汽車起動機保護電路的設計

黃正午，王昕利，陳振權，楊琴

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007；2.柳州天海盟立電器有限公司，廣西柳州545100）

汽車起動機保護電路的設計

黃正午1，王昕利1，陳振權1，楊琴2

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545007；2.柳州天海盟立電器有限公司，廣西柳州545100）

起動機是汽車啟動系統的一個不可或缺的設備，一旦起動機出現故障會導致車輛不好啟動，甚至有時無法著車。尤其是某些故障會導致起動機長時間工作，引起起動機燒蝕產生明火損壞線束和部分零件，因此對起動機的線路進行保護尤為必要。從起動機的工作原理進行分析，并嘗試性地設計一個簡易的起動機保護電路。

汽車；起動機；保護；設計

目前，汽車市場上使用的起動機種類繁多，質量參差不齊，內部結構也是不盡相同，但起動機的工作原理和失效模式基本一樣，其中起動機失效模式最常見的是起動機工作無力，導致汽車需要多次點火才可以啟動，這種故障經過簡單的檢查即可排除［1］。起動機失效模式中有一種是因某種原因導致起動機在著車后長時間通電一直工作，引起起動機內部燒蝕，甚至產生明火燒壞起動機附近的汽車零件，此種故障涉及的零件較多，一般情況下很難找出具體原因，即使換上新的起動機配件后，仍有可能再次出現起動機燒蝕情況，產生安全隱患，導致用戶產生抱怨。由于目前汽車起動機存在著車后繼續工作的風險，本文設計了一種起動機保護電路，經過多次驗證，可以降低起動機長時間工作的概率，提高了起動機工作的可靠性。

1　起動機的工作原理

汽車起動機的整個工作過程主要包括三個過程：起動機吸引過程、起動機保持過程、起動機停止過程［2］。

（1）起動機吸引過程

點火開關閉合，電流流經吸拉線圈和保護線圈產生磁力推動接觸盤向主觸點移動。另外，流經吸拉線圈的電流也流經電機M.此時，流經吸拉線圈和電機的電流較小，電機M緩慢轉動，以便電機驅動齒輪與發動機飛輪齒順利嚙合。電路圖如圖1所示。

圖1　起動機吸引過程電路圖

（2）起動機保持過程

點火開關仍閉合，磁力將接觸盤緊貼兩觸點，吸拉線圈被短路，電流直接經過主觸點，此時流經電機的電流很大，使電機快速轉動，從而帶動發動機起動。在保持線圈產生的磁力作用下，把接觸盤保持在兩觸點上。電路圖如圖2所示。

圖2　起動機保持過程電路圖

（3）起動機停止過程

點火開關由閉合斷開，開關無電流流出。與一階段相比，吸拉線圈電流倒流，通過保持線圈順流。但兩線圈的匝數一樣，流經的電流大小相等，方向相反，產生的磁力合力為零，處于平衡。此時，電磁開關里彈簧的彈力將接觸盤推離脫開兩主接觸點，電機無電流通過，電機停轉。電路圖如圖3所示。

圖3　起動機停止過程電路圖

2　起動機的失效模式

起動機的工作原理比較簡單，起動機失效原因也是多種多樣，主要失效模式有以下幾種：

（1）起動機齒輪轉速低，著車無力，需要多次點火才可以著車；

（2）起動機內部斷路，起動機在點火時不能正常工作；

（3）起動機間歇性不工作，起動機內部接觸不良，多次敲打起動機后，起動機又可以正常工作；

（4）起動機長時間工作，點火開關從點火檔“START”回到“ON”時，起動機齒輪與飛輪仍未分離，起動機還在繼續工作。

如果起動機長時間工作，工作時間過長后會產生過多的熱量，起動機內部的絕緣物質被高溫熔化引起燃燒，導致起動機燒蝕嚴重。如圖4所示。

圖4　起動機燒蝕圖

3　起動機的工作電路

以某一車型為例，蓄電池電壓為12 V，各檔位供電情況如圖4所示。正常情況下，著車時點火開關是從“ON”檔切換到“ST”檔，此時BCM（車身控制模塊）的D5、D6針腳給點火開關的4號針腳12 V電壓，通過點火開關內部的導電環將4號針腳和5號針腳導通，此時點火開關的5號針腳輸出12 V電壓，經過C203接插件的18號針腳，再經過F209保險，然后通過C103接插件，最終起動機磁力開關里面的線圈正極端得到12 V電壓信號。磁力開關內部線圈產生的磁力將動觸片吸合，起動機開始進行工作，車輛正常著車。車輛啟動系統電路圖如圖5所示。

圖5　車輛啟動系統電路圖

從圖5可以看出，如果起動機出現長時間工作，一般情況下原因有以下幾種：

（1）點火開關不回位，即著車后鑰匙卡滯在點火檔“START”不能正常回到“ON”.

（2）點火開關到起動機信號端線路出現對電源短路。

（3）起動機磁力開關本身質量問題導致動觸片在沒有接收到啟動信號電壓情況下，繼續粘貼在B+（電源）和M（電機）端。

（4）其他原因，比如點火鑰匙串上的吊墜物掛到其他物體導致鑰匙不回位。

4　起動機保護電路的設計

4.1保護電路的實物設計

根據起動機長時間工作的幾種原因分析，設計一種起動機保護電路。結合“低成本、高價值”的理念，利用一個廢棄的發動機艙保險盒，選擇一個五角繼電器，加上一個小功率燈泡，連接幾根導線，即可制成一個簡單的起動機保護電路。起動機保護電路設計實物圖如圖6所示。將起動機保護電路加入到整車啟動系統電路中，對于著車過程完成后，即使出現鑰匙卡滯不回位或起動機信號電路出現異常，可以起到保護、警告作用，以便提醒用戶采取必要的措施，避免引起嚴重的安全事故發生。

圖6　起動機保護電路實物圖

4.2保護電路的工作原理介紹

在車輛鑰匙進行點火前，起動機保護繼電器R的a觸點和b觸點導通。當點火鑰匙進行正常點火后，點火信號由點火開關5號針腳發出，經過起動機保險F209，由于繼電器R內部動觸片處在原始位置，a觸點和b觸點導通，啟動信號經過繼電器R的30號針腳→a觸點→b觸點→75A針腳，最后到達起動機磁力開關A端。12 V電壓產生的電流流經磁力開關內部線圈，產生的磁力推動磁力開關內部的接觸盤向主觸點移動，車輛正常著車。車輛開始工作后，繼電器R線圈正極端即85號針腳采集到發電機輸出的14 V發電電壓，電流經過線圈產生磁力，促使繼電器內部動觸片與b觸點分離，導致a觸點和c觸點導通。

車輛在行駛或者怠速情況下，當出現點火鑰匙卡滯不回位或者點火開關到起動機信號端線路出現對電源短路，甚至人為誤操作長時間點火情況下，起動機不會進行工作。并且警告燈泡會點亮，提醒用戶意識到車輛起動機線路出現異常，及時下車進行檢查。起動機保護電路電路圖如圖7所示。

圖7　起動機保護電路圖

起動機保護電路應用在整車中的啟動系統中對原車啟動系統電路的改動較小，對原車電路系統不會產生不利影響。車輛啟動正常，工作性能良好并且不會產生電磁干擾。起動機保護電路應用在整車啟動系統中的電路圖如圖8所示。

圖8　帶起動機保護電路的整車啟動系統中電路圖

5　效果驗證

將起動機保護電路應用到多個車型上，測試效果良好，對車輛啟動性能沒有產生任何不良影響。在大部分情況下，著車后可以起到切斷起動機的啟動信號，促使起動機不再接收外部輸入信號，保護起動機不會長時間工作導致出現燒蝕等故障。

在車輛正常著車后，進行多次人為繼續點火測試，每次警告燈泡均可以點亮，充分證明本文設計的起動機保護電路能夠發揮保護作用。在著車后切斷起動機外部啟動信號，即使啟動信號出現異常，能夠點亮警告燈及時提醒用戶盡快采取相應措施，避免起動機長時間工作引起燒蝕或其他更嚴重事故發生。

6　結束語

通過設計起動機保護電路，能夠降低汽車起動機失效故障概率，減少用戶半路拋錨的情況發生，提高車輛行駛穩定性，節省用戶維修車輛開支，提高用戶對公司產品的滿意度。

［1］胡明義.汽車起動機結構、原理與檢修［Z］.2007.［2］TTI公司.商用車電氣系統診斷與維修［Z］.2013.

Design of the Automobile Starter Protection Circuit

HUANG Zheng-wu1，WANG Xin-li1，CHEN Zhen-quan1，YANG Qin2
（1.SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China；2.Liuzhou Tianhai Mirle Electrical Appliance Co.Ltd.，Liuzhou Guangxi 545100，China）

The starter is an indispensable equipment for automobile starting system，once the starter failure will cause the vehicle to a bad start，and sometimes even not a car.Especially some failures will cause the starter working for a long time，caused by the damage of the wire harness and fire starter ablating parts，so the starter line protection is necessary.From the analysis of the working principle of the starter，and try to design a simple starter protection circuit.

vehicles；starter；protection；design

U464.142

A

1672-545X（2016）08-0092-03

2016-05-22

黃正午（1985-），男，湖北人，工程師，碩士，研究方向為汽車電氣系統故障診斷。