汽车电气与电子技术-第3章_起动系统

1、第3章 起动系统,本章主要内容,起动机的组成和作用 起动机的结构和工作原理 起动机的传动机构和电磁操纵机构 起动系统的电路实例 起动机的实验与检修,3.1 起动系统的组成和作用,起动系统主要由蓄电池、点火开关、起动继电器、起动机等组成。,3.1 起动系统的组成和作用,起动系统的作用是通过起动机将蓄电池的电能转换为机械能，起动发动机运转。,3.2 起动机的结构与工作原理,3.2.1 起动机的组成 起动机一般由直流电动机、传动机构和电磁操纵机构三部分组成,3.2.1 起动机的组成,（1）直流电动机产生电磁转矩。 （2）传动机构在起动时使起动机小齿轮与飞轮齿圈啮合；起动后，使起动机小齿轮与飞轮齿圈脱开啮合。 （3）电磁操纵机构的作用是接通或切断起动机与蓄电池间的主电路，并产生驱动拨叉的电磁力。,3.2.2 直流电动机的结构和工作原理,1.直流电动机的结构 起动电动机一般为串励式直流电动机，主要由电枢（转子）、换向器、磁极（定子）以及机壳等部件组成。,（1）电枢与换向器,电枢由电枢轴、电枢铁心和电枢绕组等组成 铁心由外圆带槽的硅钢片叠制而成，压装在电枢轴上，电枢绕组嵌装在铁心的槽内。流经电枢绕

2、组的电流很大，一般为200600A，故电枢绕组采用较粗的矩形裸铜线绕制，并用绝缘纸隔开。,（1）电枢与换向器,电刷与电刷架,其作用是将电流引入电动机。电刷一般用铜粉和石墨粉压制而成，以减小电阻同时增加耐磨性。电刷装在电刷架中，借弹簧压力紧压在换向器上。电动机内装有四个电刷架，其中两个电刷架与机壳直接相连而搭铁，称为搭铁电刷架。,（2）磁极,磁极由固定在机壳上的铁心和缠绕在铁心上的磁场绕组组成。磁极的作用是建立磁场，一般多为4个磁极。,功率超过7.35kW的起动机也有用6个磁极的。磁场绕组与电枢绕组串联，用矩形裸铜线绕制。不管采用哪一种连接方式，4个或6个磁场绕组所产生的磁极应该是相互交错的。,2.直流电动机的工作原理,由于换向器的作用，在N极和S极间的导体电流方向保持不变，电磁力形成的转矩方向保持不变，使电枢始终按同一方向转动。,由于一个线圈所产生的转矩不够大，且转速不稳定，因此电动机的电枢上绕有多组线圈，换向器的片数也随线圈的增加而相应增加，电动机转矩为 M=CmIs 式中 Cm电机常数 与电机的结构有关； IS电枢电流； 磁极磁通。,起动机转速与电枢电流的关系,当直流电动机接入电源

3、时，产生的电磁转矩使电枢旋转，而电枢旋转时其绕组切割磁力线产生感应电动势，称为反电动势Ef，其大小为 Ef=Cmn 电压平衡方程式为 U= Ef+IsRS+IsRL 由上式可得,由起动机转速与电枢电流的关系式 可知，当电动机轴上的阻力矩增大时，电枢转速就会降低，电枢电流增大，电磁转矩 也随之增大，直到电动机产生的电磁转矩与阻力矩达到新的平衡为止。反之，电动机负载减小时，电枢转速升高，电枢转矩M也随之减小，直到电磁转矩与阻力矩达到新的平衡为止。可见，串励直流电动机，当负载发生变化时，其转速、电流和转矩，将会自动发生变化，以满足负载变化的需要。,3.2.3 串励直流电动机的特性,1.转矩特性 电动机电磁转矩M随电枢电流IS变化的关系称为转矩特性。,1.转矩特性,串励直流电动机电枢电流与励磁电流是相等的，故在磁路未饱和时，磁通与电流成正比，即 则电磁转矩为 即在磁路未饱和时，电磁转矩随电流的平方成正比；在磁路饱和后，电流增大，通保持不变，电磁转矩与电枢电流成线性关系。,2.机械特性,电动机的转速n随电磁转矩M而变化的关系称为机械特性。 由电压平衡方程式可得 在磁路未饱和时，IS增大时，也增大

4、，其转速将迅速下降。由于 所以串励直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下降，即具有软的机械特性,3.3 起动机的传动机构和电磁操纵机构,起动机的传动机构又称啮合机构或啮合器，其主要组成部分是单向离合器。 单向离合器的作用是在起动时将电枢的电磁转矩传递给发动机飞轮，而在发动机起动后，发动机带动起动机时，啮合机构立即打滑，即具有单向传递动力的作用。 常见的单向离合器有滚柱式、摩擦片式、扭簧式和棘轮式等型式。,1.滚柱式单向离合器,1驱动齿轮 2外壳 3十字块 4滚柱 5压帽与弹簧 6垫圈 7护盖8花键套筒 9弹簧座 l0缓冲弹簧 11移动衬套 12卡簧,驱动齿轮与外壳驱动飞轮齿圈 十字块与花键套筒电枢轴驱动 滚柱与弹簧实现单向动力传递 移动衬套由拨叉操纵使驱动齿轮和十字块左右移动,滚柱式单向离合器工作原理,a）发动机起动时 b）发动机起动后 l驱动齿轮 2外壳 3十字块 4滚柱 5飞轮齿圈,a）起动时 驱动齿轮与齿圈啮合，驱动外壳、滚柱相对十字块顺时针转动，滚柱进入十字块楔形槽的窄端十字块与外壳楔成一体 b）起动后 齿圈驱动齿轮，外壳、滚柱相对十字块逆时针转动,2.摩擦片式单向离合器,1驱动

5、齿轮与外接合鼓 2螺母 3弹性圈 4压环 5调整垫圈 6被动摩擦片 7、12卡环 8主动摩擦片 9内接合鼓 10花键套筒 11移动 衬套 13缓冲弹簧 14挡圈,驱动齿轮、外接合鼓、主动摩擦片同步运转 花键套筒、内接合鼓、被动摩擦片同步运转 电枢轴与花键套筒左螺旋花键联接 移动衬套由拨叉操纵,2.摩擦片式单向离合器,1驱动齿轮与外接合鼓 2螺母 3弹性圈 4压环 5调整垫圈 6被动摩擦片 7、12卡环 8主动摩擦片 9内接合鼓 10花键套筒 11移动 衬套 13缓冲弹簧 14挡圈,a）起动时 内接合鼓、花键套筒相对旋转而左移，从而使主、被动摩擦片压紧而传递动力 b）起动后 内接合鼓、花键套筒相对旋转而右移，从而使主、被动摩擦片松开而中断动力,3.3.2 起动机电磁操纵机构,起动机的操纵机构按工作方式不同分为机械操纵式和电磁控制式两类。现代汽车均采用电磁操纵机构，它是由电磁开关控制的。,起动机电磁开关的组成,1驱动齿轮 2回位弹簧 3拨叉 4活动铁心 5保持线圈 6吸拉线圈 7电磁开关接线柱 8起动开关 9铁心套筒 10接触盘 11、12接线柱 13蓄电池 14电动机,起动机电磁开关的工

6、作原理（1）,接通起动开关后，吸拉线圈和保持线圈通电，在电磁力的共同作用下，使活动铁心克服弹簧力右移，活动铁心带动拨叉移动，将驱动齿轮推向飞轮。 当驱动齿轮与飞轮啮合时，接触盘也被活动铁心推至与触点接触位置，使起动机通电运转。接触盘接通触点后，吸拉线圈被短路，活动铁心靠保持线圈的电磁力保持其啮合位置。,起动机电磁开关的工作原理（2）,发动机起动后，断开起动开关，由于吸引线圈产生了与保持线圈相反方向的磁通，两线圈电磁力相互抵消，活动铁心在弹簧力的作用下回位，使驱动齿轮退出啮合状态；接触盘同时回位，切断起动机电路，起动机便停止工作。,3.4 减速起动机和永磁起动机,3.4.1 减速起动机 在起动机电机轴与驱动齿轮之间装有减速器的起动机称为减速起动机。 减速起动机可以解决直流电动机转速高与汽车发动机要求起动转矩大的矛盾。增加减速器，直流电动机的允许转速可达2000r/min，这样可以减小电动机的体积和重量，特别是高转速低扭矩的直流电动机，其工作电流较小，可大大减轻蓄电池的负担，延长其使用寿命。常用减速起动机的减速器转速比约为4:1。,3.4.1 减速起动机,按齿轮的啮合方式不同，可分为外啮合

7、式减速器、内啮合式减速器和行星齿轮减速器三种 行星齿轮减速器，两轴中心线重合，有利于起动机的安装；因扭力负载平均分布在几个行星齿轮上，故可采用塑料内齿圈和粉末冶金的行星齿轮，既减轻了起动机重量又抑制了噪声，应用较广泛。,3.4.2 永磁起动机,用永磁材料制成起动机的磁极，以取代原有的磁场绕组和磁极铁心的起动机称为永磁起动机。 具有起动机的体积和质量小，机械特性和换向性能得到改善，使换向火花造成的高频干扰减小，起动机的工作可靠性提高。 永磁材料随着使用时间的加长，会产生退磁现象，仅限于小功率起动机应用。 在永磁起动机电枢轴与驱动齿轮之间加装减速器，就产生了永磁减速起动机。,3.4.2 永磁起动机,1驱动齿轮 2滚柱式单向离合器 3传动叉 4回位弹簧 5起动开关 6电磁开关 7磁极 8蓄电池 9电枢,3.5 汽车起动系统电路实例分析,3.5.1 解放CA1091汽车起动系统电路 CA1091汽车使用QD151、QD1518、QD124A或QD124H等型号电磁啮合式起动机。CA1091K2型柴油车则使用QD25型减速式起动机。,解放CA1091汽车起动系统电路工作过程,当点火开关接至起动档

8、（档）时，起动继电器线圈通电使电磁开关电路接通，起动机运转； 发动机起动后，松开点火开关，钥匙自动返回点火档档，起动机停止运转； 发动机起动后，点火开关没能及时返回档，复合继电器进行启动保护，起动机便自动停止工作。,3.5.2 桑塔纳轿车起动系统电路,上海桑塔纳轿车采用QD1225型永磁起动机。 其主要工作过程是：点火开关接通电源，由红/黑色导线从点火开关上“50”接线柱送至中央线路板B8接点，再接通中央线路板C18接点，接至起动机 “50”接线柱。,3.5.3 上海别克汽车起动系统电路,装备了起动防盗系统 当用钥匙将点火开关调到起动（START）位置时，位于点火锁芯总成的遥控接收器传感器将产生模拟电压信号，该信号送入BCM。该模拟电压信号对各车辆为一个特定值，其值随车辆的不同而不同。当起动发动机时，BCM将会比较预设定储存的模拟电压信号与从传感器来的信号，若两个信号一致，BCM就会通过2级串行数据线发送燃油起动口令给PCM，PCM启动起动继电器，从而允许将燃油输送到发动机。,3.5.3 上海别克汽车起动系统电路,启动保护： 选档杆只有在P、N位置时方能启动,思考与练习3,1.起动机由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？ 2.什么是直流电动机的转矩特性和机械特性? 3.简述滚柱式和摩擦片式单向离合器的工作原理。 4.试分析解放CA1091汽车起动系统电路和起动系统工作过程。 5.试分析桑塔纳轿车起动系统电路和起动系统工作过程。,

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