汽車起動機線圈骨架燒蝕原因分析

1 引言

S公司是國內傳統車企，所產所銷的車型大部分均為燃油車，面對中國政府越來越嚴苛的法規要求與環保要求，不得不尋求新技術的突破與轉變以降低單車油耗，承擔企業的社會責任。因此原有的部分高油耗車型增加起/停功能便成了必然的選擇，根據中國汽車技術研究中心的測試結果表明,起/停系統在中國典型城市交通中的節油率為7%～27%。對于用戶擔心的起/停系統是否會改變駕駛習慣,測試證明在正規操作情況下,對用戶駕駛習慣沒有影響

。基于此，大規模的鋪開使用一款搭載含有啟停功能的新型發動機便成為了當下S公司的不二之選。

然而當這款新型發動機的市場保有量逐步增加，這款發動機搭載的新型F型起動機卻頻頻在零公里和短公里內就發生了多起燒蝕的案例，短短三個月累計案例40多起。本文旨在通過科學的研究方法快速的鎖定問題的根本原因，從而針對性的提出改善措施，從根本上杜絕此類問題的發生。

故障樹分析法，簡稱FTA(Fault Tree Analysis, FTA)，于1961年由美國的沃森(Watson)和默恩斯(Mearns)首次提出，并應用于民兵式導彈發射控制系統的分析和研究

。所謂故障樹分析，即是首先選定某一特定的系統故障作為頂事件，然后將造成該系統故障的原因逐級分解為中間事件，直到不能或不需要分解的基本事件作為底事件為止，如此便得到了一張數狀邏輯圖，稱為故障樹

。

魚骨圖又稱因果圖，它是由日本管理大師石川馨發明的一種分析問題根本原因的方法。它是一種常用的可以有效解決質量問題的工具。當問題出現時，通過頭腦風暴，分析團隊集思廣益，提出主要產生問題的可能原因，并逐條分析，排除干擾因素，最終識別根本原因并解決問題

。

2 起動機簡介

起動機是把車輛電能轉變為機械能的一種裝置，起動機主要功能是能夠正常起動發動機。當司機接通汽車鑰匙開關，起動機電磁開關得電，產生電磁拉力，使動鐵芯在電磁拉力的作用下移動，推桿被推動而接通開關，起動機得電而轉動。與此同時，小動鐵芯帶動撥叉機構，使單向器齒輪與飛輪齒圈進行嚙合，拖動發動機旋轉。當發動機達到規定轉速時，發動機即點火起動。此時當司機斷開點火開關，起動機則立馬斷電并借著發動機的反拖力，使單向器齒輪從嚙合位置返回至初始位置，推桿也由彈簧彈回到原來位置，起動機停止工作。

起動機一般是由三部分組成，分別是直流電動機、傳動機構和控制裝置。起動機的內部組成圖如圖1所示。

百安居中國目前外包給第三方物流的門店配送形式是從三大區域物流中心配送至全國38家門店，我選取了幾家具有區域代表性的門店，繪制了百安居現在大致的配送路線全景圖，配送線路總計120條，如下圖2所示，可以更直觀地感受到配送線路的煩瑣與復雜，運輸成本必然會相對較高。

基于智能配電終端的分布式供電恢復方法//叢偉,盛亞如,咸國富,程云祥,尹豐釗,張麗強//(15):77

3 起動機燒蝕的故障樹分析

公司在近三個月的時間內陸續發生起動機燒蝕失效44例，其中40例均為售前失效案例，其余4例為售后失效案例(公里數均未超過1000km)，使用時間均小于1個月，是典型的0km/短公里失效。

失效現象如下：整車無法啟動；起動機轉子高溫燒蝕過熱，如圖2；起動機轉子常轉，齒輪不彈出；大部分熱熔膠融化，電磁線圈有明顯過熱痕跡，如圖3。

然而，城市文化既具體開放包容的一面，也存在冷酷無情的面孔。現代城市作為以工商業為基礎的消費社會，人口集中、資源緊張，處處充滿社會競爭和利益爭奪，解決現實生存問題成為燃眉之急。人海茫茫的城市大世界，還是一個層級社會，情感疏離、缺乏歸屬感也是城市人群普遍面臨的困境，冷漠、勢利、詭詐構成了百味人生。城市謀生的忙碌與艱辛、欺詐與殘酷，對魯迅產生了深刻的影響，使魯迅切身體驗了生活之艱，形成了“飯碗”意識，把生存視為生命線。

企業在經營發展過程中必然會面臨各種風險，國有企業在自身發展過程中應高度關注風險評估和管理，有效識別經營過程中存在的風險，對風險進行評估與分析，并尋求有效的應對措施。但是在實際風險控制和管理過程中，部分國有企業并未高度關注風險評估分析，而國有企業的監督部門也并未真正發揮監督作用，最終導致國有企業在財務風險管理中出現了薄弱環節，一旦出現風險并不能將損失控制在最小范圍內。

對起動機影響主要看起動平均電流，因峰值電流的時間小于1ms，不會對起動機造成影響，起動機在輸入電壓12V，2300轉負載測試時，起動機電流范圍在140-240A，由于不同整車的電瓶電壓及整車線路內阻不同，起動電流會有不同，因此排除負載異常的潛在原因。

電磁開關純觸點粘連缺陷，在起動機的使用過程中約占所有質量問題的一半，大大降低了起動機工作的穩定性與可靠性。拆解起動機，觀察其電磁開關觸片正反面狀態，如圖7所示，確認失效件與正常件的電磁開關觸片狀態一致，無粘連。故排除該潛在原因。

為了快速準確的診斷出故障原因，需要建立起動機燒蝕的故障樹，并列出相關診斷流程，該方法的應用對于相關專業的故障診斷具有指導意義。

膽囊 膽囊變硬是因為膽結石。以前中國人的膽結石基本上是泥沙樣的結石，現在越來越多地變成了膽固醇結石。當出現右上腹部絞痛或右肩、右背部的放射性疼痛時，就要警惕膽囊結石了。

根據起動機的工作原理及歷史案例的經驗，畫出起動機燒蝕問題的故障樹，如圖4所示，該故障樹的最小割集即是分布在故障樹最底端的故障原因，主要原因有：負載異常、PIN1長時間通電、過啟動、轉子對地、單向器卡死、電磁開關觸片粘連、電磁開關卡滯。在分析具體故障時一定要遵循故障診斷的基本原則，力求做到先易后難，這樣可以大大縮短診斷時間。接下去針對每一個最小割集進行原因分析。

3.1 負載異常潛在原因排查

首先對負載異常的潛在原因進行分析。為了排查外部負載對起動機的影響，選取正常車輛與失效車輛進行外部電路測試，分析比較正常車輛與失效車輛流經起動機的平均電流與峰值電流之間的差異，如失效車輛的平均電流與峰值電流遠大于正常車輛，則可將負載異常作為主要原因進行進一步分析，如無，則可排除負載端異常的潛在原因。

選取正常車輛與6輛失效車輛測試起動機平均電流與峰值電流，數據如下：

結論：從以上整車測試啟動平均電流來看，屬于正常波動范圍。

起動機燒蝕是汽車故障診斷中常見的故障現象，解決類似的故障通常采取經驗法為主，解碼儀為輔的方式進行，但該種診斷方法有時會出現遺漏故障點的可能

。

第一階段（1978年—1987年），準備和起步階段。三中全會以后，個體工商業伴隨商品經濟的活躍恢復發展，非公有經濟禁區逐漸被打破，個體工商戶的法律地位得到明確。

3.2 PIN 1長時間通電潛在原因排查

轉子主要由電樞繞組、電樞沖片、轉軸和換向器組成。繞組采用單波繞組，按一定規律嵌入換向器槽中焊接牢固。電流由電刷導入繞組。轉軸起支撐和傳遞力矩(花鍵)作用

。根據起動機的工作原理，如圖5所示。如果轉子對地，電流流經電磁線圈，失效現象會是僅轉子燒蝕，電磁線圈卻不會過熱。但實際失效案例不僅轉子燒蝕，電磁線圈也均有過熱現象，故排除該潛在原因。

3.3 過啟動潛在原因排查

電磁開關在起動機中有兩方面的作用, 一是接通主電路使起動機旋轉；二是通過拔叉 (或推桿) 把小齒輪推出與發動機飛輪齒圈嚙合。通過拆解失效件的電磁開關，逐一對電磁開關內部子零件進行分析，發現其線圈骨架內部的內徑尺寸存在偏差，圈骨架的最小內徑尺寸要求是17.47mm，我們分別選取測試深度3mm、6mm、9mm、12mm，在這四個深度測試6個失效件的內徑尺寸，測試結果如下表2所示。

在冬季由于環境溫度低，汽車不能起動是常見現象，主要原因是蓄電池充放電能力大幅下降且機油粘度增大，流動性變差，使發動機阻力增大。在這種情況下，有些駕駛員就會多次連續點火，甚至長按點火開關不松開。在夏季，起動機的一般工作電流在100A到200A之間；在冬季，甚至會超過400A。由于通電時間長，電流值大，導致起動機短時間內發熱量驟升，這種非正常的起動方式也會容易導致起動機燒蝕。鑒于車輛都是0km/短公里失效，且該批量問題發生之前，操作人員無明顯變化，且失效車輛不分地點、時間，即首先排除了大范圍的人為惡意操作。

一是集團化改革取得新成效。廣東農墾在1994年就開始實施集團化改革，并以資本為紐帶，組建了湛江、茂名、陽江、揭陽、汕尾等5個區域集團公司和一批現代公司制產業集團。國有農場作為產業集團的生產基地，是全產業鏈的基礎環節，與產業集團形成緊密型利益共同體。

那么是否可能存在冷啟動困難，導致每次啟動需要長時間按住點火開關才能啟動呢？冷啟動困難的原因有很多，一類是油路系統問題，另一類是進氣系統問題

。

如果是由于上述系統相關零件故障導致冷啟動困難，那么單單更換起動機后，并不能從根本上解決問題，勢必后續還會在同一車上繼續出現冷啟動困難，繼而導致車輛使用者在非正常操作下繼續長時間按住點火開關，最終導致起動機再次燒蝕。

運用統計學軟件（版本：SPSS20.0）分析和處理數據，計數類、計量類數據利用χ2和t檢驗。P＜0.05（或＞0.05），檢驗數據的比較是否存在顯著的差異。

因此我們持續跟蹤上述車輛在更換起動機后的質量表現，在涉及的車輛后續使用的三個月中，車輛均未再次出現無法啟動的失效抱怨，因此排除了冷啟動困難前提下的人為過啟動的情況。

3.4 轉子對地的潛在原因排查

如果是由于PIN1長時間通電，那么更換起動機后，理論上再次啟動會立馬再次將起動機燒蝕，但實際更換起動機后的三個月，車輛均未再次出現無法啟動的失效抱怨，因此PIN1長時間通電的潛在原因也排除了。

3.5 單向器卡死的潛在原因排查

起動機單向器是起動機一個非常重要的子零件，其作用是在起動過程中有效的將起動機的扭矩傳遞給發動機曲軸，車輛發動后，單向器的單向工作性質能對起動機電樞起到很好的保護作用，防止其因高速旋轉而損壞

。拆解所有回運的失效件，單向器均能正常轉動，無卡滯或卡死現象，如圖6。故排除該潛在原因。

3.6 電磁開關觸片粘連的潛在原因排查

故障樹分析法的特點是分析難度低，故障原因不重復、不遺漏。因此在汽車故障診斷中被廣泛使用。故障樹分析法分為定性分析和定量分析，而本文所應用的定性分析是指對所有可能導致故障的事件最小割集的分析。

3.7 電磁開關卡滯潛在原因排查

過啟動分為人為因素與非人為因素兩種。人因即駕駛者長時間按“ENGINE START/STOP”按鈕15s以上，或者多次啟動之間的間隔時間等待過短，例如，啟動一次之后熄火，馬上進行第二次啟動，甚至第三、第四次啟動。

1.4.9 分類數據集生成 將以上根據MODIS數據提取的分類特征：植被指數、積雪指數、濕度指數、水體指數、紋理特征、晝夜地表溫度與SRTM3地形數據提取的地形參數：高程、坡度、表面曲率，對以上分類特征進行配準、疊加、裁切，最后得到多層分類數據集。再對多層分類數據集和整理后的土壤矢量數據進行疊加，為數據分析提供基礎。

通過實際測量值和標準值的對比可得出如下結論：所有失效件線圈骨架尺寸在9mm/12mm處均不合格。

因此可能潛在的失效原因可初步判斷為線圈骨架尺寸小于動鐵芯尺寸，骨架與小動鐵芯干涉卡滯，小動鐵芯不彈出導致B+與M端常通電，轉子常轉最終燒蝕，起動機無法正常工作，最終導致車輛無法啟動。

為了進一步驗證如上的理論分析，特選取了初始狀態尺寸狀態最差的零件，并裝車驗證，點火開關接通后，車輛無法啟動，起動機常轉燒蝕，并散發出焦糊味，故障復現。后拆開起動機確認電磁開關線圈狀態，確認為熔融狀態。與之前批量失效的起動機狀態一致，故最終證實了該結論準確。

4 線圈骨架內徑超差原因分析

為了找出影響線圈骨架尺寸超差的原因，首先需要了解線圈骨架的制造過程和物流運輸路徑，具體如圖8所示。

接下去進一步分析線圈骨架尺寸超下差的根本原因，結合線圈骨架的工藝流程圖，按照“人、機、料、法、環”五個大類畫出魚骨圖，所謂的“人機料法環”是項目管理學中一個常見的專業名詞，主要用于企業的質量管理，其原理是針對五大影響質量的因素進行全面分析：人，指生產產品的人員；機，指生產產品所用的設備；料，指生產產品所使用的原材料；法，指生產產品所使用的方法；環，指產品生產過程中所處的環境

。通過該分類方法列出可能導致骨架尺寸不良的全部潛在因素，具體如下圖9所示，包含了繞線機的選擇、繞線張緊力的設置、線圈來料、骨架來料、放置時間及運輸方式六個潛在因素。

通過對如上六個潛在因素的逐一排查分析，確定了骨架尺寸不良的主要影響因素為：繞線張力設置值過大導致骨架尺寸變形收縮；在較大的張緊力(150Bits)長時間的海運(2個月)過程中，溫濕度進一步加劇骨架尺寸收縮，最終導致骨架尺寸超差。

5 改善措施制定

根據對骨架尺寸不良的主要影響因素制定相應的改善措施，將繞線張緊力從150Bits調整為45Bits，并更改零件的運輸方式從海運改成空運。該措施上線后，觀察其為期半年的售后表現，均未再次發生同類失效，因此該措施制定有效。

本文針對典型的復雜案例，通過故障樹分析，鎖定了起動機電磁開關內部線圈骨架尺寸超差是導致起動機燒蝕的根本原因。并運用魚骨圖分析法鎖定了繞線張緊力設置值偏大及較長時間的海運環境下的溫濕度影響是導致線圈骨架尺寸超差的主要影響因素。后續通過相應的措施改善，最終解決了該質量問題。本文的解題思路與方法可以為其他汽車類相關故障提供借鑒與參考。

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