汽车启动系工作原理

汽车启动系统

学习目标：

1. 掌握启动机的组成和结构；

2. 掌握几种单向离合器的构造和工作过程；

3. 掌握电磁控制装置的构造及工作原理；

4. 通过对启动机的工作原理、特性、结构组成及控制装置工作过程的了解能够对启动系的一些典型的故障进行检测并排除

学习方法

从了解启动机的启动性能、工作原理和特性岀发，掌握启动机的组成和结构特点并详细掌握几种单向离合

器的构造、工作原理和电磁控制装置的构造与工作原理。并通过以上系统的学习，对启动系的组成和结构

特点有一个全面的认识，再通过对典型车辆启动系的认识做到能够对启动系的一些典型故障进行诊断和排除。

学习内容

1. 启动系统的功用和类型与基本组成；

2. 启动机的结构；

3. 汽车启动系统电路分析；

4. 启动机的正确使用与故障诊断；

5. 启动系统常见故障的诊断与排除；

一、启动系统的基本组成和作用

现代汽车发动机以电动机作为启动动力。启动系统的基本组成如图3—1所示，由蓄电池、点火开关、启

动继电器、启动机等组成。启动系统的功用是通过启动机将蓄电池的电能转换成机械能，启动发动机运转

1. 启动开关接通启动机电磁开关电路，以使电磁开关通电工作。汽油发动机的启动开关与点火开关组合在一起。

2. 启动继电器由启动继电器触点（常开型）控制启动机电磁开关电路的通断，启动开关只是控制启动继电器线圈电路，从而保护了启动开关，有单联型（保护启动开关）和复合型（既保护启动开关又保护启动机）。

二、启动机的类型

1. 按驱动齿轮啮合方式

（1）惯性啮合式

启动时，依靠驱动齿轮自身旋转的惯性与飞轮齿环啮合。惯性啮合方式结构简单，但工作可靠性较差，现很少采用。

（2）电枢移动式

靠磁极产生的电磁力使电枢作轴向移动，带动固定在电枢轴上的驱动齿轮与飞轮齿环啮合。电枢移动式启动机其结构较为复杂，在欧洲国家生产的柴油车上使用较多。

（3）磁极移动式

靠磁极产生的磁力使其中的活动铁心移动，带动驱动齿轮与飞轮齿环啮合。磁极移动式启动机其磁极的结构较为复杂，目前采用此种结构形式的启动机已不多见。

（4）齿轮移动式

靠电磁开关推动电枢轴孔内的啮合杆而使驱动齿轮与飞轮齿环啮合。齿轮移动式其结构也比较复杂，采用此种结构的一般为大功率的启动机。

（5）强制啮合式

靠电磁力通过拨叉或直接推动驱动齿轮作轴向移动与飞轮齿环啮合。强制啮合式启动机工作可靠、结构也不复杂，因而使用最为广泛。

2. 按传动机构结构

（1）非减速启动机

启动机与驱动齿轮之间直接通过单向离合器传动。一直以来，汽车上使用的启动机其传动机构均为这种机

构。

（2）减速启动机

在启动机与驱动齿轮之间增设了一组减速齿轮。减速启动机具有结构尺寸小、重量轻、启动可靠等优点，在一些轿车上应用日渐增多。

学习内容启动机的组成直流电动机的结构传动机构电磁开关

一、启动机的组成

启动机一般由直流电动机、传动机构和电磁操纵机构三部分组成，如图3 —2所示，其各部分功用：

直流电动机：产生电磁转矩。

传动机构：在发动机启动时，使启动机小齿轮与飞轮齿圈啮合，将启动机转矩传给发动机飞轮；在发动机启动后，使启动机自动脱开飞轮齿圈。

电磁操纵机构：控制启动机的运转和传动机构的啮合与分离。

二、直流电动机的结构

汽车用启动电动机一般为直流电动机，主要由磁极、电枢、换向器以及机壳等部件组成。电枢绕组与磁场绕组串联，称此种直流电动机为串励式直流电动机。

1. 磁极。由固定在机壳上的磁极铁心和缠绕在铁芯上的磁场绕组组成，磁场绕组所产生的磁极应该是相互

交错的。一般采用四个磁极，功率大于的启动机个别采用6个磁极。

2. 电枢与换向器。电枢由外圆带槽的硅钢片叠成的铁芯、电枢轴和电枢绕组等组成，启动机工作时，通过

电枢绕组和磁场绕组的电流达几百安或更大，因此其磁场绕组和电枢绕组一般采用矩形断面的裸铜线绕制。

换向器由许多换向片组成，换向片的内侧制成燕尾形，嵌装在轴套上，其外圆车成圆形。换向片与换向片之间均用云母绝缘。

3. 电刷与电刷架。用来联接磁场绕组和电枢绕组的电路，并使电枢轴上产生的电磁力矩保持固定方向。

电刷用含铜石墨制成，装在端盖上的电刷架中，通过电刷弹簧保持与换向片之间具有适当的压力。电动机

内装有四个电刷架，其中两个电刷架与机壳直接相连构成电路搭铁，称为搭铁电刷架。

三、传动机构

普通启动机传动机构又称啮合机构或啮合器，其主要组成部分是单向离合器。其作用是：启动时将电枢的

电磁转矩传递给发动机飞轮，而在发动机启动后，就立即打滑，以防止发动机飞轮带动启动机电枢高速旋转而造成飞散事故。

启动机常见的单向离合器有：滚柱式、磨擦式、扭簧式、棘轮式等几种式。

滚柱式单向离合器材滚柱式单向离合器的结构，如图3—3所示，驱动齿轮1与外壳2连接成一体，外壳内装有十字块3，十字块3与花键套筒10固定连接，在外壳2与十字块形成的四个楔形槽内分别装有一套滚柱4及压帽与弹簧5，外壳2与护盖6相互密封，在花键套筒10外面套有移动衬套9及缓冲弹簧8 整个单向离合器总成利用花键套筒10套[x1] 在电枢轴的花键上，单向离合器总成在传动拨叉作用下，

可以在电枢轴上轴向移动，也可以随电枢轴转动。

滚柱式单向离合器工作原理如图3—4所示，发动机启动时，电枢轴通过花键套筒带动十字块旋转，这时滚柱8在摩擦力作用下，滚入楔形槽的窄端，将十字块1与外壳4形成一体，于是将转矩传给了驱动齿轮

5，带动飞轮齿圈6转动，启动发动机。

发动机启动后，随着曲轴转速升高，飞轮齿圈将带动驱动齿轮高速旋转，当其转速大于十字块转速时，在摩擦力作用下，滚柱滚入楔形槽的宽端而打滑，这样转矩不能从驱动齿轮传给电枢轴，从而防止了电枢超速飞散。滚柱式单向离合器结构简单，工作可靠，但传递转矩受限制。

四、电磁开关

电磁开关安装在启动机的上部，用来控制启动机驱动齿轮与飞轮的啮合与分离，以及电动机电路的接通和

关断，电磁开关主要由吸引线圈、保持线圈、活动铁芯、接触盘、触点等组成。对于汽油发动机用启动机、电磁开关内还有点火线圈附加电阻短路触点，通过电磁开关外壳上的接线柱与点火线圈初级绕组相连。

如图3—5所示，接通启动开关后，吸拉线圈和保持线圈通电，在吸拉线圈和保持线圈电磁力的共同作用

下，使活动铁芯克服弹簧力右移，活动铁芯带动拨叉移动，将驱动齿轮推向飞轮，当驱动齿轮与飞轮啮合时，接触盘也被活动铁芯推至与触点接触位置，使启动机通入启动电流，产生电磁转矩启动发动机。接触盘接触后，吸拉线圈被短路，活动铁芯靠保持线圈的电磁力保持其啮合位置。

发动机启动后，断开启动开关，此时流经电磁线圈电流为：蓄电池正极T接线柱12 T接触盘11 T接线柱

14T吸引线圈6 T保持线圈5宀搭铁T蓄电池负极。由于吸引线圈产生了与保持线圈相反方向的磁[x2]

通，两线圈电磁力相互抵消，活动铁心在弹簧力的作用下回位，使驱动齿轮退岀啮合状态；接触盘同时回位，切断启动机电路，启动机便停止工作。

学习内容CA1091型汽车启动机控制电路

CA1091型汽车启动机控制电路，如图3—6所示。

一、控制电路特点

根据电路分析，CA1091型汽车启动机由复合继电器控制。而复合继电器又由启动继电器和充电指示灯继电器组成。启动继电器中的线圈通过充电指示灯继电器常闭触点&搭铁，使之具有驱动保护作用。充电

指示灯继电器触点K2同时也是充电指示灯的搭铁通路，用于监测充电系统是否工作正常，触点K2由发电机

的中性点的电压控制。

、工作原理

1. 当点火开关旋至启动挡时，启动继电器线圈通电，电流回路为：蓄电池正极-熔断器-电流表-点火开关启动挡T启动继电器线圈L i—充电指示灯继电器常闭触点心—搭铁—[x3] 蓄电池负极。于是启动继电器的常开触点K i闭合，接通了电磁开关电路。

2. 电磁开关电路接通，由蓄电池正极—启动继电器触点K i—吸引线圈—搭铁—蓄电池负极。

3. 发动机启动后，松开点火开关，点火开关自动返回点火挡（一挡），启动继电器触点K i断开，切断了电

磁开关的电路，电磁开关复位，启动机停止工作。

4. 若发动机启动后，点火开关没能及时返回点火挡（一挡），这时复合继电器中充电指示灯继电器线圈由

于承受了硅整流发电机中性点的电压，使常闭触点K2打开，自动切断了启动继电器线圈的电路，触点K i断开，使电磁开关断电，启动机便自动停止工作。

5. 若在发动机运转时，误将启动机点火开关旋至启动挡位，由于在此控制电路中，充电指示灯继电器的线

圈总加有硅整流发电机中性点电压，充电指示灯继电器触点处于断开状态，启动继电器线圈不形成电流回

路，电磁开关不动作，启动机不工作。

一、启动机的正确使用和维护

为了延长启动机的使用寿命，并保证能迅速、可靠、安全地工作，启动机的正确使用和维护要求如下：

1. 启动机是按短时间大电流工作设计的，其输出功率也是最大功率。因此，使用启动机，每次工作时间不得超过5s，重复启动必须间隔15S以上。

2. 在低温下启动发动机时，应先预热发动机后再启动。

3. 启动机电路的导线连接要牢固，导线的截面积应满足要求。

4. 使用不具备自动保护功能的启动机时，应在发动机启动后迅速松开启动开关。在发动机正常工作时，切

勿随便接通启动开关。

5. 应尽可能使蓄电池处于充足电的状态，保证启动机正常工作时的电压和容量，减少启动机重复工作的时

间。

6. 应定期对启动机进行全面的维护和检修。

二、启动机试验

启动机试验的目的是检验启动机的技术状况。试验时必须采用充足良好的蓄电池，蓄电池的容量和电压应

和试验启动机的功率和额定电压匹配。通常只进行空转试验和全制动试验。

i. 空转试验空转试验的目的是检查启动机内部是否有电气故障和机械故障。

空转试验如图3—7所示，启动机不带负荷，接通电源测量启动机的空载转速与电流，并与标准进行比较,

以判断启动机有无故障。若测得的启动机电流超出标准值，而转速低于标准值，则可能是启动机的电枢轴弯曲、轴承与电枢轴不同心、轴承磨损等造成的，也可能是电枢绕组和磁场绕组与机体短路或间短路所致；若电流和转速均低于标准值，则表明导线连接处或启动机内部电路接触不良，电刷弹簧弹力过小等。

此外，空转试验时，换向器上不应有强烈火花，电枢旋转应平稳，不应有机械碰擦声。试验的时间不能超过1min，以免引起启动机过热。

2. 全制动试验全制动试验的目的是检测启动机全制动时的电流和转矩，并与标准值进行比较，

3. 以判断启动机的机械和电气故障。其转矩不得低于标准转矩的90%

全制动试验如图3—8所示，将启动机驱动齿轮锁住，接通电源，测岀启动机的电流值及弹簧秤读数与制动臂长度，并换算成

转矩值。若试验时转矩很小，而启动机消耗电流超过标准值，则可能有电枢绕组或磁 场绕组短路或搭铁故障；若启动机转矩和电流均低于标准值，则线路中可能有接触不良；若驱动齿轮锁死 后电枢轴仍能缓慢转动，则说明单向离合器打滑。

全制动试验时，每次接通电路的时间不应超过 5s ，且应停歇10s 以上再次进行试验，以免损坏启动机

三、启动机的调整

1.启动机驱动齿轮端面与端盖突缘间距的调整

启动机不工作时，驱动齿轮端面与端盖凸缘之间的距离应符合规定要求。若间距不符合要求，可通过定 位螺钉调整。若无定位螺钉时，可用加减垫片进行调整。

2.开关接通时间的调整

接触盘与主电路接通时刻，驱动齿轮与限位螺母的间距应为土 1mm 若不符合要求，则通过调节螺杆 1进

行调整如图3 — 9所示。

检验与调整的方法是： 首先拆掉电磁开关与电动机之间的导电片， 再按图3—10接线，在驱动齿轮端面与

限位螺母之间插入（土 1） mm 厚的塞规，闭合开关 S, [x4] 若试灯不亮，说明触点接通时间过迟，应将 调节螺杆慢慢旋岀至试灯亮为止；如果试灯点亮，也应将调节螺杆旋入至试灯不亮，再慢慢旋岀至试灯点 亮即可。

四、启动继电器的调整

启动继电器触点闭合电压和断开电压的检验， 如图3—11所示。先将电阻值调至最大，然后慢慢减小电

阻。当触点刚闭合，试灯点亮时，电压表的读数即为闭合电压。再逐渐增加电阻，当触点刚打开。试灯熄 灭时，电压表的读数即为断开电压。闭合电压和断开电压的测试值应符合标准，否则应予以调整，标准值 见表3 — 1。

汽车起动系常见故障

汽车起动系主要由起动机和起动控制电路所组成，其故障有机械方面的，也有电器方面的。常见 的故障现象有起动机不转，起动机运转无力，起动机空转而发动机不能启动，发动机启动后起动机运 转不停，驱动齿轮

表3 —

1

启动继电器闭合电压和断开电压