摘 要
在当前的社会生活中，汽车扮演着一个非常重要角色，而汽车启动系统作为汽车五大系统之中的一个，是汽车运行的开端，汽车启动系统的完善直接决定汽车能否顺利启动。汽车启动系统有多个部分组成，一旦出现汽车启动故障，快速的检测出故障的位置和原因具有较高的难度。尽管汽车工业的快速发展使得汽车的科技化程度越来越高，但是对于汽车故障的诊断方面的技术发展较为落后。本文的研究目的就是分析凌志400桥车的启动系统常见的故障以及检测和诊断，凌志LS400作为丰田汽车公司在1993年生产的具有较高现代化程度的轿车，在世界范围内取得了很高的销量，其存在的故障问题同样不少，而启动系统作为启动车辆的第一步，如果出现故障将直接导致汽车无法启动或启动异常，所以对凌志400的启动系统常见故障进行研究和分析。本文首先对凌志400启动系统的组成和各个部件的功能、结构特点做出了详细分析，然后对启动系统中各个组件常见的失效形式做出了分析。再对几个常见故障列出故障树，然后通过查阅资料得出故障原因概率分布图，并更加分布图制定对应的故障诊断流程。最后，将本文对启动系统常见故障的分析结果在实例中运用。本文希望通过对凌志400启动系统常见故障的分析，能够更加全面的了解故障诊断检测技术。
关键词：凌志400汽车、启动系统、常见故障、失效形式、检测诊断
ABSTRACT
In the current social life, the automobile plays a very important role. As one of the five systems, the automobile starting system is the beginning of the automobile operation. The improvement of the automobile starting system directly determines whether the automobile can start smoothly. There are many parts in the automobile starting system. Once the automobile starting fault occurs, it is very difficult to detect the location and cause of the fault quickly. Although the rapid development of automobile industry makes the degree of automobile science and technology more and more high, the development of automobile fault diagnosis technology is relatively backward. The research purpose of this paper is to analyze the common faults, detection and diagnosis of the starting system of the Lexus 400 Bridge car. As a highly modernized car produced by Toyota Motor Company in 1993, Lexus LS400 has achieved a high sales volume in the world, and there are also many problems. As the first step of starting the car, if there is a fault, the starting system will It directly leads to the car can not start or start abnormally, so the common faults of Lexus 400 start system are studied and analyzed. In this paper, the composition of Lexus 400 start-up system, the function and structural characteristics of each component are analyzed in detail, and then the common failure forms of each component in the start-up system are analyzed. Then, the fault tree is listed for several common faults, and the probability distribution diagram of fault causes is obtained by consulting the data, and the corresponding fault diagnosis process is formulated by more distribution diagram. Finally, the analysis results of the common faults of the starting system in this paper are applied in an example. This paper hopes to understand the fault diagnosis and detection technology more comprehensively through the analysis of the common faults of Lexus 400 startup system.
Key words: Lexus 400 automobile, starting system, common fault, failure mode, detection and diagnosis
1引言
随着科技的进步，近些年的汽车工业发展迅速，已经成为了当今世界的支柱产业之一。汽车行业的蓬勃发展，使得私人轿车走近千家万户，成为了人们生活中必不可缺的一个部分。我国的汽车产业在改革开放之后迅速发展，当前我国的汽车保有量稳步上升，具资料显示，截止2018年，我国的汽车保有量超过了2.4亿辆，近五年的汽车保有量增长情况如图1.1所示[1]。
而汽车启动系统作为使用汽车的第一步，明显具有其关键意义。汽车启动系统的作用表现在启动机首先把蓄电池的电能转化为机械能，之后带动汽车发动机转动起来。当前的绝大多数汽车采用的都是电气化启动系统，这使得汽车启动系统发生电路故障的情况比较复杂，增加了对启动系统故障的诊断和维修的难度，因此准确的掌握启动系统的电路图有助于提高启动系统故障检测与维修的效率[2][3]。
图1.1 我国近五年汽车保有量情况图
1.1历史背景
凌志400诞生于1993年，有丰田汽车公司设计生产[4]。即使从现在来看，凌志400也是一款比较现代化的车型，在家用轿车中具有典型的意义。
凌志400在设计制造之初就配备有能够控制汽油喷射、自动点火和自动变速器的电控系统，并且还配备有故障自动诊断功能[5][6]。凌志汽车的电控系统和故障诊断功能经过各个汽车公司的不断模仿和开发，当前汽车上的电控系统和故障诊断功能都有凌志400有一定的相似度。
因此，凌志400作为在现代轿车中具有典型性的车型，对其的故障研究分析可以广泛用于其他车型的参照，对凌志400的故障研究具有重要意义[7][8]。
1.2研究意义
本文主要分析凌志400车型启动系统常见故障的检测与故障的诊断和排除方法。虽然汽车的启动系统的工作过程相对比较简洁，通过启动机将蓄电池电脑转换为机械能从而带动发动机。
但是提高汽车启动系统故障发生后的故障检测与排除效率的前提就是必须对汽车启动系统的组成、各个组成部分的失效形式以及产生故障的诊断方法非常熟悉，才能有效快速的解决汽车启动系统的故障。
1.3研究基本内容
由于凌志400汽车在家用轿车领域具有的典型性，本文分别对凌志400启动系统的结构组成、失效形式做出分析，同时对启动系统经常出现的故障原因进行调研和统计，并绘制概率点分布圆饼图以及设计故障树、制定诊断流程，并验证于实例运用。
基本研究内容如下：
（1）分析凌志400启动系统的结构组成以及各个组件的功能特点；
（2）分析凌志400启动系统结构的失效形式；
（3）分析凌志400启动系统的故障现象和产生故障的原因；
（4）设计凌志400启动系统常见故障的概率分布点以及概率顺序表；
（5）设计凌志400启动系统常见故障的诊断流程。
2凌志400轿车启动系统的结构和工作原理
凌志400轿车的启动系统主要由蓄电池、点火开关、启动继电器、启动机等部分组成[9][10]，如图2.1所示。
图2.1 凌志400轿车启动系统结构图
2.1蓄电池
蓄电池在平常生活中也叫电瓶，属于一种大型电池，其的作用就是将存储在蓄电池中的化学能转化为电能并输出。凌志400和一般家用轿车的蓄电池都属于免维护铅蓄电池[11]。
（1）功能作用
启动系统开始工作时，蓄电池为启动机提高一个高达几百安的强起动电流；在发电机运行负荷太大的情况下，蓄电池可以协助发动机向车内其它用电设备提供电能；在汽车停止发动机处于怠速时，此时汽车发动机不工作，蓄电池负责车内用电设备的电量供应；蓄电池在功能的某方面也可以看作是一个大容量的电容器，从而保护车内的用电设备不会因为电压不稳而损坏。当汽车正常行驶中，蓄电池将一部分发动机高速转动产生的电能转化为化学能并存储起来，即充电。
（2）结构组成
一般的车用铅蓄电池有3-6个单元电池串联而成，其外部形貌和内部结构组成如图2.2所示。
图中 1——负极桩；2——加液孔盖；3——正极桩；4——穿壁连接；5——汇流条；6——外壳；7——负极板；8——隔板；9——正极板。
图2.2 凌志400轿车蓄电池内部结构组成
（3）工作原理
蓄电池的正极板和负极板同时浸入电解液中时，在蓄电池的正极板和其负极板之间会出现一定的静止电动势。如果有用电设备负载接入到电路中，电流在电动势的作用下会从蓄电池的正极流出经过外部用电设备的电路后回流到蓄电池的负极，这就是蓄电池的放电过程，放电过程的能量转换是将蓄电池的化学能转化为电能。在汽车正常行驶过程中，发动机高速旋转从而使得发电机产生的作用在蓄电池正极和负极之间的电压比静止电动势高出很多，电流会在外部电压的作用下从蓄电池的正极流入蓄电池，然后从负极流出，这就是蓄电池的充电，蓄电池充电的能量转化是将电能转化为化学能并存储起来。
2.2点火开关
普通家用轿车的点火开关和启动开关是设计安装在一起的，点火开关的唯一作用是接通启动机的电磁开关电路，让电磁开关通电之后正常工作。汽车的点火开关有LOCK、ACC、ON、和START四个档位。锁车后点火开关处于LOCK状态，将全车电源被切断，方向盘和车门锁住；ACC状态是汽车部分电源接通的状态，例如多媒体和车灯；ON状态是汽车正常行驶时的状态，此时汽车所有电路都处于接通状态；START档位是启动档位，点火开关旋转至START状态时，启动系统工作，汽车正常启动后会回到ON状态。点火开关的四个档位是有一定的递进顺序的，能够让汽车的电气设备逐步的开始进入工作状态，减轻蓄电池的负担[12][13]。
2.3启动继电器
启动系统中的启动继电器通过其触点控制启动机电磁开关的接通和断开，继电器分为保护启动开关的单联型和既保护启动开关又保护启动机的复合型[14]。
（1）功能作用
继电器的作用从本质上来看就是一个电流开关的作用，其工作原理过程是控制低压线路中的电流的断开和连接来实现对高压线路中电流的闭合控制。汽车启动系统中的启动继电器通过控制启动机电路中的小电流来控制发动机电路中的大电流实现发动机启动，从而带动发动机转动。
（2）工作原理
启动继电器的工作流程如图2.3所示。当点火开关接通之后，电流从蓄电池的正极流出经过启动继电器后，启动继电器的铁芯产生较大的电磁吸力，使得吸力包右移，从而将启动机接入电路带动启动机转动，电流经过启动机后回到蓄电池负极，形成完整回路[15]。
图2.3 凌志400轿车启动继电器工作流程图
2.4启动机
汽车启动系统中的启动机是在接入来自蓄电池的电流之后，启动机开始转动并通过齿轮副带动汽车发动机转动。启动机的组成一般可以分为三个部分：直流电动机、传动机构和电磁操纵装置。其外形结构如图2.4所示。
图2.4 凌志400轿车启动机的外形结构图
汽车启动机的分类以及其结构特点和现状如表2.1所示。
表2.1 凌志400轿车启动机分类表
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分类方式 |
启动机类型 |
特点 |
现状 |
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按驱动齿轮的啮合方式 |
惯性啮合式 |
依靠驱动齿轮自身旋转的惯性与飞轮齿环啮合。结构简单，但工作可靠性较差。 |
现很少采用 |
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电枢移动式 |
靠磁极产生的电磁力使电枢作轴向移动，带动固定在电枢轴上的驱动齿轮与飞轮齿环啮合。结构较为复杂。 |
在欧洲国家生产的柴油车上使用较多 |
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磁极移动式 |
靠磁极产生的磁力使其中的活动铁心移动，带动驱动齿轮与飞轮齿环啮合。磁极的结构较为复杂 |
目前采用此种结构形式的启动机已不多见 |
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齿轮移动式 |
靠电磁开关推动电枢轴孔内的啮合杆而使驱动齿轮与飞轮齿环啮合。齿轮移动式其结构也比较复杂 |
采用此种结构的一般为大功率的启动机 |
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强制啮合式 |
靠电磁力通过拨叉或直接推动驱动齿轮作轴向移动与飞轮齿环啮合。强制啮合式启动机工作可靠、结构也不复杂 |
使用最为广泛 |
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按传动结构 |
非减速启动机 |
启动机与驱动齿轮之间直接通过单向离合器传动 |
一直以来，汽车上使用的启动机其传动机构均为这种机构 |
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减速启动机 |
在启动机与驱动齿轮之间增设了一组减速齿轮。减速启动机具有结构尺寸小、重量轻、启动可靠等优点 |
在一些轿车上应用日渐增多 |
启动机的结构组成如图2.5所示。
图2.5 凌志400轿车启动机的结构组成图
2.4.1 直流电动机
直流电动机在启动系统中的作用是产生电磁转矩，常见的家用轿车使用的串励式直流电动机组成部分有：外壳、电枢（转子）、磁极、电刷和电刷架和换向器，直流电动机的组成结构如图2.6所示。
图2.6 凌志400轿车串励式直流电动机结构组成图
（1）磁极，即定子，有缠绕在铁芯上的磁场绕组和固定在启动机壳上的磁极铁心组成，一般外壳装有四个磁极，相对的是同极，相邻的是异极。磁极（定子）的内部结构如图2.7所示。
图 2.7凌志400轿车磁极内部结构图
（2）电枢和换向器，电枢即转子。电枢由电枢轴，电枢铁心和电枢绕组三个部分组成。电枢的铁芯一般采用外圆带槽的硅钢片叠成制作，由于在启动机系统开始工作时，启动机启动的瞬间会有超过几百安的大电流经过内部绕组，因此直流电动机的内部绕组采用矩形断面的裸铜线绕制制作。电枢的内部结构如图2.8所示
图2.8 凌志400轿车电枢（转子）结构图
从图2.8可以看出，换向器位于电枢（转子）的另一端，换向器是通过大量的内侧燕尾型、外侧圆形的铜质换向片嵌装在轴套上组成，每两个换向片之间的绝缘材料选用云母材料。换向器的外形和内部结构如图2.9所示。
图2.9 凌志400轿车换向器结构图
-
电刷与电刷架，电刷与电刷架的作用一方面是把直流电动机的内部绕组（电枢绕组和磁场绕组）连起来从而使得电流可以流入直流电动机中，另一方面的作用是让电枢轴生成方向固定的转动力矩。电刷的常用材料是石墨粉和铜粉经过压制成型的复合材料，电刷架位于直流电动机的壳体上，电刷安装在电刷架中。电刷与电刷架的结构如图2.10所示。
图2.10 凌志400轿车电刷与电刷架的结构图
从图中可以看出，电刷架上设计有四个弹簧，弹簧的一部分作用是保证电刷、电刷架保持与换向片之间的压力大小合适不会因为压力过大或过小而产生的接触不良。电动机内一共安装四个电刷架，相对两个电刷架的底座与壳体直接接触形成电路搭铁，称为搭铁电刷架；另外相对的两个电刷架底座垫有绝缘垫，电刷不能与壳体相连形成导路，称为绝缘电刷架。
2.4.2 传动机构
传动机构即啮合机构，传动机构的核心部件是单向离合器。传动机构的作用表现在两个方面：一方面，在启动机启动时，传动机构将电枢的电磁转矩传递给发动机飞轮；另一方面，在发动机启动之后，发动机高速旋转反过来带动启动机时会造成启动机超负荷运转而损坏，而传动机构这时候会立即出现打滑，终止转动力矩传递到启动机上。这说明传动机构有单向传递动力的作用。传动机构的结构如图2.11所示。
图2.11 凌志400轿车传动机构组成图
传动机构的单离合器可以分为扭簧式、磨擦式、滚柱式、棘轮式等四种。当前汽车中使用最为广泛的是滚柱式单向离合器，其工作原理简述如下：
通过单向离合器中滚柱的位置来实现离合器的单向传递动力的作用。在启动系统开始工作，即直流电机转动通过驱动齿轮带动发动机飞轮圈的过程中，单向离合器中的滚柱会自动滚到楔形槽的窄端，从而使得转动力矩能从驱动齿轮传递给飞轮圈，带动发动机运转。而当发动机已经开始运转之后，发动机的转速很高，也就是飞轮圈会反过来带动驱动齿轮并且飞轮圈的转速比驱动齿轮高出很多，这个时候单向离合器中的滚柱会自动滚到楔形槽的宽端，从而使得转动力矩不能从飞轮圈反向传递给驱动齿轮，即发生了打滑现象，有效的防止了直流电机被高速带动运转而发生损坏。滚柱式单向离合器的优势表现在其结构非常简单，只依靠滚柱在楔形槽中的位置来实现单向控制，具有很高的工作稳定性，但是其缺点在于当传递的转矩过大时会出现传递不顺畅甚至零件损坏。
2.4.3 电磁操纵机构
电磁操纵机构即电磁开关，安装在启动机的上部。其外形结构如图2.12所示。
图2.12 凌志400轿车电磁开关结构组成图
电磁开关在启动系统中的作用表现在两个方面：
a.在启动系统开始工作时，电磁开关接通电路，在线圈磁力的作用下带动拨叉推动驱动齿轮和飞轮圈完成啮合，即可把直流电动机的转矩通过齿轮副传递给发动机。
b.在发动机启动后，即汽车发动机开始高速转动之后，电磁开关会自动切断电路，从而拨叉在弹簧的作用下归位带动驱动齿轮与飞轮圈分离，从而切断转矩从飞轮圈反向传递给驱动齿轮，对确直流电动机起到一定保护作用
2.5启动机的电路结构
启动机内部的电路结构如图2.13所示。
图2.13 凌志400轿车启动机内部电路结构图
当汽车启动系统开始工作，启动开关接通，电流会通过保持线圈和稀有线圈，并产生磁力，在两个线圈产生的磁力的叠加吸引下，复位弹簧压缩带动拨叉上部左移，拨叉的下部分会右移将驱动齿轮向飞轮圈推动完成啮合，从而传递力矩。其中的电流在起动开关接通后，电磁开关左移，接通直流电动机使其转动产生转矩。
汽车启动系统开始工作时，电磁开关接通蓄电池的正极，然后通过电流通过导线经过直流电动机后再经壳体流会蓄电池负极。
内部的电流路线如图2.14所示。
图2.13 凌志400轿车启动系统启动时内部电流路线图
3凌志400轿车启动系统部件的主要失效形式
3.1蓄电池的主要失效形式
蓄电池是启动系统的能量来源，启动机获得足够的蓄电池电能才能顺利转动并带动发动机运转，蓄电池的电量情况对于启动系统能否顺利运行具有决定性的作用。他的主要失效形式为蓄电池亏电，在蓄电池的充电和放电的电化学反应过程中会出现硫酸铅与氧化铅的互相循环转化，由于硫酸铅比较容易结晶，因此越来越多的硫酸铅会聚集结晶成大块的盐化物，从而导致转化为氧化铅的数量变少，阻碍了充电反应的进行。而且硫酸铅结晶会附着在蓄电池铅板上造成蓄电池容量下降，使得蓄电池老化。蓄电池容量变下并且充电效率下降将导致在下次汽车启动的时候蓄电池没有足够的电量提高给启动机起动，从而产生启动机不转或启动机转动无力的故障现象。
3.2点火开关的主要失效形式
点火开关的作用是将启动系统的电路连接成一个完整的回路，从前文对点火开关的阐述可知，点火开关有四个档位而且具有回弹功能，因此其内部电路结构比较复杂。
点火开关的失效主要表现在内部电路断路或回弹装置失效，当点火开关内部的电路因时间长而老化产生断路后，点火开关即失效不再能够接通完整的启动系统电路，即出现启动机不转故障。点火开关内部的回弹装置会因为使用不当，例如大力过度扭转或高频率反复扭转而产生损坏，从而导致点火开关扭转到START状态后无法自动回弹到NO状态，导致启动机处于持续点火状态，引发其它部件的烧蚀。
3.3启动继电器的主要失效形式
启动继电器在启动系统中处于一个调节的位置，电流在通过继电器之后线圈产生磁力，吸引电磁开关的运动接通启动电路的主回路，实现通过小电流控制大电流的作用。
启动继电器的失效形式主要表现以下四个方面：
a，常闭点开路，由于继电器中存在一些多余杂物、油污和结构缺陷导致继电器常闭点处于开路状态，发生短路，从而可能电磁开关不能被正常接通。
b，通电后常开点不吸合，由于继电器内部的杂物、油污、簧片断裂或间隙不当使得继电器的常开点不能吸合，继而不能吸引电磁开关闭合，导致启动机不转故障。
c，线路断路，由于继电器内部的焊点未焊头、线路断裂导致的断路，使得继电器的功能失效，不能接通启动电流，引发启动机不转故障。
3.4启动机的主要失效形式
3.41 直流电动机的主要失效形式
直流电动机是启动系统中的动力执行部分，其作用是接收蓄电池的电流后产生转矩从而带动发动机的飞轮圈，实现发动机的启动。直流电动机的主要组成部分有外壳、电枢轴、电刷、换向器和内部绕组，直流电动机发生失效的原因也与其组成部件息息相关。直流电动机在启动系统开始工作时会通过一个瞬时的大电流，这就导致了直流电动机失效的可能，而一旦直流电动机发生失效则不能将转矩传递给飞轮圈，或者给飞轮圈传递转矩的过程不顺畅，最后导致启动机不转、启动机空转、启动机转无力以及启动机发出“哒哒哒”声音等故障。直流电动机的失效形式主要表现在下面几个方面：
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电枢轴转动不灵活
在经过长时间的使用后电枢轴会产生一定程度的磨损，而且启动机在装备过程中如果电枢轴与轴承之间装配的太紧，都会导致电枢轴转动的不够灵活，从而产生启动机运转无力的故障现象。
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换向器发生烧蚀
换向器发生烧蚀是由于直流电动机在工作过程中发生磨损或换向器与炭刷安装的过于紧密，使得换向器在转动过程中与炭刷发生大摩擦产生火花，导致换向器烧蚀，从而引发启动机不转或启动机转动无力故障。
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直流电机外壳安装松动
直流电动机内部的固定螺钉或外壳与车体的固定安装不够牢固的时候，当直流电机转动时会出现震动，从而导致启动机转动时发出“哒哒哒”声音故障。
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内部绕组断路
内部绕组包括励磁绕组和电枢绕组，导致内部绕组发生断路的原因有绕组的接线头出现脱焊、绕组匝间通过电流时出现过热导致电线烧断，内部绕组出现断路情况将可能引发启动机不转或启动机转无力。
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电刷磨损
电刷在直流电动机转动的过程中也处于高速旋转摩擦状态，基于发生摩擦磨损，电刷在发生高速摩擦的过程中会产生大量热导致电刷变形或粘连，同时由于电刷承载有中的电流在经过电阻时产生大量热进一步加剧了电刷的磨损融化，而且在电刷与换向器分离的瞬间产生的电弧也会造成电刷的材料磨损。电刷出现磨损失效后，电流在电刷与换向器之间的传递将变得不流畅，从而引起启动机转无力现象。
3.4.2 电磁开关的主要失效形式
电磁开关再启动系统中的作用是接通主电路形成完成回路，电磁开关在收到磁力吸引后闭合，使得电流通过直流电动机，完成启动机运转。电磁开关的失效形式主要表现在电磁开关的接触点部位发生烧蚀。而电磁开关的烧蚀主要是由于局部过热造成，产生局部过热的原因可以分为两个方面：
（1）动、静接触点的结合时间太长而使得触点自己持续存在大电流而发生局部过热现象。导致动、静接触点的结合时间太长的原因有触动点回复弹簧力较弱和保持线圈和吸引线圈的匹配不好。
（2）动、静接触点频繁的结合和分离，会导致接触点之间产生大电弧火花，电弧火花的高温导致局部过热。产生大电弧火花的原因是动、静接触点结合和分离的瞬间会出现弹跳和震颤现象。
3.4.3 单向离合器的主要失效形式
单向离合器的作用是控制转矩的单向传递，在汽车启动系统开始工作时将启动机的转矩传递给飞轮圈的同时防止飞轮圈高速转动的转矩反向传递给驱动齿轮。单向离合器失效的表现为打滑。
（1）滚柱式单向离合器的滚柱工作区域会由于过大的转矩或长时间高频率的工作产生一些凸起，进而转化为裂纹，同时滚柱产生磨损，最终导致单向离合器失效，不能将转矩传递给飞轮圈出现启动机空转故障，或不能阻止飞轮圈将大转矩反向传递给驱动齿轮，造成驱动齿轮损坏，出现启动机发出“哒哒哒”的声音。
为了更加清楚直观了解主要部件失效后的故障现象，将启动系统的主要故障已经产生故障的部位和原因集合在一起列出表3.1。
表3.1 启动系统主要故障分析表
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故障现象 |
故障部位 |
故障原因 |
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启动机不转 |
蓄电池、点火开关、继电器、换向器、电枢轴、线路、内部绕组 |
蓄电池亏电或断路；点火开关内部故障；换向器烧蚀；电枢轴磨损；内部绕组断路；线路断路或短路 |
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启动机转无力 |
蓄电池、电磁开关、电刷、换向器、内部绕组、电枢轴 |
蓄电池亏电、断路或接触不良；电磁开关接触点烧蚀；电枢磨损导致接触不良；换向器烧蚀严重；内部绕组断路；电枢轴转动不灵活。 |
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启动机空转 |
单向离合器、齿轮副、电磁开关 |
单向离合器打滑；齿轮副啮合不良或损坏；电磁开关行程太短。 |
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启动机发出“哒哒哒”声音 |
齿轮副、螺钉外壳、电磁开关、继电器 |
齿轮副损坏；电磁开关内部断路或搭铁不良；继电器触点断开或电压太高。 |
4凌志400轿车启动系统常见故障的诊断流程及实例诊断
4.1启动机不转
（1）故障现象：当汽车钥匙旋转至点火位置时，启动机不转。
（2）通过对故障原因的分析，故障树图如图4.1所示。
图4.1启动机不转故障树图
故障原因包括：
蓄电池：严重失电；正负极接头松动或其它原因造成接触不良；
点火开关：内部故障
启动继电器：内部触点严重腐蚀
起动机电磁开关：触点烧蚀严重，接触不良
换向器：严重烧蚀或电刷过度磨损，导致电刷与换向器之间断路
启动机电枢：过度磨损导致电枢轴弯曲，轴和轴承安装过紧
起动直流电动机：内部绕组如电枢绕组或励磁绕组有开路或开路
线路故障：线路断路、接线错误或接触不良
（3）故障原因概率分布图
通过对凌志400启动系统故障维修记录的资料调研分析，针对以上凌志400启动系统启动机不转故障原因的概率做出统计，其故障原因概率分布图如图4.2所示。
图4.2启动机不转故障原因概率分布图
根据概率分布图的分析可知，造成启动机不转的原因最大概率是线路故障占比23%，其次是换向器故障占比19%，启动机电枢轴故障的概率占比最小为3%。将各种故障原因按照其概率占比从大到小排布，得到启动机不转故障原因概率表4.1所示。
表4.1启动机不转故障原因概率表
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故障原因 |
故障概率占比 |
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线路故障 |
23% |
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换向器 |
19% |
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蓄电池 |
16% |
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点火开关 |
13% |
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启动机直流电动机 |
11% |
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启动继电器 |
9% |
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启动机电磁开关 |
6% |
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启动机电枢轴 |
3% |
（4）故障诊断流程：
根据图4.1和表4.1的启动机不转故障原因概率点分布，针对启动机不转故障现象制定的诊断流程图如图4.3所示。
图4.3 启动机故障诊断流程图
（5）故障排除方法：
a.打开前照灯或按喇叭。如果比赛中灯亮或喇叭响，说明蓄电池已充满电，故障与蓄电池无关。如果灯变暗或喇叭响，说明蓄电池已充满电，故障与蓄电池无关。如果声音低，说明电池电量不足；如果灯不亮，喇叭不响，说明电路有故障，应检查电路。
b.如果灯亮了，喇叭也响了，说明起动机、控制电路和电磁开关出现了故障。用螺丝刀打开C端子和电磁开关。如果起动机转动正常。如果起动机不能正常转动，则故障出在起动机上。
c.检查起动机故障时，用电磁开关30ා和c接线柱与螺丝刀连接时产生的火花进行诊断。如果短路时火花很大，但起动机没有。如果起动器有断路或接地故障，应拆下起动器作进一步检查；如果短路无火花，应指示起动器的内部绕组或电刷引线。线路有问题。
d.检查控制电路或电磁开关故障时，用电线将电磁开关50×与蓄电池正极连接。如果起动机连接后转动正常，说明控制电路和开关。电路有故障，如果起动机连接后没有转动，说明故障出在电磁开关上，应拆下维修或更换。
e.当检测到控制电路或开关电路故障时，应根据起动继电器闭合是否有影响进行检查。如果有继电器闭合的声音，说明开关电路存在故障。电路；如果没有继电器闭合的声音，则故障在控制电路中。
（6）实例诊断：
某凌志400车站报修时描述在车子点火后，听到“咔哒”声音，但是启动机没有转动，发动机也没有启动。
故障现象：启动机不转
故障诊断：首先检查蓄电池的电量是否充足，发现电量充足，则不是蓄电池故障。然后使用一个电线将启动机的直流电机绕组与蓄电池正极连接，然后发现启动机可以正常转动，则不是电动机故障。将启动机电磁开关拆开后，通过观察以及万用表测试吸拉线圈和保持线圈的连通情况，发现电池开关的的接触点发生了烧灼现象，从而导致电瓷开关接触不良。对电磁开关的接触点进行砂纸打磨后重新装配回去，点火启动，发现启动机正常转动且可以带动发动机运转。故障排除。
4.2启动机运转无力
（1）故障现象
将点火钥匙转到点火起动位置后，起动机可以正常起动，但发动机因停滞或转动缓慢而无法驱动。
（2）故障原因
通过对故障原因的分析，启动机运转无力的故障树图如图4.4所示。
图4.4 启动机运转无力故障树图
故障原因包括：
蓄电池：电源不足、断路、接地电缆松动、正负极接头松动；
起动器电磁开关：触头、触板腐蚀严重；
启动机电刷：过度磨损，导致接触不良；
换向器：严重烧蚀；
内部绕组：磁场绕组或电枢绕组开路；
起动机电枢：电机轴转动不灵活，发动机总成过紧。
（3）故障概率分布
通过对凌志400启动系统故障维修记录的资料调研分析，针对以上凌志400启动系统启动机转动无力故障原因的概率做出统计，其故障原因概率分布图如图4.5所示。
图4.5 启动机转动无力故障概率分布图
根据启动机转动无力概率分布图可以看以看出，造成启动机转动无力的故障最大概率是蓄电池故障37%，其次是启动机电磁开关故障概率是21%，启动机电枢轴的故障概率最小为5%。具体的故障概率按照从大大小的顺序排列如表4.2所示。
表4.2 启动机转动无力故障概率表
|
故障类型 |
故障概率 |
|
蓄电池 |
37% |
|
启动机电磁开关 |
22% |
|
启动机电刷 |
15% |
|
换向器 |
12% |
|
启动机内部绕组 |
9% |
|
启动机电枢轴 |
5% |
（4）故障诊断流程
对于启动机转动无力的故障诊断，流程如图4.6所示。
图4.6 启动机转动无力故障诊断流程图（略）
（5）故障排除方法
a.首先检查蓄电池是否充满电，然后检查电路是否接触不良，如果蓄电池和电路没有问题。
b.检查蓄电池接头和电磁开关是否松动。如果有松动，拧紧。
c.用万用表测量齿轮起动机起动时起动机电源端子与发动机罩之间的电压和蓄电池正负极之间的电压。如果后一个电压笔的电压过高，说明电路中存在较大的电阻，说明起动机存在故障，需要将其拆下进行进一步的维修，使电路的接触电阻增大。
d.导致回路接触电阻增加的启动机内部原因有，电磁开关触点烧蚀严重，电刷磨损严重与换向器接触不良。
（6）实例诊断：某凌志400送修时车主反应，汽车点火后启动机能转动，但是转动很慢时有停顿，不能启动发动机。
故障现象：启动机转动无力。
诊断过程：检修时，首先检查蓄电池的情况，确认蓄电池电量是否充足且没有接触不良的位置。然后，对起动机进行了拆卸和分析。发现起动机前滑动轴承从发动机轴承孔中脱落。由于起动器转子不受支承，使转子的扫掠力大大减小。因此，在起动机缓慢转动时出现了转动和停止的现象。
4.3启动机空转
（1）故障现象：旋转点火钥匙至点火启动位置后，启动机高速旋转，但是汽车发动机没有转动。
（2）故障原因：对启动机空转故障的分析故障树图如图4.7所示
图4.7启动机空转故障树图（略）
故障原因有：单向离合器故障打滑；起动机起动时间太早；主动小齿轮与飞轮齿圈啮合不良；电磁开关行程太短；起动机主动齿轮或飞轮齿圈损坏。
（3）故障概率分布。
根据对凌志400启动系统故障中的启动机空转故障的维修记录调研和分析，启动机空转的故障原因概率分布图如图4.8所示。
图4.8 启动机空转故障概率分布图（略）
从启动机空转概率分布图中可以看出，起动机空转故障的最大原因是单向离合器失灵打滑42%，其次是起动机驱动齿轮或飞轮环损坏27%，电磁开关行程过短启动机空转的概率最小为7%。因此对启动机空转故障的原因按照概率从大到小排列得到启动机空转故障原因概率表4.3.
表4.3 启动机空转故障原因概率表
|
故障原因 |
概率 |
|
单向离合器失效打滑 |
42% |
|
启动机的驱动齿轮或飞轮齿圈损坏 |
27% |
|
驱动小齿轮与飞轮齿圈啮合不好 |
15% |
|
启动机的启动时机太早 |
9% |
|
电磁开关行程太短 |
7% |
（4）故障诊断流程：
针对启动机空转的故障诊断流程如图4.9所示。
图4.9启动机空转故障诊断流程图（图）
（5）故障排除方法
a.检查发动机处飞轮是否存在空转现象，如果启动机齿轮没有与发动机飞轮啮合，没有出现咔嚓咔嚓的齿轮撞击声，说明启动机空转是由于单向离合器打滑造成的；如果发动机飞轮与齿轮啮合，齿轮会发出咔哒声，说明起动机怠速运转是由于主动齿轮或飞轮环损坏或起动时间太早造成的。
b.检测启动机的驱动齿轮或飞轮圈是否有损坏现象，如果齿轮或飞轮圈损坏，则需要更换。
c.调整启动机的启动时机，使得启动时机准确无误。
（6）实例诊断
某客户的凌志400送修时，出现在点火后发现启动机高速旋转但是发动机没有启动的现象。
故障现象：启动机空转。
诊断过程：根据车主描述的额启动机可以高速旋转，说明汽车的蓄电池和电路系统正常，启动机内的直流电机工作状态正常。
检查起动机主动齿轮和发动机飞轮环，确认主动齿轮和飞轮环正常。拆卸起动机后，发现起动机内部传动机构中的单向离合器不仅可以向前转动，而且可以向后转动，说明单向离合器打滑。
拆下滑动单向离合器并安装一个新离合器。
再次启动点火开关，发现起动机转动正常，可带动发动机正常转动。故障排除。
4.4启动机发出机枪似“哒哒哒”声
（1）故障现象：
当旋转点火钥匙至点火启动位置后，启动机内部的活动铁芯发出连续且不断重复的哒、哒、哒声音，也称为“打机枪现象”。
（2）故障原因:
启动机发出“哒哒哒”声音故障的原因故障树图如图4.10所示。
图4.10 启动机发出“哒哒哒”声音故障树图（略）
故障原因有：
起动机：主动齿轮或飞轮环损坏；固定螺钉松动或离合器壳体松动。
电磁开关：保持线圈断路或接地不良；行程调整不当。
起动继电器：触点开路或触点电压过高。
（3）故障概率分布
通对凌志400启动时启动机发出“哒哒哒”故障的维修记录调研分析，启动机发出“哒哒哒”故障的原因概率分布图如图4.11.
图4.11 启动机发出“哒哒哒”故障原因概率分布图（略）
通过对图4.11的分析可知，造成启动机发出“哒哒哒”声音故障最可能的原因是起动机主动齿轮或飞轮环损坏39%，其次是电磁开关保持线圈开路或接地不良27%，最不可能的原因是电磁开关行程调整不当9%。将造成启动机发出“哒哒哒”声音故障的原因概率按照从大到小的顺序排列得到启动机发出“哒哒哒”声音故障原因概率表4.4。
表4.4启动机发出“哒哒哒”声音故障原因概率表
|
故障原因 |
故障概率 |
|
启动机驱动齿轮或飞轮圈发生损坏 |
39% |
|
电磁开关的保持线圈断路或搭铁不良 |
27% |
|
继电器触点断开或触点电压太高 |
14% |
|
启动机固定螺钉松动或外壳松动 |
11% |
|
电磁开关行程调整不当 |
9% |
（4）故障诊断流程
针对启动系统故障中的启动机发出“哒哒哒”声音故障的诊断流程如图4.12所示。
图4.12 启动机发出“哒哒哒”声音故障诊断流程图（略）
（5）故障排除方法
a.检查起动机和离合器壳体的固定螺钉是否松动，如果有松动现象则进行紧固处理，如果没有松动现象则进行下一步检测。
b.检测启动机齿轮和飞轮圈是否过度磨损或损坏，如果有损坏现象则更换齿轮副，如果没有损坏则进行下一步检测。
c.使用万用表检测蓄电池电压。如果电池电压低于9.6伏，更换电池。如果电压高于9.6V，说明故障是由电磁开关保持线圈接触不良（或接地不良）或起动继电器断开（或电压过高）引起的。下一步是检测电磁阀开关和起动继电器的分布。
（6）诊断实例
某凌志400车主报修时反应，正常进行点火启动之后，发现启动机发出机枪扫射的“哒哒哒”声音。
故障现象：启动机发出“哒哒哒”声。
诊断过程：
首先检查汽车蓄电池的电压情况，发现其蓄电池电压为9.8v，说明蓄电池正常。然后拆解启动机发现内部的电磁开关的保持线圈是正常的也没有出现搭铁不良，说明故障不在电磁开关处。然后利用万用表检查正常连接的启动继电器的电压，发现启动继电器的电压正常。最后检查启动机内部驱动齿轮与飞轮圈处，发现驱动齿轮有几个齿缺少，拆下驱动齿轮并换上一个同型号的驱动齿轮后，将启动机装配回去，再次点火启动发现启动机可以正常转动，发动机正常转动，且没有“哒哒哒”的声音。故障存在于齿轮副磨损严重，故障排除完成。
总 结
本文首先根据当前汽车行业的发展及汽车保有量和凌志400轿车在家用汽车领域的典型性，做出了对凌志400常见故障诊断维修的意义和重要性。然后本文针对汽车启动系统的组成和各个部件的功能、结构特点做出了详细分析，并对启动系统中各个组件常见的失效形式以及可能造成的故障现象做出了分析。最后，针对汽车起动系统的四种常见故障：起动装置不转动、起动装置不转动、起动装置空转、起动装置发出“ 哒哒哒”声，设计了故障树图，绘制了故障概率分布表，并给出了各故障的诊断流程图设计并进行了实例诊断分析。
由于本人能力有限，因此对于汽车启动系统常见故障的原因分析不够深入。对于凌志400启动系统的常见故障的诊断及检修的深入研究和改进还可以从以下两个方面进行：
（1）针对启动系统故障产生的部位以及产生的原因做出更深层次的分析，明确是什么原因或操作习惯容易导致部件失效从而发生启动故障。
（2）通过对启动系统故障更深入的原因分析，制定更加完善详细的诊断流程表，并制定防止启动系统发生故障的车主维护建议表。
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