王保栋 刘名 吕建中 郭兆霞 邓丽真

摘要：柴油机无法启动的原因有多种，燃油油路不通畅、机械故障、电路故障、关键传感器失效等都可以导致柴油机无法启动。无法启动的表现通常有两种，一种是起动机无法转动，一种是起动机可以转动，但无法启动。本文介绍并分析了起动机可以转动但因齿轮无法伸出导致的无法启动，通过原理分析，逐步引出导致失效的原因并结合实例验证原理分析的合理性。

关键词：无法启动;起动机;齿轮;啮合失效

中图分类号：U664.1                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）15-0115-03

0  引言

柴油机起动系统主要由蓄电池、起动机、起动继电器和点火开关等组成。当点火钥匙打到起动档，起动电路接通，起动机通电旋转，将蓄电池的电能转化为机械能，通过起动机的驱动小齿轮带动发动机的曲轴飞轮组运动，使发动机能够进气、压缩、做功、排气，当发动机开始做功时，起动机退出工作，发动机的起动过程完毕。在通常情况下，起动机传输给发动机的起动转矩必须大于发动机的起动阻力矩[1]，如发动机起动阻力距大于起动机传输给发动机的起动转矩、燃油油路有阻碍、电池亏电、线路接触不良、曲轴位置传感器失效等都也可以导致柴油机无法启动，不同温度和机油牌号对柴油机启动也会有影响[2-3]。

本文介绍并分析了起动机本身导致的无法启动：通电状态下起动机转动而齿轮不伸出，致使起动机驱动齿轮无法与发动机飞轮啮合而实现力矩传递造成的。

1  原理分析

某24V起动机的构成如图1、图2所示，一般起动机由驱动齿轮、驱动盖分总成、单向器分总成、电枢轴、芯轴分总成和开关分总成等关键部分组成。

起动机启动过程有点火、啮合、退出三个阶段，电控柴油机的起动机控制装置采用电磁式控制，即电磁开关，以下描述以图3为例：点火钥匙即50端关闭，电流从电池正极流经50端、开关继电器、到地，形成回路，此时为点火;开关继电器流经电流后使得50i吸合，电流由30端通过50i流经吸拉线圈及保持线圈，吸拉线圈与保持线圈同向，产生的电磁力共同压缩啮合弹簧，使得铁芯移动，与顶杆接触，铁芯及顶杆继续移动与30端接触，形成主回路。此时保持线圈继续通电保持顶杆与主触点接触。电源流经30端、电机并接到地端，此时为啮合。在啮合阶段，理想情况下，小齿轮的齿直接插入齿圈的齿槽中，起动机和发动机啮合。小齿轮接近行程终点，30端接通，小齿轮开始转动并带动发动机飞轮齿圈转动。但因为小齿轮与齿圈的齿侧间隙很小，理想啮合情况很少，并且实际啮合多伴随冲击。当小齿轮齿碰在齿圈齿上，小齿轮不能继续轴向移动，小齿轮与齿圈无法结合。此时动铁芯被继续拉动并通过顶杆压缩啮合弹簧，使小齿轮齿压在齿圈齿上的压紧力增加。待到小齿轮行程终点，活动铁芯通过动触点将起动机的主电路接通，小齿轮开始旋转至能与齿圈啮合的有利位置，这时小齿轮与齿圈间的预压紧力使小齿轮快速插入齿圈齿槽内。

从起动机启动过程可见，吸拉线圈与保持线圈在啮合阶段非常重要，由于两个线圈绕组的的电流方向相同，磁场力方向相同，产生较大吸附力，使开关动铁芯克服回位弹簧的作用，一侧通过触点接通主回路，另一侧在拨叉的作用下推动驱动小齿轮与飞轮齿圈完全啮合。如果开关线圈电阻异常，将会导致电磁力不足，从而使得拨叉无法推动驱动小齿轮。

在开关线圈电磁力正常情况下，开关动铁芯外径尺寸超上差、开关铜套内径尺寸超下差、动铁芯锈蚀等会使得开关动铁芯无法移动或移动较小，则不能通过触点接通主电路或未充分压缩啮合弹簧，从而使得拨叉无法推动驱动小齿轮或推出的距离不足以与齿圈啮合。

单向器轴与滚针轴承内圈卡滞的情况，如：单向器外径超上差、轴承内径超下差、轴外圆粗糙度超上差、单向器轴弯曲、芯轴装配单向器轴孔后与驱动盖轴承孔不同心（芯轴弯曲变形、芯轴直齿清洁度不良）等均会导致驱动齿轮无法伸出，进而无法与发动机飞轮齿圈啮合传递力矩，最终导致发动机无法启动。

2  实例分析

某机型柴油机存在熄火后无法再次启动的问题，经服务站到现场排查，造成该问题系发动机起动机故障原因，更换起动机后，启动正常。

观察起动机无磕碰变形，驱动齿轮无铣齿、顶齿痕迹，用手旋转齿轮，齿轮旋转但齿轮无法拔出。此时将起动机在性能测试台上进行性能测试，如图4所示，开关有吸合的动作，起动机空转，驱动齿轮不能伸出。根据此现象分析确定，发动机不能被启动是由于起动机驱动齿轮不能伸出，致使起动机驱动齿轮无法与发动机飞轮啮合而实现力矩传递造成的。因速度传感器不能测出驱动齿轮速度，通过表1可见测试后测试数据不合格。

①检测开关吸拉线圈电阻值、保持线圈电阻值、开关线圈耐压性能，并与原始设计值进行对比，均在设计范围内，因此排除电阻异常故障。如图5为检测开关线圈耐壓性能示意。

②检测开关动铁芯外径尺寸上公差、开关铜套内径尺寸下公差，并与原始设计值进行对比，均在设计公差上，以此排除超差导致的开关动铁芯内部卡滞;拆开罩盖，检查开关零部件无锈蚀，且上下移动灵活，如图6，因此不存在由于动铁芯锈蚀导至动铁芯卡滞不能推动芯轴向前移动的现象。

③检测单向器轴外径上公差、滚针轴承内孔下公差、单向器轴外圆粗糙度值，并与原始设计值进行对比，均在设计公差上，因此排除超差、粗糙度导致单向器轴承与滚针轴承内圈卡滞。

④检测单向器轴大端对小端的跳动量值、芯轴直齿处对两端的跳动量值，并与原始设计值进行对比，均符合设计要求，因此排除单向器轴弯曲、芯轴弯曲导致的单向器轴与驱动盖内轴承孔歪斜。

⑤通过拆解分析，失效件芯轴上花键部位发现有铁屑附着，如图7所示。

将芯轴上铁屑用干净抹布抹干净后，直花键上有铁屑挤压后留下的痕迹，如图8所示。

将铁屑去掉后，重新装机，上试验台测试，驱动齿轮能正常伸出，速度传感器能检测到齿轮的转速（距离近），如图9，性能测试合格，如表2。

综上所述，起动机不起动的原因为芯轴直花键处有铁屑异物导致传动部件不同心，致使单向器轴与驱动盖内轴承孔卡滞，驱动齿轮无法伸出，进而无法与发动机飞轮齿圈啮合传递力矩，最终导致发动机无法启动。

⑥故障复现验证：现场将另外一台经检测为合格的起动机，拆下芯轴，在芯轴部位粘上铁屑后，上机测试，电机旋转，但驱动齿轮无法伸出，如图10;检测多次都是相同的现象，如表3，然后再将铁屑取出后，再装机，检测合格。

3  结论

①齿轮不伸出主要有开关线圈电阻异常致使电磁力不足、开关动铁芯内部卡滞和单向器轴与滚针轴承内圈卡滞三个主要原因。②在具体分析时，除了需要进行设计值查核外，还需要关注生产过程管理查核。在本实例中，铁屑存在的原因为芯轴装配前需涂润滑油脂，因过程管理问题，铁屑与润滑油脂混在一起后不易掉落，随芯轴一起装配进入起动机内部。在起动机多次运转工作之后，润滑油脂的粘稠度减小，铁屑随油脂流动，落入芯轴与单向器相啮合的直齿花键部分，造成单向器小端与芯轴之间无浮动间隙，将单向轴顶歪斜，致使单向器大端与驱动盖内轴承内圈不同心，单向器轴与轴承内圈卡滞。

参考文献：

[1]刘名，王保栋，张坦志，等.柴油机起动机匹配研究[J].汽车实用技术，2020（9）：88-133.

[2]金巧兰.起动机与发动机的性能匹配[J].重庆理工大学学报（自然科学），2010，24（12）：127-128.

[3]刘名，王保栋，张坦志，等.不同温度和机油牌号对柴油机起动的影响[J].汽车实用技术，2020（15）：161-163.