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。基于汽車起動機的工作過程，做簡化電路圖分析，有利于汽車電器從業者以及汽車運用專業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動機的曲軸飛輪組運動，使發動機能夠進氣、壓縮、做功、排氣，當發動機開始做功時，起動機退出工作，發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生運動。在起動機的工作過程中，將起動機從靜止狀態轉變為運動狀態，產生電磁轉矩，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，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。電磁開關內有兩個重要的線圈，即吸引線圈、保持線圈，用于產生磁場;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。

2? 帶起動繼電器起動系統電路圖簡化分析

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，吸附力變弱，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分析

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

該系統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。控制開關由發動機的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。

參考文獻：

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

[2]謝群英.汽車起動機及相關技術發展探討[J].電子技術與軟件工程，2013（22）：181.

[3]陳滿秀，譚克誠.淺析汽車起動機的構造與維修[J].內燃機與配件，2017（22）：89-92.