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，采用傳統的強制嚙合直驅式結構，該結構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，在整車上的表現為當閉合點火開關起動擋起動發(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。在匹配國內某公司的一款車型上，起動機頂齒的IPTV值(指千輛車故障數，即在一個階段時間內的零部件故障總數與銷售車輛總數的比值)在2007年1月時為101.5，針對該故障現象，通過對故障件的現場分析及檢測，以及對供應商零部件的持續(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化為機械能，最終驅動發(fā)動機飛輪旋轉來實現發(fā)動機的起動。它包括電樞15、電磁開關9、單向離合器1及撥叉彈簧2等部件成（見圖1）。

圖1 起動機結構示意圖

電磁開關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，直至單向器驅動齒輪端面到達飛輪齒圈端面。在單向器驅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，并與飛輪嚙合，起動發(fā)動機。

其電氣工作原理為：當接通點火開關時，電流從蓄電池正極經過點火開關然到電磁開關控制端后分兩路，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

當吸拉線圈和保持線圈通過電流時，由于線圈繞向相同，產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)生變形產生彈力，撥叉推動單向器使驅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，當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，并且快速旋轉嚙合起動機飛輪，帶動發(fā)動機起動。此時靠保持線圈產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時，由于吸拉線圈和保持線圈通電產生的磁通方向相反，其電磁力相互抵消，在復位彈簧的作用下，動鐵芯等移動部件自動復位，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)境較為復雜，因此根據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、電磁開關與起動機繼電器，但包括所有接線點）內，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備，根據用電設備負載電流與導線的截面積選用原則，導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線發(fā)熱等情況，避免影響用電設備的電氣性能和超過導線的允許溫度。

由于LJ465Q電磁開關理論工作電流為20 A左右，實際整車起動機控制端所用導線截面積為2.0 mm2，根據低壓導線允許載流量設計原則，2.0 mm2導線的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，容易出現起動機電磁開關動鐵芯銹蝕現象。

根據公式：

其中，△U——電壓降（V）；

Imax——用電設備電流（A）；

R——導線電阻（Ω）；

L——導線長度(m)。

起動機控制端導線長度按3.5 m計算，根據電阻計算公式：R=ρ L/s，銅的電阻率是 0.017Ω /mm2，計算出該段導線電阻為R=0.0298 Ω，電磁開關工作電流為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，多數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，電磁開關所需的控制電壓，則稱為電磁開關的始吸電壓。

起動機在工作時，單向器驅動齒輪在向飛輪齒圈移動過程中，絕大多數情況是驅動齒輪剛好頂在飛輪齒圈齒上，當電磁開關觸點接通時，電樞帶動驅動齒輪齒相對于飛輪齒圈齒轉過一定角度后，在頂齒力作用下，驅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的實際控制電壓低于起動機電磁開關的始吸電壓，驅動齒輪齒頂在飛輪齒圈齒上后，電磁開關產生的吸拉力不足以將動鐵芯吸入到位，動靜觸點不能接通，電磁開關出現不吸合，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”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。起動機頂齒力的設計，是根據與發(fā)動機的實際匹配情況來最終確定合適的頂齒力值。因此在電磁開關的結構一定的情況下，電磁開關始吸電壓越高，電磁開關產生的吸拉力就越大，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，而當環(huán)境溫度升高時，吸拉線圈及保持線圈內部溫升也相應增高，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生經過試驗對比，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始吸電壓，最終影響起動機工作。試驗結果見表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的始吸電壓，以及改善起動機電磁開關吸拉力、電磁開關防銹等方面。

（1）將電磁開關動鐵芯直徑由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始吸電壓。

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

（3）重新設計電磁開關后端蓋密封墊外型，防止泥水過多的進入電磁開關內部，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調整為55 N。由于撥叉彈簧力的降低，將減小電磁開關克服的動鐵芯的作用力，使動鐵芯能更容易的吸入，從而相應的提高電磁開關始吸電壓。

5 結束語

綜上所述，要解決起動機頂齒故障，必須根據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，通過調整撥叉彈簧的力值和電磁開關的結構參數，降低電磁開關吸合電壓，并通過提高整車接插件質量，避免因接插接觸不良影響電磁開關控制電壓，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的良好匹配?；谝陨蠑迭c，才能盡量避免起動機頂齒故障的發(fā)生，降低產品故障率。

[1]麻友良.汽車電器與電子控制系統[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

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