火開關5-起動接線柱6-接觸盤7吸引線圈8-保持線圈9-活動鐵芯10-調節(jié)螺釘11-撥叉12-單向離合器13-驅動齒輪14-飛輪此時，吸引線圈與保持線圈的電流繞向相同，磁場方向相同，活動鐵芯9在兩個線圈磁場力的共同作用下克服回位彈簧的作用向左移動，通過撥叉11使驅動齒輪13與發(fā)動機飛輪14嚙合。當驅動齒輪與飛輪嚙合后，接觸盤6將主接線柱1、3內側觸頭接通，于是起動機的主電路接通（電流為200～600A），電路如下：蓄電池正極→主接線柱3→接觸盤6→主接線柱1→勵磁繞組→電刷→電樞繞組→電刷→搭鐵。這時直流電動機產生電磁轉矩，通過單向離合器帶動曲軸旋轉，起動發(fā)動機。

（2）發(fā)動機起動后，單向離合器打滑。

（3）松開點火開關，點火開關從起動檔（ST）回到點火檔（IG），這時從點火開關到起動接線柱5之間已沒有電流，吸引線圈與保持線圈的電路變?yōu)椋?/p>

蓄電池正極→主接線柱3→接觸盤6→主接線柱1→吸引線圈7→保持線圈8→搭鐵。

此時，由于吸引線圈與保持線圈的電流繞向相反，磁場方向相反，磁吸力相互抵消，因此，活動鐵芯在回位彈簧的作用下，迅速右移，使主電路斷開，驅動齒輪與飛輪脫離嚙合，起動機停止工作。

在接觸盤6接通主電路之前，由于電流經吸引線圈到勵磁繞組與電樞繞組，所以電樞產生了一個較小的電磁轉矩，使驅動齒輪在緩慢旋轉狀態(tài)下與飛輪平穩(wěn)嚙合。主電路接通后，吸引線圈被短路，活動鐵芯的位置由保持線圈產生的磁吸力來保持；

主電路接通的同時，接觸盤將接線柱2接通，使點火線圈的附加電阻短接，提高點火電壓?，F(xiàn)在附加電阻已經很少采用，所以這個接線柱或不接線，或已經取消。7.項目實施1）拆裝檢測起動機。2）起動機整機性能檢測。3）起動繼電器檢測。4）豐田VIOS起動電路的線路分析與檢測并寫出排故方案。（1）任務布置（2）任務準備實訓指導書蓄電池萬用表起動機起動電纜檢測儀表

需要準備以下器材。步驟圖示工作頁1旋出防塵蓋固定螺釘，取下防塵蓋，用專用鋼絲鉤取出電刷；拆下電樞軸上止推圈處的卡簧。2用扳手旋出兩緊固穿心螺栓，取下前端蓋，抽出電樞。1）模擬汽車電動車窗升降電路（3）任務步驟步驟圖示工作頁3拆下電磁開關主接線柱與電動機接線柱間的導電片；旋出后端蓋上的電磁開關緊固螺釘，使電磁開關后端蓋與中間殼體分離。4從后端蓋上旋下中間支承板緊固螺釘，取下中間支承板，旋出撥叉軸銷螺釘，抽出撥叉，取出離合器。將已解體的機械部分侵入清洗液中清洗，電氣部分用棉紗沾少量汽油擦拭干凈。5用歐姆表檢查勵磁繞組兩電刷之間時，應導通。用歐姆表檢查勵磁繞組和定子外殼時，不應導通。步驟圖示工作頁6換向器和電樞線圈鐵心之間不應導通。7電樞繞組（即換向片與換向片間）的檢查，整流片之間應導通。8其失圓（即跳動量）不應超過0.03mm，最新的標準為0.02mm。步驟圖示工作頁9其跳動量不應大于0.08mm，否則應進行校正或更換電樞。10首先換向片應潔凈，無異物。絕緣片的深度為0.5～0.8mm，最大深度為0.2mm太高應使用銼刀進行修整。11檢查“＋”電刷架A和“－”電刷架B之間不應導通。若導通應進行電刷架總成的更換。步驟圖示工作頁11）吸引線圈性能測試①先把勵磁線圈的引線斷開。②按圖所示的方法連接蓄電池與電磁起動開關。注：驅動齒輪應能伸出，否則表明其功能不正常。22）保持線圈性能測試

按照圖中接線方法，在驅動齒輪移出之后從端子C上拆下導線。注：驅動齒輪仍能保留在伸出位置，否則表明保持線圈損壞或接地不正確。

2）起動機整機性能檢測步驟圖示工作頁33）驅動齒輪復位試驗

按照圖中接線，起動機運轉后拆下蓄電池負極接外殼的接線夾。

注：驅動齒輪能迅速返回原始位置即為正常。44)空載試驗①固定起動機；②按著圖示的方法連接導線；③檢查起動機應該平穩(wěn)運轉，同時驅動齒輪應移出；④讀取安培表的數值，應符合標準值；⑤斷開端子50后，起動機應立即停止轉動，同時驅動齒輪縮回。步驟圖示工作頁1依據起動繼電器內部電路檢測各個端子。22）直接檢測起動繼電器端子

1、3號端子導通，電阻小于50歐姆，否則線圈燒斷。