汽車起動(dòng)系統(tǒng)的控制原理與維修方法

嚴(yán)小婷

摘 要：起動(dòng)系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵組成部分，能夠?qū)⑿铍姵氐碾娔苻D(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械能。汽車起動(dòng)系統(tǒng)由起動(dòng)機(jī)及其控制電路組成，本文在詳述汽車起動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制原理的基礎(chǔ)上，解析汽車起動(dòng)系統(tǒng)故障診斷與維修方法，對(duì)職業(yè)院校教師從事汽車電氣設(shè)備系統(tǒng)教學(xué)或汽車維修人員從事起動(dòng)系統(tǒng)維修具有理論與應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：起動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu);起動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu);起動(dòng)系統(tǒng)維修

1 汽車起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

汽車起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由直流電動(dòng)機(jī)、電磁操縱機(jī)構(gòu)以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)3個(gè)部分組成。

1.1 直流電動(dòng)機(jī)

汽車起動(dòng)機(jī)通常使用串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，其作用是產(chǎn)生起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，主要組成部分包括：

1.機(jī)殼：機(jī)殼外側(cè)有1個(gè)接線柱（與機(jī)殼絕緣），該接線柱與機(jī)殼內(nèi)側(cè)勵(lì)磁繞組的電流輸入端相連，用于將控制電路中的電流引入勵(lì)磁繞組。機(jī)殼內(nèi)側(cè)通常固定有4塊纏繞勵(lì)磁繞組的鐵心。

2.磁極：磁極的作用是在機(jī)殼內(nèi)側(cè)建立電磁場(chǎng)，為電樞旋轉(zhuǎn)創(chuàng)造基本條件，通常由4塊鐵心及纏繞在鐵心上的4個(gè)勵(lì)磁繞組構(gòu)成。其中，4塊鐵心構(gòu)成2對(duì)磁極，相鄰鐵心磁性相反;勵(lì)磁繞組電流輸入端與機(jī)殼外側(cè)的接線柱相連，電流輸出端與緊壓換向器的2個(gè)正電刷相連，一般采用各繞組相互串聯(lián)或兩兩串聯(lián)再并聯(lián)的連接形式。

3.電樞：電樞的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，主要由電樞繞組、電樞鐵心、電樞軸和換向器組成。其中，電樞繞組由具有矩形截面的銅制漆包線繞制而成（橫截面積較大，以通過(guò)較大電流，獲得較大轉(zhuǎn)矩）;電樞鐵心由相互絕緣且外圈帶槽（用于固定電樞繞組）、內(nèi)圈帶花鍵（用于將電樞鐵心固定在電樞軸上）的硅鋼片疊加而成;換向器由相互絕緣且具有燕尾形截面的銅片（即換向片）包圍形成，負(fù)責(zé)給電樞繞組通電，并有規(guī)律地改變電樞繞組中的電流方向。

4.電刷組件：主要由電刷、電刷架、電刷彈簧組成，作用是將勵(lì)磁繞組流出的電流通過(guò)換向器引入電樞繞組中。電刷架固定在前端蓋（或支架）上，其中有2個(gè)電刷架（對(duì)置）通過(guò)絕緣墊與前端蓋（或支架）絕緣;另外2個(gè)電刷架（對(duì)置）與前端蓋（或支架）相連并搭鐵。各電刷置于電刷架中，在電刷彈簧的作用下，緊壓換向器。

5.前后端蓋：前后端蓋及機(jī)殼能夠?yàn)槠饎?dòng)機(jī)內(nèi)所有零件提供支撐和保護(hù)。

1.2 電磁操縱機(jī)構(gòu)

電磁操縱機(jī)構(gòu)主要由銜鐵、電磁開(kāi)關(guān)（觸盤(pán)和觸點(diǎn)）、驅(qū)動(dòng)杠桿（撥叉）、回位彈簧、吸引線圈及保持線圈組成。電磁操縱機(jī)構(gòu)能夠控制起動(dòng)機(jī)主電路通斷，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)機(jī)通電或斷電;同時(shí)控制驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒圈的嚙合與分離過(guò)程。

1.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)杠桿（撥叉）、單向離合器、驅(qū)動(dòng)齒輪組成，其作用是在起動(dòng)車輛時(shí)，將直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，在單向離合器的輔助下，驅(qū)動(dòng)齒輪打滑以防止直流電動(dòng)機(jī)超速損壞;同時(shí)，在撥叉的輔助下，驅(qū)動(dòng)齒輪退回至起動(dòng)之前的初始位置，脫離與飛輪齒圈的嚙合狀態(tài)，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程一般持續(xù)3-5秒。

2 汽車起動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制原理

汽車起動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由起動(dòng)機(jī)及其控制電路組成?？刂齐娐分兄饕ㄐ铍姵?、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、起動(dòng)繼電器、導(dǎo)線等電路元件。電流從蓄電池流出，受點(diǎn)火開(kāi)關(guān)及起動(dòng)繼電器控制，最終通過(guò)起動(dòng)機(jī)的50接線柱、30接線柱流入C接線柱。在驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，使驅(qū)動(dòng)齒輪移動(dòng)至與飛輪齒圈嚙合的位置，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通至起動(dòng)檔時(shí)，由蓄電池提供的電流先經(jīng)過(guò)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，再經(jīng)過(guò)起動(dòng)繼電器的85、86腳并搭鐵（圖2中綠色路徑）。在電磁力作用下，起動(dòng)繼電器內(nèi)的開(kāi)關(guān)吸合，30、87腳接通。此后，蓄電池的電流將直接從起動(dòng)機(jī)30接線柱，經(jīng)過(guò)起動(dòng)繼電器的30、87腳，到達(dá)起動(dòng)機(jī)的50接線柱（圖2中紅色路徑）。

50接線柱通電后，電路中產(chǎn)生2條支路。1條在接通保持線圈后搭鐵;另1條在接通吸引線圈與直流電動(dòng)機(jī)后搭鐵（電路中的電流在幾十安培左右，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩較低）。在吸引線圈、保持線圈產(chǎn)生的電磁力作用下，銜鐵開(kāi)始移動(dòng)，一端的觸盤(pán)與觸點(diǎn)接通30接線柱與C接線柱（吸引線圈被短路，銜鐵由保持線圈固定位置）;另一端的撥叉將驅(qū)動(dòng)齒輪推至與飛輪齒圈嚙合的位置。此后，電流將直接從蓄電池經(jīng)30接線柱、C接線柱、機(jī)殼外側(cè)的接線柱流入直流電動(dòng)機(jī)，在幾百安培左右的大電流作用下，直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)力矩足以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪，實(shí)現(xiàn)車輛起動(dòng)。

車輛起動(dòng)后，將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至起動(dòng)檔之前的ON檔。起動(dòng)繼電器內(nèi)的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，50接線柱電壓歸0，蓄電池的電流經(jīng)過(guò)30接線柱、觸盤(pán)和觸點(diǎn)，流入吸引線圈和保持線圈。由于兩線圈中的電流方向相反，產(chǎn)生的電磁力相互抵消，于是在回位彈簧的作用下，銜鐵回到起動(dòng)前的初始位置（銜鐵一端的觸盤(pán)和觸點(diǎn)分離，另一端的撥叉將驅(qū)動(dòng)齒輪撥回初始位置）。

3 汽車起動(dòng)系統(tǒng)故障診斷與維修方法

本文以卡羅拉轎車1ZR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)控制電路（圖3）為例，解析汽車起動(dòng)系統(tǒng)故障診斷與維修方法。

3.1 卡羅拉1ZR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)控制過(guò)程

在踩下離合器踏板開(kāi)關(guān)A5（手動(dòng)傳動(dòng)橋）或接通P檔/N檔位置開(kāi)關(guān)B88（自動(dòng)傳動(dòng)橋）的前提下，接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)E4的起動(dòng)檔，電流從點(diǎn)火開(kāi)關(guān)E4的ST1端子經(jīng)過(guò)離合器踏板開(kāi)關(guān)A5或P檔/N檔位置開(kāi)關(guān)B88，流入起動(dòng)繼電器（ST）（1腳流入、2腳流出）并搭鐵。在電磁力的作用下，起動(dòng)繼電器（ST）內(nèi)的開(kāi)關(guān)吸合，5腳與3腳接通;電流從點(diǎn)火開(kāi)關(guān)E4的ST2端子經(jīng)過(guò)起動(dòng)繼電器（ST）的5腳、3腳，流入直流電動(dòng)機(jī)的B8插頭（對(duì)應(yīng)50接線柱）。此后，直流電動(dòng)機(jī)通電并以低轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn);吸引線圈、保持線圈通電，產(chǎn)生電磁力使電磁開(kāi)關(guān)吸合。蓄電池的電流直接從B4插頭（對(duì)應(yīng)30接線柱），經(jīng)電磁開(kāi)關(guān)流入直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)以高轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。

汽車起動(dòng)信號(hào)通過(guò)A50插頭的48號(hào)針腳流入發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECM）的STA端子，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECM）根據(jù)起動(dòng)信號(hào)控制火花塞跳火、噴油器噴油，以配合發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程。

3.2 卡羅拉1ZR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)故障診斷與維修方法

3.2.1 確定故障范圍

出現(xiàn)起動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)故障時(shí)，首先應(yīng)確定故障范圍，具體流程如下：

（1）拔下起動(dòng)機(jī)50接線柱上的插頭（圖3中B8插頭），在起動(dòng)檔用萬(wàn)用表測(cè)量B8插頭至搭鐵的電壓（應(yīng)為12V左右），若電壓值為0，說(shuō)明起動(dòng)機(jī)電路部分出現(xiàn)問(wèn)題（亦可使用試燈檢查）。短接30接線柱和50接線柱（使用起子），若起動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，證明故障范圍在起動(dòng)機(jī)電路部分的推斷成立。

（2）短接30接線柱和C接線柱（使用起子），觀察起動(dòng)機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)。若起動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，說(shuō)明直流電動(dòng)機(jī)存在故障;若起動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，說(shuō)明電磁操縱機(jī)構(gòu)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在故障。

對(duì)于起動(dòng)機(jī)的機(jī)械部分故障，一般采用更換新件（相同規(guī)格）的方式解決;如遇電路部分故障，則需進(jìn)行電路檢查。

3.2.2 電路檢查流程

從圖3中不難發(fā)現(xiàn)，起動(dòng)繼電器（ST）是該起動(dòng)系統(tǒng)的核心，故障診斷流程設(shè)計(jì)應(yīng)以其為中心展開(kāi)，具體步驟如下：

（1）在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)E4處于起動(dòng)檔時(shí)（離合器踏板開(kāi)關(guān)A5或P檔/N檔位置開(kāi)關(guān)B88接通），分別測(cè)量起動(dòng)繼電器（ST）5號(hào)座孔和1號(hào)座孔至搭鐵的電壓，均應(yīng)為12V左右。否則，應(yīng)檢查起動(dòng)繼電器（ST）5號(hào)座孔或1號(hào)座孔之前的電路，包括各段導(dǎo)線（斷路、短路測(cè)試）、離合器踏板開(kāi)關(guān)A5、P檔/N檔位置開(kāi)關(guān)B88、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)E4以及保險(xiǎn)絲的檢查。

（2）起動(dòng)繼電器（ST）2號(hào)座孔至搭鐵的電阻應(yīng)小于1Ω。否則，說(shuō)明這段導(dǎo)線電阻過(guò)大或搭鐵不良，應(yīng)修復(fù)或更換導(dǎo)線、牢固搭鐵點(diǎn)。

（3）起動(dòng)繼電器（ST）3號(hào)座孔至B8插頭段導(dǎo)線的電阻應(yīng)小于1Ω，且與搭鐵的電阻應(yīng)為無(wú)窮大（10kΩ以上）。否則，說(shuō)明這段導(dǎo)線存在電阻過(guò)大或?qū)Υ铊F短路故障，應(yīng)修復(fù)或更換導(dǎo)線。

（4）檢測(cè)起動(dòng)繼電器（ST）。起動(dòng)繼電器（ST）1腳、2腳之間的電阻應(yīng)在60-120Ω左右，3腳、5腳之間的電阻應(yīng)為無(wú)窮大（10kΩ以上）;將1腳、2腳分別通過(guò)一根導(dǎo)線與蓄電池正、負(fù)極相連（回路中接1根10A的保險(xiǎn)絲），測(cè)量3腳、5腳之間的電阻，應(yīng)小于1Ω。否則，應(yīng)更換新的起動(dòng)繼電器（相同規(guī)格）。

4 結(jié)束語(yǔ)

維修汽車起動(dòng)系統(tǒng)之前，必須認(rèn)識(shí)與理解起動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制原理。維修過(guò)程中，應(yīng)先通過(guò)就車檢查的方式確定故障范圍在機(jī)械部分還是電路部分。進(jìn)行電路檢查時(shí)，應(yīng)通過(guò)合理設(shè)計(jì)診斷流程，縮小故障范圍，及時(shí)、高效地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并修復(fù)。