一款重型减速起动机的应用探讨

许进兴

（广汽强华（梅州）汽车零部件有限公司，广东 梅州 514700）

随着发动机起动系统的不断优化，起动机的轻量化、大功率输出、长寿命是发展的必然趋势，其中减速起动机是现代起动机的主流代表。目前大部分的发动机都已采用减速起动机，而在工况恶劣环境下的工程机械、重型汽车、船舶动力等领域，还是有很多用户采用进口或合资技术直驱起动机，一方面是用户的使用习惯，另一方面减速起动机在这些领域应用得不多。本文介绍一款同功率段的重型减速起动机与直驱起动机对比分析，探讨用减速起动机代替直驱起动机使用的可行性，供广大用户参考。

1 概述

本文对标的产品为美国知名电机公司生产的大功率直驱起动机，配用于卡特彼勒C系列、康明斯K系列等柴油发动机，这些发动机广泛用作重型汽车和工程机械的动力。本文介绍的这款重型减速起动机，就外形、安装、性能等方面与进口直驱起动机进行对比分析，并考核这款减速起动机的可靠性，验证其代替直驱起动机使用的可行性。

2 外形及安装

如表1、图1所示，这款减速起动机与直驱样机相比，体积缩小了，质量减轻了约50%，更加轻便，有利于其在发动机上的安装。

表1 外形基本尺寸对比

图1 起动机轮廓对比（深色部分为减速样机）

这款减速起动机的驱动端盖采用分体式结构，见图2a，安装法兰可以旋转调整角度，与直驱样机的安装方式保持一致，可以满足多种发动机的安装要求。另外，接线方式两者保持一致，不会影响用户的接线习惯。

图2 起动机安装方式对比

3 基本性能

3.1 产品规格

如表2所示，两款起动机属于同一功率段，输出功率不小于9kW（测试电源内阻为0.008 Ω），性能相当，其中减速起动机的制动扭矩较优于直驱样机，这有利于克服发动机的静态阻力矩［1］。

表2 产品规格对照表

3.2 负载点对比

在无辅助冷起动时，一般直喷式柴油机在低温下最低起动转速为（130～160）r/min，再根据起动机驱动齿轮与发动机的飞轮齿圈的传动比（如康明斯K系列19 L，i=13.8），对应起动机的工作转速为（1 790～2 200）r/min左右，因此对两款起动机在这一区域的负载性能进行对比，见图3。

图3 负载点输出性能对比

通过对比，这款减速起动机在负载点（1500～2500）r/min区域内的输出扭矩优于直驱样机，负载性能提升了7%左右，这将有利于克服发动机的动态阻力矩［1］。

4 发动机台架起动性能试验

为考核这款减速起动机的实际使用性能，进行发动机台架起动性能试验，进行相关指标的对比。

4.1 试验发动机

发动机型号：康明斯K19-M（排量为19 L）；功率/转速：448kW@1800 r/min。

4.2 试验条件

试验用机油：壳牌15W/40-CF4；试验用柴油：普通“0”号轻柴油；试验中控制机油主油道温度：90～120℃；试验中控制发动机出水温度：80～93℃；试验中控制燃油温度：32～43℃。

4.3 试验方法

发动机为冷机状态，8h未运行且未盘过车，在发动机起动前和起动时采集相关数据。

4.4 试验数据

4.4.1 起动前的参数记录（表3）

表3 起动前的参数记录

4.4.2 发动机起动时采集的数据曲线

采集所得数据的发动机转速和起动机主电路在左边纵坐标；总电压、起动机控制电路电流、起动机控制电路电压在右边纵坐标。

1）直驱样机第1次起动时的数据曲线，如图4所示。最大主电路电流（制动电流）1780 A，最小主电路电压6.67V，最大控制电路电流30 A，平稳拖动时发动机转速140 r/min，平稳拖动时主电路电流和电压的平均值为

69 1 A/17.5 V。

图4 直驱样机第1次起动时的数据曲线

2）直驱样机第2次起动时的数据曲线，如图5所示。最大主电路电流（制动电流）1635A，最小主电路电压6.7V，最大控制电路电流28.2A，平稳拖动时发动机转速142 r/min，平稳拖动时主电路电流和电压的平均值为570 A/18.3 V。

图5 直驱样机第2次起动时的数据曲线

3）减速样机第1次起动时的数据曲线，如图6所示。最大主电路电流（制动电流）1 808 A，最小主电路电压5.8 V，最大控制电路电流42 A，平稳拖动时发动机转速175 r/min，平稳拖动时主电路电流和电压的平均值为540 A/19 V。

图6 减速样机第1次起动时的数据曲线

4）减速样机第2次起动时的数据曲线，如图7所示。最大主电路电流（制动电流）1721A，最小主电路电压5.5V，最大控制电路电流39.9A，平稳拖动时发动机转速170 r/min，平稳拖动时主电路电流和电压的平均值为545A/18V。

图7 减速样机第2次起动时的数据曲线

4.5 试验结论

综合以上数据，两款起动机在发动机台架的起动性能对比见表4。

表4 起动性能对比表

综合考虑外部条件变化和测量误差的情况下，可以得出下列结论。

1）两款起动机的最大主电路电流（制动电流）相当。

2）减速起动机的拖动转速高于直驱起动机18%左右，更利于发动机的点火。

3）减速起动机的拖动主电流低于直驱起动机16%左右，更利于蓄电池效能的发挥。

总体而言，从这款减速起动机在发动机台架实际起动情况来看，与直驱起动机性能相当，且负载能力有一定的提高，可以满足使用要求。

5 耐久性考核

为进一步考核起动机的可靠性，对这款减速起动机进行25000次耐久性起动试验，检查起动机关键零部件的磨损情况及性能损耗程度。

5.1 试验方法

试验发动机为康明斯K19柴油发动机，试验方法参考《QC/T 731—2005 汽车用起动机技术条件》［2］中的5.18相关要求执行，其中设定起动机通电时间为3 s，发动机油门5 s，周期为30 s；要求起动次数不低于25 000次。

5.2 试验结果

经过25000次起动试验后，整机各项性能指标比初始值下降不超过10%，符合性能要求（表5）。碳刷、换向器铜排和磨损情况良好（表6），电磁开关触点无明显烧蚀（图8），拆检其他零部件没有发现明显磨损或失效，进一步验证了该款减速起动机的可靠性。

图8 电磁开关触点磨损状态

表5 25000次起动试验后的整机性能

表6 碳刷、换向器铜排磨损情况

6 实际应用

通过以上对比分析，用减速起动机代替直驱起动机使用具有可行性，同功率段的减速起动机与直驱起动机相比，有以下优点［3］：①体积小、质量轻，安装方便；②制动性能好，提升了起动能力；③起动电流消耗低，有利于发挥蓄电池的效能；④结构可靠，从而保证了其较高的机械寿命。

目前，该款减速起动机（图9）可替代某进口品牌50MT直驱起动机（图10），可用于康明斯K系列发动机等，如图11～图14所示。

图9 减速起动机

图10 某进口品牌50MT直驱起动机

图11 康明斯QSK19发动机（19L）

图12 康明斯QSK38发动机（38L）

图13 康明斯KTA50发动机（50L）

图14 玉柴YC6C发动机（39L）

7 结束语

在当前以节能环保为主题的环境下，减速起动机具有一定的高效性和经济性。随着减速起动机技术的发展，减速起动机的应用将越来越广泛，希望通过本文的介绍，特别是一些工况特殊的领域，减速起动机能够受到更多用户的欢迎。