第9章起动系统.

第9章起动系统学习目标●理解起动系统的工作过程●认识起动系统的组成、结构●掌握起动机的工作过程●掌握起动机的检修方法第1章发动机总论9.1概述9.1.1起动系统的作用和组成1、起动系统的作用起动系的功用是：利用起动机将蓄电池的电能转换为机械能，再通过传动机构将发动机拖转起动。2、起动系统的组成起动系一般由起动机、传动机构和操纵机构三部分组成，如图9-1所示。（1）起动机，其作用是产生转矩。（2）传动机构（或称啮合机构），其作用是：在发动机起动时，使起动机驱动齿轮啮合入飞轮齿环，将起动机转矩传给发动机曲轴；而在发动机起动后，使驱动齿轮打滑与飞轮齿环自动脱开。（3）操纵机构（即电磁开关），用来接通和切断起动机与蓄电池之间的电路。在有些汽车上，还具有接入和旁路点火线圈附加电阻的作用。3、起动系统的分类在各种起动系的三个组成部分中，电动机部分一般没有本质的差别，而控制方法和传动机构的啮合方式则有很大差异，因此起动机是按控制方法和传动机构的啮入方式的不同来分类的。（1）按控制方法的不同，起动系统可分为以下几种方式。①机械控制式：由脚踏或手拉杠杆联动机构直接控制起动机的驱动小齿轮与飞轮齿圈啮合，并控制主电路开关接通或切断起动机主电路。这种方式虽然结构简单、工作可靠，但由于要求起动机、蓄电池靠近驾驶室，而受安装布局的限制，且操作不便，因此已很少采用。②电磁控制式：借按钮或钥匙控制电磁铁，再由电磁铁控制起动机的驱动小齿轮与飞轮齿圈啮合，并控制主电路开关，以接通或切断主电路。由于装有电磁铁，可进行远距离控制，操作省力，因此现代汽车大多采用这种方式。第1章发动机总论9.1概述9.1.1起动系统的作用和组成（2）按传动机构啮入方式的不同，起动机可分为以下几种方式。①惯性啮合式：起动机旋转时，驱动齿轮借惯性力自动啮合入飞轮齿圈。②强制啮合式：靠人力或电磁力拉动杠杆，强制拨动驱动齿轮啮合入飞轮齿圈。③电枢移动式：靠磁极磁通的电磁力，使电枢轴向飞轮齿环方向移动，将驱动齿轮啮合入飞轮齿圈。④齿轮移动式：靠电磁开关推动安装在电枢轴孔内的啮合杆而使驱动齿轮啮合入飞轮齿圈。⑤同轴式起动机：靠与起动机同轴安装的电磁开关直接吸动驱动齿轮与飞轮齿圈啮合。除上述以外，还有磁极为永久磁铁的永磁式起动机以及内装减速齿轮的减速起动机等。第1章发动机总论9.1概述9.1.1起动系统的作用和组成起动发动机时，必须克服气缸内被压缩气体的阻力和发动机本身及其附件内相对运动的零件之间的摩擦阻力。克服这些阻力所需的力矩称为起动转矩。保证发动机顺利起动所必需的曲轴转速称为起动转速。车用汽油机在0℃～20℃的气温下，一般最低起动转速为30～40r/min。为使发动机能在更低的气温下迅速起动，要求起动转速能达50～70r／min。转速过低时，压缩行程内的热量损失过多，且进气流速过低，将使汽油雾化不良，导致气缸内混合气不易着火。车用柴油机所要求的起动转速较高，达150～300r/min（采用直接喷射式燃烧室时的起动转速较低；采用涡流室或预燃室式燃烧室时的起动转速较高）。这一方面是为了防止气缸漏气和热量散失过多，以保证压缩终了时气缸内有足够的压力和温度；另一方面为了使喷油泵能建立足够高的喷油压力和在气缸内造成足够强的空气涡流，否则柴油雾化不良，混合气品质不好，也难以着火。由于柴油机的压缩比较汽油机的大，因而起动转矩也较大，同时起动转速也较汽油机高，所以柴油机所需的起动功率比汽油机大。第1章发动机总论9.1概述9.1.2对起动系统的要求第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.1起动机起动机的作用是产生转矩，使发动机起动。1．起动机的构造起动机一般由串励直流电动机、传动机构和操纵机构三部分组成。（1）串励直流电动机串励直流电动机由电枢、磁极、外壳、电刷与电刷架等主要部件组成。上海汽车电机厂生产的桑塔纳轿车发动机QD1225型起动机的分解如图9-2所示。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.1起动机l）电枢总成。电枢用来产生电磁转矩，它由铁心、电枢绕组、电枢轴及换向器组成，如图9-3所示。电枢铁心由多片互相绝缘的硅钢片叠成；电枢绕组的电流一般为200～600A，因此电枢绕组采用很粗的扁铜线，一般用波绕法绕制而成；换向器的铜片较厚，相邻铜片之间用云母片绝缘。2）磁极磁极由铁心和激磁绕组构成，其作用是在电动机中产生磁场，磁极铁心一般由低碳钢制成，并通过螺钉固定在电动机壳体上。磁极一般是4个，由4个激磁绕组形成两对磁极两两相对，其连接方法有二种，一是四个激磁绕组串联，如图9-4a）所示；二是激磁绕组二二相串联后再并联，如图9-4b）所示。常见的激磁绕组一般与电枢绕组串联在电路中，故被称为串激式直流电动机。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.1起动机3）电刷和电刷架电刷与电刷架的作用是将电流引入电枢，使电枢产生连续转动。电刷一般可以用铜和石墨压制而成，有利于减小电阻及增加耐磨性。电刷装在电刷架中，借弹簧压力紧压在换向器上。通常电动机内装有4个电刷架，其中两个电刷架与外壳直接相连构成电路搭铁，称为搭铁电刷；另外两个连接激磁绕组和电枢绕组，与外壳绝缘，称为绝缘电刷。有些电动机是通过励磁绕组与外壳连接构成塔铁电路，故这种电动机的所有电刷都与机壳绝缘，称为绝缘刷架。4）外壳外壳由低碳钢卷制而成，或由铸铁铸造而成。起动机工作时间很短，所以一般采用铜和石墨轴承或铁基含油滑动轴承。减速起动机由于其电枢的转速很高，电枢轴承则采用滚针轴承或滚珠轴承。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.1起动机（2）传动机构传动机构的作用是在发动机起动时，将直流电动机的转矩传递给发动机曲轴；在发动机起动后，由于飞轮齿圈与起动机驱动齿轮的传动比为1：10～1：15，如果不及时将起动机与发动机分离，则起动机的电枢就会被发动机曲轴带动，以10000r/min～15000r/min的高速旋转，导致电枢线圈从电枢槽中甩出，造成“飞散”事故，而使电枢损坏。传动机构主要由单向离合器、减速机构（有些起动机不具有减速机构）等组成。（3）操纵机构操纵机构的作用是通过控制起动电磁开关及杠杆机构（或其他某种装置），来实现起动机传动机构与飞轮齿圈的啮合与分离，并接通和断开电动机与蓄电池之间的电路，同时还能接入和切断点火线圈的附加电阻（传统点火装置）。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.1起动机2、起动机的工作原理电动机工作时，电流通过电刷和换向器流入电枢绕组。如图9-5a）所示，换向片A与正电刷接触，换向片B与负电刷接触，绕组中的电流方向为a→b→c→d，根据通电导体在磁场中受电磁力的原理(左手定则)，绕组ab边、cd边均受到电磁力F的作用，由此产生逆时针方向的电磁转矩M使电枢转动；当电枢转动至换向片A与负电刷接触，换向片B与正电刷接触时，电流改由d→c→b→a(换向器适时地改变了电枢绕组中的电流方向)，如图9-5b）所示，但电磁转矩的方向仍保持不变，使电枢按逆时针方向继续转动。图9-5只例举了电枢绕组中的一匝线圈的工作过程，实际上，直流电动机为了产生足够大且转速稳定的电磁力矩，其电枢上绕有很多组线圈，换向器的铜片也随其相应增加。根据安培定律，可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩M与磁极的磁通量Φ及电枢电流Is之间的关系为：M＝CmIsΦ第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.1起动机3、起动机的检修（1）电枢的检修1）电枢绕组的检修。电枢绕组常见的故障是匝间短路、断路或搭铁、绕组接头与换向器铜片脱焊等。检查绕组是否搭铁，可用万用表欧姆挡检测换向器铜片和电枢轴之间的电阻，电阻应足够大。检查电枢绕组匝间短路如图9-6所示。接通感应仪的电源，并将钢片放在电枢铁心上方的线槽上，若电枢中有短路，则在电枢绕组中将产生感应电流，钢片在交变磁场的作用下，在槽上振动，由此可判断电枢绕组中的短路故障。电枢绕组若有短路、搭铁故障，则需重新绕制，并浸漆、烘干。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.1起动机2）换向器的检修。换向器故障多为表面烧蚀、云母片突出等。轻微烧蚀用“00”号砂纸打磨即可。严重烧蚀或失圆（径向圆跳动＞0.05mm视为失圆）时应精车加工，但加工后换向器铜片厚度不得少2mm。云母片如果高于铜片也应车削修整，云母片是否过低要看具体的起动机。有的起动机换向器的云母片要低于铜片，在检修时若换向器铜片间糟的深度小于0.2mm，就需用锯片将云母片割低至规定的深度。3）电枢轴的检修。电枢轴的常见故障是弯曲变形。检测方法如图9-7所示。电枢轴径向跳动应不大于0.15mm，否则应校直。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.1起动机（2）激磁绕组的检修激磁绕组的常见故障有接头脱焊、绕组短路、断路或搭铁等。接头松脱故障在解体后可直接看到。绕组搭铁故障诊断可用万用表的欧姆挡测量绕组端子与外壳之间的电阻，如果电阻很大，则无搭铁故障。将绕组放在电枢检验仪上可检查绕组匝间是否短路。感应仪通电后若绕组发热，则说明绕组有匝间短路（如图9-8所示）。若绕组连接脱焊，应重新施焊；若绕组绝缘不良，应拆除旧绝缘层重新包扎并浸漆、烘干。（3）电刷与电刷架的检修检查电刷的高度，一般不应低于标准的2/3，电刷的接触面积不应少于75%，并且要求电刷在电刷架内无卡滞现象，否则需进行修磨或更换。用万用表的欧姆挡或试灯法可检查绝缘电刷架的绝缘性。最后用弹簧秤测电刷弹簧的弹力，若不符合要求应予以更换或修理。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.2传动机构使起动机驱动齿轮与发动机飞轮啮合传动及分离的机构，叫起动机的传动机构。起动机的传动机构实际上是一个单向离合器。单向离合器的作用是单方向传递转矩，即在起动时将起动机的扭矩传递给发动机的飞轮齿圈，发动机起动后又能使起动机与发动机飞轮齿圈迅速切断联系。传动机构由驱动齿轮、单向合器、拨叉、啮合弹簧等组成。单向离合器有滚柱式，摩擦片式，弹簧式等几种类型。其中，滚柱式向离合器是最常用的，下面就以滚柱式单向离合器为例，讨论其结构和工作原理。1、滚柱式单向离合器的构造滚柱式单向离合器的结构如图9-9所示。滚柱式单向离合器的驱动齿轮与壳制成一体，外壳内装有十字块和4套滚柱、压帽和弹簧。十字块与花键套筒固定连接，壳底与外壳相互扣合密封。花键套筒的外面装有啮合弹簧及衬圈，末端安装拨环和卡圈。整个离合器总成套装在电动机轴的花键部位上，可作轴向移动和随轴转动。在外壳与十字块之间，形成4个宽窄不等的楔形槽，槽内分别装有一套滚柱、压帽及弹簧。滚柱的直径略大于楔形槽窄端，略小于楔形糟的宽端。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.2传动机构2、滚柱式单向离合器的工作原理滚柱式单向离合器受力分析如图9-10所示，当起动机电枢旋转时，转矩经套筒带动十字块旋转，滚柱滚入楔形槽窄端，将十字块与外壳卡紧，使十字块与外壳之间能传递力矩，如图9-10a）；发动机起动以后，飞轮齿圈会带动驱动齿轮旋转。当转速超过电枢转速时，滚柱滚入宽端打滑，这样发动机的力矩就不会传递至起动机，起到保护起动机的作用，见图9-10b）。3、滚柱式单向离合器的检修单向离合器常见的故障是打滑，可以用扭力扳手检测单向离合器的转矩，若转矩小于规定值，说明单向离合器打滑，应予以更换。对于摩擦片式单向离合器，如果转矩偏小，可以通过调整压环前的垫圈厚度使其达到要求。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.3操纵机构现代起动系已完全采用电磁式操纵机构。电磁开关作为起动机的操纵机构，控制直流电动机电路的接通与切断，同时控制起动机的驱动齿轮与飞轮齿圈的啮合与分离。1、电磁开关的构造桑塔纳轿车起动机电磁开关的结构如图9-11所示。主要由电磁铁机构和直流电动机开关两部分组成。电磁铁机构由活动铁心、吸引引圈、保持线圈、复位弹簧等组成。直流电动机开关由接触片、端子30和端子C组成。第1章发动机总论9.2起动系统的构造与维修9.2.3操纵机构2、电磁开关的工作过程1）当点火开关接通起动档时，吸拉线圈和保持线圈电流接通，吸拉线圈电流