第3章汽车控制系统.ppt

汽车电器与电子控制系统 主讲 伍时和 三亚学院理工学院 第三章起动机 第三章起动机 要点 1 发动机不能自行起动 必须有外力拖动才能起动 2 起动系统 蓄电池 电流表 起动电动机 点火开关 继电器 将电池的能量转换成机械能带动发动机起动点火 3 起动机 1 直流串励电动机 2 传动机构 3 控制装置 第三章 第三章起动机 起动机一般由三部分组成与作用 1 直流串励式电动机其作用是产生转矩 即将蓄电池的电能转变为机械能的装置 2 传动机构其作用是在发动机起动时 使起动机驱动齿轮啮入飞轮齿环 将起动机转矩传给发动机曲轴 而在发动机起动后 使驱动齿轮自动打滑 避免起动机发生电枢飞散的 飞车 事故 3 控制装置 即电磁开关 用来接通和切断电动机与蓄电池之间的电路 控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮的啮合与分离 在有些汽油机上 还具有接人和隔除点火线圈附加电阻的作用 图3 1所示为一典型起动机的结构 第三章起动机 第三章起动机 第三章起动机 第一节起动机的结构及工作原理第二节起动机基本参数的选择第三节典型起动机的结构及工作原理第四节起动机常见故障和诊断以及试验与调整 第三章 第一节起动机的结构及工作原理 ESM 一 直流电动机1 直流电动机的构造 部件 机壳 磁极 电枢 换向器 电刷 端盖 主要部件 定子绕组 励磁 转子绕组 电枢 第一节起动机的结构及工作原理 2 直流电动机的工作原理和转矩 1 工作原理 2 电磁转矩 磁场中 载流导体受力 左手定则 Cm转矩常数 P极对数 Z电枢总导体数 支路对数 IS 电枢电流 磁极磁通量 第一节起动机的结构及工作原理 2 直流电动机的工作原理和转矩 3 电枢感应电动势 Ce结构常数 P极对数 Z电枢总导体数 支路对数 力矩与电流成正比 电流与转速反向变化关系 外加电压与电枢电流的关系 第一节起动机的结构及工作原理 二 传动机构 1 滚柱式单向离合器 单向离合器的外壳与十字块之间的间隙为不同宽度锲形槽 当发动机起动时 传动拨叉将单向离合器沿着花键拨出 驱动齿轮齿入发动机的飞轮齿环 此时电枢转动 单向离合器的十字块随着电枢一起旋转 滚柱滚入锲形槽的狭窄一侧而卡住 将转矩传给发动机的驱动齿轮 驱动曲轴起动发动机 第一节起动机的结构及工作原理 二 传动机构 1 滚柱式单向离合器 发动机起动后 飞轮线速度大于传动齿轮的线速度 发动机带动的飞轮将驱动单向离合器的驱动齿轮齿 驱动齿轮的转速比单向离合器的十字块转速更快 滚柱滚入锲形槽的较宽一侧而打滑 这样发动机的转矩不能传给电动机的驱动齿轮 避免电动机飞车的危险 第一节起动机的结构及工作原理 2 摩擦片式单向离合器 电动机输出起动力矩时 内接合鼓沿螺旋线向右移动 将摩擦片与外接合鼓压紧 利用摩擦力将电动机力矩传递给飞轮 发动机起动 第一节起动机的结构及工作原理 2 摩擦片式单向离合器 当飞轮线速度大于起动齿轮时 内接合鼓沿螺旋线向左移动 将摩擦片与外接合鼓松开 飞轮力矩不能传递给电动机 实现单向力矩传递 第一节起动机的结构及工作原理 3 弹簧式单向离合器 当发动机起动时 电动机旋转力矩将扭力弹簧收紧 于是电枢的转矩通过扭力弹簧4 驱动齿轮传递给发动机的飞轮 将发动机起动 第一节起动机的结构及工作原理 3 弹簧式单向离合器 当发动机起动后 飞轮的线速度大于驱动齿轮时 驱动齿轮的逆向作用力将扭力弹簧放松 发动机的飞轮力矩不能通过驱动齿轮传递给电枢转轴 实现单向离合器的功能 第一节起动机的结构及工作原理 三 电磁式控制装置 当起动时 接通开关9 按下起动按钮8 电磁线圈5 6通电并向电动机的电枢和励磁绕组通电 电机低电压低速起动 活动铁心向右吸合 带动拨叉将驱动此轮向左移动与飞轮齿轮齿合 当活动铁心完全吸合时 活动触盘将14 15触电接通 电源与电动机绕组全电压接通 电动机产生正常力矩带动发动机起动 第一节起动机的结构及工作原理 控制过程为 起动完成后 松开起动按钮8 保持线圈 吸引线圈经触电15通电 由于吸引线圈的电流方向与齿合时的流向相反 所以保持线圈与吸引线圈产生相反的磁场 活动电磁铁松开 弹簧带动活动铁心向左移动 驱动齿轮与飞轮齿合放开 同时接触盘将14 15触点断开 电动机断电停止运转 第一节起动机的结构及工作原理 四 起动机特性 1 直流串励式电动机特性 第一节起动机的结构及工作原理 串激式直流电动机的机械特性 第一节起动机的结构及工作原理 一 起动机特性曲线 即转矩 转速 功率与电流的关系 1 起动机起动时 n 0 电流最大 转矩也最大 称为制动转矩 2 起动机空转时 电流最小 转矩也最小 N最大 称为空载转速 3 起动机电枢电流接近一半时 功率最大 称为起动机的额定功率 是选择电机的依据 第二节起动机基本参数的选择 1 起动机功率的选择 NQ 最低起动转速 参数选择包括 起动机的功率 传动比 蓄电池容量的选择 MQ 发动机的起动阻力转矩N m P 起动机功率 kW 角速度 频率 1 起动机功率的选择 第二节起动机基本参数的选择 1 起动机功率的选择 V 发动机的工作容积 L 2 M 柴油发动机的起动阻力转矩N m C0 常数 表3 1 根据表3 1以及公式 表3 1 电动机功率 第二节起动机基本参数的选择 1 起动机功率的选择 发动机最低起动转速三个条件 1 气缸已经吸入能够着火的混合气 3 点火装置能够发出可靠的火花 2 压缩行程终了时 混合气具有一定的压力和温度 使得第一次爆发后 发电机具有一定的动能完成四冲程继续工作 汽油机最低转速为 50 70r min 柴油机的最低转速为 100 200r min 第二节起动机基本参数的选择 2 传动比的选择 1 起动机与发动机的传动比 应能够保证发动机可靠的起动 同时要求能够使得起动电动机达到最大的功率 即就是保证发动机最低转速起动的条件下 电动机输出功率以及转矩最大 起动机与曲轴的传动比 汽油机13 17 柴油机8 10 汽油机NQ 最低起动转速650 900r min 柴油机NQ 最低起动转速800 2000r min 第二节起动机基本参数的选择 3 蓄电池的选择 电池容量 C 电池容量 Ah P 起动电动机功率 kW V 起动电动机额定电压 V 7 5kW以上的电动机 蓄电池的容量可以选择比计算的理论值小些 第三节典型起动机的结构及工作原理 一 起动机的分类 1 电磁控制强制吸合式 电机起动时 驱动齿轮借助电磁力拉动推杆 自动吸入飞轮齿环 2 电枢移动式 靠磁极磁通的电磁力 使电枢轴向移动 将驱动齿轮齿飞轮齿环 3 齿轮移动式 靠电磁开关推动安装在电枢轴孔内的齿合杆 而使驱动齿轮齿飞轮齿环 电枢移动式 和齿轮移动式 性能较好 但机械结构较复杂 用得多的是电磁控制强制吸入式 第三节典型起动机的结构及工作原理 二 电磁控制齿合式起动机 1 日产 1 日产车型 动作原理与第一节讲解一致 第三节典型起动机的结构及工作原理 二 电磁控制齿合式起动机 2 国产QD124型起动机 第三节典型起动机的结构及工作原理 电动机的起动过程 两个阶段1 进入齿合 2 完全齿合 1 进入齿合 打开点火开关3 继电器线圈通电 触头1闭开 吸合线圈 维持线圈通电 电动机以低电压运行 将驱动齿轮齿入飞轮环 电动机与发动机飞轮齿合 通电回路为 继电器通电回路 第三节典型起动机的结构及工作原理 电动机的起动过程 两个阶段1 进入齿合 2 完全齿合 2 完全齿合 接触盘将4 5端接通 电动机全电压运行 吸合线圈被接触盘短接 靠维持线圈维持电磁铁通电吸合 保持驱动齿轮齿入飞轮环 3 起动结束 松开点火开关钥匙3 点火开关自动复位点火档位 继电器线圈断电 触头1断开 吸合线圈 维持线圈串联 保持驱动齿轮齿入飞轮环 通电回路为 第三节典型起动机的结构及工作原理 电动机的起动过程 两个阶段1 进入齿合 2 完全齿合 3 起动结束 松开点火开关钥匙3 点火开关自动复位点火档位 继电器线圈断电 触头1断开 吸合线圈 维持线圈串联 吸合线圈与维持线圈电磁力相反 合成吸力跟小 拨叉轴上的弹簧弹力将驱动齿轮拨离飞轮环 接触盘与4 5连接柱分离 起动结束 三 新型起动机 1 电枢移动式起动机 图3 13电枢移动式起动机的电路图 l 主磁场绕组 2 串联辅助励磁绕组 3 并联辅助励磁绕组 4 接触桥 5 静触点 6 电磁铁 7 挡片 8 扣爪 9 回位弹簧10 圆盘 11一电枢 12 磁极 13 摩擦式离合器 第三节典型起动机的结构及工作原理 第三节典型起动机的结构及工作原理 电动机的起动过程 两个阶段1 进入齿合 2 完全齿合 1 进入齿合 此时 串 并联辅助绕组通电产生的电磁力克服弹簧9的反力 吸引电动机电枢向左移动 电动机的驱动齿轮齿入曲轴的飞轮齿环 并接通主励磁绕组1 当起动点火开关接通时 电磁铁6产生的吸力 吸引接触桥4 由于扣爪8顶住了挡片7 接触桥只能上端吸合 接通了串 并联辅助绕组的电路 此时 串 并联辅助绕组电阻大 产生的电磁磁通较小 电动机电枢低速运行 驱动齿轮齿入飞轮齿环较为柔和 1 电枢移动式起动机 第三节典型起动机的结构及工作原理 电动机的起动过程 两个阶段1 进入齿合 2 完全齿合 2 完全齿合 电枢移动使驱动齿轮齿入飞轮环后 固定在电动机换向器端面的圆盘10 托起扣爪8 使得挡片7脱扣 活动接触桥上下触点闭合 接通电动机主励磁绕组1 起动电动机便以正常的工作转矩转速驱动发动机曲轴旋转 3 离合器动作 起动时 摩擦式单向离合器在电动机旋转力矩的作用下 向着锁紧状态 将电动机的转矩传递给发动机曲轴 发动机启动后 当发动机带动的飞轮齿线速度大于驱动齿轮齿环的线速度时 摩擦式单向离合器在发动机旋转力矩的作用下 向着松动状态变化 离合器打滑 曲轴转矩不能传递给电动机电枢 避免飞散 1 电枢移动式起动机 第三节典型起动机的结构及工作原理 电动机的起动过程 两个阶段1 进入齿合 2 完全齿合 4 退出离合器动作 发动机起动后 电动机处于空载状态 其转速升高 使得电枢电流减小 串励磁辅助绕组 主励磁绕组电流减小 磁通 下降 电动机电枢与定子磁场的互相作用力下降 当减小到不能克服弹簧 9 反作用力时 弹簧力将电动机电枢向右侧移动 驱动齿轮与飞轮齿环脱离齿合 扣爪8复位上扣 为下次起动做好准备 只有将点火开关复位至正常点火位置 起动继电器线圈断电 电动机电源切断 电机才能回到停止状态 1 电枢移动式起动机 2 减速式起动机 第三节典型起动机的结构及工作原理 三 新型起动机 减速式起动机的起动装置有内齿合式 外齿合式和行星齿轮式三种 1 内齿合式 电动机用串励磁形式 单向离合器采用滚柱式单向离合器10 传动采用内齿合式 驱动齿轮13 内齿轮12 动作原理与前述基本相同 第三节典型起动机的结构及工作原理 2 减速式起动机 2 行星齿轮齿合式 电动机用串励磁形式 单向离合器采用滚柱式单向离合器9 减速传动采用行星齿轮8 动作原理与前述基本相同 第三节典型起动机的结构及工作原理 2 减速式起动机 行星齿轮传动过程 2 行星齿轮齿合式 电动机电枢力矩驱动太阳齿轮1 太阳轮驱动行星轮2 3 4 行星轮驱动安装与单向离合器联轴的内齿圈 达到减速目的 第三节典型起动机的结构及工作原理 2 减速式起动机 3 外齿合式 电动机用并励磁形式 传动机构由惰轮和离合器齿轮 小齿轮和起动离合器构成 惰轮 离合器齿轮可以将电动机电枢转速减少1 3 1 4后传递给小齿轮 优点 可以产生更大的起动转矩 传动机构同等体积相比较 图3 18丰田车用减速式起动机的原理示意图l一小齿轮 2一小齿轮回位弹簧 3一惰轮 4一电枢 5一励磁线圈 6一电刷 7一端子C 8一可动铁心回位弹簧 9一可动铁心 10一端子30 1l一蓄电池 12一点火开关 13一端子50 14一螺旋花键 15一离合器齿轮 16一起动离合器 17一齿圈 HC一保持线圈 PC一吸引线圈 第三节典型起动机的结构及工作原理 2 减速式起动机 3 外齿合式减速 外齿合式起动机的工作原理 第三节典型起动机的结构及工作原理 2 减速式起动机 3 外齿合式减速 外齿合式起动机的工作原理 1 点火开关置于起动 STA 位置时 端子50将吸引线圈和保持线圈与蓄电池正极接通 吸引线圈经端子C与电动机的定子 励磁绕组 电枢绕组接通 再经碳刷到地形成电动机的起动电流回路 电动机以低电压起动转速较低 有利于传动机构齿合 由于吸引线圈和保持线圈同时通电 电流产生的磁场方向一致 将可动铁心向左推动 压缩阻力弹簧 将小齿轮齿入飞轮齿环 由于整个过程电动机处于低速运转 使得齿合过程平稳 第三节典型起动机的结构及工作原理 外齿合式起动机的工作原理 第三节典型起动机的结构及工作原理 2 当铁心向左推动将小齿轮完全齿入飞轮齿环时 连接盘将端子7 C 与端子10 30 联通 吸引线圈被短接 蓄电池正极与电动机的定子 励磁绕组 电枢绕组直接接通 电动机以全电压运行 转速升高 且输出最大转矩 电动机电枢转矩通过传动减速齿轮 单向离合器带动曲轴其带动发动机 小齿轮与飞轮齿环的齿合靠维持线圈的电磁力维持 外齿合式起动机的工作原理 第三节典型起动机的结构及工作原理 外齿合式起动机的工作原理 3 起动完毕 点火开关从起动 STA 位置时 拨回至运行 ON 位置 端子50与蓄电池正极的连接断开 吸引线圈和保持线圈通过接触盘10 7端子 C 保持与蓄电池正极接通 流经吸引线圈的电流与起动状态电流方向相反 产生的电磁磁通与保持线圈产