汽車拖拉機學（第2版）課件：發(fā)動機起動系統(tǒng)

汽車拖拉機學2024/10/10《汽車拖拉機學》發(fā)動機起動系統(tǒng)發(fā)動機起動系統(tǒng)第一節(jié)發(fā)動機起動特點與方式第二節(jié)電起動系統(tǒng)第三節(jié)起動輔助裝置《汽車拖拉機學》2024/10/101電啟動系統(tǒng)組成電啟動系統(tǒng)原理重點、難點掌握起動機結構原理掌握起動機控制教學要求1.起動機結構原理與實踐2.起動機控制與實踐課程思政融入點科技發(fā)展創(chuàng)新思維工匠精神科學精神環(huán)保意識課程思政的育人目標“耕讀教育”思政點映射表課程耕讀教育要點耕讀教育映射與融入點教育方法與載體途徑耕讀育人預期成效起動機結構原理與實踐1.起動機的類型是如何變革的？2.起動機為何設置電磁開關？3.起動機為何不能長期運轉？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科技發(fā)展創(chuàng)新思維工匠精神起動機控制與實踐1.啟動開關是如何控制起動機的？2.防盜系統(tǒng)是如何控制起動機的？3.自動起停系統(tǒng)是如何控制起動機的？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科學精神科技發(fā)展環(huán)保意識7

2024/10/10第一節(jié)發(fā)動機起動特點與方式8一、發(fā)動機起動特點

發(fā)動機在曲軸外力作用下從靜止狀態(tài)轉變?yōu)榈∷龠\轉狀態(tài)的過程，稱為發(fā)動機的起動。完成發(fā)動機起動功能的裝置稱為起動系統(tǒng)。1.起動轉矩

發(fā)動機起動時，曲軸必須克服的阻力：氣缸內(nèi)被壓縮氣體（可燃混合氣或空氣）的阻力；曲軸與主軸承之間，連桿與活塞銷，連桿軸承之間，氣缸與活塞、活塞環(huán)之間的摩擦阻力；配氣機構與輔助系統(tǒng)（如水泵、風扇、油泵等）運動件之間的摩擦力，運動件加速慣性力等。同時，發(fā)動機在低溫狀態(tài)下，機油黏度高，摩擦阻力顯著增大。

發(fā)動機起動時必須克服各種阻力所需要的轉矩，稱為起動轉矩。2024/10/10第一節(jié)發(fā)動機起動特點與方式9

不同類型的發(fā)動機起動轉矩不同，起動轉矩的大小主要取決于發(fā)動機的壓縮比、發(fā)動機氣缸數(shù)量、氣缸排量、發(fā)動機溫度、氣缸間隙以及密封程度等。由于柴油機壓縮比大，輔助系統(tǒng)中包括高壓柴油供給系統(tǒng)，起動轉矩明顯高于汽油機。2.起動轉速

在一定環(huán)境條件下，發(fā)動機起動所必需的最低曲軸轉速，稱為發(fā)動機起動轉速。起動轉速大小主要取決于發(fā)動機型式、混合氣質(zhì)量、燃油性能、壓縮行程終了時氣缸內(nèi)的溫度與壓力等多種因素。2024/10/1010

車用汽油機在溫度為0～20℃時起動，起動轉速一般為30～40r/min。為了使發(fā)動機能在更低的溫度下順利可靠的起動，設計時要求起動轉速不低于50r/min。若起動轉速過低、氣體的流速過低、壓縮行程的熱量損失過大，將使汽油霧化不良，氣缸內(nèi)的混合氣不易點燃。

車用柴油機的起動轉速較高，一般為150～300r/min，否則柴油噴油壓力不足，霧化不良，混合氣質(zhì)量不好，柴油機起動困難。3.起動時間

發(fā)動機從起動開始到完成起動所需的時間稱為起動時間。發(fā)動機起動時間除與起動轉速、起動轉矩有著密切的關系外，還取決于電源系統(tǒng)的電壓水平、發(fā)動機溫度等。特別是柴油機冬季冷車起動時，每次起動時間明顯延長，電能消耗量大。所以，柴油機冬季冷車連續(xù)起動必須保證一定的間隔時間。2024/10/1011二、發(fā)動機起動方式

發(fā)動機常用的起動方式有：人力起動、電力起動機起動和輔助汽油機起動等多種形式。1.人力起動

即手搖起動或繩拉起動，其結構十分簡單。起動時，只需將起動手柄端頭的橫銷嵌入發(fā)動機曲軸前端的起動爪內(nèi)，搖動手柄即可轉動曲軸，使發(fā)動機起動。這種起動方式操作不便，且加重了駕駛人的勞動強度。故目前僅在一些裝有中、小功率汽油機的汽車上，還備有起動搖柄和起動爪，作為后備起動裝置，或用于檢修、調(diào)整發(fā)動機或起動電路故障時轉動曲軸。許多高級轎車使用條件較好，電力起動系統(tǒng)工作可靠，不備用起動搖柄和起動爪作為后備起動裝置。對于柴油機，由于起動轉矩和起動轉速要求很高，不可能使用手搖起動，因此其曲軸上無起動爪。2024/10/10第一節(jié)發(fā)動機起動特點與方式12

2.電力起動機起動

以電動機作為動力源，當電動機軸上的驅(qū)動齒輪與發(fā)動機飛輪周緣上的環(huán)齒嚙合時，電動機旋轉而產(chǎn)生的動力就通過飛輪傳遞給發(fā)動機曲軸，使曲軸旋轉帶動發(fā)動機起動。電動機以蓄電池為電源，結構簡單，操作方便，起動迅速而可靠。目前，幾乎所有的汽車、拖拉機發(fā)動機都采用電力起動機起動。3.輔助汽油機起動

由于汽油機起動性能好，能在較低溫度下使柴油機可靠起動，且可以長時間帶動柴油機運轉（可連續(xù)帶動長達15min），還可以利用汽油機加熱的冷卻液和排出的廢氣來預熱主機，減少起動阻力。但其起動裝置體積大，結構復雜，造價高，起動操作復雜，只用于重型拖拉機的柴油機起動，但目前應用較少。2024/10/1013

2024/10/10第二節(jié)電起動系統(tǒng)14一、電起動系統(tǒng)的組成

電動機起動系統(tǒng)的組成如圖所示，主要由蓄電池、起動機、起動機繼電器、點火開關、起動齒圈等組成。2024/10/10第二節(jié)電起動系統(tǒng)15二、起動機

起動機一般由直流電動機、控制機構、傳動結構3部分組成2024/10/10第二節(jié)電起動系統(tǒng)16

1.直流電動機

直流電動機的構造是由電樞、磁極和換向器等主要部分組成的。

直流電動機在直流電壓的作用下產(chǎn)生旋轉力矩，稱為電磁力矩或電磁轉矩。起動發(fā)動機時，它通過驅(qū)動齒輪、飛輪的齒圈驅(qū)動發(fā)動機的曲軸旋轉，使發(fā)動機起動。2.控制機構

開關式控制機構有直接式和電磁開關式兩種。目前，電磁開關式控制機構的應用最為廣泛。

電磁開關式控制機構電路圖如下圖所示。2024/10/1017

此控制機構是通過起動繼電器觸點2的閉合與斷開，控制吸引線圈7、保持線圈8電流的通與斷。電路接通，則兩線圈中產(chǎn)生的電磁力使鐵心9移動，再通過驅(qū)動杠桿10使驅(qū)動小齒輪11移動，使之與飛輪齒圈嚙合；同時，吸引線圈7的電流流過電動機的磁場繞組和電樞繞組，電樞運轉，驅(qū)動發(fā)動機轉動。電路斷開，則電磁力消失，驅(qū)動小齒輪反向移動，退出與飛輪齒圈的嚙合。2024/10/1018

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3.傳動機構

傳動機構又稱嚙合機構或嚙合器，實際上是一個單向離合器。單向離合器的作用是單方向傳遞轉矩，即起動發(fā)動機時將起動機的轉矩傳給飛輪齒圈。而當發(fā)動機起動后，它又能自動打滑，不使飛輪齒圈帶動起動機電樞旋轉，以免損壞起動機。因為飛輪齒圈與起動機驅(qū)動齒輪的傳動比為1∶10～1∶15，發(fā)動機發(fā)動后，如果不及時將起動機與發(fā)動機分離則起動機的電樞就會被曲軸帶動，以10000～15000r/min的高速旋轉，導致電樞繞組從電樞槽中甩出，造成“飛車”事故，而使電樞損壞。

起動機中常見的單向離合器有滾柱式單向離合器、摩擦片式單向離合器及扭簧式單向離合器等。其中滾柱式單向離合器應用較廣。2024/10/1020

如圖所示，滾柱式單向離合機構由外座圈、開有楔形缺口的內(nèi)座圈、滾柱以及連同彈簧一起裝在內(nèi)座圈孔中的柱塞等組成。內(nèi)座圈轂的花鍵套筒和起動機軸以花鍵聯(lián)接。2024/10/1021

外座圈與內(nèi)座圈之間的間隙寬窄不等（呈楔形槽）。當起動機電樞旋轉時，轉矩由花鍵套筒傳到內(nèi)座圈，內(nèi)座圈則隨電樞一起旋轉，這時滾柱便滾入楔形槽的窄處被卡死，于是有轉矩傳給起動機驅(qū)動齒輪，帶動飛輪使發(fā)動機起動（圖a）。當發(fā)動機起動后，曲軸轉速增高，飛輪齒圈帶動起動機驅(qū)動齒輪旋轉，此時，起動機驅(qū)動齒輪旋轉方向雖未改變，但已由主動齒輪變?yōu)楸粍育X輪，且外座圈的轉速大于內(nèi)座圈，于是使?jié)L柱滾入楔形槽的寬處，使內(nèi)、外座圈相對打滑（圖b）。這樣轉矩就不能從起動機驅(qū)動齒輪傳給電樞，從而防止了電樞超速“飛車”的危險。2024/10/1022三、其他型式的起動機

1.減速起動機

在電樞軸與驅(qū)動齒輪之間裝有減速器的起動機稱為減速起動機。減速起動機的電樞工作轉速設定得較高，通過減速器使驅(qū)動齒輪的轉速降低并使轉矩增加。

根據(jù)電機原理可知，若電磁功率不變，當轉速增加時，轉矩就可減小，則電動機的電樞直徑、鐵芯長度可相應減小。因此裝用減速器后.可采用小型、高速、低轉矩的電動機，從而使起動機的質(zhì)量和體積減小30％～35％，且能提高起動性能。缺點是機械零件增加，電動機高速運轉，結構較復雜。減速起動機中的減速器有3種形式，即外嚙合齒輪式、內(nèi)嚙合齒輪式和行星齒輪式，其示意下圖所示。2024/10/10第二節(jié)電起動系統(tǒng)23

外嚙合齒輪式的主動齒輪軸與從動齒輪軸平行，但兩軸中心距較大，其優(yōu)點是結構簡單、工作可靠、噪聲小、便于維修，其缺點是增加了起動機的徑向尺寸。內(nèi)嚙合齒輪式的特點是兩軸中心距較小，工作可靠，但噪聲較大。行星齒輪式的減速器兩軸中心重合，有利于起動機的安裝，因扭力負載平均分布在幾個行星齒輪上，故可采用翅料內(nèi)齒圈和粉末冶金的行星齒輪。既減輕了質(zhì)量又抑制了噪聲，是應用最廣泛的一種。2024/10/1024

2.永磁式起動機

永磁式起動機利用永久磁鐵制作磁極，取代了普通起動機中的磁場繞組和磁極鐵芯。它具有結構簡單、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點，適合安裝于空間較小的車輛上。永磁式起動機一般都配用行星齒輪式減速器。3.電樞移動式起動機

電樞移動式起動機是利用磁極磁通的吸力，使整個電樞軸向移動來實現(xiàn)驅(qū)動齒輪與飛輪齒圈的嚙合過程。2024/10/1025

2024/10/10第三節(jié)起動輔助裝置26一、起動減壓裝置

當環(huán)境溫度降低時，機油黏度增高，起動阻力矩增大，同時燃料汽化性能變壞，蓄電池的工作性能降低，使發(fā)動機起動困難。為此，在冬季應設法將進氣、機油和冷卻液加以預熱。

由于柴油機壓縮比大、靠壓縮自然著火，冬季起動比較困難。為了使車用柴油機在冬季能迅速、可靠地起動，常從兩方面改善起動性能：通過設有減壓機構降低起動時氣缸壓縮程度、進行機油預熱等措施，降低柴油機的起動阻力矩；通過設置電熱塞進氣預熱器、由熱塞噴射起動液以及采用自燃性好的燃料、加濃混合氣等措施，改善柴油機著火條件。2024/10/10第三節(jié)起動輔助裝置27

有些柴油發(fā)動機采用起動減壓裝置降低起動轉矩，提高起動轉速，以改善起動性能，如圖所示。2024/10/1028

起動發(fā)動機時，將轉換手柄轉到減壓位置，使調(diào)整螺釘按圖中箭頭方向轉動，并略微頂開氣門（氣門一般壓下1～1.25mm），以降低壓縮行程的初始阻力，使起動機轉動曲軸時的阻力矩減小，從而提高了起動轉速。曲軸轉動以后，各零件的工作表面溫度升高，機油的黏度降低，摩擦阻力減小，進一步降低起動阻力矩。此后，將手柄扳回原來的位置，發(fā)動機即可順利起動。

發(fā)動機各缸的減壓裝置是一套聯(lián)動機構。中、小型柴油機的聯(lián)動機構一般采用同步式，即各減壓氣門同時打開，同時關閉。大功率柴油機減壓裝置聯(lián)動機構一般為分級式，即起動前各減壓氣門同時打開，起動時各減壓氣門分級關閉，使部分氣缸先進入正常工作，發(fā)動機預熱后其余各缸再轉入正常工作。

起動減壓裝置可以用于進氣門，也可以用于排氣門。使用排氣門減壓會將炭粒吸入氣缸，加速氣缸磨損。因此，多采用進氣門減壓方式。2024/10/1029二、進氣預熱

1.熱敏電阻預熱器

安裝在進氣歧管總入口處，由安裝在發(fā)動機冷卻液出口處的預熱溫度開關控制。當起動溫度低于一定值時，預熱溫度開關控制接通電路，陶瓷熱敏電阻通電升溫，加熱進入氣缸的空氣。2024/10/10第三節(jié)起動輔助裝置30

2.電火焰預熱器

柴油機因壓縮比大，起動更困難，常采用電火焰預熱器，其閥體用線脹系數(shù)較大的金屬材料制成。閥體的內(nèi)部有空腔，其一端有進油孔，另一端有內(nèi)螺紋：在預熱器不工作時，閥芯的錐形尖端將進油孔堵死，閥的另一端有外螺紋旋在閥的內(nèi)腔中。閥體的外部繞有用鎳鉻絲制成的電阻絲。

當柴油機起動時，接通預熱器開關。蓄電池對電阻絲供電，電阻絲變?yōu)闊霟釥顟B(tài)而加熱閥體，因為閥體的熱膨脹系數(shù)較大而伸長。帶動閥芯向右移動，使進油孔打開，燃油經(jīng)進油孔流入閥體的內(nèi)腔受熱而汽化，從閥體內(nèi)腔噴出，被熾熱的電阻絲點燃形成火焰，加熱進入氣缸的空氣。2024/10/1031

2024/10/1032三、燃燒室預熱

采用渦流室或預熱室式燃燒室的柴油機，由于燃燒室表面積大，在壓縮過程中的熱量損失較燃料直接噴射式大，起動更為困難。為此，一般在渦流室或預熱室式柴油機的燃燒室中裝有電熱塞，在起動時對燃燒室內(nèi)的空氣加以預熱。

電熱塞的結構，如圖所示。螺旋形電阻絲用鐵鎳鋁合金制成，其一端焊接于中心螺桿上，另一端焊接在用耐高溫不銹鋼制成的發(fā)熱體鋼套的底部，中心螺桿與外殼之間有瓷質(zhì)絕緣體。高鋁水泥膠合劑將中心螺桿固定于絕緣體上。外殼上端翻邊，將絕緣體、發(fā)熱體鋼套、密封墊圈和外殼相互壓緊。在發(fā)熱體鋼套內(nèi)填充具有絕緣性能、導熱好、耐高溫的氧化鋁填充劑。2024/10/10第三節(jié)起動輔助裝置33

安裝于各缸的電熱塞并聯(lián)與電源相接。起動發(fā)動機之前，首先接通電熱塞的電路，電阻絲通電后迅速將發(fā)熱體鋼套加熱到紅熱狀態(tài)，使氣缸內(nèi)的空氣溫度升高，從而可以提高壓縮終了時混合氣的溫度。電熱塞通電的時間，一般不超過1min。發(fā)動機起動后，應立即將電熱塞斷電。若起動失敗，應停歇1min，再將電熱塞通電，進行第二次起動，否則將降低電熱塞的使用壽命。2024/10/1034