第十一章 发动机起动系 教学要求:了解发动机的起动原理、起动方式,掌握起动机的结构和工作原理.为了使静止的发动机开始进入工作状态,必须先用外力转动发动机的曲轴,使气缸吸入可燃混合气,并将其压缩、点燃,混合气燃烧、膨胀产生强大的动力,推动活塞向下运动并带动曲轴旋转,使发动机自动进入工作循环.发动机的曲轴在外力作用下开始转动,到发动机自动的怠速运转的全过程,为发动机的起动过程.电力起动机(简称起动机)起动,几乎是现代汽车唯一的起动方式. 第一节 发动机的起动使发动机从静止状态过渡到工作状态的全过程,叫发动机的起动.完成起动所需要的装置叫起动系. 起动开关 起动电路 铁芯 短路开关 短路电路 驱动杠杆 马达齿轮 弹簧 蓄电池 马达 飞轮齿圈 第一节 发动机的起动1.起动条件 ① 起动转矩:能够使曲转旋转的最低转矩称为起动转矩,起动转矩必须克服压缩阻力、发动机本身的机件及其附件内相对运动零件之间的摩擦阻力所产生的力矩.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0~20℃时,汽油机的起动转速为30~40 r/min,柴油机的起动转速为150~300r/min.2.起动方式 转动曲轴使发动机起动的方式很多,汽车发动机常用的有两种: ① 人力起动:起动最为简单,只须将起动手摇柄端头的横销嵌入发动机曲轴前端的起动爪内,以人力转动曲轴. ② 电动机起动:电动机起动是用电动机作为机械动力,当将电动机轴上的齿轮与发动机飞轮周缘的齿圈啮合时,动力就传到飞轮和曲轴,使之旋转.电动机本身又用蓄电池作为电源. 3、起动辅助装置 发动机在严寒冬季起动困难,这是由于机油粘度增高,起动阻力矩增大,蓄电池工作能力降低,以及燃油气化性能变坏的缘故.为使之便于起动,在冬季应设法将进气、润滑油和冷却水预热.车用柴油机为了能在低温下迅速可靠的起动,常采用一些用以改善燃料着火条件和降低起动转矩的起动辅助装置,如电热塞、进气预热器、起动液喷射装置以及减压装置等.1)、电热塞(参课本 图11-1 )电热塞决非火花塞一般在采用涡流室式或预燃室式燃烧室的发动机(柴油机)中装有电热塞,以便在起动时对燃烧室内的空气进行预热. 螺旋形的电阻丝一端焊于中心螺杆上,另一端焊在耐高温不锈钢制造的发热钢套底部,在钢套内装有具有一定绝缘性能、导热好、耐高温的氧化铝填充剂.各电热塞中心螺杆用导线并联,并连接到蓄电池上.在发动机起动以前,先用专用的开关接通电热塞电路,很快红热的发热钢套使汽缸内空气温度升高,从而提高了压缩终了时的空气温度,使喷入汽缸的柴油容易着火. 2)、进气预热器(参课本 图11-2 ) 在中、小功率柴油机上常采用进气预热器作为冷起动的辅助装置. 空心阀体由膨胀系数较大的金属材料制成.其一端与进油管接头相连,另一端有内螺纹与一端带有外螺纹的阀芯相连.阀芯的锥形端在预热器不工作时将油管接头的进油口堵塞.阀体外绕有外表面绝缘的电热丝. 柴油机起动时,接通预热器电路后,电热丝发热,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.燃油流进阀体内腔受热气化,从阀体的内腔喷出,并被炽热的电热丝点燃生成火焰喷入进气管,使进气得以预热.当关闭预热开关时,电路切断,电热丝变冷,阀体冷却收缩,其锥形端又堵住进油孔而截止燃油的流入,于是火焰熄灭,预热停止. 3)、减压装置(图11-5) 为了降低起动力矩,提高发动机转速,在某些车用柴油机上采用减压装置.发动机起动时,首先通过手柄驱使调整螺钉旋转,并略微顶开气门(气门一般下降1-1.25mm),以降低初压缩阻力.这样在柴油机起动前起动机转动曲轴比较容易. 当曲轴转动起来后,各零件工作表面温度升高,润滑油粘度降低,摩擦阻力减小,从而降低了起动阻力矩.这时将手柄扳回原来位置,柴油机即可顺利起动. 4)、起动液喷射装置(图11-4):低温起动使用在柴油机进气管内安装一个喷嘴,起动液压力喷射罐内充有压缩气体(氮气)和易燃燃料(乙醚、丙酮、石油醚等).当低温起动柴油机时,将喷射罐倒立,罐口对准喷嘴上端的管口.轻压起动液喷射罐,即打开喷射罐口处的单向阀,则起动液通过单向阀、喷嘴喷入柴油机进气管,并随同进气管内的空气一起被吸入燃烧室.因为起动液是易燃燃料,故可在较低的温度和压力下迅速着火,从而点燃喷入燃烧室的柴油. 第二节 起动机的组成 1. 组成:直流电动机常采用串激直流电动机,其特点是低速时转矩很大,随转速n↑,转矩T↓,这一特征非常适合发动机起动的要求.汽油机用起动机:功率为1.5kw ,电压为12v 柴油机用起动机:功率为5kw,电压为24v 2.操纵机构 直流电动机 操纵机构 离合机构 直接操纵 电磁操纵(远距离操纵) 直接操纵:由驾驶员通过起动踏板和杠杆机构直接操纵起动开关并使传动齿轮副进入啮合.结构简单、使用可靠、但操作不便,且当驾驶员座位距起动机较远时难以布置,目前以很少使用. 电磁操纵:由驾驶员通过起动开关操纵继电器(电磁开关),而由继电器操纵起动机电磁开关和齿轮副或通过起动开关直接操纵起动机电磁开关和齿轮副. 布置灵活、使用方便、适宜于远距离操纵,目前,车用汽油机或柴油机均采用电磁操纵式起动机.起动机齿较与飞轮齿圈传动比为10~15.3.离合机构 起动机应该只在起动时才与发动机曲轴相联,而当发动机开始工作之后,起动机应立即与曲轴分离.否则,随着发动机转速的升高,将使起动机大大超速,产生很大的离心力,而使起动机损坏(起动机电枢绕组松弛,甚至飞散) 因此,起动机中装有离合机构.在起动时,它保证起动机的动力能够通过飞轮传递给曲轴;起动完毕,发动机开始工作时,立即切断动力传递路线,使发动机不可能反过来通过飞轮驱动起动机以高速旋转. 滚柱式离合机构是常用的离合机构.滚柱式离合机构由开有楔形缺口的外座圈、内座圈、滚子以及连同弹簧一起装在外座圈孔中的柱塞组成.作为内座圈毂的套筒和起动机轴用花键连接.固定在外座圈上的齿轮随电枢轴一起转动,驱动飞轮齿圈而使曲轴旋转.(图11—8 d) ) 外座圈 马达齿轮(与外座圈固接) 内座圈 滚子弹簧柱塞 飞轮齿圈 当电枢连同内座圈依箭头所示方向旋转时,滚子借摩擦力和弹簧推力而楔紧在内外座圈之间的楔形槽的窄端.于是起动机轴上的转矩便可通过楔紧的滚子传到外座圈,因此固定在外座圈上的齿轮随电枢轴一同旋转,驱动飞轮齿圈而使曲轴旋转. 当发动机开始工作,曲轴转速升高以后,即有飞轮齿圈带动起动机齿轮高速旋转的趋势.此时虽然齿轮的旋转方向不变,但已由主动轮变成了从动轮.于是,滚子在摩擦力的作用下克服弹簧张力而向楔形槽较宽的一端滚动,从而,高速旋转的小齿轮与电枢轴脱开,防止了起动机超速的危险. 滚柱式离合机构动画演示(图11—8 d)) 起动初期,滚子借摩擦力和弹簧推力而楔紧在楔形槽的窄端 当滚子楔紧在窄端时,动力传递路线是:电枢及内座圈?滚子?外座圈及马达齿轮?飞轮齿圈 内外座圈同步旋转 起动后,发动机转速上升,因飞轮齿带动马达齿,故外圈转速高于内圈 当内外圈分离后,马达齿将在飞轮齿圈离心力作用下被甩出 动画结束 4.起动过程:起动时,接通起动开关,起动机电路通电,继电器的吸引线圈和保持线圈通电,产生很强的磁力,吸引铁芯右(!)移,并带动驱动杠杆绕其销轴转动,使齿轮移出与飞轮齿圈啮合.与此同时,由于吸引线圈的电流通过电动机的绕组,电枢开始转动,齿轮在旋转中移出(离合机构略),减小冲击.如果齿轮与飞轮齿端相对,不能马上啮合,此时弹簧压缩,当齿轮转过一个角度后,齿轮与飞轮迅速啮合.当铁芯移动到使短路开关闭合的位置时,短路线路接通,吸引线圈被短路,失去作用,保持线圈所产生的磁力足以维持铁芯处于开关吸合的位置.说明:起动过程原理参课本P334图11—12电磁啮合式起动机的电路原理. 起动过程动画演示 起动开关 铁芯右移 齿轮左移 铁芯右移导致短路开关接通 动画结束 第三节 电磁啮合式起动机因目前各种汽油机、柴油机几乎都使用电磁啮合式起动机,故重点讲解电磁啮合式起动机结构和工作原理(参P334图11—12),电力起动机由直流电动机、传动机构、控制机构组成,其设计要点不在于直流电动机,而在于其传动机构与控制机构的设计必须满足如下功能:点火开关接通,驱动齿轮与飞轮齿圈啮合;点火开关断开,驱动齿轮与飞轮齿圈应退出啮合(当发动机转速高于电动机时,驱动齿轮与直流电动机电枢轴之间应设计离合器使之断开:超速保护). 电磁啮合式起动机的组成和原理已如前述! 第四节 减速起动机和永磁起动机减速起动机:在起动机的电枢轴与驱动小齿轮之间装有齿轮减速器的起动机称为减速起动机.当起动机功率一定时,提高电机转速,降低转矩,可以减小其体积.因此,在采用小型、高速、低转矩的起动机时,靠装在电机轴上的齿轮减速器(速比为3-4)将电机转速降低后再驱动飞轮.减速起动机与同功率的起动机相比,它具有体积小、重量轻、驱动转矩大的优点.永磁起动机:略.