一款重型減速起動機的應用探討

許進興

（廣汽強華（梅州）汽車零部件有限公司，廣東 梅州 514700）

隨著發動機起動系統的不斷優化，起動機的輕量化、大功率輸出、長壽命是發展的必然趨勢，其中減速起動機是現代起動機的主流代表。目前大部分的發動機都已采用減速起動機，而在工況惡劣環境下的工程機械、重型汽車、船舶動力等領域，還是有很多用戶采用進口或合資技術直驅起動機，一方面是用戶的使用習慣，另一方面減速起動機在這些領域應用得不多。本文介紹一款同功率段的重型減速起動機與直驅起動機對比分析，探討用減速起動機代替直驅起動機使用的可行性，供廣大用戶參考。

1 概述

本文對標的產品為美國知名電機公司生產的大功率直驅起動機，配用于卡特彼勒C系列、康明斯K系列等柴油發動機，這些發動機廣泛用作重型汽車和工程機械的動力。本文介紹的這款重型減速起動機，就外形、安裝、性能等方面與進口直驅起動機進行對比分析，并考核這款減速起動機的可靠性，驗證其代替直驅起動機使用的可行性。

2 外形及安裝

如表1、圖1所示，這款減速起動機與直驅樣機相比，體積縮小了，質量減輕了約50%，更加輕便，有利于其在發動機上的安裝。

表1 外形基本尺寸對比

圖1 起動機輪廓對比（深色部分為減速樣機）

這款減速起動機的驅動端蓋采用分體式結構，見圖2a，安裝法蘭可以旋轉調整角度，與直驅樣機的安裝方式保持一致，可以滿足多種發動機的安裝要求。另外，接線方式兩者保持一致，不會影響用戶的接線習慣。

圖2 起動機安裝方式對比

3 基本性能

3.1 產品規格

如表2所示，兩款起動機屬于同一功率段，輸出功率不小于9kW（測試電源內阻為0.008 Ω），性能相當，其中減速起動機的制動扭矩較優于直驅樣機，這有利于克服發動機的靜態阻力矩［1］。

表2 產品規格對照表

3.2 負載點對比

在無輔助冷起動時，一般直噴式柴油機在低溫下最低起動轉速為（130～160）r/min，再根據起動機驅動齒輪與發動機的飛輪齒圈的傳動比（如康明斯K系列19 L，i=13.8），對應起動機的工作轉速為（1 790～2 200）r/min左右，因此對兩款起動機在這一區域的負載性能進行對比，見圖3。

圖3 負載點輸出性能對比

通過對比，這款減速起動機在負載點（1500～2500）r/min區域內的輸出扭矩優于直驅樣機，負載性能提升了7%左右，這將有利于克服發動機的動態阻力矩［1］。

4 發動機臺架起動性能試驗

為考核這款減速起動機的實際使用性能，進行發動機臺架起動性能試驗，進行相關指標的對比。

4.1 試驗發動機

發動機型號：康明斯K19-M（排量為19 L）；功率/轉速：448kW@1800 r/min。

4.2 試驗條件

試驗用機油：殼牌15W/40-CF4；試驗用柴油：普通“0”號輕柴油；試驗中控制機油主油道溫度：90～120℃；試驗中控制發動機出水溫度：80～93℃；試驗中控制燃油溫度：32～43℃。

4.3 試驗方法

發動機為冷機狀態，8h未運行且未盤過車，在發動機起動前和起動時采集相關數據。

4.4 試驗數據

4.4.1 起動前的參數記錄（表3）

表3 起動前的參數記錄

4.4.2 發動機起動時采集的數據曲線

采集所得數據的發動機轉速和起動機主電路在左邊縱坐標；總電壓、起動機控制電路電流、起動機控制電路電壓在右邊縱坐標。

1）直驅樣機第1次起動時的數據曲線，如圖4所示。最大主電路電流（制動電流）1780 A，最小主電路電壓6.67V，最大控制電路電流30 A，平穩拖動時發動機轉速140 r/min，平穩拖動時主電路電流和電壓的平均值為

69 1 A/17.5 V。

圖4 直驅樣機第1次起動時的數據曲線

2）直驅樣機第2次起動時的數據曲線，如圖5所示。最大主電路電流（制動電流）1635A，最小主電路電壓6.7V，最大控制電路電流28.2A，平穩拖動時發動機轉速142 r/min，平穩拖動時主電路電流和電壓的平均值為570 A/18.3 V。

圖5 直驅樣機第2次起動時的數據曲線

3）減速樣機第1次起動時的數據曲線，如圖6所示。最大主電路電流（制動電流）1 808 A，最小主電路電壓5.8 V，最大控制電路電流42 A，平穩拖動時發動機轉速175 r/min，平穩拖動時主電路電流和電壓的平均值為540 A/19 V。

圖6 減速樣機第1次起動時的數據曲線

4）減速樣機第2次起動時的數據曲線，如圖7所示。最大主電路電流（制動電流）1721A，最小主電路電壓5.5V，最大控制電路電流39.9A，平穩拖動時發動機轉速170 r/min，平穩拖動時主電路電流和電壓的平均值為545A/18V。

圖7 減速樣機第2次起動時的數據曲線

4.5 試驗結論

綜合以上數據，兩款起動機在發動機臺架的起動性能對比見表4。

表4 起動性能對比表

綜合考慮外部條件變化和測量誤差的情況下，可以得出下列結論。

1）兩款起動機的最大主電路電流（制動電流）相當。

2）減速起動機的拖動轉速高于直驅起動機18%左右，更利于發動機的點火。

3）減速起動機的拖動主電流低于直驅起動機16%左右，更利于蓄電池效能的發揮。

總體而言，從這款減速起動機在發動機臺架實際起動情況來看，與直驅起動機性能相當，且負載能力有一定的提高，可以滿足使用要求。

5 耐久性考核

為進一步考核起動機的可靠性，對這款減速起動機進行25000次耐久性起動試驗，檢查起動機關鍵零部件的磨損情況及性能損耗程度。

5.1 試驗方法

試驗發動機為康明斯K19柴油發動機，試驗方法參考《QC/T 731—2005 汽車用起動機技術條件》［2］中的5.18相關要求執行，其中設定起動機通電時間為3 s，發動機油門5 s，周期為30 s；要求起動次數不低于25 000次。

5.2 試驗結果

經過25000次起動試驗后，整機各項性能指標比初始值下降不超過10%，符合性能要求（表5）。碳刷、換向器銅排和磨損情況良好（表6），電磁開關觸點無明顯燒蝕（圖8），拆檢其他零部件沒有發現明顯磨損或失效，進一步驗證了該款減速起動機的可靠性。

圖8 電磁開關觸點磨損狀態

表5 25000次起動試驗后的整機性能

表6 碳刷、換向器銅排磨損情況

6 實際應用

通過以上對比分析，用減速起動機代替直驅起動機使用具有可行性，同功率段的減速起動機與直驅起動機相比，有以下優點［3］：①體積小、質量輕，安裝方便；②制動性能好，提升了起動能力；③起動電流消耗低，有利于發揮蓄電池的效能；④結構可靠，從而保證了其較高的機械壽命。

目前，該款減速起動機（圖9）可替代某進口品牌50MT直驅起動機（圖10），可用于康明斯K系列發動機等，如圖11～圖14所示。

圖9 減速起動機

圖10 某進口品牌50MT直驅起動機

圖11 康明斯QSK19發動機（19L）

圖12 康明斯QSK38發動機（38L）

圖13 康明斯KTA50發動機（50L）

圖14 玉柴YC6C發動機（39L）

7 結束語

在當前以節能環保為主題的環境下，減速起動機具有一定的高效性和經濟性。隨著減速起動機技術的發展，減速起動機的應用將越來越廣泛，希望通過本文的介紹，特別是一些工況特殊的領域，減速起動機能夠受到更多用戶的歡迎。