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柴油发电机启动马达故障现象和原因解析 |
摘要：起动机故障是柴油发电机使用中一直较为高发的故障之一，根据康明斯公司的市场调研，2020年柴油发电机行业起动电机故障率约为1.38%，与2021年起动机故障率约1.13%相比，电机故障率大幅上升约0.25%，上升幅度高达22%。起动机使用中的常见故障一般是无法转动，转动无力，启动机驱动齿轮与飞轮齿圈无法正常啮合。起动机出现故障后，就会引起柴油机起动困难、无法起动。
一、启动系统原理与结构
1、启动系统的定义及工作原理
（1）启动系统的定义
要使柴油机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动柴油机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。柴油机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到柴油机开始自动地怠速运转的全过程，称为柴油机的起动。完成起动过程所需的装置，称为柴油机的启动系统。
（2）柴油机起动原理
要使柴油机由静止状态过渡到工作状态，必须用外力转动柴油机的曲轴，使气缸内吸入（或形成）可燃混合气并燃烧膨胀，工作循环才能自动进行。曲轴在外力作用下开始转动到柴油机开始自动地怠速运转的全过程，称为柴油机的起动。柴油机起动的方法很多，汽车柴油机常用的电动机起动是用电动机作为机械动力，当将电动机轴上的齿轮与柴油机飞轮周缘的齿圈啮合时，动力就传到飞轮和曲轴，使之旋转。电动机本身又用蓄电池作为能源。目前绝大多数汽车柴油机都采用电动机起动。
2、启动系统的组成
启动系统是一种起动器，它装有一只驱动齿轮的小型高速马达，使静止的柴油机起动并转入自行运转。它包括起动器、起动继电器和防盗系统。汽车启动系统主要由起动机和起动控制电路所组成
（1）启动系统的功用：
提供外力克服柴油机的启动转矩、满足柴油机必须的启动转速等要求，使柴油机由静止状态过渡到工作循环状态。
（2）启动系统的基本组成：
主要由主控器、蓄电池、起动机、启动继电器等组成。
（3）主控器：
主控器一般设有启动键。启动柴油机时，通过扳动主控器，接通控制启动系统的启动电路和相关部件工作，使起动机带动曲轴旋转。
（4）蓄电池：
在启动柴油机时，蓄电池在短时间（5 ~10 ）内向起动机连续提供强大的启动电流，柴油机一般在800 ~1000Α。
（5）起动机：
起动机是启动系的核心部件。起动机由直流电动机、传动机构和控制机构装置三大部分组成。起动机的作用在于将蓄电池的电能转换为机械能，产生电磁转矩。
（6）启动继电器：
启动系的启动开关一般都设在主控器上，而在启动柴油机时，流过起动机上的电磁开关的电流较大，在启动时，如果直接启动开关控制流经该开关的电流，启动开关会因通过的电流过大而被烧蚀。因此一些汽车的起动机控制电路中装有启动继电器，由启动继电器的开闭控制起动机电磁开关的通断，启动开关只控制启动继电器线圈的通断，因此减小了通过启动开关的电流，起到了保护主控器的作用。
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图1 柴油机的启动马达轴测图 |
图2 柴油机的启动马达三维图 |
二、启动系统的检测
起动机的检测分为解体检测和不解体检测两种，零件组成如图3所示。解体检测随解体过程一同进行；不解体检测可以在拆卸之前或装复以后进行。
1、起动机的不解体检测
（1）吸引线圈性能测试
① 先把励磁线圈的引线断开。
② 连接蓄电池与电磁起动开关。驱动齿轮应能伸出，否则表明其功能不正常。
（2）保持线圈性能测试接线方法
如图4所示。完成电磁开关吸引线圈功能测试后，驱动齿轮移出之后从端子C上拆下导线。驱动齿轮仍能保留在伸出位置，则说明电磁开关保持线圈功能正常，否则表明保持线圈损坏或搭铁不正确。
（3）复位功能测试
完成电磁开关保持线圈功能测试后，拆除起动机接线柱“-”上的连接线，此时，若驱动齿轮被拉回，则说明电磁开关复位功能正常。
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图3 柴油机起动机控制电路图 |
图4 起动机电磁开关吸引线圈功能试验 |
2、起动机的解体检测
（1）直流电动机的检修
① 磁场绕组的检测如图5所示，主要进行磁场绕组及外壳检测。
② 换向器电枢绕组的检测，如图6所示。
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图5 起动机磁场绕组及外壳检测 |
图6 起动机换向器和电枢绕组的检测 |
（2）电枢轴跳动检查
如图7所示。其跳动量不应大于0.08 mm，否则应进行校正或更换电枢。
（3）电刷的检查
测量电刷的长度时要结合具体的标准，不应小于最小长度标准即可，如图8所示。
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图7 起动机电枢轴跳动检查 |
图8 柴油机起动机电刷的检查 |
（4）电刷架的检查
如图9所示。检查“+”电刷架A和“-”电刷架B之间不应导通，若导通，应进行电刷架总成的更换。
（5）单向离合器的安装与检查
如图10所示，将单向离合器及驱动齿轮总成装到电枢轴上，握住电枢，当转动单向离合器外座圈时，驱动齿轮总成应能沿电枢轴自如滑动。检查小齿轮和花键及飞轮齿圈有无磨损或损坏，在确保驱动齿轮无损坏的情况下，握住外座圈，转动驱动齿轮，应能自由转动;反转时应锁住，否则应更换单向离合器。
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图9 柴油机起动机电刷架的检查 |
图10 起动机单向离合器的安装与检查 |
三、启动系统的使用与维护
1、启动系统的日常使用与维护
启动系统主要维护的是起动机，起动机在启动柴油机之后，便不再向柴油机飞轮齿圈提供驱动力矩，要让起动机正常工作只需要满足两个条件：一是在启动时蓄电池能为其提供较大的瞬间脉冲电流；二是起动机的工作环境必须干燥洁净。
首先要保证蓄电池接线端的夹钳清洁并且连接牢固，这样蓄电池才能保证向起动机提供所需的大电流。其次，蓄电池必须能够通过负载测试，并具有一定的电压缓冲能力。此外，在保证起动机安装支承部件清洁且连接牢固的同时，还应检查柴油机与蓄电池间接地线路的状况是否良好。任何原因引起的起动机正极或者负极的电压下降，都会降低起动机的启动动力。
如果起动机被冷却液、机油或其它粘性液体浸湿，将不能按预先设计的情况正常工作。如果起动机被长期浸泡，它可能会因长期处于非正常工作状态而彻底报废。将起动机彻底清洁之后，需要测试起动机与蓄电池之间的线路，以确保起动机是否长期遭受因粘性液体导致的损耗。如果在测试中发现起动机性能指标处于正常值的边缘或者已经低于正常值，就要将其更换掉。
2、起动机的使用注意事项
（1）起动机每次启动时间不超过5s，再次启动时应间歇15s，使蓄电池得以恢复。如果连续第三次启动，应在检查与排除故障的基础上停歇2min以后进行。
（2）启动柴油机时，应将变速杆置于空档位置并踩下离合器踏板，严禁挂挡启动。
（3）柴油机启动后，必须立即切断起动机控制电路，使起动机停止工作。
（4）起动机外部应经常保持清洁，各连接导线，特别是与蓄电池连接的导线，都应保证牢固可靠。
（5）柴油机启动后，如起动机不能停转，应立即关闭电源总开关或拆下蓄电池搭铁线并查找故障。
四、启动系统的典型故障诊断
以康明斯发电机组启动系统为例，分析启动系统的故障，不同型号柴油机启动系统的诊断思路和方法大致相同。
1、起动机运转无力的故障
柴油发电机启动时，曲轴时转时不转或转动较慢，使柴油发电机不能进入到自行运转状态。造成这种故障主要是由于蓄电池电量不足、启动阻力过大或电磁开关内部活动触头和静触头烧损后出现接触不良等所致。其检查方法如下。
① 检查蓄电池的电量是否充足。
② 检查电刷与整流子（或换向器）的接触情况。正常情况下，电刷底部表面与换向器的接触面应在85％以上。若不符合技术要求，则应更换新电刷。
③ 检查整流子（或换向器）是否有烧损、划伤、凹坑等现象。若整流子表面污物比较多，则用柴油或汽油清洗干净。若有严重烧损、磨损和划伤，造成表面不光滑或失圆时，可视情况修理或更换。修理时，可用车床车削加工整流子，并用细砂布抛光。
④ 检查电磁开关内部的活动触头和两个静触头的工作表面。若活动触头和静触头有烧损现象而导致起动机运转无力时，可用细砂纸将活动触头和静触头磨平。
2、起动机驱动齿轮高速旋转且不能与飞轮齿圈啮合
柴油发电机在启动时，能听到电磁开关吸合的动作响声和驱动齿轮的高速旋转声，但柴油发电机飞轮不转动。这种故障一般是由于驱动齿轮和飞轮齿圈没有啮合，或起动机驱动齿轮打滑所。
① 若遇到这种故障，应再进行第二次甚至第三次启动。若不能排除故障，则应用平口螺丝刀调整起动机电磁开关左下端的调整螺钉，使驱动齿轮与飞轮齿圈相啮合。若经过上述调整'故障仍未被排除'则应拆卸起动机，对飞轮齿圈、起动机内部的驱动齿轮等零件进行检查。
② 若经过检查，起动机的驱动齿轮和飞轮齿圈质量完好，而且在启动时两者不能够啮合在一起，起动机仍然出现空转且有一种金属碰撞响声，则应对起动机进行分解。若分解后发现拨叉两凸块之间的距离过大而导致驱动机构无法拨动到位时，应用手按压以减小两凸块之间的距离。若凸块磨损严重或一边的凸块损坏时，可用焊修的方法进行处理。
③ 若拨叉距离适当，驱动齿轮又能与飞轮齿圈相互啮合，但起动机仍然出现高速空转时，应用一只手握住电枢，另一只手转动驱动齿轮。若顺时针能够转动而逆时针不能转动时，则说明驱动机构工作良好；若顺时针和逆时针均能转动时，则说明驱动机构损坏，应更换新件。
3、起动机无法转动的故障
主要原因如下：
（1）蓄电池电量不足。
（2）蓄电池导线松动、腐蚀或磨损。
（3）启动继电器故障，如果是自动变速器，挡位开关也可能出现故障。
（4）熔丝断路。
（5）起动机故障，包括电动机和磁力开关故障，以及其他零部件发生故障。
具体故障的经验判断：可以用导线短接起动机电磁开关上的两个接线柱，启动柴油机，如果起动机运转，则为启动继电器或者熔丝故障；如果起动机不运转，则可以判断是起动机故障，最常见的故障重点在电磁开关。
总结：
总之，起动机是柴油发电机启动系统的重要部件，一旦出现起动机不工作的故障，需要及时排除。根据所述的启动系统的原理和结构组成，参考本文中的起动机故障诊断和排查方法，可以更好地保障您的柴油发电机组正常运行。如果以上排查方法都无法解决问题，很可能是起动机本体具有不可逆的故障，请更换起动机总成或获取康明斯授权经销商的帮助。
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