起动机线束设计研究

林岩飞 左洪涛

摘 要：车辆的起动性能是判断车辆是否合格的关键性指标。环境温度、蓄电池容量、起动机性能、发动机拖动最低转速等因素都影响起动性能。起动系统由起动机、蓄电池、起动继电器、点火开关等部件组成。蓄电池提供起动机端电压，端电压的大小直接影响到起动性能。起动机线束规格的选择，影响起动机线束的导线压降，起动过程中起动电流很大，起动机线束的压降在一定程度上影响了起动机端电压，从而影响了起动性能。

关键词：起动机；线束设计

1 汽车起动机概述

汽车发动机的正常工作使用，需借助外部机械装置的回转驱动，使其内部完成自循环，通常情况下，我们将这种实现发动机进行工作的外部机械装置，称之为起动机。起动机，即在蓄电池电流的作用下，其内部的直流电动机起动工作，带动电动机末端的驱动齿轮旋转工作，驱动齿轮在起动机内部传动机构的作用下与发动机的飞轮齿圈进行机械啮合，从而实现驱动发动机进行工作的目的，当发动机起动后，驱动齿轮可自行脱离，作为各类机械执行器件以及汽车、火车和飞机等大型产品启动系统中必不可少的一部分，根据其内部传动机构和电控装置的不同，起动机可以大致分为惯性啮合式、机械啮合式、电磁啮合式以及电枢移动式四大类。在生产制造和推广使用的历程中，惯性啮合式和机械啮合式起动机，由于内部结构的缺陷，已经逐渐被淘汰掉，电磁啮合式起动机由于其内部结构简单、工作可靠等优势，已成为现代汽车起动系统中的关键零部件之一。汽车起动机的制造发展历程久远，早在二十世纪初期，对于实现汽车发动机的自动起动进行了长时间的研究探索，包括机械方式、气动方式以及电驱动的方式等，对其各种探索均因使用的可靠性，有效性以及结构紧凑性等因素而已失败告终，1912年，随着蓄电池的广泛使用，自动起动机应孕而生。伴随着现代汽车工业的飞速发展，汽车电器部分发展也日益提高，规模也越来越大，迄今为止，世界上起动机的型式已多达3000余种。汽车起动机是由直流电动机、传动机构和控制装置组成，三者互相作用，紧密联系，作为汽车启动系统的核心部件，其组成机构的设计和制造工艺也在不断的向前发展。

2 实例分析起动机线束设计

某公司5款车型起动机线束线径优化和电压降计算结果见表1。

从表可以看出，A车型正负极线束线径设计合理，B、C车型正负极线束较短但线径较大，用30mm2导线造成浪费，可以将线径分别降为20mm2和25mm2。D、E车型正负极线束较长但线径较小，在一定程度上影响了起动的可靠性，需要将线径分别改为30mm2和40mm2。其中E车型，蓄电池布置在后备厢下方，故正极线束较长。

2.1 考虑起动电流与导线的发烟曲线

对于汽油车，平均起动电流一般在400A以下。20mm2及以上的导线，从导线的发烟曲线可以得到20s时间内400A电流都能承受。对于起动电流小的车型，也可以选用16mm2导线。对于柴油车，平均起动电流一般在500A以下。25mm2及以上的导线，从导线的发烟曲线可以得到30s时间内500A电流都能承受。

2.2 试验数据校核验证

2.2.1 A车型起动曲线（图1）

时刻1（紫色线）：电流320A，蓄电池电压8.6V，起动机电压8.1V，起动回路每100A压降：（8.6-8.1）/320×100=0.15V，小于0.2V，满足标准要求。时刻2（黄色线）：电流280A，蓄电池电压8.88V，起动机电压8.42V，起动回路每100A压降：（8.88-8.42）/280×100=0.16V，小于0.2V，满足标准要求。

2.2.2 D车型起动曲线（图2）

时刻1（紫色线）：电流310A，蓄电池电压9.1V，起动机电压8.2V，起动回路每100A压降：（9.1-8.2）/310×100=0.29V，大于0.2V，不满足标准要求。时刻2（黄色线）：电流355A，蓄电池电压8.7V，起动机电压7.7V，起动回路每100A压降：（8.7-7.7）/355×100=0.28V，大于0.2V，不满足标准要求。从以上分析可以看出，试验结果和简化公式计算的结果一致。

2.3 起动机匹配

根据国家标准GB12535—2007中要求低温冷起动环境温度为-35±2℃，数据经计算后可按照下述经验来推断起动机匹配结论。1）蓄电池初始电压应高于11.5V（满足试验标准初始电压）或蓄电池内阻计算结果与实际标定应一致，否则视为蓄电池亏电或损坏，应更换蓄电池重新测试。2）按照起动机线路线束设计标准，经计算如果线路总电阻高于4mΩ，则线束回路匹配有问题，增加电路损耗，降低起动机输出性能，建议更换线束或检查线束连接。3）上述2项无问题时，发动机拖动转速大于100r/min时，平均工作电流与起动机制动电流比值在0.4-0.7，视为起动机合理匹配；如大于则视为匹配偏小，起动机大电流工作会降低起动机可靠性甚至引起烧毁，此种情况视为发动机阻力矩大或起动机匹配偏小。4）发动机拖动转速小于100r/min时，如蓄电池正常，同样视为发动机阻力矩大或起动机匹配偏小，存在低溫无法起动的风险。5）发动机拖动转速大于300r/min以上时，如起动正常，则视为起动机匹配过大，可改用小功率起动机匹配；如不能正常起动，请排查发动机点火系统。

3 故障应用实例分析

一辆1.8L手动挡汽车，行驶4万km，购车时间2010年中旬。车主反映车辆正常行驶中突然熄火，然后无法起动。接修的维修人员诊断为燃油泵故障，更换燃油泵后还是无法起动，维修陷入僵局。这时笔者介入维修。维修步骤：（1）检测燃油泵供电端子插头。连接到供电端子插头检测，起动机无电源输入。到此燃油泵故障的可能性排除，可以确定该车无法起动的直接原因，为燃油泵供电端子无电压输入造成的。（2）检修前排乘客侧脚踏板位置上方熔丝盒。逐个测量相关熔丝，测量结果也正常。燃油泵继电器目视完好，测量输入供电端子有12V电压。插上继电器起动车辆，继电器有工作的动作，证明从发动机控制单元到该继电器的线路及信号控制正常。拔下燃油泵供电端子插头，找出供电线束，发现是一根黄色红茎粗线。接着回到车内，起动车辆的同时用测量工具测量该线束输出端，发现有驱动电压。至此可以断定，由熔丝盒燃油泵继电器至油箱线束问题导致的车辆无法起动故障诊断燃油泵供电插头之间，有可能出现断路或某个插头损坏的情况。（3）顺着熔丝盒端子插头处拉出的线束，在靠近侧护板地板胶中部发现，该处有线束整体烧焦的情况，而烧断的线路正是那根黄色红茎燃油泵供电线束。原来导致行驶中突然熄火无法起动的原因就是因为这根线束。细看以上故障点发现，之前有包扎过的痕迹，仔细分析该线烧断原因，很有可能是之前该车安装过GPS定位系统，在此隐蔽处加装了燃油切断继电器，以便在出现盗抢行为的时候，可以远程控制切断燃油强制熄火。在之后不知什么原因该车又拆除了此控制部件，然后简单包扎了线束。经过一段时间之后，线路出现了接触不良，导致发热烧断，从而引起了之前故障的出现。此故障是不幸中的万幸，如果此处在行驶中没有断路而是继续发热的话，极有可能导致燃烧引起火灾，后果不堪设想。所以维修工人的粗心大意是主要问题，任何一个环节在工作中要时刻保持认真严谨的态度，处处细心周到处理，尽量不留下安全隐患。

参考文献

[1]陈东旭，李孟凯，金浩然，陈武.基于LabVIEW汽车起动机测试系统设计[J].黑龙江工程学院学报，2017，3106：29-33.