LJ465Q發(fā)動機用起動機頂齒故障模式簡析

胡曉明，張真率，黃依莉

（柳州五菱柳機動力有限公司研發(fā)中心，廣西柳州，545005）

LJ465Q系列發(fā)動機使用的起動機，采用傳統(tǒng)的強制嚙合直驅(qū)式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的起動機工作可靠性高，使用壽命長，在微車發(fā)動機得到大量的運用。但由于整車使用環(huán)境及零部件制造工藝的影響，有時存在著各種故障，影響整車使用，下面將簡單分析起動機頂齒的故障原因及改進辦法。

1 背景

起動機頂齒，在整車上的表現(xiàn)為當(dāng)閉合點火開關(guān)起動擋起動發(fā)動機時，起動機工作不正常，即起動機小齒輪僅能打到發(fā)動機飛輪端面上，卻不能嚙合發(fā)動機飛輪，從而帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)。在匹配國內(nèi)某公司的一款車型上，起動機頂齒的IPTV值(指千輛車故障數(shù)，即在一個階段時間內(nèi)的零部件故障總數(shù)與銷售車輛總數(shù)的比值)在2007年1月時為101.5，針對該故障現(xiàn)象，通過對故障件的現(xiàn)場分析及檢測，以及對供應(yīng)商零部件的持續(xù)改進，截止到2009年7月時已降低至17。

2 工作方式

LJ465Q起動機屬于串勵強制嚙合式起動機，通過將蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為機械能，最終驅(qū)動發(fā)動機飛輪旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)發(fā)動機的起動。它包括電樞15、電磁開關(guān)9、單向離合器1及撥叉彈簧2等部件成（見圖1）。

圖1 起動機結(jié)構(gòu)示意圖

電磁開關(guān)動鐵芯在吸拉線圈和保持線圈電磁力共同作用下，通過拉鉤拉動撥叉彈簧，撥叉在撥叉彈簧的作用力下，將單向器向發(fā)動機飛輪齒圈方向推出，直至單向器驅(qū)動齒輪端面到達飛輪齒圈端面。在單向器驅(qū)動齒輪端面到達飛輪齒圈端面后，主觸點與動觸點接通，電樞帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)，并與飛輪嚙合，起動發(fā)動機。

其電氣工作原理為：當(dāng)接通點火開關(guān)時，電流從蓄電池正極經(jīng)過點火開關(guān)然到電磁開關(guān)控制端后分兩路，一路通過吸拉線圈至勵磁線圈至電樞形成回路，另一路通過保持線圈至搭鐵形成回路（見圖2）。

圖2 起動機電氣示意圖

當(dāng)吸拉線圈和保持線圈通過電流時，由于線圈繞向相同，產(chǎn)生的磁通方向也相同，使其電磁吸力相互疊加，吸引動鐵芯向后移動，并帶動撥叉驅(qū)使小齒輪向發(fā)動機飛輪端面移動。動鐵芯在吸拉線圈和保持線圈電磁力作用下，繼續(xù)吸入并拉動撥叉彈簧發(fā)生變形產(chǎn)生彈力，撥叉推動單向器使驅(qū)動齒輪端面頂住飛輪齒圈端面與飛輪嚙合。

此時由于吸拉線圈串接在電樞的電流回路中，電樞得到的電流較小，電樞緩慢的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)動鐵芯末端的動觸點移動到與主觸點接通時，吸拉線圈被短路，電樞得到大電流，并且快速旋轉(zhuǎn)嚙合起動機飛輪，帶動發(fā)動機起動。此時靠保持線圈產(chǎn)生的磁力保持動鐵芯主觸點得以接通。起動后斷開點火開關(guān)時，由于吸拉線圈和保持線圈通電產(chǎn)生的磁通方向相反，其電磁力相互抵消，在復(fù)位彈簧的作用下，動鐵芯等移動部件自動復(fù)位，主觸點與與動觸點斷開，電動機主電路斷開，完成起動控制。

3 頂齒原因分析

由起動機的工作方式我們可以的得知，影響起動機頂齒的原因很多，例如蓄電池容量下降、起動機電氣線路回路故障、起動機本身零部件質(zhì)量故障、頂齒力大小以及電氣回路中電壓降過大、影響始吸電壓等，都會影響著起動機不能正常工作。下面我們將分析起動機電氣線路及頂齒力對起動機頂齒的影響。

3.1 電氣線路的影響

（1）由于LJ465Q所裝配的該款車型，工作環(huán)境較為復(fù)雜，因此根據(jù)QC/T 467—1999《起動機電路的電壓降》的規(guī)定，起動機電路（不包括起動機、電磁開關(guān)與起動機繼電器，但包括所有接線點）內(nèi)，在20℃時蓄電池兩端與起動機兩端每100A的電壓降不得超過0.1V。其起動機工作時電流波形如圖3所示。

圖3 起動機工作時電流波形

根據(jù)以下公式，首先可以計算出蓄電池正極至起動機電纜所需的橫截面積：

其中S——電纜橫截面積(mm2)；

Imax——起動最大電流(A)；

ρ——電阻率，20℃時 ρ=0.01748（Ω·mm2/m)；

L——導(dǎo)線長度(m)；

△U——電壓降。

LJ465Q起動機理論最大起動電流為450 A左右，整車上蓄電池至起動機QVR電纜長度為520 mm，因此可計算出電纜理論截面積為9.09 mm2，為了保證有余量儲備以及滿足國標(biāo)適用型號，整車廠選用的20 mm2QVR電纜，能夠滿足起動機的需要。

（2）由于起動機屬于短時間工作用電設(shè)備，根據(jù)用電設(shè)備負(fù)載電流與導(dǎo)線的截面積選用原則，導(dǎo)線截面積選用為實際載流量60%～100%之間。同時還需考慮電路中的電壓降和導(dǎo)線發(fā)熱等情況，避免影響用電設(shè)備的電氣性能和超過導(dǎo)線的允許溫度。

由于LJ465Q電磁開關(guān)理論工作電流為20 A左右，實際整車起動機控制端所用導(dǎo)線截面積為2.0 mm2，根據(jù)低壓導(dǎo)線允許載流量設(shè)計原則，2.0 mm2導(dǎo)線的60%～100%載流量為16.8～28 A，能夠滿足使用要求。

3.2 線路壓降

由于蓄電池正極至起動機控制端這段回路線路較長，且線束接插件多，并且由于起動機安裝位置相對較低，較容易被泥污覆蓋，容易出現(xiàn)起動機電磁開關(guān)動鐵芯銹蝕現(xiàn)象。

根據(jù)公式：

其中，△U——電壓降（V）；

Imax——用電設(shè)備電流（A）；

R——導(dǎo)線電阻（Ω）；

L——導(dǎo)線長度(m)。

起動機控制端導(dǎo)線長度按3.5 m計算，根據(jù)電阻計算公式：R=ρ L/s，銅的電阻率是 0.017Ω /mm2，計算出該段導(dǎo)線電阻為R=0.0298 Ω，電磁開關(guān)工作電流為20 A，可得出起動機控制端在線路上的電壓降為2.086 V。但在實際測量中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)使用車輛由于使用環(huán)境的影響，線體本身老化及線束接插件接插質(zhì)量下降，接觸電阻大，影響線路壓降，控制端電壓大多為8 V以下，線路壓降大。起動機工作時控制端電壓波形見圖4。

圖4 起動機工作時控制端電壓波形

3.3 頂齒力對起動機的影響

單向器驅(qū)動齒輪端面頂住飛輪齒圈端面的壓力，稱為頂齒力。在電磁開關(guān)的吸拉線圈和保持線圈電磁力共同作用下，克服撥叉彈簧的彈簧力，將動鐵芯吸入后再由保持線圈電磁力，將動觸點與靜觸點保持良好的接觸，在這個過程中，電磁開關(guān)所需的控制電壓，則稱為電磁開關(guān)的始吸電壓。

起動機在工作時，單向器驅(qū)動齒輪在向飛輪齒圈移動過程中，絕大多數(shù)情況是驅(qū)動齒輪剛好頂在飛輪齒圈齒上，當(dāng)電磁開關(guān)觸點接通時，電樞帶動驅(qū)動齒輪齒相對于飛輪齒圈齒轉(zhuǎn)過一定角度后，在頂齒力作用下，驅(qū)動齒輪滑入飛輪齒圈，才完成嚙合過程。在此過程中，如果提供給電磁開關(guān)的實際控制電壓低于起動機電磁開關(guān)的始吸電壓，驅(qū)動齒輪齒頂在飛輪齒圈齒上后，電磁開關(guān)產(chǎn)生的吸拉力不足以將動鐵芯吸入到位，動靜觸點不能接通，電磁開關(guān)出現(xiàn)不吸合，起動機主電源不能接通，只聽見小齒輪打到飛輪端面的“叮當(dāng)”頂齒聲，起動機不能正常工作。

頂齒力的大小，取決于撥叉彈簧的力值。起動機頂齒力的設(shè)計，是根據(jù)與發(fā)動機的實際匹配情況來最終確定合適的頂齒力值。因此在電磁開關(guān)的結(jié)構(gòu)一定的情況下，電磁開關(guān)始吸電壓越高，電磁開關(guān)產(chǎn)生的吸拉力就越大，撥叉彈簧的力值越大，則頂齒力越大，就越容易與飛輪嚙合。

由于起動機安裝位置離發(fā)動機排氣管位置較近，而且工作方式屬于短時間大電流，工作溫度較高，而當(dāng)環(huán)境溫度升高時，吸拉線圈及保持線圈內(nèi)部溫升也相應(yīng)增高，這樣會使漆層老化加劇，絕緣性能下降，縮短使用壽命，影響最大的是由于溫度升高后，線圈電阻增加，工作電流減小，影響電磁開關(guān)始吸電壓。

因此在電氣線路壓降大及頂齒力控制不合理、始吸電壓低等因素的影響下，都會造成起動機頂齒故障的產(chǎn)生經(jīng)過試驗對比，原車使用的蓄電池容量為45 A h，在此狀態(tài)下，不同電瓶狀態(tài)（可模擬電氣線路壓降）以及不同環(huán)境溫度，都會影響起動機電磁開關(guān)始吸電壓，最終影響起動機工作。試驗結(jié)果見表1。

表1 不同狀態(tài)的電瓶對起動機始吸電壓的影響

根據(jù)對LJ465Q起動機頂齒故障原因的初步分析，需要改進起動機在整車起動電路和控制電路中的分配電壓，分配電壓必須高于起動機電磁開關(guān)的始吸電壓，以及改善起動機電磁開關(guān)吸拉力、電磁開關(guān)防銹等方面。

（1）將電磁開關(guān)動鐵芯直徑由Φ23 mm改為Φ24 mm。由于動鐵芯直徑加大，動鐵芯磁通量加大，增加吸拉線圈和保持線圈對動鐵芯吸拉力，由此來降低電磁開關(guān)始吸電壓。

（2）電磁開關(guān)吸拉線圈漆包線由Φ1.06mm改為Φ1.0mm。電磁開關(guān)電阻加大，增加電磁開關(guān)在整車線路總回路中分壓。

（3）重新設(shè)計電磁開關(guān)后端蓋密封墊外型，防止泥水過多的進入電磁開關(guān)內(nèi)部，以及更換防銹能力較高的防銹油和更改浸油工藝，改善動鐵芯的防銹能力，避免因動鐵芯銹蝕影響頂齒力。

（4）起動機撥叉彈簧力由75 N調(diào)整為55 N。由于撥叉彈簧力的降低，將減小電磁開關(guān)克服的動鐵芯的作用力，使動鐵芯能更容易的吸入，從而相應(yīng)的提高電磁開關(guān)始吸電壓。

5 結(jié)束語

綜上所述，要解決起動機頂齒故障，必須根據(jù)起動機在整車起動電路和控制電路中的電壓分配情況，以及考慮蓄電池的狀態(tài)和起動機的環(huán)境溫度，通過調(diào)整撥叉彈簧的力值和電磁開關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，降低電磁開關(guān)吸合電壓，并通過提高整車接插件質(zhì)量，避免因接插接觸不良影響電磁開關(guān)控制電壓，最終提高起動機在整車電路中的分配電壓，以滿足起動機與整車系統(tǒng)的良好匹配?；谝陨蠑?shù)點，才能盡量避免起動機頂齒故障的發(fā)生，降低產(chǎn)品故障率。

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