李文奎

（錦州漢拿電機(jī)有限公司研究院，遼寧錦州 121013）

淺析汽車起動(dòng)系統(tǒng)

李文奎

（錦州漢拿電機(jī)有限公司研究院，遼寧錦州 121013）

介紹起動(dòng)機(jī)定義、原理、機(jī)能以及蓄電池電壓電流特性；闡述如何選擇合適的起動(dòng)機(jī)。

汽車起動(dòng)系統(tǒng)；電壓電流特性；機(jī)能

發(fā)動(dòng)機(jī)不能自己起動(dòng)，所以利用起動(dòng)機(jī)來(lái)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，不同發(fā)動(dòng)機(jī)使用不同的起動(dòng)方式。例如，除草機(jī)等小型發(fā)動(dòng)機(jī)一般使用人工機(jī)械搖或拽的方式；船舶使用化學(xué)起動(dòng)方式；工業(yè)產(chǎn)業(yè)中也有使用壓縮空氣起動(dòng)；汽車上則使用電起動(dòng)。

1 起動(dòng)機(jī)定義

汽車用起動(dòng)機(jī)又名汽車馬達(dá)。圖1所示是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能應(yīng)用在汽車上的起動(dòng)機(jī)，其作用是在任何條件下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。輔助功能包含超速保護(hù)功能、齒輪嚙合和脫離功能以及電路控制功能。

圖1 汽車起動(dòng)機(jī)

為了使發(fā)動(dòng)機(jī)自己能夠工作所必要的速度稱為最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速，該速度為80～200 r／min，并且受到下列各項(xiàng)的影響：①發(fā)動(dòng)機(jī)的種類（使用的燃料，排氣量，氣缸數(shù)）；②周圍溫度。

2 起動(dòng)機(jī)原理

直流電動(dòng)機(jī)一般具有高轉(zhuǎn)速、低扭矩的特點(diǎn)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)則需要低轉(zhuǎn)速、高扭矩，所以汽車起動(dòng)機(jī)的使用必須要經(jīng)過(guò)減速才能應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上，起動(dòng)機(jī)自身一般采用行星減速式，在汽車上通過(guò)齒輪傳遞，即起動(dòng)機(jī)小齒輪連接到發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上也需要減速，原理見(jiàn)圖2。

圖2 起動(dòng)機(jī)原理圖

3 起動(dòng)機(jī)的5種機(jī)能

想要使起動(dòng)機(jī)在汽車中方便安全地使用，起動(dòng)機(jī)還需要具備5種機(jī)能。

1）嚙合機(jī)能是傳遞及切斷起動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪之間動(dòng)力的功能，特別是初期的嚙合特性是決定齒輪耐久性的重要機(jī)能。

2）控制機(jī)能為了提升初期嚙合性，按階段控制起動(dòng)齒輪運(yùn)動(dòng)的機(jī)能及防止因瞬間的強(qiáng)電流導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損傷的繼電器功能。

3）動(dòng)機(jī)發(fā)生機(jī)能產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)必要?jiǎng)恿Φ臋C(jī)能。

4）超速保護(hù)機(jī)能起動(dòng)后超速旋轉(zhuǎn)時(shí)，切斷起動(dòng)齒輪和電動(dòng)機(jī)間的傳達(dá)動(dòng)力的機(jī)能。

5）停止機(jī)能起動(dòng)完了后就是將鑰匙開(kāi)關(guān)關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)仍會(huì)因本身的慣性而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，將其停止的機(jī)能。一般來(lái)講靜止的時(shí)間相對(duì)要比起動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)，所以與電刷和換向器的機(jī)械磨損有很大關(guān)聯(lián)。

4 蓄電池電壓電流特性

蓄電池是汽車起動(dòng)系統(tǒng)不可缺少的組件，它是起動(dòng)機(jī)能量的來(lái)源。起動(dòng)機(jī)在測(cè)試輸出性能時(shí)需要指定蓄電池的放電特性作為起動(dòng)機(jī)的輸入，汽車起動(dòng)機(jī)行業(yè)對(duì)這種電壓電流特性還依然采用日本JIS D 1607—1995標(biāo)準(zhǔn)。JIS蓄電池特性見(jiàn)表1。

表1 JIS蓄電池特性

表1解析：例如，主機(jī)廠要求起動(dòng)機(jī)使用12-B的標(biāo)定輸出特性，計(jì)算蓄電池內(nèi)阻：R=（U1-U2）／I2=（12-6）／300= 20 mΩ，相當(dāng)于中國(guó)45 Ah蓄電池；試驗(yàn)給定電壓9V，則試驗(yàn)電流I=（12-9）V／20 mΩ= 150A。

所以，在蓄電池12-B的電壓電流特性條件下，按照試驗(yàn)電壓9V、試驗(yàn)電流150 A在試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試起動(dòng)機(jī)輸出特性。12-B情況下舉例見(jiàn)圖3。

圖312 -B情況下舉例

5 起動(dòng)系統(tǒng)的輸入和輸出

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC／T731—2005《汽車用起動(dòng)機(jī)技術(shù)條件》，電源是產(chǎn)品技術(shù)條件規(guī)定的蓄電池或模擬電源，從電源到起動(dòng)機(jī)的連接導(dǎo)線電阻不大于1 mΩ，汽車搭鐵回路電阻不大于1 mΩ，所以配線電阻總計(jì)不大于2mΩ。下文以具體算式闡述蓄電池提供給起動(dòng)機(jī)的輸入功率。

因此，蓄電池給起動(dòng)機(jī)的輸入功率為3.3kW。

在起動(dòng)系統(tǒng)中，起動(dòng)機(jī)并不能100%將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，除去線路、機(jī)械等方面的損耗，起動(dòng)機(jī)效率一般為50%～70%，齒輪傳遞效率為95%；所以題目1中起動(dòng)機(jī)輸出功率P輸出是1.56kW。

計(jì)算的意義：起動(dòng)機(jī)獲得最大輸入功率3.3 kW，經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)化，起動(dòng)機(jī)輸出功率是1.56 W給發(fā)動(dòng)機(jī)，意味著在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝什么規(guī)格的起動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)最高也只能獲得1.56kW。所以說(shuō)起動(dòng)機(jī)的輸出功率主要由蓄電池決定，而不是由起動(dòng)機(jī)自身決定。

6 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)

我們?nèi)绾沃榔饎?dòng)機(jī)是否提供給發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的必要能量呢？

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)要求條件為：①在溫度低的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)也要可以起動(dòng)；②發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)必要扭矩（包含所有連接的輔助裝置）；③起動(dòng)所必要的最低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

那么匹配的起動(dòng)機(jī)功率P=T阻抗力×N發(fā)動(dòng)機(jī)／9 550［1］，只要起動(dòng)機(jī)輸出功率大于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)要求即可。

題目2：一款發(fā)動(dòng)機(jī)－30℃時(shí)，最大阻力矩T阻抗力= 100Nm，需要最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速N發(fā)動(dòng)機(jī)=130r／min，那么題目1中的蓄電池能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)嗎?

計(jì)算P=100×130／9550=1.36kW

題目1中，R蓄電池=8mΩ，R配線=2mΩ，蓄電池可以提供3.3kW的輸入功率，起動(dòng)機(jī)可以輸出1.56kW，大于題目2中發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)條件1.36kW。因此答案是：發(fā)動(dòng)機(jī)可以正常起動(dòng)，從電壓電流特性表中還可以了解到該蓄電池是80Ah。

讀到這里，你是否已經(jīng)對(duì)起動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)起動(dòng)有了深入的了解，按照文中的方法學(xué)會(huì)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)條件，選擇蓄電池以及配線，選擇合適的起動(dòng)機(jī)呢？

［1］胡明義.汽車起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、原理與檢修［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

（編輯 陳程）

Discuss onVehicle Starting System

LI Wen-kui
（Jinzhou Halla Electrical Equipment Co.，Ltd.，Jinzhou 121013，China）

This article introduces the definition，principal，function and batteryVolt-ampere characteristics ofVehicle starters，as well as technique of choosing appropriate starter.

vehicle starting system；volt-ampere characteristic；function

U464.142

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1003－8639（2016）11－0070－03

2016－03－18