2010迪尔发动机教案发动机的起动系统

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1、244第第 1010 章章 发动机起动系统发动机起动系统10.1 起动系作用、方式和基本组成10.1.110.1.1 起动系的作用起动系的作用 发动机靠外力转动使之着火燃烧，开始运转的过程称为起动。 要使发动机顺利起动，必需克服运转阻力，尤其是压缩行程的压缩气体阻力 和各运动件的摩擦阻力。克服这些阻力所需的转矩称为起动转矩。柴油机压缩比 较汽油机大得多，起动更困难，需要的起动转矩也更大。 起动发动机时，还要求有一定的曲轴转速，称之为起动转速。汽油机要求不 低于 50-70r/min，柴油机要求不低于 150-300 r/min。 起动性能是发动机的一个重要指标，衡量发动机起动性能好坏一般用起动

2、时 间。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10、柴油机在-5 以下的气温条件下起动，能在 15s 以内达到自行运转。 起动系的作用就是按发动机要求，提供一定的转矩，使发动机达到规定的转 速，顺利完成起动过程。 10.1.210.1.2 发动机起动方式发动机起动方式 有手起动、电起动、汽油机起动、压缩空气起动和拖动等几种方式。 手起动是用手转动发动机曲轴的起动方式。其结构简单，但起动转矩小，转 速低，增加劳动强度。一般只用于小功率发动机。 汽油机起动是利用小型汽油机带动曲轴旋转的起动方式。其结构复杂，起动麻 烦，一般是先用手起动小型汽油机，再带动主发动机起动。它一般用于大功率柴油

3、 机起动。 压缩空气起动是利用压缩空气按一定次序充入气缸，强制发动机曲轴旋转的起 动方式。它结构庞大、复杂，一般用大型柴油机组（如船舶、电站等） 。 电起动是利用电动机带动发动机曲轴旋转的起动方式。它具有起动快捷方便、 省力等优点，但需要一套电起动系统。现代汽车用发动机，均采用电起动方式。 除上述外，还有拖动起动方式，即利用旋转动力机构，拖动内燃机曲轴旋转的 起动方式。 10.1.310.1.3 电起动系的基本组成与工作过程电起动系的基本组成与工作过程内容提要内容提要 1.起动系的作用、方式和基本组成 2.电起动机的构和工作原理 3.减速起动机与永磁起动机 4.低温起动预热装置245电起动系主

4、要由蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关、安全开关(有的汽 车采用)、低温起动预热装置等组成（图 10-1） 。图中粗线表示起动机供电电路， 细线表示起动机控制电路。 当点火开关 4 置于起动档 “Start”时,首先接通起动控制电 路，电磁开关闭合，蓄电池电流经 电磁开关流入起动机，并使其转动。 同时，电磁开关还将驱动齿轮向外 推出与发动机飞轮相啮合，带动发 动机转动。当发动机完成着火并加 速运转后，飞轮有反过来带动起动 齿轮运转的趋势时，起动机上的单 向离合器使起动机的驱动齿轮相对 于起动机电枢轴空转(以保护起动 机)。驾驶员及时将点火开关转到 点火档“IG” ，切断起动机控制电 路，驱动

5、齿轮退回，起动机停止运转。10.2 电起动机起动机的作用是将蓄 电池的电能转换成机械能 以起动发动机。它一般由 直流电动机、控制装置和 传动机构三部分组成（图 10-2） 。 10.210.2 1 1 直流电动机直流电动机 1.直流电动机基本工 作原理 直流电动机是将电能 转变为机械能的设备，它 是根据通电导体在磁场中 将受到电磁力作用而产生 运动的原理进行工作的。 以单匝电枢绕组的直 流电动机为例说明其工作图 10-1 电起动系统1-蓄电池 2-起动机 3-起动继电器 4-点火开关 5-电流表 图 10-2 起动机结构1-回位弹簧 2-保持线圈 3-吸引线圈 4-电磁开关壳体 5-主触点 6

6、-接线柱 7-接触盘 8-后端盖 9-电刷弹簧 10-换向器 11-电刷 12-磁极 13-磁极铁芯 14-电枢 15-磁场绕组 16-移动衬套 17-缓冲弹簧 18-单向离合器 19-电枢轴花键 20-驱动齿轮 21-罩盖 22-制动盘 23-传动套筒 24-拨叉246原理。将通电线圈置于磁场中，磁场方向如图 10-2 所示，直流电通过电刷和换向器铜片引入。当电流Is从 A 电刷经 a-b-c-d 到 B 电刷时，根据左手定则判定，匝 边 ab 和 cd 受到的磁场力 F 方向如图 10-3a 所示，这个电磁力将形成力矩，使线 圈逆时针转动。当线圈转到换向片 A 与负电刷接触，换向片 B 与

7、正电刷接触时， 电流方向改变为 d-c-b-a，同时匝边 ab 和 cd 的位置也改变，电磁转矩的方向保持 不变，使线圈继续逆时针旋转。 直流电动机的电磁转矩M可用下式表示：M=CmIs 式中 Cm电机结构常数，Cm=PN/2； P磁极对数； N电枢导线总根数； 电枢绕组的并联支路对数； 磁极磁通；Is电枢电流。图 10-3 直流电动机工作原理a）电流从 AB b）电流从 BA1-电枢绕组 2-电刷 B 3-换向器铜片 4-电刷 A图 10-4 电枢总成1-电枢叠片 2-电枢铁芯 3-电枢轴 4-电枢绕组 5-电枢铁芯总成 6-换向器 247由上分析可知，直流电动机能通过增加磁极对数、增多电枢

8、导线总根数和并联 支路对数、增大电枢和磁场电流来增大电磁转矩。实际的直流电动机电枢都用多 匝并联绕成，电枢电流和磁场电流也很大（起动电流达 600A 以上） ，使起动机有 足够转矩起动发动机。 2.直流电动机的构造 它一般由电枢总成、磁极、电刷与刷架及其它附件组成。(1)电枢总成（图 10-4） 它由电枢轴、电枢铁心、电枢绕组及换向器组成。 在电枢轴 3 上压有铁芯 2，铁芯的作用是增加磁力，它是由互相绝缘的薄硅钢片 1 叠成，采用叠片是为了减小铁芯内感应的涡流电流的损失。每片叠片有槽，叠在 一起形成沟槽，电枢绕组分多条支路嵌在铁芯的沟槽内，并分别接到固定在电枢 轴上互相绝缘的换向器各铜片上。

9、为了获得较大起动转矩，电枢绕组采用大截面 的铜导线制成，以便几百安培的 起动电流通过。 (2)磁极 磁极有永久磁铁 和电磁铁两类，永久磁铁的电动 机将在后介绍。电磁铁磁极由铸 钢铁芯及励磁绕组构成（图 10- 5） ，固定在起动机壳体的内壁上。 为了产生足够强的磁场来使电枢 产生足够的起动转矩，磁极的数 量一般为两对，功率较大的起动 机也有采用三对的。励磁绕组也 采用大截面的铜导线制成。 4 个磁场绕组的连接方法有 串连和并联两种。无论采用何种连接，其产生的磁极须相互交错。 (3)电刷与刷架 由于起动机电流较大，所用电刷是用铜与石墨粉压制而成。 电刷置于电刷架架中，由盘形弹簧压紧到换向器上，电

10、极引线接电源或搭铁。图 10-6 电动机的串励、并励与复励a) 串励 b) 并励 c)复励1-励磁绕组 2-电枢绕组 3-蓄电池图 10-5 磁场绕组的连接a)串连连接 b)并联连接1-绝缘接线柱 2-换向器 3-搭铁电刷 4 -绝缘电刷 5-磁场绕组248(4)壳体及轴承 壳体主要起支承和保护作用。起动机轴承由于结构限制一般 采用滑动轴承，用于支承电枢轴。 3.直流电动机电枢与励磁绕组连接 励磁绕组与电枢绕组的接法有三种：串 联、并联及串、并联均有的复式接法（图 10-6） 。相应的电动机称为串励电动机、 并励电动机和复励电动机。大多数电动机均采用串励，大功率的起动机也有采用 复励。 串励电

11、动机的特点是电枢绕组和励磁绕组串联，电枢电流与励磁电流相等。 它具有以下特性： (1)M=KIs2,式中K为结构常数。即电磁转矩与励磁电流Is的平方成正比，因 此供给同样的励磁电流，串励电动机可比并励电动机获得更大的电磁转矩。 (2)轻载时，电枢电流与励磁电流小，转速高；而重载时，电枢电流与励磁电 流大，转速低。这种“软”的机械特性能保证起动的安全可靠。 10.2.210.2.2 传动机构传动机构 普通起动机的传动机构主要是单向离合器。其作用是将电动机的动力传递给发 动机飞轮以起动发动机，而发动机起动后则断开发动机对起动机的逆向驱动，以 防止发动机带动起动机高速旋转而使起动机“飞散” 。a)

12、b) c) 图 10-7 滚柱式单向离合器的组成a）结构 b）工作原理（起动中） c）工作原理（起动后）1-驱动齿轮 2-单向离合器外壳 3-十字块 4-滚柱 5-弹簧及活柱 6-护盖 7-弹簧座 8-缓冲弹簧 9-移动衬套 10-传动套筒 11-卡簧 12-垫圈 13-楔形槽 14-飞轮249起动机中常见的单向离合器有滚柱式、摩擦片式和扭簧式等。 1.滚柱式离合器 它是目前国内外汽车起动机中使用最多的一种传动方式 （图 10-7） ，其外壳 2 与驱动小齿轮 2 连为一体，十字块 3 与传动套筒经滑动花键 与电枢轴相接，外壳与十字块之间的间隙是宽窄不等的楔形槽结构。 起动时，电枢缓慢旋转，电

13、磁开关通过拨叉，推动衬套 9、弹簧 8 等部件，使 驱动齿轮 1 与发动机飞轮 14 相啮合。 当起动机主电路接通，电枢快速旋转时，转矩由传动套筒 10 传到十字块 3， 滚柱在外壳 2 摩擦和弹簧 5 作用下便滚入楔形槽 13 的窄处被卡死（图 10-7b） ，于 是将转矩传给驱动齿轮，带动飞轮使发动机起动。 当发动机起动后，曲轴转速高于起动机，飞轮带动驱动小齿轮旋转，在外壳摩 擦作用下，滚柱克服弹簧弹力，滚人楔形槽的宽处而打滑（图 10-7c） ，防止发动 机的转矩传给小齿轮，从而避免电枢超速“飞散”的危险。起动后，由于拨叉回 位弹簧的作用，使离合器退回，驱动轮退出飞轮齿环。缓冲弹簧 8

14、具有缓和驱动 齿轮与飞轮间的冲击，保护驱动齿轮的作用。 滚柱式单向离合器传递较大扭矩时，滚柱容易卡住，不能满足大功率起动机的 要求，但结构简单，因此在现代汽车上应用广泛。 2.摩擦片式离合器 离合器的外接合鼓 10（图 10-8）固定在起动机轴上，内图 10-8 摩擦式单向离合器a) 结构 b) 压紧 c) 放松1-驱动齿轮 2-齿轮柄 3-减振弹簧 4-内接合鼓 5-小弹簧 6-从动片 7-主动片 8-压环 9-弹性圈 10-外接合鼓 11-飞轮250接合鼓 4 具有螺线孔，并旋在起动机驱动齿轮柄 2 的螺纹上，齿轮柄 2 则自由套 在起动机轴上，用螺母锁住防止脱落。两个弹性圈 9 和压环

15、8 依次装进外接合鼓 10 中，青铜主动片 7 以其外凸齿装入外接合鼓 10 的切槽中，钢制从动片 6 依其内 齿插入内接合鼓 4 的切槽中。内接合鼓上的两个弹簧 5 轻压摩擦片，使摩擦片具 有传力作用(力较小)。 起动时，经外接合鼓摩擦片带动内接合鼓转动，驱动小齿轮与飞轮啮合后，由 于内接合鼓和驱动小齿轮柄之间的螺旋结构，使得内接合鼓向右移动，压紧摩擦 片(力较大)，电枢的转矩传递给飞轮（图 10-8b） 。起动后，飞轮带动驱动小齿轮， 内接合鼓与驱动小齿轮的螺旋结构，使得内接合鼓向左移动，摩擦片松开，飞轮 不能带动电枢，避免了电枢超速“飞散”的危险（图 10-8c） 。 摩擦片式离合器可以

16、传递较大的转矩，但结构复杂，摩擦片磨损后，需经常检 修调整，常用在电枢移动式起动机上。 3扭簧式离合器 其结构如图 10-9 所示。驱动齿轮 1 空套在电枢轴的前端 的光滑部分，连接套筒 6 套在电枢轴的 花键部分，扭力弹簧两端各有 14 圈内 径较小的部分，箍紧驱动齿轮 1 与连接 套筒 6。 起动时，电磁开关铁心经拨叉移动 拨环 9，由缓冲弹簧 8 推动离合器使驱 动齿轮 1 与发动机飞轮啮合。电枢旋转 时，通过花键带动连接套筒 6，在弹簧 与驱动齿轮和主动套筒之间摩擦力作用 下，将连接套筒和齿轮柄抱死，电枢转 矩便由此传给飞轮，起动后，飞轮带动 驱动齿轮，扭力弹簧被放松而打滑，保 护电枢不致被飞轮带动而“飞散” ，同时 拨叉在回位弹簧作用下，经拨环使驱动 小齿轮回位。 扭簧式离合器结构简单，使用寿命长，但轴