汽车起动机电磁开关触片触点烧蚀原因探析

汽车起动机电磁开关触片触点烧蚀原因探析 张胜川，边建华 (上海法雷奥汽车电器系统有限公司，上海 201203) 摘要：阐明电磁开关工作的电路原理，依据原理探讨引起电磁开关触片、触点烧蚀的主要原因。给出改善电磁 开关触片、触点烧蚀应采取的措施，在实际应用中具有一定的指导意义。 关键词：电磁开关；触片；触点；烧蚀 中图分类号：371 文献标识码：B 文章编号：10639(2010)04002802 o，01203， he of of in 磁开关是汽车起动机中的一种重要的控制元 件它的主要作用就是使驱动齿轮与飞轮能够快速 啮合和退出并将起动机的电枢主电路与蓄电池接 通使起动机电枢在磁场中旋转，进而起动发动 机。其性能的好坏直接关系到起动机能否正常工 作，因此对电磁开关的研究是一项重要的课题，应 予以足够的重视。 多年来，柴油发动机匹配的大功率和轻型轿车 汽油发动机匹配的小功率起动机电磁开关都出现了 触片、触点烧蚀的现象，如图1所示。 (a)柴油发动机匹配 (b)汽油发动机匹配 的大功率起动机 的小功率起动机 图1起动机电磁开关触片、触点烧蚀现象 触片、触点的烧蚀严重影响了起动机的正常工 作。给顾客带来很大的烦恼。为了降低和避免触 片、触点烧蚀引起的起动机故障，笔者对引起电磁 开关触片、触点烧蚀的原因进行分析研究。 1 电磁开关的工作原理 为了更加清晰地说明电磁开关触片、触点的烧 蚀原因，首先对电磁开关的工作原理进行介绍。图2 给出了起动机电磁开关示意图和电路原理图。其电 路工作原理如下：当点火开关接通时电磁开关的 吸引线圈和保持线圈通电，其电流一部分由蓄电池 正极经由点火开关、保持线圈达到蓄电池负极形成 回路；另一部分电流由蓄电池正极经由点火开关、 吸引线圈、励磁绕组、电枢绕组、搭铁。到达蓄电 池负极形成回路。此时起动机内流过的电流较小。 电枢以较低的转速旋转，同时由于通过吸引线圈和 保持线圈的电流绕向一致，它们产生的电磁吸力的 (a)电磁开关示意图 动 触 片 (b) 电磁开关电路原理图 图2电磁开关示意图和电路原理图 收稿日期：20091019 作者简介：张胜川(1980-)，男，电机与电器专业硕士，计算工程师，主要从事汽车起动机的研发设计及相应的售后故障 分析工作；边建华(1965一)，男，高级工程师，长期从事汽车起动机的研究和应用工作。 藩汽车电器2010年第4期 理想犹如夜空中的北极星。使你在黑夜中前行而不绝望 方向也一致在电磁吸力的共同作用下，阀心向右 移动，带动动触片一起向右移动，当动触片和2个 接线柱端部的静触点接触时，此时吸引线圈被短 路，起动机的主磁路接通，蓄电池的大电流迅速流 过起动机产生的转矩驱动发动机曲轴旋转，而保 持线圈继续通电，维持触片的接触状态。当起动发 动机后，断开点火开关，保持线圈的电路被切断， 流经动触片的电流经吸引线圈后流过保持线圈，此 时流经这2个线圈的电流绕向相反，它们产生的电 磁吸力相互抵消，触片在回复弹簧的作用下向左移 动，动触片和2个静触点脱离接触，断开起动机主 电路，通过拨叉使起动机的驱动小齿轮复位，起动 机停止工作。 2电磁开关烧蚀的原因 电磁开关触片、触点烧蚀的原因主要是局部过 热引起的。而产生局部过热的因素主要有两点： 触片、触点接通时间过长大电流持续流过产生很 大的热量1 ；开关触片和触点频繁接触，产生大 量的电弧火花引起。众所周知，起动机工作时，尤 其是起动发动机瞬间，电流非常大，对于大功率的 起动机来讲，起动电流接近800 A，如此大的电流 流经触片和触点时会产生很大的热量，如果触片和 触点的接通时间过长触片和触点很容易由于局部 过热而烧蚀。另一方面，电磁开关触片和触点每次 接通和断开的瞬间都会产生电弧火花，时间一长电 弧火花产生的局部高温就引起触片和触点的烧蚀。 由于触点间隙中的气体被游离产生大量的电子和 离子，使绝缘的气体变成了导体，电弧将流经这个 游离区所消耗的电能转变为热能和光能。产生很大 的热量。 21 引起电磁开关触片、触点接触时间过长的原因 引起触片和触点接触时间过长的原因主要有以 下2点：触片回复弹簧的弹力不足以将触片弹回， 触片和触点没能脱离接触；吸引线圈局部短路 】， 导致吸引线圈的有效匝数减小。磁场减弱，吸引线 圈和保持线圈产生的电磁吸力不能相互抵消。保持 线圈磁场占优势其所产生的电磁力大于吸引线圈 产生的电磁吸力和触片回复弹簧的弹力之和继续 维持触片和触点的接触，主电路不断开。大电流持 续流过，产生较大的热量引起烧蚀。 22引起电磁开关电弧火花的原因 通过一系列试验观察发现了电弧火花频繁的 一个重要原因：就是电磁开关触片和触点结合时的 颤振现象，图3给出了电磁开关触片和触点结合瞬 间的颤振波形。 通过触片和触点结合瞬间的颤振波形可以得 知，电磁开关吸合过程中活动铁心在吸引线圈和 好消息：免费提供防冻液技术l 详见插3广告 触片接触 。一 r l f 。 I 1 _ 片分离 一1 0 1 2 3 43电磁开关触片和触点结合瞬间的颤振波形图 保持线圈共同电磁吸力的作用下克服回复弹簧的 弹力使触片和触点结合。然而由于回复弹簧的反弹 作用力的影响，触片和触点之间的结合并不稳定 发生颤振现象，而且颤振的频率相当高。在这段颤 振过程中，触片和触点之间的不断结合和断开产 生了大量的频繁的电弧火花，释放出大量的热量 使得触片和触点局部过热。引起触片和触点的烧 蚀。而引起触片和触点结合时颤振现象的原因主要 与电磁开关吸引线圈和保持线圈的电磁吸力与回复 弹簧回复力的匹配有关。若电磁开关的压缩行程过 大，即电磁开关阀心和端部挡板间的气隙过大，吸 引线圈和保持线圈产生的电磁吸力较小，在相同的 弹簧回复弹力下较容易发生颤振：而在电磁吸力一 定的情况下，回复弹簧的弹性回复力越大，发生颤 振的几率就越大。- 23其它原因 电磁开关触片、触点的烧蚀与触片和触点的材 料有很大的关系，当触片、触点采用耐电腐蚀性、 耐高温、耐磨性和耐冲击性都较好的材料时例如 触片、触点采用含钨3或含银的复合材料制成时。 其寿命就长，就不易发生烧蚀现象。 若电磁开关触片、触头被氧化或其它原因而使 得触片、触点含有脏污等引起接触不良4】，当较大 电流通过时，会使开关过热而进一步氧化或烧蚀。 3避免电磁开关烧蚀采取的措施 电磁开关触片、触点烧蚀问题自起动机使用时 就一直存在，严重影响了起动机的使用寿命。为避 免或降低触片、触点烧蚀引起的起动机故障率，可 从以下几个方面做起。 1)电磁开关触片、触点的材料选取是否恰当， 直接影响到电磁开关的寿命。当采用含钨或含银等 复合材料制成的触片或触点时，其耐电腐蚀、耐磨 性以及耐冲击性都较一般的紫铜为好，发生触片、 触点烧蚀的概率大大降低。 2)优化电磁开关的设计，改善电磁开关的装 (下转第32页) 汽车电器2010年第4期 V 3 2 1 O 表3喷油器回油量故障诊断表 辆还有怠速抖动、加速无力、车速提升过慢的现象。 把车施救回修理厂。用长城 专用诊断软件，进入发动机系统调出故障码：油压力超过最大限值；电压高于下限(连线对搭铁短路)。起动发动机， 观察数据流，共轨压力值一直为0而起动共轨压 力标准值是25 共轨压力传感器插头拔下， 用万用表测发动机正常共轨压力传感器到发动机无短路或断路现象，共轨压力传感器损坏的可能 性大。换一新的共轨压力传感器( 高压油轨组成一体出售，备件号还 是不能着车，但起动发动机观察数据流，起动共轨 压力可达到4 现象说明2个问题：原共轨 压力传感器确有问题；共轨压力达不到起动共轨 压力标准(25 有其它原因。 检查低压油路，柴油共轨哈佛车的低压油路是 负压型的，用真空表串接到低压油路，测得真空度 为24 照表1得知低压油路正常。检查高压 泵，把高压共轨管的所有出油口堵上，断开燃油计 量阀，运行发动机56 s，用检测仪观察数据流，共 轨压力值为150 表2得知高压油泵正常。 低压油路和高压泵都正常，但起动共轨压力只 有4 后测喷油器 回油量。发动机转速需超过200 r堵塞堵住 高压油泵方向的回油管，断开燃油计量阀各喷油 器的回油管接至盛油的试管。运行发动机56 s1、 2、3缸喷油器回油量分别是80 0 0 只有4缸喷油器回油量为190 于各喷油器的 供油管和回油管均为串联关系，因此只要有一个喷 油器泄压，就会造成整个系统油压降低。起动共轨 压力不够的真正原因主要是第4缸喷油器回油量过 大造成的，回油量大主要是燃油品质问题导致。接 下来第4缸换一新喷油器，可起动着车，但车辆怠速 有点抖动，行驶加速无力，使发动机达到正常工作温 度(即发动机冷却液温度达到80 用检测仪测 怠速(发动机转速800 r轨压力为38 标准怠速共轨压力为35 微偏大。在共轨压 力正常(或不低于正常压力)情况下再测喷油器回油 量。l、2、3缸喷油器回油量分别是12630140 6是8O 共轨压力正常情况下只有 喷油器堵塞才能造成回油量大。标准共轨压力下 喷油器回油量越小，喷油器性能越好。把1、2、3 缸喷油器拆下来分解清洗后试车，怠速平稳行 驶加速有力，故障彻底排除。 (编辑唐兴年) ， l，l，l， ， l，l (上接第29页) 配工艺，保证电磁开关的压缩行程最优，吸引线圈 和保持线圈的电磁吸力与回复弹簧的弹力良好匹 配，可以大大降低触片和触点结合时的颤振次数， 经优化设计后的电磁开关工作过程如图4所示。可 见，优化设计后的电磁开关发生颤振的次数大为减 少，几乎没有出现像图3那样的颤振曲线。 V 3 2 O 一一 地 一。 一一 触片分离 0 1 2 3 4 4优化设计后电磁开关工作过程 3)降低触片和触点问的电弧火花，还可以通 过在触点产生电弧处设置凹槽，将触片和触点接触 瞬间产生的电弧释放在凹槽内。避免电弧火花对触 片、触点的烧蚀。 4)电磁开关触片、触点的工作表面光洁度， 有无裂纹，触点是否铆紧，是否存在脏污等，都会 对触片、触点产生