汽車起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

黃正午，王昕利，陳振權(quán)，楊琴

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007；2.柳州天海盟立電器有限公司，廣西柳州545100）

汽車起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

黃正午1，王昕利1，陳振權(quán)1，楊琴2

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007；2.柳州天海盟立電器有限公司，廣西柳州545100）

起動(dòng)機(jī)是汽車啟動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)不可或缺的設(shè)備，一旦起動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致車輛不好啟動(dòng)，甚至有時(shí)無法著車。尤其是某些故障會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作，引起起動(dòng)機(jī)燒蝕產(chǎn)生明火損壞線束和部分零件，因此對(duì)起動(dòng)機(jī)的線路進(jìn)行保護(hù)尤為必要。從起動(dòng)機(jī)的工作原理進(jìn)行分析，并嘗試性地設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路。

汽車；起動(dòng)機(jī)；保護(hù)；設(shè)計(jì)

目前，汽車市場(chǎng)上使用的起動(dòng)機(jī)種類繁多，質(zhì)量參差不齊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是不盡相同，但起動(dòng)機(jī)的工作原理和失效模式基本一樣，其中起動(dòng)機(jī)失效模式最常見的是起動(dòng)機(jī)工作無力，導(dǎo)致汽車需要多次點(diǎn)火才可以啟動(dòng)，這種故障經(jīng)過簡(jiǎn)單的檢查即可排除［1］。起動(dòng)機(jī)失效模式中有一種是因某種原因?qū)е缕饎?dòng)機(jī)在著車后長(zhǎng)時(shí)間通電一直工作，引起起動(dòng)機(jī)內(nèi)部燒蝕，甚至產(chǎn)生明火燒壞起動(dòng)機(jī)附近的汽車零件，此種故障涉及的零件較多，一般情況下很難找出具體原因，即使換上新的起動(dòng)機(jī)配件后，仍有可能再次出現(xiàn)起動(dòng)機(jī)燒蝕情況，產(chǎn)生安全隱患，導(dǎo)致用戶產(chǎn)生抱怨。由于目前汽車起動(dòng)機(jī)存在著車后繼續(xù)工作的風(fēng)險(xiǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路，經(jīng)過多次驗(yàn)證，可以降低起動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作的概率，提高了起動(dòng)機(jī)工作的可靠性。

1　起動(dòng)機(jī)的工作原理

汽車起動(dòng)機(jī)的整個(gè)工作過程主要包括三個(gè)過程：起動(dòng)機(jī)吸引過程、起動(dòng)機(jī)保持過程、起動(dòng)機(jī)停止過程［2］。

（1）起動(dòng)機(jī)吸引過程

點(diǎn)火開關(guān)閉合，電流流經(jīng)吸拉線圈和保護(hù)線圈產(chǎn)生磁力推動(dòng)接觸盤向主觸點(diǎn)移動(dòng)。另外，流經(jīng)吸拉線圈的電流也流經(jīng)電機(jī)M.此時(shí)，流經(jīng)吸拉線圈和電機(jī)的電流較小，電機(jī)M緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，以便電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒順利嚙合。電路圖如圖1所示。

圖1　起動(dòng)機(jī)吸引過程電路圖

（2）起動(dòng)機(jī)保持過程

點(diǎn)火開關(guān)仍閉合，磁力將接觸盤緊貼兩觸點(diǎn)，吸拉線圈被短路，電流直接經(jīng)過主觸點(diǎn)，此時(shí)流經(jīng)電機(jī)的電流很大，使電機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。在保持線圈產(chǎn)生的磁力作用下，把接觸盤保持在兩觸點(diǎn)上。電路圖如圖2所示。

圖2　起動(dòng)機(jī)保持過程電路圖

（3）起動(dòng)機(jī)停止過程

點(diǎn)火開關(guān)由閉合斷開，開關(guān)無電流流出。與一階段相比，吸拉線圈電流倒流，通過保持線圈順流。但兩線圈的匝數(shù)一樣，流經(jīng)的電流大小相等，方向相反，產(chǎn)生的磁力合力為零，處于平衡。此時(shí)，電磁開關(guān)里彈簧的彈力將接觸盤推離脫開兩主接觸點(diǎn)，電機(jī)無電流通過，電機(jī)停轉(zhuǎn)。電路圖如圖3所示。

圖3　起動(dòng)機(jī)停止過程電路圖

2　起動(dòng)機(jī)的失效模式

起動(dòng)機(jī)的工作原理比較簡(jiǎn)單，起動(dòng)機(jī)失效原因也是多種多樣，主要失效模式有以下幾種：

（1）起動(dòng)機(jī)齒輪轉(zhuǎn)速低，著車無力，需要多次點(diǎn)火才可以著車；

（2）起動(dòng)機(jī)內(nèi)部斷路，起動(dòng)機(jī)在點(diǎn)火時(shí)不能正常工作；

（3）起動(dòng)機(jī)間歇性不工作，起動(dòng)機(jī)內(nèi)部接觸不良，多次敲打起動(dòng)機(jī)后，起動(dòng)機(jī)又可以正常工作；

（4）起動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作，點(diǎn)火開關(guān)從點(diǎn)火檔“START”回到“ON”時(shí)，起動(dòng)機(jī)齒輪與飛輪仍未分離，起動(dòng)機(jī)還在繼續(xù)工作。

如果起動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作，工作時(shí)間過長(zhǎng)后會(huì)產(chǎn)生過多的熱量，起動(dòng)機(jī)內(nèi)部的絕緣物質(zhì)被高溫熔化引起燃燒，導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)燒蝕嚴(yán)重。如圖4所示。

圖4　起動(dòng)機(jī)燒蝕圖

3　起動(dòng)機(jī)的工作電路

以某一車型為例，蓄電池電壓為12 V，各檔位供電情況如圖4所示。正常情況下，著車時(shí)點(diǎn)火開關(guān)是從“ON”檔切換到“ST”檔，此時(shí)BCM（車身控制模塊）的D5、D6針腳給點(diǎn)火開關(guān)的4號(hào)針腳12 V電壓，通過點(diǎn)火開關(guān)內(nèi)部的導(dǎo)電環(huán)將4號(hào)針腳和5號(hào)針腳導(dǎo)通，此時(shí)點(diǎn)火開關(guān)的5號(hào)針腳輸出12 V電壓，經(jīng)過C203接插件的18號(hào)針腳，再經(jīng)過F209保險(xiǎn)，然后通過C103接插件，最終起動(dòng)機(jī)磁力開關(guān)里面的線圈正極端得到12 V電壓信號(hào)。磁力開關(guān)內(nèi)部線圈產(chǎn)生的磁力將動(dòng)觸片吸合，起動(dòng)機(jī)開始進(jìn)行工作，車輛正常著車。車輛啟動(dòng)系統(tǒng)電路圖如圖5所示。

圖5　車輛啟動(dòng)系統(tǒng)電路圖

從圖5可以看出，如果起動(dòng)機(jī)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間工作，一般情況下原因有以下幾種：

（1）點(diǎn)火開關(guān)不回位，即著車后鑰匙卡滯在點(diǎn)火檔“START”不能正?；氐健癘N”.

（2）點(diǎn)火開關(guān)到起動(dòng)機(jī)信號(hào)端線路出現(xiàn)對(duì)電源短路。

（3）起動(dòng)機(jī)磁力開關(guān)本身質(zhì)量問題導(dǎo)致動(dòng)觸片在沒有接收到啟動(dòng)信號(hào)電壓情況下，繼續(xù)粘貼在B+（電源）和M（電機(jī)）端。

（4）其他原因，比如點(diǎn)火鑰匙串上的吊墜物掛到其他物體導(dǎo)致鑰匙不回位。

4　起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

4.1保護(hù)電路的實(shí)物設(shè)計(jì)

根據(jù)起動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作的幾種原因分析，設(shè)計(jì)一種起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路。結(jié)合“低成本、高價(jià)值”的理念，利用一個(gè)廢棄的發(fā)動(dòng)機(jī)艙保險(xiǎn)盒，選擇一個(gè)五角繼電器，加上一個(gè)小功率燈泡，連接幾根導(dǎo)線，即可制成一個(gè)簡(jiǎn)單的起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路。起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖6所示。將起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路加入到整車啟動(dòng)系統(tǒng)電路中，對(duì)于著車過程完成后，即使出現(xiàn)鑰匙卡滯不回位或起動(dòng)機(jī)信號(hào)電路出現(xiàn)異常，可以起到保護(hù)、警告作用，以便提醒用戶采取必要的措施，避免引起嚴(yán)重的安全事故發(fā)生。

圖6　起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路實(shí)物圖

4.2保護(hù)電路的工作原理介紹

在車輛鑰匙進(jìn)行點(diǎn)火前，起動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器R的a觸點(diǎn)和b觸點(diǎn)導(dǎo)通。當(dāng)點(diǎn)火鑰匙進(jìn)行正常點(diǎn)火后，點(diǎn)火信號(hào)由點(diǎn)火開關(guān)5號(hào)針腳發(fā)出，經(jīng)過起動(dòng)機(jī)保險(xiǎn)F209，由于繼電器R內(nèi)部動(dòng)觸片處在原始位置，a觸點(diǎn)和b觸點(diǎn)導(dǎo)通，啟動(dòng)信號(hào)經(jīng)過繼電器R的30號(hào)針腳→a觸點(diǎn)→b觸點(diǎn)→75A針腳，最后到達(dá)起動(dòng)機(jī)磁力開關(guān)A端。12 V電壓產(chǎn)生的電流流經(jīng)磁力開關(guān)內(nèi)部線圈，產(chǎn)生的磁力推動(dòng)磁力開關(guān)內(nèi)部的接觸盤向主觸點(diǎn)移動(dòng)，車輛正常著車。車輛開始工作后，繼電器R線圈正極端即85號(hào)針腳采集到發(fā)電機(jī)輸出的14 V發(fā)電電壓，電流經(jīng)過線圈產(chǎn)生磁力，促使繼電器內(nèi)部動(dòng)觸片與b觸點(diǎn)分離，導(dǎo)致a觸點(diǎn)和c觸點(diǎn)導(dǎo)通。

車輛在行駛或者怠速情況下，當(dāng)出現(xiàn)點(diǎn)火鑰匙卡滯不回位或者點(diǎn)火開關(guān)到起動(dòng)機(jī)信號(hào)端線路出現(xiàn)對(duì)電源短路，甚至人為誤操作長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)火情況下，起動(dòng)機(jī)不會(huì)進(jìn)行工作。并且警告燈泡會(huì)點(diǎn)亮，提醒用戶意識(shí)到車輛起動(dòng)機(jī)線路出現(xiàn)異常，及時(shí)下車進(jìn)行檢查。起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路電路圖如圖7所示。

圖7　起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路圖

起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路應(yīng)用在整車中的啟動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)原車啟動(dòng)系統(tǒng)電路的改動(dòng)較小，對(duì)原車電路系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生不利影響。車輛啟動(dòng)正常，工作性能良好并且不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路應(yīng)用在整車啟動(dòng)系統(tǒng)中的電路圖如圖8所示。

圖8　帶起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路的整車啟動(dòng)系統(tǒng)中電路圖

5　效果驗(yàn)證

將起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路應(yīng)用到多個(gè)車型上，測(cè)試效果良好，對(duì)車輛啟動(dòng)性能沒有產(chǎn)生任何不良影響。在大部分情況下，著車后可以起到切斷起動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)，促使起動(dòng)機(jī)不再接收外部輸入信號(hào)，保護(hù)起動(dòng)機(jī)不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致出現(xiàn)燒蝕等故障。

在車輛正常著車后，進(jìn)行多次人為繼續(xù)點(diǎn)火測(cè)試，每次警告燈泡均可以點(diǎn)亮，充分證明本文設(shè)計(jì)的起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路能夠發(fā)揮保護(hù)作用。在著車后切斷起動(dòng)機(jī)外部啟動(dòng)信號(hào)，即使啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)異常，能夠點(diǎn)亮警告燈及時(shí)提醒用戶盡快采取相應(yīng)措施，避免起動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作引起燒蝕或其他更嚴(yán)重事故發(fā)生。

6　結(jié)束語

通過設(shè)計(jì)起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路，能夠降低汽車起動(dòng)機(jī)失效故障概率，減少用戶半路拋錨的情況發(fā)生，提高車輛行駛穩(wěn)定性，節(jié)省用戶維修車輛開支，提高用戶對(duì)公司產(chǎn)品的滿意度。

［1］胡明義.汽車起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、原理與檢修［Z］.2007.［2］TTI公司.商用車電氣系統(tǒng)診斷與維修［Z］.2013.

Design of the Automobile Starter Protection Circuit

HUANG Zheng-wu1，WANG Xin-li1，CHEN Zhen-quan1，YANG Qin2
（1.SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China；2.Liuzhou Tianhai Mirle Electrical Appliance Co.Ltd.，Liuzhou Guangxi 545100，China）

The starter is an indispensable equipment for automobile starting system，once the starter failure will cause the vehicle to a bad start，and sometimes even not a car.Especially some failures will cause the starter working for a long time，caused by the damage of the wire harness and fire starter ablating parts，so the starter line protection is necessary.From the analysis of the working principle of the starter，and try to design a simple starter protection circuit.

vehicles；starter；protection；design

U464.142

A

1672-545X（2016）08-0092-03

2016-05-22

黃正午（1985-），男，湖北人，工程師，碩士，研究方向?yàn)槠囯姎庀到y(tǒng)故障診斷。