三級軟嚙合起動機

肖建國，胡智慧，李稚勇

（長沙汽電汽車零部件有限公司，湖南 長沙 410100）

由于內(nèi)燃機不具有自啟動的特性，故需要增加輔助啟動部件，從最初的人力啟動 （手搖啟動），到現(xiàn)在主流的電力輔助啟動，一直以來都是內(nèi)燃機不可或缺的部件。而實現(xiàn)輔助啟動功能的主要部件起動機一直以來都是內(nèi)燃機的關(guān)鍵零部件，對整個內(nèi)燃機系統(tǒng)品質(zhì)影響較大。從這么多年來市場了解的內(nèi)燃機故障模式分析來看，起動機故障數(shù)占整個內(nèi)燃機故障數(shù)中比例較高。

1 一般起動機故障模式

筆者結(jié)合多年來市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，起動機故障模式中占比較高的兩種故障模式為銑齒和頂齒；因為整車維修人員基本上填寫的故障名稱為不工作或空轉(zhuǎn)，所以在故障信息統(tǒng)計分析中存在很多歸納失誤，因為三包機測試功率等都顯示為正常，所以誤判斷較多。其中很多歸納為不工作或空轉(zhuǎn)或正常的三包機，實際是有銑齒或頂齒故障模式的起動機。

雖然，行業(yè)標準規(guī)定起動機單向器齒輪端面與飛輪端面距離為3～5 mm；但實際使用過程中，因一機多配現(xiàn)像很多，距離分布達到了2～8 mm。距離太小時，在極端情況下，容易發(fā)生頂齒故障；距離太大時，在極端情況下，容易發(fā)生銑齒故障。尤其在銑齒故障發(fā)生后，單向器齒輪如銑刀一般對內(nèi)燃機飛輪端面進行銑削破壞，若如此反復，則使距離愈加擴大，從而更加重了銑齒故障的發(fā)生頻率，以致于最后齒輪副很難嚙合形成只有起動機齒輪旋轉(zhuǎn)，但飛輪不能旋轉(zhuǎn)來啟動內(nèi)燃機，形成所謂的空轉(zhuǎn)故障模式。在這種情況下，即使是具有二級慢轉(zhuǎn)軟嚙合的起動機由于端面距離大而齒面壓力小，使得慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速過高，很容易錯過齒輪齒厚與齒槽間的間隙，造成不能正常嚙合，也會造成空轉(zhuǎn)，不能起動發(fā)動機。

2 新結(jié)構(gòu)起動機工作原理

筆者設(shè)計一種新結(jié)構(gòu)起動機——三級慢轉(zhuǎn)軟嚙合起動機。如果原起動機為二級慢轉(zhuǎn)嚙合起動機，只需將三級起動器串入慢轉(zhuǎn)線圈電路中即可；如果是強制嚙合起動機，則需要讓起動器串聯(lián)一個慢轉(zhuǎn)電阻，然后與電磁開關(guān)吸拉線圈并聯(lián)，強制嚙合起動機改接起動電路如圖1所示。工作過程如下。

圖1 強制嚙合起動機改接起動電路圖

1）接通點火鎖開關(guān)K1。

2）第1路電流從蓄電池正極→點火開關(guān)觸點K1→車點火繼電器線圈→蓄電池負極，使車點火繼電器線圈得電，常開觸點K2閉合。

3）第2路電流從蓄電池正極→車點火繼電器觸點K2→起動機繼電器線圈→蓄電池負極，使起動機繼電器線圈得電，常開觸點K3閉合。

4）第3路電流從蓄電池正極→起動機繼電器觸點K3→分兩路 （一路：電磁開關(guān)保位線圈→蓄電池負極；二路：電磁開關(guān)吸拉線圈→起動機勵磁線圈→起動機電樞→蓄電池負極），使得起動機電磁開關(guān)的保位線圈和吸拉線圈同時得電，但此時電磁開關(guān)常開主觸點K4不立即閉合，只是產(chǎn)生電磁拉力，使電磁開關(guān)動鐵心朝閉合方向移動，同時拉動拔叉繞拔叉銷旋轉(zhuǎn)，推動單向器向飛輪方向移動。隨著電磁開關(guān)動鐵心的漸漸吸入，拔叉推動單向器齒輪與發(fā)動機飛輪齒圈嚙合。大多數(shù)情況下 （約60%左右），單向器齒輪的齒厚部分與發(fā)動機飛輪的齒厚部分對齊而頂住，使單向器齒輪無法繼續(xù)前行而順利嚙合，但電磁開關(guān)的電磁力還在漸漸增加，故拉動拔叉、拔叉銷整體軸向移動壓縮起動機頂齒彈簧，當壓力達到設(shè)定值時，拔叉推動三級起動器動頂桿移動，從而使三級起動器的動靜觸點K5閉合。

5）第4路電流從蓄電池正極→慢轉(zhuǎn)電阻→三級起動器觸點K5→起動機勵磁線圈→起動機電樞→蓄電池負極 （與另路電磁開關(guān)吸拉線圈并聯(lián)后），使電機產(chǎn)生力矩旋轉(zhuǎn) （因此時線路電阻較大，故力矩較小，形成慢轉(zhuǎn)），帶動單向器齒輪旋轉(zhuǎn)一個角度，讓齒厚與齒槽對齊而順利嚙合。嚙合后，拔叉、拔叉銷在頂齒彈簧作用下整體移動回位，從而使三級起動器動觸點恢復常開狀態(tài)，斷電而失去慢轉(zhuǎn)能力（注：強制嚙合起動機電磁開關(guān)吸拉線圈電阻大，單獨通過該支路的電流無法形成慢轉(zhuǎn)），但因為電磁開關(guān)吸拉、保位線圈一直在通電持續(xù)產(chǎn)生拉力，繼續(xù)拉動鐵心移動，同時也繼續(xù)拉動齒輪與飛輪完全嚙合，動鐵心邊移動邊壓縮回位彈簧，移動到一定位置時，電磁開關(guān)常開主觸點K4接通。因主觸點兩端電位相同，短路電磁開關(guān)吸拉線圈，此時，只有保位線圈流過電流產(chǎn)生電磁拉力，保持齒輪與飛輪嚙合狀態(tài)。

6）第5路電流從蓄電池正極→電磁開關(guān)主觸點K4→起動機勵磁線圈→起動機電樞→蓄電池負極。因起動機勵磁線圈和電樞電阻很小，故產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩，帶動發(fā)動機飛輪旋轉(zhuǎn)，起動發(fā)動機。

7）發(fā)動機發(fā)動后，發(fā)動機轉(zhuǎn)速快速上升，自主工作旋轉(zhuǎn)，操作者斷開點火開關(guān)，車繼電器、起動機繼電器相繼失電，觸點相繼恢復常開狀態(tài)。但此時，主觸點K4還沒有斷開，電流通過主觸點K4、吸拉線圈、保位線圈形成通路，但由于吸拉線圈 （與保位線圈有效匝數(shù)相同）電流方向與工作時流向相反，故磁場相反，相互抵消。動鐵心失去電磁拉力后，在開關(guān)回位彈簧的作用下退回，主觸點斷開恢復常開狀態(tài)。同時，發(fā)動機發(fā)動后，飛輪轉(zhuǎn)速上升，迅速超過起動機單向器齒輪轉(zhuǎn)速，飛輪由從動輪轉(zhuǎn)換為主動輪。作用力促使單向器沿行星輪架軸上的螺旋花鍵向后退出嚙合，同時，單向器齒輪相對于電機轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)，避免電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超高。至此，起動過程完成。

3 三級起動器

三級起動器如圖2所示，是一種常開開關(guān)。其作用：當起動機齒輪齒厚與汽車飛輪齒厚對齊，以致于起動機齒輪與飛輪齒圈無法順利嚙合，而且齒面壓力達到設(shè)定值時，此頂桿移動，此常開觸點閉合，接通慢轉(zhuǎn)電路，使兩對齊的齒厚旋轉(zhuǎn)錯開一角度直至順利嚙合。嚙合動作完成后，此開關(guān)觸點恢復常開狀態(tài)。在大約40%左右的起動過程中，起動機齒輪齒厚不會與飛輪齒厚對齊頂齒，可以不需要慢轉(zhuǎn)就實現(xiàn)順利嚙合，也就是說在這種情況下，慢轉(zhuǎn)電阻和起動器不需要參與工作。

圖2 三級起動器

4 總結(jié)

綜上可知，裝有三級起動器的起動機 （圖3）有以下優(yōu)點：①因為不是強制嚙合，開關(guān)吸拉力可以減小，可節(jié)約銅線。②在順利嚙合的情況下，起動器和慢轉(zhuǎn)電阻不參與工作，可減少部分能量損耗。③可以大大減少因為起動機齒端面與飛輪齒端面之間距離對于起動機的影響，保持齒端面壓力在一定值時產(chǎn)生慢轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，以免慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速過快錯過嚙合時期而發(fā)生銑齒。當然也能避免齒端面壓力過大而發(fā)生頂齒的故障。④慢轉(zhuǎn)電阻接在外面，有利于散熱，避免燒壞電磁開關(guān)線圈。

圖3 裝有三級起動器的起動機