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1、,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,汽车发动机起动系统主要由蓄电池、点火开关、起动机等部件组成，如图4-1所示。起动机是汽车起动系的主要组成部分，它由直流电动机、传动装置和控制机构组成，其功用是直流电动机由操纵机构控制将蓄电池的电能转换为机械能，再通过其传动机构将发动机拖转起动。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,一、起动机的组成、结构和工作原理起动机由直流电动机、传动机构和操纵机构三部分组成，如图4-2所示。,直流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。传动机构：由单向离合器与驱动齿轮、拨叉等组成。其作用是在起动发动机时使驱动齿轮与非轮齿圈相啮合，将起
2、动机的转矩传递给发动机曲轴；在发动机起动后又能使驱动齿轮与飞轮自动脱离，在它们脱离过程中，发动机飞轮反拖驱动齿轮时，单向离合器使其形成空转，避免了飞轮带动起动机轴旋转。 操纵机构：主要是指起动机的电磁开关，用来接通或断开电动机与蓄电池之间的电路。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,（一）直流电动机 功用：将蓄电池输入的电能转换为机械能，产生电磁转矩 结构:由电枢（转子）、磁极（定子）、换向器和电刷等主要部件构成。 、电枢 直流电动机的转动部分称为电枢，又称转子。转子由外圆带槽的硅钢片叠成的铁心、电枢绕组线圈、电枢轴和换向器组成。如图4-3所示。,为了获得足够的转矩，通过电枢绕组的电流
3、较大（汽油机为200600 A；柴油机可达1000 A），因此，电枢绕组采用较粗的矩形裸铜漆包线绕制为成型绕组。 、磁极磁极是用来产生电动机的磁场，它由磁极铁心和磁场绕组两部分组成，如图4-所示。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,磁极铁心一般由低碳钢制成，并用螺钉固定在壳体的内壁上，其上套有磁场绕组；磁场绕组是用矩形裸铜线绕制，4个（6个）绕组按一定方向连接，绕组通电后产生磁场，将磁极磁化，各磁极的内侧形成N、S极相间排列的形式，在磁极、外壳和电枢铁心之间形成磁路，如图4-所示。 磁场绕组的连接方式有两种方式：一种是四个绕组依次串联后再与电枢绕组串联；另一种是磁场绕组两两串联后再并
4、联，然后与电枢绕组串联，如图4-所示。采用后一种方法，电动机电阻很小，可以获得更大的电枢电流。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,、电刷和电刷架电刷和电刷架的作用是将电流引入电枢使之产生定向转矩，如图4-所示。电刷用铜粉和碳粉（或石墨）压制而成。铜粉与碳粉的质量比为4：1，加入铜粉是为了减少电阻并增加耐磨性。电刷一般有四个，相对的电刷为同极。两个负电刷搭铁，称为搭铁电刷；两个正电刷接磁场线圈，与端盖绝缘，称为绝缘电刷，它们装在电刷架中。电刷架多制成框式，固定在后端盖上，安装绝缘电刷用的绝缘电刷架与端盖间由绝缘垫隔开。电刷架上装有盘形弹簧，将弹簧的弹力将电刷压紧在换向器表面上。弹簧的弹
5、力一般为11.715N。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,、换向器 作用：向旋转的电枢绕组注入电流。 它由许多截面呈燕尾形的铜片围合而成，如图4-8所示。铜片之间由云母绝缘。云母绝缘层应比换向器铜片外表面凹下0.8mm左右，以免铜片磨损时，云母片很快突出。电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器的铜片上。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,、直流电动机的转矩自动调节 （）电压平衡方程式 电动机工作时由于外加于电枢上的电压Ub，一部分要用来平衡电动机的反电动势，另一部分消耗在电枢绕组Ra上，故其电压平衡方程式为： Ub= E反+IaRa 该公式称为电动机发电机一体公式。即电动机在
6、一定条件下可以变成发电机，用于电机的制动和储能。 （）转矩自动调节原理 由上述的电压平衡方程式可得，电动机工作时的电枢电流Ia满足下式： Ia=（Ub E反）/RaUb Cen）/Ra 由上式可得：当电动机负载轴上阻力矩电枢转速E反Ia电磁转矩M直至电磁转矩减至与阻转矩相等电机拖动负载以比原转速较高的转速平稳运转； 反之，当负载轴上阻力矩电枢转速E反Ia电磁转矩M直至电磁转矩增至与阻力转矩相等电机拖动负载以比原转速较低的转速平稳运转。 可见，当负载发生变化时，电动机的转速、电流和电磁转矩将自动发生相应的变化，以满足负载变化的需要，这就是直流电动机的转矩自动调节原理。,项目四 汽车电动系统,活动
7、一 汽车起动系统,、直流电动机的特性直流电动机的电磁转矩M、转速n和功率P随电枢电流Ia的变化规律，称为电动机的特性。它包括转矩特性、转速特性和功率特性。 （）转矩特性（如图所示）由电动机的转矩公式可知直流串励电动机的电磁转矩M取决于磁通、电枢电流Ia的乘积，即M= CmIa因为电枢电流和激磁电流相等，故在磁路未饱和时，磁通与电枢电流Ia呈正比，即KIa。由此可得M= CmIaKIa CIa2,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,（）转速特性（如图所示）对于串励式直流电动机，工作时的电源电压U一部分消耗在电枢绕组Ra和磁场绕组Rf上，另一部分用于平衡电动机的反电动势E反，即 UE反+I
8、a（RaRf）Cen+Ia（RaRf） 由此可得n,当磁路未饱和时，由于磁通与电枢电流Ia呈正比，由上式可知，随着负载的增加，即电枢电流Ia的增大，电动机的转速急剧下降。当电动机空载，即电枢电流Ia最小时，转速n达最大值。可见，直流串励电动机具有轻载转速高而重载转速低的特点，这就保证了发动机起动的安全可靠。但在轻载或空载的时候，会因为转速过高而导致“飞车”事故，因此，当功率大时采用复励电动机。,（）功率特性（如图所示）电动机的输出功率P由其转矩M和转速n确定，即P=当电动机完全制动时，即n为0时，电动机的功率为0；空载时，转矩为0，输出功率也为0；只有当电枢电流接近于制动电流一半时，其输出功率
9、最大。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,（二）传动装置 1、传动装置的组成与作用传动装置也称为单向传动机构，由单向离合器和传动拨叉等部件组成，如图4-13所示。作用是在发动机起动时，使驱动小齿轮与飞轮齿圈啮合，传递电动机转矩以起动发动机，在发动机起动后自动打滑，保证电枢不致飞散损坏。 2、汽车发动机对起动机传动装置的要求： （1）起动机的驱动齿轮与发动机的飞轮齿圈啮合时要平稳，不能发生冲击现象。 （2）由于起动机的驱动齿轮与发动机的飞轮齿圈速比很大(一般大于15)，因此发动机起动后，驱动齿轮应能自动打滑或脱离啮合，以免发动机带动起动机电枢高速旋转，造成电枢绕组“飞散”的事故。 （3
10、）因为起动机是由点火开关控制的，所以当发动机工作时，需防止点火开关误操作，使起动机的驱动齿轮再次与发动机的飞轮齿圈啮合，而导致起动机与发动机的飞轮齿圈的损坏。 3、工作原理以强制啮合式传动装置为例说明其工作原理，如图4-13所示。在电磁开关的作用下，驱动齿轮与飞轮齿圈进入啮合，当二者完全啮合后，主电路接通，电枢轴开始带动发动机曲轴旋转。发动机起动后，驱动齿轮与飞轮齿圈仍处于啮合状态，单向离合器打滑，驱动齿轮在飞轮的带动下空转。起动结束后，驱动齿轮在电磁开关的作用下，与发动机飞轮齿圈脱离啮合。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,4、单向离合器的结构与原理 常见单向离合器有滚柱式、弹簧式
11、和摩擦片式三种。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,（三）控制机构 控制机构，又称操纵机构、电磁开关，其作用是控制驱动齿轮和飞轮的啮合与分离。 1、电磁开关的结构 电磁开关主要由电磁铁机构和电动机开关两部分组成。电磁铁机构由磁力线圈、活动铁心和固定铁心组成；电磁开关由主开关接触盘、触点组成，如图4-18所示。 磁力线圈由导线粗、匝数少的吸引线圈和导线细、匝数多的保持线圈组成。吸引线圈和保持线圈并联，和励磁绕组串联；保持线圈的一端接在S接线柱、另一端直接搭铁。 活动铁心和固定铁心安装在一个套筒内。套筒外面安装了有回位弹簧，其作用是使活动铁心等
12、可移动部件复位。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,2、电磁开关的工作过程 （1）起动机不工作时 驱动齿轮与飞轮齿圈处于脱开位置，电磁开关中的接触盘与主触点分开。 （2）当点火开关置于起动档时蓄电池经起动控制电路向起动机的电磁开关通电，其电流回路为： 吸引线圈回路：蓄电池正极电动机开关B接线柱点火开关电磁开关S接线柱吸引线圈电动机开关接线柱N电动机磁场绕组电枢绕组负电刷搭铁蓄电池负极。 保持线圈回路：蓄电池正极电动机开关B接线柱点火开关电磁开关S接线柱保持线圈搭铁蓄电池负极。当驱动齿轮与飞轮齿圈完全啮合时，接触盘已经将主触点接通，起动机的主电路接通，此电路电阻极小，电流可达几百安培，
13、电动机产生最大转矩，通过接合状态下的单向离合器传给发动机飞轮。主开关电路接通后，保持线圈的电流回路不变，活动铁心在保持线圈电磁力的作用下，保持在啮合位置。此时吸引线圈和附加电阻则由于主触点的接通而被短路，其电流回路被替代为：蓄电池正极电动机开关B接线柱电动机开关接线柱N电动机磁场绕组电枢绕组搭铁蓄电池负极。 （3）断开点火开关时 断开点火开关时，起动机主电路被切断，此时保持线圈和吸引线圈串联，其电流回路为：蓄电池正极电动机开关接线柱B接触盘吸引线圈保持线圈搭铁蓄电池负极。因此时吸引线圈和保持线圈的电流方向相反，产生反方向的磁场，互相抵消，活动铁心在回位弹簧的作用下迅速回位，使驱动齿轮与发动机的
14、飞轮齿圈脱开啮合，起动机停止工作，起动完毕。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,二、起动机的分类与型号 （一）起动机的分类 起动机种类繁多，形状各异，分类方法也各不相同，常用的分类方式有如下几种： 1、按传动机构分： 惯性啮合式、电枢移动式、强制啮合式、齿轮移动式、减速式。 2、按总体结构不同分： 电磁式、永磁式。 （二）起动机的型号起动机的型号由五个部分组成： 1、产品代号：有QD、QDY、QDJ三种。QD表示普通电磁式起动机；QDJ表示减速起动机；QDY表示永磁起动机（包括永磁减速起动机），J、Y分别表示“减”、“永”。 2、电压等级：用一位阿拉伯数字表示。1表示12V；2表示2
15、4V 3、功率等级：用一位阿拉伯数字表示 4、设计序号：按产品设计的先后顺序，用12位阿拉伯数字表示 5、变型代号：主要电气参数和基本机构不变的情况下，一般电气参数和某些结构的改变称为变型，用A、B、C顺序依次表示。例如：QDY1211表示额定电压为12V，功率为12KW，第11次设计的永磁式起动机。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,三、起动系统的控制电路一般汽车起动机的控制都是由点火开关ST挡来控制的。起动系的控制电路一般分为无继电器控制式、带起动继电器控制式和带组合继电器控制式3种。 （一）无继电器控制式 无继电器控制式是指起动机由点火开关或起动按钮直接控制，通常用于较小功率起动机的微型汽车、轿车上，如丰田AE、桑塔纳、帕萨特等车。其电路如图4-20所示。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,（二）带有起动继电器的起动系控制电路当汽车采用较大功率的起动机时，为了减少通过点火开关的电流强度，从而避免开关烧蚀，常用起动继电器的触点控制大电流，而用点火开关起动档控制继电器线圈的小电流，其控制电路如图4-21所示。,项目四 汽车电动系统,活动一 汽车起动系统,（三）带组合继电器的起动系控制电路组合式继电器多由起动继电器和保护继电器（充电指示继电器）组合而成，如图4-22所示。,
