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，汽車在國內發(fā)展越來越趨于飽和，公司推出的CN200車型是商用車轉乘用車的一款重要MPV產品，秉承高質量、高性能和高性價比的優(yōu)勢，受市場認可度較高。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，從起動機設計、零件制造及裝配環(huán)節(jié)進行淺析，并制定對應解決措施。

1 起動機工作原理及特性

CN200車型起動機的構造如圖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端連接電磁開關和轉子，控制起動機轉子工作；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開關閉合，電流從蓄電池正極流向起動機電磁開關S端，其中一個回路從保持線圈（H-coil）經過車身搭鐵后回到蓄電池負極，另一回路從吸拉線圈（P-coil）經過電磁開關M端再經過轉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，轉子工作，高速運轉帶動飛輪工作，發(fā)動機啟動成功。

鑰匙松開Start檔時，S/W開關斷開，此時線圈磁力不能馬上消除，電流從M端經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）轉矩特性：轉矩隨電樞電流變化的關系，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，轉矩很大，使發(fā)動機易于啟動；

（2）機械特性：電動機的轉速隨轉矩而變化的關系n=f（M），直流電機的轉速隨轉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（稱為制動轉矩）；

②空載時：Imin，nmax，P=0 ，起動機空轉時，I最小（稱為空轉電流），n達最大值（稱為空轉轉速）；

③啟動時：當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#），分析結果如下：

（1）驅蓋斷裂

①驅蓋毛坯鑄造缺陷，零件產生夾雜物、冷隔缺陷。同時因為模具設計不合理導致應力集中部位（斷口）易產生氣孔。如圖4所示。

圖41 、2#故障件——鑄造缺陷

②驅蓋過渡R角較小，通過CAE分析發(fā)現(xiàn)應力集中點在斷口位置，導致根部強度不足。如圖5所示。以上兩種原因結合則易導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，應力集中

（2）軸襯異常磨損

經過對3#故障件逐一拆解，發(fā)現(xiàn)定轉子磨擦，磁極破裂，驅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——定轉子磨擦，磁極破裂，驅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，導致轉子邊轉邊擺動，驅動軸軸襯的載荷加劇造成其軸襯磨損，繼而定子與轉子的間隙越來越小，定子磁極受到轉子撞擊而破損，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，軸襯的異常磨損導致噪音越來越大。

3#故障件關鍵尺寸檢查如表1所示。

表13 #故障件關鍵尺寸測量

根據(jù)對故障件拆解分析及關鍵尺寸測量，得出結論：異響的主要原因為驅蓋斷裂和軸襯異常磨損。

解決措施跟蹤見表2.

表2 驅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動觸點結冰均有可能導致車輛啟動困難；下面主要從電磁開關觸點結冰方面進行分析。

2016年12月，團隊出差哈爾濱調查CN200早上車輛難啟動事件，在檢查點火開關、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后或者啟動多幾次，故障消失。

將5臺帶透氣膜電磁開關的起動機和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)，電磁開關內部水汽未能及時排出，動觸點結冰導致車輛啟動困難。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，有燒蝕風險，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：電磁開關內部觸點粘連或動鐵芯卡滯導致起動機不斷電；電樞匝間短路或對地短路（注：該故障導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：點火開關不回位；起動繼電器觸點粘連，導致起動機回路常導通；線束短路或線束緊固不良導致起動回路接觸電阻增大；

（3）使用方法不當：發(fā)動機負載過大。比如：帶擋起動、潤滑不足、某些原因導致的運轉不良；蓄電池虧電或低溫導致其性能降低；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#）電磁開關推桿和復位彈簧中有鐵屑，且動鐵芯上有局部刮痕，分析鐵屑在開關內部使得動鐵芯出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。對鐵屑成分進行檢驗及開關生產環(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生撕裂帶，當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 電磁開關內部有異物導致動鐵芯卡滯

商品車在運轉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，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，長時間使用會導致起動機燒蝕冒火花，嚴重時會引燃起動機周邊零件，有導致燒車風險。

圖9 起動機拖動整車時溫度變化曲線

起動機保護電路設計主要有兩種，一種是在ECU標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ON，嘗試重新起動，起動機帶動發(fā)動機轉動時間不得超過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，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，從起動機設計、制造和裝配等環(huán)節(jié)，快速準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，提高客戶對公司產品的認可及滿意度。

對于新開發(fā)車型，ECU標定的時候加入啟動時間保護策略，零件使用特性與保護產品安全相結合，使得國產汽車設計更趨近于世界一流汽車產商的水平，未來甚至有超越的可能。