汽车起动机设计修理-汽车发动机构造与维护

1.起动机的拆装

（1）电刷端端盖的拆卸 如图8-2所示，首先旋下螺钉7，从起动机电刷端端盖6拆下衬套座8，取下挡圈9后取出衬套11和调整垫圈10。再旋下螺母2，从起动机3上取下接线片1和电刷端端盖6，并旋下长螺栓5。

（2）电刷及电刷架的拆卸 如图8-3所示，用钳子4将电刷弹簧向上抬起，从起动机壳体3上取出电刷及电刷架5，取下起动机壳体。

注意：拆卸起动机壳体前在起动机壳体3与驱动端端盖2上做好标记。

图8-2 电刷端端盖的拆卸

1—接线片 2—螺母 3—起动机 4—旋具 5—长螺栓 6—炭刷端端盖 7—螺钉 8—衬套座 9—挡圈 10—调整垫圈 11—衬套

图8-3 电刷及电刷架的拆卸

1—电刷端端盖 2—驱动端端盖 3—起动机壳体 4—钳子 5—电刷及电刷架

（3）电磁开关的拆卸 如图8-4所示，首先旋下螺栓1并做好标记后，从驱动端端盖2上拆下电磁开关端盖4及电磁开关3。再旋下拨叉销螺母8，取下拨叉销5和拨叉6。最后将电枢及小齿轮组件9一起取出。

注意：电磁开关一般不需分解，需要修理时，需要用50W电烙铁先将开关端盖和线圈引线焊点焊开后才能分解。

（4）小齿轮组件的拆卸 从电枢的驱动端拆下衬套、止推垫圈和小齿轮组件。

（5）起动机安装 起动机的安装按与拆卸相反顺序进行，但需注意以下几点。

1）小齿轮组件与电枢组装时，在电枢1的轴上涂上润滑脂后，装上小齿轮组件，并做以下检查。握住电枢1，当转动小齿轮组件外座圈2时，小齿轮组件应能沿电枢轴滑动自如，如图8-5所示。

2）电磁开关安装时，电磁开关3应以倾斜的角度装入，以便电磁开关3的滑动阀组件4与拨叉1装在一起，最后旋上螺栓2，如图8-6所示。

3）定子安装时，应将定子1上的标记与驱动端端盖2的标记对正后装入，如图8-7所示。

图8-4 电磁开关的拆卸

1—螺栓 2—驱动端端盖 3—电磁开关 4—电磁开关端盖 5—拨叉销 6—拨叉 7、8—螺母 9—电枢及小齿轮组件 10—垫片

图8-5 小齿轮组件及电枢的安装

1—电枢 2—小齿轮组件外座圈 3—小齿轮

图8-6 电磁开关的安装

1—拨叉 2—螺栓 3—电磁开关 4—滑动阀组件

图8-7 定子的安装

1—定子 2—驱动端端盖

4）电刷及电刷架安装时，在换向器1上装上电刷架2，将电刷架2装到适当的位置后，再在电刷架2上装上电刷3，如图8-8所示。

图8-8 电刷及电刷架的安装

1—换向器 2—电刷架 3—电刷

2.起动机的基本原理

汽车一般使用直流电动机，它是将电能转变为机械能的装备，是根据通电导体在磁场中受到电磁力作用而产生运动的原理进行工作的。

以单匝电枢绕组的直流电动机为例说明其工作原理。将通电线圈置于磁场中，磁场方向如图8-9所示，直流电通过电刷和换向器铜片引入。如图8-9a所示，当电流I_s从A电刷经a→b→c→d到B电刷时，根据左手定则判定，匝边ab和cd受到的磁场力F方向如图8-9a所示，这个电磁力将形成力矩，使线圈逆时针转动。如图8-9b所示，当线圈转到换向片A与负电刷接触，换向片B与正电刷接触时，电流方向改变为d→c→b→a，同时匝边ab和cd的位置也改变，电磁转矩的方向保持不变，使线圈继续逆时针旋转。

3.起动机的结构原理

起动机一般由直流电动机、控制装置和传动机构三部分组成，如图8-10所示。

图8-9 直流电动机工作原理

a）电流从A→B b）电流从B→A

1—电枢绕组 2—电刷B 3—换向器铜片 4—电刷A

图8-10 起动机结构

1—回位弹簧 2—保持线圈 3—吸引线圈 4—电磁开关壳体 5—主触点 6—接线柱 7—接触盘 8—后端盖 9—电刷弹簧 10—换向器 11—电刷 12—磁极 13—磁极铁心 14—电枢 15—磁场绕组 16—移动衬套 17—缓冲弹簧 18—单向离合器 19—电枢轴花键 20—驱动齿轮 21—罩盖 22—制动盘 23—传动套筒 24—拨叉

（1）直流电动机 一般由电枢总成、磁极、电刷与电刷架及其他附件组成。

1）电枢总成（如图8-11所示）。电枢也称转子，它由电枢轴、电枢铁心、电枢绕组及换向器组成。在电枢轴3上压有铁心2，铁心的作用是增加磁力，它是由互相绝缘的电枢叠片1叠成，采用叠片是为了减小铁心内感应的涡流电流的损失。每片叠片有槽，叠在一起形成沟槽，电枢绕组分多条支路嵌在铁心的沟槽内，并分别接到固定在电枢轴上互相绝缘的换向器各铜片上。为了获得较大起动转矩，电枢绕组采用大截面的铜导线制成，以便几百安培的起动电流通过。

图8-11 电枢总成

1—电枢叠片 2—电枢铁心 3—电枢轴 4—电枢绕组 5—电枢铁心总成 6—换向器

2）磁极。磁极也称定子，有永久磁铁和电磁铁2类，永久磁铁的电动机将在后面介绍。电磁铁磁极由铸钢铁心及励磁绕组构成，如图8-12所示，固定在起动机壳体的内壁上。为了产生足够强的磁场以使电枢产生足够的起动转矩，磁极的数量一般为两对，功率较大的起动机也有采用三对的。励磁绕组也采用大截面的铜导线制成。

4个励磁绕组的连接方法有串联和并联两种。无论采用何种连接，其产生的磁极须相互交错。(www.xing528.com)

3）电刷与电刷架。由于起动机电流较大，所用电刷是用铜与石墨粉压制而成。电刷置于电刷架中，由盘形弹簧压紧到换向器上，电极引线接电源或搭铁。

4）壳体及轴承。壳体主要起支撑和保护作用。由于结构限制起动机轴承一般采用滑动轴承，用于支承电枢轴。

（2）传动机构 普通起动机的传动机构主要是单向离合器。其作用是将电动机的动力传递给发动机飞轮以起动发动机，而发动机起动后则断开发动机对起动机的逆向驱动，以防止发动机带动起动机高速旋转而使起动机“飞散”。

起动机中常见的单向离合器有滚柱式、摩擦片式和扭簧式等。

图8-12 励磁绕组的连接

a）串连连接 b）并联连接

1—绝缘接线柱 2—换向器 3—搭铁电刷 4—绝缘电刷 5—励磁绕组

1）滚柱式离合器。它是目前国内外汽车起动机中使用最多的一种传动方式。如图8-13所示，其外壳2与驱动齿轮1连为一体，十字块3与传动套筒经滑动花键与电枢轴相接，外壳与十字块之间的间隙是宽窄不等的楔形槽结构。

起动时，电枢缓慢旋转，电磁开关通过拨叉，移动衬套9、弹簧8等部件，使驱动齿轮1与发动机飞轮14相啮合。

当起动机主电路接通，电枢快速旋转时，转矩由传动套筒10传到十字块3，滚柱在外壳2摩擦和弹簧5作用下便滚入楔形槽13的窄处被卡死，如图8-13b所示，于是将转矩传给驱动齿轮，带动飞轮使发动机起动。

当发动机起动后，曲轴转速高于起动机，飞轮带动驱动小齿轮旋转，在外壳摩擦作用下，滚柱克服弹簧弹力，滚入楔形槽的宽处而打滑，如图8-13c所示，防止发动机的转矩传给小齿轮，从而避免电枢超速“飞散”的危险。起动后，由于拨叉回位弹簧的作用，使离合器退回，驱动轮退出飞轮齿环。缓冲弹簧8具有缓和驱动齿轮与飞轮间的冲击，保护驱动齿轮的作用。

滚柱式单向离合器传递较大转矩时，滚柱容易卡住，不能满足大功率起动机的要求，但结构简单，因此在现代汽车上应用广泛。

2）摩擦片式离合器。摩擦片式离合器结构如图8-14a所示，离合器的外接合鼓10固定在起动机轴上，内接合鼓4具有螺线孔，并旋在起动机驱动齿轮柄2的螺纹上，齿轮柄2则自由套在起动机轴上，用螺母锁住防止脱落。两个弹性圈9和压环8依次装进外接合鼓10中，青铜主动片7以其外凸齿装入外接合鼓10的切槽中，钢制从动片6以其内齿插入内接合鼓4的切槽中。内接合鼓上的两个弹簧5轻压摩擦片，使摩擦片具有传力作用（力较小）。

图8-13 滚柱式单向离合器的组成

a）结构 b）工作原理（起动中） c）工作原理（起动后）

1—驱动齿轮 2—单向离合器外壳 3—十字块 4—滚柱 5—弹簧及活柱 6—护盖 7—弹簧座 8—缓冲弹簧 9—移动衬套 10—传动套筒 11—卡簧 12—垫圈 13—楔形槽 14—飞轮

起动时，经外接合鼓摩擦片带动内接合鼓转动，驱动小齿轮与飞轮啮合后，由于内接合鼓和驱动小齿轮柄之间的螺旋结构，使得内接合鼓向右移动，压紧摩擦片（力较大），电枢的转矩传递给飞轮，如图8-14b所示。起动后，飞轮带动驱动小齿轮，内接合鼓与驱动小齿轮的螺旋结构，使得内接合鼓向左移动，摩擦片松开，飞轮不能带动电枢，避免了电枢超速“飞散”的危险，如图8-14c所示。

图8-14 摩擦式单向离合器

a）结构 b）压紧 c）放松

1—驱动齿轮 2—齿轮柄 3—减振弹簧 4—内接合鼓 5—小弹簧 6—从动片 7—主动片 8—压环 9—弹性圈 10—外接合鼓 11—飞轮

摩擦片式离合器可以传递较大的转矩，但结构复杂，摩擦片磨损后，需经常检修调整，常用在电枢移动式起动机上。

3）扭簧式离合器。扭簧式离合器结构如图8-15所示。驱动齿轮1空套在电枢轴的前端的光滑部分，连接套筒6套在电枢轴的花键部分，扭力弹簧两端各有1/4圈内径较小的部分，箍紧驱动齿轮1与连接套筒6。

起动时，电磁开关铁心经拨叉移动拨环9，由缓冲弹簧8推动离合器使驱动齿轮1与发动机飞轮啮合。电枢旋转时，通过花键带动连接套筒6，在弹簧与驱动齿轮和主动套筒之间摩擦力作用下，将连接套筒和齿轮柄抱死，电枢转矩便由此传给飞轮，起动后，飞轮带动驱动齿轮，扭力弹簧被放松而打滑，保护电枢不致被飞轮带动而“飞散”，同时拨叉在回位弹簧作用下，经拨环使驱动小齿轮回位。

扭簧式离合器结构简单，使用寿命长，但轴向尺寸较大，故在小型机上的应用受到限制。

（3）控制装置 一般由电磁开关、安全开关及起动继电器等组成。

1）电磁开关。它安装于直流电动机壳体上方，如图8-16所示，用于控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮的啮合与分离及电动机电路的通断。吸引线圈5与保持线圈4的匝数相同，绕向也相同，都绕在套筒外侧。吸引线圈与电动机串联，保持线圈与电动机并联。

当接通起动开关1时，吸引线圈中的电流经起动机的励磁绕组F和电枢绕组后搭铁，保持线圈则直接搭铁。此时两个线圈产生较强的相同方向的电磁吸力，吸引动铁心6向左移动。

8-15 扭簧式单向离合器

1—驱动齿轮 2—挡圈 3—月形圈 4—扭力弹簧 5—护圈 6—连接套筒 7—垫圈 8—缓冲弹簧 9—拨环 10—卡簧

图8-16 电磁开关

1—起动开关 2—定触点 3—动触点 4—保持线圈 5—吸引线圈 6—动铁心 7—拉杆 8—拨叉 9—单向离合器 10—驱动齿轮 11—电枢 12—电刷 13—磁极

铁心的移动通过拨叉8将驱动齿轮10推向飞轮，同时通过电枢中的较小电流使电枢轴较缓慢地旋转，因而有利于啮合。当驱动齿轮与飞轮齿圈完全啮合时，动触点与静触点也刚好完全闭合。此时，吸引线圈被短路，只靠保持线圈吸力将动触点与静触点保持在接通状态，强大的起动电流通过励磁绕组F和电枢绕组使电动机快速转动。

发动机起动后，从起动开关到保持线圈的电流被切断，但在断开起动开关的瞬间，触点仍在闭合位置，电流从触点到吸引线圈，再经保持线圈搭铁。这时，两线圈产生的电磁力大小相同，方向相反，相互抵消。在回位弹簧的作用下，铁心返回原位，触点断开，起动机因断电而停转，同时驱动齿轮退回。

2）起动继电器。为了产生足够的吸力，起动机电磁开关的电流较大（一般为35～40A），如此大的电流会影响起动开关的寿命，同时也不安全。为此，有些汽车在控制电路中装有起动继电器，由起动继电器触点的开闭控制电磁开关的通断，而起动开关（或点火开关）只控制起动继电器线圈电路的通断，因而减小了起动开关（或点火开关）的通过电流。控制电路如图8-17所示。

起动时，接通起动开关，起动继电器线圈13通电，触点12闭合，起动机电磁开关被接通，起动机工作。

3）起动机驱动保护电路。发动机起动后，若驾驶人未及时断开起动开关，就会造成单向离合器的磨损；若发动机进入正常工作状态，驾驶人误将起动开关接通，就会造成起动机驱动齿轮与旋转着的飞轮齿圈撞击，从而加速齿圈及起动机驱动齿轮的损坏。有些汽车的起动系统中采用了起动保护电路，其作用就是防止上述情况的发生。当发动机起动后，起动机能自动停止工作；发动机正常工作后，即使误将起动开关接通，起动机也不会工作。

不同车型的起动保护电路可能不同，但大都采用汽车发电机中点电压来进行控制。如图8-18所示为CA1091汽车的起动保护电路。起动组合继电器1是由起动继电器和充电指示控制继电器组合而成。起动继电器的线圈L₁通过充电指示灯继电器触点K₂搭铁，使之具有驱动保护作用。K₂同时是充电指示灯5的搭铁通路，用于指示充电是否正常，其通断由发电机中点电压来控制。

图8-17 起动继电器控制的起动机电路

1—起动继电器 2—起动机 3—蓄电池接线柱 4—动触点 5—吸引线圈 6—保持线圈 7—铁心 8—拨叉 9—驱动齿轮 10—起动机接线柱 11—起动开关 12—起动继电器触点 13—起动继电器线圈

起动时，点火开关置于起动档时，充电指示灯亮，组合继电器中的起动继电器L₁通电，其电路为：蓄电池正极→起动机电源接线柱→电流表→点火开关→“SW”→线圈L₁→触点K₂→“E”搭铁→蓄电池负极。起动机线圈L₁通电，使触点K₁闭合，接通起动机电磁开关电路，起动机通电工作。

起动后，发电机正常发电，其中点电压使L₂无电，K₂断开，起动继电器线圈L₁断电，其触点K₁断开，起动机电磁开关断电，起动机停止工作。

发动机工作时，即使点火开关误拨至起动档，由于发电机中点电压的作用而使充电指示灯继电器触点保持K₂断开，因此起动机也不会通电工作。

4.装备有起动安全开关的起动控制

有些车型在起动控制电路中装有起动安全开关。如装备在自动变速器的汽车上的安全开关用于防止变速器在挂档状态下起动发动机，如图8-19所示。常开式起动（空档或驻车档）安全开关串联在起动系统控制电路中，并由变速杆操纵，在空档或驻车档时，起动安全开关是闭合的，电流能流到起动机控制电路。如果变速器挂了档，开关是张开的，电流不能流到起动机控制电路。许多装备手动变速器的汽车也采用了类似的安全开关，如用离合器踏板移动来开动的起动/离合器连锁开关，只有踩下离合器踏板时，开关才闭合，电流才能流到起动机控制电路。