汽车起动机保护电路的设计

黄正午，王昕利，陈振权，杨琴

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007；2.柳州天海盟立电器有限公司，广西柳州545100）

汽车起动机保护电路的设计

黄正午1，王昕利1，陈振权1，杨琴2

（1.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007；2.柳州天海盟立电器有限公司，广西柳州545100）

起动机是汽车启动系统的一个不可或缺的设备，一旦起动机出现故障会导致车辆不好启动，甚至有时无法着车。尤其是某些故障会导致起动机长时间工作，引起起动机烧蚀产生明火损坏线束和部分零件，因此对起动机的线路进行保护尤为必要。从起动机的工作原理进行分析，并尝试性地设计一个简易的起动机保护电路。

汽车；起动机；保护；设计

目前，汽车市场上使用的起动机种类繁多，质量参差不齐，内部结构也是不尽相同，但起动机的工作原理和失效模式基本一样，其中起动机失效模式最常见的是起动机工作无力，导致汽车需要多次点火才可以启动，这种故障经过简单的检查即可排除［1］。起动机失效模式中有一种是因某种原因导致起动机在着车后长时间通电一直工作，引起起动机内部烧蚀，甚至产生明火烧坏起动机附近的汽车零件，此种故障涉及的零件较多，一般情况下很难找出具体原因，即使换上新的起动机配件后，仍有可能再次出现起动机烧蚀情况，产生安全隐患，导致用户产生抱怨。由于目前汽车起动机存在着车后继续工作的风险，本文设计了一种起动机保护电路，经过多次验证，可以降低起动机长时间工作的概率，提高了起动机工作的可靠性。

1　起动机的工作原理

汽车起动机的整个工作过程主要包括三个过程：起动机吸引过程、起动机保持过程、起动机停止过程［2］。

（1）起动机吸引过程

点火开关闭合，电流流经吸拉线圈和保护线圈产生磁力推动接触盘向主触点移动。另外，流经吸拉线圈的电流也流经电机M.此时，流经吸拉线圈和电机的电流较小，电机M缓慢转动，以便电机驱动齿轮与发动机飞轮齿顺利啮合。电路图如图1所示。

图1　起动机吸引过程电路图

（2）起动机保持过程

点火开关仍闭合，磁力将接触盘紧贴两触点，吸拉线圈被短路，电流直接经过主触点，此时流经电机的电流很大，使电机快速转动，从而带动发动机起动。在保持线圈产生的磁力作用下，把接触盘保持在两触点上。电路图如图2所示。

图2　起动机保持过程电路图

（3）起动机停止过程

点火开关由闭合断开，开关无电流流出。与一阶段相比，吸拉线圈电流倒流，通过保持线圈顺流。但两线圈的匝数一样，流经的电流大小相等，方向相反，产生的磁力合力为零，处于平衡。此时，电磁开关里弹簧的弹力将接触盘推离脱开两主接触点，电机无电流通过，电机停转。电路图如图3所示。

图3　起动机停止过程电路图

2　起动机的失效模式

起动机的工作原理比较简单，起动机失效原因也是多种多样，主要失效模式有以下几种：

（1）起动机齿轮转速低，着车无力，需要多次点火才可以着车；

（2）起动机内部断路，起动机在点火时不能正常工作；

（3）起动机间歇性不工作，起动机内部接触不良，多次敲打起动机后，起动机又可以正常工作；

（4）起动机长时间工作，点火开关从点火档“START”回到“ON”时，起动机齿轮与飞轮仍未分离，起动机还在继续工作。

如果起动机长时间工作，工作时间过长后会产生过多的热量，起动机内部的绝缘物质被高温熔化引起燃烧，导致起动机烧蚀严重。如图4所示。

图4　起动机烧蚀图

3　起动机的工作电路

以某一车型为例，蓄电池电压为12 V，各档位供电情况如图4所示。正常情况下，着车时点火开关是从“ON”档切换到“ST”档，此时BCM（车身控制模块）的D5、D6针脚给点火开关的4号针脚12 V电压，通过点火开关内部的导电环将4号针脚和5号针脚导通，此时点火开关的5号针脚输出12 V电压，经过C203接插件的18号针脚，再经过F209保险，然后通过C103接插件，最终起动机磁力开关里面的线圈正极端得到12 V电压信号。磁力开关内部线圈产生的磁力将动触片吸合，起动机开始进行工作，车辆正常着车。车辆启动系统电路图如图5所示。

图5　车辆启动系统电路图

从图5可以看出，如果起动机出现长时间工作，一般情况下原因有以下几种：

（1）点火开关不回位，即着车后钥匙卡滞在点火档“START”不能正常回到“ON”.

（2）点火开关到起动机信号端线路出现对电源短路。

（3）起动机磁力开关本身质量问题导致动触片在没有接收到启动信号电压情况下，继续粘贴在B+（电源）和M（电机）端。

（4）其他原因，比如点火钥匙串上的吊坠物挂到其他物体导致钥匙不回位。

4　起动机保护电路的设计

4.1保护电路的实物设计

根据起动机长时间工作的几种原因分析，设计一种起动机保护电路。结合“低成本、高价值”的理念，利用一个废弃的发动机舱保险盒，选择一个五角继电器，加上一个小功率灯泡，连接几根导线，即可制成一个简单的起动机保护电路。起动机保护电路设计实物图如图6所示。将起动机保护电路加入到整车启动系统电路中，对于着车过程完成后，即使出现钥匙卡滞不回位或起动机信号电路出现异常，可以起到保护、警告作用，以便提醒用户采取必要的措施，避免引起严重的安全事故发生。

图6　起动机保护电路实物图

4.2保护电路的工作原理介绍

在车辆钥匙进行点火前，起动机保护继电器R的a触点和b触点导通。当点火钥匙进行正常点火后，点火信号由点火开关5号针脚发出，经过起动机保险F209，由于继电器R内部动触片处在原始位置，a触点和b触点导通，启动信号经过继电器R的30号针脚→a触点→b触点→75A针脚，最后到达起动机磁力开关A端。12 V电压产生的电流流经磁力开关内部线圈，产生的磁力推动磁力开关内部的接触盘向主触点移动，车辆正常着车。车辆开始工作后，继电器R线圈正极端即85号针脚采集到发电机输出的14 V发电电压，电流经过线圈产生磁力，促使继电器内部动触片与b触点分离，导致a触点和c触点导通。

车辆在行驶或者怠速情况下，当出现点火钥匙卡滞不回位或者点火开关到起动机信号端线路出现对电源短路，甚至人为误操作长时间点火情况下，起动机不会进行工作。并且警告灯泡会点亮，提醒用户意识到车辆起动机线路出现异常，及时下车进行检查。起动机保护电路电路图如图7所示。

图7　起动机保护电路图

起动机保护电路应用在整车中的启动系统中对原车启动系统电路的改动较小，对原车电路系统不会产生不利影响。车辆启动正常，工作性能良好并且不会产生电磁干扰。起动机保护电路应用在整车启动系统中的电路图如图8所示。

图8　带起动机保护电路的整车启动系统中电路图

5　效果验证

将起动机保护电路应用到多个车型上，测试效果良好，对车辆启动性能没有产生任何不良影响。在大部分情况下，着车后可以起到切断起动机的启动信号，促使起动机不再接收外部输入信号，保护起动机不会长时间工作导致出现烧蚀等故障。

在车辆正常着车后，进行多次人为继续点火测试，每次警告灯泡均可以点亮，充分证明本文设计的起动机保护电路能够发挥保护作用。在着车后切断起动机外部启动信号，即使启动信号出现异常，能够点亮警告灯及时提醒用户尽快采取相应措施，避免起动机长时间工作引起烧蚀或其他更严重事故发生。

6　结束语

通过设计起动机保护电路，能够降低汽车起动机失效故障概率，减少用户半路抛锚的情况发生，提高车辆行驶稳定性，节省用户维修车辆开支，提高用户对公司产品的满意度。

［1］胡明义.汽车起动机结构、原理与检修［Z］.2007.［2］TTI公司.商用车电气系统诊断与维修［Z］.2013.

Design of the Automobile Starter Protection Circuit

HUANG Zheng-wu1，WANG Xin-li1，CHEN Zhen-quan1，YANG Qin2
（1.SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China；2.Liuzhou Tianhai Mirle Electrical Appliance Co.Ltd.，Liuzhou Guangxi 545100，China）

The starter is an indispensable equipment for automobile starting system，once the starter failure will cause the vehicle to a bad start，and sometimes even not a car.Especially some failures will cause the starter working for a long time，caused by the damage of the wire harness and fire starter ablating parts，so the starter line protection is necessary.From the analysis of the working principle of the starter，and try to design a simple starter protection circuit.

vehicles；starter；protection；design

U464.142

A

1672-545X（2016）08-0092-03

2016-05-22

黄正午（1985-），男，湖北人，工程师，硕士，研究方向为汽车电气系统故障诊断。