汽車(chē)起動(dòng)機(jī)控制原理簡(jiǎn)化分析

石友志

摘要：汽車(chē)起動(dòng)機(jī)是汽車(chē)起動(dòng)的關(guān)鍵核心部件，也是車(chē)輛日常使用和維修中較為常見(jiàn)的故障點(diǎn)之一。基于汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程，做簡(jiǎn)化電路圖分析，有利于汽車(chē)電器從業(yè)者以及汽車(chē)運(yùn)用專(zhuān)業(yè)的學(xué)生一目了然的了解和掌握汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，為起動(dòng)機(jī)的檢修和使用提供便利。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)起動(dòng)機(jī);控制原理;起動(dòng)繼電器;自動(dòng)啟停

中圖分類(lèi)號(hào)：U464? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）01-0043-02

0? 引言

汽車(chē)的起動(dòng)系統(tǒng)主要由蓄電池、起動(dòng)機(jī)、起動(dòng)繼電器和點(diǎn)火開(kāi)關(guān)等組成。當(dāng)點(diǎn)火鑰匙打到起動(dòng)檔，起動(dòng)電路接通，起動(dòng)機(jī)通電旋轉(zhuǎn)，將蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)小齒輪帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸飛輪組運(yùn)動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始做功時(shí)，起動(dòng)機(jī)退出工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程完畢。在整個(gè)工作過(guò)程中，起動(dòng)機(jī)起到至關(guān)重要的作用。起動(dòng)機(jī)的維修和檢測(cè)是汽車(chē)電器從業(yè)人員必備的基本功之一，然而起動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程，特別是控制電路復(fù)雜不易了解，為起動(dòng)機(jī)的維修帶來(lái)一定難度，對(duì)控制電路圖進(jìn)行簡(jiǎn)化分析，化繁為簡(jiǎn)，有利于提高起動(dòng)機(jī)的維修效率。

1? 起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程分析

汽車(chē)起動(dòng)機(jī)主要由三個(gè)部分組成：串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電磁開(kāi)關(guān)。

1.1 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)

串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，顧名思義，是一個(gè)電動(dòng)機(jī)，主要是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。其工作原理是：通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。在起動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中，將起動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輸出動(dòng)力。

串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)中，通直流電，由電生磁，磁生運(yùn)動(dòng)。主要由電樞、磁極、換向器、電刷及電刷架等組成。

磁極也稱(chēng)為定子，由勵(lì)磁繞組和鐵芯等組成，其作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)。電樞也稱(chēng)為轉(zhuǎn)子，是電動(dòng)機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩的元件。

電刷固定在電刷架上，主要由石墨和銅粉壓制而成，起導(dǎo)電作用。其作用是將電流引入勵(lì)磁繞組和電動(dòng)機(jī)電樞。一般有兩種接法：

①兩個(gè)電刷直接搭鐵，是負(fù)電刷;另外兩個(gè)電刷為絕緣電刷，稱(chēng)為正電刷。其電路為：電磁開(kāi)關(guān)C端子→勵(lì)磁繞組→正電刷→電樞繞組→負(fù)電刷→蓄電池負(fù)極。

②兩個(gè)電刷接電磁開(kāi)關(guān)C端子，稱(chēng)正電刷，另兩個(gè)電刷是絕緣電刷，即四個(gè)電刷都是正電刷;勵(lì)磁繞組一端直接搭鐵。其電路為：電磁開(kāi)關(guān)C端子→正電刷→電樞繞組→絕緣電刷→勵(lì)磁繞組→蓄電池負(fù)極。

在以上兩種情況中，勵(lì)磁繞組和電樞繞組通過(guò)電刷串聯(lián)起來(lái)，故稱(chēng)為“串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)”。

1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在啟動(dòng)過(guò)程中，將串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步降速增矩后傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸飛輪組，在啟動(dòng)完畢后，促使起動(dòng)齒圈退出嚙合，避免打齒。

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)齒輪、單向離合器、撥叉及回位彈簧等組成。

驅(qū)動(dòng)齒輪有外嚙合式和行星齒輪式，主要起降速增距的作用。

單向離合器，一個(gè)方向是一體轉(zhuǎn)動(dòng)的，傳遞轉(zhuǎn)矩給驅(qū)動(dòng)小齒輪;反方向則是空轉(zhuǎn)打滑的狀態(tài)，避免驅(qū)動(dòng)小齒輪退出不及時(shí)，造成電樞繞組損壞。

撥叉和回位彈簧是將驅(qū)動(dòng)小齒輪推出和退出的機(jī)構(gòu)，受控制機(jī)構(gòu)控制，是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)的連接站。也就是說(shuō)，控制機(jī)構(gòu)控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)什么時(shí)候工作，什么時(shí)候不工作。

1.3 控制機(jī)構(gòu)

起動(dòng)機(jī)的控制裝置采用電磁式控制裝置，即電磁開(kāi)關(guān)。電磁開(kāi)關(guān)內(nèi)有兩個(gè)重要的線圈，即吸引線圈、保持線圈，用于產(chǎn)生磁場(chǎng);有一較長(zhǎng)的活動(dòng)鐵芯，鐵芯的一端在磁場(chǎng)的吸附下，通過(guò)接觸片接通主電路，同時(shí)，另一端通過(guò)撥叉將驅(qū)動(dòng)齒輪推出與飛輪齒圈的嚙合;斷電時(shí)，通過(guò)回位彈簧，使驅(qū)動(dòng)齒輪退出嚙合。

電磁開(kāi)關(guān)主電路的端子30接蓄電池正極;端子C接串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組;端子50接點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，為吸引線圈和保持線圈的公共端，其中保持線圈的另一端直接搭鐵，吸引線圈另一端接端子C，與勵(lì)磁繞組和電樞繞組串聯(lián)。

2? 帶起動(dòng)繼電器起動(dòng)系統(tǒng)電路圖簡(jiǎn)化分析

起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)瞬時(shí)電流較大，為了保護(hù)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，減小通過(guò)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的電流，大部分的車(chē)輛裝有起動(dòng)繼電器。起動(dòng)繼電器上有四個(gè)接線柱，分別是點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接線柱1、接地接線柱2、蓄電池接線柱3和起動(dòng)機(jī)接線柱4。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接線柱1和接地接線柱2之間是繼電器的電磁線圈;蓄電池接線柱3和起動(dòng)機(jī)接線柱4之間是是繼電器的觸點(diǎn)。接線時(shí)，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接線柱1接點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的起動(dòng)檔，接地接線柱2直接搭鐵，蓄電池接線柱3接蓄電池正極，即起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)上的端子30，起動(dòng)機(jī)接線柱4接起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)上的端子50。

以帶起動(dòng)繼電器的起動(dòng)系統(tǒng)為例，對(duì)起動(dòng)的3個(gè)階段，3個(gè)回路進(jìn)行分析。

起動(dòng)的3個(gè)階段即起動(dòng)時(shí)、起動(dòng)中和起動(dòng)后，對(duì)應(yīng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的起動(dòng)檔接通時(shí)、接通中、切斷時(shí)。起動(dòng)機(jī)電路的3個(gè)回路，即控制回路、電磁開(kāi)關(guān)回路和主回路，其控制關(guān)系為：控制回路控制電磁開(kāi)關(guān)回路，電磁開(kāi)關(guān)回路控制主回路。

啟動(dòng)的三個(gè)階段，電路的通斷情況如表2所示。

2.1 起動(dòng)時(shí)

起動(dòng)時(shí)，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到起動(dòng)檔，撥叉撥動(dòng)驅(qū)動(dòng)小齒輪與靜止的飛輪齒圈逐步嚙合，此時(shí)起動(dòng)機(jī)的主電路沒(méi)有接通。

①控制回路：蓄電池正極→電磁開(kāi)關(guān)主電路端子30 →點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接線柱1 →繼電器線圈→接地接線柱2 →蓄電池負(fù)極。

②電磁開(kāi)關(guān)回路：吸引線圈和保持線圈。

吸引線圈：蓄電池正極→電磁開(kāi)關(guān)主電路端子30 →點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接線柱1 →電磁開(kāi)關(guān)線圈公共端端子50 →吸引線圈 →電動(dòng)機(jī)端子C →直流電動(dòng)機(jī) →接地接線柱2 →蓄電池負(fù)極。

保持線圈：蓄電池正極→電磁開(kāi)關(guān)主電路端子30 →點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接線柱1 →電磁開(kāi)關(guān)線圈公共端端子50 →保持線圈 →接地接線柱2 →蓄電池負(fù)極。

③主回路：未接通。

2.2 起動(dòng)中

起動(dòng)中，給吸引線圈和保持線圈通電，由于兩個(gè)線圈繞組的的電流方向相同，磁場(chǎng)力方向相同，產(chǎn)生較大吸附力，使活動(dòng)鐵芯克服回位彈簧的作用，一側(cè)通過(guò)接觸片接通主回路，另一側(cè)在撥叉的作用下推動(dòng)驅(qū)動(dòng)小齒輪與飛輪齒圈完全嚙合。完全嚙合時(shí)主電路接通，此時(shí)吸引線圈被短路。

①控制回路：蓄電池正極→電磁開(kāi)關(guān)主電路端子30 →點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接線柱1 →繼電器線圈→接地接線柱2 →蓄電池負(fù)極。

②電磁開(kāi)關(guān)回路：吸引線圈和保持線圈，其中吸引線圈被短路。

保持線圈：蓄電池正極→電磁開(kāi)關(guān)主電路端子30 →點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接線柱1 →電磁開(kāi)關(guān)線圈公共端端子50 →保持線圈 →接地接線柱2 →蓄電池負(fù)極。

③主回路： 蓄電池正極→電磁開(kāi)關(guān)主電路端子30 →接觸片 →電動(dòng)機(jī)端子C →直流電動(dòng)機(jī) →接地接線柱2 →蓄電池負(fù)極。

2.3 起動(dòng)后

起動(dòng)后，松開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，電磁開(kāi)關(guān)線圈公共端端子50電源被切斷，此時(shí)，接觸片依然保持接觸，電磁開(kāi)關(guān)主電路的端子30繼續(xù)給起動(dòng)機(jī)供電。起動(dòng)機(jī)的端子C給吸引線圈和保持線圈供電，此時(shí)兩線圈的電流繞向相反，磁場(chǎng)力方向相反，吸附力變?nèi)酰顒?dòng)鐵芯在回位彈簧的作用下復(fù)位，撥叉拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)小齒輪與飛輪齒圈分離，主電路斷開(kāi)，完成起動(dòng)。

①控制回路：蓄電池正極→電磁開(kāi)關(guān)主電路端子30 →點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接線柱1 →繼電器線圈→接地接線柱2→蓄電池負(fù)極。

②電磁開(kāi)關(guān)回路：吸引線圈和保持線圈，由電動(dòng)機(jī)端子C供電，電流發(fā)生變化。

蓄電池正極→電磁開(kāi)關(guān)主電路端子30 →接觸片 →電動(dòng)機(jī)端子C→吸引線圈 →電磁開(kāi)關(guān)線圈公共端端子50→保持線圈→接地接線柱2 →蓄電池負(fù)極。

③主回路：蓄電池正極→電磁開(kāi)關(guān)主電路端子30 →接觸片 →電動(dòng)機(jī)端子C →直流電動(dòng)機(jī) →接地接線柱2 →蓄電池負(fù)極。

3? 帶自動(dòng)啟停功能的起動(dòng)系統(tǒng)分析

發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停功能是指當(dāng)車(chē)輛在低速行駛或靜止后，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火，一旦釋放制動(dòng)踏板（自動(dòng)檔車(chē)輛）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)便自動(dòng)啟動(dòng)。此過(guò)程不需要駕駛員操作點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。啟停系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省燃油，減少?gòu)U氣排放。

該系統(tǒng)采用了大容量蓄電池和高性能起動(dòng)機(jī)。高性能起動(dòng)機(jī)的最大特點(diǎn)是將傳統(tǒng)起動(dòng)機(jī)中的電磁線圈一分為二，分別由兩個(gè)繼電器控制。其中一個(gè)線圈MDR控制起動(dòng)馬達(dá)電機(jī)的電磁開(kāi)關(guān)，另一個(gè)線圈PDS用來(lái)驅(qū)動(dòng)單向離合器，控制驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪的嚙合或分離。控制開(kāi)關(guān)由發(fā)動(dòng)機(jī)的ECM控制。

4? 總結(jié)

汽車(chē)起動(dòng)機(jī)控制原理主要分析的是電磁開(kāi)關(guān)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的影響，只要將電磁開(kāi)關(guān)的端子和作用進(jìn)行簡(jiǎn)化分析，慢慢理清控制思路，控制原理和工作過(guò)程會(huì)變得一目了然，在用萬(wàn)用表進(jìn)行檢修時(shí)也能做到有的放矢，事半功倍。

參考文獻(xiàn)：

[1]上汽通用汽車(chē)有限公司，汽車(chē)電子與電氣系統(tǒng)及檢修[M].高等教育出版社，2016.

[2]謝群英.汽車(chē)起動(dòng)機(jī)及相關(guān)技術(shù)發(fā)展探討[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013（22）：181.

[3]陳滿(mǎn)秀，譚克誠(chéng).淺析汽車(chē)起動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與維修[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（22）：89-92.