汽車起動機控制原理簡化分析

石友志

摘要：汽車起動機是汽車起動的關鍵核心部件，也是車輛日常使用和維修中較為常見的故障點之一?；谄嚻饎訖C的工作過程，做簡化電路圖分析，有利于汽車電器從業(yè)者以及汽車運用專業(yè)的學生一目了然的了解和掌握汽車起動機的結構和工作原理，為起動機的檢修和使用提供便利。

關鍵詞：汽車起動機;控制原理;起動繼電器;自動啟停

中圖分類號：U464? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0043-02

0? 引言

汽車的起動系統(tǒng)主要由蓄電池、起動機、起動繼電器和點火開關等組成。當點火鑰匙打到起動檔，起動電路接通，起動機通電旋轉，將蓄電池的電能轉化為機械能，通過起動機的驅動小齒輪帶動發(fā)動機的曲軸飛輪組運動，使發(fā)動機能夠進氣、壓縮、做功、排氣，當發(fā)動機開始做功時，起動機退出工作，發(fā)動機的起動過程完畢。在整個工作過程中，起動機起到至關重要的作用。起動機的維修和檢測是汽車電器從業(yè)人員必備的基本功之一，然而起動機的工作過程，特別是控制電路復雜不易了解，為起動機的維修帶來一定難度，對控制電路圖進行簡化分析，化繁為簡，有利于提高起動機的維修效率。

1? 起動機的結構和工作過程分析

汽車起動機主要由三個部分組成：串勵式直流電動機、傳動機構和電磁開關。

1.1 串勵式直流電動機

串勵式直流電動機，顧名思義，是一個電動機，主要是將電能轉化為機械能。其工作原理是：通電導體在磁場中受磁場力的作用而發(fā)生運動。在起動機的工作過程中，將起動機從靜止狀態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)，產(chǎn)生電磁轉矩，通過旋轉運動輸出動力。

串勵式直流電動機中，通直流電，由電生磁，磁生運動。主要由電樞、磁極、換向器、電刷及電刷架等組成。

磁極也稱為定子，由勵磁繞組和鐵芯等組成，其作用是產(chǎn)生磁場。電樞也稱為轉子，是電動機輸出電磁轉矩的元件。

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

①兩個電刷直接搭鐵，是負電刷;另外兩個電刷為絕緣電刷，稱為正電刷。其電路為：電磁開關C端子→勵磁繞組→正電刷→電樞繞組→負電刷→蓄電池負極。

②兩個電刷接電磁開關C端子，稱正電刷，另兩個電刷是絕緣電刷，即四個電刷都是正電刷;勵磁繞組一端直接搭鐵。其電路為：電磁開關C端子→正電刷→電樞繞組→絕緣電刷→勵磁繞組→蓄電池負極。

在以上兩種情況中，勵磁繞組和電樞繞組通過電刷串聯(lián)起來，故稱為“串勵式直流電動機”。

1.2 傳動機構

傳動機構在啟動過程中，將串勵式直流電動機的轉矩進一步降速增矩后傳遞給發(fā)動機的曲軸飛輪組，在啟動完畢后，促使起動齒圈退出嚙合，避免打齒。

傳動機構主要由驅動齒輪、單向離合器、撥叉及回位彈簧等組成。

驅動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，一個方向是一體轉動的，傳遞轉矩給驅動小齒輪;反方向則是空轉打滑的狀態(tài)，避免驅動小齒輪退出不及時，造成電樞繞組損壞。

撥叉和回位彈簧是將驅動小齒輪推出和退出的機構，受控制機構控制，是傳動機構和控制機構的連接站。也就是說，控制機構控制傳動機構什么時候工作，什么時候不工作。

1.3 控制機構

起動機的控制裝置采用電磁式控制裝置，即電磁開關。電磁開關內(nèi)有兩個重要的線圈，即吸引線圈、保持線圈，用于產(chǎn)生磁場;有一較長的活動鐵芯，鐵芯的一端在磁場的吸附下，通過接觸片接通主電路，同時，另一端通過撥叉將驅動齒輪推出與飛輪齒圈的嚙合;斷電時，通過回位彈簧，使驅動齒輪退出嚙合。

電磁開關主電路的端子30接蓄電池正極;端子C接串勵式直流電動機的勵磁繞組;端子50接點火開關，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，與勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)。

2? 帶起動繼電器起動系統(tǒng)電路圖簡化分析

起動機的起動瞬時電流較大，為了保護點火開關，減小通過點火開關的電流，大部分的車輛裝有起動繼電器。起動繼電器上有四個接線柱，分別是點火開關接線柱1、接地接線柱2、蓄電池接線柱3和起動機接線柱4。點火開關接線柱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和起動機接線柱4之間是是繼電器的觸點。接線時，點火開關接線柱1接點火開關的起動檔，接地接線柱2直接搭鐵，蓄電池接線柱3接蓄電池正極，即起動機電磁開關上的端子30，起動機接線柱4接起動機電磁開關上的端子50。

以帶起動繼電器的起動系統(tǒng)為例，對起動的3個階段，3個回路進行分析。

起動的3個階段即起動時、起動中和起動后，對應點火開關的起動檔接通時、接通中、切斷時。起動機電路的3個回路，即控制回路、電磁開關回路和主回路，其控制關系為：控制回路控制電磁開關回路，電磁開關回路控制主回路。

啟動的三個階段，電路的通斷情況如表2所示。

2.1 起動時

起動時，點火開關打到起動檔，撥叉撥動驅動小齒輪與靜止的飛輪齒圈逐步嚙合，此時起動機的主電路沒有接通。

①控制回路：蓄電池正極→電磁開關主電路端子30 →點火開關接線柱1 →繼電器線圈→接地接線柱2 →蓄電池負極。

②電磁開關回路：吸引線圈和保持線圈。

吸引線圈：蓄電池正極→電磁開關主電路端子30 →點火開關接線柱1 →電磁開關線圈公共端端子50 →吸引線圈 →電動機端子C →直流電動機 →接地接線柱2 →蓄電池負極。

保持線圈：蓄電池正極→電磁開關主電路端子30 →點火開關接線柱1 →電磁開關線圈公共端端子50 →保持線圈 →接地接線柱2 →蓄電池負極。

③主回路：未接通。

2.2 起動中

起動中，給吸引線圈和保持線圈通電，由于兩個線圈繞組的的電流方向相同，磁場力方向相同，產(chǎn)生較大吸附力，使活動鐵芯克服回位彈簧的作用，一側通過接觸片接通主回路，另一側在撥叉的作用下推動驅動小齒輪與飛輪齒圈完全嚙合。完全嚙合時主電路接通，此時吸引線圈被短路。

①控制回路：蓄電池正極→電磁開關主電路端子30 →點火開關接線柱1 →繼電器線圈→接地接線柱2 →蓄電池負極。

②電磁開關回路：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→電磁開關主電路端子30 →點火開關接線柱1 →電磁開關線圈公共端端子50 →保持線圈 →接地接線柱2 →蓄電池負極。

③主回路： 蓄電池正極→電磁開關主電路端子30 →接觸片 →電動機端子C →直流電動機 →接地接線柱2 →蓄電池負極。

2.3 起動后

起動后，松開點火開關，電磁開關線圈公共端端子50電源被切斷，此時，接觸片依然保持接觸，電磁開關主電路的端子30繼續(xù)給起動機供電。起動機的端子C給吸引線圈和保持線圈供電，此時兩線圈的電流繞向相反，磁場力方向相反，吸附力變?nèi)?，活動鐵芯在回位彈簧的作用下復位，撥叉拉動驅動小齒輪與飛輪齒圈分離，主電路斷開，完成起動。

①控制回路：蓄電池正極→電磁開關主電路端子30 →點火開關接線柱1 →繼電器線圈→接地接線柱2→蓄電池負極。

②電磁開關回路：吸引線圈和保持線圈，由電動機端子C供電，電流發(fā)生變化。

蓄電池正極→電磁開關主電路端子30 →接觸片 →電動機端子C→吸引線圈 →電磁開關線圈公共端端子50→保持線圈→接地接線柱2 →蓄電池負極。

③主回路：蓄電池正極→電磁開關主電路端子30 →接觸片 →電動機端子C →直流電動機 →接地接線柱2 →蓄電池負極。

3? 帶自動啟停功能的起動系統(tǒng)分析

發(fā)動機自動啟停功能是指當車輛在低速行駛或靜止后，發(fā)動機自動熄火，一旦釋放制動踏板（自動檔車輛）時，發(fā)動機便自動啟動。此過程不需要駕駛員操作點火開關。啟停系統(tǒng)的主要優(yōu)點是節(jié)省燃油，減少廢氣排放。

該系統(tǒng)采用了大容量蓄電池和高性能起動機。高性能起動機的最大特點是將傳統(tǒng)起動機中的電磁線圈一分為二，分別由兩個繼電器控制。其中一個線圈MDR控制起動馬達電機的電磁開關，另一個線圈PDS用來驅動單向離合器，控制驅動齒輪與飛輪的嚙合或分離?？刂崎_關由發(fā)動機的ECM控制。

4? 總結

汽車起動機控制原理主要分析的是電磁開關對傳動系統(tǒng)的影響，只要將電磁開關的端子和作用進行簡化分析，慢慢理清控制思路，控制原理和工作過程會變得一目了然，在用萬用表進行檢修時也能做到有的放矢，事半功倍。

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