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要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动曲轴，使活塞进行往复运动，使气缸内的可燃混合气燃烧，膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系统。起动系统示意图如图3-14所示。
起动系统由蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关和相关线路组成，连接如图3-15所示。起动机在点火开关和起动继电器的控制下，将蓄电池的电能转化为机械能，带动发动机飞轮齿圈使曲轴转动，完成发动机的起动。
图3-14 起动系统示意图
直流电动机的作用是将蓄电池输入的电能转换为机械能，产生使发动机运转的电磁转矩。直流电动机主要由电枢（电枢）、磁极（定子）、换向器、电刷、电刷架、端盖等部件构成。起动机的分解图如图3-16所示。
图3-15 起动系统连接
图3-16 起动机的分解图
电枢的作用是产生电磁转矩。电枢由电枢轴、换向器（俗称整流子）、铁心、绕组等组成，如图3-17所示。为了获得足够大的转矩，通过电枢绕组的电流一般为200～600A，因此电枢绕组采用的都是较粗的矩形截面的铜线绕制而成。电枢绕组各绕组的端头均匀地焊接在换向器片上，通过换向器和电刷将蓄电池的电流引进来。
电枢铁心由硅钢片叠包后固定在电枢轴上。铁心外围均匀开有线槽，用以放置电枢绕组；电枢绕组由较大矩形截面的铜带或粗铜线绕制而成。电枢绕组的端头均匀地焊在换向片上。为防止换向片间短路，用云母片绝缘。
考虑到云母的耐磨性较好，当换向片磨损以后，云母片就会凸起，影响电刷与换向片的接触。电枢轴驱动端制有螺旋形花键，用以套装传动机构中的单向离合器。
采用行星齿轮机构的起动机电枢，当电枢通过驱动齿轮驱动行星齿轮系时，通过行星齿轮系驱动轴的速度降低，从而来增加起动机的输出转矩，如图3-18所示。
图3-17 电枢结构
图3-18 行星齿轮机构
电流流经电刷进入电枢绕组，在每一个电枢铜线回路周围产生磁场，使电动机壳内形成两个强磁场，并驱动电枢运转。
磁极的作用是产生磁场，其由固定在机壳上的磁极铁心和励磁绕组组成，其结构如图3-19所示。
为增大磁场强度，一般采用的是4个磁极，两对磁极相对交错地安装在电动机定子内壳上，如图3-20所示。4个励磁绕组有串联和并联的连接方式。汽车上起动机中的直流电动机的励磁绕组是串联方式连接的，故电动机称为直流串励电动机。励磁绕组一端接在外壳的绝缘接线柱上，另一端与两个非搭铁的电刷相连。
图3-19 磁极（一）
图3-20 采用的是4个磁极
1）永磁式。定子是起动机磁场主要部件，定子内部是均匀分布的六块磁铁，也有部分起动机的磁场是由绕组形成的，如图3-21所示。
2）励磁式。直流电动机的钢制外壳内含四个磁极，磁极与蓄电池的正极相接，从而在电动机内部形成一个强磁场，如图3-22所示。四个磁极是由粗铜或铝导线缠绕软铁形成的，如图3-23所示。
四个铁心中的两个用铜线沿同一个方向缠绕生成N极，另两个铁心的缠绕方向相反，形成S极，如图3-24所示。当磁场产生时，就会在电动机内部形成一个强磁场，此导线缠绕而成的绕组称为励磁绕组，软铁心通常称为磁极。
图3-21 永磁式磁极
图3-22 直流电动机的钢制外壳
图3-23 磁极（二）
图3-24 形成N、S极
电刷和电刷架如图3-25所示，电刷和电刷架的作用是将电流引入电动机，使电枢产生定向转矩。电刷置于电刷架中，通过弹簧压紧在换向器上。电刷架一般为框式结构，其中正极电刷架与端盖绝缘地固装，负极电刷架直接搭铁。
图3-25 电刷和电刷架
电刷端盖一般用浇铸或冲压法制成，盖内装有四个电刷架及电刷，其中两只搭铁电刷利用与端盖相通的电刷架搭铁。另外两个电刷的电刷架则与端盖绝缘，绝缘电刷引线与励磁绕组的一个端头相连接，如图3-26所示，电刷架上有盘形弹簧，用以压紧电刷。起动机电刷通常用铜粉（80%～90%）和石墨粉压制而成，以减小电阻并提高耐磨性，如图3-27所示。
传动机构主要是离合机构，离合机构的作用是在发动机起动时，使起动机驱动齿轮啮入飞轮齿圈，将起动机转矩传给发动机曲轴；而在发动机起动后，使驱动齿轮打滑与飞轮齿圈自动脱开，以防止飞轮带动电枢高速旋转，造成电枢绕组“飞散”，如图3-28所示。
图3-26 电刷端盖
图3-27 电刷
图3-28 传动机构
滚柱式离合器是目前国内外汽车起动机中使用最多的一种。滚柱式离合器通过改变滚柱在楔形槽中的位置来实现分离和结合。它具有结构简单、坚固耐用、体积小、重量轻、工作可靠等优点，其结构如图3-29所示。
图3-29 滚柱式离合器
当需要起动时，拨叉在电磁力的作用下，将驱动齿轮推出与飞轮齿圈啮合，待驱动齿轮与飞轮齿圈接近完全啮合时，起动机主开关接通，起动机带动发动机曲轴运转，发动机起动后，如果驱动齿轮仍处于啮合状态，则单向离合器打滑，驱动齿轮在飞轮带动下空转，电动机处于空载下旋转，避免了被飞轮反拖动高速旋转的危险。起动完毕后，起动机拨叉在复位弹簧作用下复位，带动驱动齿轮退出飞轮齿圈的啮合，如图3-30所示。
起动机常用的单向离合器如图3-31所示。
图3-30 单向离合器
图3-31 常用的单向离合器
控制装置主要是电磁开关，如图3-32所示。电磁开关主要由牵引线圈（吸引线圈或吸拉线圈）、保持线圈、复位弹簧、活动铁心、接触片等组成。它安装于直流电动机壳体上方。
电磁开关的作用是控制电动机与蓄电池之间的电路的通断，从而控制起动机的工作。起动机需要大电流（300～400A）才能产生带动发动机的转矩，起动系统通常使用电磁开关来控制大电流。起动机控制开关的作用是控制电动机主电路的通、断；同时操纵单向离合器控制驱动齿轮与飞轮的啮合与退出。
2个主接线柱伸入电磁开关内部作为触点，铜套上绕着吸引线圈和保持线圈，2个线圈的公共端引出一个接起动开关的接线柱；吸引线圈的另一端接电动机主接线柱；保持线圈的另一端直接搭铁。
铜套内有活动铁心与拨叉通过拉杆相连，电磁开关内的弹簧用来保证接触片和活动铁心的复位，如图3-33所示。
图3-32 控制装置
图3-33 电磁开关的结构
电磁开关主要由电磁铁机构和电动机开关两部分组成。电磁铁机构由磁力线圈、活动铁心和固定铁心组成；电动机开关由主开关接触盘、触点组成，如图3-34所示。
图3-34 螺旋驱动移动型起动机电磁开关
磁力线圈由导线粗、匝数少的吸引线圈和导线细、匝数多的保持线圈组成。吸引线圈和保持线圈并联，和励磁绕组串联；保持线圈的一端接在S接线柱、另一端直接搭铁。活动铁心和固定铁心安装在一个套筒内。套筒外面安装有复位弹簧，其作用是使活动铁心等可移动部件复位。
1）起动机不工作时。驱动齿轮与飞轮齿圈处于脱开位置，电磁开关中的接触盘与主触点分开。
2）点火开关置于起动档时。蓄电池经起动控制电路向起动机的电磁开关通电，其电流回路为：
吸引线圈回路：蓄电池正极→电动机开关B接线柱→点火开关→电磁开关S接线柱→吸引线圈→电动机开关接线柱N→电动机励磁绕组→电枢绕组→负电刷→搭铁→蓄电池负极。
保持线圈回路：蓄电池正极→电动机开关B接线柱→点火开关→电磁开关S接线柱→保持线圈→搭铁→蓄电池负极。
此时，吸引线圈和保持线圈的电流方向相同，由右手定则可知，两线圈产生同方向的磁场，磁化铁心，使活动铁心克服复位弹簧的弹力前移，使前端的接触盘与两个主触点接触。与此同时，活动铁心后端带动拨叉将驱动齿轮推出与发动机的飞轮齿圈啮合。
当驱动齿轮与飞轮齿圈完全啮合时，接触盘已经将主触点接通，起动机的主电路接通，此电路电阻极小，电流可达几百安培，电动机产生最大转矩，通过接合状态下的单向离合器传给发动机飞轮。
主开关电路接通后，保持线圈的电流回路不变，活动铁心在保持线圈电磁力的作用下，保持在啮合位置。此时吸引线圈和附加电阻则由于主触点的接通而被短路，其电流回路被替代为：蓄电池正极→电动机开关B接线柱→电动机开关N接线柱→电动机励磁绕组→电枢绕组→搭铁→蓄电池负极。
螺旋驱动移动型起动机如图3-35所示。
减速型起动机如图3-36所示。
行星齿轮减速起动机如图3-37所示。
图3-35 螺旋驱动移动型起动机
图3-36 减速型起动机
图3-37 行星齿轮减速起动机
螺旋驱动移动型起动机的啮合过程由推移过程和螺旋移动过程组成。起动机使用直流串励式电动机。励磁绕组与电枢绕组串联。串励式电动机的特点是起动转矩大且空载转速高。电动机转速不经过变速直接传递到啮合传动机构上。
只要未操纵起动开关，电磁开关上就无电流。复位弹簧将驱动齿轮推入其静止位置。
当起动发动机时，电磁开关内两线圈均有电流通过，两组线圈同时被激励产生较强的电磁吸力，吸引铁心向左运动，拨叉带动驱动齿轮与飞轮齿圈啮合。同时，主接触盘紧压在两主接线柱上，使两主接线柱和附加电阻短路接线柱连在一起，蓄电池通过起动机的主电路向起动机大电流放电，直流电动机产生强大转矩，通过接合状态的单向离合器传给发动机飞轮齿圈，起动发动机，如图3-38所示。
发动机起动后，只要松开按钮，蓄电池与电磁开关接线柱之间的电路断开，但电磁开关内吸拉线圈和保持线圈通过仍然闭合的主开关得到电流。因吸拉线圈和保持线圈电流流向相反，所以产生的电磁吸力相反，相互削弱，活动铁心在复位弹簧作用下迅速复位，起动机主电路断开，起动机停止工作，拨叉带动驱动齿轮脱开啮合，起动结束，如图3-39所示。
图3-38 点火开关在START位置
图3-39 点火开关在ON位置
起动机实际是一个直流电动机，其工作原理就是电动机工作原理。如图3-40所示，蓄电池供给起动机的电源，起动机内部有磁场，根据左手定则，起动机旋转。
当点火开关旋到START位置时，电流的流向为：蓄电池→保持线圈→吸引线圈→连接片→电枢绕组，如图3-41所示。
图3-40 电动机工作原理
图3-41 点火开关旋到START位置
在保持线圈和吸引线圈的吸引作用下，电磁开关的活动铁心被吸入。通过这一吸引操作，驱动齿轮被推出，并与齿圈啮合，接触板将主接触旋到ON。
当主接触点旋到ON时，吸引线圈被短路，电枢绕组直接从蓄电池得到电流。励磁绕组随后便开始高速旋转，发动机进行起动。此时活动铁心只是由保持线圈所施加的磁力固定到位，如图3-42所示。
当点火开关从START旋到ON位置时，电流从主接触侧经吸引线圈流到保持线圈，如图3-43所示。此时，由于吸引线圈与保持线圈形成的磁力相互抵消，它们失去了保持活动铁心的力。因此，活动铁心由复位弹簧的力拉回，并且点火开关旋到OFF位置，起动机停止旋转。
图3-42 主接触点接通
图3-43 点火开关从START旋到ON位置
●小齿轮与电枢在同一轴上并以相同转速旋转。
●连接到磁性开关插入件上的驱动杆推动驱动齿轮并使它与齿圈啮合，如图3-44所示。
●减速型起动机使用一台紧凑的高速电动机。
●减速型起动机通过减速齿轮降低电枢的转速来增加转动力矩。
●电磁开关的活动铁心直接推动与它在同一轴上的驱动齿轮，并使它与齿圈啮合，如图3-45所示。
图3-44 螺旋驱动移动型起动机
图3-45 减速型起动机
●行星齿轮减速起动机有一行星齿轮，用来降低电枢的转速。
●小齿轮通过传动杆与齿圈相啮合，如图3-46所示。
●行星减速，起动机在励磁绕组中使用永磁体。
●啮合/脱开齿轮的运作与行星型起动机一样，如图3-47所示。
图3-46 行星齿轮减速起动机
图3-47 行星齿轮减速-磁场永磁体式
减速型起动机组成如图3-48所示。
电磁开关用作流到起动机的电流的主开关，并且通过推、拉控制驱动齿轮。
吸拉线圈绕制比保持线圈密，吸拉线圈的电动势也比保持线圈大，如图3-49所示。
图3-48 减速型起动机组成
电枢生成起动机旋转力，球轴承支持着高速转动的电枢，如图3-50所示。
图3-49 电磁开关
图3-50 电枢和球轴承
轭铁组件产生起动机运行所需的磁场。它也用作励磁绕组磁极心的外壳及磁力线的通道。励磁绕组与电枢绕组串联连接，如图3-51所示。
电刷用电刷弹簧压住电枢换向器，使电流从线圈以固定的方向流到电枢。电刷用铜—石墨制成，它具有优良的导电及耐磨特性。电刷弹簧制约电枢过量的旋转运动，并在起动机停机后通过压电刷来停止电枢转动，如图3-52所示。
图3-51 轭铁组件
图3-52 电刷和电刷架
减速齿轮将电动机的旋转力传输到驱动齿轮，并且也通过减慢电动机转速来增加力矩。减速齿轮以1/3到1/4的减速比来降低电动机的转速，它内装超速离合器，如图3-53所示。
●超速离合器将起动机的转动力矩经驱动齿轮传输到发动机。
●为了防止发动前起动引起的高速旋转损坏起动机，超速离合器是一种带滚子的单向离合器，如图3-54所示。
图3-53 减速齿轮
图3-54 超速离合器
驱动齿轮和齿圈通过相互牢固啮合将起动机的旋转力传输给发动机。驱动齿轮须倒角以便能良好地啮合。螺旋花键将起动机旋转力转变成驱动齿轮的驱动力，也支持驱动齿轮的啮合和脱开，如图3-55所示。
行星齿轮支架有三个行星齿轮。行星齿轮在内侧与太阳（中心）齿轮啮合，在外侧与内齿圈相啮合。一般内齿圈是固定的，不转动，如图3-56所示。
图3-55 驱动齿轮和螺旋花键
图3-56 行星齿轮机构
行星型的减速机构的减速比是1∶5，与普通减速型相比，它的电枢较小、转速较快。为了减少运行噪声，内齿圈使用塑料。行星型起动机有缓冲装置，它吸收过多的力矩，防止内齿圈损坏，如图3-57所示。
通过转动内齿圈，与内齿圈啮合的离合器板产生滑动，过度的力矩被吸收，如图3-58所示。
图3-57 行星型的减速机构
图3-58 缓冲装置
起动机用两种永磁体来代替传统起动机中的励磁绕组，这两种永磁体是：主磁体和极间磁体。主磁体和极间磁体在磁轭内交替布置。这可以使主磁体与极间磁体之间产生的磁通量加入主磁体产生的磁通量中。除了能增加磁通量外，这种结构可以使整个磁轭的长度减短，如图3-59所示。
图3-59 磁极