起動機線束設計研究

林巖飛 左洪濤

摘 要：車輛的起動性能是判斷車輛是否合格的關鍵性指標。環境溫度、蓄電池容量、起動機性能、發動機拖動最低轉速等因素都影響起動性能。起動系統由起動機、蓄電池、起動繼電器、點火開關等部件組成。蓄電池提供起動機端電壓，端電壓的大小直接影響到起動性能。起動機線束規格的選擇，影響起動機線束的導線壓降，起動過程中起動電流很大，起動機線束的壓降在一定程度上影響了起動機端電壓，從而影響了起動性能。

關鍵詞：起動機；線束設計

1 汽車起動機概述

汽車發動機的正常工作使用，需借助外部機械裝置的回轉驅動，使其內部完成自循環，通常情況下，我們將這種實現發動機進行工作的外部機械裝置，稱之為起動機。起動機，即在蓄電池電流的作用下，其內部的直流電動機起動工作，帶動電動機末端的驅動齒輪旋轉工作，驅動齒輪在起動機內部傳動機構的作用下與發動機的飛輪齒圈進行機械嚙合，從而實現驅動發動機進行工作的目的，當發動機起動后，驅動齒輪可自行脫離，作為各類機械執行器件以及汽車、火車和飛機等大型產品啟動系統中必不可少的一部分，根據其內部傳動機構和電控裝置的不同，起動機可以大致分為慣性嚙合式、機械嚙合式、電磁嚙合式以及電樞移動式四大類。在生產制造和推廣使用的歷程中，慣性嚙合式和機械嚙合式起動機，由于內部結構的缺陷，已經逐漸被淘汰掉，電磁嚙合式起動機由于其內部結構簡單、工作可靠等優勢，已成為現代汽車起動系統中的關鍵零部件之一。汽車起動機的制造發展歷程久遠，早在二十世紀初期，對于實現汽車發動機的自動起動進行了長時間的研究探索，包括機械方式、氣動方式以及電驅動的方式等，對其各種探索均因使用的可靠性，有效性以及結構緊湊性等因素而已失敗告終，1912年，隨著蓄電池的廣泛使用，自動起動機應孕而生。伴隨著現代汽車工業的飛速發展，汽車電器部分發展也日益提高，規模也越來越大，迄今為止，世界上起動機的型式已多達3000余種。汽車起動機是由直流電動機、傳動機構和控制裝置組成，三者互相作用，緊密聯系，作為汽車啟動系統的核心部件，其組成機構的設計和制造工藝也在不斷的向前發展。

2 實例分析起動機線束設計

某公司5款車型起動機線束線徑優化和電壓降計算結果見表1。

從表可以看出，A車型正負極線束線徑設計合理，B、C車型正負極線束較短但線徑較大，用30mm2導線造成浪費，可以將線徑分別降為20mm2和25mm2。D、E車型正負極線束較長但線徑較小，在一定程度上影響了起動的可靠性，需要將線徑分別改為30mm2和40mm2。其中E車型，蓄電池布置在后備廂下方，故正極線束較長。

2.1 考慮起動電流與導線的發煙曲線

對于汽油車，平均起動電流一般在400A以下。20mm2及以上的導線，從導線的發煙曲線可以得到20s時間內400A電流都能承受。對于起動電流小的車型，也可以選用16mm2導線。對于柴油車，平均起動電流一般在500A以下。25mm2及以上的導線，從導線的發煙曲線可以得到30s時間內500A電流都能承受。

2.2 試驗數據校核驗證

2.2.1 A車型起動曲線（圖1）

時刻1（紫色線）：電流320A，蓄電池電壓8.6V，起動機電壓8.1V，起動回路每100A壓降：（8.6-8.1）/320×100=0.15V，小于0.2V，滿足標準要求。時刻2（黃色線）：電流280A，蓄電池電壓8.88V，起動機電壓8.42V，起動回路每100A壓降：（8.88-8.42）/280×100=0.16V，小于0.2V，滿足標準要求。

2.2.2 D車型起動曲線（圖2）

時刻1（紫色線）：電流310A，蓄電池電壓9.1V，起動機電壓8.2V，起動回路每100A壓降：（9.1-8.2）/310×100=0.29V，大于0.2V，不滿足標準要求。時刻2（黃色線）：電流355A，蓄電池電壓8.7V，起動機電壓7.7V，起動回路每100A壓降：（8.7-7.7）/355×100=0.28V，大于0.2V，不滿足標準要求。從以上分析可以看出，試驗結果和簡化公式計算的結果一致。

2.3 起動機匹配

根據國家標準GB12535—2007中要求低溫冷起動環境溫度為-35±2℃，數據經計算后可按照下述經驗來推斷起動機匹配結論。1）蓄電池初始電壓應高于11.5V（滿足試驗標準初始電壓）或蓄電池內阻計算結果與實際標定應一致，否則視為蓄電池虧電或損壞，應更換蓄電池重新測試。2）按照起動機線路線束設計標準，經計算如果線路總電阻高于4mΩ，則線束回路匹配有問題，增加電路損耗，降低起動機輸出性能，建議更換線束或檢查線束連接。3）上述2項無問題時，發動機拖動轉速大于100r/min時，平均工作電流與起動機制動電流比值在0.4-0.7，視為起動機合理匹配；如大于則視為匹配偏小，起動機大電流工作會降低起動機可靠性甚至引起燒毀，此種情況視為發動機阻力矩大或起動機匹配偏小。4）發動機拖動轉速小于100r/min時，如蓄電池正常，同樣視為發動機阻力矩大或起動機匹配偏小，存在低溫無法起動的風險。5）發動機拖動轉速大于300r/min以上時，如起動正常，則視為起動機匹配過大，可改用小功率起動機匹配；如不能正常起動，請排查發動機點火系統。

3 故障應用實例分析

一輛1.8L手動擋汽車，行駛4萬km，購車時間2010年中旬。車主反映車輛正常行駛中突然熄火，然后無法起動。接修的維修人員診斷為燃油泵故障，更換燃油泵后還是無法起動，維修陷入僵局。這時筆者介入維修。維修步驟：（1）檢測燃油泵供電端子插頭。連接到供電端子插頭檢測，起動機無電源輸入。到此燃油泵故障的可能性排除，可以確定該車無法起動的直接原因，為燃油泵供電端子無電壓輸入造成的。（2）檢修前排乘客側腳踏板位置上方熔絲盒。逐個測量相關熔絲，測量結果也正常。燃油泵繼電器目視完好，測量輸入供電端子有12V電壓。插上繼電器起動車輛，繼電器有工作的動作，證明從發動機控制單元到該繼電器的線路及信號控制正常。拔下燃油泵供電端子插頭，找出供電線束，發現是一根黃色紅莖粗線。接著回到車內，起動車輛的同時用測量工具測量該線束輸出端，發現有驅動電壓。至此可以斷定，由熔絲盒燃油泵繼電器至油箱線束問題導致的車輛無法起動故障診斷燃油泵供電插頭之間，有可能出現斷路或某個插頭損壞的情況。（3）順著熔絲盒端子插頭處拉出的線束，在靠近側護板地板膠中部發現，該處有線束整體燒焦的情況，而燒斷的線路正是那根黃色紅莖燃油泵供電線束。原來導致行駛中突然熄火無法起動的原因就是因為這根線束。細看以上故障點發現，之前有包扎過的痕跡，仔細分析該線燒斷原因，很有可能是之前該車安裝過GPS定位系統，在此隱蔽處加裝了燃油切斷繼電器，以便在出現盜搶行為的時候，可以遠程控制切斷燃油強制熄火。在之后不知什么原因該車又拆除了此控制部件，然后簡單包扎了線束。經過一段時間之后，線路出現了接觸不良，導致發熱燒斷，從而引起了之前故障的出現。此故障是不幸中的萬幸，如果此處在行駛中沒有斷路而是繼續發熱的話，極有可能導致燃燒引起火災，后果不堪設想。所以維修工人的粗心大意是主要問題，任何一個環節在工作中要時刻保持認真嚴謹的態度，處處細心周到處理，盡量不留下安全隱患。

參考文獻

[1]陳東旭，李孟凱，金浩然，陳武.基于LabVIEW汽車起動機測試系統設計[J].黑龍江工程學院學報，2017，3106：29-33.