汽车启动马达如何偷懒?揭秘背后原理#启动马达#汽车#科普

这是汽车里最懒的部件,也是整辆车瞬时耗电量最大的家伙。它每次上班就三秒钟,一年工作时长加起来都不到一个小时。但只要它一启动,整辆车都得听它的,它就是启动马达。

启动马达前面有一个小齿轮,启动时会和发动机飞轮咬在一起,直接带着曲轴旋转,发动机从静止状态被强行拉起来。而你现在看到车上最粗的那根电缆,就是从电瓶直接连到启动马达的。因为在启动那一瞬间,电流可以轻松飙到几百安。如果直接把这么大的电流拉到驾驶室,那点火开关的做的跟拳头一样大,还得配超粗线缆,既危险又不现实。

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所以工程师干脆用小电流去控制大电流,而这个核心部件就是电磁阀。电磁阀本质上就是一个电磁铁加大功率开关。当你拧动钥匙时,点火开关本身只输出一小股电流,这点电流根本带不动启动马达。但它足够让电磁阀通电。

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电磁阀一通电,内部线圈立刻产生磁场,把里面那根柱塞吸过去,柱塞往前一冲,会按下电磁阀内部的一个大功率触点。这个触点直接连接着两根粗铜端子,一头是电池,另一头是启动电机。就在这一瞬间,大电流才真正流进电机,启动马达开始全力旋转。你拧钥匙时听到的那声咔哒,其实就是柱塞撞到尽头的声音。

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更关键的是,柱塞并不只是按开关,它还通过一根拨叉,把启动马达前端的小齿轮往前推,顶向发动机飞轮。而且注意这个顺序是先啮合再通电。转动小齿轮也不是硬怼上去,它前端的齿是斜的,轴上还有一圈螺旋槽。当小齿轮向前滑动时,螺旋槽会让它一边前进一边慢慢旋转,就像拧螺丝一样,更容易和飞轮的齿对上。这样做的目的是为了防止打齿卡齿。

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当小齿轮成功咬住飞轮,启动马达开始转动,这时候你会发现,小齿轮和飞轮尺寸差距非常夸张。通常小齿轮和飞轮的传动比,在15:1到20:1左右,这一步已经能把转速换成更大的扭矩了。

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但这还不够,因为你面对的是一台冷机,气缸里全是高压缩空气,活塞一动都在硬顶,光靠这一档减速还是有点吃力,所以在启动马达里还藏着一套行星齿轮减速机构。行星齿轮非常适合这种空间小重量轻,但又需要超大减速比的场景。

而在启动马达里,行星齿轮通常是外圈齿圈固定不动,中间的太阳轮作为输入,行星架作为输出。这一套下来还能再给你来个7:1左右的减速比。最终的效果就是电机在里面高速狂转,经过两级减速之后输出到飞轮上的已经是低速超大扭矩了,这鼓励才真正够资格把发动机拖进工作状态。

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发动机成功启动后情况就完全反过来了,此时飞轮的转速会瞬间超过启动机本身。如果小齿轮还死死咬着飞轮,飞轮就会反过来拖着电机疯狂加速,分分钟把电机转到报废。

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所以启动机里还有一个单向离合器,单向离合内部有一组滚子,当电机带着小齿轮转时滚子会被卡紧,动力正常传递。一旦发动机转速反超,滚子立刻松开,这时候飞轮就算转的再快也不会反脱。电机启动马达只会空转,不会被硬拽着超速。

所以别看启动马达是汽车中最懒的零件,在它的背后是一套电磁控制加多级减速加机械保护高度配合的精密系统。

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