奥星越秀汽车职业培训学校 任贺新

故障现象一辆2009款保时捷卡宴车，搭载4.8 L V8发动机，累计行驶里程约为15万km。车主反映，该车冷起动正常，行驶一段时间热机后，将发动机熄火静置20 min左右，就会出现无法起动的现象。

故障诊断接车后按照车主描述的方法试车，果然出现发动机无法起动的现象。感觉起动机运转无力，转几下就停止了，类似蓄电池亏电的现象。用故障检测仪检测，无相关故障代码存储。查看起动机控制电路（图1）可知，在满足起动条件的前提下，防盗系统控制单元（PAS）控制起动机继电器吸合，为起动机端子50供电，起动机开始工作，与此同时起动继电器端子87a向PAS反馈端子50诊断信号。

为快速判断起动过程中的哪个环节出现故障，笔者决定先使用pico示波器和电流钳测量起动电压和电流。pico示波器和电流钳的连接方式如图2所示，蓝色A通道测量电压，红色B通道测量电流。

在起动瞬间，发动机阻力矩最大，起动机处于制动状态，转速为0 r/min，电流最大（制动电流），此时蓄电池以大约10C（C为蓄电池额定容量）的放电倍率输出电流。假设车辆使用额定容量为80 A·h的蓄电池，起动瞬间电流可达800 A，因此电流钳的量程应不低于1 000 A。实际测量过程中，还需注意电流钳的极性、归零操作等，具体细节这里不再赘述。建议在起动机的B+接线柱（接红色夹子）和起动机外壳（接黑色夹子）处测量起动电压，这样可排除起动机B+线和发动机搭铁线虚接故障。另外，有些车型因起动机安装位置特殊，无法直接在起动机上测量，维修人员应考虑到测量位置对诊断的影响。

该车的起动机安装在两列气缸之间的V形腔内（图3），需要拆卸进气歧管和高压油轨，才能看到起动机。笔者选择在发动机室内的跨接起动接线柱处进行测量，因为这个位置便于接线，而且距离起动机较近，能最大程度减少线路虚接故障的干扰。

在发动机能够起动着机的情况下，测得起动电压和电流波形如图4所示，分析可知以下信息。

（1）起动时蓄电池的端电压降低至7.4 V。起动前蓄电池电压约为12.5 V，起动瞬间蓄电池释放了579 A的大电流，由于蓄电池内阻消耗一部分电压，蓄电池的端电压降低至7.4 V。蓄电池内阻主要与荷电状态（指电池的剩余电量相对于电池全部电量的比例）和环境温度有关，荷电状态差或低温时，蓄电池内阻将增大。蓄电池内阻是mΩ级别的，一般在5 mΩ左右。当蓄电池与用电器构成回路，以电流I向外放电时，等效电路如图5所示。蓄电池内阻虽小，由于起动瞬间放电电流太大，也会在内阻上产生较高的电压降，因此蓄电池的端电压被明显拉低。

（2）虽然发动机能够起动着机，但起动转速偏低，约为55.6 r/min。在起动过程中电压和电流波形均呈现波浪状，每当有气缸压缩时，所需电流就会增大，蓄电池端电压随之降低。图4中相邻2个电流波峰之间的距离，代表有2个气缸依次进入压缩行程，可以据此估算当前发动机转速。该车为8缸发动机，意味着曲轴每转2圈，气缸轮流压缩8次，因此曲轴旋转1圈所需时间为（相邻气缸压缩时间×8）÷2=（270 ms×8）÷2=1 080 ms，对应的发动机转速为1 min÷曲轴旋转1圈所需时间=（60÷1.08）r/min≈55.6 r/min。直列4缸发动机的起动转速一般在200 r/min～300 r/min，即便8缸发动机增加气缸数后阻力增大，这个转速也是偏低的。

（3）起动瞬间放电电流为579 A，偏低；起动机运转以后的电流为350 A～500 A，偏高。该车起动机是一种永磁直流有刷电动机（图6），起动瞬间起动机转速为0 r/min，蓄电池电压完全加载到电动机转子线圈上。由于线圈阻值非常小，相当于蓄电池被线圈短路，这个瞬间会产生一个大电流。一旦电动机旋转，转子线圈开始切割磁力线，两端产生感应电动势（相当于发电机），方向与工作电压相反，抵消蓄电池加载到线圈两端的电压，电动机的工作电流随之降低。电动机转速越高，产生的感应电动势越大，工作电流越小，反之亦然。另外，电动机的转矩与工作电流成正比，随着负载增加，电动机转速被迫降低，工作电流就会增大。

在发动机无法起动着机的情况下，测得起动电压和电流及起动机继电器端子86的电压波形如图7所示，分析可知以下信息。

（1）起动过程中止是因为起动机继电器端子86上的供电中断。

（2）起动过程的最后阶段，电压保持在最低值，为6.3 V，电流保持在最大值，为637 A，大约持续120 ms。在这个阶段，曲轴不再转动，此时的电流称为制动电流，大电流在蓄电池内阻上产生较大的电压降，导致蓄电池端电压降低到6.3 V。

分析认为，起动过程中，由于某种原因造成起动机无法转动曲轴，起动机电流迅速升高至制动电流，蓄电池的端电压随之降低。由于供电电压过低，PAS停止工作，无法继续向起动机继电器端子86供电，起动继电器切断，导致起动机停转。

为避免PAS供电问题的干扰，笔者手动闭合起动机继电器，此时测得起动电压和电流波形如图8所示，分析可知，起动机转动一段时间后仍会停止转动（注意，制动电流会使线圈绕组迅速升温，应避免电动机长时间在制动状态下工作），且起动电压和电流的变化趋势与图7基本一致。

起动期间为什么起动机会停止转动？原因无非是发动机阻力过大，或者起动机输出转矩不足。首先验证发动机阻力是否过大。拆下附件传动带后试车，故障依旧；用工具手动转动曲轴，感觉发动机运转阻力不大，基本排除发动机内部机械故障；拆掉火花塞，用内窥镜观察各个气缸的气缸壁，不存在“拉缸”现象。诊断至此，确认故障原因为起动机内部故障。

故障排除 更换起动机后反复试车，起动机运转有力，热机状态下发动机均能正常起动着机，故障排除。

故障总结 故障排除后测得起动电压和电流波形如图9所示，分析可知，起动瞬间电流达到800 A，起动机运转以后的工作电流约为260 A，估算起动机转速为132.7 r/min。与故障状态相比，起动机转速升高了，因此运转以后的工作电流必然会降低。在起动瞬间，根据欧姆定律可计算起动机的内阻，新起动机的内阻为R=U/I=6 V/800 A=0.0 075 Ω=7.5 mΩ，故障起动机的内阻为R=U/I=7.4 V/579 A≈0.013 Ω=13 mΩ。故障起动机的内阻增大，造成起动瞬间电流偏低，起动机转速减慢，致使起动过程中的工作电流增大，引起蓄电池的端电压下降，下降到一定程度后PAS无法维持工作，导致起动过程中断。

分解起动机，发现换向器表面有一层黑色痕迹（图10），炭刷的尺寸也明显缩短了，这会使炭刷和换向器的接触电阻增大。