黃東揚，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間推移，起動機失效問題時有發(fā)生，故障檢測較繁雜，且維修花費較多時間，引起客戶抱怨強烈。

起動機失效的原因較多，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、啟動困難和燒蝕等，本文主要介紹以上故障模式，從起動機設(shè)計、零件制造及裝配環(huán)節(jié)進行淺析，并制定對應(yīng)解決措施。

1 起動機工作原理及特性

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

圖1 起動機構(gòu)造

1.1 起動機工作原理

起動機的S端連接到點火鎖，起到點火鑰匙控制車輛啟動的作用；M端連接電磁開關(guān)和轉(zhuǎn)子，控制起動機轉(zhuǎn)子工作；B+端連接蓄電池正極，給起動機工作供電；電機殼體接地，通過車身、負極線回到蓄電池負極，形成一個完整的回路。如圖2所示。

圖2 起動機工作原理圖[1]

鑰匙擰到Start檔時，S/W開關(guān)閉合，電流從蓄電池正極流向起動機電磁開關(guān)S端，其中一個回路從保持線圈（H-coil）經(jīng)過車身搭鐵后回到蓄電池負極，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極，此時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，兩個線圈的力同時向上，動觸片接觸B+和M，拔叉把齒輪彈出與飛輪嚙合，轉(zhuǎn)子工作，高速運轉(zhuǎn)帶動飛輪工作，發(fā)動機啟動成功。

鑰匙松開Start檔時，S/W開關(guān)斷開，此時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極，此時兩個線圈的電流方向相反，兩個線圈的匝數(shù)一樣，作用力互相抵消，動觸片在彈簧的作用下斷開B+和M連接，飛輪彈出，起動機停止工作。

1.2 起動機工作特性

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

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

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

①完全制動時：P ＝ 0，E=0，n ＝ 0時，Mmax，發(fā)動機即將起動時，即起動機剛接入瞬間，此時n=0，I最大（稱為制動電流），M也達最大值（稱為制動轉(zhuǎn)矩）；

②空載時：Imin，nmax，P=0 ，起動機空轉(zhuǎn)時，I最?。ǚQ為空轉(zhuǎn)電流），n達最大值（稱為空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速）；

③啟動時：當(dāng)I＝0.5Imax，Pmax，起動電流接近制動電流一半時，起動機的P最大。如圖3所示。

圖3 起動機工作特性圖

2 常見故障分析及解決方案

起動機的工作原理較簡單，CN200車型起動機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起動機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。同時因為模具設(shè)計不合理導(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)力集中點在斷口位置，導(dǎo)致根部強度不足。如圖5所示。以上兩種原因結(jié)合則易導(dǎo)致起動機運行中端蓋受力斷裂。

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，驅(qū)動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：異響的主要原因為驅(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 啟動困難

蓄電池電壓低、起動機裝配不到位、氣溫過低或起動機電磁開關(guān)動觸點結(jié)冰均有可能導(dǎo)致車輛啟動困難；下面主要從電磁開關(guān)觸點結(jié)冰方面進行分析。

2016年12月，團隊出差哈爾濱調(diào)查CN200早上車輛難啟動事件，在檢查點火開關(guān)、啟動回路、蓄電池電壓和燃油系統(tǒng)均無異常的情況下，車輛在首次啟動起動機齒輪處發(fā)出“咔嗒”的聲音，但不能正常啟動車輛（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，取消短接故障再現(xiàn)；用木錘輕敲電磁開關(guān)后或者啟動多幾次，故障消失。

將5臺帶透氣膜電磁開關(guān)的起動機和1臺原起動機分別安裝到6臺故障車上驗證。跟蹤用戶使用時間1個月，結(jié)果如下：

①5臺裝配帶透氣膜的車，均正常工作，無啟動困難的現(xiàn)象；

②1臺裝配原起動機的車，第3天故障再現(xiàn)。

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

表3 啟動困難措施跟蹤

2.3 起動機燒蝕

車輛啟動時，起動機工作時間雖然只有3~5 s時間，但是電流很大，常溫下工作電流60~100 A，寒冷季節(jié)可達到100~200 A，起動機會瞬間發(fā)熱，如果起動機長時間工作或堵轉(zhuǎn)，有燒蝕風(fēng)險，如圖7所示[4]。

圖7 起動機燒蝕

起動機燒蝕的原因主要有：

（1）起動機本身原因：電磁開關(guān)內(nèi)部觸點粘連或動鐵芯卡滯導(dǎo)致起動機不斷電；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）啟動回路故障：點火開關(guān)不回位；起動繼電器觸點粘連，導(dǎo)致起動機回路常導(dǎo)通；線束短路或線束緊固不良導(dǎo)致起動回路接觸電阻增大；

（3）使用方法不當(dāng)：發(fā)動機負載過大。比如：帶擋起動、潤滑不足、某些原因?qū)е碌倪\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，使用起動機拖動整車時間過長，甚至爬坡；出現(xiàn)啟動困難時，長時間點火。

CN200車型起動機燒蝕的主要原因有電磁開關(guān)動鐵芯卡滯和車輛沒油時使用起動機拖動整車時間過長。動鐵芯出現(xiàn)卡滯時，松開鑰匙S端斷開后，B+端和M端仍然處于接通狀態(tài)，起動機長時間工作至燒蝕。對收集到的 4件故障件（4#、5#、6#、7#）進行拆解，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，且動鐵芯上有局部刮痕，分析鐵屑在開關(guān)內(nèi)部使得動鐵芯出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。對鐵屑成分進行檢驗及開關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行排查，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)致動鐵芯卡滯

商品車在運轉(zhuǎn)或用戶使用車輛沒油時用起動機持續(xù)拖動發(fā)動機運轉(zhuǎn)，電流很大可達到400 A以上，起動機超負荷工作，溫度會逐漸上升，如圖9所示，拖動3 min時溫度已經(jīng)達到108.7℃，此時起動機已有損壞，散發(fā)出燒糊的味道，但仍能起動發(fā)動機，起動稍有延遲，性能下降。由于起動機電樞超負荷工作，溫度高，長時間使用會導(dǎo)致起動機燒蝕冒火花，嚴(yán)重時會引燃起動機周邊零件，有導(dǎo)致燒車風(fēng)險。

圖9 起動機拖動整車時溫度變化曲線

起動機保護電路設(shè)計主要有兩種，一種是在ECU標(biāo)定的時候加入啟動時間保護策略，該方案較全面，但改進周期較長。例如極低溫(低于-30°C)啟動：

①鑰匙開關(guān)ON，嘗試重新起動，起動機帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)動時間不得超過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，則請放棄起動嘗試[3]。

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

解決措施跟蹤如表4所列。

表4 燒蝕改進措施跟蹤

3 效果驗證

經(jīng)過改進措施斷點后，起動機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。啟動保護策略在新車型上得到運用，且改進效果顯著。該改進課題還獲得公司年度CPIP一等獎。

圖10 起動機IPTV運行走勢圖

4 結(jié)束語

起動機失效模式多種多樣，通過售后維修數(shù)據(jù)、故障件分析、連接客戶聲音，從起動機設(shè)計、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)定的時候加入啟動時間保護策略，零件使用特性與保護產(chǎn)品安全相結(jié)合，使得國產(chǎn)汽車設(shè)計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。