柴油機(jī)無法啟動(dòng)的原因分析

王保棟 劉名 呂建中 郭兆霞 鄧麗真

摘要：柴油機(jī)無法啟動(dòng)的原因有多種，燃油油路不通暢、機(jī)械故障、電路故障、關(guān)鍵傳感器失效等都可以導(dǎo)致柴油機(jī)無法啟動(dòng)。無法啟動(dòng)的表現(xiàn)通常有兩種，一種是起動(dòng)機(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)，一種是起動(dòng)機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，但無法啟動(dòng)。本文介紹并分析了起動(dòng)機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)但因齒輪無法伸出導(dǎo)致的無法啟動(dòng)，通過原理分析，逐步引出導(dǎo)致失效的原因并結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證原理分析的合理性。

關(guān)鍵詞：無法啟動(dòng);起動(dòng)機(jī);齒輪;嚙合失效

中圖分類號(hào)：U664.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）15-0115-03

0? 引言

柴油機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)主要由蓄電池、起動(dòng)機(jī)、起動(dòng)繼電器和點(diǎn)火開關(guān)等組成。當(dāng)點(diǎn)火鑰匙打到起動(dòng)檔，起動(dòng)電路接通，起動(dòng)機(jī)通電旋轉(zhuǎn)，將蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)小齒輪帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸飛輪組運(yùn)動(dòng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開始做功時(shí)，起動(dòng)機(jī)退出工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程完畢。在通常情況下，起動(dòng)機(jī)傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩[1]，如發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)阻力距大于起動(dòng)機(jī)傳輸給發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、燃油油路有阻礙、電池虧電、線路接觸不良、曲軸位置傳感器失效等都也可以導(dǎo)致柴油機(jī)無法啟動(dòng)，不同溫度和機(jī)油牌號(hào)對(duì)柴油機(jī)啟動(dòng)也會(huì)有影響[2-3]。

本文介紹并分析了起動(dòng)機(jī)本身導(dǎo)致的無法啟動(dòng)：通電狀態(tài)下起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而齒輪不伸出，致使起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪無法與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪嚙合而實(shí)現(xiàn)力矩傳遞造成的。

1? 原理分析

某24V起動(dòng)機(jī)的構(gòu)成如圖1、圖2所示，一般起動(dòng)機(jī)由驅(qū)動(dòng)齒輪、驅(qū)動(dòng)蓋分總成、單向器分總成、電樞軸、芯軸分總成和開關(guān)分總成等關(guān)鍵部分組成。

起動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程有點(diǎn)火、嚙合、退出三個(gè)階段，電控柴油機(jī)的起動(dòng)機(jī)控制裝置采用電磁式控制，即電磁開關(guān)，以下描述以圖3為例：點(diǎn)火鑰匙即50端關(guān)閉，電流從電池正極流經(jīng)50端、開關(guān)繼電器、到地，形成回路，此時(shí)為點(diǎn)火;開關(guān)繼電器流經(jīng)電流后使得50i吸合，電流由30端通過50i流經(jīng)吸拉線圈及保持線圈，吸拉線圈與保持線圈同向，產(chǎn)生的電磁力共同壓縮嚙合彈簧，使得鐵芯移動(dòng)，與頂桿接觸，鐵芯及頂桿繼續(xù)移動(dòng)與30端接觸，形成主回路。此時(shí)保持線圈繼續(xù)通電保持頂桿與主觸點(diǎn)接觸。電源流經(jīng)30端、電機(jī)并接到地端，此時(shí)為嚙合。在嚙合階段，理想情況下，小齒輪的齒直接插入齒圈的齒槽中，起動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)嚙合。小齒輪接近行程終點(diǎn)，30端接通，小齒輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)。但因?yàn)樾↓X輪與齒圈的齒側(cè)間隙很小，理想嚙合情況很少，并且實(shí)際嚙合多伴隨沖擊。當(dāng)小齒輪齒碰在齒圈齒上，小齒輪不能繼續(xù)軸向移動(dòng)，小齒輪與齒圈無法結(jié)合。此時(shí)動(dòng)鐵芯被繼續(xù)拉動(dòng)并通過頂桿壓縮嚙合彈簧，使小齒輪齒壓在齒圈齒上的壓緊力增加。待到小齒輪行程終點(diǎn)，活動(dòng)鐵芯通過動(dòng)觸點(diǎn)將起動(dòng)機(jī)的主電路接通，小齒輪開始旋轉(zhuǎn)至能與齒圈嚙合的有利位置，這時(shí)小齒輪與齒圈間的預(yù)壓緊力使小齒輪快速插入齒圈齒槽內(nèi)。

從起動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程可見，吸拉線圈與保持線圈在嚙合階段非常重要，由于兩個(gè)線圈繞組的的電流方向相同，磁場力方向相同，產(chǎn)生較大吸附力，使開關(guān)動(dòng)鐵芯克服回位彈簧的作用，一側(cè)通過觸點(diǎn)接通主回路，另一側(cè)在撥叉的作用下推動(dòng)驅(qū)動(dòng)小齒輪與飛輪齒圈完全嚙合。如果開關(guān)線圈電阻異常，將會(huì)導(dǎo)致電磁力不足，從而使得撥叉無法推動(dòng)驅(qū)動(dòng)小齒輪。

在開關(guān)線圈電磁力正常情況下，開關(guān)動(dòng)鐵芯外徑尺寸超上差、開關(guān)銅套內(nèi)徑尺寸超下差、動(dòng)鐵芯銹蝕等會(huì)使得開關(guān)動(dòng)鐵芯無法移動(dòng)或移動(dòng)較小，則不能通過觸點(diǎn)接通主電路或未充分壓縮嚙合彈簧，從而使得撥叉無法推動(dòng)驅(qū)動(dòng)小齒輪或推出的距離不足以與齒圈嚙合。

單向器軸與滾針軸承內(nèi)圈卡滯的情況，如：單向器外徑超上差、軸承內(nèi)徑超下差、軸外圓粗糙度超上差、單向器軸彎曲、芯軸裝配單向器軸孔后與驅(qū)動(dòng)蓋軸承孔不同心（芯軸彎曲變形、芯軸直齒清潔度不良）等均會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)齒輪無法伸出，進(jìn)而無法與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈嚙合傳遞力矩，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)。

2? 實(shí)例分析

某機(jī)型柴油機(jī)存在熄火后無法再次啟動(dòng)的問題，經(jīng)服務(wù)站到現(xiàn)場排查，造成該問題系發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)故障原因，更換起動(dòng)機(jī)后，啟動(dòng)正常。

觀察起動(dòng)機(jī)無磕碰變形，驅(qū)動(dòng)齒輪無銑齒、頂齒痕跡，用手旋轉(zhuǎn)齒輪，齒輪旋轉(zhuǎn)但齒輪無法拔出。此時(shí)將起動(dòng)機(jī)在性能測試臺(tái)上進(jìn)行性能測試，如圖4所示，開關(guān)有吸合的動(dòng)作，起動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)齒輪不能伸出。根據(jù)此現(xiàn)象分析確定，發(fā)動(dòng)機(jī)不能被啟動(dòng)是由于起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪不能伸出，致使起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪無法與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪嚙合而實(shí)現(xiàn)力矩傳遞造成的。因速度傳感器不能測出驅(qū)動(dòng)齒輪速度，通過表1可見測試后測試數(shù)據(jù)不合格。

①檢測開關(guān)吸拉線圈電阻值、保持線圈電阻值、開關(guān)線圈耐壓性能，并與原始設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，因此排除電阻異常故障。如圖5為檢測開關(guān)線圈耐壓性能示意。

②檢測開關(guān)動(dòng)鐵芯外徑尺寸上公差、開關(guān)銅套內(nèi)徑尺寸下公差，并與原始設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，均在設(shè)計(jì)公差上，以此排除超差導(dǎo)致的開關(guān)動(dòng)鐵芯內(nèi)部卡滯;拆開罩蓋，檢查開關(guān)零部件無銹蝕，且上下移動(dòng)靈活，如圖6，因此不存在由于動(dòng)鐵芯銹蝕導(dǎo)至動(dòng)鐵芯卡滯不能推動(dòng)芯軸向前移動(dòng)的現(xiàn)象。

③檢測單向器軸外徑上公差、滾針軸承內(nèi)孔下公差、單向器軸外圓粗糙度值，并與原始設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，均在設(shè)計(jì)公差上，因此排除超差、粗糙度導(dǎo)致單向器軸承與滾針軸承內(nèi)圈卡滯。

④檢測單向器軸大端對(duì)小端的跳動(dòng)量值、芯軸直齒處對(duì)兩端的跳動(dòng)量值，并與原始設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，均符合設(shè)計(jì)要求，因此排除單向器軸彎曲、芯軸彎曲導(dǎo)致的單向器軸與驅(qū)動(dòng)蓋內(nèi)軸承孔歪斜。

⑤通過拆解分析，失效件芯軸上花鍵部位發(fā)現(xiàn)有鐵屑附著，如圖7所示。

將芯軸上鐵屑用干凈抹布抹干凈后，直花鍵上有鐵屑擠壓后留下的痕跡，如圖8所示。

將鐵屑去掉后，重新裝機(jī)，上試驗(yàn)臺(tái)測試，驅(qū)動(dòng)齒輪能正常伸出，速度傳感器能檢測到齒輪的轉(zhuǎn)速（距離近），如圖9，性能測試合格，如表2。

綜上所述，起動(dòng)機(jī)不起動(dòng)的原因?yàn)樾据S直花鍵處有鐵屑異物導(dǎo)致傳動(dòng)部件不同心，致使單向器軸與驅(qū)動(dòng)蓋內(nèi)軸承孔卡滯，驅(qū)動(dòng)齒輪無法伸出，進(jìn)而無法與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒圈嚙合傳遞力矩，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)。

⑥故障復(fù)現(xiàn)驗(yàn)證：現(xiàn)場將另外一臺(tái)經(jīng)檢測為合格的起動(dòng)機(jī)，拆下芯軸，在芯軸部位粘上鐵屑后，上機(jī)測試，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，但驅(qū)動(dòng)齒輪無法伸出，如圖10;檢測多次都是相同的現(xiàn)象，如表3，然后再將鐵屑取出后，再裝機(jī)，檢測合格。

3? 結(jié)論

①齒輪不伸出主要有開關(guān)線圈電阻異常致使電磁力不足、開關(guān)動(dòng)鐵芯內(nèi)部卡滯和單向器軸與滾針軸承內(nèi)圈卡滯三個(gè)主要原因。②在具體分析時(shí)，除了需要進(jìn)行設(shè)計(jì)值查核外，還需要關(guān)注生產(chǎn)過程管理查核。在本實(shí)例中，鐵屑存在的原因?yàn)樾据S裝配前需涂潤滑油脂，因過程管理問題，鐵屑與潤滑油脂混在一起后不易掉落，隨芯軸一起裝配進(jìn)入起動(dòng)機(jī)內(nèi)部。在起動(dòng)機(jī)多次運(yùn)轉(zhuǎn)工作之后，潤滑油脂的粘稠度減小，鐵屑隨油脂流動(dòng)，落入芯軸與單向器相嚙合的直齒花鍵部分，造成單向器小端與芯軸之間無浮動(dòng)間隙，將單向軸頂歪斜，致使單向器大端與驅(qū)動(dòng)蓋內(nèi)軸承內(nèi)圈不同心，單向器軸與軸承內(nèi)圈卡滯。

參考文獻(xiàn)：

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