第九章 起动系统

章节内容第一节概述第二节电力起动装置第三节起动辅助装置1第九章起动系统学习目标知识目标⒈能正确描述发动机的起动的基本要求；⒉能正确描述电力起动装置的组成及各组成部分的功用；⒊能正确描述电力起动装置离合机构的类型及构造；⒋能简单叙述冬季发动机起动的各种方法。技能目标⒈了解常见的发动机起动故障现象进行正确的判断⒉了解常见的发动机起动故障的处理。2第一节概述一.发动机的起动1.发动机起动:发动机由静止状态转入工作状态的全过程。发动机不能自行由静止状态转入工作状态，必须用外力驱动曲轴，使曲轴达到一定的转速，保证混合气的形成和燃烧能够顺利进行。2.起动装置:完成起动过程所需要的一系列装置.3第一节概述一.发动机的起动3.起动条件(1).起动转矩：能够使曲转旋转的最低转矩称为起动转矩.发动机的起动转矩克服起动阻力矩才能起动。起动阻力矩主要包括：①、运动件之间的磨擦阻力矩.②、使运动件由静止状态加速到某一转速的惯性力矩.③、气缸处在压缩冲程时的压缩阻力.④、驱动辅助系统所需要的力矩。在这些阻力矩中，磨擦阻力矩最大。起动阻力矩与发动机压缩比、温度、机油粘度等有关。4第一节概述一.发动机的起动3.起动条件(2).起动转速:保证发动机顺利起动所必需的曲轴的最低转速.车用汽油机在0～20℃的气温下，一般起动转速为30～40r/min。为使发动机能在更低的气温下顺利起动，要求起动转速在50～70r/min之间。（转速低时，压缩行程内的热量损失多，且进气流速低，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。这一方面是为了防止气缸漏气量和热量损失过多，保证压缩终了时缸内空气具有足够高的压力和温度，并在气缸内形成足够强的空气涡流，另一方面是使喷油泵建立足够高的喷油压力，否则柴油雾化不良，混合气品质不好，难以着火。5第一节概述二、发动机常用的起动方式1.人力起动利用手摇起动或绳拉起动。如手摇起动:利用起动手摇柄端头的横销嵌入发动机曲轴前端的起动爪内，以人力转动曲轴。手摇起动结构简单，但劳动强度大，而且操作不方便，故很少采用,一般用于小型发动机。

6第一节概述二、发动机常用的起动方式2.电力起动利用蓄电池向起动电动机供电,电动机轴上的齿轮与发动机飞轮上的齿圈啮合，当电动机旋转时产生的电磁转矩，通过飞轮传动发动机曲轴，使发动机起动。结构简单，起动方便。目前绝大多数车用发动机都采用电动机起动。3.辅助汽油机起动先起动汽油机，再用汽油机输出的力矩起动大型大功率的柴油发动机。7第二节电力起动装置现代车辆内燃机的起动，几乎都采用电力起动机起动，简称电力起动。电力起动系统由蓄电池、电力起动机（简称起动机）、起动开关（或称点火开关或起动按钮）及继电器等装置组成，如图9-1所示。8第二节电力起动装置9第二节电力起动装置原理：起动时，起动机在起动开关控制下，将蓄电池的电能转化为起动机的转动机械能，起动机的驱动齿轮与飞轮齿圈啮合带动内燃机曲轴转动。10第二节电力起动装置起动机是电力起动系统的核心装置。起动机的组成:组成:直流电动机、传动机构和控制机构三大部分。

直流电机传动机构控制机构11第二节电力起动装置直流电机传动机构控制机构12电力起动原理13第二节电力起动装置141516第二节电力起动装置1.直流电动机:作用：直流电动机在直流电压的作用下，产生转动力矩。普遍采用串激直流电动机作为起动机。特点:低速时转矩很大，随转速n↑，转矩T↓，这一特征非常适合发动机起动的要求。汽油机的起动机功率一般在1.5kw以下，电压为12V。柴油机起动功率较大，可达5kw或更大，为使电枢电流不致过大，其电压一般采用24V。17第二节电力起动装置一、直流电动机直流电动机的结构:主要由磁极（定子）、电枢（转子）、换向器、电刷端盖和驱动端盖等组成，如图9-3所示。18一、直流电动机(知识拓展)1.磁极亦称定子功用-用来产生电动机运转所必须的磁场。结构-磁极铁心用硅钢片叠加而成，并用螺钉固定在机壳内壁上，为增强磁场、增大转矩，车用起动机通常采用4个磁极，少数大功率起动机采用6个磁极，每个磁极铁心上都缠有励磁绕组，并通过外壳构成磁回路，如图9-4所示，低碳钢板制成的机壳是磁路的一部分。磁场与磁路绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路19一、直流电动机2.电枢电枢是直流电动机的转子部分，用来将电能转变为机械能，即在起动机通电时，与磁场相互作用而产生电磁转矩。它由换向器1、铁心2、绕组3和电枢轴4组成，如图9-5所示。1-换向器；2-铁芯；3-电枢绕组；4-电枢轴

磁场与磁路20一、直流电动机换向器-用来连接励磁绕组与电枢绕组的电路，并使处于同一磁极下的电枢导体中流过的电流保持固定方向。

它由一定数量的燕尾形铜片1组成，并用轴套2和压环3组装成一个整体，压装在电枢轴上，各铜片之间以及铜片与轴套、压环之间均用云母或硬塑料片绝缘。换向器剖面示意铜片轴套压环接线凸缘电枢21一、直流电动机3.电刷端盖电刷端盖一般用浇铸或冲压法制成，盖内装有电刷架及电刷，如图9-7和图9-8所示。电刷与电刷架的作用是将电流引入电动机使电枢产生定向转矩。电刷一般是用铜和石墨粉压制而成，有利于减小电阻及增加耐磨性。两个正电刷与端盖绝缘，两个负电刷直接接铁。22一、直流电动机前端盖外壳电刷磁场绕组电枢离合器后端盖电刷换向器磁场绕组磁场绕组与电枢绕组的连接23一、直流电动机前端盖外壳电刷磁场绕组电枢中间支撑板离合器限位螺母后端盖拨叉电磁开关24一、直流电动机4.驱动端盖(见图9-3)驱动端盖上有拨叉座和驱动齿轮行程调整螺钉，还有支撑拨叉的轴销孔。25一、直流电动机直流电动机的工作原理26第二节电力起动装置二、起动机的传动机构直流电动机通电后产生的电磁转矩是靠传动机构传递到内燃机的飞轮。传动机构主要由拨叉、单向离合器和驱动齿轮组成。驱动齿轮与飞轮的啮合一般是靠拨叉强制拨动完成的，起动机驱动齿轮啮合过程，如图9-9所示。

图9-9起动机驱动齿轮啮合过程

a）静止未工作；b）驱动齿轮与飞轮开始啮合；c）驱动齿轮与飞轮啮合完成啮合1-复位弹簧；2-活动铁芯；3-电动机电枢；4-电枢轴；5-移动衬套；6-单向离合器；7-飞轮齿圈；8-驱动齿轮；9-拨叉27第二节电力起动装置二、起动机的传动机构1．传动机构的作用起动机的传动机构安装在电动机电枢的延长轴上，用来在起动发动机时，将驱动齿轮与电枢轴联成一体，使发电机起动。发动机起动后，飞轮转速提高，它将带着驱动齿轮高速旋转，会使电枢轴因超速旋转而损坏。因此，在发动机起动后，驱动齿轮的转速超过电枢轴的正常转速时，传动机构应使驱动齿轮与电枢轴自动脱开，防止电动机超速。为此，起动机的传动机构中必须具有超速保护装置。28第二节电力起动装置二、起动机的传动机构2．传动机构的类型车用起动机的传动机构也称为啮合机构，有如下类型：

（1)惯性啮合式传动机构接通点火开关起动发动机时，驱动齿轮靠惯性力的作用沿着电枢轴移出与飞轮齿圈啮合，使发动机起动；发动机起动后，当飞轮的转速超过电枢轴转速时，驱动齿轮靠惯性力的作用退回，脱离与飞轮的啮合，防止电机超速。这种起动机的传动机构结构简单，但工作可靠性差，现代车辆已很少使用。

29第二节电力起动装置二、起动机的传动机构2．传动机构的类型（2）强制啮合式传动机构

原理:接通起动开关起动发动机时，驱动齿轮靠杠杆机构的作用沿着电枢轴移出与飞轮齿圈啮合，使发动机起动；发动机起动后，切断起动开关，外力的作用消除后，驱动齿轮在复位弹簧的作用下退回，脱离与飞轮齿圈的啮合。

特点:这种启动机工作可靠、结构也不复杂，因而使用最为广泛。30第二节电力起动装置二、起动机的传动机构2．传动机构的类型(3)电枢移动式啮合机构原理:起动机不工作时，起动机的电枢与磁极错开。接通起动开关起动发动机时，在磁极磁力的作用下，整个电枢连同驱动齿轮移动与磁极对齐的同时，驱动齿轮与飞轮齿圈进入啮合。发动机起动后，切断起动开关，磁极退磁，电枢轴连同驱动齿轮退回，脱离与飞轮的啮合。特点:这种启动机传动机构工作可靠、操作方便，但结构较为复杂，在柴油车上使用较多。

31第二节电力起动装置3．超速保护装置超速保护装置是起动机驱动齿轮与电枢轴之间的离合机构，也称为单向离合器。原因:起动机传递转矩的驱动齿轮与飞轮齿圈齿数比一般为1∶10～1∶20，在发动机起动后，曲轴转速立即上升，如果起动电机被发动机带动旋转，由于传动比很大，起动电机将大大超速。在极大的离心力作用下，电枢绕组将松散甚至飞散而损坏。为此，在起动机的驱动齿轮和电枢轴之间装有离合机构。32第二节电力起动装置3．超速保护装置功用:在发动机起动时，使驱动齿轮与电枢轴联成一体，将起动机电枢轴的起动转矩通过驱动齿轮传动飞轮，起动发动机。在发动机被起动后，当驱动齿轮被飞轮驱动的转速高于电枢轴的转速时，驱动齿轮与电枢轴脱离传动关系，防止电动机超速，起着单向传递转矩的作用。起动时起动机电枢轴的扭矩→起动齿轮起动后发动机的扭矩

×起动机电枢轴33第二节电力起动装置常用有离合机构的类型:

滚柱式、弹簧式和摩擦片式34第二节电力起动装置⒈滚柱式单向离合器基本原理:利用滚柱在两个零件之间的楔形槽内的楔紧和放松作用，通过滚柱实现扭矩的单向传递。潘存云教授研制35第二节电力起动装置（1）滚柱式单向离合器

结构及工作原理图,如图。主要结构组成:驱动齿轮1、外座圈2、内座圈3（星轮）、滚柱4、柱塞5、花键套筒6、弹簧7、飞轮齿圈8

36371.滚柱式单向离合器

结构描述在外座圈上固定着驱动齿轮1；在内座圈的每个楔形缺口内装有一个滚柱4，滚柱在弹簧和柱塞的作用下推向楔形缺口的窄端（图9-3b），窄端的高度小于滚柱直径，宽端高度大于滚柱直径。内座圈与滚柱等套装在外座圈2内，内座圈和花键套筒6连成一体，并通过花键套在起动机电枢的延长轴上。38滚柱式单向离合器潘存云教授研制39滚柱式定向离合器潘存云教授研制40第二节电力起动装置⒈滚柱式单向离合器工作原理图。起动电动机工作时，电枢轴带动套筒及内座圈转动，滚柱在弹簧力及摩擦力的作用下，紧楔在内、外座圈之间楔形槽的窄端，起动电机电枢轴的扭矩通过紧楔的滚柱传到外座圈，再通过起动齿轮传给飞轮齿圈。电枢轴→内座圈→滚柱→外座圈→起动齿轮→飞轮齿圈→曲轴。潘存云教授研制41第二节电力起动装置⒈滚柱式单向离合器工作原理图

发动机起动后，转速迅速升高，飞轮齿圈开始带动起动齿轮转动，其转速超过起动机电枢的转速时，滚柱在外座圈摩擦力作用于下，克服弹簧推力，从窄端滚到宽端，内、外座圈脱离传动关系，而以各自的转速旋转。发动机的扭矩不能传动电枢轴，从而防止了起动机超速的危险。潘存云教授研制42第二节电力起动装置⒈滚柱式单向离合器滚柱式单向离合器结构简单，在中小功率的起动机上被广泛应用。但在传递较大转矩时，滚柱易变形卡死，因此滚柱式单向离合器不适用于功率较大的起动机上。43第二节电力起动装置⒉弹簧式单向离合器

基本原理：弹簧式单向离合器是利用扭力弹簧的径向放松和收缩，来实现离合机构的分离和接合，进行转矩的单向传递。弹簧式离合机构结构如图所示.

弹簧式离合机构1-衬套；2-驱动齿轮；3--限位套；4-扇形块；5-扭力弹簧；6-护套；7-花键滑套；8-缓冲弹簧；9-传动衬套；10-卡簧；11-扇形块槽44第二节电力起动装置⒉弹簧式单向离合器结构：该装置安装在起动机电枢的延长轴上，起动机的驱动齿轮2右端的齿轮毂滑套空套在螺旋花键套筒7左端外圆面上，扇形块4装入驱动齿轮右端的相应缺口中，并伸入花键套筒左端环槽内，使驱动齿轮和花键套筒之间可以相对滑转，单不能轴向移动。弹簧式离合机构1-衬套；2-驱动齿轮；3--限位套；4-扇形块；5-扭力弹簧；6-护套；7-花键滑套；8-缓冲弹簧；9-传动衬套；10-卡簧；11-扇形块槽45第二节电力起动装置⒉弹簧式单向离合器结构：扭力弹簧5在自由状态下的两端内径小于齿轮毂滑套和螺旋花键套筒相应外圆的直径，在安装状态下扭力弹簧两端分别箍紧在齿轮毂滑套和花键套筒的外圆面上，而扭力弹簧与护套6之间有间隙。弹簧式离合机构1-衬套；2-驱动齿轮；3--限位套；4-扇形块；5-扭力弹簧；6-护套；7-花键滑套；8-缓冲弹簧；9-传动衬套；10-卡簧；11-扇形块槽46⒉弹簧式单向离合器47第二节电力起动装置2．弹簧式单向离合器

工作原理起动时，起动机的电枢轴带动螺旋花键套筒转动，有使扭力弹簧收缩的趋势，箍紧在相应的外圆面上,驱动齿轮和螺旋花键套筒连成一体，于是，起动机的转矩通过扭力弹簧传递给驱动齿轮，通过飞轮齿圈带动曲轴旋转，使内燃机起动。内燃机起动后，当驱动齿轮的转速超过螺旋花键套筒的转速时，扭力弹簧放松，驱动齿轮在花键套筒上滑转，与电枢轴脱开，实现单向分离，防止电动机超速。48弹簧式单向离合机构特点:弹簧式离合器具有结构简单、寿命长等优点，但弹簧圈数多，轴向尺寸较长，所以不能用于小型起动机上。49第二节电力起动装置⒊摩擦片式单向离合器摩擦片式单向离合器是利用多片间隔排列的主动摩擦片和从动摩擦片叠加在一起，起动时主、从摩擦片压紧结合，通过摩擦实现转矩的传递；起动后主、从摩擦片间放松分离，不传递扭矩。图9-7所示的摩擦片式离合机构的结构.

50从动摩擦盘主动摩擦盘5152第二节电力起动装置⒊摩擦片式单向离合器内花键毂装于具有右旋外花键的花键套上，主动摩擦片套在内花键毂的导槽中，从动摩擦片与主动片相间排列。旋于套上的螺母与摩擦片之间装有弹性垫圈，压环和调整垫圈

。驱动齿轮右端鼓形部分有导槽，从动片齿轮凸缘装入此导槽中，卡环防止齿轮与从动片松脱。该机构装好后，摩擦片间无压紧力。53第二节电力起动装置⒊摩擦片式离合器摩擦片式离合机构工作原理起动时花键套顺时针转动（从齿轮端看），靠毂与套之间的右旋花键使内花键在花键套上左移而将摩擦片压紧。此时离合机构处于磨擦片接合状态，起动电机的扭矩靠摩擦片间的摩擦传给驱动齿轮，从而带动飞轮转动。54第二节电力起动装置⒊摩擦片式离合器摩擦片式离合机构工作原理发动机起动后，齿轮相对于花键套转速加快，内花键在套上右移，摩擦片松开，于是离合机构处于分离状态。调整垫圈可改变内花键端部与弹性垫圈之间的间隙，以控制弹性垫圈的变形量，从而调整离合机构所能传递的最大摩擦力矩。多个摩擦片叠加在一起,压紧(起动时)或放松(起动后)磨擦片，来实现两轴的结合与分离。55第二节电力起动装置三、起动机的控制机构起动机的控制机构也称为操纵机构。作用是控制起动机主电路的通、断和驱动齿轮的移出和退回。

类型：直接操纵式和电磁操纵式两种。56第二节电力起动装置三、起动机的控制机构(1)直接操纵式(机械控制式

)由驾驶员通过起动踏板和杠杆机构直接操纵起动开关并使传动齿轮副进入啮合；直接操纵式起动机结构简单，使用可靠，但操作不便，目前已很少采用。57第二节电力起动装置(2)电磁操纵式由驾驶员通过起动开关操纵继电器，再由继电器操纵起动机电磁开关和驱动齿轮进入啮合，或通过起动开关直接操纵起动电机电磁开关和驱动齿轮进入啮合。起动开关→继电器→起动机电磁开关和齿轮副起动开关→起动机电磁开关和齿轮副起动电机易于远距离操纵，布置灵活，使用方便。目前车用发动机几乎都采用电磁操纵式起动机。58电磁操纵起动原理起动开关→继电器→起动机主电路电磁开关和齿轮副59第二节电力起动装置三、起动机的控制机构图9-13是电磁操纵强制啮合式起动机控制机构的结构原理和电路图，主要由起动开关、起动继电器、电动机开关及电磁铁机构等四部分组成。6061起动机电池搭铁点火开关起动继电器线圈附加电阻线至分电器点火线圈点火开关蓄电池起动机接线柱回位弹簧驱动杠杆离合器电流表吸引线圈接线柱引铁附加电阻线短路接柱电动机接柱触盘吸引线圈保持线圈62⑴．组成主要由起动开关、起动继电器、电磁铁机构及电动机开关等四部分组成。⑵．构造起动开关起动继电器电磁铁机构电动机开关63

①起动开关：作用是控制起动继电器磁化线圈电路的通断。64

②起动继电器：用以控制吸引、保线圈电路的通断。组成：起动继电器触点、起动继电器线圈等。65③电动机开关：功用：控制电动机绕组电路。注：电动机开关还包括热变电阻短路开关。④电磁铁机构：用以操纵传动机构动作和电动机开关的通断。66

⑶.电磁式操纵机构的工作过程

①起动开关接通：

a、首先接通起动继电器磁化线圈电路;67

b、电磁铁机构线圈电路接通；

Ⅰ.吸引线圈电路：

Ⅱ.保持线圈电路：68

c、驱动齿轮与飞轮啮合：

d、电动机电路接通，起动机带动发动机转动。

e、当两齿轮相抵时，离合器的锥形（啮合）弹簧起作用，保证先接通，后啮合。69

f、电动机电路接通时，吸引线圈被短路，固定铁芯只靠保持线圈电流的磁场吸力将活动引铁吸住。70

g、在电动机电路接通同时或稍早，附加电阻线被短路。71②、起动开关断开：

a、起动继电器线圈电路断电;

b、保持线圈电流改道，（吸、保线圈电流方向相反）起动机停止工作。72③、两齿咬死不能分离时：分离弹簧起作用，使电动机开关先断开，以保证驱动齿轮与飞轮可靠分离。73第三节起动辅助装置一.发动机低温起动困难的原因:（1）低温起动,机油粘度,阻力矩大，会使起动变得困难。（2）低温起动，可燃混合气的温度低，着火困难。汽油机由于是点燃式发动机，其起动性能较好。柴油机的起动阻力大，燃料蒸发性能差，混合气形成时间短，同时又靠压缩自燃，所以低温起动尤为困难。为此，一般柴油机上有改善起动性能的装置和措施。为燃烧着火创造有利条件，并降低起动阻力。在冬季起动时应设法将进气、润滑油或冷却水加以预热。起动辅助装置：进气预热装置、电热塞、起动液喷射装置以及起动减压装置等。74

第三节起动辅助装置

起动辅助装置:1.进气预热装置

为了改善发动机的起动性能，在发动机的进气道上装有进气预热装置，它在进气温度或冷却水温度低于一定值时通电，使进气道中的空气迅速加热，以利于发动机起动和混合气燃烧。751.进气预热装置进气预热装置一般由电混合气预热器8、进气预热温控开关6和进气预热继电器7等组成，如图9-6所示。电混合气预热器由电热丝（康铜丝或镍-银导体）和陶瓷载体组成，安装在进气歧管上。预热器由温控开关和继电器控制。761.进气预热装置771.进气预热装置工作原理当发动机进气温度或冷却水温度低于一定值时，温控开关6的触点闭合，继电器7的线圈通电，触点吸合，电混合气预热器通电，对进气预热。当进气温度高于一定值时，温控开关的触点断开，电混合气预热器断电停止预热。78第三节起动辅助装置⒉电热塞在涡流室式或预燃室式燃烧室的柴油机上，在燃烧室中安装预热塞，在起动时对燃烧室中的空气加热，以改善起动性能。79第三节起动辅助装置⒉电热塞功用：对气缸内的空气预热。常用的电热塞有开式电热塞、密封式电热塞等多种。图9-7