CN200車型起動(dòng)機(jī)常見故障及解決方案淺析

黃東揚(yáng)，陳旭健，何雪解

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

目前，汽車在國內(nèi)發(fā)展越來越趨于飽和，公司推出的CN200車型是商用車轉(zhuǎn)乘用車的一款重要MPV產(chǎn)品，秉承高質(zhì)量、高性能和高性價(jià)比的優(yōu)勢，受市場認(rèn)可度較高。但是隨著市場保有量增加和使用時(shí)間推移，起動(dòng)機(jī)失效問題時(shí)有發(fā)生，故障檢測較繁雜，且維修花費(fèi)較多時(shí)間，引起客戶抱怨強(qiáng)烈。

起動(dòng)機(jī)失效的原因較多，通過售后維修數(shù)據(jù)及故障件，分析出幾種常見故障：異響、啟動(dòng)困難和燒蝕等，本文主要介紹以上故障模式，從起動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、零件制造及裝配環(huán)節(jié)進(jìn)行淺析，并制定對應(yīng)解決措施。

1 起動(dòng)機(jī)工作原理及特性

CN200車型起動(dòng)機(jī)的構(gòu)造如圖1所示，與其它車型大同小異。裝配上，起動(dòng)機(jī)通過固定螺栓固定在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪支架上，具有一定的防水性能。

圖1 起動(dòng)機(jī)構(gòu)造

1.1 起動(dòng)機(jī)工作原理

起動(dòng)機(jī)的S端連接到點(diǎn)火鎖，起到點(diǎn)火鑰匙控制車輛啟動(dòng)的作用；M端連接電磁開關(guān)和轉(zhuǎn)子，控制起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子工作；B+端連接蓄電池正極，給起動(dòng)機(jī)工作供電；電機(jī)殼體接地，通過車身、負(fù)極線回到蓄電池負(fù)極，形成一個(gè)完整的回路。如圖2所示。

圖2 起動(dòng)機(jī)工作原理圖[1]

鑰匙擰到Start檔時(shí)，S/W開關(guān)閉合，電流從蓄電池正極流向起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)S端，其中一個(gè)回路從保持線圈（H-coil）經(jīng)過車身搭鐵后回到蓄電池負(fù)極，另一回路從吸拉線圈（P-coil）經(jīng)過電磁開關(guān)M端再經(jīng)過轉(zhuǎn)子殼體接車身再回到蓄電池負(fù)極，此時(shí)保持線圈和吸拉線圈的電流方向是相同的，根據(jù)安培定則，兩個(gè)線圈的力同時(shí)向上，動(dòng)觸片接觸B+和M，拔叉把齒輪彈出與飛輪嚙合，轉(zhuǎn)子工作，高速運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)飛輪工作，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)成功。

鑰匙松開Start檔時(shí)，S/W開關(guān)斷開，此時(shí)線圈磁力不能馬上消除，電流從M端經(jīng)過吸拉線圈和保持線圈回到蓄電池負(fù)極，此時(shí)兩個(gè)線圈的電流方向相反，兩個(gè)線圈的匝數(shù)一樣，作用力互相抵消，動(dòng)觸片在彈簧的作用下斷開B+和M連接，飛輪彈出，起動(dòng)機(jī)停止工作。

1.2 起動(dòng)機(jī)工作特性

（1）轉(zhuǎn)矩特性：轉(zhuǎn)矩隨電樞電流變化的關(guān)系，M=f（Is），起動(dòng)瞬間Imax，n=0，處于完全制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)啟動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)矩很大，使發(fā)動(dòng)機(jī)易于啟動(dòng)；

（2）機(jī)械特性：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩而變化的關(guān)系n=f（M），直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而迅速下降，具有軟的機(jī)械特性；

（3）功率特性：P=EI=（E-I∑R）I，E 是電動(dòng)勢，R 是阻值[2]。

①完全制動(dòng)時(shí)：P ＝ 0，E=0，n ＝ 0時(shí)，Mmax，發(fā)動(dòng)機(jī)即將起動(dòng)時(shí)，即起動(dòng)機(jī)剛接入瞬間，此時(shí)n=0，I最大（稱為制動(dòng)電流），M也達(dá)最大值（稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩）；

②空載時(shí)：Imin，nmax，P=0 ，起動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，I最?。ǚQ為空轉(zhuǎn)電流），n達(dá)最大值（稱為空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速）；

③啟動(dòng)時(shí)：當(dāng)I＝0.5Imax，Pmax，起動(dòng)電流接近制動(dòng)電流一半時(shí)，起動(dòng)機(jī)的P最大。如圖3所示。

圖3 起動(dòng)機(jī)工作特性圖

2 常見故障分析及解決方案

起動(dòng)機(jī)的工作原理較簡單，CN200車型起動(dòng)機(jī)的常見失效模式有以下三種，分析如下。

2.1 異響

2016年9月收到售后退回的CN200起動(dòng)機(jī)3件故障件（1#、2#、3#），分析結(jié)果如下：

（1）驅(qū)蓋斷裂

①驅(qū)蓋毛坯鑄造缺陷，零件產(chǎn)生夾雜物、冷隔缺陷。同時(shí)因?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致應(yīng)力集中部位（斷口）易產(chǎn)生氣孔。如圖4所示。

圖41 、2#故障件——鑄造缺陷

②驅(qū)蓋過渡R角較小，通過CAE分析發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)在斷口位置，導(dǎo)致根部強(qiáng)度不足。如圖5所示。以上兩種原因結(jié)合則易導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)運(yùn)行中端蓋受力斷裂。

圖51 、2#故障件——過度R角較小，應(yīng)力集中

（2）軸襯異常磨損

經(jīng)過對3#故障件逐一拆解，發(fā)現(xiàn)定轉(zhuǎn)子磨擦，磁極破裂，驅(qū)動(dòng)軸軸襯及行星齒輪軸襯異常磨損，后蓋的密封蓋已脫落/軸襯異常磨損。如圖6所示。

圖63 #故障件——定轉(zhuǎn)子磨擦，磁極破裂，驅(qū)動(dòng)軸軸襯及行星齒輪軸襯異常磨損

由于后蓋軸襯異常磨損，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子邊轉(zhuǎn)邊擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軸軸襯的載荷加劇造成其軸襯磨損，繼而定子與轉(zhuǎn)子的間隙越來越小，定子磁極受到轉(zhuǎn)子撞擊而破損，后蓋軸襯磨損直到碎裂，密封蓋在碎屑的擠壓作用下脫落。整個(gè)過程中，軸襯的異常磨損導(dǎo)致噪音越來越大。

3#故障件關(guān)鍵尺寸檢查如表1所示。

表13 #故障件關(guān)鍵尺寸測量

根據(jù)對故障件拆解分析及關(guān)鍵尺寸測量，得出結(jié)論：異響的主要原因?yàn)轵?qū)蓋斷裂和軸襯異常磨損。

解決措施跟蹤見表2.

表2 驅(qū)蓋斷裂和軸襯異常磨損措施跟蹤

2.2 啟動(dòng)困難

蓄電池電壓低、起動(dòng)機(jī)裝配不到位、氣溫過低或起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)動(dòng)觸點(diǎn)結(jié)冰均有可能導(dǎo)致車輛啟動(dòng)困難；下面主要從電磁開關(guān)觸點(diǎn)結(jié)冰方面進(jìn)行分析。

2016年12月，團(tuán)隊(duì)出差哈爾濱調(diào)查CN200早上車輛難啟動(dòng)事件，在檢查點(diǎn)火開關(guān)、啟動(dòng)回路、蓄電池電壓和燃油系統(tǒng)均無異常的情況下，車輛在首次啟動(dòng)起動(dòng)機(jī)齒輪處發(fā)出“咔嗒”的聲音，但不能正常啟動(dòng)車輛（早上室外溫度-25~-32℃，濕度30~40%RH），用電線短接電磁開關(guān)的B+端和M端，車輛正常啟動(dòng)，取消短接故障再現(xiàn)；用木錘輕敲電磁開關(guān)后或者啟動(dòng)多幾次，故障消失。

將5臺帶透氣膜電磁開關(guān)的起動(dòng)機(jī)和1臺原起動(dòng)機(jī)分別安裝到6臺故障車上驗(yàn)證。跟蹤用戶使用時(shí)間1個(gè)月，結(jié)果如下：

①5臺裝配帶透氣膜的車，均正常工作，無啟動(dòng)困難的現(xiàn)象；

②1臺裝配原起動(dòng)機(jī)的車，第3天故障再現(xiàn)。

根據(jù)以上分析及驗(yàn)證，分析在較寒冷地區(qū)，電磁開關(guān)內(nèi)部水汽未能及時(shí)排出，動(dòng)觸點(diǎn)結(jié)冰導(dǎo)致車輛啟動(dòng)困難。解決措施跟蹤如表3所列。

表3 啟動(dòng)困難措施跟蹤

2.3 起動(dòng)機(jī)燒蝕

車輛啟動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)工作時(shí)間雖然只有3~5 s時(shí)間，但是電流很大，常溫下工作電流60~100 A，寒冷季節(jié)可達(dá)到100~200 A，起動(dòng)機(jī)會(huì)瞬間發(fā)熱，如果起動(dòng)機(jī)長時(shí)間工作或堵轉(zhuǎn)，有燒蝕風(fēng)險(xiǎn)，如圖7所示[4]。

圖7 起動(dòng)機(jī)燒蝕

起動(dòng)機(jī)燒蝕的原因主要有：

（1）起動(dòng)機(jī)本身原因：電磁開關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)粘連或動(dòng)鐵芯卡滯導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)不斷電；電樞匝間短路或?qū)Φ囟搪罚ㄗⅲ涸摴收蠈?dǎo)致電樞呈不均勻的局部異常燒蝕，與整體均勻燒蝕形態(tài)的過熱燒蝕有明顯區(qū)別）；

（2）啟動(dòng)回路故障：點(diǎn)火開關(guān)不回位；起動(dòng)繼電器觸點(diǎn)粘連，導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)回路常導(dǎo)通；線束短路或線束緊固不良導(dǎo)致起動(dòng)回路接觸電阻增大；

（3）使用方法不當(dāng)：發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載過大。比如：帶擋起動(dòng)、潤滑不足、某些原因?qū)е碌倪\(yùn)轉(zhuǎn)不良；蓄電池虧電或低溫導(dǎo)致其性能降低；車輛沒有汽油，使用起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)整車時(shí)間過長，甚至爬坡；出現(xiàn)啟動(dòng)困難時(shí)，長時(shí)間點(diǎn)火。

CN200車型起動(dòng)機(jī)燒蝕的主要原因有電磁開關(guān)動(dòng)鐵芯卡滯和車輛沒油時(shí)使用起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)整車時(shí)間過長。動(dòng)鐵芯出現(xiàn)卡滯時(shí)，松開鑰匙S端斷開后，B+端和M端仍然處于接通狀態(tài)，起動(dòng)機(jī)長時(shí)間工作至燒蝕。對收集到的 4件故障件（4#、5#、6#、7#）進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)其中2件故障件（5#、6#）電磁開關(guān)推桿和復(fù)位彈簧中有鐵屑，且動(dòng)鐵芯上有局部刮痕，分析鐵屑在開關(guān)內(nèi)部使得動(dòng)鐵芯出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。對鐵屑成分進(jìn)行檢驗(yàn)及開關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行排查，鎖定鐵屑來源于靜鐵芯在沖壓工序，材料剪切的過程中會(huì)產(chǎn)生撕裂帶，當(dāng)沖頭磨損后撕裂帶形成毛刺脫落到模具中。如圖8所示。

圖8 電磁開關(guān)內(nèi)部有異物導(dǎo)致動(dòng)鐵芯卡滯

商品車在運(yùn)轉(zhuǎn)或用戶使用車輛沒油時(shí)用起動(dòng)機(jī)持續(xù)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電流很大可達(dá)到400 A以上，起動(dòng)機(jī)超負(fù)荷工作，溫度會(huì)逐漸上升，如圖9所示，拖動(dòng)3 min時(shí)溫度已經(jīng)達(dá)到108.7℃，此時(shí)起動(dòng)機(jī)已有損壞，散發(fā)出燒糊的味道，但仍能起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)稍有延遲，性能下降。由于起動(dòng)機(jī)電樞超負(fù)荷工作，溫度高，長時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)燒蝕冒火花，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引燃起動(dòng)機(jī)周邊零件，有導(dǎo)致燒車風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)整車時(shí)溫度變化曲線

起動(dòng)機(jī)保護(hù)電路設(shè)計(jì)主要有兩種，一種是在ECU標(biāo)定的時(shí)候加入啟動(dòng)時(shí)間保護(hù)策略，該方案較全面，但改進(jìn)周期較長。例如極低溫(低于-30°C)啟動(dòng)：

①鑰匙開關(guān)ON，嘗試重新起動(dòng)，起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間不得超過10 s；

②若①失敗，則停止至少10 s，然后重試①；

③若②失敗，則停止至少5分鐘，然后重試①、②；

④若③失敗，則請放棄起動(dòng)嘗試[3]。

另一種是在變速器上增加空擋開關(guān)，車輛啟動(dòng)時(shí)必須處于空擋狀態(tài)，但此方案只能解決起動(dòng)機(jī)拖車問題，未能有效解決難啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)長時(shí)間啟動(dòng)起動(dòng)機(jī)問題，該方案相對簡單，改進(jìn)周期較短[4]。

解決措施跟蹤如表4所列。

表4 燒蝕改進(jìn)措施跟蹤

3 效果驗(yàn)證

經(jīng)過改進(jìn)措施斷點(diǎn)后，起動(dòng)機(jī)失效問題得到明顯解決，售后維修數(shù)據(jù)下降明顯，如圖10所示。啟動(dòng)保護(hù)策略在新車型上得到運(yùn)用，且改進(jìn)效果顯著。該改進(jìn)課題還獲得公司年度CPIP一等獎(jiǎng)。

圖10 起動(dòng)機(jī)IPTV運(yùn)行走勢圖

4 結(jié)束語

起動(dòng)機(jī)失效模式多種多樣，通過售后維修數(shù)據(jù)、故障件分析、連接客戶聲音，從起動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造和裝配等環(huán)節(jié)，快速準(zhǔn)確地分析出故障原因并制定解決方案，有效降低故障率，減少車輛無法啟動(dòng)等較大問題發(fā)生，提高客戶對公司產(chǎn)品的認(rèn)可及滿意度。

對于新開發(fā)車型，ECU標(biāo)定的時(shí)候加入啟動(dòng)時(shí)間保護(hù)策略，零件使用特性與保護(hù)產(chǎn)品安全相結(jié)合，使得國產(chǎn)汽車設(shè)計(jì)更趨近于世界一流汽車產(chǎn)商的水平，未來甚至有超越的可能。