第九章 发动机起动系统培训课件（北京理工大学）.ppt

第九章 起动系统 本章教学提示 本章主要讲解起动机系统的作用 起动方式 基本组成 工作原理 工作特性 低温起动与预热 起动机的正确使用维护与常见故障等内容 本章教学提示 理论知识实操技能知识与能力拓展本章小结本章自测题 理论知识 1 起动系统的作用 起动方式和基本组成2 起动机3 起动机的特性4 低温起动与预热 发动机起动系统 起动系统的作用 起动方式和基本组成 1 起动系统的作用2 发动机起动方式3 电起动系统的基本组成与工作过程 起动系统的作用 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 气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功 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 起动系统 发动机起动方式 汽车发动机曲轴在外力作用下 从开始转动到怠速运转的全过程 称为汽车发动机的起动 1 人力起动2 辅助汽油机起动3 电力起动将电能转变为机械能 带动发动机曲轴旋转 使发动机起动 发动机起动后 立即停止工作 起动操纵方式 汽车的起动操纵方式可分直接操纵方式和电磁操纵方式 直接操纵方式是早期汽车的起动操纵方式 现在已很少采用 目前车用汽油机或柴油机均采用电磁操纵方式 由驾驶员通过起动开关操纵继电器 而由继电器操纵起动机的电磁开关和驱动齿轮 或者通过起动开关直接操纵起动机的电磁开关和驱动齿轮 这种方式布置灵活 使用方便 适宜于远距离操纵 起动机齿圈与飞轮齿圈传动比为10 15 起动系统的基本组成与工作原理 起动系统主要是使发动机从静止状态过渡到工作状态 一般由起动机 起动开关 蓄电池等组成 而起动机又由电磁开关 传动装置 电动机 单向离合器驱动齿轮等组成 起动系统组成 1 电磁开关电磁开关主要由吸拉线圈 保持线圈 电磁铁芯和主电流开关组成 其作用是在起动过程中产生电磁力使驱动齿轮进入啮合位置 并接通电动机的主电流 起动机主要部件 起动机应该只在起动时才与发动机曲轴飞轮齿圈相连 而当发动机开始工作之后 起动机应立即与飞轮齿圈分离 否则 随着发动机转速的升高 起动机大大超速 产生很大的离心力 而使起动机损坏 因此 在起动机中装有单向离合器 在起动时保证起动机的动力能够通过驱动齿轮传递给飞轮曲轴 起动完毕 发动机开始工作时 可以切断动力传递路线 使发动机不可能反过来通过飞轮齿圈驱动起动机高速旋转 2 单向离合器 一般汽车常用滚柱式单向离合器 它由开有楔形缺口的外座圈 内座圈 滚柱以及连同弹簧一起装在外座圈孔中的柱塞组成 作为内座圈毂的套筒和起动机轴用花键连接 固定在外座圈上的齿轮随电枢轴一起转动 驱动飞轮齿圈而使曲轴旋转 当电枢轴连同内座圈旋转时 滚子借摩擦力和弹簧推力而楔紧在内外座圈之间的楔形槽的窄端 于是起动机轴上的转矩便可通过楔紧的滚子传到外座圈 因此固定在外座圈上的齿轮随电枢轴一同旋转 驱动飞轮齿圈而使曲轴旋转 单向离合器 当发动机开始工作 曲轴转速升高以后 飞轮齿圈带动起动机驱动齿轮高速旋转 此时虽然驱动齿轮的旋转方向不变 但已由主动轮变成了从动轮 于是 滚子在摩擦力的作用下克服弹簧张力而向楔形槽较宽的一端滚动 从而高速旋转的驱动齿轮与电枢轴脱开 防止了起动机超速的危险 单向离合器 电动机是一种直流电动机 主要由定子总成 转子总成和碳刷等组成 它采用蓄电池为电源 通电后产生较大的转矩 带动发动机进入正常运转工况 3 电动机 直流电动机是将电能转变为机械能的设备 它是根据带电导体在磁场中受到电磁力作用的这一原理为基础而制成的 起动机工作原理 本讲小结 1 起动系统的作用2 发动机启动方式3 起动系统的基本组成4 起动系统的工作原理 课后思考题 起动系统的作用是什么 发动机启动方式有哪几种 起动系统有哪些部件组成 简述起动系统的工作原理 起动机 1 直流电动机2 传动机构3 控制装置 直流电动机 直流串励式电动机的作用是将蓄电池输入的电能转换为机械能 产生电磁转矩 直流串励式电动机主要由电枢 磁极 端盖 机壳 电刷及电刷架等组成 电枢由电枢绕组 换向器 电枢轴等部件组成 如下图所示 一 电枢 1 电枢绕组为了得到大的电磁转矩 其电枢电流很大 一般汽油机200 600A 柴油机1000A以上 电枢绕组用较粗的宽扁矩形截面裸露铜线绕制而成 多采用波绕法 2 换向器换向片比较厚 换向片间的云母隔层不必割低 换向片与电枢绕组线头的连接采用夹固加焊方式 换向器如下图所示 电枢 3 电枢轴除固装电枢铁芯及换向器外 还伸出一定长度的花键部分 以便套装离合器总成 普通起动机的磁极及其绕组 一般为四个磁极 四个磁场绕组所产生的磁场是相互交错的 二 磁极 四个磁场绕组的连接方式有两种 如下图所示 磁极 电刷用铜与石墨粉压制而成 含铜80 90 含石墨10 20 刷架多制成框式 装有弹力较大的盘形弹簧 三 电刷及刷架 机壳的一端有4个检查窗口 中部一个电流输入接线柱 四 机壳 端盖有前 后两个 中心压装有青铜石墨轴承或铁基含油轴承 五 端盖 传动机构 传动机构又称起动机单向离合器 其作用是在发动机起动时 使起动机轴上的小齿轮啮入飞轮齿环 将起动机的转矩传递给发动机曲轴 在发动机起动后又能使起动机小齿轮与飞轮齿环自动脱开 起动机的传动机构包括离合器和拨叉两部分 离合器的主要作用是传递扭矩起动发动机 拨叉的作用是使离合器做轴向移动 传动机构有滚柱式 弹簧式 摩擦片式等 滚柱式单向离合器是目前国内外汽车起动机中使用最多的一种 其构造如图所示 一 滚柱式单向离合器 滚柱式单向离合器的外壳与十字块之间的间隙为宽窄不同的楔形槽 这种离合器就是通过改变滚柱在楔形槽的位置来实现离合的 发动机起动时 拨叉动作 使起动机小齿轮与发动机飞轮齿环啮合 此时电枢轴转动 十字块随电枢一起旋转 滚柱滚入楔形槽窄的一侧而卡住 从而传递动力 起动发动机 如图 a 所示 滚柱式单向离合器的工作原理 发动机起动后 飞轮齿环的转速高于驱动齿轮的转速 滚柱滚入楔形槽宽的一侧而打滑 如图 b 所示 起动完毕 在拨叉回位弹簧作用下 离合器退回 驱动齿轮与飞轮齿环完全脱离 滚柱式单向离合器的工作原理 滚柱式单向离合器的工作原理 滚柱式单向离合器可以传递中小动力 适用于汽油机 滚柱式单向离合器的特点 主动套筒套在电枢轴的花键上 小齿轮套筒套在电枢轴的光滑部分 在对接处有两个月牙形圈 使二者只能做相对转动而不能做轴向移动 在小齿轮套筒与主动套筒的外圆上抱有扭力弹簧 扭力弹簧的内径略小于两套筒的外径 有一定的过盈量 0 25 0 5mm 二 弹簧式单向离合器 起动发动机时 由于拨叉推动拨环使驱动小齿轮啮入飞轮齿环 起动机轴只能带动花键套筒即主动套筒旋转 使扭力弹簧顺向扭紧并箍死两个套筒 传递动力 发动机起动后 由于飞轮带着驱动齿轮的转速高于起动机轴 将扭力弹簧作反向放松 使驱动齿轮套筒与主动套筒松脱而打滑 离合器退回 驱动齿轮与飞轮齿环完全脱离 弹簧式单向离合器的工作原理 弹簧式单向离合器结构简单 工艺简化 寿命长 成本低 轴向尺寸较长 可传递大动力 适用于柴油车 弹簧式单向离合器的特点 三 摩擦片式单向离合器 起动时 内结合鼓沿螺旋槽向右移动 将摩擦片压紧 利用摩擦力将电枢的转矩传给飞轮 起动后 当发动机转速高于电枢轴转速时 内结合鼓则沿螺旋槽向左退出 摩擦片被松开 完成发动机起动 摩擦片式单向离合器工作原理 结构复杂 耗材较多 可传递大动力 适用于柴油车 摩擦片式单向离合器的特点 控制装置 起动机的控制装置分为机械式和电磁式两种 通常称为起动开关 机械式控制装置结构如下图所示 由人力直接控制 一 机械式控制装置 电磁式控制装置一般称为起动机电磁开关 与电磁式拨叉合装在一起 利用挡铁控制 可分为直接控制和起动继电器控制两种 二 电磁式控制装置 电磁开关采用直接控制方式 ST614型起动机结构原理示意图 当合上起动机总开关9 按下起动按钮8时 吸引线圈6和保持线圈5的电路接通 其电路为 蓄电池正极 接线柱14 电流表16 熔断丝10 起动总开关9 起动按钮8 接线柱7 保持线圈5 搭铁 吸引线圈6 接线柱15 起动机磁场绕组 电枢绕组 搭铁 电磁式控制装置工作过程分析 这时活动铁芯4在两个线圈电磁吸力的共同作用下 克服复位弹簧2的弹力而向右移动 带动拨叉3将驱动齿轮1推出与飞轮齿环啮合 当齿轮啮合好后 接触盘13将触头14 15接通 于是蓄电池的大电流经磁场绕组和电枢绕组 产生电磁转矩起动发动机 与此同时 吸引线圈被短路 齿轮的啮合位置由保持线圈的电磁吸力来保持 当发动机起动后 松开起动按钮的瞬间 保持线圈中的电流只能经吸引线圈构成回路 此时两线圈所产生的磁通方向相反而相互抵消 活动铁芯在回位弹簧的作用下回至原位 驱动齿轮退出 接触盘与触头脱离接触 起动机停止运转 电磁式控制装置 电磁式控制装置 带起动继电器的电磁开关 其原理电路图如下所示 利用起动继电器控制的电磁开关 可以保护点火开关 通过点火开关的电流很大 约35A 40A 使点火开关很快损坏 这种电磁开关现代汽车普遍使用 电磁式控制装置原理图 本讲小结 起动机构造 主要由电枢 磁极 端盖 机壳 电刷及电刷架等组成 传动机构有滚柱式 弹簧式 摩擦片式等 起动机的控制装置分为机械式和电磁式两种 通常称为起动开关 课后思考题 起动机由哪些部分组成 传动机构有哪些结构形式 起动机的控制装置有哪些 起动机的特性 1 转矩特性2 转速特性3 功率特性 电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系 称为转矩特性 即M f Ia 串励式直流电动机电路图如下所示 一 转矩特性 转矩特性 由于磁场绕组与电枢绕组串联 电枢电流Ia与磁场电流If相同 即Ia If 在磁路未饱和时 由于磁通 与电枢电流Ia成正比 即 C1Ia 故电动机的电磁转矩为 M CmIa CmIaC1Ia C Ia 由上式可知 串励式直流电动机的电磁转矩在磁路未饱和时与电枢电流的平方成正比 如下图中M曲线所示 转矩特性曲线 转矩特性 在起动的瞬间 由于发动机的阻力很大 起动机处于完全制动的情况下 即n 0 故反电动势E 0 此时电枢电流将达到最大值 称为制动电流 产生最大转矩 称为制动转矩 从而使发动机易于起动 这是起动机采用串励式电动机的主要原因 由以上分析可知 串励式直流电动机的特点是起动转矩大 适宜做起动机 二 转速特性 串励式直流电动机具有轻载转速高 重载转速低的软机械特性 能保证发动机既安全又可靠地起动 这是汽车起动机采用串励式直流电动机的又一重要原因 其特性曲线如下图中n曲线所示 转速特性曲线 功率特性 串励式直流电动机的电磁功率和电枢电流的关系是一对称的抛物线 图中P线所示 在Ia 1 2 Iamax时 起动机功率达到最大值Pmax 起动机特性总结