毕业设计（论文）-起动机匹配与检测研究.doc

专科生毕业设计（论文）摘 要当今汽车产业与时俱进，不断发展，汽车品牌众多，现如今购买者对汽车质量上的要求已不是很多，多数是汽车技术上的要求如速度，功率，启动效率等等。所以我们有必要对汽车启动系统的匹配进行研究。其中包括：汽车启动功率，最低启动转速，传动比等等。在汽车发动机起动时，如果机械出现故障可能引起交通事故和人身安全。起动机的研究现代汽车关于启动的故障问题，为了防止故障频繁出现。有必要对其进行研究。由于汽车产业发展推动着我们必须对汽车的启动系统进行研究。其作用一是是发动机怠速。因此好的启动系统能够迅速的启动与制动，通过检测汽车启动开关、变速箱档位、发动机转速，实现对汽车发动机起动过程检测和保护。起动保护器在发动机启动过程中通过采用逐个关闭打开负载系统，解决汽车发动机过程中因起动电流大而对汽车电源的冲击影响，延长电瓶的寿命。关键词:汽车；起动机；起动保护；匹配参数。AbstractTodays automotive industry with the times, the continuous development of numerous car brands, car buyers are now the quality of the request has not many, mostly automotive technical requirements such as speed, power, etc. Start Efficiency. So we need to match the car started to study the system. Including: automotive starting power, the minimum launch speed, transmission ratio and so on. When the car engine start, if not mechanical failure may cause traffic accidents and personal safety. Hyundai Motor Starter of the problem on the start of the fault, in order to prevent the frequent failures. The need to study it. As the auto industry driving the car that we have to start the system studied. First, its role is the engine idling. So good start system can start with the brake quickly, by detecting the auto start switch, transmission gear, engine speed, the car engine starting process to achieve detection and protection. Starter protector in the process of the engine start closing one by one to open the load through the use of the system to address the process of car engine starting current due to the great and the impact of the automobile power to extend battery life. Keywords: Automotive; starter; start protection; matching parameters目 录第1章 汽车起动机的技术特点及发展趋势51.1 汽车起动机的现状及发展趋势51.2汽车起动机的产品型式发展51.3汽车起动机相关技术的发展71.3.1起动机性能参数化分析7第2章 启动系统的工作原理及参数匹配112.1 汽车启动系统的组成及工作原理112.2起动机的参数匹配132.2.1 发动机的起动特性132.2.2 最低起动转速132.2.3 最大起动阻转矩132.2.4 起动功率142.3起动机性能要求确定152.3.1 从起动机到发动机的传动比152.3.2 启动机的类型152.3.3电磁开关16启动机工作原理18第3章 汽车启动系统的原理及检测电路193.1 汽车启动系统配套行业间技术沟通基本情况193.2 汽车起动主回路设计213.3 汽车起动控制回路设计22第4章 汽车起动机与启动系统的检测与研究234.1 汽车启动系统故障查找，排除与实例234.1.1 起动机不转234.1.2 起动机运转无力244.1.3起动机空转打滑254.1.4启动系统蓄电池电力不足254.1.5 起动机的更换264.1.6 起动机内部结构松动264.1.7 起动机内部结构润滑不够274.1.8 汽车行驶时突然断火274.2 汽车启动系统电路故障的查找274.2.1 全车没电故障的查找274.2.2 起动机没反应但仪表正常的故障查找294.2.3 起动机工作时发出“当”或“哒”的一声响后再无反应294.2.4 起动机连续出现“哒、哒、哒”的声音但不运转294.2.5 断开点火开关后起动机不能自行停止工作304.3 汽车启动系统主要部件的检测与调整304.3.1 起动系统主要部件的检查30第5章 结束语32参考文献33致谢3536专科生毕业设计（论文）第1章 汽车起动机的技术特点及发展趋势1.1 汽车起动机的现状及发展趋势汽车起动机是汽车起动系统的关键部件。它通过将蓄电池的电能转化为机械能 ,克服发动机阻力矩 ,将静止状态的发动机发动起来 ,使汽车能够进入正常运行。因此 ,其质量优劣将直接影响到汽车整车的起动和使用性能。汽车起动机同时又是一个有一定技术含量的机电一体化部件 ,其内部一般包括串激式直流电动机、 传动机构和控制装置等。由于起动机的功能重要而工作条件较差 ,故对其设计、 加工、 装配工艺及性能检测均有较高的要求。虽然我国汽车起动机的年产量巨大 ,行业规模也在不断扩大 ,但其整体产品质量和市场竞争力却处于一个相对低的水平。事实上 ,我国绝大多数汽车起动机制造厂家的现状是:(1) 在产品设计方面 ,没有完全自主的设计能力 ,对影响其产品性能的各种参数没有充分了解;(2) 在材料、 制造工艺水平、 质量提高方面依靠经验和实际试验较多 ,借助现代计算机辅助技术较少 ,故其产品质量优化周期较长; (3) 在起动机性能检测方面 ,集成度、 通用性、 自动化程度不高 ,有的还相当落后 ,处于手工或半自动检测的水平。因此 ,目前很有必要对国、 内外起动机及相关技术的发展研究概况进行总结 ,并针对我国汽车起动机行业的现状提出一些新的研究课题。1.2汽车起动机的产品型式发展随着汽车工业技术水平的不断进步 ,汽车起动机正朝着小型轻量化和装配自动化方向发展。现在汽车上广泛采用体积小、 转速高、 转矩大的起动机 ,这类起动机包括刚性啮合式起动机、 永磁起动机和减速型起动机等。其中 ,前两者主要用在安装空间较小的车辆上 ,用量不大 ,而减速型起动机则应用最广、 发展最快 ,代表着现在汽车起动机发展的主流。图1-1为减速型起动机系统的一般原理简图。当按下启动开关2 ,启动继电器线圈 3 和触点 4 吸合 ,吸引线圈9和保持线圈10的电路接通。其电路为: 蓄电池1正极 启动继电器 3、 4 电磁开关接线柱5 ,然后分两路。一路为保持线圈 10 搭铁 蓄电池负极;另一路为吸引线圈 9 起动机磁场绕组 20 搭铁 蓄电池负极。图1.1 减速型起动机系统的一般原理简图活动铁芯11在两个线圈吸力的共同作用下,克服复位弹簧13 的弹力而向左移动 ,带动拨叉 12 将单向离合器14推出与负载飞轮 15 啮合。由于此时吸引线圈的电流流经磁场绕组和电枢绕组 19 ,能产生一定的电磁转矩。所以单向离合器的小齿轮是在缓慢旋转的过程中与负载飞轮啮合的。在齿轮啮合好的同时 ,由于活动铁芯的继续向左运动 ,使得接触盘8 与主触点 7 接通 ,于是蓄电池的大电流流经起动机的电枢和磁场绕组 ,产生较大的转矩 ,起动机正常启动 ,带动发动机旋转启动发动机。与此同时 ,吸引线圈被短路 ,齿轮的啮合位置由保持线圈的吸力来保持。当发动机被启动、 松开启动开关的瞬间 ,保持线圈中的电流只能经吸引线圈构成回路。由于这两个线圈的绕向、 匝数相同 ,此时它们所产生的磁通方向相反而相互抵消 ,于是活动铁芯在复位弹簧的作用下回至原位 ,单向离合器小齿轮退出啮合 ,接触盘脱离与主触点的接触 ,切断主回路 ,起动机停止运转。由上可见 ,减速型起动机通过在电枢轴与传动轴之间增设一级减速机构 ,使得电机在同等输出功率的情况下可以将电枢转速提高 ,将转矩减小。这样 ,电机的尺寸、 材料消耗就可以大大减小 ,整个起动机可以被设计得精致而紧凑 ,同时还能使蓄电池的负担减轻。一般减速型起动机的传动比在 34左右 ,总质量比同等功率非减速型起动机减少约35 % ,总长度能减少约29 %左右。目前 ,我国减速型起动机的发展非常迅速 ,其产量已经达到汽车起动机年总产量的 60 %以上,并且还在逐年递增。但其质量水平难以显著提高 ,因为这与起动机相关技术的发展息息相关。1.3汽车起动机相关技术的发展1.3.1起动机性能参数化分析目前,与品质优化关于汽车起动机设计、 制造等方面的国外文献报道很少。国内在汽车起动机性能参数分析与品质优化方面的研究工作主要涉及汽车起动机的性能参数化分析、 电磁系统优化设计、 元件设计探讨、 质量问题与故障分析、 材料与制造工艺研究等内容。（1） 起动机性能参数化分析Chen Chaoying 等人在 1999 年建立了某起动机直流电磁系统的数学模型 ,并研究出了一种称为 R2K 2T 新的数值方法用于对该起动机的性能进行动态仿真。Ferraris L. 等人则针对多磁极感应汽车起动机 ,运用不同的方法对其铁损进行了参数化模拟和分析。在国内 ,1994年于明进通过对起动机试验过程进行理论建模 ,给出了对起动机空载性能试验和全制动性能试验进行数据分析的理论依据 ,并对各种测量结果及原因进行了全面分析 ,为正确评价起动机的技术状况及不解体检验起动机提供了依据。沐淮北也运用理论建模的方式 ,论述了影响起动机在冬季不容易启动的参数 ,提出使用硅整流器作为起动机的辅助电源 ,通过降低内阻、 提高电动势来改变起动机的固有特性的方法 ,文中还给出了相关的注意事项。1997年 ,马祥宏对影响起动机电磁功率及电磁转矩的因素进行了理论分析 ,阐述了两者与各影响因素之间的关系 ,并给出了调整起动机电磁功率和电磁转矩的具体措施。王秀和等人在1997年对永磁起动机的电磁场进行了参数化建模和分析,并开发了用于对永磁起动机进行电磁场分析的应用软件;1999 年 ,利用电磁场有限元分析法分析了永磁起动机电枢齿槽运动和换向过程对气隙磁通的影响,讨论了电机有关参数对不同磁极结构起动机气隙磁通波动的影响。（2）起动机优化设计国内王秀和、 王欣利等人先后于 1997 年、 2000年 ,分别运用 TUBE算法和遗传算法对永磁起动机的磁极进行优化设计与计算。贾宏新等人于2000年运用一种全局优化算法于带辅助极永磁起动机的设计,取得了较好的效果。浙江大学叶云岳等人在1998 年也出版了有关计算机辅助电机优化设计与制造的专著。对起动机的电磁部分进行优化设计和分析。但起动机的性能是与其整个机、 电、 磁系统结构密切相关的 ,关于对起动机整个机电系统进行多目标、 全性能优化建模与设计方面的研究几乎没有文献报道。（3）起动机CAE技术Nehl T.W.等人于1988年就开发了一个通用的有限元软件用于电机的辅助设计和电磁场分析。美国大型通用 CAE软件 ANSYS也开发集成了专门针对电磁场分析的模块软件。浙江大学电机系也于近几年相继开发了用于电机辅助设计的 2D、 3D 电磁场分析软件MagSmart。但国内、 外在运用 CAE软件对起动机整个机电系统进行有限元分析的研究报道不多。譬如如何运用 CAE软件对起动机内部机械传动系统进行有限元分析 ,如何辅助对从电磁开关、 拨叉机构、 离合器单元到驱动端盖进行最合理的优化设计 ,以达到与发动机的合理匹配、 防止端盖断裂、 离合器失效、 电磁开关发生故障等方面的研究极少。（4）其他方面在起动机的元件设计、 整体设计方面 ,我国目前尚没有正规系统化的设计理论 ,只是结合模仿、 试验、 制造过程中的一些经验进行了一些探讨。国内在起动机质量问题与故障分析方面在起动机的材料与制造工艺研究方面 ,均有大量短文发表 ,但大多是一些经验性的交流 ,无法上升到能运用一定高度的理论、 软件模拟分析方法或实验方法进行研究来提出如何优化产品质量的水准。（5）起动机性能自动检测技术我国汽车行业标准 QC/ T 29064 - 9228 对汽车起动机的特性试验方法和各种型式试验方法均作了相关的规定 ,专业标准 Z B T11 001 - 8629 则规定了测取起动机在不同负载转矩下的转速、 电压、 电流等参数 ,以确定起动机的额定功率及获得起动机特性曲线的具体方法。这些方法均出台在计算机辅助测试技术(CAT)尚未充分发展和大面积应用的年代由于 CAT技术的发展 ,国、 内外从 90 年代初就开始针对汽车起动机性能自动检测技术及设备进行研究开发 ,其技术水平在不断进步。 第一代设备邹日升等人在 1991 年研制成功了我国第一台汽车起动机性能 CAT 系统设备。该设备运用APP LE - 型计算机进行数据采集和控制 ,能连续检测不同负载点的电压、 电流、 转矩和转速 ,并自动进行功率计算、 修正和描绘出特性曲线。该系统还采用了能由计算机控制的整流电源作为 “蓄电池”,该 “蓄电池” 的放电特性可以根据所检测起动机的功率进行自动调整 ,从而从根本上解决了试验电源与起动机功率不匹配的问题。这套系统具有一定的代表性。 第二代设备Wilfried Benning在1997年研制了一套综合 CAT设备用于对生产线和车间的电动机(含起动机)性能进行自动检测。该设备初步运用了集成化思想 ,将负载性能试验与型式试验进行集成 ,采用磁粉制动器进行试验加载 ,并且采用 PID 控制算法对加载转矩进行跟踪和闭环控制。在国内 ,阳春华、 王雅琳等人在 19981999 年 ,在起动机性能 CAT系统研究不断进步的前提下 ,开始运用先进控制算法如智能 PID 控制对起动机试验过程进行闭环控制 ,提高了检测精度和设备运行平稳性。李勇刚等人于 1999 年还研究采用了自校正 PID 控制算法于起动机电磁开关的性能测试。这些试验台虽然比早期的试验台有很大进步 ,但在试验项目的集成度、 试验台通用性方面的进展还是不快 ,关于试验过程的控制算法、 模拟负载的研究水平也还有待于进一步提高。研究展望综上所述 ,汽车起动机正朝着小型轻量化、 设计制造信息化和性能检测自动化方向发展。由于计算机辅助技术(CAD/ CAE/ CAT)能大幅提高产品开发与优化周期 ,减少盲目性 ,并显著降低产品的试制、试验与检测成本 ,因此充分、 大面积运用计算机辅助技术来提高我国起动机产品的质量是一个正确、 必然的发展方向。针对我国汽车起动机行业现状 ,通过对国、 内外起动机的发展研究概况进行总结 ,提出以下新的研究课题:(1) 多目标、 全性能优化技术研究起动机是一个机、 电、 磁一体化系统 ,其产品性能与各方面的参数均有关联。如果能够对起动机从元件到系统设计 ,从材料特性到加工 ,从装配工艺参数 ,成本控制等各方面建立多目标的综合模型 ,结合电磁、 机械系统的有限元分析软件 ,运用全性能优化技术对起动机产品进行优化设计与制造管理 ,那么起动机产品质量将会步入规范化稳步提高的轨道。(2) 研究开发高集成度、 通用性的性能检测平台现有的性能检测 CAT平台 ,无法将模拟顶齿试验、 空载试验、 负载试验、 制动试验、 电磁开关动态特性试验、 断电试验、 运转试验、 超速试验等进行集成 ,而是分工由许多专用试验台单独进行;缺乏通用性 ,不能对不同型号的起动机作性能试验。因此 ,研究开发一套集成度高、 通用性强的计算机辅助测试设备 ,不论对完善企业的检测手段 ,提高产品检测效率和自动化程度 ,还是对新产品的开发研究 ,均是大有益处的。(3) 研究开发汽车起动机专用设计软件如果能组织各方面的力量 ,研究开发一套汽车起动机专用设计软件 ,那么这个软件就会成为我国起动机行业知识、 经验的结晶。此软件可以结合现代三维设计技术 ,结合全性能优化计算软件、 有限元分析软件 ,将各种零部件、材料做成标准库 ,不但能进行元件设计、 系统设计 ,还能对所设计的起动机性能进行动态仿真 ,获得各种性能指标和曲线。最好还能进行制造工艺设计与管理等。总之 ,我国的汽车行业方兴未艾 ,起动机生产具有广阔的国内、 外市场前景。因此应该不断总结经验 ,提出新的研究课题 ,并加大产品质量优化力度 ,这样我国的工业技术水平、 国际市场竞争能力才会有稳步的提升。第2章 启动系统的工作原理及参数匹配2.1 汽车启动系统的组成及工作原理汽车起动系统基本是由蓄电池、电源导线、控制开关、起动机和负极回路线(车架、机体和金属件)构成，如图2-1所示。其I作过程如下：当驾驶员接通起动开关后，电流由蓄电池正极一起动开关一起动机电磁开关接线柱后分为两路：一路经过起动机电磁开关的保持线圈后搭铁；另一路经起动机电磁开关的吸引线圈一励磁绕组一电刷一电枢一电刷一搭铁构成回路。此时，吸引线圈和保持线圈产生相同方向的电磁力。动铁心左移，带动拨叉将单向器驱动齿轮和飞轮齿环啮合。且动触片和触点1、触点2接通，此时蓄电池的大电流由蓄电池正极一电磁开关的触点l和2一励磁绕组一电刷一电枢一电刷一搭铁构成回路，电枢产生较大转矩，起动机工作。在起动机工作的同时，由于电磁开关的吸引线圈两端的电位相等，无电流通过，产生的电磁力消失，电磁开关的接通靠保持线圈的电磁力维持。起动着火后，起动开关断开，吸引线圈和保持线圈产生相反的电磁力，相互抵消，电磁开关在复位弹簧作用下右移，单向器齿轮脱开飞轮，动触片也与触点1和触点2分开，起动主电路被切断。起动工作结束。 图2.1 汽车启动系统基本结构起动机励磁绕组励磁方式有自励和他励之分。区分方法很简单：他励时励磁绕组和电枢绕组并联的一端直接与外壳相接，分别直接搭铁；自励时励磁绕组通过电枢绕组再搭铁。图2-1所示为自励励磁方式。在一些轻型车和轿车上使用的起动机，已没有励磁绕组，而是被永久磁铁代替。在一些中、重型载货汽车上，由于起动时电路中通过的电流较大，为了保护起动开关，在起动电路中使用了起动继电器，如图2-2所示。为防备车辆不在空档时使用起动机，或是在检修时误操作起动机，在一些车辆上还加装有保护开关。如图2-2中虚线所示(虚线替代部分实线)。保护开关有的装在变速器上(空档开关)，即在空档位时此开关是通的。起动继电器线圈的一端通过此开关搭铁，起动继电器方能工作，否则，起动继电器就不工作。还有的保护开关是装在发动机检修区的护罩上，打开护罩，保护开关断开；放下护罩，保护开关接通。图2.2 加装起动继电器的启动系统为防备发动机在工作时误使用起动机。造成不必要的麻烦，一些车辆在起动机控制电路中装有起动保护继电器，如图3所示的东风EQl402汽车安装有起动保护继电器的电路原理图。当驾驶员拧到点火开关的起动档时，电流由蓄电池的正极一电流表一点火开关一复合继电器的起动继电器线圈一保护继电器的常闭触点一搭铁，起动继电器吸合，蓄电池向起动机电磁开关供电。起动机开始工作。当发动机工作后，发电机在发动机的拖动下也开始正常工作，由发电机线圈的中性点输出电压向复合继电器内的保护继电器线圈供电，保护继电器工作，常闭触点断开。切断起动继电器线圈的搭铁回路，使起动继电器即使有电也不能工作，从而起到了保护作用。2.2起动机的参数匹配 汽车起动系统一般由蓄电池、起动继电器和起动机组成。起动系统的设计品质直接影响汽车的起动性能 , 因此设计起动系统时 , 必须首先确定起动机设计参数 , 即根据发动机起动特性确定对相应起动机的性能要求。该问题涉及发动机和电机 2 个学科 , 迄今为止 , 尚未有完善的起动机性能要求确定方法。本文通过理论分析和试验研究 , 提出了以下起动机性能要求确定方法。2.2.1 发动机的起动特性起动是发动机进入工作的准备阶段。发动机借助于起动机使曲轴由静止状态加速到能进行混合气燃烧 , 进入独立工作的状态。发动机在起动时的工作过程与正常运转时基本相同 , 但起动时发动机是在冷车或停车状态下被起动机带动旋转 , 起动过程中曲轴旋转的阻转矩和瞬时角速度是变化的 , 开始起动时阻转矩迅速升至最大值, 然后下降, 经过一段时间后才趋于稳定值。发动机的起动特性可用最低起动转速、最大起动阻转矩和平均阻转矩来评价。2.2.2 最低起动转速最低起动转速为在规定的温度下曲轴最低限度的转速。在此转速下 , 作 2 次起动试验均应保证能够起动发动机。每次起动试验的延续时间 , 汽油机为 10 s , 柴油机为 15 s。2 次起动试验的时间间隔为1 min。最低起动转速取决于环境温度 , 混合气形成和着火方式 , 发动机类型和结构特点等。一般在- 20 时 , 汽油机的最低起动转速为 5070r/ min , 柴油机为 100200 r/ min。2.2.3 最大起动阻转矩在起动过程中, 欲使曲轴从静止状态过渡到以最低起动转速旋转 , 首先必须克服机件中的各种阻转矩 , 即最大起动阻转矩。它包括发动机内部最大摩擦阻转矩、发动机气缸中压缩空气阻转矩和发动机运动机件惯性阻转矩。为了使发动机由静止状态拖动到起动转速，必须克服起动阻力矩。总的阻力矩等于式中发动机启动总阻力矩，Nm；摩擦阻力矩，Nm；初压缩阻力矩，Nm；惯性阻力矩，Nm；对于四冲程发动机，摩擦阻力矩Mf可用下式计算=469.05V式中v-机油在启动温度下的运动粘度，；V-发动机排量，L；初始压缩阻力矩可按下式计算=式中：-没有燃烧时换算到单位活塞面积的最大切向力，它可从压缩曲线的切向力图得出，；R-曲柄半径，m。发动机加速所造成的惯性扭力矩，可按下式计算，并假定曲轴均匀加速=式中；-发动机所有运动构件换算到曲轴上的转动惯量，通常取为飞轮转动惯量的1.21.4倍，km；-对应起动转速的曲轴角速度，；-起动转速，；-转速从零加速到所需的时间，s。2.2.4 起动功率起动装置的功率可由下式确定式中：-起动功率，KW；-起动总阻力矩，Nm；-启动齿轮副的效率，一般取=0.850.90；-发动机起动速度，； 发动机对起动机的性能要求a.起动机必须提供足够的起动转矩, 保证在一定的环境温度下均能克服发动机最大起动阻转矩使曲轴旋转。b.起动机必须具有在最低起动转速以上时驱动发动机的能力, 即起动机必须具有足够的功率 , 使其克服发动机平均阻转矩时具有足够的转速 , 以顺利起动发动机。2.3起动机性能要求确定起动机的性能参数应保证起动系统部件特性的协调 , 并使电源得到充分利用。2.3.1 从起动机到发动机的传动比起动机输出端与发动机曲轴通过单级齿轮传动联接 , 二者之间的传动比是保证起动机机械特性与发动机起动特性合理匹配的重要参数 , 因此应首先确定从起动机到发动机的传动比。从起动机到发动机的传动比 i s 影响折算到发动机曲轴上的起动机机械特性倾斜角。若传动比增大 , 则折合转矩增大、折合转速降低 , 起动装置功率的最大值向发动机曲轴转速低的方向移动 , 对起动有利。此外 , 采用大的传动比可减小起动机的外形尺寸 , 但传动比的增大受起动机驱动齿轮强度和飞轮齿圈在发动机结构布置方面的限制。从起动机到发动机的传动比的选择原则是使起动机最大功率时的转速经减速后 , 应略高于发动机最低起动转速 , 一般柴油机为 810 , 汽油机为 1317。2.3.2 启动机的类型1.按驱动齿轮啮合方式（1）惯性啮合式 启动时，依靠驱动齿轮自身旋转的惯性与飞轮齿环啮合。惯性啮合方式结构简单，但工作可靠性较差，现很少采用。（2）电枢移动式 靠磁极产生的电磁力使电枢作轴向移动，带动固定在电枢轴上的驱动齿轮与飞轮齿环啮合。电枢移动式启动机其结构较为复杂，在欧洲国家生产的柴油车上使用较多。（3）磁极移动式 靠磁极产生的磁力使其中的活动铁心移动，带动驱动齿轮与飞轮齿环啮合。磁极移动式启动机其磁极的结构较为复杂，目前采用此种结构形式的启动机已不多见。（4）齿轮移动式 靠电磁开关推动电枢轴孔内的啮合杆而使驱动齿轮与飞轮齿环啮合。齿轮移动式其结构也比较复杂，采用此种结构的一般为大功率的启动机。（5）强制啮合式 靠电磁力通过拨叉或直接推动驱动齿轮作轴向移动与飞轮齿环啮合。强制啮合式启动机工作可靠、结构也不复杂，因而使用最为广泛。2. 按传动机构结构（1）非减速启动机 启动机与驱动齿轮之间直接通过单向离合器传动。一直以来，汽车上使用的启动机其传动机构均为这种机构。（2）减速启动机 在启动机与驱动齿轮之间增设了一组减速齿轮。减速启动机具有结构尺寸小、重量轻、启动可靠等优点，在一些轿车上应用日渐增多。2.3.3电磁开关 电磁开关安装在启动机的上部，用来控制启动机驱动齿轮与飞轮的啮合与分离，以及电动机电路的接通和关断，电磁开关主要由吸引线圈、保持线圈、活动铁芯、接触盘、触点等组成。对于汽油发动机用启动机、电磁开关内还有点火线圈附加电阻短路触点，通过电磁开关外壳上的接线柱与点火线圈初级绕组相连。如图2-3所示，接通启动开关后，吸拉线圈和保持线圈通电，在吸拉线圈和保持线圈电磁力的共同作用下，使活动铁芯克服弹簧力右移，活动铁芯带动拨叉移动，将驱动齿轮推向飞轮，当驱动齿轮与飞轮啮合时，接触盘也被活动铁芯推至与触点接触位置，使启动机通入启动电流，产生电磁转矩启动发动机。接触盘接触后，吸拉线圈被短路，活动铁芯靠保持线圈的电磁力保持其啮合位置。1-驱动齿轮 2-回位弹簧 3-拔插 4-活动铁心 5-保持线圈 6- 吸引线圈 7-电源开关接线柱 8-启动开关 9-熔断丝 10-黄铜套 11-接触盘 12，14-触电及接线柱 13-电流表 15-蓄电池16-电源开关 17-电动机 18-磁轴图2.3 起动机工作原理图 发动机启动后，断开启动开关，此时流经电磁线圈电流为：蓄电池正极接线柱12接触盘11接线柱14吸引线圈6保持线圈5搭铁蓄电池负极。由于吸引线圈产生了与保持线圈相反方向的磁通，两线圈电磁力相互抵消，活动铁心在弹簧力的作用下回位，使驱动齿轮退出啮合状态；接触盘同时回位，切断启动机电路，启动机便停止工作。 启动机工作原理1. 当点火开关旋至启动挡时，启动继电器线圈通电，电流回路为：蓄电池正极熔断器电流表点火开关启动挡启动继电器线圈L1充电指示灯继电器常闭触点K2搭铁蓄电池负极。于是启动继电器的常开触点K1闭合，接通了电磁开关电路。2. 电磁开关电路接通，由蓄电池正极启动继电器触点K1吸引线圈搭铁蓄电池负极。3. 发动机启动后，松开点火开关，点火开关自动返回点火挡（一挡），启动继电器触点K1断开，切断了电磁开关的电路，电磁开关复位，启动机停止工作。4. 若发动机启动后，点火开关没能及时返回点火挡（一挡），这时复合继电器中充电指示灯继电器线圈由于承受了硅整流发电机中性点的电压，使常闭触点K2打开，自动切断了启动继电器线圈的电路，触点K1断开，使电磁开关断电，启动机便自动停止工作。5. 若在发动机硅整流发电机中性点电压，充电指示灯继电器触点处于断开状态，启动继电器线圈不形成电流回路，运转时，误将启动机点火开关旋至启动挡位，由于在此控制电路中，充电指示灯继电器的线圈总加有电磁开关不动作，启动机不工作。第3章 汽车启动系统的原理及检测电路3.1 汽车启动系统配套行业间技术沟通基本情况随着中国经济的高速发展 汽车产业也得以高速发展 市场对商用车的可靠性和耐久性的高要求越来越强烈 而中国目前是全世界拥有商用车制造厂最多的国家 由于近年来各个车辆制造厂不断引进国外车型 各发动机厂引进多国发动机 而汽车电器制造企业又引进国外汽车电器结构 以上引进会从不同的国家 国产化过程中每个企业对国外技术的消化吸收程度不同 会造成整车电气系统与已经成为发动机电器零部件的起动机的电气匹配性难以控制 如图1所示 起动机厂和车辆制造厂之间缺乏充分的技术沟通 起动机厂只给发动机厂配套 整车厂多数主要以动力性选择发动机 而把电气匹配性放到较轻的位置 和起动机制造企业的技术沟通很少 发动机厂常常以装有同一型号起动机的发动机去配套多家整车厂 而整车厂的电路不同 当发现起动系统电路和起动机电气特性不匹配时 已有整车批量上市 很可能最终用户已分布到多个省或地区 此时纠正缺陷的代价与车辆出厂前相比成数量级放大在整车起动线路中 起动机通常有2个端子即30端子 蓄电池端子 和50端子 控制端子 与整车电路相连 起动机的额定工作时间是30 s图3.1 起动系统配套行业间技术沟通情况QC T 413 2002 汽车电气设备基本技术条件 中3.1.4条规定了起动机的工作电压范围 如表1所示整个起动过程中起动机电磁开关控制线路的总电压降不应超过标称电压U0 的25% 即在起动机50端子测量时 电压值应大于标称电压的75% 此条件应由车辆制造厂的起动电气系统保证 将电源线路 系统中各元件的影响计算在内 温度 湿度和大气压的影响也必须予以考虑表3.1 起动机的标称电压和工作电压范围工作电压范围/V 适用范围12916对于在发动机停止工作期间应具有功能的产品241832另一方面 QC T 731 2005 汽车用起动机技术条件 中4.23.1条规定了常温条件下电磁开关的工作电压 如表2所示表3.2 起动机电磁开关闭合电压和释放电压标称电压/V 12 14闭合电压/V 8.4 16.8释放电压/V 4.8 9.6可以看出 常温条件下 电磁开关正常工作的最高极限电压不应大于标称电压的70% 这一项是由起动机制造厂保证的 两者之差U = 75%70% U0=5%U0 此值可理解为2个标准所设定的工作电压最小安全系数为标称电压的5% 对12V系统 =0.6V 对24V系统 =1.2V然而要保证以上的安全系数就要求电气系统中所有零件的机械参数及电气参数非常确定 以保证在起动机正常拖动发动机的30 s QC T 731 2005中4.6规定起动机的工作制为30 s 内 起动机所处的外部电气环境在非常小的安全范围内变化 还要虑及材料的时效性 环境变化对起动电气系统的影响。国内几家知名大功率柴油发动机制造公司曾经于前几年引进国外先进发动机 或者分别采购过国外的大功率减速起动机 这些企业分布在我国的东北 中东 东南部 发动机的最终用户所在地覆盖了我国大部分地区 从几年来他们对起动机故障的统计分析来看 无论是德国博士 BOSCH 公司还是日本电装 NIPPONDENSO 公司生产的起动机也无论起动机的减速结构形式是行星减速还是偏心减速 这些曾经在国际上品质知名度非常高的汽车电器企业的起动机 到了中国就发现有些水土不服 故障率不是供需双方想象和宣传的几百个甚至几十个PPM 而确确实实达到了数千乃至数万个PPM 也就是达到了以百分比计算的数量级 没有一家起动机产品在三包期内PPM值小于10 000 对此结果 ,发动机制造企业当然不满意 再加上价格服务等其他因素 近几年部分选配国外起动机的发动机制造企业正在逐步放弃国外本来先进的产品 转而采购国内制造的直驱式或引进国外技术在中国制造的减速式起动机.从整车线路来讲国外的起动机能够适应国外OEM配套的汽车起动系统线路应该不容置疑,同时国外车辆起动过程中起动机所处的自然环境大多数比国内优良 美国确定的起动机冷态起动性能和蓄电池的放电性能是在温度为-17.8 条件下得到的德国则为-18 对于车辆起动系统的电路电压降都有非常明确的规定 线路中导线和连接电阻在车辆设计时充分考虑了起动机运行的需要 蓄电池的容量随温度的变化等各种因素的影响 双方或多方达成共识保证在恶劣环境情况下能够让起动机发挥出足以起动发动机的功能.3.2 汽车起动主回路设计起动主回路安全性设计 按焦尔定律 从热量计算公式 =0.24 2和低温起动电流考虑 30 s内30端子起动主回路线束发热 电阻变化 氧化和过热着火的可能性 笔者曾测量某工程车辆用7.5 kW直驱式起动机 起动机正常拖动发动机电流是300 A 车辆起动主回路采用35 mm2软铜电缆 长度1.5 m 似乎截面积小了 但计算可知其电阻并不大 这段电缆的电阻为 = = 0.0181.5 35=0.000 77可见电路电阻满足起动电路电压降要求 再来计算其温升特性 这段电缆中铜的质量为 =8.9 0.35 150=468 g=0.468 kg 若在冬季低温状态发动机被起动机拖动的电流按2倍的常温拖动电流2 300=600 A 计算 30 s的发热量为 =0.24 2=0.24 60020.000 77 30=1 996 J电缆温升 =1 996 390 0.468 =10.9假若这款起动机应用于其他车型上 电缆采用70 mm2软铜电缆 长度3 m 则电阻 值不变 质量则增大为原来的4倍 同样的使用工况 温升可以降低为原来的1 4实际铜的电阻率 在100 时大约是20 时的1.3倍.可见实际使用时 使用者若按起动机的额定工作制操作 即使发动机附近环境温度为100 起动机按额定时间接通电路 按发热最快的低温起动工况运行30 s 蓄电池端子到起动机主电缆端子之间的电缆温度也不会达到100 远低于橡塑电缆绝缘层的燃烧温度 是不会引起起动机主线路着火的 一般情况是起动机在超过10 s的起动电流重复作用下先烧毁 进而切断起动主回路 因为起动机制造所用非金属材料全部是阻燃材料 所以在设计线路时应考虑上述非常情况下起动主回路不会发生火灾一般国外起动机外形图中 明确规定蓄电池到起动机主电路电缆 30端子连接线 的总电阻应小于2 m 因此一般情况下 设计起动主回路总电阻应小于2 m3.3 汽车起动控制回路设计从起动机方面来讲，起动机与发动机的啮合方式分为强制啮合，缓啮合和惯性啮合 3种方式的区别如表3所示，惯性啮合式起动机不带电磁开关其他类型电磁开关励磁电路有2种主要形式：一是单线圈制，二是双线圈制，双线圈制又分为强制啮合式和电磁辅助预旋转啮合式电磁开关控制线路 50端子连接线，压降 考虑较大的开关电流，按电气预旋转啮合起动机的电磁开关电流125 A计算 12 V起动电路系统中提供给电磁开关50端子的工作电压不应低于8.4 V 则最大线路总压降=12-8.4=3.6 V 按每100 A负载时电磁开关主触点最大压降0.1 V计算，线路总电阻最大值，包括所有连接点接触电阻 为 3.6-0.125 V125 A=0.027 8 =27.8 m欧美国家起动机图纸一般规定，在考虑导线与端子的至少4个连接点接触电阻和系统安全系数情况下，取50端子线路回路电阻 s 20 m 而一般强制啮合起动机电磁开关总电流小于60安 取Rs小于等于50毫安是可行的。按上述方法计算 24伏电气系统中起动电路的起动机电磁开关控制线路电阻计算结果也是小于等于50毫安，因为不同车型这条线路的长度差别很大 轻轿车类发动机和蓄电池距离一般在2米 左右 轻重型载货车类车辆该线路长度在4到8米，豪华型客车，特种车辆上此线路长度有时有5到10米甚至更长 。所以不同类车辆不同线路长度的导线截面积也必须有明显区别；否则，若选取了较小截面的导线会造成整条线路的压降过大，有时温升过高，从而影响起动机电磁开关的正常机械功能；难免出现起动机与发动机啮合不可靠，有时不工作的现象，进而误判为是起动机本身的故障。第4章 汽车起动机与启动系统的检测与研究 4.1 汽车启动系统故障查找，排除与实例一，汽车起动机常见故障及具体车型的排除实例汽车起动系统主要由蓄电池、点火开关、起动继电器和起动机等组成。起动系统工作时，其电流回路是：蓄电池正极一点火开关起动档一起动继电器一起动机电磁开关一直流电动机一搭铁一蓄电池负极。汽车起动系统的常见故障主要有起动机不转，起动机运转无力和起动机空转打滑。下面以具体车型为例，介绍其起动系统常见故障及排除。4.1.1 起动机不转实例1故障现象：一台刚检查过的金杯SYl32型汽车起动机，进行空载试验时，只“嗡嗡”地叫而不能运转，并闻到一股烧焦气味。检查与排除：解体检查发现，起动机检修后组装时，电刷引线位置未调整好，因此在进行空载试验时造成绝缘电刷引线与贯穿螺栓相碰，引起搭铁短路，使起动机不能运转。重新装好起动机，并认真调整绝缘电刷引线的位置，然后再试，故障排除。实例2故障现象：一辆五十铃货车，进行整车电气设备检修后，接通点火开关起动档起动发动机时，起动机不转，但却能听到电磁开关闭合时发出的响声。开始以为故障不在电磁开关，但事实并非如此。用起子短接电磁开关电源接柱与磁场接柱试验，起动机运转正常。检查与排除：经检查，发现检修时未将活动铁芯限位螺钉的位置调整好，造成活动铁芯行程不足，不能使接触盘与主触点接合，因而无法通电。调整好活动铁芯限位螺钉的位置，装车再试，故障排除。实例3故障现象：一辆北京BJl30型货车，大修后试车时，将点火开关置于起动档起动发动机时，起动机不转，但有时电磁开关却发出明显的“哒、哒”声响。检查与排除：用起子短接起动机电源接柱与磁场接柱试验，起动机仍然不转，说明直流电动机电枢主电路没有电流通过。仔细检查发现，蓄电池搭铁线与机体连接处因大修时除锈不净，加之导线连接松动，造成蓄电池搭铁不良，因而起动机不转。4.1.2 起动机运转无力引发此种故障的原因有：蓄电池电量不足或接头松动以及桩头太脏而接触不良。起动机轴承(铜套)过紧或松旷，前者使电枢旋转缓慢。后者使电枢与磁极铁心摩擦产生阻力。电枢轴弯曲而刮碰磁极。整流子和电刷间油污过多，或电刷磨损过多，弹簧过软，使电刷接触不良。励磁绕组或电枢绕组局部短路，使起动机功率下降。起动机电磁开关触点烧蚀。发动机装配过紧或温度过低，使转动阻力过大，超过起动机设计转矩，因而难以带动发动机。本着先易后难的原则进行查找原因。实例1故障现象：一辆解放牌货车，接通点火开关起动档，起动机运转无力，不能拖动发动机曲轴转动。检查与排除：怀疑蓄电池存电不足，但换装新蓄电池后，试验结果依旧。检查起动机导线连接状况正常。该车起动继电器为组合式。拆下起动继电器到起动机电磁开关接楗的导线，将点火开关置于起动档，测量起动继电器S端(至起动机端)的电压，其电压值约为134v，表明起动继电器工作正常。接好线路，用起子将电磁开关的电源接柱和磁场接柱瞬时短接，起动机仍然运转无力，可见故障出自直流电动机内部。分解直流电动机检查，发现换向器表面有一层光亮的油污，电刷弹簧也锈蚀不堪。处理方法：打磨光洁换向器表面，更换新电刷弹簧后，装复再试，故障排除。实例2故障现象：一辆猎豹牌吉普车，用起动机起动发动机时，可听到电磁开关的“哒、哒”响声，而起动机却运转无力。检查与排除：经检查，蓄电池正常，开关闭合动作不正常，时通时断，怀疑电磁开关工作不良。处理方法：分解电磁开关检查，没有发现明显异常。铁芯在开关体内活动自如，接触盘与主触点无严重烧蚀痕迹，估计是电磁开关保持线圈和吸拉线圈有故障。拆开线圈检查，发现最里层有几匝已经烧焦。换装新电磁开关后，装车再试，故障排除。4.1.3起动机空转打滑实例1故障现象：一辆天津夏利轿车，起动时，起动机空转打滑现象比较严重，需要反复起动多次才能着车。检查与排除：经分析，此故障多半是由于单向离合器损坏或楔形槽与管柱严重磨损所致。将单向离合器夹持在虎钳上，用手转动驱动小齿轮检查，发现正、反两个方向转动时均无阻力，说明单向离合器已经损坏。4.1.4启动系统蓄电池电力不足拧动点火钥匙，发动机不转动。此现象在寒冷的早晨比较常见，有时即便在夏天也会产生。汽车前一天还是好好的，但过了一夜，怎么也起动不着了，这种故障的原因之一是蓄电池 电荷量不足。蓄电池充电状态不好，放电过多以及在寒冷的冬季，都容易发生蓄电池电荷量不足的情况。通过以下方法，可以确定蓄电池电荷量不足。起动机反应微弱拧动点火钥匙起动时，起动机不转，只能发出“哽、哽”或“咯巴”等继电器的响声；起动机起动时，仪表板上的指示灯暗淡或不亮。喇叭嘶哑或不响按喇叭时，声音嘶哑或不响。前照灯不亮接通前照灯开关时，前照灯昏暗或不亮。此时，应检查蓄电池的电荷量情况。如果蓄电池属于轻微放电，可以借助他车蓄电池将发动机起动。待发动机起动后一边行驶一边对蓄电池进行充电。如果蓄电池电荷量严重不足，应将蓄电池送修理厂检查并充电。如果蓄电池使用时间较长（ 年以上） ，且经常出现电荷量不足或不存电现象，则应更换蓄电池。4.1.5 起动机的更换一辆东风牌 型汽车起动机损坏，更换新的起动机后，起动无力，每次起动都听到起动机驱动齿轮