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第５章启动系统124335５.１概述５.２起动机的组成、类型及型号５.３起动机用的直流电动机５.４直流电动机的工作原理５.５起动机启动机构下一页返回第５章启动系统67910５.６起动机控制电路元件５.７起动机使用注意事项５.８启动系统的新技术５.９小结上一页返回５.１概述发动机运转之前必须借助外力带动曲轴旋转使发动机进入自行运转状态，这个过程称为启动。启动是由一个系统来完成的，这个系统称为启动系统。该系统的作用是利用蓄电池提供的电力将静止状态的发动机转变为运转状态，产生动力，使汽车得以行驶。启动系统主要由以下部分组成：（１）蓄电池；（２）蓄电池电缆线（俗称“马达线”）和搭铁线；（３）点火开关；（４）起动机电磁开关或继电器；（５）起动机；（６）起动机转动机构和飞轮齿圈；下一页返回５.１概述（７）起动机安全开关。启动系统的结构如图５－１所示。启动系统重要的部分是起动机，起动机在点火开关及启动继电器控制下，将蓄电池的电能转化为机械能，带动发动机飞轮齿圈，驱使曲轴转动。为增大转矩，便于启动，起动机与曲轴的传动比对汽油机而言一般为１３～１７，柴油机一般为８～１０，起动机驱动齿轮的齿数一般为１３齿。上一页返回５.２起动机的组成、类型及型号５.２.１起动机的组成起动机俗称“马达”，一般由直流电动机、单向使动机构、操纵机构三大部分组成如图５－２所示。直流电动机是将电能转换为机械能的装置，其作用是产生发动机启动所需的电磁转矩。单向传动机构的作用是在发动机启动时，使驱动小齿轮与飞轮齿圈啮合，将起动机电磁转矩传递给曲轴，使曲轴旋转带动活塞连杆组作上下往复运动而做功，运转。下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号在发动机发动后，驱动小齿轮和直流电动机之间通过单向离合器作用切断动力传递路径，启动完毕时，驱动小齿轮与飞轮齿圈自动脱离啮合，防止曲轴反拖，起动机处于停止运转状态，操纵机构的作用是接通或切断起动机与蓄电池之间的主电路，并产生驱动拨叉的电磁力，有些起动机控制机构还有附加电阻短路开关，能在启动时将点火线圈附加电阻短路，以增大启动时的点火能量。５.２.２起动机的类型起动机的类型很多，结构各不相同。１.按总体结构不同分类１）直接启动式起动机上一页下一页返回一种常见的起动机是电磁线圈控制的直接驱动起动机（普通起动机），如图５－３所示。当旋转点火开关至（ＳＴ）启动挡时，电路接通，电源流到吸拉线圈和保持线圈，两线圈产生磁场，与此同时，电磁开关推动驱动齿轮与发动机飞轮齿圈啮合。当电磁开关作轴向移动时，接触盘闭合了从蓄电池到起动机的电路，大电流激励了励磁绕组，产生磁场驱动电枢旋转，带动飞轮旋转，使发动机启动运转。直接启动式起动机可以选串激式，也可以是多激式电动机。国产解放牌ＣＡ１０９２型汽车配用的ＱＤ１２１５型，东风ＥＱ１０９０型汽车配用的ＱＤ１２４、ＱＤ１２１２型，桑塔纳桥车配用的ＱＤ１２２５型起动机都采用普通型起动机。如图５－４所示和如图５－５所示。２）永磁式起动机上一页下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号５.２起动机的组成、类型及型号电动机的磁极用永磁材料（铁、氧体或铵铁硼等）制成，由于取消了磁场绕组，因此结构简化、体积小、质量轻，如奥迪１００型轿车配用的起动机。永磁式起动机分解图如图５－６所示。与直接启动式励磁绕组起动机相比，永磁式起动机产生的热量很少，只使用４到６个永磁铁场。由于没有励磁绕组，电流经过换向器和电刷被直接传递到了电枢。永磁式起动机使用了一套行星齿轮组进行齿轮减速如图５－７和５－８所示。上一页下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号行星齿轮使动系在电枢和齿轮轴之间传递功率，这使得电枢能在更大的速度和增大的转矩旋转。行星齿轮传动装置由一个在电枢末端上的太阳齿轮和在一个齿圈内部的三个行星齿轮运载齿轮组成，齿圈是固定静止的，在电枢旋转时，太阳齿轮引起运载齿轮沿着齿圈的内齿旋转，行星运载齿轮附在输出轴上，由这种齿轮安排所提供的齿轮减速比是４.５∶１。通过提供这种附加的齿轮减速，大电流的需要量大为减少了。来自行星齿轮组最大的减速量是由保持住固定齿圈、输入太阳齿轮和输出运载齿轮而得到的。上一页下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号普通励磁绕组电动机与永磁齿轮减速型（ＰＭＧＲ）启动电动机之间的电气原理基本上是相同的，如图５－９所示。３）齿轮减速式起动机如图５－１０所示是齿轮减速型启动电动机的构造图。该型起动机的传动机构设置有齿轮减速装置，目的是增大转矩。电动机可采用高速、小型、低转矩电动机。在相同输出功率条件下，质量和体积比普通起动机可减少３０％～３５％。齿轮减速式起动机结构和工艺比普通起动机复杂，如切诺基吉普车配置的ＤＷ１.４型永磁式减速型起动机、丰田皇冠轿车采用日本电装ＤＥＮＳ０１１Ｅ１４型起动机（如图５－１１所示）。其特点是体积小，便于安装；电枢轴不易变形，提高了启动转矩，利于低温启动。上一页下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号起动机减速机构常用的有外啮合式、内啮合式、行星齿轮式三种。如图５－１２所示。外啮合式传动的偏心距约为３０ｍｍ，减速效率为９５％～９８％，被广泛采用，如江西五十铃、重庆五十铃轻型柴油机就是采用此外啮合式传动减速起动机。内啮合式传动的偏心距约为２０ｍｍ，减速传动效率为９５％～９８％，造价较高，高档轿车常采用此种型式。行星齿轮传动的偏心距为零，传动效率为９０％～９５％，成本较低。上一页下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号齿轮减速起动机不同于大多数别的起动机之处是电枢不直接带动启动齿轮，而是电枢的小齿轮与一只大齿轮常啮合。根据用途，常啮合齿轮的减速比在２∶１和３.５∶１之间增加减速，使小型起动机能在高速运转而耗电少的条件下得到较大的转矩。该类型工作原理与直接驱动式相似，也是用电磁开关吸动活动铁芯，再由活动铁芯接合起动机起动机构。此类型为多激式电动机齿轮减速式起动机的换向器和炭刷，一般布置在起动机的中部。４）强制啮合式起动机（可动极靴式）上一页下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号强制啮合式起动机是福特汽车公司用得最多的一种起动机，如图５－１３所示。该类型是利用起动机的并联线圈绕组来开动电动机传动装置，启动时大电流由装在蓄电池附近的起动机继电器控制，继电器闭合时，电流流过启动绕组，启动绕组建立磁场，磁场吸动一可动极靴，可动极靴通过拨叉与起动机构联系，当可动极靴移动时，启动驱动齿轮啮入发动机飞轮齿圈，如图５－１３所示为其电气原理图，启动驱动齿轮一接触飞轮齿圈，可动极靴上的触臂便将搭铁的触点张开，启动绕组断电，电流经过三个磁场绕组和炭刷到达电枢，电枢转动，通过驱动齿轮带动飞轮旋转启动发动机图５－１4。上一页下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号为了防止在启动时启动电动机传动装置与飞轮齿圈脱离啮合，用保持线圈压紧可动极靴不离位，保持线圈是在启动绕组里面较少匝数的绕组，安有足够的磁力维持驱动齿轮与飞轮齿圈的啮合。１）机械控制式起动机由驾驶员利用脚踏或手动直接操纵机械式启动主电路开关接通和切断启动电路，通常称为直接操纵式起动机。２）电磁控制式起动机由驾驶员旋动点火开关或按下启动按钮，通过电磁开关控制主电路开关接通和切断启动电路。由于电磁铁可进行远距离控制且操作方便省力，因此现代汽车广泛采用此型式。上一页下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号３.按传动装置啮入方式不同分类１）强制啮合式起动机依靠人力或电磁力经拨叉推移离合器，强制性地使驱动齿轮啮入和退出飞轮齿圈，具有结构简单、动作可靠、操纵方便等优点，现代汽车广泛采用。２）电枢移动式依靠电动机内部辅助磁极的电磁力，吸引电枢作轴向移动，将驱动齿轮啮入飞轮齿圈，启动结束后再由回位弹簧驱使电枢回位，让驱动齿轮退出飞轮齿圈，结构比较复杂，东欧国家采用较多，如太脱拉Ｔ１１、Ｔ１３８、斯柯达７０６Ｒ等汽车。３）齿轮移动式上一页下一页返回５.２起动机的组成、类型及型号依靠电磁开关推动电枢轴孔内的啮合杆，使驱动齿轮啮入飞轮齿环，如奔驰２０２６型越野汽车用的博世ＫＢ型起动机。４）惯性啮合式起动机依靠起动机的离合器惯性力的作用产生轴向转动，使驱动齿轮啮入和退出飞轮齿圈，此种型式由于可靠性差，现代汽车已淘汰不再使用。上一页返回５.３起动机用的直流电动机５.３.１直流电动机的组成汽车用的起动机的直流电动机主要由定子、转子（电枢）、转向器、电刷及端盖组成，如图５－１５所示。下面分别简述。１.定子直流电动机的定子的作用是产生磁场，分为励磁式和永磁式两类。为增大转矩，汽车起图５－１６定子图形动机通常采用四个磁极（即两对磁极），两对磁场相对交错安装，定子与转子铁芯形成的磁力线回路，如图５－１６所示。低碳钢板制成的机壳是磁路的一部分，下面分别介绍励磁式和永磁式两类定子。１）励磁式定子下一页返回５.３起动机用的直流电动机励磁式电动机定子铁芯为低碳钢，铁芯磁场要靠绕在外面的励磁绕组通电后才能建立。为使电动机磁通能按设计要求作较好的布置，将铁芯制成圆弧形，并用埋头螺丝钉圈在机壳上。励磁绕组由扁铜带（矩形截面）绕制而成，其匝数一般为６～１０匝，铜带之间用绝缘纸绝缘，并用白布带以半叠包扎法包好后浸上绝缘漆烘干而成，如图５－１７所示。一般励磁式起动机励磁绕组与转子呈串联，故称串励式电动机，具体连接见图５－１８所示，要将励磁绕组两两串联后并联再与电枢（转子）绕组串联。上一页下一页返回５.３起动机用的直流电动机２）永磁式定子永磁式电动机可以省铁、铜等材料，而且能使永久磁铁的磁极径向尺寸减小，在输出特性和整个体积相同的情况下比电磁定子式电动机质量可减轻３０％以上。若两者体积、质量相同，其输出功率可提高５０％左右。由于取消了励磁绕组，减轻了起动机主开关接触点火花，减轻了换向器的换向火花。适合于起动机的永磁材料有永磁铁氧体、稀土钕铁栅永磁。稀土钕铁栅永磁矫顽力较高，磁能密度最大达３０２ｋＪ／ｍ^３（小批量生产达３１８ｋＪ／ｍ^３），是铁氧体永磁的１２倍。条形永久磁铁可用冷粘接法粘在机壳内壁上，黏结剂可用压氧剂或环氧型胶，也有的起动机用片弹簧均匀地围装在起动机机壳内表面上。２.转子（电枢）上一页下一页返回５.３起动机用的直流电动机起动机的转子通常称为电枢，由电枢轴、铁芯、电枢绕组和换向器等组成，作用是产生电磁转矩。典型起动机转子结构如图５－１９所示。转子铁芯由彼此相邻放置的若干硅钢片叠成后固定在转子轴上，使用叠层结构的原因是在一个实铁芯中，磁场会产生涡流，在铁芯会感应出反电压，反电压会使铁芯发热并消耗能量。通过使用叠层结构，在铁芯中的涡电流被降低到最低程度。叠片的外径支撑着点数绕组，绕组盘绕在铁芯周围并与整流子连接，每一块整流子片与其毗邻的片绝缘。一般电枢由３０块以上的整流子片，转子轴与换向器绝缘，绕在电枢上的绕组模式一般是叠绕组合波形绕组。在叠绕组模式中，绕组的两端与临近的整流子片相连，如图５－２０所示。在这种模式中，在一个极场下面通过的电线的电流方向相同。上一页下一页返回５.３起动机用的直流电动机在波形绕组模式中，绕组的每一端与整流子片相连，整流子片是９０°或１８０°分开的，有些绕组会在电枢旋的特定位置处没有电流，原因是由于绕组的整流子片末端与有相同极性的电刷接触。由于电阻较低，波形绕组模式最应用广泛。波形绕组模式如图５－２１所示，铁芯外围均匀开有绕线线槽，用以放置转子绕组。转子绕组由较大矩形截面的铜带或粗铜线绕制而成，截面积选大的目的是为了使汽车启动能通过较大的启动电流（电流一般为２００～６００Ａ），从而获得较大的启动转矩。在铁芯线槽口两侧，用轧纹将转子绕组挤紧以免转子作高速旋转时由于惯性作用而甩出。转子绕组的端头均匀地焊在换向片上，为防止铜制绕组短路，在铜线与铜线之间及铜线与铁芯之间用性能优良的绝缘纸隔开。上一页下一页返回５.３起动机用的直流电动机减速型起动机转子速度较普通型转子转速提高了５０％～７０％，绝缘性能和动平衡要求较高，因此通常采用环氧树脂除封或耐热尼龙纸作为转子槽绝缘纸。普通起动机转子换