起動(dòng)機(jī)線束設(shè)計(jì)研究

林巖飛 左洪濤

摘 要：車輛的起動(dòng)性能是判斷車輛是否合格的關(guān)鍵性指標(biāo)。環(huán)境溫度、蓄電池容量、起動(dòng)機(jī)性能、發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)最低轉(zhuǎn)速等因素都影響起動(dòng)性能。起動(dòng)系統(tǒng)由起動(dòng)機(jī)、蓄電池、起動(dòng)繼電器、點(diǎn)火開關(guān)等部件組成。蓄電池提供起動(dòng)機(jī)端電壓，端電壓的大小直接影響到起動(dòng)性能。起動(dòng)機(jī)線束規(guī)格的選擇，影響起動(dòng)機(jī)線束的導(dǎo)線壓降，起動(dòng)過程中起動(dòng)電流很大，起動(dòng)機(jī)線束的壓降在一定程度上影響了起動(dòng)機(jī)端電壓，從而影響了起動(dòng)性能。

關(guān)鍵詞：起動(dòng)機(jī)；線束設(shè)計(jì)

1 汽車起動(dòng)機(jī)概述

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作使用，需借助外部機(jī)械裝置的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，使其內(nèi)部完成自循環(huán)，通常情況下，我們將這種實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作的外部機(jī)械裝置，稱之為起動(dòng)機(jī)。起動(dòng)機(jī)，即在蓄電池電流的作用下，其內(nèi)部的直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)工作，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)末端的驅(qū)動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)工作，驅(qū)動(dòng)齒輪在起動(dòng)機(jī)內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下與發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪齒圈進(jìn)行機(jī)械嚙合，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作的目的，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，驅(qū)動(dòng)齒輪可自行脫離，作為各類機(jī)械執(zhí)行器件以及汽車、火車和飛機(jī)等大型產(chǎn)品啟動(dòng)系統(tǒng)中必不可少的一部分，根據(jù)其內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電控裝置的不同，起動(dòng)機(jī)可以大致分為慣性嚙合式、機(jī)械嚙合式、電磁嚙合式以及電樞移動(dòng)式四大類。在生產(chǎn)制造和推廣使用的歷程中，慣性嚙合式和機(jī)械嚙合式起動(dòng)機(jī)，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷，已經(jīng)逐漸被淘汰掉，電磁嚙合式起動(dòng)機(jī)由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠等優(yōu)勢(shì)，已成為現(xiàn)代汽車起動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件之一。汽車起動(dòng)機(jī)的制造發(fā)展歷程久遠(yuǎn)，早在二十世紀(jì)初期，對(duì)于實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)起動(dòng)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的研究探索，包括機(jī)械方式、氣動(dòng)方式以及電驅(qū)動(dòng)的方式等，對(duì)其各種探索均因使用的可靠性，有效性以及結(jié)構(gòu)緊湊性等因素而已失敗告終，1912年，隨著蓄電池的廣泛使用，自動(dòng)起動(dòng)機(jī)應(yīng)孕而生。伴隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車電器部分發(fā)展也日益提高，規(guī)模也越來越大，迄今為止，世界上起動(dòng)機(jī)的型式已多達(dá)3000余種。汽車起動(dòng)機(jī)是由直流電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置組成，三者互相作用，緊密聯(lián)系，作為汽車啟動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，其組成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造工藝也在不斷的向前發(fā)展。

2 實(shí)例分析起動(dòng)機(jī)線束設(shè)計(jì)

某公司5款車型起動(dòng)機(jī)線束線徑優(yōu)化和電壓降計(jì)算結(jié)果見表1。

從表可以看出，A車型正負(fù)極線束線徑設(shè)計(jì)合理，B、C車型正負(fù)極線束較短但線徑較大，用30mm2導(dǎo)線造成浪費(fèi)，可以將線徑分別降為20mm2和25mm2。D、E車型正負(fù)極線束較長(zhǎng)但線徑較小，在一定程度上影響了起動(dòng)的可靠性，需要將線徑分別改為30mm2和40mm2。其中E車型，蓄電池布置在后備廂下方，故正極線束較長(zhǎng)。

2.1 考慮起動(dòng)電流與導(dǎo)線的發(fā)煙曲線

對(duì)于汽油車，平均起動(dòng)電流一般在400A以下。20mm2及以上的導(dǎo)線，從導(dǎo)線的發(fā)煙曲線可以得到20s時(shí)間內(nèi)400A電流都能承受。對(duì)于起動(dòng)電流小的車型，也可以選用16mm2導(dǎo)線。對(duì)于柴油車，平均起動(dòng)電流一般在500A以下。25mm2及以上的導(dǎo)線，從導(dǎo)線的發(fā)煙曲線可以得到30s時(shí)間內(nèi)500A電流都能承受。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)校核驗(yàn)證

2.2.1 A車型起動(dòng)曲線（圖1）

時(shí)刻1（紫色線）：電流320A，蓄電池電壓8.6V，起動(dòng)機(jī)電壓8.1V，起動(dòng)回路每100A壓降：（8.6-8.1）/320×100=0.15V，小于0.2V，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。時(shí)刻2（黃色線）：電流280A，蓄電池電壓8.88V，起動(dòng)機(jī)電壓8.42V，起動(dòng)回路每100A壓降：（8.88-8.42）/280×100=0.16V，小于0.2V，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 D車型起動(dòng)曲線（圖2）

時(shí)刻1（紫色線）：電流310A，蓄電池電壓9.1V，起動(dòng)機(jī)電壓8.2V，起動(dòng)回路每100A壓降：（9.1-8.2）/310×100=0.29V，大于0.2V，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。時(shí)刻2（黃色線）：電流355A，蓄電池電壓8.7V，起動(dòng)機(jī)電壓7.7V，起動(dòng)回路每100A壓降：（8.7-7.7）/355×100=0.28V，大于0.2V，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。從以上分析可以看出，試驗(yàn)結(jié)果和簡(jiǎn)化公式計(jì)算的結(jié)果一致。

2.3 起動(dòng)機(jī)匹配

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12535—2007中要求低溫冷起動(dòng)環(huán)境溫度為-35±2℃，數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算后可按照下述經(jīng)驗(yàn)來推斷起動(dòng)機(jī)匹配結(jié)論。1）蓄電池初始電壓應(yīng)高于11.5V（滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)初始電壓）或蓄電池內(nèi)阻計(jì)算結(jié)果與實(shí)際標(biāo)定應(yīng)一致，否則視為蓄電池虧電或損壞，應(yīng)更換蓄電池重新測(cè)試。2）按照起動(dòng)機(jī)線路線束設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算如果線路總電阻高于4mΩ，則線束回路匹配有問題，增加電路損耗，降低起動(dòng)機(jī)輸出性能，建議更換線束或檢查線束連接。3）上述2項(xiàng)無問題時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速大于100r/min時(shí)，平均工作電流與起動(dòng)機(jī)制動(dòng)電流比值在0.4-0.7，視為起動(dòng)機(jī)合理匹配；如大于則視為匹配偏小，起動(dòng)機(jī)大電流工作會(huì)降低起動(dòng)機(jī)可靠性甚至引起燒毀，此種情況視為發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩大或起動(dòng)機(jī)匹配偏小。4）發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速小于100r/min時(shí)，如蓄電池正常，同樣視為發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩大或起動(dòng)機(jī)匹配偏小，存在低溫?zé)o法起動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。5）發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速大于300r/min以上時(shí)，如起動(dòng)正常，則視為起動(dòng)機(jī)匹配過大，可改用小功率起動(dòng)機(jī)匹配；如不能正常起動(dòng)，請(qǐng)排查發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)。

3 故障應(yīng)用實(shí)例分析

一輛1.8L手動(dòng)擋汽車，行駛4萬km，購車時(shí)間2010年中旬。車主反映車輛正常行駛中突然熄火，然后無法起動(dòng)。接修的維修人員診斷為燃油泵故障，更換燃油泵后還是無法起動(dòng)，維修陷入僵局。這時(shí)筆者介入維修。維修步驟：（1）檢測(cè)燃油泵供電端子插頭。連接到供電端子插頭檢測(cè)，起動(dòng)機(jī)無電源輸入。到此燃油泵故障的可能性排除，可以確定該車無法起動(dòng)的直接原因，為燃油泵供電端子無電壓輸入造成的。（2）檢修前排乘客側(cè)腳踏板位置上方熔絲盒。逐個(gè)測(cè)量相關(guān)熔絲，測(cè)量結(jié)果也正常。燃油泵繼電器目視完好，測(cè)量輸入供電端子有12V電壓。插上繼電器起動(dòng)車輛，繼電器有工作的動(dòng)作，證明從發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元到該繼電器的線路及信號(hào)控制正常。拔下燃油泵供電端子插頭，找出供電線束，發(fā)現(xiàn)是一根黃色紅莖粗線。接著回到車內(nèi)，起動(dòng)車輛的同時(shí)用測(cè)量工具測(cè)量該線束輸出端，發(fā)現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電壓。至此可以斷定，由熔絲盒燃油泵繼電器至油箱線束問題導(dǎo)致的車輛無法起動(dòng)故障診斷燃油泵供電插頭之間，有可能出現(xiàn)斷路或某個(gè)插頭損壞的情況。（3）順著熔絲盒端子插頭處拉出的線束，在靠近側(cè)護(hù)板地板膠中部發(fā)現(xiàn)，該處有線束整體燒焦的情況，而燒斷的線路正是那根黃色紅莖燃油泵供電線束。原來導(dǎo)致行駛中突然熄火無法起動(dòng)的原因就是因?yàn)檫@根線束。細(xì)看以上故障點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，之前有包扎過的痕跡，仔細(xì)分析該線燒斷原因，很有可能是之前該車安裝過GPS定位系統(tǒng)，在此隱蔽處加裝了燃油切斷繼電器，以便在出現(xiàn)盜搶行為的時(shí)候，可以遠(yuǎn)程控制切斷燃油強(qiáng)制熄火。在之后不知什么原因該車又拆除了此控制部件，然后簡(jiǎn)單包扎了線束。經(jīng)過一段時(shí)間之后，線路出現(xiàn)了接觸不良，導(dǎo)致發(fā)熱燒斷，從而引起了之前故障的出現(xiàn)。此故障是不幸中的萬幸，如果此處在行駛中沒有斷路而是繼續(xù)發(fā)熱的話，極有可能導(dǎo)致燃燒引起火災(zāi)，后果不堪設(shè)想。所以維修工人的粗心大意是主要問題，任何一個(gè)環(huán)節(jié)在工作中要時(shí)刻保持認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，處處細(xì)心周到處理，盡量不留下安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1]陳東旭，李孟凱，金浩然，陳武.基于LabVIEW汽車起動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，3106：29-33.