奧星越秀汽車職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校 任賀新

故障現(xiàn)象一輛2009款保時捷卡宴車，搭載4.8 L V8發(fā)動機(jī)，累計行駛里程約為15萬km。車主反映，該車?yán)淦饎诱?，行駛一段時間熱機(jī)后，將發(fā)動機(jī)熄火靜置20 min左右，就會出現(xiàn)無法起動的現(xiàn)象。

故障診斷接車后按照車主描述的方法試車，果然出現(xiàn)發(fā)動機(jī)無法起動的現(xiàn)象。感覺起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無力，轉(zhuǎn)幾下就停止了，類似蓄電池虧電的現(xiàn)象。用故障檢測儀檢測，無相關(guān)故障代碼存儲。查看起動機(jī)控制電路（圖1）可知，在滿足起動條件的前提下，防盜系統(tǒng)控制單元（PAS）控制起動機(jī)繼電器吸合，為起動機(jī)端子50供電，起動機(jī)開始工作，與此同時起動繼電器端子87a向PAS反饋端子50診斷信號。

為快速判斷起動過程中的哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，筆者決定先使用pico示波器和電流鉗測量起動電壓和電流。pico示波器和電流鉗的連接方式如圖2所示，藍(lán)色A通道測量電壓，紅色B通道測量電流。

在起動瞬間，發(fā)動機(jī)阻力矩最大，起動機(jī)處于制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)速為0 r/min，電流最大（制動電流），此時蓄電池以大約10C（C為蓄電池額定容量）的放電倍率輸出電流。假設(shè)車輛使用額定容量為80 A·h的蓄電池，起動瞬間電流可達(dá)800 A，因此電流鉗的量程應(yīng)不低于1 000 A。實(shí)際測量過程中，還需注意電流鉗的極性、歸零操作等，具體細(xì)節(jié)這里不再贅述。建議在起動機(jī)的B+接線柱（接紅色夾子）和起動機(jī)外殼（接黑色夾子）處測量起動電壓，這樣可排除起動機(jī)B+線和發(fā)動機(jī)搭鐵線虛接故障。另外，有些車型因起動機(jī)安裝位置特殊，無法直接在起動機(jī)上測量，維修人員應(yīng)考慮到測量位置對診斷的影響。

該車的起動機(jī)安裝在兩列氣缸之間的V形腔內(nèi)（圖3），需要拆卸進(jìn)氣歧管和高壓油軌，才能看到起動機(jī)。筆者選擇在發(fā)動機(jī)室內(nèi)的跨接起動接線柱處進(jìn)行測量，因?yàn)檫@個位置便于接線，而且距離起動機(jī)較近，能最大程度減少線路虛接故障的干擾。

在發(fā)動機(jī)能夠起動著機(jī)的情況下，測得起動電壓和電流波形如圖4所示，分析可知以下信息。

（1）起動時蓄電池的端電壓降低至7.4 V。起動前蓄電池電壓約為12.5 V，起動瞬間蓄電池釋放了579 A的大電流，由于蓄電池內(nèi)阻消耗一部分電壓，蓄電池的端電壓降低至7.4 V。蓄電池內(nèi)阻主要與荷電狀態(tài)（指電池的剩余電量相對于電池全部電量的比例）和環(huán)境溫度有關(guān)，荷電狀態(tài)差或低溫時，蓄電池內(nèi)阻將增大。蓄電池內(nèi)阻是mΩ級別的，一般在5 mΩ左右。當(dāng)蓄電池與用電器構(gòu)成回路，以電流I向外放電時，等效電路如圖5所示。蓄電池內(nèi)阻雖小，由于起動瞬間放電電流太大，也會在內(nèi)阻上產(chǎn)生較高的電壓降，因此蓄電池的端電壓被明顯拉低。

（2）雖然發(fā)動機(jī)能夠起動著機(jī)，但起動轉(zhuǎn)速偏低，約為55.6 r/min。在起動過程中電壓和電流波形均呈現(xiàn)波浪狀，每當(dāng)有氣缸壓縮時，所需電流就會增大，蓄電池端電壓隨之降低。圖4中相鄰2個電流波峰之間的距離，代表有2個氣缸依次進(jìn)入壓縮行程，可以據(jù)此估算當(dāng)前發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。該車為8缸發(fā)動機(jī)，意味著曲軸每轉(zhuǎn)2圈，氣缸輪流壓縮8次，因此曲軸旋轉(zhuǎn)1圈所需時間為（相鄰氣缸壓縮時間×8）÷2=（270 ms×8）÷2=1 080 ms，對應(yīng)的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 min÷曲軸旋轉(zhuǎn)1圈所需時間=（60÷1.08）r/min≈55.6 r/min。直列4缸發(fā)動機(jī)的起動轉(zhuǎn)速一般在200 r/min～300 r/min，即便8缸發(fā)動機(jī)增加氣缸數(shù)后阻力增大，這個轉(zhuǎn)速也是偏低的。

（3）起動瞬間放電電流為579 A，偏低；起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后的電流為350 A～500 A，偏高。該車起動機(jī)是一種永磁直流有刷電動機(jī)（圖6），起動瞬間起動機(jī)轉(zhuǎn)速為0 r/min，蓄電池電壓完全加載到電動機(jī)轉(zhuǎn)子線圈上。由于線圈阻值非常小，相當(dāng)于蓄電池被線圈短路，這個瞬間會產(chǎn)生一個大電流。一旦電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子線圈開始切割磁力線，兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（相當(dāng)于發(fā)電機(jī)），方向與工作電壓相反，抵消蓄電池加載到線圈兩端的電壓，電動機(jī)的工作電流隨之降低。電動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，工作電流越小，反之亦然。另外，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與工作電流成正比，隨著負(fù)載增加，電動機(jī)轉(zhuǎn)速被迫降低，工作電流就會增大。

在發(fā)動機(jī)無法起動著機(jī)的情況下，測得起動電壓和電流及起動機(jī)繼電器端子86的電壓波形如圖7所示，分析可知以下信息。

（1）起動過程中止是因?yàn)槠饎訖C(jī)繼電器端子86上的供電中斷。

（2）起動過程的最后階段，電壓保持在最低值，為6.3 V，電流保持在最大值，為637 A，大約持續(xù)120 ms。在這個階段，曲軸不再轉(zhuǎn)動，此時的電流稱為制動電流，大電流在蓄電池內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的電壓降，導(dǎo)致蓄電池端電壓降低到6.3 V。

分析認(rèn)為，起動過程中，由于某種原因造成起動機(jī)無法轉(zhuǎn)動曲軸，起動機(jī)電流迅速升高至制動電流，蓄電池的端電壓隨之降低。由于供電電壓過低，PAS停止工作，無法繼續(xù)向起動機(jī)繼電器端子86供電，起動繼電器切斷，導(dǎo)致起動機(jī)停轉(zhuǎn)。

為避免PAS供電問題的干擾，筆者手動閉合起動機(jī)繼電器，此時測得起動電壓和電流波形如圖8所示，分析可知，起動機(jī)轉(zhuǎn)動一段時間后仍會停止轉(zhuǎn)動（注意，制動電流會使線圈繞組迅速升溫，應(yīng)避免電動機(jī)長時間在制動狀態(tài)下工作），且起動電壓和電流的變化趨勢與圖7基本一致。

起動期間為什么起動機(jī)會停止轉(zhuǎn)動？原因無非是發(fā)動機(jī)阻力過大，或者起動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不足。首先驗(yàn)證發(fā)動機(jī)阻力是否過大。拆下附件傳動帶后試車，故障依舊；用工具手動轉(zhuǎn)動曲軸，感覺發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)阻力不大，基本排除發(fā)動機(jī)內(nèi)部機(jī)械故障；拆掉火花塞，用內(nèi)窺鏡觀察各個氣缸的氣缸壁，不存在“拉缸”現(xiàn)象。診斷至此，確認(rèn)故障原因?yàn)槠饎訖C(jī)內(nèi)部故障。

故障排除 更換起動機(jī)后反復(fù)試車，起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)有力，熱機(jī)狀態(tài)下發(fā)動機(jī)均能正常起動著機(jī)，故障排除。

故障總結(jié) 故障排除后測得起動電壓和電流波形如圖9所示，分析可知，起動瞬間電流達(dá)到800 A，起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后的工作電流約為260 A，估算起動機(jī)轉(zhuǎn)速為132.7 r/min。與故障狀態(tài)相比，起動機(jī)轉(zhuǎn)速升高了，因此運(yùn)轉(zhuǎn)以后的工作電流必然會降低。在起動瞬間，根據(jù)歐姆定律可計算起動機(jī)的內(nèi)阻，新起動機(jī)的內(nèi)阻為R=U/I=6 V/800 A=0.0 075 Ω=7.5 mΩ，故障起動機(jī)的內(nèi)阻為R=U/I=7.4 V/579 A≈0.013 Ω=13 mΩ。故障起動機(jī)的內(nèi)阻增大，造成起動瞬間電流偏低，起動機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，致使起動過程中的工作電流增大，引起蓄電池的端電壓下降，下降到一定程度后PAS無法維持工作，導(dǎo)致起動過程中斷。

分解起動機(jī)，發(fā)現(xiàn)換向器表面有一層黑色痕跡（圖10），炭刷的尺寸也明顯縮短了，這會使炭刷和換向器的接觸電阻增大。