三級(jí)軟嚙合起動(dòng)機(jī)

肖建國(guó)，胡智慧，李稚勇

（長(zhǎng)沙汽電汽車零部件有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

由于內(nèi)燃機(jī)不具有自啟動(dòng)的特性，故需要增加輔助啟動(dòng)部件，從最初的人力啟動(dòng) （手搖啟動(dòng)），到現(xiàn)在主流的電力輔助啟動(dòng)，一直以來都是內(nèi)燃機(jī)不可或缺的部件。而實(shí)現(xiàn)輔助啟動(dòng)功能的主要部件起動(dòng)機(jī)一直以來都是內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零部件，對(duì)整個(gè)內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)品質(zhì)影響較大。從這么多年來市場(chǎng)了解的內(nèi)燃機(jī)故障模式分析來看，起動(dòng)機(jī)故障數(shù)占整個(gè)內(nèi)燃機(jī)故障數(shù)中比例較高。

1 一般起動(dòng)機(jī)故障模式

筆者結(jié)合多年來市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，起動(dòng)機(jī)故障模式中占比較高的兩種故障模式為銑齒和頂齒；因?yàn)檎嚲S修人員基本上填寫的故障名稱為不工作或空轉(zhuǎn)，所以在故障信息統(tǒng)計(jì)分析中存在很多歸納失誤，因?yàn)槿鼨C(jī)測(cè)試功率等都顯示為正常，所以誤判斷較多。其中很多歸納為不工作或空轉(zhuǎn)或正常的三包機(jī)，實(shí)際是有銑齒或頂齒故障模式的起動(dòng)機(jī)。

雖然，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定起動(dòng)機(jī)單向器齒輪端面與飛輪端面距離為3～5 mm；但實(shí)際使用過程中，因一機(jī)多配現(xiàn)像很多，距離分布達(dá)到了2～8 mm。距離太小時(shí)，在極端情況下，容易發(fā)生頂齒故障；距離太大時(shí)，在極端情況下，容易發(fā)生銑齒故障。尤其在銑齒故障發(fā)生后，單向器齒輪如銑刀一般對(duì)內(nèi)燃機(jī)飛輪端面進(jìn)行銑削破壞，若如此反復(fù)，則使距離愈加擴(kuò)大，從而更加重了銑齒故障的發(fā)生頻率，以致于最后齒輪副很難嚙合形成只有起動(dòng)機(jī)齒輪旋轉(zhuǎn)，但飛輪不能旋轉(zhuǎn)來啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，形成所謂的空轉(zhuǎn)故障模式。在這種情況下，即使是具有二級(jí)慢轉(zhuǎn)軟嚙合的起動(dòng)機(jī)由于端面距離大而齒面壓力小，使得慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速過高，很容易錯(cuò)過齒輪齒厚與齒槽間的間隙，造成不能正常嚙合，也會(huì)造成空轉(zhuǎn)，不能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

2 新結(jié)構(gòu)起動(dòng)機(jī)工作原理

筆者設(shè)計(jì)一種新結(jié)構(gòu)起動(dòng)機(jī)——三級(jí)慢轉(zhuǎn)軟嚙合起動(dòng)機(jī)。如果原起動(dòng)機(jī)為二級(jí)慢轉(zhuǎn)嚙合起動(dòng)機(jī)，只需將三級(jí)起動(dòng)器串入慢轉(zhuǎn)線圈電路中即可；如果是強(qiáng)制嚙合起動(dòng)機(jī)，則需要讓起動(dòng)器串聯(lián)一個(gè)慢轉(zhuǎn)電阻，然后與電磁開關(guān)吸拉線圈并聯(lián)，強(qiáng)制嚙合起動(dòng)機(jī)改接起動(dòng)電路如圖1所示。工作過程如下。

圖1 強(qiáng)制嚙合起動(dòng)機(jī)改接起動(dòng)電路圖

1）接通點(diǎn)火鎖開關(guān)K1。

2）第1路電流從蓄電池正極→點(diǎn)火開關(guān)觸點(diǎn)K1→車點(diǎn)火繼電器線圈→蓄電池負(fù)極，使車點(diǎn)火繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)K2閉合。

3）第2路電流從蓄電池正極→車點(diǎn)火繼電器觸點(diǎn)K2→起動(dòng)機(jī)繼電器線圈→蓄電池負(fù)極，使起動(dòng)機(jī)繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)K3閉合。

4）第3路電流從蓄電池正極→起動(dòng)機(jī)繼電器觸點(diǎn)K3→分兩路 （一路：電磁開關(guān)保位線圈→蓄電池負(fù)極；二路：電磁開關(guān)吸拉線圈→起動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈→起動(dòng)機(jī)電樞→蓄電池負(fù)極），使得起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)的保位線圈和吸拉線圈同時(shí)得電，但此時(shí)電磁開關(guān)常開主觸點(diǎn)K4不立即閉合，只是產(chǎn)生電磁拉力，使電磁開關(guān)動(dòng)鐵心朝閉合方向移動(dòng)，同時(shí)拉動(dòng)拔叉繞拔叉銷旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)單向器向飛輪方向移動(dòng)。隨著電磁開關(guān)動(dòng)鐵心的漸漸吸入，拔叉推動(dòng)單向器齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈嚙合。大多數(shù)情況下 （約60%左右），單向器齒輪的齒厚部分與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的齒厚部分對(duì)齊而頂住，使單向器齒輪無法繼續(xù)前行而順利嚙合，但電磁開關(guān)的電磁力還在漸漸增加，故拉動(dòng)拔叉、拔叉銷整體軸向移動(dòng)壓縮起動(dòng)機(jī)頂齒彈簧，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，拔叉推動(dòng)三級(jí)起動(dòng)器動(dòng)頂桿移動(dòng)，從而使三級(jí)起動(dòng)器的動(dòng)靜觸點(diǎn)K5閉合。

5）第4路電流從蓄電池正極→慢轉(zhuǎn)電阻→三級(jí)起動(dòng)器觸點(diǎn)K5→起動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈→起動(dòng)機(jī)電樞→蓄電池負(fù)極 （與另路電磁開關(guān)吸拉線圈并聯(lián)后），使電機(jī)產(chǎn)生力矩旋轉(zhuǎn) （因此時(shí)線路電阻較大，故力矩較小，形成慢轉(zhuǎn)），帶動(dòng)單向器齒輪旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，讓齒厚與齒槽對(duì)齊而順利嚙合。嚙合后，拔叉、拔叉銷在頂齒彈簧作用下整體移動(dòng)回位，從而使三級(jí)起動(dòng)器動(dòng)觸點(diǎn)恢復(fù)常開狀態(tài)，斷電而失去慢轉(zhuǎn)能力（注：強(qiáng)制嚙合起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)吸拉線圈電阻大，單獨(dú)通過該支路的電流無法形成慢轉(zhuǎn)），但因?yàn)殡姶砰_關(guān)吸拉、保位線圈一直在通電持續(xù)產(chǎn)生拉力，繼續(xù)拉動(dòng)鐵心移動(dòng)，同時(shí)也繼續(xù)拉動(dòng)齒輪與飛輪完全嚙合，動(dòng)鐵心邊移動(dòng)邊壓縮回位彈簧，移動(dòng)到一定位置時(shí)，電磁開關(guān)常開主觸點(diǎn)K4接通。因主觸點(diǎn)兩端電位相同，短路電磁開關(guān)吸拉線圈，此時(shí)，只有保位線圈流過電流產(chǎn)生電磁拉力，保持齒輪與飛輪嚙合狀態(tài)。

6）第5路電流從蓄電池正極→電磁開關(guān)主觸點(diǎn)K4→起動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈→起動(dòng)機(jī)電樞→蓄電池負(fù)極。因起動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈和電樞電阻很小，故產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

7）發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升，自主工作旋轉(zhuǎn)，操作者斷開點(diǎn)火開關(guān)，車?yán)^電器、起動(dòng)機(jī)繼電器相繼失電，觸點(diǎn)相繼恢復(fù)常開狀態(tài)。但此時(shí)，主觸點(diǎn)K4還沒有斷開，電流通過主觸點(diǎn)K4、吸拉線圈、保位線圈形成通路，但由于吸拉線圈 （與保位線圈有效匝數(shù)相同）電流方向與工作時(shí)流向相反，故磁場(chǎng)相反，相互抵消。動(dòng)鐵心失去電磁拉力后，在開關(guān)回位彈簧的作用下退回，主觸點(diǎn)斷開恢復(fù)常開狀態(tài)。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后，飛輪轉(zhuǎn)速上升，迅速超過起動(dòng)機(jī)單向器齒輪轉(zhuǎn)速，飛輪由從動(dòng)輪轉(zhuǎn)換為主動(dòng)輪。作用力促使單向器沿行星輪架軸上的螺旋花鍵向后退出嚙合，同時(shí)，單向器齒輪相對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)，避免電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超高。至此，起動(dòng)過程完成。

3 三級(jí)起動(dòng)器

三級(jí)起動(dòng)器如圖2所示，是一種常開開關(guān)。其作用：當(dāng)起動(dòng)機(jī)齒輪齒厚與汽車飛輪齒厚對(duì)齊，以致于起動(dòng)機(jī)齒輪與飛輪齒圈無法順利嚙合，而且齒面壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，此頂桿移動(dòng)，此常開觸點(diǎn)閉合，接通慢轉(zhuǎn)電路，使兩對(duì)齊的齒厚旋轉(zhuǎn)錯(cuò)開一角度直至順利嚙合。嚙合動(dòng)作完成后，此開關(guān)觸點(diǎn)恢復(fù)常開狀態(tài)。在大約40%左右的起動(dòng)過程中，起動(dòng)機(jī)齒輪齒厚不會(huì)與飛輪齒厚對(duì)齊頂齒，可以不需要慢轉(zhuǎn)就實(shí)現(xiàn)順利嚙合，也就是說在這種情況下，慢轉(zhuǎn)電阻和起動(dòng)器不需要參與工作。

圖2 三級(jí)起動(dòng)器

4 總結(jié)

綜上可知，裝有三級(jí)起動(dòng)器的起動(dòng)機(jī) （圖3）有以下優(yōu)點(diǎn)：①因?yàn)椴皇菑?qiáng)制嚙合，開關(guān)吸拉力可以減小，可節(jié)約銅線。②在順利嚙合的情況下，起動(dòng)器和慢轉(zhuǎn)電阻不參與工作，可減少部分能量損耗。③可以大大減少因?yàn)槠饎?dòng)機(jī)齒端面與飛輪齒端面之間距離對(duì)于起動(dòng)機(jī)的影響，保持齒端面壓力在一定值時(shí)產(chǎn)生慢轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，以免慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速過快錯(cuò)過嚙合時(shí)期而發(fā)生銑齒。當(dāng)然也能避免齒端面壓力過大而發(fā)生頂齒的故障。④慢轉(zhuǎn)電阻接在外面，有利于散熱，避免燒壞電磁開關(guān)線圈。

圖3 裝有三級(jí)起動(dòng)器的起動(dòng)機(jī)