汽车起动系统的控制原理与维修方法

严小婷

摘 要：起动系统作为发动机的关键组成部分，能够将蓄电池的电能转换成驱动发动机运转的机械能。汽车起动系统由起动机及其控制电路组成，本文在详述汽车起动系统的结构与控制原理的基础上，解析汽车起动系统故障诊断与维修方法，对职业院校教师从事汽车电气设备系统教学或汽车维修人员从事起动系统维修具有理论与应用价值。

关键词：起动机结构;起动系统结构;起动系统维修

1 汽车起动机的结构

汽车起动机的结构如图1所示，主要由直流电动机、电磁操纵机构以及传动机构3个部分组成。

1.1 直流电动机

汽车起动机通常使用串励式直流电动机，其作用是产生起动发动机的电磁转矩，主要组成部分包括：

1.机壳：机壳外侧有1个接线柱（与机壳绝缘），该接线柱与机壳内侧励磁绕组的电流输入端相连，用于将控制电路中的电流引入励磁绕组。机壳内侧通常固定有4块缠绕励磁绕组的铁心。

2.磁极：磁极的作用是在机壳内侧建立电磁场，为电枢旋转创造基本条件，通常由4块铁心及缠绕在铁心上的4个励磁绕组构成。其中，4块铁心构成2对磁极，相邻铁心磁性相反;励磁绕组电流输入端与机壳外侧的接线柱相连，电流输出端与紧压换向器的2个正电刷相连，一般采用各绕组相互串联或两两串联再并联的连接形式。

3.电枢：电枢的作用是产生电磁转矩，主要由电枢绕组、电枢铁心、电枢轴和换向器组成。其中，电枢绕组由具有矩形截面的铜制漆包线绕制而成（横截面积较大，以通过较大电流，获得较大转矩）;电枢铁心由相互绝缘且外圈带槽（用于固定电枢绕组）、内圈带花键（用于将电枢铁心固定在电枢轴上）的硅钢片叠加而成;换向器由相互绝缘且具有燕尾形截面的铜片（即换向片）包围形成，负责给电枢绕组通电，并有规律地改变电枢绕组中的电流方向。

4.电刷组件：主要由电刷、电刷架、电刷弹簧组成，作用是将励磁绕组流出的电流通过换向器引入电枢绕组中。电刷架固定在前端盖（或支架）上，其中有2个电刷架（对置）通过绝缘垫与前端盖（或支架）绝缘;另外2个电刷架（对置）与前端盖（或支架）相连并搭铁。各电刷置于电刷架中，在电刷弹簧的作用下，紧压换向器。

5.前后端盖：前后端盖及机壳能够为起动机内所有零件提供支撑和保护。

1.2 电磁操纵机构

电磁操纵机构主要由衔铁、电磁开关（触盘和触点）、驱动杠杆（拨叉）、回位弹簧、吸引线圈及保持线圈组成。电磁操纵机构能够控制起动机主电路通断，实现起动机通电或断电;同时控制驱动齿轮与飞轮齿圈的啮合与分离过程。

1.3 传动机构

传动机构主要由驱动杠杆（拨叉）、单向离合器、驱动齿轮组成，其作用是在起动车辆时，将直流电动机产生的转矩传递给发动机曲轴。当发动机转速超过直流电动机转速时，在单向离合器的辅助下，驱动齿轮打滑以防止直流电动机超速损坏;同时，在拨叉的辅助下，驱动齿轮退回至起动之前的初始位置，脱离与飞轮齿圈的啮合状态，整个起动过程一般持续3-5秒。

2 汽车起动系统的结构与控制原理

汽车起动系统的结构如图2所示，由起动机及其控制电路组成。控制电路中主要包括蓄电池、点火开关、起动继电器、导线等电路元件。电流从蓄电池流出，受点火开关及起动继电器控制，最终通过起动机的50接线柱、30接线柱流入C接线柱。在驱动直流电动机旋转的同时，使驱动齿轮移动至与飞轮齿圈啮合的位置，起动发动机。

当点火开关接通至起动档时，由蓄电池提供的电流先经过点火开关，再经过起动继电器的85、86脚并搭铁（图2中绿色路径）。在电磁力作用下，起动继电器内的开关吸合，30、87脚接通。此后，蓄电池的电流将直接从起动机30接线柱，经过起动继电器的30、87脚，到达起动机的50接线柱（图2中红色路径）。

50接线柱通电后，电路中产生2条支路。1条在接通保持线圈后搭铁;另1条在接通吸引线圈与直流电动机后搭铁（电路中的电流在几十安培左右，电动机转矩较低）。在吸引线圈、保持线圈产生的电磁力作用下，衔铁开始移动，一端的触盘与触点接通30接线柱与C接线柱（吸引线圈被短路，衔铁由保持线圈固定位置）;另一端的拨叉将驱动齿轮推至与飞轮齿圈啮合的位置。此后，电流将直接从蓄电池经30接线柱、C接线柱、机壳外侧的接线柱流入直流电动机，在几百安培左右的大电流作用下，直流电动机的起动力矩足以驱动发动机飞轮，实现车辆起动。

车辆起动后，将点火开关转至起动档之前的ON档。起动继电器内的开关断开，50接线柱电压归0，蓄电池的电流经过30接线柱、触盘和触点，流入吸引线圈和保持线圈。由于两线圈中的电流方向相反，产生的电磁力相互抵消，于是在回位弹簧的作用下，衔铁回到起动前的初始位置（衔铁一端的触盘和触点分离，另一端的拨叉将驱动齿轮拨回初始位置）。

3 汽车起动系统故障诊断与维修方法

本文以卡罗拉轿车1ZR-FE发动机起动系统控制电路（图3）为例，解析汽车起动系统故障诊断与维修方法。

3.1 卡罗拉1ZR-FE发动机起动系统控制过程

在踩下离合器踏板开关A5（手动传动桥）或接通P档/N档位置开关B88（自动传动桥）的前提下，接通点火开关E4的起动档，电流从点火开关E4的ST1端子经过离合器踏板开关A5或P档/N档位置开关B88，流入起动继电器（ST）（1脚流入、2脚流出）并搭铁。在电磁力的作用下，起动继电器（ST）内的开关吸合，5脚与3脚接通;电流从点火开关E4的ST2端子经过起动继电器（ST）的5脚、3脚，流入直流电动机的B8插头（对应50接线柱）。此后，直流电动机通电并以低转矩旋转;吸引线圈、保持线圈通电，产生电磁力使电磁开关吸合。蓄电池的电流直接从B4插头（对应30接线柱），经电磁开关流入直流电动机，直流電动机以高转矩旋转。

汽车起动信号通过A50插头的48号针脚流入发动机控制单元（ECM）的STA端子，发动机控制单元（ECM）根据起动信号控制火花塞跳火、喷油器喷油，以配合发动机的起动过程。

3.2 卡罗拉1ZR-FE发动机起动系统故障诊断与维修方法

3.2.1 确定故障范围

出现起动机不运转故障时，首先应确定故障范围，具体流程如下：

（1）拔下起动机50接线柱上的插头（图3中B8插头），在起动档用万用表测量B8插头至搭铁的电压（应为12V左右），若电压值为0，说明起动机电路部分出现问题（亦可使用试灯检查）。短接30接线柱和50接线柱（使用起子），若起动机正常运转，证明故障范围在起动机电路部分的推断成立。

（2）短接30接线柱和C接线柱（使用起子），观察起动机是否运转。若起动机不运转，说明直流电动机存在故障;若起动机正常运转，说明电磁操纵机构或传动机构存在故障。

对于起动机的机械部分故障，一般采用更换新件（相同规格）的方式解决;如遇电路部分故障，则需进行电路检查。

3.2.2 电路检查流程

从图3中不难发现，起动继电器（ST）是该起动系统的核心，故障诊断流程设计应以其为中心展开，具体步骤如下：

（1）在点火开关E4处于起动档时（离合器踏板开关A5或P档/N档位置开关B88接通），分别测量起动继电器（ST）5号座孔和1号座孔至搭铁的电压，均应为12V左右。否则，应检查起动继电器（ST）5号座孔或1号座孔之前的电路，包括各段导线（断路、短路测试）、离合器踏板开关A5、P档/N档位置开关B88、点火开关E4以及保险丝的检查。

（2）起动继电器（ST）2号座孔至搭铁的电阻应小于1Ω。否则，说明这段导线电阻过大或搭铁不良，应修复或更换导线、牢固搭铁点。

（3）起动继电器（ST）3号座孔至B8插头段导线的电阻应小于1Ω，且与搭铁的电阻应为无穷大（10kΩ以上）。否则，说明这段导线存在电阻过大或对搭铁短路故障，应修复或更换导线。

（4）检测起动继电器（ST）。起动继电器（ST）1脚、2脚之间的电阻应在60-120Ω左右，3脚、5脚之间的电阻应为无穷大（10kΩ以上）;将1脚、2脚分别通过一根导线与蓄电池正、负极相连（回路中接1根10A的保险丝），测量3脚、5脚之间的电阻，应小于1Ω。否则，应更换新的起动继电器（相同规格）。

4 结束语

维修汽车起动系统之前，必须认识与理解起动系统的结构与控制原理。维修过程中，应先通过就车检查的方式确定故障范围在机械部分还是电路部分。进行电路检查时，应通过合理设计诊断流程，缩小故障范围，及时、高效地发现问题并修復。