第4章 起动系统

学习目标1.了解起动系统的组成与功用2.熟知起动机的结构和工作原理3.了解起动机的类型与型号4.掌握起动机的控制过程及控制电路5学会起动机的正确使用与检修方法6.掌握起动系统的故障诊断与排除方法,概述,发动机常用的起动方式人力起动：汽车上作为后备方式。辅助汽油机起动：一些大功率的柴油机上。电力起动：现代汽车广泛采用。本章讨论电力起动机起动如图4-1所示。,图41起动机和发动机的啮合关系,电力起动具有操作简便、起动迅速、具有重复起动能力、并且可以远距离控制的特点，在现代汽车上得到广泛采用。常见的电力起动机主要有以下三种：（1）电磁控制强制啮合式起动机。（常规起动机）（2）永磁起动机（3）减速起动机,4.1.1起动系统的组成及类型,起动系统由起动机及控制电路两大部分。常规起动机一般由直流串励式电动机、传动机构和控制装置（也称电磁开关）三部分组成。,4.1.2起动机的分类,1按控制方法的不同,机械控制起动机,电磁控制起动机,2按传动机构啮入方式,强制啮合式起动机,惯性啮合式起动机,电枢移动式起动机,减速式起动机,外啮合式,内啮合式,行星齿轮啮合式,4.1.3起动机的型号根据中华人民共和国行业标准QC/T73-1993汽车电气设备产品型号编制方法规定，起动机的型号如下：,变型代号,设计序号,产品代号(QD、QDJ、QDY表示),分类代号（电压等级）,分组代号（功率等级）,4.2起动机的结构,起动机一般由直流串激式电动机、传动机构(或称啮合机构)和控制装置(即开关)三部分组成,双击画面观看视频,4.2.1直流电动机直流电动机的作用是产生力矩。一般均采用直流串励式电动机。“串励”是指电枢绕组与磁场绕组串联。1.串励式直流电动机的结构一主要由机壳、磁极、电枢、换向器及电刷等组成。如图4-3所示。,4-3直流电动机的结构,（1）机壳机壳的作用是安装磁极，固定机件。机壳用钢管制成，一端开有窗口，用于观察和维护电刷和换向器，平时用防尘箍盖住。机壳上只有一个电流输入接线柱并在内部与磁场绕组的一端相接。壳内壁固定有磁极铁心和磁场绕组。如图44所示。,图44机壳,(2)磁极磁极的作用是产生电枢转动时所需要的磁场，它由固定在机壳上的磁极铁心和磁场绕组组成，见图4-4所示。如图4-5所示为励磁绕组的内部电路连接方法，励磁绕组一端接在外壳的绝缘接线柱上，另一端与两个非搭铁电刷相连。,图4-5励磁绕组的接法a)四个绕组相互串联；b)两个绕组串联后再并联,磁极：由固定在机壳上磁极铁心和磁场绕组组成，其作用是建立磁场：一般采用4个（2对）磁极，大功率起动机采用6个磁极，,双击画面观看视频,(3)电枢如图4-6所示为电枢总成，由外圆带槽的硅钢片叠成的铁心和电枢绕组组成，电枢绕组一般采用矩形截面的裸铜线绕制，多采用波绕法。,图4-6电枢总成,双击画面观看视频,（4）换向器换向器装在电枢轴上，它由许多换向片组成。嵌装在轴套上，各换向片之间均用云母绝缘。,(4)电刷及刷架电刷及电刷架的作用是将电流引入电动机。一般有4个电刷及电刷架。电刷架固定在前端盖上，其中两个对置的电刷架与端盖绝缘，称为绝缘电刷架；另外两个对置的电刷架与端盖直接铆合而搭铁，称为搭铁电刷架，如图4-7所示。电刷由铜粉与石墨粉压制而成，加入铜是为了减少电阻并增加耐磨性。电刷装在电刷架中，借弹簧压力将它紧压在换向器铜片上。电刷弹簧的压力一般为1215N。,图4-7电刷及电刷架的组合,（5）端盖端盖有前、后之分。前端盖一般用钢板压制而成，其上装有4个电刷架，后端盖为灰铸铁浇铸而成。它们分别装在机壳的两端，靠两根长螺栓与起动机机壳紧固在一起。两端盖内均装有青铜石墨轴承套或铁基含油轴承套，以支承电枢轴。,2.直流电动机的工作原理,直流电动机是将电能转化成机械能的设备。以安培定律为基础，即通电导体在磁场中的电场力作用。,直流电动机的原理图,3.直流电动机的工作特性,1）转矩特性：起动瞬间：I=MAX,n=0,处于完全制动状。转矩M与I2成正比.结论：在起动瞬间,转矩很大,使发动机易于起动。,直流串励式电动机的特性,2）转速特性：串励式电动机具有轻载转速高，重载转速低的特性，可以保证起动安全可靠，但轻载或空载时，易造成“飞车”事故。对于功率很大的直流串励式电动机，不允许轻载或空载下运行。3）功率特性：(kw)完全制动时：P和n0时，M=MAX空载时：I=mim，n=max,P=0当I0.5I，P=MAX,影响起动机功率的因素：接触电阻和导线的影响：R大，L长，A（横截面积）小，会使P减小蓄电池容量的影响容量越小，功率越小温度的影响直接影响蓄电池的内阻T减小，r增加，P减小,4.2.2传动机构,组成：驱动齿轮、单向离合器、拨叉、啮合弹簧等。分类：1.滚柱式单向离合器2.摩擦片式离合器3.弹簧式单向离合器,双击画面观看视频,传动机构的作用是把直流电动机产生转矩传递给飞轮齿圈，再通过飞轮齿圈把转矩传递给发动机的曲轴，使发动机起动；起动后，飞轮齿圈与驱动齿轮自动打滑脱离。,1.滚柱式单向离合器,图4-10滚柱式单向离合器,1-驱动齿轮；2-外壳；3-十字块；4-滚柱；5-压帽与弹簧；6-垫圈；7-护盖；8-花键套简；9-弹簧座；10-缓冲弹簧；11-移动衬套；12-卡簧,（1）构造,（2）工作过程,滚柱的受力及作用示意图,a)起动时；b)起动后,2.摩擦片式单向离合器该离合器的结构如图412(a)所示，外接合鼓固定在起动机电枢轴上，两个弹性圈和压环依次沿起动机轴装进外接合鼓中，青铜的主动摩擦片5以其外凸齿装入外接合鼓的轴向切槽中，钢制的从动摩擦片以其内凸齿插入I内接合鼓的轴向切槽中。内接合鼓具有螺旋线孔并旋在起动机驱动齿轮柄的三线外螺纹上，齿轮柄则自由地套在起动机轴上，内垫有减振弹簧，并用螺母锁紧以免轴向脱出。内接合鼓上具有两个小弹簧，轻压摩擦片，以保证它们彼此接触。工作原理：起动机带动曲轴旋转时，内接合鼓沿螺旋线向右移动，将主、从动摩擦片压紧（如图412b)，利用摩擦力将电枢的转矩传给飞轮。发动机发动后，起动机驱动齿轮被飞轮带着转动，当其转速超过电枢转速时，内接合鼓则沿螺旋线向左退出，主、从动摩擦片松开(如图412c)而打滑，这时仅驱动齿轮随飞轮高速旋转，但不驱动起动机电枢，从而避免了电枢超速飞散的危险。,图4-12摩擦片式单向离合器(a)结构;(b)压紧；(c)放松l-驱动齿轮；2-齿轮柄；3-减振弹簧；4-小弹簧；5-主动摩擦片；6-压环；7-弹性圈；8-外接合鼓；9-从动摩擦片；10-内接合鼓；11-飞轮,3.弹簧式单向离合器弹簧式单向离合器的结构如图413所示，花键套筒6套在电枢轴的螺旋花键上，驱动齿轮1套在轴的光滑部分，两者间用两个月形键连接，使驱动齿轮与花键套筒之间不能作轴向相互移动，但可以相对转动。在驱动齿轮柄和花键套筒外装有扭力弹簧，弹簧的两端各有14圈内径较小，分别箍紧在齿轮柄和花键套筒上。工作原理为：当起动发动机时，电枢轴带动花键套筒稍有转动，扭力弹簧4顺着其螺旋方向将齿轮柄与花键套筒包紧，起动机转矩经扭力弹簧传给驱动齿轮起动发动机。发动机起动后，驱动齿轮转速高于花键套筒，扭力弹簧放松，驱动齿轮与花键套筒松脱打滑，发动机的转矩不能传给电机电枢。,图413弹簧式单向离合器1-驱动齿轮；2-挡圈；3-月形键；4-扭力弹簧；5-护套；6-花键套筒；7-缓冲弹簧；8-移动衬套；10-卡簧；11-衬套,10,11,4.2.3控制装置电磁控制装置在起动机上称为电磁开关，它的作用是控制驱动齿轮与飞轮齿圈的啮合与分离,并控制电动机电路的接通与切断。在现代汽车上，起动机均采用电磁式控制电路，电磁式控制装置是利用电磁开关的电磁力操纵拨叉，使驱动齿轮与飞轮啮合或分离。,1.电磁控制装置的组成图所示为其结构图。电磁开关主要由吸引线圈、保持线圈、回位弹簧、可动铁心，接触片等组成。其中，端子30直接接电源,端子C接磁极接线柱,端子50接点火开关，通过点火开关再接电源；,2.工作过程,4减速式起动机,减速式起动机减速机构根据结构可分为内啮合式、外啮合式和行星齿轮啮合式三种类型。,一.外啮合式减速起动机组成,4.3.1外啮合式减速起动机结构,主要包括电动机、平行轴减速装置、传动机构和控制装置。,1电动机该电动机四个磁场绕组相互并联后再与电枢绕组串联，仍为串励式电动机，图所示。基本部件与常规起动机相似，此处不再重复其工作原理。,磁场绕组的联接,2传动机构及减速装置传动机构和减速装置的位置关系如图所示,图为减速装置中齿轮的啮合关系和传动机构中单向离合器示意图。减速齿轮装置采用平行轴外啮合减速齿轮装置，该装置中设有三个齿轮，即电枢轴齿轮，惰轮(中间齿轮)及减速齿轮。,a)减速齿轮啮合关系和单向离合器,3控制装置及工作过程下面以丰田花冠轿车中平行轴式减速起动机为例.,4.3.2行星齿轮式减速起动机,行星齿轮减速起动机的结构如图所示。,行星齿轮减速装置中设有三个行星轮，一个太阳轮（电枢轴齿轮）及一个固定的内齿圈，其结构如图所示。,行星齿轮减速装置结构,内齿圈固定不动，行星齿轮支架是一个具有一定厚度的圆盘，圆盘和驱动齿轮轴制成一体。三个行星齿轮连同齿轮轴一起压装在圆盘上，行星齿轮在轴上可以边自转边公转。驱动齿轮轴一端制有螺旋键齿，与离合器传动导管内的螺旋键槽配合。,为了防止起动机中过大的扭力对齿轮造成损坏，弹簧垫圈把离合器片压紧在内齿轮上，这样当内齿圈受到的扭力过大时离合器片和弹簧垫圈可以吸收过大的扭力。,1电动机该电动机的结构有两类，一类与常规起动机类似采用励磁线圈产生磁场，2传动机构及减速齿轮装置,4.4起动机的正确使用与检修,4.4.1起动机的正确使用与维护,1.使用起动机时，应注意如下事项：,(1)应注意起动机使用前的准备工作是否做好,(2)一次即能起动。若一次未能起动，则必须等起动机电枢与驱动齿轮完全静止后方可进行第二次起动。,(3)起动机每次的起动时间不得超过5S，再次起动时应停息2min左右，连续第三次起动时，应在检查排故的基础上停歇15min后再使用。(4)冬季和低温情况下起动时，应先将发动机手摇预热后，再使用起动机起动。(5)发动机起动后，必须立即切断起动机控制电路，使起动机停止工作。(6)发动机旋转时，严禁将起动机投入工作。,2起动机的维护要点,(1)经常检查各紧固件是否牢固，要保证起动机在车上安装牢固。(2)经常检查起动机与蓄电池、起动机继电器或组合继电器、开关之间的各连接导线及连接片的连接是否牢固，其连接处接触是否良好、导线的绝缘是否损坏，发现导线与接线柱有油污或氧化情况应清除，使之保持干净，并将其各部连接状态保持紧固。(3)定期拆去防尘带，检查换向器表面是否光洁，刷架内的电刷应能上下滑动自如、是否有卡住现象，刷簧压力是否正常，并清除其积尘。如现象电刷磨损过多和换向器表面烧毛，应立即修理或调换。(4)为保证起动机起动时的可靠性，应每年大修一次，经常检查视情况而定。,4.5起动系统控制电路,4.5.1起动系统电路的组成起动系统的电路随车型的不同而有所不同，大体上可以分为无起动继电器的起动电路、带有起动机继电器的起动电路和带有保护继电器的起动电路。下面介绍几种典型的起动电路。,不带起动继电器的起动电路,带起动继电器的起动电路,1.无起动继电器的起动电路,以丰田AE系列轿车和普通桑塔纳轿车为例，介绍无起动继电器的起动电路。如图所示为丰田AE系列中常用的起动电路及其工作过程。,点火开关位于起动位置,无起动继电器的起动电路,当小齿轮和飞轮齿圈完全啮合以后，如图所示，与可动铁心连在一起的接触片向右运动，和端子30及端子C接触，从而接通了主开关，通过起动机的电流增大，电动机的转速升高。而电枢轴上的螺纹使小齿轮和飞轮齿圈更加牢固的啮合。,小齿轮和飞轮齿圈啮合,动画,发动机起动以后，点火开关会从“START”档回到“ON”档，这就切断了端子50上的电压。这时，接触片和端子30及端子C仍保持接触。如图所示，电路中的电流为：蓄电池“”端子30接触片端子C吸引线圈保持线圈搭铁。,起动完成,动画,（2）普通桑塔纳轿车的起动控制电路桑塔纳轿车采用QD1225型起动机，起动系的控制电路采用无起动继电器的起动电路，如图所示，在其控制电路中，点火开关“30”接线柱接电源，由红/黑色导线从点火开关上“50”接线柱送至中央线路板B8结点，再通过中央线路板C18结点，引到起动机电磁开关“50”接线柱。用黑色导线连接蓄电池正极与起动机“30”接线柱。,桑塔纳系列轿车起动线路,4.3.2带起动继电器的控制电路,装起动继电器的目的是减小通过点火开关的电流，防止点火开关烧损。起动继电器有四个接线柱分别标有起动机、电池、搭铁和点火开关，点火开关与搭铁接线柱之间是继电器的电磁线圈，起动机和电池接线柱之间是继电器的触点。接线时，“点火开关”接线柱接点火开关的起动档，“电池”接线柱接电源，“搭铁”接线柱直接搭铁，“起动机”接线柱接起动机电磁开关上起动机接线柱，如图所示。,带起动继电器的控制电路,动画,3.带保护继电器的起动系统电路,为了防止发动机起动以后起动电路再次接通,一些起动电路中还安装了带有保护功能的组合式继电器。下面以CA1090型汽车起动系电路为例,介绍其作用和工作过程。组合继电器CA1090型汽车起动系装用了JD171型组合继电器，如图所示。,JD171型组合继电器,2起动系的工作过程CA1091型汽车的起动电路如图。,广州本田雅阁轿车起动系统控制电路,4.5.2带自动变速器的起动机控制电路带自动变速器的起动系统电路是由自动变速器的档位开关控制，只有自动变速器的档位处于P或N档才可以接通起动电路。,丰田凌志LS400型轿车微电脑控制起动系统电路图,4.5.3微电脑控制起动机丰田凌志LS400型轿车微电脑控制起动系统电路图，它由起动继电器、起动机、空档起动开关、防盗器等组成。,4.6起动系统的故障诊断与排除,4.6.1起动机不转（1）故障现象：将点火开关旋至起动档，起动机驱动齿轮不向外伸出，起动机不转。（2）诊断思路与方法：此种故障可能由蓄电池及电路连接造成，也有可能由起动机本身造成，首先应进行区分，方法如下：用螺丝刀或导线短接起动机电磁开关上的端子30和端子C两个接线柱。若起动机不转，说明电动机有故障，应解体检修；若起动机运转，说明电动机正常，故障在起动机本身以外的电路。诊断流程见图。,起动机不转故障诊断流程图,4.6.2起动机起动无力（1）故障现象：将点火开关旋至“起动”档，驱动齿轮发出“咔哒”声向外移出，但是起动机不转动或转动缓慢无力。（2）诊断思路与方法,起动机运转无力故障诊断图,4.6.3起动机空转,（1）故障现象：接通点火开关“起动”开关，起动机只是空转，不能带动发动机运转。（2）诊断思路与方法：起动机空转时，有较轻的摩擦声音，起动机驱动齿轮不能与飞轮轮齿啮合而产生空转，即驱动齿轮还没有啮合到飞轮轮齿中，电磁开关就提前接通，说明主回路的接触盘行程过短，应拆下起动机，进行起动机接通时刻的调整；起动机空转时，有严重的碰擦轮齿的声音：说明飞轮轮齿或起动机驱动齿轮严重磨损，应拆下起动机进一步检查，根据实际情况更换驱动齿轮或飞轮轮齿；起动机空转时，速度较快但无碰齿声音：说明起动机单向离合器打滑，即驱动齿轮已经啮入飞轮轮齿中，但不能带动飞轮旋转，只是起动机电枢轴在空转，应更换单向离合器总成。,4.6.4起动机典型故障案例一、货车起动系故障案例二、福克斯起动系故障案例三、华晨宝马起动系故障案例故障排除录像,本章小结1起动机由串励直流电动机、传动机构和操纵机构三个部分组成。2起动机按操纵机构分为直接操纵式起动机和电磁操纵式起动机。按传动机构的啮合方式分为惯性啮合式起动机、强制啮合式起动机、电枢移动式起动机、齿轮移动式起动机、减速式起动机。而减速式起动机又有外啮合式、内啮合式和行星齿轮啮合式三种类型。3串励直流电动机由电枢、磁极、换向器等主要部件构成。4起动机用直流电动机多为串励直流电动机，是因为串励直流电动机的特性可满足需要。起动机的特性取决于直流电动机的特性，而串励直流电动机特性的特点是起动转矩大，机械特性软。5起动机由于其轻载或空载时转速很高，容易造成“飞散”事故，故对于功率较大的串励直流电动机，不允许在轻载或空载下运行。6电枢电流接近制动电流的一半时，电动机输出功率最大。最大功率作为额定功率。7影响起动机功率因素主要有接触电阻和导线电阻、蓄电池容量、温度。8起动机的传动机构包括离合器和拨叉两个部分。传动机构中的离合器分为滚柱式离合器、摩擦片式离合器、弹簧式离合器几种。9起动机的电路可归纳为三条回路，即主回路、开关回路、控制回路。其控制关系是：控制回路控制开关回路，开关回路控制主回路。10起动机每次起动时间不超过5s，再次起动时应停止2min，使蓄电池得以恢复。如果有连续第三次起动，应在检查与排除故障的基础上停歇15min以后。11.发动机起动后，必须立即切断起动机控制电路，使起动机停止工作。12起动机性能可通过空载试验和全制动试验来检验。它也是故障诊断的基本方法。13.起动系常见的故障有起动机不转、起动运转无力、起动异响等。,实训项目八常规起动机的拆装与检测,1.起动机的拆装起动机解体前应清洁外部的油污和灰尘，然后按下列步骤进行解体：(1)旋出防尘盖固定螺钉，取下防尘盖，用专用钢丝钩取出电刷；拆下电枢轴上止推圈处的卡簧，如图所示；,拆卸电刷,（2）用扳手旋出两紧固穿心螺栓，取下前端盖，抽出电枢，如图所示；,拆卸前端盖和电枢,（3）拆下电磁开关主接线柱与电动机接线柱间的导电片；旋出后，端盖上的电磁开关紧固螺钉，使电磁开关后端盖与中间壳体分离。如图所示；,拆卸电磁开关,（4）从后端盖上旋下中间支承板紧固螺钉，取下中间支承板，旋出拨叉轴销螺钉，抽出拨叉，取出离合器，如图所示；,拆下离合器,（5）将已解体的机械部分侵入清洗液中清洗，电器部分用棉纱沾少量汽油擦拭干净。有必要时，可分解电磁开关，其步骤是：拆下电磁开关前端固定螺钉，取下前端盖；取下接触盘锁片、触盘、弹簧，抽出引铁；取下固定铁心卡簧及固定铁心，抽出铜套及吸引和保持线圈。（6）起动机的装复起动机的型式不同，具体装复的步骤不可能完全相同，但基本原则是按分解时的相反步骤进行。装复的一般步骤是：先将离合器和移动叉装入后端盖内，再装中间轴承支撑板，将电枢轴装入后端盖内，装上电动机外壳和前端盖，并用长螺栓结合紧，然后装电刷和防尘罩，装起动机开关可早可晚。,2.起动机检测,起动机的检测分为解体检测和不解体检测两种，解体测试随解体过程一同进行。不解体测试可以在拆卸之前或装复以后进行。1）起动机的不解体检测在进行起动机的解体之前，最好进行不解体检测，通过不解体的性能检测大致可以找出故障。起动机组装完毕之后也应进行性能检测，以保证起动机正常运行。在进行以下的检测时，应尽快完成，以免烧坏电动机中的线圈。（1）吸引线圈性能测试先把励磁线圈的引线断开。按着图所示的方法连接蓄电池与电磁起动开关。,（2）保持线圈性能测试接线方法如图，在驱动齿轮移出之后从端子C上拆下导线。,电磁开关吸引线圈功能试验,电磁线圈和保持线圈功能试验,（3）驱动齿轮回位测试按图a)连接。（4）驱动齿轮间隙的检查按图b)连接蓄电池和电磁开关。,a)驱动齿轮复位试验,b)驱动齿轮间隙检查时的接线,（5）空载测试固定起动机；按着图示的方法连接导线；检查起动机应该平稳运转，同时驱动齿轮应移出；读取安培表的数值，应符合标准值；断开端子50后，起动机应立即停止转动，同时驱动齿轮缩回。,起动机的空载测试,2）起动机的解体检测,（1）直流电动机的检修磁场绕组的检查，如图a)所示；电枢的检查，如图b)所示；,b)磁场绕组及其外壳的检查,a)换向器的检查,）电枢绕组（即换向片与换向片间）的检查,）换向器失圆检查,）换向器最小直径的检查,f）电枢轴跳动检查,换向器绝缘片的检查,电刷的检查,电刷架的检查,电刷弹簧的检查,（2）传动机构的检修单向离合器的安装与检查如图所示。将单向离合器及驱动齿轮总成装到电枢轴上，握住电枢，当转动单向离合器外座圈时，驱动齿轮总成应能沿电枢轴自如滑动。如图所示。,单向离合器的安装与检查,单向离合器的其它检查,（3）电磁开关的检修,起动继电器的检查起动继电器的检查如图起动机构如果有起动继电器，则需要对其进行检查，检查项目和方法如下图所示；,起动继电器内部电路,起动继电器内部电路,起动继电器工作情况检查,电磁开关的检查电磁开关在解体情况下的检查项目和方法如图所示。,活动铁芯的检查,吸引线圈的开路检查,保持线圈的开路检查,电磁开关接触片的检查,3）减速起动机的拆装与维护,（1）减速起动机的分解及检修平行轴式减速起动机的分解过程参考图，行星齿轮式减速起动机的分解过程参考图。,平行轴式减速起动机分解图,1.平行轴式减速起动机,（1）不解体检查检