科技改變生活 · 科技引領未來
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最早的汽車是通過手搖啟動的，如今很少再見到通過手搖啟動的汽車了，搖把都被起動機代替了。上車后只需要輕輕擰開點火開關，伴隨著起動機的低吟發(fā)動機就啟動了。但是你別看汽車起動機很小，其實也內(nèi)藏玄機。比如上圖，普通家用車的起動機個頭很小，正常人一只
最早的汽車是通過手搖啟動的，如今很少再見到通過手搖啟動的汽車了，搖把都被起動機代替了。上車后只需要輕輕擰開點火開關，伴隨著起動機的低吟發(fā)動機就啟動了。但是你別看汽車起動機很小，其實也內(nèi)藏玄機。
比如上圖，普通家用車的起動機個頭很小，正常人一只手就可以輕松拿起一個起動機。
但是一個發(fā)動機別說用手拿了，你就是抱都很難抱的過來。那這么小的起動機是如何驅(qū)動比自己大幾百倍的發(fā)動機呢？今天咱們就來好好說說這個話題。
起動機是如何驅(qū)動發(fā)動機的
這張圖應該很清楚地表明了起動機的工作原理。起動機通過齒輪驅(qū)動發(fā)動機的飛輪讓發(fā)動機轉(zhuǎn)起來的。
發(fā)動機（內(nèi)燃機）和電動機不同，需要先啟動才能工作。而電動機只要通電立馬就能工作。其根本原因在于對外做功的方法不同。電動機只要通電線圈就有磁場，在磁力作用下就能轉(zhuǎn)動。而且電動機線圈的布局使其不管在任何位置線圈都可以受力。
而發(fā)動機是靠混合氣燃燒的膨脹力推動活塞做功的，想要對外發(fā)力就要先制作混合氣，然后點燃混合氣，而且混合氣點燃的時機還有限制，必須是活塞壓縮到上止點附近，這樣才能輸出有效功。因此發(fā)動機啟動時必須靠外力作用先動起來，然后吸氣、噴油、點火，才能啟動成功。
因此在擰下點火鑰匙后起動機先帶著發(fā)動機轉(zhuǎn)動，同時ECU根據(jù)各個傳感器的信號判斷噴油、點火時機，發(fā)動機就可以嘗試對外做功了。等發(fā)動機每個氣缸都能正常做功時就代表啟動成功了。起動機就可以停止了。對于鑰匙點火的車來說駕駛員判斷發(fā)動機啟動后松開鑰匙關閉起動機。而一鍵啟動的車則是靠啟動系統(tǒng)自動關閉起動機。
起動機是如何驅(qū)動比自己大百倍的發(fā)動機呢？
起動機那么小，發(fā)動機那么大，起動機為何能驅(qū)動如此大的發(fā)動機呢？主要有這幾個原因：
1、起動機驅(qū)動飛輪
起動機是靠驅(qū)動飛輪來拖動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)的，起動機上的驅(qū)動齒輪直徑很小，而飛輪直徑非常大。這種結(jié)構(gòu)有減速增扭的作用和變速箱1擋是一樣的原理：用小齒輪驅(qū)動大齒輪，可以充分放大扭矩。但是轉(zhuǎn)速會被降低。不過起動機最高轉(zhuǎn)速可以達到近5000轉(zhuǎn)，而汽油機只要拖動到100轉(zhuǎn)左右就能成功啟動。所以這點轉(zhuǎn)速的損失并不影響發(fā)動機啟動。
2、起動機內(nèi)部減速機構(gòu)
起動機不僅僅靠飛輪減速增扭，其內(nèi)部也有減速增扭機構(gòu)。起動機電機并不是直接驅(qū)動前面的齒輪，而是通過一組齒輪減速增扭后驅(qū)動的，最常見的就是電動機通過一組行星齒輪減速增扭后把扭矩傳遞給驅(qū)動齒輪，也就是說起動機電機的扭矩到達驅(qū)動齒輪時就已經(jīng)被放大了。上圖就是拆開的起動機，可以看到內(nèi)部有一組行星齒輪減速機構(gòu)。
所以說起動機電機本身扭矩并不大，但是經(jīng)過兩次減速增扭后其扭矩就可以輕松驅(qū)動發(fā)動機了。
起動機驅(qū)動發(fā)動機的過程
起動機驅(qū)動發(fā)動機的過程也是非常巧妙的，因為發(fā)動機運行時飛輪是一直轉(zhuǎn)動的，所以起動機在不工作時其驅(qū)動齒輪不能一直接觸飛輪，否則起動機很快就被弄壞了。
起動機不工作時驅(qū)動齒輪是縮在里面的，不接觸飛輪。當我們擰鑰匙時首先接通起動機上面的磁力開關，這時候起動機電機并沒有通電。磁力開關通電吸合，同時把驅(qū)動齒輪推出去與飛輪嚙合，然后磁力開關內(nèi)部的觸點閉合，給啟動機的電動機通電，電動機才開始帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)動。等發(fā)動機啟動成功后斷開電路，磁力開關斷電復位，驅(qū)動齒輪被拉回來，同時啟動電機供電觸點斷開，起動機停止工作。
上面這個過程看似簡單，其實內(nèi)部包含了很多巧妙的設計，下面我們就一點點來看。
啟動電機供電
啟動電機功率很大，一般在2千瓦左右。我們都知道功率=電壓×電流，汽車電壓為12伏，那么想驅(qū)動2千瓦的電機就需要一百多安的電流。這么大的電流肯定需要很粗的導線。而汽車點火開關上的導線那么細，點火開關的觸點也沒那么大，肯定無法承受這么大的電流。所以說點火開關并不是直接控制啟動電流通斷的，而是控制磁力開關的。磁力開關相當于一個電磁鐵，只需要很小的電流就能工作。磁力開關內(nèi)部有兩個非常大的觸點，能承受大電流。這才是給啟動電機供電的。點火鑰匙通電后磁力開關吸合，磁力開關內(nèi)部的觸點閉合，啟動電機就開始通電工作了。
驅(qū)動齒輪控制
起動機不工作時驅(qū)動齒輪并不與飛輪齒圈接觸，當我們擰鑰匙啟動發(fā)動機時磁力開關開始動作，把驅(qū)動齒輪推出去與飛輪嚙合。啟動成功后磁力開關復位，驅(qū)動齒輪退回。
驅(qū)動齒輪與飛輪的嚙合
我們知道了起動機工作時驅(qū)動齒輪要先伸出來與飛輪齒圈嚙合，但驅(qū)動齒輪推出去時齒牙不一定就剛好與飛輪的齒牙對準，如果牙沒對準的話是無法嚙合的，這時候需要稍微轉(zhuǎn)動一下才行。而起動機上就有這么巧妙的設計，使驅(qū)動齒輪推出去的時候可以輕微轉(zhuǎn)動。這樣就算齒牙沒對準，驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)一下就對準了，保證你任何時候點火起動機都能準確無誤的與飛輪嚙合。
這個巧妙的設計就是驅(qū)動齒輪軸上的螺紋。驅(qū)動齒輪被推出去時在這個螺紋的作用下會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，這樣就能保證任何時候驅(qū)動齒輪都能與飛輪完美嚙合。
單向離合器
前面我們說過，發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到100轉(zhuǎn)左右就可以啟動成功，但是發(fā)動機啟動成功后轉(zhuǎn)速會快速飆升，輕松突破一千轉(zhuǎn)。這時候發(fā)動機飛輪的轉(zhuǎn)速遠高于起動機驅(qū)動齒輪的轉(zhuǎn)速。起動機驅(qū)動齒輪將會被飛輪反拖轉(zhuǎn)動。這么高的轉(zhuǎn)速如果傳遞給起動電機的話沒幾下就弄壞了。所以電機與驅(qū)動齒輪間還有一個單向離合器。也就是說啟動電機可以驅(qū)動起動機的驅(qū)動齒輪。而驅(qū)動齒輪無法驅(qū)動啟動電機。這樣發(fā)動機啟動成功后即使轉(zhuǎn)速很高也只是帶著驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)，啟動電機不轉(zhuǎn)。這樣就保護了啟動電機。
BSG啟動/發(fā)電機
上面所說的是傳統(tǒng)的發(fā)動機啟動方式，這幾年又有新的技術誕生了，那就是BSG電機。其實就是給傳統(tǒng)汽車的發(fā)電機增加了驅(qū)動功能，既可以發(fā)電又可以通過皮帶直接驅(qū)動發(fā)動機啟動。而且BSG電機在換擋時還可以主動控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速，讓換擋更加平順。不過目前配備該系統(tǒng)的車還是很少的。我們做個了解即可。
以上就是起動機拖動發(fā)動機的方法，那么日常用車中也可能遇到一些關于起動機的故障，我們就結(jié)合其原理來一起聊一聊。
發(fā)動機啟動后起動機異響
這是最常見的故障，發(fā)動機啟動成功后能聽到起動機傳出來很刺耳的“嘎”的一聲響。這種故障分兩種情況：
一種是發(fā)動機啟動成功后沒有及時松掉點火鑰匙，導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升后反拖起動機驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)速太高產(chǎn)生噪音。要知道起動機只需要把飛輪拖動到一百多轉(zhuǎn)就可以啟動發(fā)動機，而發(fā)動機正常運行時飛輪轉(zhuǎn)速接近1000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)速差了將近十倍，起動機齒輪當然受不了。不過這并不算故障，而是操作的原因。需要駕駛員熟悉發(fā)動機啟動的過程，在發(fā)動機啟動后及時松開點火開關。
還有一種情況是駕駛員及時松開了點火鑰匙，但是起動機磁力開關或者驅(qū)動齒輪內(nèi)部潤滑不良導致驅(qū)動齒輪沒有及時復位，被高速轉(zhuǎn)動的飛輪反拖轉(zhuǎn)動。這就屬于明顯的故障了。需要拆開起動機清理磁力開關和驅(qū)動齒輪軸上的污漬、油泥、鐵銹，然后充分潤滑，使其運行自如，故障即可解決。
擰鑰匙點火，起動機沒反應
這也是很常見的故障，明明電瓶有電，但是你怎么擰鑰匙起動機就是一動不動。這種故障一般都是接觸點壞了。
首先是點火開關的觸點，點火開關是給磁力開關供電的，點火開關使用時間長了觸點會燒蝕，一旦燒蝕嚴重觸點無法閉合。這時候你再擰鑰匙也沒反應。想要解決問題就要拆掉點火開關好 維修觸點？
其次就是起動機磁力開關里的觸點出問題了，導致磁力開關雖然有動作，但是觸點無法通電，這樣啟動電機就不會工作了。這時候維修觸點即可。
發(fā)動機啟動狀態(tài)下不小心擰鑰匙點火
現(xiàn)在的發(fā)動機怠速都特別安靜，以至于有時候駕駛員都沒發(fā)現(xiàn)發(fā)動機在運行而誤操作擰了點火鑰匙。這時候能聽到刺耳的“嘎嘎”聲。其實這就是飛輪與驅(qū)動齒輪打齒產(chǎn)生的聲音，因為兩者轉(zhuǎn)速差太大，很難嚙合。偶爾犯一次也不必擔心，只要不是經(jīng)常這樣誤操作就不會對發(fā)動機產(chǎn)生什么影響。
起動機壽命多久？
很多新車主總喜歡問這樣的問題：車上某個零件壽命是多久啊、要多長時間更換啊，好像在他們看來汽車還和前幾十年一樣，跑一段時間就得換一批零件，不換不爽。其實現(xiàn)在的技術比以前進步多了，汽車上很多零件在正常使用條件下足以服務汽車的整個生命周期了。這其中就包括起動機。
曾經(jīng)我見過一輛面包車點火鑰匙偶爾擰著沒反應，維修店給換了個點火鑰匙和起動機。其實換下來的那個起動機一點問題都沒有，問題真正的原因是點火開關觸點燒蝕嚴重，導致無法傳遞點火信號。這時候只需要換個點火開關就行了。那個起動機完全是過度維修了，或者說明顯是被黑了。
其實起動機的壽命真的很長，因為本身功率就足夠大，平時只是用來啟動一下發(fā)動機，這點負載對起動機來說真不算回事兒。要知道不同溫度條件下發(fā)動機啟動的阻力是不同的，同一輛車放在東北零下幾十度的天氣里，機油都快凍上了，冷啟動時阻力肯定非常大。但是這輛車要開到海南的話那就是天天暖洋洋，啟動發(fā)動機時阻力自然小很多。所以說起動機在設計之初就已經(jīng)考慮了很多因素，就我們平時正常使用很難把它用壞。
一般情況下我們認為的起動機出問題了其實大都是其他原因?qū)е碌钠饎訖C無法獲得啟動信號，或者是內(nèi)部潤滑不足，這時候只需要排查故障，拆開清洗潤滑基本上就能解決問題，沒必要換新的。只要線圈沒燒，一切都好商量。
所以說汽車是個很有意思的東西，很多看似平常無比的結(jié)構(gòu)或者操作其內(nèi)部往往包含著很多有意思的道理。我們在用車過程中如果能了解其原理那么不管愛車出了什么問題我們起碼知道個大概，維保時不至于總是被人牽著鼻子走。
馬俊東