【摘" 要】為解決現(xiàn)有起動機的防水缺陷問題，文章提出一種新的全密封起動機，可以提升起動機防水性能和增加使用壽命。該全密封起動機采用涂防水膠、一體式異形密封件和防水透氣塞，具有防水性能提升大、改進成本低、安裝簡單、防水透氣性能好的特點，適用于涉水和高溫高濕的車輛使用場景。

【關鍵詞】密封起動機；密封件；防水透氣塞

中圖分類號：U464.142" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）08-0071-03

Design and Application of Sealing Starter

GUO Jia，ZENG Zhichao

（SEG Automotive Products （China） Co.，Ltd.，Changsha 410129，China）

【Abstract】In order to solve the waterproof defect problem of existing starters，this article proposes a new fully sealed starter，which can improve the waterproof performance and increase the service life of the starter. This fully sealed starter adopts waterproof adhesive，integrated shaped sealing components，and waterproof and breathable plugs，which have the characteristics of greatly improving waterproof performance，low improvement cost，simple installation，and good waterproof and breathable performance. It is suitable for vehicle use scenarios involving water and high temperature and humidity.

【Key words】sealed starter；sealing element；waterproof and breathable plug

作者簡介

郭佳（1982—），男，工程師，碩士，工程部高級經(jīng)理，負責起動機產(chǎn)品開發(fā)和平臺管理工作。

隨著汽車在日常生活及各個領域的廣泛應用，對車輛各個方面的要求也越來越嚴格，一些特殊環(huán)境如涉水、高溫高濕等對車輛電氣及機械部分的防水性能提出了更高的要求。起動機作為車輛發(fā)動機系統(tǒng)中的重要組成部分，其防水性能直接影響自身的使用壽命，甚至影響到車輛的正常啟動[1]。為滿足整車的浸水、噴水和淋水等涉水工況，對起動機防水性能提出了更高的要求，全密封起動機應運而生。本文提出一種采用涂防水膠、一體式異形密封件和防水透氣塞的全密封起動機，在實現(xiàn)防水功能的情況下，保證氣體流通的實時性。

1" 防水起動機現(xiàn)狀分析

1.1" 常規(guī)起動機

常規(guī)起動機在設計時會考慮防水性能，以確保其在各種天氣條件下都能可靠地工作，根據(jù)GB 4942.1—1985的規(guī)定，起動機應能承受IPX4防護等級試驗，這意味著它能夠抵抗來自任何方向的濺水。起動機通常使用密封墊片、密封圈和密封膠對易滲水處進行密封處理，并在多個關鍵部位進行了防水設計，以確保其在濕潤環(huán)境中的可靠性和耐久性。而商用車會遇到水池清洗、水射流沖洗和底部高壓水洗的場景，導致起動機外部腐蝕和內(nèi)部生銹，如圖1所示。

1.2" 全密封起動機原理

全密封起動機雖然具有良好的氣密性，但是無平衡氣壓的功能，使得起動機內(nèi)部運動部件阻滯力增加，影響起動機的功能和壽命。常規(guī)全密封起動機結構如圖2所示。

帶氣壓平衡元件的全密封起動機通常采用雙向單向閥來進行氣壓調節(jié)平衡，如圖3所示。這種結構體積大，一般都是常閉結構，設置有開啟壓力，其影響氣壓平衡的及時性和有效性，且在開啟的同時氣體和水會同時進出，風險較大。同時氣壓平衡元件處在電機腔體，在增加了起動機的整體尺寸的同時，也遠離運動部件，不利于氣體的交換和平衡。

因此，傳統(tǒng)全密封起動機由于其良好的密封性，其內(nèi)部氣壓隨著溫度的增加而增加，對起動機內(nèi)部的運動部件造成了很大的阻力，進而影響和發(fā)動機飛輪的嚙合和分離。

2" 密封薄弱點分析

為了準確識別出潛在的問題并提出有效的解決方案，需要對現(xiàn)有起動機密封薄弱點進行分析。密封薄弱點主要依靠氣密性測試分析，常規(guī)的氣密性測試方法有水檢法、壓力衰減法、氣體流量檢測法和氦質譜檢漏法。本文主要針對防水產(chǎn)品進行設計，因此本文選用水檢法測試氣密性，通過將產(chǎn)品浸入水中并觀察是否有氣泡冒出判斷密封性能，測試步驟如下。

1）準備工具和材料，包括氣源、壓力表、容器等，清潔起動機。

2）起動機完全浸入水中，使用氣源（如壓縮空氣）連接到起動機的進氣口，確保連接牢固且無泄漏。

3）根據(jù)測試要求，調整氣源的壓力到一個合適的水平。通常，這個壓力應該高于起動機正常工作時所承受的壓力。

4）觀察氣泡并檢查氣泡位置，根據(jù)觀察到的氣泡情況，記錄測試結果。

水檢法進行氣密性測試如圖4所示。從圖4a中可以看出，壓力達到約10kPa，即1m水深壓力時，45端子螺栓橡膠密封塊處出現(xiàn)氣泡；從圖4b中可以看出，當壓力超過20kPa時，中間橡膠密封塊處出現(xiàn)氣泡，從圖4c中可以看出，當壓力增加到50kPa時，驅動端蓋與中間支架的接縫面和電磁開關接縫處也開始出現(xiàn)氣泡。

針對氣密性測試，對汽車起動機的密封薄弱處進行分析，發(fā)現(xiàn)在起動機中主要有5處防水薄弱處，如圖5所示。對5處密封元件進行壓縮率計算，如式（1）所示，式中ΔL為變形量，L為原來的長度。

r=ΔL/L（1）

根據(jù)計算，圖5中1～5號5處密封元件的壓縮率分別為4.6%、28%、25%、25%、15%，可以看出1號和5號壓縮率明顯低于其他3處，則所對應的密封元件與零部件的接觸壓力明顯較低，其為漏水高風險處，剩余3處為漏水低風險處。

3" 全密封起動機設計

結合密封薄弱點分析，首先針對密封薄弱處從涂膠和密封圈兩個方面對起動機進行防水設計，其次使用一體式墊塊解決中間連接密封問題，最后使用防水透氣塞解決電磁開關腔體內(nèi)溫度和濕度較高的問題。

對于產(chǎn)生漏水的連接處和螺栓，采用涂具有防水功能的密封膠進行改進，如圖6a、圖6b所示，其具有改動量小、無需改變其他零部件、生效快的特點。而對于O形密封圈容易破損從而導致漏水的問題，采用潤滑脂對密封圈進行預潤滑處理，有助于降低破損風險和增加密封性能。

對于中間連接密封現(xiàn)階段的防水起動機都是單獨對軸向或者徑向密封，在有拐角的復雜接口部位采用單獨密封可能造成密封件重合，使密封不可靠而導致泄漏?，F(xiàn)有密封設計如圖7所示。

因此，將密封圈、密封墊塊通過連接部位整合為一體式結構（圖8a），避免密封件重合導致的泄漏問題。安裝方式如圖8b所示，其中密封圈部分置于電機與驅動端蓋組件之間，通過在驅動端蓋中加工槽來固定，并且取消電磁開關上的原密封槽，密封墊塊組成部分置于電磁開關與驅動端蓋組件之間。

針對電磁開關腔體內(nèi)溫度和濕度較高，在電磁開關蓋上開設容納孔并引入防水透氣塞，容納孔的內(nèi)周壁具有沿其周向延伸的環(huán)形凸起，塞體的外周壁上設有與容納孔中環(huán)形凸起相適配的環(huán)形凹槽。防水透氣塞結構如圖9所示，包括防水透氣膜和塞體兩部分。其中，塞體上具有透氣孔，其中心軸線與在安裝部件中容納孔的中心軸線重合或平行，而防水透氣膜覆蓋塞體上的透氣孔，防水透氣膜采用熔融方式固定，也可以通過貼附的方式固定。透氣膜的特殊材料和工藝結構，使得水珠在表面張力的作用下，水分子不能順利脫離水珠滲透到另一側，但空氣和水汽可以通過[2]，在實現(xiàn)氣體交換的同時，對水分子進行阻擋，不僅可以實時調節(jié)密封工作腔氣壓達到平衡狀態(tài)，還可以避免因起動機內(nèi)密封工作腔的壓力過大導致的運動阻力增加，保證了密封工作腔的運動部件的正常運行。此外，相對于采用雙向或單向閥來進行氣壓平衡調節(jié)，防水透氣塞具有良好的實時性、有效性、阻水性以及體積小的優(yōu)點。

防水透氣塞在電磁開關蓋上的安裝結構如圖10所示。開關蓋上內(nèi)嵌且外部有遮擋的結構能夠起到保護作用，不僅能夠防止外部固體和液體的飛濺，損傷透氣元件，也能防止堵塞透氣元件，延長透氣元件的使用壽命。從內(nèi)部壓入透氣元件，外側有凸臺阻擋，防止在使用過程中透氣原件從開關蓋上脫落，導致水汽等進入開關發(fā)生短路的現(xiàn)象。

4" 試驗驗證

為驗證本文方法的有效性，分別選取常規(guī)起動機、傳統(tǒng)防水起動機和本文全密封起動機進行耐久試驗，試驗方法如圖11所示。其中，熱態(tài)浸水試驗規(guī)范為：①放入90℃的高溫箱60min；②放入0.5m深泥漿水中浸泡15min；③性能測試，要求性能損失lt;20%。耐久起動為10s死拖、1s啟動與1s超越組合。標準起動為1s啟動和1s超越組合。最終在性能損失lt;20%的情況下拆解起動機，查看進水及零件狀態(tài)。

耐久試驗結果對比如圖12所示，圖12a為常規(guī)起動機試驗結果，圖12b為傳統(tǒng)防水起動機試驗結果，圖12c為本文全密封起動機試驗結果。其中，常規(guī)起動機在進行第500次耐久起動測試中失效，起動齒輪不能收回，拆解后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部大量進水，未能通過耐久測試。傳統(tǒng)防水起動機進水量約50ml，零件表面水漬明顯，腔體內(nèi)潮濕，電磁開關螺桿表面氧化變色，磨損程度高。而本文全密封起動機無進水，零件表面和腔體內(nèi)保持干燥，電磁開關螺桿表面無氧化變色，磨損程度輕，圖12c中紅框位置為防水透氣塞容納孔?？梢钥闯?，本文設計的全密封起動機具有防水性能強、有效性高和水汽調節(jié)實時性好的優(yōu)點。

5" 結論

本文提出了一種采用涂防水膠、一體式異形密封件和防水透氣塞的全密封起動機，防水膠可以解決螺栓等間隙的漏水問題，一體式異形密封件適用于有拐角的復雜接口部位的密封并且能夠提高裝配可靠性和效率，而防水透氣塞能保持電磁開關腔體內(nèi)干燥，不影響整體尺寸的緊湊，安裝方便，功能可靠。該設計有效改善了現(xiàn)有起動機防水性能、透氣性能、可靠性和壽命，能使其適應更廣泛和嚴苛的使用條件。

參考文獻：

[1] 陳曉東，李昌，王晶晶. 起動機常見故障之可靠性設計[J]. 內(nèi)燃機，2021（3）：49-52.

[2] 劉應輝，張思東. 防水透氣閥在通信設備行業(yè)的應用[J]. 電子機械工程，2014，30（4）：5-7.

（編輯" 凌" 波）