第10章 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)
內(nèi)容提要
1. 起動(dòng)系的作用、方式和基本組成
2. 電起動(dòng)機(jī)的構(gòu)和工作原理
3. 減速起動(dòng)機(jī)與永磁起動(dòng)機(jī)
4. 低溫起動(dòng)預(yù)熱裝置 |
10.1 起動(dòng)系作用、方式和基本組成
10.1.1 起動(dòng)系的作用
發(fā)動(dòng)機(jī)靠外力轉(zhuǎn)動(dòng)使之著火燃燒,開始運(yùn)轉(zhuǎn)的過程稱為起動(dòng)。
要使發(fā)動(dòng)機(jī)順利起動(dòng),必需克服運(yùn)轉(zhuǎn)阻力,尤其是壓縮行程的壓縮氣體阻力和各運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力??朔@些阻力所需的轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。柴油機(jī)壓縮比較汽油機(jī)大得多,起動(dòng)更困難,需要的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也更大。
起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),還要求有一定的曲軸轉(zhuǎn)速,稱之為起動(dòng)轉(zhuǎn)速。汽油機(jī)要求不低于50-70r/min,柴油機(jī)要求不低于150-300 r/min。
起動(dòng)性能是發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo),衡量發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能好壞一般用起動(dòng)時(shí)間。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,不采用特殊的低溫起動(dòng)措施,汽油機(jī)在-10℃、柴油機(jī)在-5℃以下的氣溫條件下起動(dòng),能在15s以內(nèi)達(dá)到自行運(yùn)轉(zhuǎn)。
起動(dòng)系的作用就是按發(fā)動(dòng)機(jī)要求,提供一定的轉(zhuǎn)矩,使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速,順利完成起動(dòng)過程。
10.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式
有手起動(dòng)、電起動(dòng)、汽油機(jī)起動(dòng)、壓縮空氣起動(dòng)和拖動(dòng)等幾種方式。
手起動(dòng)是用手轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的起動(dòng)方式。其結(jié)構(gòu)簡單,但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,轉(zhuǎn)速低,增加勞動(dòng)強(qiáng)度。一般只用于小功率發(fā)動(dòng)機(jī)。
汽油機(jī)起動(dòng)是利用小型汽油機(jī)帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)方式。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,起動(dòng)麻煩,一般是先用手起動(dòng)小型汽油機(jī),再帶動(dòng)主發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。它一般用于大功率柴油機(jī)起動(dòng)。
壓縮空氣起動(dòng)是利用壓縮空氣按一定次序充入氣缸,強(qiáng)制發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)方式。它結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜,一般用大型柴油機(jī)組(如船舶、電站等)。
電起動(dòng)是利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)方式。它具有起動(dòng)快捷方便、省力等優(yōu)點(diǎn),但需要一套電起動(dòng)系統(tǒng)。現(xiàn)代汽車用發(fā)動(dòng)機(jī),均采用電起動(dòng)方式。
除上述外,還有拖動(dòng)起動(dòng)方式,即利用旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)構(gòu),拖動(dòng)內(nèi)燃機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)方式。
10.1.3 電起動(dòng)系的基本組成與工作過程
電起動(dòng)系主要由蓄電池、起動(dòng)機(jī)、起動(dòng)繼電器、點(diǎn)火開關(guān)、安全開關(guān)(有的汽車采用)、低溫起動(dòng)預(yù)熱裝置等組成(圖10-1)。圖中粗線表示起動(dòng)機(jī)供電電路,細(xì)線表示起動(dòng)機(jī)控制電路。
圖10-1 電起動(dòng)系統(tǒng)
1-蓄電池 2-起動(dòng)機(jī) 3-起動(dòng)繼電器 4-點(diǎn)火開關(guān) 5-電流表 |
當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)4置于起動(dòng)檔“Start”時(shí),首先接通起動(dòng)控制電路,電磁開關(guān)閉合,蓄電池電流經(jīng)電磁開關(guān)流入起動(dòng)機(jī),并使其轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí),電磁開關(guān)還將驅(qū)動(dòng)齒輪向外推出與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相嚙合,帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)完成著火并加速運(yùn)轉(zhuǎn)后,飛輪有反過來帶動(dòng)起動(dòng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)的趨勢(shì)時(shí),起動(dòng)機(jī)上的單向離合器使起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪相對(duì)于起動(dòng)機(jī)電樞軸空轉(zhuǎn)(以保護(hù)起動(dòng)機(jī))。駕駛員及時(shí)將點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)到點(diǎn)火檔“IG”,切斷起動(dòng)機(jī)控制電路,驅(qū)動(dòng)齒輪退回,起動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
10.2
圖10-2 起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)
1-回位彈簧 2-保持線圈 3-吸引線圈 4-電磁開關(guān)殼體 5-主觸點(diǎn) 6-接線柱 7-接觸盤 8-后端蓋 9-電刷彈簧 10-換向器 11-電刷 12-磁極 13-磁極鐵芯 14-電樞 15-磁場繞組 16-移動(dòng)襯套 17-緩沖彈簧 18-單向離合器 19-電樞軸花鍵 20-驅(qū)動(dòng)齒輪 21-罩蓋 22-制動(dòng)盤 23-傳動(dòng)套筒 24-撥叉 |
電起動(dòng)機(jī)
起動(dòng)機(jī)的作用是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。它一般由直流電動(dòng)機(jī)、控制裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分組成(圖10-2)。
10.2 1 直流電動(dòng)機(jī)
1.直流電動(dòng)機(jī)基本工作原理
直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備,它是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中將受到電磁力作用而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原理進(jìn)行工作的。
以單匝電樞繞組的直流電動(dòng)機(jī)為例說明其工作
圖10-3 直流電動(dòng)機(jī)工作原理
a)電流從A→B b)電流從B→A
1-電樞繞組 2-電刷B 3-換向器銅片 4-電刷A |
原理。將通電線圈置于磁場中,磁場方向如圖10-2所示,直流電通過電刷和換向器銅片引入。當(dāng)電流
Is從A電刷經(jīng)a-b-c-d到B電刷時(shí),根據(jù)左手定則判定,匝邊ab和cd受到的磁場力F方向如圖10-3a所示,這個(gè)電磁力將形成力矩,使線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到換向片A與負(fù)電刷接觸,換向片B與正電刷接觸時(shí),電流方向改變?yōu)閐-c-b-a,同時(shí)匝邊ab和cd的位置也改變,電磁轉(zhuǎn)矩的方向保持不變,使線圈繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M可用下式表示:
M=CmφIs
式中 Cm——電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù),Cm=PN/2πα;
P——磁極對(duì)數(shù);
N——電樞導(dǎo)線總根數(shù);
α——電樞繞組的并聯(lián)支路對(duì)數(shù);
圖10-4 電樞總成
1-電樞疊片 2-電樞鐵芯 3-電樞軸 4-電樞繞組 5-電樞鐵芯總成 6-換向器 |
φ——磁極磁通;
Is——電樞電流。
由上分析可知,直流電動(dòng)機(jī)能通過增加磁極對(duì)數(shù)、增多電樞導(dǎo)線總根數(shù)和并聯(lián)支路對(duì)數(shù)、增大電樞和磁場電流來增大電磁轉(zhuǎn)矩。實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)電樞都用多匝并聯(lián)繞成,電樞電流和磁場電流也很大(起動(dòng)電流達(dá)600A以上),使起動(dòng)機(jī)有足夠轉(zhuǎn)矩起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
2.直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造 它一般由電樞總成、磁極、電刷與刷架及其它附件組成。
圖10-5 磁場繞組的連接
a)串連連接 b)并聯(lián)連接
1-絕緣接線柱 2-換向器 3-搭鐵電刷 4 -絕緣電刷 5-磁場繞組 |
(1)電樞總成(圖10-4) 它由電樞軸、電樞鐵心、電樞繞組及換向器組成。在電樞軸3上壓有鐵芯2,鐵芯的作用是增加磁力,它是由互相絕緣的薄硅鋼片1疊成,采用疊片是為了減小鐵芯內(nèi)感應(yīng)的渦流電流的損失。每片疊片有槽,疊在一起形成溝槽,電樞繞組分多條支路嵌在鐵芯的溝槽內(nèi),并分別接到固定在電樞軸上互相絕緣的換向器各銅片上。為了獲得較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,電樞繞組采用大截面的銅導(dǎo)線制成,以便幾百安培的起動(dòng)電流通過。
(2)磁極 磁極有永久磁鐵和電磁鐵兩類,永久磁鐵的電動(dòng)機(jī)將在后介紹。電磁鐵磁極由鑄鋼鐵芯及勵(lì)磁繞組構(gòu)成(圖10-5),固定在起動(dòng)機(jī)殼體的內(nèi)壁上。為了產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場來使電樞產(chǎn)生足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,磁極的數(shù)量一般為兩對(duì),功率較大的起動(dòng)機(jī)也有采用三對(duì)的。勵(lì)磁繞組也采用大截面的銅導(dǎo)線制成。
4個(gè)磁場繞組的連接方法有串連和并聯(lián)兩種。無論采用何種連接,其產(chǎn)生的磁極須相互交錯(cuò)。
圖10-6 電動(dòng)機(jī)的串勵(lì)、并勵(lì)與復(fù)勵(lì)
a) 串勵(lì) b) 并勵(lì) c)復(fù)勵(lì)
1-勵(lì)磁繞組 2-電樞繞組 3-蓄電池 |
(3)電刷與刷架 由于起動(dòng)機(jī)電流較大,所用電刷是用銅與石墨粉壓制而成。電刷置于電刷架架中,由盤形彈簧壓緊到換向器上,電極引線接電源或搭鐵。
(4)殼體及軸承 殼體主要起支承和保護(hù)作用。起動(dòng)機(jī)軸承由于結(jié)構(gòu)限制一般采用滑動(dòng)軸承,用于支承電樞軸。
3.直流電動(dòng)機(jī)電樞與勵(lì)磁繞組連接 勵(lì)磁繞組與電樞繞組的接法有三種:串聯(lián)、并聯(lián)及串、并聯(lián)均有的復(fù)式接法(圖10-6)。相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)稱為串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。大多數(shù)電動(dòng)機(jī)均采用串勵(lì),大功率的起動(dòng)機(jī)也有采用復(fù)勵(lì)。
串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是電樞繞組和勵(lì)磁繞組串聯(lián),電樞電流與勵(lì)磁電流相等。它具有以下特性:
(1)M=KIs2,式中K為結(jié)構(gòu)常數(shù)。即電磁轉(zhuǎn)矩與勵(lì)磁電流Is的平方成正比,因此供給同樣的勵(lì)磁電流,串勵(lì)電動(dòng)機(jī)可比并勵(lì)電動(dòng)機(jī)獲得更大的電磁轉(zhuǎn)矩。
圖10-7 滾柱式單向離合器的組成
a)結(jié)構(gòu) b)工作原理(起動(dòng)中) c)工作原理(起動(dòng)后)
1-驅(qū)動(dòng)齒輪 2-單向離合器外殼 3-十字塊 4-滾柱 5-彈簧及活柱 6-護(hù)蓋 7-彈簧座 8-緩沖彈簧 9-移動(dòng)襯套 10-傳動(dòng)套筒 11-卡簧 12-墊圈 13-楔形槽 14-飛輪 |
(2)輕載時(shí),電樞電流與勵(lì)磁電流小,轉(zhuǎn)速高;而重載時(shí),電樞電流與勵(lì)磁電流大,轉(zhuǎn)速低。這種“軟”的機(jī)械特性能保證起動(dòng)的安全可靠。
10.2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
普通起動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是單向離合器。其作用是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪以起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),而發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后則斷開發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)起動(dòng)機(jī)的逆向驅(qū)動(dòng),以防止發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)起動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)而使起動(dòng)機(jī)“飛散”。
起動(dòng)機(jī)中常見的單向離合器有滾柱式、摩擦片式和扭簧式等。
1.滾柱式離合器 它是目前國內(nèi)外汽車起動(dòng)機(jī)中使用**多的一種傳動(dòng)方式(圖10-7),其外殼2與驅(qū)動(dòng)小齒輪2連為一體,十字塊3與傳動(dòng)套筒經(jīng)滑動(dòng)花鍵與電樞軸相接,外殼與十字塊之間的間隙是寬窄不等的楔形槽結(jié)構(gòu)。
起動(dòng)時(shí),電樞緩慢旋轉(zhuǎn),電磁開關(guān)通過撥叉,推動(dòng)襯套9、彈簧8等部件,使驅(qū)動(dòng)齒輪1與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪14相嚙合。
當(dāng)起動(dòng)機(jī)主電路接通,電樞快速旋轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)矩由傳動(dòng)套筒10傳到十字塊3,滾柱在外殼2摩擦和彈簧5作用下便滾入楔形槽13的窄處被卡死(圖10-7b),于是將轉(zhuǎn)矩傳給驅(qū)動(dòng)齒輪,帶動(dòng)飛輪使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后,曲軸轉(zhuǎn)速高于起動(dòng)機(jī),飛輪帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn),在外殼摩擦作用下,滾柱克服彈簧彈力,滾人楔形槽的寬處而打滑(圖10-7c),防止發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳給小齒輪,從而避免電樞超速“飛散”的危險(xiǎn)。起動(dòng)后,由于撥叉回位彈簧的作用,使離合器退回,驅(qū)動(dòng)輪退出飛輪齒環(huán)。緩沖彈簧8具有緩和驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪間的沖擊,保護(hù)驅(qū)動(dòng)齒輪的作用。
圖10-8 摩擦式單向離合器
a) 結(jié)構(gòu) b) 壓緊 c) 放松
1-驅(qū)動(dòng)齒輪 2-齒輪柄 3-減振彈簧 4-內(nèi)接合鼓 5-小彈簧 6-從動(dòng)片 7-主動(dòng)片 8-壓環(huán) 9-彈性圈 10-外接合鼓 11-飛輪 |
滾柱式單向離合器傳遞較大扭矩時(shí),滾柱容易卡住,不能滿足大功率起動(dòng)機(jī)的要求,但結(jié)構(gòu)簡單,因此在現(xiàn)代汽車上應(yīng)用廣泛。
2.摩擦片式離合器 離合器的外接合鼓10(圖10-8)固定在起動(dòng)機(jī)軸上,內(nèi)接合鼓4具有螺線孔,并旋在起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪柄2的螺紋上,齒輪柄2則自由套在起動(dòng)機(jī)軸上,用螺母鎖住防止脫落。兩個(gè)彈性圈9和壓環(huán)8依次裝進(jìn)外接合鼓10中,青銅主動(dòng)片7以其外凸齒裝入外接合鼓10的切槽中,鋼制從動(dòng)片6依其內(nèi)齒插入內(nèi)接合鼓4的切槽中。內(nèi)接合鼓上的兩個(gè)彈簧5輕壓摩擦片,使摩擦片具有傳力作用(力較小)。
起動(dòng)時(shí),經(jīng)外接合鼓摩擦片帶動(dòng)內(nèi)接合鼓轉(zhuǎn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)小齒輪與飛輪嚙合后,由于內(nèi)接合鼓和驅(qū)動(dòng)小齒輪柄之間的螺旋結(jié)構(gòu),使得內(nèi)接合鼓向右移動(dòng),壓緊摩擦片(力較大),電樞的轉(zhuǎn)矩傳遞給飛輪(圖10-8b)。起動(dòng)后,飛輪帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)小齒輪,內(nèi)接合鼓與驅(qū)動(dòng)小齒輪的螺旋結(jié)構(gòu),使得內(nèi)接合鼓向左移動(dòng),摩擦片松開,飛輪不能帶動(dòng)電樞,避免了電樞超速“飛散”的危險(xiǎn)(圖10-8c)。
摩擦片式離合器可以傳遞較大的轉(zhuǎn)矩,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,摩擦片磨損后,需經(jīng)常檢修調(diào)整,常用在電樞移動(dòng)式起動(dòng)機(jī)上。
圖10-9 扭簧式單向離合器
1-驅(qū)動(dòng)齒輪 2-擋圈 3-月形圈 4-扭力彈簧 5-護(hù)圈 6-連接套筒 7-墊圈
8-緩沖彈簧 9-撥環(huán) 19-卡簧 |
3.扭簧式離合器 其結(jié)構(gòu)如圖10-9 所示。驅(qū)動(dòng)齒輪1空套在電樞軸的前端的光滑部分,連接套筒6套在電樞軸的花鍵部分,扭力彈簧兩端各有1/4圈內(nèi)徑較小的部分,箍緊驅(qū)動(dòng)齒輪1與連接套筒6。
起動(dòng)時(shí),電磁開關(guān)鐵心經(jīng)撥叉移動(dòng)撥環(huán)9,由緩沖彈簧8推動(dòng)離合器使驅(qū)動(dòng)齒輪1與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪嚙合。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),通過花鍵帶動(dòng)連接套筒6,在彈簧與驅(qū)動(dòng)齒輪和主動(dòng)套筒之間摩擦力作用下,將連接套筒和齒輪柄抱死,電樞轉(zhuǎn)矩便由此傳給飛輪,起動(dòng)后,飛輪帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪,扭力彈簧被放松而打滑,保護(hù)電樞不致被飛輪帶動(dòng)而“飛散”,同時(shí)撥叉在回位彈簧作用下,經(jīng)撥環(huán)使驅(qū)動(dòng)小齒輪回位。
扭簧式離合器結(jié)構(gòu)簡單,使用壽命長,但軸向尺寸較大,故在小型機(jī)上的應(yīng)用受到限制。
10.2.3 控制裝置
起動(dòng)機(jī)的控制裝置一般是電磁開關(guān),有的還采用了一些中間繼電器。
1.電磁開關(guān) 它安裝于直流電動(dòng)機(jī)殼體上方(圖10-10),用于控制起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的嚙合與分離及電動(dòng)機(jī)電路的通斷。吸引線圈5與保持線圈4的匝數(shù)相同,繞向也相同,都繞在套筒外側(cè)。吸引線圈與電動(dòng)機(jī)串聯(lián),保持線圈與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)。
圖10-10 電磁開關(guān)
1-起動(dòng)開關(guān) 2-定觸點(diǎn) 3-動(dòng)觸點(diǎn) 4-保持線圈 5-吸引線圈 6-動(dòng)鐵芯 7-拉桿 8-撥叉 9-單向離合器 10-驅(qū)動(dòng)齒輪 11-電樞 12-電刷 13-磁極 |
當(dāng)接通起動(dòng)開關(guān)1時(shí),吸引線圈中的電流經(jīng)起動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組F和電樞繞組后搭鐵,保持線圈則直接搭鐵。此時(shí)兩個(gè)線圈產(chǎn)生較強(qiáng)的相同方向的電磁吸力,吸引動(dòng)鐵芯6向左移動(dòng)。
圖10-11 起動(dòng)繼電器控制的起動(dòng)機(jī)電路
1-起動(dòng)繼電器 2-起動(dòng)機(jī) 3-蓄電池接線柱 4-動(dòng)觸點(diǎn) 5-吸引線圈 6-保持線圈 7-鐵芯 8-撥叉 9-驅(qū)動(dòng)齒輪 10-起動(dòng)機(jī)接線柱 11-起動(dòng)開關(guān) 12-起動(dòng)繼電器觸點(diǎn) 13-起動(dòng)繼電器線圈 |
鐵芯的移動(dòng)通過撥叉8將驅(qū)動(dòng)齒輪10推向飛輪,同時(shí)通過電樞中的較小電流使電樞軸較緩慢地旋轉(zhuǎn),因而有利于嚙合。當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒圈完全嚙合時(shí),動(dòng)觸點(diǎn)與接觸點(diǎn)也剛好完全閉合。此時(shí),吸引線圈被短路,只靠保持線圈吸力將觸點(diǎn)與定觸點(diǎn)保持在接通狀態(tài),強(qiáng)大的起動(dòng)電流通過勵(lì)磁繞組F和電樞繞組使電動(dòng)機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)。
發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后,從起動(dòng)開關(guān)到保持線圈的電流被切斷,但在斷開起動(dòng)開關(guān)的瞬間,觸點(diǎn)仍在閉合位置,電流從觸點(diǎn)到吸引線圈,再經(jīng)保持線圈搭鐵。這時(shí),兩線圈產(chǎn)生的電磁力大小相同,方向相反,相互抵消。在回位彈簧的作用下,鐵芯返回原位,觸點(diǎn)斷開,起動(dòng)機(jī)因斷電而停轉(zhuǎn),同時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪退回。
2.起動(dòng)繼電器 為了產(chǎn)生足夠的吸力,起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)的電流較大(一般為35~40A),如此大的電流會(huì)影響起動(dòng)開關(guān)的壽命,同時(shí)也不安全。為此,有些汽車在控制電路中裝有起動(dòng)繼電器,由起動(dòng)繼電器觸點(diǎn)的開閉控制電磁開關(guān)的通斷,而起動(dòng)開關(guān)(或點(diǎn)火開關(guān))只控制起動(dòng)繼電器線圈電路的通斷,因而減小了起動(dòng)開關(guān)(或點(diǎn)火開關(guān))的通過的電流??刂齐娐啡鐖D10-11所示。
起動(dòng)時(shí),接通起動(dòng)開關(guān),起動(dòng)繼電器線圈13通電,觸點(diǎn)12閉合,起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)被接通,起動(dòng)機(jī)工作。
圖10-12 CA1091汽車起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路
1-組合繼電器 2-發(fā)電機(jī) 3-起動(dòng)機(jī) 4-點(diǎn)火開關(guān) 5-充電指示燈 |
3.起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后,若駕駛員未及時(shí)斷開起動(dòng)開關(guān),就會(huì)造成單向離合器的磨損;若發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài),駕駛員誤將起動(dòng)開關(guān)接通,就會(huì)造成起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與旋轉(zhuǎn)著的飛輪齒圈撞擊,從而加速齒圈及起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪的損壞。有些汽車的起動(dòng)系統(tǒng)中采用了起動(dòng)保護(hù)電路,其作用就是防止上述情況的發(fā)生。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)一旦起動(dòng)后,起動(dòng)機(jī)能自動(dòng)停止工作;發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作后,即使誤將起動(dòng)開關(guān)接通,起動(dòng)機(jī)也不會(huì)工作。
不同的車型的起動(dòng)保護(hù)電路可能不同,但大都采用汽車發(fā)電機(jī)中點(diǎn)電壓來進(jìn)行控制。圖10-12為CA1091汽車的起動(dòng)保護(hù)電路。起動(dòng)組合繼電器1是由起動(dòng)繼電器和充電指示控制繼電器組合而成。起動(dòng)繼電器的線圈L1通過充電指示燈繼電器觸點(diǎn)K2搭鐵,使之具有驅(qū)動(dòng)保護(hù)作用。K2同時(shí)是充電指示燈5的搭鐵通路,用于指示充電是否正常,其通斷由發(fā)電機(jī)中點(diǎn)電壓來控制。
起動(dòng)時(shí),點(diǎn)火開關(guān)置于起動(dòng)檔時(shí),充電指示燈亮,組合繼電器中的起動(dòng)繼電器L1通電,其電路為:蓄電池正極→起動(dòng)機(jī)電源接線柱→電流表→點(diǎn)火開關(guān)→“SW” →線圈L1→觸點(diǎn)K2→“E”搭鐵→蓄電池負(fù)極。起動(dòng)機(jī)線圈L1通電,使觸點(diǎn)K1閉合,接通起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)電路,起動(dòng)機(jī)通電工作。
起動(dòng)后,發(fā)電機(jī)正常發(fā)電,其中點(diǎn)電壓使L2無電,K2斷開,起動(dòng)繼電器線圈L1斷電,其觸點(diǎn)K1斷開, 起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)斷電,起動(dòng)機(jī)停止工作。
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),即使點(diǎn)火開關(guān)誤撥至起動(dòng)檔,由于發(fā)電機(jī)中點(diǎn)電壓的作用而使充電指示燈繼電器觸點(diǎn)保持K2斷開,因此起動(dòng)機(jī)也不會(huì)通電工作。
10.3 減速起動(dòng)機(jī)與永磁起動(dòng)機(jī)
10.3.1 減速起動(dòng)機(jī)
圖10-13 減速起動(dòng)機(jī)的類型
a) 外嚙合式 b)內(nèi)嚙合式 c)行星齒輪式
1-驅(qū)動(dòng)齒輪 2-減速機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪及單向離合器 3-惰輪 4-減速機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪 5-電樞 6-電磁開關(guān) 7-單向離合器 8-撥叉 9-減速機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪 10-行星齒輪減速機(jī)構(gòu) |
普通起動(dòng)機(jī)電樞轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速相同。減速起動(dòng)機(jī)在電樞與驅(qū)動(dòng)齒輪之間裝有一級(jí)減速齒輪(一般速比為3~4),它的優(yōu)點(diǎn)是:采用了高速低扭矩的電動(dòng)機(jī),可使起動(dòng)機(jī)重量和體積減小,且便于安裝;提高了起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而有利于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng);電樞軸較短而不易彎曲等。
減速齒輪有外嚙合式、內(nèi)嚙合式和行星齒輪式三種(圖10-13 )。
1.外嚙合式 外嚙合式減速起動(dòng)機(jī)有的用惰輪作為過渡傳動(dòng),電磁開關(guān)鐵芯與驅(qū)動(dòng)齒輪同軸,直接推動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪進(jìn)入嚙合,無須撥叉(圖10-14)。也有一些外嚙合式減速機(jī)構(gòu)不設(shè)惰輪,驅(qū)動(dòng)齒輪進(jìn)入嚙合通過撥叉來撥動(dòng),圖10-15所示是豐田皇冠轎車用的外嚙合式起動(dòng)機(jī)。
圖10-14 外嚙合式減速起動(dòng)機(jī)(有惰輪、無撥叉)
1-后端蓋 2-電刷架 3-定子總成 4-電樞總成 5-減速機(jī)構(gòu)主動(dòng)齒輪 6-惰輪 7-螺栓 8-驅(qū)動(dòng)端蓋 9-驅(qū)動(dòng)齒輪 10-減速機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪及單向離合器 11-鋼球 12-回位彈簧 13-電磁開關(guān) 14-直流電動(dòng)機(jī) 15-螺栓 16-氈圈 |
圖10-15 外嚙合式減速起動(dòng)機(jī)(無惰輪、有撥叉)
1-電磁開關(guān) 2-活動(dòng)鐵芯 3-撥叉 4-驅(qū)動(dòng)齒輪 5-單向離合器 6-從動(dòng)齒輪軸 7-減速機(jī)構(gòu)從動(dòng)齒輪 8-外殼 9-電樞 10-勵(lì)磁繞組 11-磁場繞組 12-蓄電池接線柱 13-換向器 |
圖10-17 DW-1型行星齒輪式減速起動(dòng)機(jī)
1-電刷 2-滾珠軸承 3-換向器 4-導(dǎo)線插頭 5-電磁開關(guān) 6-永久磁鐵磁極 7-撥叉 8-行星減速齒輪 9-驅(qū)動(dòng)齒輪 10-軸承 11-單向離合器 12-電樞總成 13-行星齒輪 14-主動(dòng)齒輪(太陽輪) 15-齒圈 16-撥叉環(huán) |
圖10-16 內(nèi)嚙合式減速起動(dòng)機(jī)
1-起動(dòng)開關(guān) 2-起動(dòng)繼電器線圈 3-起動(dòng)繼電器觸點(diǎn) 4-電磁開關(guān)主觸點(diǎn) 5-接觸盤 6-吸引線圈 7-保持線圈 8-活動(dòng)鐵芯 9-撥叉 10-單向離合器 11-螺旋花鍵軸
12-內(nèi)嚙合減速齒輪 13-主動(dòng)齒輪 14-電樞 15-磁場繞組 |
2.內(nèi)嚙合式 內(nèi)嚙合減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中心距小,可以有較大的傳動(dòng)比,適合于較大功率的起動(dòng)機(jī)。圖10-16所示為國產(chǎn)QD254型內(nèi)嚙合式減速起動(dòng)機(jī)原理圖。
3.行星齒輪式 行星齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、效率高的特點(diǎn)。圖10-17所示為德國Bosch公司生產(chǎn)的DW-1型行星齒輪式減速起動(dòng)機(jī)(永磁式)。
減速起動(dòng)機(jī)除在電樞與驅(qū)動(dòng)齒輪間增加一級(jí)減速齒輪,以起減速增扭作用外,其它工作原理與普通起動(dòng)機(jī)類似。
10.3.2 永磁起動(dòng)機(jī)
定子磁場采用永磁體的起動(dòng)機(jī)稱永磁起動(dòng)機(jī)。起動(dòng)機(jī)的其他部分結(jié)構(gòu)基本不變。永磁體材料主要有鍶鐵氧體和釹鐵硼材料。
永磁式起動(dòng)機(jī)主要有如下性能特點(diǎn):
因磁力來源于永磁材料做的磁瓦,磁場穩(wěn)定,是一種他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。工作特性與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)相近,一般多用作小功率起動(dòng)機(jī)。
因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)為他勵(lì),所以空載轉(zhuǎn)速小,使用安全性較串勵(lì)電動(dòng)機(jī)好。
圖10-18 永磁減速起動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電氣連接原理圖
1- 驅(qū)動(dòng)齒輪 2-飛輪齒圈 3-單向離合器 4-傳動(dòng)撥叉 5-行星齒輪減速器
6-永久磁鐵 7-電樞 8-換向器及炭刷 9-電磁開關(guān) 10-起動(dòng)開關(guān) 11-蓄電池 |
由于鍶鐵氧體的磁能較低,而釹鐵硼體格昂貴,所以永磁式起動(dòng)機(jī)主要用在功率2kW以下的小型起動(dòng)機(jī)上。
現(xiàn)在轎車所用的永磁式起動(dòng)機(jī)通常與減速器結(jié)合使用,永磁式減速起動(dòng)機(jī)體積和重量指標(biāo)都更好。
圖10-18為捷達(dá)轎車所用的永磁式減速起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意和電氣連接圖。
由圖可見,永磁起動(dòng)機(jī)除用永久磁鐵6作為磁極外,其它結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與行星齒輪減速起動(dòng)機(jī)類似。
10.4 低溫起動(dòng)與預(yù)熱
圖10-19 電熱塞
1-固定螺母 2-中心螺桿 3-膠合劑 4-絕緣體 5-墊圈 6-外殼 7-密封墊圈 8-填充劑 9-電阻絲 10-發(fā)熱體鋼套 |
低溫嚴(yán)寒氣候,燃料汽化及燃燒困難(尤其是柴油),機(jī)油粘度加大,蓄電池能量下降,造成發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)順利起動(dòng),需要采取相應(yīng)措施,常見的有預(yù)熱空氣、預(yù)熱機(jī)油、預(yù)熱冷卻水、噴起動(dòng)液、減壓起動(dòng)等。
10.4.1 預(yù)熱空氣
目前普遍使用的發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱方法是采用預(yù)熱裝置,對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣進(jìn)行預(yù)熱。常見的預(yù)熱裝置有電熱塞、熱敏電阻預(yù)熱器和電火焰預(yù)熱器。
1.電熱塞 現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多采用封閉式電熱塞(圖10-19),安裝于燃燒室內(nèi)。螺旋形電阻絲9焊于中心螺桿2與發(fā)熱體鋼套10底部,電阻絲周圍充填有絕緣的氧化鋁填充劑8,中心螺桿與外殼絕緣,外殼帶密封圈裝于氣缸蓋上。
圖10-20 熱敏電阻預(yù)熱器
1-陶瓷熱敏電阻加熱器 2-鋁合金散熱柱 3-密封圈 4-密封墊 5-進(jìn)氣支管 |
起動(dòng)時(shí),起動(dòng)開關(guān)旋到預(yù)熱檔,電流通過預(yù)熱指示器,再到各缸預(yù)熱塞,電流經(jīng)中心螺桿→電阻絲→發(fā)熱體鋼套→氣缸蓋→車身搭鐵→蓄電池負(fù)極。電阻絲通電后,金屬鋼套變得紅熱,加熱燃燒室內(nèi)空氣。
2. 熱敏電阻預(yù)熱器 它安裝在進(jìn)氣支管總?cè)肟谔?圖10-20),由安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液出口處的預(yù)熱溫度開關(guān)控制。當(dāng)起動(dòng)溫度低于一定值時(shí),預(yù)熱溫度開關(guān)控制接通電路,陶瓷熱敏電阻通電升溫,加熱進(jìn)入器缸的空氣。
3. 電火焰預(yù)熱器 柴油機(jī)由于壓縮比大,起動(dòng)更困難,常采用電火焰預(yù)熱器(圖10-21),其閥體2是用線脹系數(shù)較大的金屬材料制成。閥體的內(nèi)部有空腔,其一端有進(jìn)油孔1,另一端有內(nèi)螺紋。在預(yù)熱器不工作時(shí),閥芯3的錐形尖端將進(jìn)油孔1阻死,閥的另一端有外螺紋旋在閥體2的內(nèi)腔中。閥體2的外部繞有用鎳鉻絲制成的電阻絲4。
圖10-21 電火焰預(yù)熱器
1-油孔 2-閥體 3-閥心 4-電阻絲 5-蓄電池 6-開關(guān) |
當(dāng)柴油機(jī)起動(dòng)時(shí),接通預(yù)熱器開關(guān)6,蓄電池5對(duì)電阻絲供電,電阻絲變?yōu)闊霟釥顟B(tài)而加熱閥體,因?yàn)殚y體的熱膨脹系數(shù)較大而伸長,帶動(dòng)閥芯3向右移動(dòng),使進(jìn)油孔1打開,燃油經(jīng)進(jìn)油孔流入閥體的內(nèi)腔受熱而汽化,從閥體內(nèi)腔噴出,被熾熱的電阻絲4點(diǎn)燃形成火焰,加熱進(jìn)入氣缸的空氣。
10.4.2 預(yù)熱機(jī)油和冷卻水
可以采用外部加熱方法,將機(jī)油和冷卻水加熱到一定溫度,再加入發(fā)動(dòng)機(jī),可以有效改善起動(dòng)性能。
也可以采用電熱絲等發(fā)熱元件,直接插入油底殼或散熱器,加熱機(jī)油和冷卻水。
一些重型汽車,還采用起動(dòng)預(yù)熱鍋爐對(duì)冷卻水和機(jī)油進(jìn)行加熱。
10.4.3 噴起動(dòng)液
起動(dòng)液由容易著火燃燒的燃料(乙醚、丙酮、石油醚等)組成,與壓縮氣體氮?dú)庖黄饍?chǔ)藏在專用噴射罐內(nèi)(有商品出售)。使用時(shí),取下空氣濾清器(有的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)有起動(dòng)液噴嘴),將噴射罐出口對(duì)準(zhǔn)進(jìn)氣管,輕壓噴射罐單向閥,起動(dòng)液噴出,隨空氣進(jìn)入氣缸,迅速著火燃燒,起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
10.4.4 減壓起動(dòng)
一些柴油機(jī)設(shè)有起動(dòng)減壓裝置(一般是頂壓排氣門機(jī)構(gòu)),使部分或全部氣缸在起動(dòng)時(shí)先與大氣相通,不受壓縮,減少起動(dòng)力矩。待發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)一定值時(shí),再撤除減壓,利用活塞連桿組和曲軸飛輪組的運(yùn)動(dòng)慣性,使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
本章小結(jié)
2. 起動(dòng)系主要包括蓄電池、起動(dòng)機(jī)、起動(dòng)繼電器、點(diǎn)火開關(guān)、安全開關(guān)(有的汽車采用)、低溫起動(dòng)預(yù)熱裝置等。
3. 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)有手起動(dòng)、電起動(dòng)、汽油機(jī)起動(dòng)、壓縮空氣起動(dòng)和拖動(dòng)等幾種方式。現(xiàn)代汽車用發(fā)動(dòng)機(jī),均采用電起動(dòng)方式。
4. 電起動(dòng)機(jī)的作用是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。起動(dòng)機(jī)一般由直流電動(dòng)機(jī)、控制裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。
5. 直流電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備,它是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中將受到電磁力作用而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原理進(jìn)行工作的,其由電樞總成、磁極、電刷與刷架及其它附件組成。根據(jù)勵(lì)磁繞組和電樞繞組聯(lián)接方式分有串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種方式。
6. 普通起動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要組成部分是單向離合器。其作用是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪以起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),而發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后則斷開發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)起動(dòng)機(jī)的逆向驅(qū)動(dòng)。常見的單向離合器有滾柱式、摩擦片式及扭簧式。
7. 起動(dòng)機(jī)的控制裝置一般是電磁開關(guān),有的還采用了一些中間繼電器。其作用是控制起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的嚙合與分離以及電動(dòng)機(jī)電路的通斷。為了防止誤操作而使起動(dòng)機(jī)損壞,有些汽車的起動(dòng)系統(tǒng)中采用了起動(dòng)保護(hù)電路。
8. 減速起動(dòng)機(jī)在電樞與驅(qū)動(dòng)齒輪之間裝有一級(jí)減速齒輪,具有重量輕、體積小、便于安裝、起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩提高而有利于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。
9. 永磁起動(dòng)機(jī)的定子磁場采用永磁體材料,具有磁場穩(wěn)定,體積小,重量輕,使用安全性好等特點(diǎn),適用于小功率的起動(dòng)機(jī)。
10. 低溫嚴(yán)寒氣候,燃料汽化及燃燒困難,機(jī)油粘度加大,蓄電池能量下降,造成發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)順利起動(dòng),需要采取相應(yīng)措施,常見的有預(yù)熱空氣、預(yù)熱機(jī)油、預(yù)熱冷卻水、噴起動(dòng)液、減壓起動(dòng)等。 |
【復(fù)習(xí)思考題】
1. 名詞解釋:起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)速、起動(dòng)時(shí)間、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。
2. 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)有哪些方式?各有何特點(diǎn)?
3. 起動(dòng)機(jī)由哪三大部分組成?各部分的作用是什么?
4. 電磁開關(guān)的作用是什么?吸拉線圈和保持線圈分別起什么作用?
5. 以CA1091汽車起動(dòng)保護(hù)電路為例說明發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后如何防止司機(jī)誤操作而使起動(dòng)機(jī)以旋轉(zhuǎn)?
6. 單向離合器的作用是什么?滾柱式單向離合器是如何工作的?
7. 減速起動(dòng)機(jī)有何優(yōu)點(diǎn)?齒輪減速器有幾種類型?
8. 永磁起動(dòng)機(jī)有何優(yōu)點(diǎn)?
9. 改善低溫起動(dòng)的措施有哪些?它們分別是如何工作的?
發(fā)表于 @ 2008年06月05日 10:54:00 |點(diǎn)擊數(shù)()