发动机启动系构造与维修.ppt
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1、Ch11.起动系的构造与维修,学习目标掌握发动机起动系的作用、组成和工作原理掌握发动机起动系各组成部分的结构、工作原理及工作过程掌握起动电路的分析,11.1 概述,起动系的概念,欲使发动机由静止状态过渡到工作状态,必须先用外力转动发动机曲轴,使活塞作往复运动,气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功,推动活塞向下运动促使曲轴转动,发动机才能自行运转,工作循环才能自动进行。曲轴在外力作用下开始转动,到发动机开始自动地运转的全过程,称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置,称为发动机的启动系。,发动机的起动条件,在配气、点火、燃料供给正常条件下,使发动机由静止到自行运转的条件是:1起动转矩能够使曲转旋转的最
2、低转矩称为起动转矩。起动转矩必须克服压缩阻力和内磨擦阻力矩。起动阻力矩与发动机压缩比、温度、机油粘度等有关。2起动转速能使发动机起动的曲轴最低转速称为起动转速。在020时,汽油机的起动转速为3040 r/min,柴油机的起动转速为150300r/min。,为了保证发动机在起动时,曲轴能有足够的起动转矩和必要的起动转速,除选用足够功率的起动机和可靠的控制电路外,起动机驱动齿轮与飞轮齿圈的传动比,一般控制在:汽油机为1317,柴油机在810之间。,发动机的起动方式,根据发动机的用途、功率大小、结构特点和所用燃料等不同,发动机的起动可分为人力起动、电动机起动、压缩空气起动和柴油机用汽油机起动等多种方
3、式。,1人力起动 这种起动方式,大都是将摇手插入与曲轴相连的起动爪,用人力摇转曲轴,使发动机起动;也有用起动绳缠绕飞轮,然后拉动绳转动飞轮,实现发动机起动。人力起动方式主要用于小型柴油机和汽油汽油机。,2压缩空气起动 压缩空气起动,是利用压缩空气,由空气控制阀控制,将压力为35MPa的压缩空气,通过空气分配器,按发动机的工作顺序送入气缸,推动活塞运动,带动曲轴旋转,实现发动机起动。其优点是功率大,起动可靠。缺点是起动系统复杂。主要用于固定式大、中型柴油机和船舶柴油机的起动。,3柴油机用汽油机起动早期的大功率推土机、工程机械的柴油机,即是用汽油机起动。,4电动机起动,电动机起动,由蓄电池、起动机
4、和起动控制电路等组成,如图11-1所示。起动控制电路包括起动按钮或点火开关、起动继电器等。是现代汽车、拖拉机和和工程机械广泛使用的起动方法。,起动机在点火开关或起动按钮的控制下,将蓄电池的电能转化为机械能,通过起动机驱动齿轮带动发动机飞轮齿圈、曲轴旋转。,汽、柴油机冷起动辅助装置,冬天气温低,燃油不易挥发形成混合气;低温时,机油粘度大,起动阻力大,起动时转速降低,这样发动机着火困难。,一般在采用涡流室式或预燃室式燃烧室的柴油发动机中都装有电热塞。电热塞一般安装在气缸盖上,伸入燃烧室,其结构如图11.2所示。,冷起动辅助装置,常采用集中式或分缸式预热低温起动。集中预热,是将冷起动辅助装置安装在发
5、动机的进气管上;分缸预热,则是将冷起动辅助装置安装在各气缸内或进气歧管上。预热装置主要有:电热塞、进气加热器、电火焰预热器,1电热塞,2进气电火焰预热器 在中、小功率柴油机上,常采用电火焰预热器作为冷起动的辅助装置。其结构如图11.3所示,一般安装在进气管下方。,柴油机起动时,接通预热器电路后,电阻丝发热,同时加热阀体,阀体受热伸长,带动阀芯移动,使阀芯的锥形端离开进油孔。,柴油流进阀体内腔因受热而气化,气化柴油从阀体内腔喷出,被炽热的电阻丝点燃生成火焰喷入进气管,使进气得以预热。关闭预热开关,电路切断,电阻丝变冷,阀体冷却收缩,其锥形端堵住进油孔,截止柴油流入,火焰熄灭,停止预热。,11.2
6、 起动机,起动机的组成与分类,一、起动机的组成,起动机俗称“马达”,由直流电动机、传动机构和控制装置三大部分组成,如图11.4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。,传动机构的作用是利用驱动齿轮啮入发动机飞轮齿圈,将直流电动机的电磁转矩传给曲轴,发动机起动后迅速切断曲轴与电动机之间的动力传递,防止曲轴反拖电动机。,控制装置的作用是接通或切断起动机与蓄电池之间的主电路,并使驱动齿轮进入或退出与飞轮齿圈的啮合。有些起动机控制机构还有副开关,能在发动机起动时,使点火线圈的附加电阻短路,以增大起动时的点火能量。,二、起动机的分类,现在汽车上所使用的各种起动机,其电动机
7、一般都是采用直流串励式电动机。传动机构和控制装置则有很大差异,因此,起动机一般是按传动机构和控制装置的不同进行分类的。,(一)按驱动齿的啮合方式分,1惯性啮合式起动机,惯性啮合式起动机,起动时依靠离合器旋转的惯性力产生的轴向移动,使驱动齿轮啮入和退出飞轮齿圈。因工作可靠性差,现很少采用。,2电枢移动式起动机,电枢移动式起动机,是靠磁极产生的电磁力使电枢作轴向移动,带动固定在电枢轴的驱动齿轮啮入或退出飞轮齿圈。电枢移动式起动机其结构较为复杂,在欧洲国家生产的柴油机上应用较多。,3齿轮移动式起动机,齿轮移动式起动机,起动时靠电磁开关推动电枢轴孔内的啮合杆,使小齿轮啮入飞轮齿圈。齿轮移动式其结构也比
8、较复杂,一般用于大功率的起动机。,4强制强制合式起动机,强制强制合式起动机,靠人力或电磁力经拨叉推移离合器,强制性地使驱动齿轮啮入或退出飞轮齿圈。强制强制合式起动机结构简单,工作可靠,操纵方便,应用最为广泛。,(二)按传动机构分类1非减速起动机 非减速起动机,在起动机与驱动齿轮之间直接通过单向离合器传动。一直以来,汽车上使用的起动机其传动机构都是这种结构。2减速式起动机 这种形式的起动机,在起动机与驱动齿轮之间增设了一组减速齿轮。减速机构具有结构尺寸小、重量轻、起动可靠等优点,在轿车上的应用日渐增多。(三)按控制装置分类1机械控制式起动机 机械控制式起动机,起动时由驾驶员利用脚踏(或手动)直接
9、操纵机械式起动开关接通或切断起动电路,通常称为直接操纵式起动机。现已淘汰。2电磁控制式起动机 电磁控制式起动机,在起动时,由驾驶员旋动点火开关或按下起动按钮,通过电磁开关来接通或切断起动电路,也称电磁操纵式起动机。,起动机的型号,根据中华人民共和国行业标准QC/T731993汽车电气设备产品型号编制方法规定,起动机型号由五部分组成。,表11-1 起动机功率等级代号,例如:QD124表示额定电压为12V,功率为12kW,第四次设计的起动机。,11.2.3 直流电动机,一、构造及特点:起动机的直流电动机主要由转子、定子、换向器、电刷及端盖等组成,如图11.5所示。,1.转子 转子俗称“电枢”,由电
10、枢轴、铁心、电枢绕组和换向器等组成。转子的作用是产生电磁转矩。,典型起动机转子结构如图11.6所示。转子铁心由硅钢片叠成后固定在转子轴上,铁心外围均匀开有线槽,用以镶嵌转子绕组,转子绕组由较大矩形截面的铜带或粗铜线绕制而成。,在铁心线槽口两侧,用轧线将转子绕组挤紧,以防转子因高速旋转的惯性作用将绕组甩出,转子绕组的端头均匀地焊在换向片上。为防止绕组短路,铜线与铜线及铜线与铁心之间用性能良好的绝缘纸隔开。减速型起动机转子速度较普通型转子转速提高了50%70%,绝缘性能及动平衡要求较高,转子槽的绝缘都采用环氧树脂涂封或耐热尼龙纸。,换向器由铜片和云母叠压而成,压装于电枢轴前端,铜片之间及铜片与轴之
11、间也有良好的绝缘,换向片与线头采用锡焊连接。,减速型起动机的换向器用塑料取代了云母,换向片与线头采用银铜硬钎焊,耐高温且耐高速。考虑到云母的耐磨性较好,当换向片磨损以后,云母片即会凸起,影响电刷与换向片的接触,故有些汽车的起动机,规定其换向片之间的云母片应比铜片低0.50.8mm。,转子轴驱动端制有螺旋形花键,用以套装传动机构中的单向离合器。转子与定子铁心须有一定的间隙(又称气隙),普通起动机一般为0.50.8mm,减速型起动机为0.40.5mm。,2定子,定子俗称“磁极”,其作用是产生磁场,分励磁式和永磁式两类。为增大转矩,汽车起动机通常采用四个磁极。两对磁极相对交替安装,定子与转子铁心形成
12、的磁力线回路如图11.7所示,低碳钢板制成的机壳是磁路的一部分。,(1)励磁式定子。励磁式电动机定子的铁心用低碳钢制成,其结构如图11.8所示,用埋头螺钉紧固在机壳上。励磁绕组由扁铜带(矩形截面)或粗铜线绕制而成,每组匝数一般为610匝;线间用绝缘纸绝缘,绕组用白布包扎后浸透绝缘,然后漆烘干。,励磁绕组与转子串联,故称串励式电动机,串接方法如图11.9所示。先将励磁绕组两两串联后再与电枢(转子)绕组串联。,(2)永磁式定子,是在起动机机壳内表面粘接或用片弹簧固装条形永久磁铁,可节省材料,电动机磁极的径向尺寸小,在输出特性相同的情况下,其质量比励磁定子式电动机可减轻30%以上。因永磁材料性能及结
13、构尺寸的限制,永磁式电动机的功率一般不大于2kW。,3驱动端盖,驱动端盖(图11.4)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。为了避免电枢轴弯曲变形,一些起动机装有中间支撑板。端盖及中间支撑板上的轴承多用青铜石墨轴承或铁基含油轴承。轴承一般采用滑动式,以承受起动机工作时的冲击性载荷。有些减速型起动机采用球轴承。,4电刷端盖,电刷端盖一般用浇铸或冲压法制成,盖内装有四个电刷架及电刷,其中两只搭铁电刷利用与端盖相通的电刷架搭铁。另外两只电刷的电刷架则与端盖绝缘,绝缘电刷引线与励磁绕组的一个端头相连接,如图11.5和图11.10所示。起动机电刷通常用铜粉(80%90%)和石墨粉压制而
14、成,以减少电阻并提高耐磨性。电刷架上有盘形弹簧,用以压紧电刷。,两端盖与机壳靠两个较长的穿心连接螺栓将起动机组成一个整体。端盖与机壳间接合面上一般制有定位用安装记号。,11.2.4 直流电动机的工作原理,电动机的定子绕组通电后,磁极产生的磁场方向如图11.11所示。,以单匝电枢绕组的直流电动机为例,简要叙述其工作原理。,并通过电刷和换向铜片将直流电引入电枢绕组。当换向片A与正电刷接触、换向片B与负电刷接触时,电枢绕组中的电流Is从ad,此时按左手法则判定电枢绕组匝边ab、cd受到有磁场力F方向如图11.11所示,形成了一个逆时针方向的电磁转矩M,使电枢转动。当当换向片A与负电刷接触、换向片B与
15、正电刷接触时,电流改由da,根据左手法则,电磁转矩方向仍为逆时针,电枢按原旋转方向继续转动。,由上可知,直流电动机通过换向器将电源的直流电转换为电枢绕组中的交流,从而使电枢绕驵产生一个恒定方向的电磁转矩。为产生足够大且稳定的电磁转矩,实际中的直流电动机的电枢用多匝绕组串联而成,相应的换向铜片也有很多片。,11.3 起动机的传动机构,起动机的传动机构,包括驱动齿轮的单向离合器和拨叉两部分,减速起动机的传动机构还包括减速装置。驱动齿轮与飞轮的啮合一般是靠拨叉强制拨动完成,如图11.12所示。,起动机不工作时,驱动齿轮处于图11.12a所示位置;当需要起动时,拨叉在人力或电磁力的作用下,将驱动齿轮推
16、出与飞轮齿圈啮合,如图11.12b所示。,待驱动齿轮与飞轮齿圈接近完全啮合时,起动机主开关接通,起动机带动发动机曲轴运转,如图11.12c所示。,发动机起动后,如果驱动齿轮仍处于啮合状态,则单向离合器打滑,小齿轮在飞轮带动下空转,电动机处于空载下旋转,避免了被飞轮反拖电动机高速旋转的危险。起动完毕后,关闭起动电源,起动机拨叉在复位弹簧的作用下回位,带动驱动小齿轮退出与飞轮齿圈的啮合。,起动机传动机构的单向离合器主要有滚柱式、摩擦片式和弹簧式三种结构型式。,11.3.1 滚柱式单向离合器,一、滚柱式单向离合器的结构,滚柱式单向离合器是通过改变滚柱在楔形槽中的位置实现接合和分离的。按其结构不同分为
17、十字块式和十字槽式两种。十字块式滚柱式单向离合器的结构如图11.13所示。,二、滚柱式单向离合器的工作过程,单向离合器外壳与驱动齿轮连为一体,离合器外壳和十字块装配后形成四个楔形槽,槽中有四个滚柱,滚柱的直径大于槽窄端而小槽的宽端,弹簧及活柱将滚柱推向槽的窄端,使得滚柱与十字块及外壳表面有较小的摩擦力。十字块与传动套筒刚性连接,传动动套筒安装在电枢轴的花键部位,使单向离合器总成可作轴向移动和随轴转动。,起动时,拨叉通过移动衬套推动单向离合器总成作轴向移动,使驱动齿轮啮合飞轮齿圈的同时,电枢轴通过花键带动传动套筒、十字体旋转,滚柱被挤到楔形槽的窄端,并越挤越紧,使十字块与驱动小齿轮形成一体,电动
18、机电磁转矩传给了驱动齿轮,如图11.14(a)所示。,发动机起动后,发动机飞轮带动驱动齿轮旋转,从而离合器外壳的转速高于十字块,滚柱被推到楔形槽宽端而打滑,防止了发动机飞轮带动起动机电枢高速旋转,避免造成电枢飞散事故。如图11-14(b)所示。,滚柱式单向离合器具有结构简单、坚固耐用等等点;但滚柱式单向离合器属线接触传力,传递大转矩时,滚柱易变形、卡死,一般用于中、小功率(2kW以下)的起动机。,11.3.2 摩擦片式单向离合器,一、摩擦片式单向离合器的结构,摩擦片式单向离合器的结构如图11.15所示。,离合器的传动套筒内花键与电枢花键轴相连接,传动套筒外圆与内接合鼓通过三线螺旋花键连接;内接
19、合鼓外圆上有凹槽,与主动摩擦片的内突齿相配合;从动摩擦片有外突齿,插入外接合鼓的的槽中,外接合鼓与驱动齿轮连为一体;在传动套筒上自左向右还装有弹性垫圈、卡环和调整垫圈,端部用限位螺母作轴向固定。,二、摩擦片式单向离合器的工作过程,接通起动机电源,起动机电枢带动传动套筒旋转,拨叉通过移动衬套推动传动套筒、内接合鼓、摩擦片外接合鼓、驱动齿轮向飞轮方向旋进,摩擦片被压紧,把起动机的电磁转矩传给发动机。发动机起动后,飞轮以较高转速带动驱动齿轮旋转时,内接合鼓沿螺旋花键退出,摩擦片打滑,避免发动机飞轮带动起动机高速旋转。,当起动阻力过大时,曲轴不能立即被带动旋转。此时因内接合鼓与传动套筒之间存在转速差,
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