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1、第3章启动系统 3 1启动机结构与原理3 2启动机的特性3 3启动系统基本测试 3 1启动机结构与原理 发动机在启动时 要通过外力来带动 根据产生外力的原理不同 发动机常用的启动方式有以下三种 人力启动 这种方式比较简单 但不方便 多用于农用车 辅助汽油机启动 用一个专门的相对比较小的汽油机作为启动用 常用于大型的柴油机 电力启动 电力启动方式具有操纵轻便 启动迅速 安全 可靠 可重复启动等优点 所以为现代汽车广泛采用 一般将这种电力启动机简称为启动机 现代汽车启动系统一般采用电力启动系统 该系统通常由启动机 启动继电器 点火开关 启动挡 和电源 蓄电池 等组成 启动机安装在汽车发动机飞轮壳前
2、端的座孔上 如图3 1所示 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 3 1 1启动机构造1 启动机的构造启动机由直流串励式电动机 传动机构和控制装置三个部分组成 如图3 2所示 1 直流串励式电动机电动机的作用是将蓄电池输入的电能转换为机械能 产生电磁转矩 直流串励式电动机主要由电枢 磁极 端盖 机壳 电刷及电刷架等组成 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 2 传动机构传动机构又称启动机离合器 啮合器的作用是在发动机启动时使启动机轴上的小齿轮啮入飞轮齿环 将启动机的转矩传递给发动机曲轴 在发动机启动后又能使启动机小齿轮与飞轮齿环自动脱开 启动机的传动机构包括离合器和拨义两部分 离合器起
3、着传递钮矩将发动机启动 同时又起到在启动后自动打滑脱离啮合保护起坳机不致损坏的作用 拨义的作用是使离合器做轴向移动 传动机构有滚柱式 弹簧式 摩擦片式等 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 3 控制装置启动系统控制装置的作用是接通和切断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 启动机的控制装置分为机械式和电磁式两种 通常称为启动开关 对启动机控制装置的要求是操纵要方便 同时要便于重复启动 要能够确保启动机驱动小齿轮与发动机飞轮齿环先啮合 后接通启动机主电路以免打齿 当切断控制电路后 驱动小齿轮与飞轮齿环能顺利地脱离啮合1 机械式控制装置机械式启动开关的结构如图3
4、 11所示 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 2 电磁式控制装置电磁式控制装置一般称之为启动机的电磁开关 与电磁式拨义合装在一起 利用挡铁控制 可分为直接控制和启动继电器控制两种 黄河JN150汽车启动机的电磁开关 采用直接控制方式 所用的ST614型启动机电磁开关的结构原理如图3 13所示 其工作过程如下 当合上启动机总开关9 按下启动按钮8时 吸引线圈6和保持线圈5的电路接通 其电路如下 蓄电池正极一接线柱14一电流表16一熔断妊10一启动总开关9 启动按钮8一接线柱7 然后 分两路 一路为保持线圈5一搭铁一蓄电池负极 另一路为吸引线圈6一接线柱15 启动机磁场绕组一电枢绕组一
5、搭铁一蓄电池负极 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 2 启动机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 汽车启动机的型号编方法如下 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 3 1 2启动机原理1 直流电机的工作原理 1 直流电机的转矩直流电动机是将直流电能转变为机械能并产生机械转矩的动力设备 它是根据带电导体在磁场中受到电磁力作用这一理论为基础而制成的 由电磁理论可知 将直导体置于磁场中 使其通过一定方向的电流时 直导体就会受到定向电磁力作用而运动 目运动方向与导体中电流方向和磁场方向有一定关系 可用左手定则判断 如图3 15所
6、示 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 如果将直导线做成一个线匝 并通上直流电时 则线匝两边在磁场中受到大小相等方向相反的电磁力偶作用而转动 形成电磁转矩 其方向仍按左手定则判断 根据通电线匝在磁场中将产生电磁转矩的理论 就可以制成实用的直流电动机 其工作原理如图3 16所示 将电动机的电刷与直流电源相接后 电流由正电刷流入 由负电刷流出 此时绕组中的电流方向如图3 16所示 根据左手定则 此时转矩方向为逆时针 当电枢转过半周时 正电刷接触换向片时 负电刷接触的是另一换向片 绕组中的电流方向虽改变 但因在N极和S极下导线中的电流方向仍保持不变 故电磁转矩方向也不改变 使电枢仍按原来的
7、逆时针方向继续转动 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 由于一个线圈所产生的转矩太小 目转速不稳定 因此实际上 电动机的电枢上绕有很多线圈 换向片数也随线圈的增多而相应增加 当直流电动机接上直流电源时 由于载流导体在磁场中受到电磁力的作用 产生电磁转矩使电枢旋转 由安培定律可知 作用在电枢上每根导线上的平均电磁力F为设电动机中有2P个磁极 P为磁极对数 每个磁极的磁通为 电枢的直径为D 则每一磁极下的电枢表面积为 DL 2P 每一磁极下的平均磁感应强度则有 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 导体内的电流I为将式 3 2 式 3 3 代入式 3 1 则得作用在电枢上每根导线
8、的平均电磁力F 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 作用在电枢上的电磁转矩为 2 直流电动机转矩自动调节原理直流电动机接入直流电源后 产生电磁转矩 使电枢旋转 但是 当电枢旋转时 由于电枢绕组又切割磁力线 则其中又产生了感应电动势 其方向按右手定则判断 恰与电枢电流方向相反 故称为反电动势 其大小为 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 这样外加于电枢上的电压 一部分消耗在电枢电阻上 另一部分则和来平衡电动机的反电动势 即公式 3 8 是电动机运转时 必须满足的一个基本条件 称为电压平衡方程式 由式 3 8 可知电枢电流I为 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 2
9、传动机构工作原理 1 滚柱式离合器的工作原理滚柱式离合器的外壳与十字块之间的间隙为宽窄不同的楔形槽 这种离合器就是通过改变滚柱在楔形槽中的位置来实现离合的 发动机启动时 拨义动作 经拨环将离合器沿花键推出 驱动齿轮啮入发动机飞轮齿环 此时电枢转动 十字块随电枢一起旋转 滚柱流入楔形槽窄的一侧而卡往 从而传递转矩 驱动曲轴旋转 如图3 17 a 所示 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 发动机启动后 飞轮齿环的转速高于驱动齿轮 滚柱流入楔形槽宽的一侧而打滑 如图3 17 b 所示 这样转矩就不能从驱动齿轮传给电枢 从而防止了电枢超速飞散的危险 启动完毕 则由拨义回位弹簧作用 经拨环使离
10、合器退回 驱动齿轮完全脱离飞轮齿环 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原理 2 弹簧式离合器的工作原理启动发动机时 由于拨义推动拨环使驱动小齿轮啮入飞轮齿环 启动机转轴只带动花键套简即主动套简旋转 使钮力弹簧顺向扭紧并箍死两个套简 于是就能传递扭矩 发动机启动后 由于飞轮带着驱动齿轮的转速高于启动机轴 将钮力弹簧作反向放松 使驱动齿轮套简与主动套简松脱而打滑 从而防止了超速运转 飞散 的危险 这种离合器具有结构简单 工艺简化 寿命长 成本低等优点 但因钮力弹簧所需圈数多 轴向尺寸较长 故适用于启动柴油机所需的大功率启动机 而不适宜在小型机上采用 上一页 下一页 返回 3 1启动机结构与原
11、理 3 摩擦片式离合器的工作原理启动机工作时 内接合鼓沿螺旋槽向右移动将摩擦片压紧 利用摩擦力将电枢的转矩传给飞轮 发动机启动后 启动机驱动齿轮被飞轮带动 当其转速超过电枢轴转速时 内接合鼓则沿螺旋槽向左退出 摩擦片松开 这时驱动齿轮虽高速旋转 但不驱动电枢 避免了电枢超速飞散的危险 如果启动机超载时 弹性圈在压环的突然压力下而弯曲 直至内接合鼓的端部顶住弹性圈 此时离合器即打滑 能避免启动机在过载情况下的损坏 摩擦片式离合器虽有传递大转矩 防止超载损坏启动机的优点 但由于摩擦片容易磨损而影响启动机性能 须经常检查 调整或更换 同时结构也比较复杂 耗用材料较多 加工费时 修理麻烦 上一页 返回
12、 3 2启动机的特性 3 2 1转矩特性电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系 称为转矩特性 即串励式直流电动机电路图如图3 20所示 由于磁场绕组与电枢绕组串联 电枢电流Ia与磁场电流If相同 即在磁路未饱和时 由于磁通 与电枢电流Ill成Ia正比 即 C1Ia 故电动机的电磁转矩为 下一页 返回 3 2启动机的特性 3 2 2转速特性串励直流电动机具有软的机械特性 即转载转速高 重载转速低 在图3 20所示的线路中 根据克希荷夫第一定律可知蓄电池的电动势U和启动机的反电动势E的代数和等于电枢及磁场绕组的电压降 连接导线的电压降 蓄电池内组的电压降及电刷接触电压降的代数和 即 上一页 下一页 返
13、回 3 2启动机的特性 带入上式得到故 上一页 下一页 返回 3 2启动机的特性 3 2 3功率特性串励直流电动机的电磁功率和电枢电流的关系是一对称的抛物线 在时 启动机功率达到最大值Pmax 上一页 下一页 返回 3 2启动机的特性 综上所示 当完全制动时 相当于刚接放启动机的情况 这时n 0 电枢电流Ia 达到最大值 称为制动电流 转速M也达到最大 称为制动转矩 此时功率P 0 在启动机空转时 电流I最大 称为空载电流 转速n0达以最大值 称为空载转速 此时 功率P 0 在电枢电流接近制动电流的一半 启动机的功率达到最大值 上一页 返回 3 3启动系统基本测试 1 启动电路电压降的测试启动
14、机运转时 电流高达200 600A 而启动电路中各接点的接触电阻导致总的电压降一般不允许超过0 1 0 2V 电路中电压降的测试方法是将万用表接入有高电阻的电缆线端头 然后运启动机进行测量 图3 21所示为一般启动机电路可能接触不良点电压降发生处 将启动机安装在汽车上 在接通启动电路 约300A 时 测试线路压降 应符合电压值要求 如图3 22所示 下一页 返回 3 3启动系统基本测试 图3 23所示为福特汽车启动电路电压降测试接线圈 启动电路电压降测试步骤如下 将万用表的正极接线柱与电缆最接近蓄电池的正极端连接 将万用表的负极接线柱与所测电缆的另一端连接 如果没有电流流过 则读数为0 因为在
15、没有电流的情况下 两端的电位相同 运转启动机 万用表的读数应低于0 2V 评估测试结果 如果电压表的读数为0 表示电缆电阻几乎为0 电缆处于良好状态 如果读数超过0 2V 就意味着电缆途中电阻过大 应逐段检查是否有接触不良 或者更换电缆 上一页 下一页 返回 3 3启动系统基本测试 2 启动机的性能检测 1 空载性能试验空载试验又称为空转试验 根据中华人民共和国汽车行业标准QC R29064 1992 汽车用启动机技术条件 规定 启动机的空载性能试验应在专用试验台上进行 试验电路如图3 24所示 试验之前 先将蓄电池充足电 汽车启动机一般都没装在发动机侧面 将其安装在汽车上操作十分不便 为了检
16、查启动机维修质量和减少维修工作量 修复后的启动机可固定在虎钳上 按图3 25所示连接线路进行简易的空载性能试验 主要目的是检查启动机有无机械故障 试验之前先将蓄电池充足电 试验方法如下 上一页 下一页 返回 3 3启动系统基本测试 将磁场线圈引线电缆连接到电磁开关 C 端了上 用带夹电缆将蓄电池负极与电磁开关壳体连接 将量程为0 100A以上的直流电流表连接在蓄电池正极与电磁开关的 30 端了之间 将点火开关拨到启动挡位置 待电机运转平稳后 测量电流 电压和转速等各项指标应当符合标准规定 上一页 下一页 返回 3 3启动系统基本测试 2 制动性能试验制动试验又称为扭矩试验 是一种锁止启动机驱动齿轮 接通电枢电流使其输出转矩的试验 根据中华人民共和国汽车行业标准QC T290064 1992 汽车用启动机技术条件 规定 启动机的制动性能试验应在专用试验台上进行 试验电路如图3 25所示 试验之前 先将蓄电池充足电 试验时 将启动机固定在专用试验台上 给驱动齿轮加上负载 接通开关S 测量电源电压 启动机电流和输出转矩等指标应当符合标准规定 上一页 下一页 返回 3 3启动系统基本测试 启动
