新聞主題	柴油發電機啟動馬達故障現象和原因解析

 

摘要：起動機故障是柴油發電機使用中一直較為高發的故障之一，根據康明斯公司的市場調研，2020年柴油發電機行業起動電機故障率約為1.38%?，與2021年起動機故障率約1.13%相比，電機故障率大幅上升約0.25%，上升幅度高達22%。起動機使用中的常見故障一般是無法轉動，轉動無力，啟動機驅動齒輪與飛輪齒圈無法正常嚙合。起動機出現故障后，就會引起柴油機起動困難、無法起動。

一、啟動系統原理與結構

 

1、啟動系統的定義及工作原理

（1）啟動系統的定義

      要使柴油機由靜止狀態過渡到工作狀態，必須先用外力轉動柴油機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉。柴油機才能自行運轉，工作循環才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉動到柴油機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為柴油機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為柴油機的啟動系統。

（2）柴油機起動原理

      要使柴油機由靜止狀態過渡到工作狀態，必須用外力轉動柴油機的曲軸，使氣缸內吸入（或形成）可燃混合氣并燃燒膨脹，工作循環才能自動進行。曲軸在外力作用下開始轉動到柴油機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為柴油機的起動。柴油機起動的方法很多，汽車柴油機常用的電動機起動是用電動機作為機械動力，當將電動機軸上的齒輪與柴油機飛輪周緣的齒圈嚙合時，動力就傳到飛輪和曲軸，使之旋轉。電動機本身又用蓄電池作為能源。目前絕大多數汽車柴油機都采用電動機起動。

2、啟動系統的組成

       啟動系統是一種起動器，它裝有一只驅動齒輪的小型高速馬達，使靜止的柴油機起動并轉入自行運轉。它包括起動器、起動繼電器和防盜系統。汽車啟動系統主要由起動機和起動控制電路所組成

（1）啟動系統的功用：

      提供外力克服柴油機的啟動轉矩、滿足柴油機必須的啟動轉速等要求，使柴油機由靜止狀態過渡到工作循環狀態。

（2）啟動系統的基本組成：

      主要由主控器、蓄電池、起動機、啟動繼電器等組成。

（3）主控器：

      主控器一般設有啟動鍵。啟動柴油機時，通過扳動主控器，接通控制啟動系統的啟動電路和相關部件工作，使起動機帶動曲軸旋轉。

（4）蓄電池：

      在啟動柴油機時，蓄電池在短時間（5 ~10 ）內向起動機連續提供強大的啟動電流，柴油機一般在800 ~1000Α。

（5）起動機：

      起動機是啟動系的核心部件。起動機由直流電動機、傳動機構和控制機構裝置三大部分組成。起動機的作用在于將蓄電池的電能轉換為機械能，產生電磁轉矩。

（6）啟動繼電器：

      啟動系的啟動開關一般都設在主控器上，而在啟動柴油機時，流過起動機上的電磁開關的電流較大，在啟動時，如果直接啟動開關控制流經該開關的電流，啟動開關會因通過的電流過大而被燒蝕。因此一些汽車的起動機控制電路中裝有啟動繼電器，由啟動繼電器的開閉控制起動機電磁開關的通斷，啟動開關只控制啟動繼電器線圈的通斷，因此減小了通過啟動開關的電流，起到了保護主控器的作用。

 

 

圖1  柴油機的啟動馬達軸測圖

圖2  柴油機的啟動馬達三維圖

 

二、啟動系統的檢測

 

      起動機的檢測分為解體檢測和不解體檢測兩種，零件組成如圖3所示。解體檢測隨解體過程一同進行；不解體檢測可以在拆卸之前或裝復以后進行。

1、起動機的不解體檢測

（1）吸引線圈性能測試

① 先把勵磁線圈的引線斷開。

② 連接蓄電池與電磁起動開關。驅動齒輪應能伸出，否則表明其功能不正常。

（2）保持線圈性能測試接線方法

      如圖4所示。完成電磁開關吸引線圈功能測試后，驅動齒輪移出之后從端子C上拆下導線。驅動齒輪仍能保留在伸出位置，則說明電磁開關保持線圈功能正常，否則表明保持線圈損壞或搭鐵不正確。

（3）復位功能測試

      完成電磁開關保持線圈功能測試后，拆除起動機接線柱“-”上的連接線，此時，若驅動齒輪被拉回，則說明電磁開關復位功能正常。

 

圖3  柴油機起動機控制電路圖

圖4  起動機電磁開關吸引線圈功能試驗

 

2、起動機的解體檢測

（1）直流電動機的檢修

① 磁場繞組的檢測如圖5所示，主要進行磁場繞組及外殼檢測。

② 換向器電樞繞組的檢測，如圖6所示。

 

圖5  起動機磁場繞組及外殼檢測

圖6  起動機換向器和電樞繞組的檢測

 

（2）電樞軸跳動檢查

      如圖7所示。其跳動量不應大于0.08 mm，否則應進行校正或更換電樞。

（3）電刷的檢查

      測量電刷的長度時要結合具體的標準，不應小于最小長度標準即可，如圖8所示。

 

圖7  起動機電樞軸跳動檢查

圖8  柴油機起動機電刷的檢查

 

（4）電刷架的檢查

      如圖9所示。檢查“+”電刷架A和“-”電刷架B之間不應導通，若導通，應進行電刷架總成的更換。

（5）單向離合器的安裝與檢查

      如圖10所示，將單向離合器及驅動齒輪總成裝到電樞軸上，握住電樞，當轉動單向離合器外座圈時，驅動齒輪總成應能沿電樞軸自如滑動。檢查小齒輪和花鍵及飛輪齒圈有無磨損或損壞，在確保驅動齒輪無損壞的情況下，握住外座圈，轉動驅動齒輪，應能自由轉動;反轉時應鎖住，否則應更換單向離合器。

 

圖9  柴油機起動機電刷架的檢查

圖10  起動機單向離合器的安裝與檢查

 

三、啟動系統的使用與維護

 

1、啟動系統的日常使用與維護

      啟動系統主要維護的是起動機，起動機在啟動柴油機之后，便不再向柴油機飛輪齒圈提供驅動力矩，要讓起動機正常工作只需要滿足兩個條件：一是在啟動時蓄電池能為其提供較大的瞬間脈沖電流；二是起動機的工作環境必須干燥潔凈。

      首先要保證蓄電池接線端的夾鉗清潔并且連接牢固，這樣蓄電池才能保證向起動機提供所需的大電流。其次，蓄電池必須能夠通過負載測試，并具有一定的電壓緩沖能力。此外，在保證起動機安裝支承部件清潔且連接牢固的同時，還應檢查柴油機與蓄電池間接地線路的狀況是否良好。任何原因引起的起動機正極或者負極的電壓下降，都會降低起動機的啟動動力。

       如果起動機被冷卻液、機油或其它粘性液體浸濕，將不能按預先設計的情況正常工作。如果起動機被長期浸泡，它可能會因長期處于非正常工作狀態而徹底報廢。將起動機徹底清潔之后，需要測試起動機與蓄電池之間的線路，以確保起動機是否長期遭受因粘性液體導致的損耗。如果在測試中發現起動機性能指標處于正常值的邊緣或者已經低于正常值，就要將其更換掉。

2、起動機的使用注意事項

（1）起動機每次啟動時間不超過5s，再次啟動時應間歇15s，使蓄電池得以恢復。如果連續第三次啟動，應在檢查與排除故障的基礎上停歇2min以后進行。

（2）啟動柴油機時，應將變速桿置于空檔位置并踩下離合器踏板，嚴禁掛擋啟動。

（3）柴油機啟動后，必須立即切斷起動機控制電路，使起動機停止工作。

（4）起動機外部應經常保持清潔，各連接導線，特別是與蓄電池連接的導線，都應保證牢固可靠。

（5）柴油機啟動后，如起動機不能停轉，應立即關閉電源總開關或拆下蓄電池搭鐵線并查找故障。

 

四、啟動系統的典型故障診斷

 

      以康明斯發電機組啟動系統為例，分析啟動系統的故障，不同型號柴油機啟動系統的診斷思路和方法大致相同。

1、起動機運轉無力的故障

      柴油發電機啟動時，曲軸時轉時不轉或轉動較慢，使柴油發電機不能進入到自行運轉狀態。造成這種故障主要是由于蓄電池電量不足、啟動阻力過大或電磁開關內部活動觸頭和靜觸頭燒損后出現接觸不良等所致。其檢查方法如下。

① 檢查蓄電池的電量是否充足。

② 檢查電刷與整流子（或換向器）的接觸情況。正常情況下，電刷底部表面與換向器的接觸面應在85％以上。若不符合技術要求，則應更換新電刷。

③ 檢查整流子（或換向器）是否有燒損、劃傷、凹坑等現象。若整流子表面污物比較多，則用柴油或汽油清洗干凈。若有嚴重燒損、磨損和劃傷，造成表面不光滑或失圓時，可視情況修理或更換。修理時，可用車床車削加工整流子，并用細砂布拋光。

④ 檢查電磁開關內部的活動觸頭和兩個靜觸頭的工作表面。若活動觸頭和靜觸頭有燒損現象而導致起動機運轉無力時，可用細砂紙將活動觸頭和靜觸頭磨平。

2、起動機驅動齒輪高速旋轉且不能與飛輪齒圈嚙合

      柴油發電機在啟動時，能聽到電磁開關吸合的動作響聲和驅動齒輪的高速旋轉聲，但柴油發電機飛輪不轉動。這種故障一般是由于驅動齒輪和飛輪齒圈沒有嚙合，或起動機驅動齒輪打滑所。

① 若遇到這種故障，應再進行第二次甚至第三次啟動。若不能排除故障，則應用平口螺絲刀調整起動機電磁開關左下端的調整螺釘，使驅動齒輪與飛輪齒圈相嚙合。若經過上述調整'故障仍未被排除'則應拆卸起動機，對飛輪齒圈、起動機內部的驅動齒輪等零件進行檢查。

② 若經過檢查，起動機的驅動齒輪和飛輪齒圈質量完好，而且在啟動時兩者不能夠嚙合在一起，起動機仍然出現空轉且有一種金屬碰撞響聲，則應對起動機進行分解。若分解后發現撥叉兩凸塊之間的距離過大而導致驅動機構無法撥動到位時，應用手按壓以減小兩凸塊之間的距離。若凸塊磨損嚴重或一邊的凸塊損壞時，可用焊修的方法進行處理。

③ 若撥叉距離適當，驅動齒輪又能與飛輪齒圈相互嚙合，但起動機仍然出現高速空轉時，應用一只手握住電樞，另一只手轉動驅動齒輪。若順時針能夠轉動而逆時針不能轉動時，則說明驅動機構工作良好；若順時針和逆時針均能轉動時，則說明驅動機構損壞，應更換新件。

3、起動機無法轉動的故障

      主要原因如下：

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