《汽车拖拉机学 第2版》(中文电子课件)第十章 发动机起动系统

汽车拖拉机学2024/7/2《汽车拖拉机学》课件第十章发动机起动系统第十章发动机起动系统第一节发动机起动特点与方式第二节电起动系统第三节起动辅助装置《汽车拖拉机学》课件2024/7/21第十章的教学内容电启动系统组成电启动系统原理第十章的重点、难点掌握起动机结构原理掌握起动机控制第十章的教学要求1.起动机结构原理与实践2.起动机控制与实践第十章的课程思政融入点科技发展创新思维工匠精神科学精神环保意识第十章的课程思政的育人目标第十章的“耕读教育”思政点映射表课程耕读教育要点耕读教育映射与融入点教育方法与载体途径耕读育人预期成效起动机结构原理与实践1.起动机的类型是如何变革的？2.起动机为何设置电磁开关？3.起动机为何不能长期运转？信息化载体、参观体验、课堂讨论；制作讲义或教材、制作PPT科技发展创新思维工匠精神起动机控制与实践1.启动开关是如何控制起动机的？2.防盗系统是如何控制起动机的？3.自动起停系统是如何控制起动机的？信息化载体、参观体验、课堂讨论；制作讲义或教材、制作PPT科学精神科技发展环保意识7

2024/7/2第一节发动机起动特点与方式8一、发动机起动特点

发动机在曲轴外力作用下从静止状态转变为怠速运转状态的过程，称为发动机的起动。完成发动机起动功能的装置称为起动系统。1.起动转矩

发动机起动时，曲轴必须克服的阻力：气缸内被压缩气体（可燃混合气或空气）的阻力；曲轴与主轴承之间，连杆与活塞销，连杆轴承之间，气缸与活塞、活塞环之间的摩擦阻力；配气机构与辅助系统（如水泵、风扇、油泵等）运动件之间的摩擦力，运动件加速惯性力等。同时，发动机在低温状态下，机油黏度高，摩擦阻力显著增大。

发动机起动时必须克服各种阻力所需要的转矩，称为起动转矩。2024/7/2第一节发动机起动特点与方式9

不同类型的发动机起动转矩不同，起动转矩的大小主要取决于发动机的压缩比、发动机气缸数量、气缸排量、发动机温度、气缸间隙以及密封程度等。由于柴油机压缩比大，辅助系统中包括高压柴油供给系统，起动转矩明显高于汽油机。2.起动转速

在一定环境条件下，发动机起动所必需的最低曲轴转速，称为发动机起动转速。起动转速大小主要取决于发动机型式、混合气质量、燃油性能、压缩行程终了时气缸内的温度与压力等多种因素。2024/7/210

车用汽油机在温度为0～20℃时起动，起动转速一般为30～40r/min。为了使发动机能在更低的温度下顺利可靠的起动，设计时要求起动转速不低于50r/min。若起动转速过低、气体的流速过低、压缩行程的热量损失过大，将使汽油雾化不良，气缸内的混合气不易点燃。

车用柴油机的起动转速较高，一般为150～300r/min，否则柴油喷油压力不足，雾化不良，混合气质量不好，柴油机起动困难。3.起动时间

发动机从起动开始到完成起动所需的时间称为起动时间。发动机起动时间除与起动转速、起动转矩有着密切的关系外，还取决于电源系统的电压水平、发动机温度等。特别是柴油机冬季冷车起动时，每次起动时间明显延长，电能消耗量大。所以，柴油机冬季冷车连续起动必须保证一定的间隔时间。2024/7/211二、发动机起动方式

发动机常用的起动方式有：人力起动、电力起动机起动和辅助汽油机起动等多种形式。1.人力起动

即手摇起动或绳拉起动，其结构十分简单。起动时，只需将起动手柄端头的横销嵌入发动机曲轴前端的起动爪内，摇动手柄即可转动曲轴，使发动机起动。这种起动方式操作不便，且加重了驾驶人的劳动强度。故目前仅在一些装有中、小功率汽油机的汽车上，还备有起动摇柄和起动爪，作为后备起动装置，或用于检修、调整发动机或起动电路故障时转动曲轴。许多高级轿车使用条件较好，电力起动系统工作可靠，不备用起动摇柄和起动爪作为后备起动装置。对于柴油机，由于起动转矩和起动转速要求很高，不可能使用手摇起动，因此其曲轴上无起动爪。2024/7/2第一节发动机起动特点与方式12

2.电力起动机起动

以电动机作为动力源，当电动机轴上的驱动齿轮与发动机飞轮周缘上的环齿啮合时，电动机旋转而产生的动力就通过飞轮传递给发动机曲轴，使曲轴旋转带动发动机起动。电动机以蓄电池为电源，结构简单，操作方便，起动迅速而可靠。目前，几乎所有的汽车、拖拉机发动机都采用电力起动机起动。3.辅助汽油机起动

由于汽油机起动性能好，能在较低温度下使柴油机可靠起动，且可以长时间带动柴油机运转（可连续带动长达15min），还可以利用汽油机加热的冷却液和排出的废气来预热主机，减少起动阻力。但其起动装置体积大，结构复杂，造价高，起动操作复杂，只用于重型拖拉机的柴油机起动，但目前应用较少。2024/7/213

2024/7/2第二节电起动系统14一、电起动系统的组成

电动机起动系统的组成如图所示，主要由蓄电池、起动机、起动机继电器、点火开关、起动齿圈等组成。2024/7/2第二节电起动系统15二、起动机

起动机一般由直流电动机、控制机构、传动结构3部分组成2024/7/2第二节电起动系统16

1.直流电动机

直流电动机的构造是由电枢、磁极和换向器等主要部分组成的。

直流电动机在直流电压的作用下产生旋转力矩，称为电磁力矩或电磁转矩。起动发动机时，它通过驱动齿轮、飞轮的齿圈驱动发动机的曲轴旋转，使发动机起动。2.控制机构

开关式控制机构有直接式和电磁开关式两种。目前，电磁开关式控制机构的应用最为广泛。

电磁开关式控制机构电路图如下图所示。2024/7/217

此控制机构是通过起动继电器触点2的闭合与断开，控制吸引线圈7、保持线圈8电流的通与断。电路接通，则两线圈中产生的电磁力使铁心9移动，再通过驱动杠杆10使驱动小齿轮11移动，使之与飞轮齿圈啮合；同时，吸引线圈7的电流流过电动机的磁场绕组和电枢绕组，电枢运转，驱动发动机转动。电路断开，则电磁力消失，驱动小齿轮反向移动，退出与飞轮齿圈的啮合。2024/7/218

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3.传动机构

传动机构又称啮合机构或啮合器，实际上是一个单向离合器。单向离合器的作用是单方向传递转矩，即起动发动机时将起动机的转矩传给飞轮齿圈。而当发动机起动后，它又能自动打滑，不使飞轮齿圈带动起动机电枢旋转，以免损坏起动机。因为飞轮齿圈与起动机驱动齿轮的传动比为1∶10～1∶15，发动机发动后，如果不及时将起动机与发动机分离则起动机的电枢就会被曲轴带动，以10000～15000r/min的高速旋转，导致电枢绕组从电枢槽中甩出，造成“飞车”事故，而使电枢损坏。

起动机中常见的单向离合器有滚柱式单向离合器、摩擦片式单向离合器及扭簧式单向离合器等。其中滚柱式单向离合器应用较广。2024/7/220

如图所示，滚柱式单向离合机构由外座圈、开有楔形缺口的内座圈、滚柱以及连同弹簧一起装在内座圈孔中的柱塞等组成。内座圈毂的花键套筒和起动机轴以花键联接。2024/7/221

外座圈与内座圈之间的间隙宽窄不等（呈楔形槽）。当起动机电枢旋转时，转矩由花键套筒传到内座圈，内座圈则随电枢一起旋转，这时滚柱便滚入楔形槽的窄处被卡死，于是有转矩传给起动机驱动齿轮，带动飞轮使发动机起动（图a）。当发动机起动后，曲轴转速增高，飞轮齿圈带动起动机驱动齿轮旋转，此时，起动机驱动齿轮旋转方向虽未改变，但已由主动齿轮变为被动齿轮，且外座圈的转速大于内座圈，于是使滚柱滚入楔形槽的宽处，使内、外座圈相对打滑（图b）。这样转矩就不能从起动机驱动齿轮传给电枢，从而防止了电枢超速“飞车”的危险。2024/7/222三、其他型式的起动机

1.减速起动机

在电枢轴与驱动齿轮之间装有减速器的起动机称为减速起动机。减速起动机的电枢工作转速设定得较高，通过减速器使驱动齿轮的转速降低并使转矩增加。

根据电机原理可知，若电磁功率不变，当转速增加时，转矩就可减小，则电动机的电枢直径、铁芯长度可相应减小。因此装用减速器后.可采用小型、高速、低转矩的电动机，从而使起动机的质量和体积减小30％～35％，且能提高起动性能。缺点是机械零件增加，电动机高速运转，结构较复杂。减速起动机中的减速器有3种形式，即外啮合齿轮式、内啮合齿轮式和行星齿轮式，其示意下图所示。2024/7/2第二节电起动系统23

外啮合齿轮式的主动齿轮轴与从动齿轮轴平行，但两轴中心距较大，其优点是结构简单、工作可靠、噪声小、便于维修，其缺点是增加了起动机的径向尺寸。内啮合齿轮式的特点是两轴中心距较小，工作可靠，但噪声较大。行星齿轮式的减速器两轴中心重合，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，故可采用翅料内齿圈和粉末冶金的行星齿轮。既减轻了质量又抑制了噪声，是应用最广泛的一种。2024/7/224

2.永磁式起动机

永磁式起动机利用永久磁铁制作磁极，取代了普通起动机中的磁场绕组和磁极铁芯。它具有结构简单、体积小、质量轻等优点，适合安装于空间较小的车辆上。永磁式起动机一般都配用行星齿轮式减速器。3.电枢移动式起动机

电枢移动式起动机是利用磁极磁通的吸力，使整个电枢轴向移动来实现驱动齿轮与飞轮齿圈的啮合过程。2024/7/225

2024/7/2第三节起动辅助装置26一、起动减压装置

当环境温度降低时，机油黏度增高，起动阻力矩增大，同时燃料汽化性能变坏，蓄电池的工作性能降低，使发动机起动困难。为此，在冬季应设法将进气、机油和冷却液加以预热。

由于柴油机压缩比大、靠压缩自然着火，冬季起动比较困难。为了使车用柴油机在冬季能迅速、可靠地起动，常从两方面改善起动性能：通过设有减压机构降低起动时气缸压缩程度、进行机油预热等措施，降低柴油机的起动阻力矩；通过设置电热塞进气预热器、由热塞喷射起动液以及采用自燃性好的燃料、加浓混合气等措施，改善柴油机着火条件。2024/7/2第三节起动辅助装置27

有些柴油发动机采用起动减压装置降低起动转矩，提高起动转速，以改善起动性能，如图所示。2024/7/228

起动发动机时，将转换手柄转到减压位置，使调整螺钉按图中箭头方向转动，并略微顶开气门（气门一般压下1～1.25mm），以降低压缩行程的初始阻力，使起动机转动曲轴时的阻力矩减小，从而提高了起动转速。曲轴转动以后，各零件的工作表面温度升高，机油的黏度降低，摩擦阻力减小，进一步降低起动阻力矩。此后，将手柄扳回原来的位置，发动机即可顺利起动。

发动机各缸的减压装置是一套联动机构。中、小型柴油机的联动机构一般采用同步式，即各减压气门同时打开，同时关闭。大功率柴油机减压装置联动机构一般为分级式，即起动前各减压气门同时打开，起动时各减压气门分级关闭，使部分气缸先进入正常工作，发动机预热后其余各缸再转入正常工作。

起动减压装置可以用于进气门，也可以用于排气门。使用排气门减压会将炭粒吸入气缸，加速气缸磨损。因此，多采用进气门减压方式。2024/7/229二、进气预热

1.热敏电阻预热器

安装在进气歧管总入口处，由安装在发动机冷却液出口处的预热温度开关控制。当起动温度低于一定值时，预热温度开关控制接通电路，陶瓷热敏电阻通电升温，加热进入气缸的空气。2024/7/2第三节起动辅助装置30

2.电火焰预热器

柴油机因压缩比大，起动更困难，常采用电火焰预热器，其阀体用线胀系数较大的金属材料制成。阀体的内部有空腔，其一端有进油孔，另一端有内螺纹：在预热器不工作时，阀芯的锥形尖端将进油孔堵死，阀的另一端有外螺纹旋在阀的内腔中。阀体的外部绕有用镍铬丝制成的电阻丝。

当柴油机起动时，接通预热器开关。蓄电池对电阻丝供电，电阻丝变为炽热状态而加热阀体，因为阀体的热膨胀系数较大而伸长。带动阀芯向右移动，使进油孔打开，燃油经进油孔流入阀体的内腔受热而汽化，从阀体内腔喷出，被炽热的电阻丝点燃形成火焰，加热进入气缸的空气。2024/7/231

2024/7/232三、燃烧室预热

采用涡流室或预热室式燃烧室的柴油机，由于燃烧室表面积大，在压缩过程中的热量损失较燃料直接喷射式大，起动更为困难。为此，一般在涡流室或预热室式柴油机的燃烧室中装有电热塞，在起动时对燃烧室内的空气加以预热。

电热塞的结构，如图所示。螺旋形电阻丝用铁镍铝合金制成，其一端焊接于中心螺杆上，另一端焊接在用耐高温不锈钢制成的发热体钢套的底部，中心螺杆与外壳之间有瓷质绝缘体。高铝水泥胶合剂将中心螺杆固定于绝缘体上。外壳上端翻边，将绝缘体、发热体钢套、密封垫圈和外壳相互压紧。在发热体钢套内填充具有绝缘性能、导热好、耐高温的氧化铝填充剂。2024/7/2第三节起动辅助装置33

安装于各缸的电热塞并联与电源相接。起动发动机之前，首先接通电热塞的电路，电阻丝通电后迅速将发热体钢套加热到红热状态，使气缸内的空气温度升高，从而可以提高压缩终了时混合气的温度。电热塞通电的时间，一般不超过1min。发动机起动后，应立即将电热塞断电。若起动失败，应停歇1min，再将电热塞通电，进行第二次起动，否则将降低电热塞的使用寿命。2024/7/2