起动机组成与原理

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起动机主要内容一、概述二、起动机结构与工作原理三、常用起动电路分析主讲张焦军第二页，共34页。概述

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。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。第三页，共34页。第四页，共34页。一、起动系统的基本组成起动系统一般由蓄电池、起动机、起动开关（点火开关）、起动继电器和安全起动开关（空档起动开关）等组成。第五页，共34页。根据起动机的传动机构和控制装置的不同，起动机可以分为以下四种：起动机种类惯性啮合式起动机机械啮合式起动机电磁啮合式起动机电枢移动式起动机二、起动机的分类第六页，共34页。电磁啮合式起动机由于结构简单、工作可靠等特点，因而在现代汽车上被广泛应用，在各种轿车上几何都采用电磁啮合式起动机。电枢移动式起动机主要应用于大功率的柴油发动机上。惯性啮合式起动机和机械啮合式起动机，由于其结构的限制，目前已基本不采用。第七页，共34页。起动机的型号

(1)产品代号：起动机的产品代号有QD、QDJ、QDY三种，分别表示起动机、减速起动机和永磁起动机（包括永磁减速起动机）。

(2)

电压等级代号：用1位阿拉伯数字表示，1、2、6分别表示12V、24V和6V。

(3)

功率等级代号：用1位阿拉伯数字表示，其含义见表。代号123456789功率/kW～11～22～33～44～55～66～77～8>8第八页，共34页。起动机的结构与工作原理一、起动机的结构㈠电磁啮合式起动机

电磁啮合式起动机的由直流电动机、电磁操纵机构和传动机构等几部分组成。第九页，共34页。第十页，共34页。

（a)（b)

磁场绕组的接法

①将所有磁场绕组的所有线圈串联在一起，然后再与电枢绕组串联。

②将磁场绕组的线圈分成两组，每组线圈相互串联，然后两组再并联起来与电枢绕组串联。第十一页，共34页。12电枢：直流电动机的转子部分，用来将电能转变为机械能，即在起动机通电时，与磁场相作用而产生电磁转矩。电枢构成如图；1-换向器、2-铁芯、3-绕组、4-电枢轴枢铁芯由外圆带槽的钢片叠成，压装在电枢轴上；铁芯的外槽内饶有绕组，绕组用粗大的矩形截面裸铜线绕制而成，并且多采用波绕法，以便结构紧凑，并可以通过较大的电流，获得较大的电磁力矩。为防止电枢绕组搭铁和匝间短路，在电枢绕组和铁芯之间和电枢绕组间用绝缘纸隔开。第十二页，共34页。换向器是用来连接励磁绕组与电枢绕组的电路，并使处于同一磁极下的电枢导体中流过的电流保持固定方向。换向器由一定数量的燕尾形铜片组成，并用轴套和压环组装成一个整体，压环装在电枢轴上，各铜片之间以铜片与轴套、压环之间均用云母或硬塑料片绝缘。电枢绕组各线圈的两端焊接在相应铜片的接线凸缘上，经过绝缘电刷和搭铁电刷分别与起动机磁场绕组的一端和启动机壳体连接。电枢轴除了铁芯和换向器外，还制有螺旋槽和花键槽，以便安装传动装置，电枢轴两端通过轴承支承在起动机前后端盖上。第十三页，共34页。电刷及电刷架电刷由铜与石墨粉压制而成，其中含铜80%~90%，石墨10%~20%以减小电阻，增加耐磨性及提高机械强度。为了尽量减小电刷与换向器之间的接触电阻，并延长电刷使用寿命，电刷与换向器有较大的接触面积，并且电刷靠电刷弹簧压紧在换向器的外圆表面。一般起动机电刷个数等于磁极个数，也有的大功率起动机电刷个数等于磁极个数的两倍。第十四页，共34页。传动机构的作用是将直流电动机的转矩传递给发动机的飞轮，以带动发动的转动。传动机构的主要部件是单向离合器，它的作用是单方向传递转矩。单向离合器有滚柱式、摩擦片式和扭簧式三种。单向离合器只传递起动机到发动机飞轮的转矩，以免发动机起动后，飞轮带动起动机电机超速旋转而损坏。传动机构第十五页，共34页。滚柱式单向离合器具有结构简单，能可靠地传递中小扭矩，因而在汽油发动机中被广泛应用。⑴滚柱式单向离合器第十六页，共34页。摩擦片式单向离合器的结构复杂，但它能传递较大的力矩，工作十分可靠，因此，在柴油发动机上得到应用。起动时，花键套筒在电动机驱动下旋转，内接合鼓左移，摩擦片被压紧而传递转矩；发动机起动后，内接合鼓的转速高于花键套筒的转速，内接合鼓右移，摩擦片被放松而打滑。⑵摩擦片式单向离合器第十七页，共34页。扭簧式（弹簧式）单向离合器的结构简单、成本低、工作可靠，因而在柴油发动机中被广泛应用。起动时，单向离合器弹簧在两端摩擦力的作用下被扭紧而传递转矩；发动机起动后，驱动齿轮的转速高于电动机的转速，单向离合器弹簧被放松。⑶扭簧式单向离合器第十八页，共34页。电磁操纵机构又称电磁开关、控制装置等。它用来控制起动机主电路的通与断，并操纵传动机构的工作。电磁操纵机构有二个线圈，一个与电枢绕组串联，能产生较大的磁场力，称为吸引线圈；另一个与电动机并联，在吸引线圈被短路后，提供磁场力，保持铁芯被吸住，称为保持线圈。电磁操纵机构第十九页，共34页。第二十页，共34页。减速起动机在直流电动机与驱动齿轮之间增加一套减速机构，以达到减速增扭的目的。这样，电动机的体积和重量可以减小，工作电流也减小，从而延长了蓄电池的使用寿命。㈡减速起动机第二十一页，共34页。行星齿轮减速器是应用最广泛的一种。它具有重量轻、噪声低，安装方便等特点，因而中高档轿车上得到广泛应用。行星齿轮减速器减速起动机的减速机构分为外啮合式、内啮合式和行星齿轮式三种：第二十二页，共34页。永磁起动机的电动机磁极用永磁材料制成，它具有体积小、重量轻，机械特性和换向性能得到改善，换向火花造成的高频干扰减小，起动机的工作可靠性提高等特点。永磁减速起动机具有永磁起动机和减速起动机的共同特点，因此起动机的体积和重量大大减小，电路简化，起动机的拆装和维修十分方便，目前已广泛应用于各种轿车上。㈢永磁起动机第二十三页，共34页。（四）、电枢移动式启动机电枢移动式启动机的电路图如图4.16所示。启动机是借磁极磁力，移动整个电枢而使驱动齿轮啮入飞轮齿环的。启动机的电枢10在复位弹簧8的作用下与磁极11错开一定距离，换向器比较长。启动机的壳体上装有电磁开关，其磁化线圈由启动开关S控制，活动触点为一接触桥3，接触桥上端较长，下端较短，使启动机电路的接通分两个阶段进行。启动机有3个激磁绕组，其中，匝数少用扁铜条绕制的为主激磁绕组7，另外两个用细导线绕制的分别为串联辅助激磁绕组6和并联辅助激磁绕组5(又称保持线圈)。启动机单向离合器一般采用摩擦片式离合器。图4.16电枢移动式启动机的电路图1—电磁铁；2—静触点；3—接触桥；4—挡片；5—并联辅助激磁绕组；6—串联辅助激磁绕组；7—主激磁绕组；8—复位弹簧；9—圆盘；10—电枢；11—磁极；l2—摩擦片式离合器；13—扣爪第二十四页，共34页。2.电枢移动式启动机的工作原理电枢移动式启动机的工作过程分为两个阶段，串联辅助激磁绕组主要在第一阶段工作，第二阶段中由于与主激磁绕组并联而几乎被短路；并联辅助激磁绕组则在两个阶段中都工作，不但可以增大吸引电枢的磁力，而且可以起限制空载转速的作用。1)进入啮合当接通启动开关S时，电磁铁1产生吸力，吸引接触桥3，但由于扣爪13顶住了挡片4，接触桥只能上端闭合，如图4.16(a)所示，接通了串、并联辅助激磁绕组电路，其通路为蓄电池正极→静触点2→接触桥3的上端→并联辅助激磁绕组5→搭铁→蓄电池负极。蓄电池正极→静触点2→接触桥3上端→串联辅助激磁绕组6－电枢10→搭铁→蓄电池负极。并联辅助激磁绕组5和串联辅助激磁绕组6产生的电磁力克服复位弹簧8的反力，吸引电枢10向左移动，启动机驱动齿轮啮入飞轮齿环。此时，由于串联辅助激磁绕组6的电阻大，流过电枢绕组的电流很小，启动机仅以较小的速度旋转，这样电枢10低速旋转并向左移动。因此，驱动齿轮柔和啮入飞轮齿环，这是接入启动机的第一阶段。第二十五页，共34页。2)完全啮合电枢10移动使驱动齿轮完全啮入飞轮齿环后，固定在换向器端面的圆盘9顶起扣爪13，使挡片4脱扣，于是接触桥3的下端闭合，接通了启动机的主激磁绕组7，启动机便以正常的工作转矩和转速驱动曲轴旋转，这是接入启动机的第二阶段。在启动过程中，摩擦片式离合器12接合并传递扭矩。发动机启动后，摩擦片式离合器松开，曲轴转矩便不能传到启动机轴上。这时启动机处于空载状态，转速增高，电枢10中反电势增大，因而串联辅助激磁绕组6中的电流减小。当电流小到磁极磁力不能克服复位弹簧8的反力时，电枢10在复位弹簧8的作用下被移回原位，于是驱动齿轮脱开，扣爪13回到锁止位置，为下次启动做准备。直到断开启动开关S后，启动机才停止旋转。电枢移动式启动机保护飞车的能力和反击的能力不受功率限制，因此可做成大功率启动机。它的不足是:不宜在倾斜位置工作，结构复杂，传动比不能大。此外，当摩擦片磨损后，摩擦力会大大降低，因此需要经常调整，东欧国家生产的斯可达706R、太脱拉111、T138、却贝尔D350、D420、D450等汽车采用电枢移动式启动机。国产ST9187、ST9187A型启动机也采用电枢移动式结构。第二十六页，共34页。汽车的起动系统电路种类繁多，功能不同，但基本原理相同。

起动系统一般由蓄电池、起动开关、起动继电器、安全开关（又称空档起动开关）和起动机组成。常用起动电路分析第二十七页，共34页。一、基