摘要：电磁开关是汽车起动机中的关键部件，也是起动机最容易发生故障的部件，因此本文介绍了电磁开关的基本结构和工作原理，分析了汽车起动机电磁开关易发故障与防范措施。
关键词：汽车起动机；电磁开关；故障；防范
汽车起动机是起动汽车发动机的重要部件，虽然起动过程十分短暂，但在起动时电机绕组电流密度很高。近年来，出于节能减排的需要，新型汽车大多采用怠速熄火、松开刹车快速起动的启停系统，这要求起动机有更好的性能才足以应对[1]。起动机由直流电机、传动机构、电磁开关组成，因电磁开关粘连、烧毁导致起动机故障的比例达到50%～60%[2,3]。因此，研究汽车起动机易发故障对于保障起动机工作可靠性具有重要的意义。
1 汽车起动机电磁开关的基本结构与工作原理
1.1 电磁开关基本结构
起动机电磁开关由触点和电磁铁两部分组成。触点部分又由开关盒、动触点（开关触片）、静触点（静接点螺钉）、回复弹簧、触片压簧、推杆等组成；电磁铁部分则由外壳、吸引线圈、维持线圈、动铁芯（阀芯）、静铁芯、顶齿弹簧、阀芯回复弹簧、拉杆等组成。按结构形式，电磁开关有整体式和分离式两种结构。按动、静触点的端面形状，电磁开关分为平顶型结构和锥顶型结构。
1.2 电磁开关工作原理
电磁开关的作用有两个：（1）汽车起动时接通点火开关，使电磁开关的吸引线圈和维持线圈导通，产生的电磁吸力驱动动铁芯向静铁芯方向运动，同时通过拉杆和拨叉使小齿轮与飞轮齿轮相啮合，动、静触点完全吸合后，吸引线圈被短路，维持线圈保持通电状态，直流电机旋转，实现正常起动。（2）起动结束，点火开关断开，维持线圈断电，但电磁感应使流经吸引线圈和维持线圈电流大小相等、方向相反，电磁力相互抵消，在回复弹簧反力作用下，动铁芯与静铁芯分离，小齿轮与飞轮齿轮分离，动、静触点断开，直流电机停转。可见，电磁开关工作过程中存在吸合与释放两个阶段。在动、静触点闭合时，流经触点的电流很大，小型车有数十安，大型车有数百安，当触点材料耐高温性、耐烧蚀性、抗电弧性性较差时就会发生烧蚀、熔焊现象。而在释放阶段，如果电磁吸力与弹簧反力匹配不好，容易出现触点粘连问题，使主电路不断电，会导致起动机损坏，甚至烧毁蓄电池。
2 汽车起动机电磁开关易发故障与防范措施
2.1 电磁开关触点烧蚀
电磁开关触点烧蚀主要是因局部过热引起，而产生局部过热有以下两个主要原因：（1）动、静触点接合时间过长，触点之间持续流过大电流而产生过热（温度高）。而造成动、静触点接合时间过长的原因有两点，一是动触点回复弹簧反力偏弱，以致反力不足以使动触点回位；二是吸引线圈和维持线圈匹配不好，吸引线圈有效匝数偏小，以致断电后电磁力不能互相抵消，电磁力超过了弹簧反力，使得动、静触点难以分离。（2）动、静触点频繁接合和分离，在触点之间产生电弧火花大，而电弧高温足以造成局部烧熔。动、静触点接合或分离过程中容易产生电弧的原因是动、静触点接合或分离瞬间有震颤或弹跳现象。震颤或弹跳造成动、静触点反复接合和断开，电弧不断被点燃、熄灭，引起动、静触点局部过热。震颤或弹跳现象与电磁开关吸引线圈与维持线圈的电磁吸力及回复弹簧反力之间的匹配有关。如果电磁开关压缩行程过大，而吸引线圈与维持线圈产生的电磁吸力又偏小时，就会在弹簧反力作用下发生震颤或弹跳。而线圈电磁吸力不变，弹簧反力越大越容易发生震颤或弹跳。当然也与触点材质有关，不耐蚀材料比耐蚀材料更易发生触点烧蚀。
防范电磁开关触点烧蚀的措施如下：（1）合理选择动、静触点材料。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆应选择耐高温、耐冲击、耐磨性和耐电腐蚀性俱佳的材料，例如CuCr30、CuTe、CuW等合金材料。（2）优化电磁开关结构设计和装配工艺。使电磁开关压缩行程最佳，确保吸引线圈、维持线圈的电磁吸力与回复弹簧反力匹配良好，可减少触点间震颤或弹跳次数。例如保持电源电压稳定，电压偏低会造成电磁力增长慢，以致动、静触点接合不可靠；线圈电阻适当，电阻过大将使触点接合不可靠，电阻过小易造成线圈发热；线圈匝数适当，匝数过多吸合响应时间变慢，接合时间变长；合理选择回复弹簧反力，增大反力可抑制触点粘连，但同时也增大线圈匝数和线径，相应地电磁开关体积和重量也会增加。（3）在触点处设置凹槽，使电弧在凹槽内释放，可减轻触点烧蚀。（4）减小动、静触点表面粗糙度，不能有裂纹。装配前仔细擦拭，避免脏污。
2.2 电磁开关触点粘连
粘连与烧蚀的区别是动、静触点接合后不会自动分离，造成主电路持续供电。如果说烧蚀降低电磁开关触点寿命的话，粘连会使起动机和蓄电池损坏。触点粘连的原因与触点形状、结构、材料、回复弹簧反力、通电时间均有关系。静触点的型式有平面型、条纹型、条纹球面型等类型。平面型开始时，动、静触点以平面对平面接触，但当两平面烧蚀后就变成了点与点的接触，使接触点电流密度大增，引起更严重的烧蚀，以致严重到动、静触点粘连起来，所以这种型式不利于克服触点粘连。条纹型有利于灭弧，条纹球面型起初接触面积较小，随着烧蚀磨损接触面积增大，有利于减缓烧蚀或灭弧，显然后面两种优于平面型。材质方面，粘连与烧蚀情况类似，不宜采用纯铜，因为纯铜内含0.1%的杂质就会发生粘连。回复弹簧反力同样影响粘连程度，如果设计不当，反力不足或在压缩终点失效，就容易发生触点粘连现象。通常，起动机采用短时工作制，工作时间为2～5s，然后间隔5～10s再第二次工作，如果间隔时间过短，触点间烧蚀就会很严重，进而造成粘连。
防范触点粘连的措施包括：（1）合理选择静触点型式，应淘汰平面型，宜选择条纹型和条纹球面型。为了平衡效果和成本，可在钢制螺栓头部镶嵌铜合金板，再在板上压制条纹。（2）静触点宜采用铜钨合金等材料，以提高耐粘连性。（3）合理设计动触点回复弹簧，严格计算工作点弹力。弹簧形状宜选择鼓型，不宜选圆柱形。（4）考虑通电方式时，保证足够的间隔时间。（5）在吸引线圈回路串联晶体二极管，使其处于正向导通、反向截止状态，这样可避免吸引线圈和维持线圈因各种因素电磁力不能相互抵消。当点火开关断开后，二极管可以让吸引线圈和维持线圈中的电流为零，这样动铁芯复位无需克服剩余磁场中的电磁力。
2.3 电磁开关其他故障
故障一：起动机不转。起动时可能没有任何声响，或有单向离合器和飞轮齿轮的啮合声，亦或有咔咔声。这种情况一般是吸引线圈烧断，或主触点烧毁，也可能是动铁芯与拨叉脱开。重绕吸引线圈、修复主触点、重新安置拨叉可修复故障。
故障二：起动机间歇工作。这种情况一般是吸引线圈或维持线圈匝间短路，或主触点接触不良。如果是线圈短路，需重绕线圈。若是主触点接触不良，可打磨或将动触片反过来安装。
3 结语
电磁开关用于断开和接通起动板主回路，其性能优劣直接影响汽车整车的可靠性。虽然电磁开关结构不复杂，但因其工作条件苛刻，故障率较高。影响电磁开关故障因素有多方面，与设计、装配有密切关系，因此本文基于常见易发故障的分析，对这些方面进行了讨论，可供生产、维修人员参考。
参考文献
[1]罗石，孙雷.汽车起动机电磁开关动态行程分析[J].淮海工学院学报（自然科学版），2016,25(1)：11-15.
[2]黄文锋.起动机电磁开关的结构改进[J].机电工程技术，2014,43(08)：130-131.
[3]王秋花，刘永春，高发廷.起动机故障原因诊断分析[J].汽车电器，2016(3)：19-21.
论文作者:邓小山
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/25
标签：触点论文; 电磁论文; 线圈论文; 起动机论文; 弹簧论文; 故障论文; 电弧论文; 《基层建设》2018年第12期论文;