文/廣東 汪學(xué)慧 汪學(xué)森

英菲尼迪FX35半導(dǎo)體溫控座椅的檢修

文/廣東 汪學(xué)慧 汪學(xué)森

故障現(xiàn)象

一輛3.5L的英菲尼迪FX35轎車，已行駛14320km，近期在更換駕駛員后，反映駕駛過程中使用溫控座椅的制冷模式時(shí)，開始座椅能正常制冷，吹出較涼爽的風(fēng)，但隨后駕駛座椅的溫控指示燈熄滅，座椅無法制冷，鼓風(fēng)機(jī)也不運(yùn)轉(zhuǎn)。休息一段時(shí)間后重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，座椅制冷功能恢復(fù)正常，但行駛一段路程后此現(xiàn)象又重復(fù)出現(xiàn)。

故障診斷與排除

我們進(jìn)行試車檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，溫控座椅在制冷模式時(shí)能正常制冷并吹出涼爽的風(fēng)。但交車后該駕駛員卻反映依舊出現(xiàn)上述故障，于是我們跟車檢測，確認(rèn)存在該故障。我們用該車的專用檢測儀CONSULT-3進(jìn)行檢測，但進(jìn)入CONSULT-3后，無法檢測出這個(gè)系統(tǒng)的故障。

該車使用半導(dǎo)體溫控座椅，其控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。溫控座椅由控制單元控制，由溫度旋扭調(diào)節(jié)制熱或制冷信號(hào)。控制溫控座椅的面板上，主、副溫控開關(guān)下方各有一個(gè)圓形的溫度旋扭(見圖2)，帶“C”字母的藍(lán)色部分調(diào)節(jié)冷度，越向左旋則調(diào)節(jié)溫度越低；帶“H”字母的紅色部分調(diào)節(jié)暖度，越向右旋則調(diào)節(jié)溫度越高。溫控座椅的加熱源或冷卻源對(duì)鼓風(fēng)機(jī)流出的氣流進(jìn)行冷熱調(diào)節(jié)，最后吹向座椅的靠背和坐墊，達(dá)到調(diào)節(jié)座椅溫度的目的。

圖3是溫控座椅的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)物圖，包括溫控座椅控制單元、靠背熱電TED裝置、坐墊熱電TED裝置、鼓風(fēng)機(jī)、連接風(fēng)管和線束等。

靠背熱電裝置或坐墊熱電裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)調(diào)溫的熱交換器(圖4)，內(nèi)有一個(gè)TED單元，它的作用是加熱或冷卻來自溫控座椅鼓風(fēng)機(jī)吹來的氣流。該熱電裝置具有調(diào)冷及調(diào)熱的“雙氣候”功能，屬于一種半導(dǎo)體制冷及制熱的裝置，由許多N型和P型半導(dǎo)體材料互相排列而成。而N和P間用銅或鋁導(dǎo)體相連接，形成一個(gè)完整線路，最后用兩片陶瓷片像夾心餅干一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好。

座椅的半導(dǎo)體調(diào)溫裝置用直流電供電，通過溫控開關(guān)即可改變電流的方向，在同一裝置上實(shí)現(xiàn)制冷或加熱。它允許調(diào)溫裝置的一側(cè)產(chǎn)生高溫，而另一側(cè)會(huì)同時(shí)產(chǎn)生低溫。一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型材料串聯(lián)成電偶對(duì)時(shí)，當(dāng)電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移。電流由N元件流向P元件的接頭吸收熱量成為冷端；而由P元件流向N元件的接頭釋放熱量成為熱端。制冷和放熱的大小則是通過電流的大小以及半導(dǎo)體N和P的元件對(duì)數(shù)來決定的。

如圖5所示，半導(dǎo)體的工作端置于風(fēng)道中，熱電裝置的制冷源或制熱源，經(jīng)風(fēng)機(jī)吹出形成冷風(fēng)或熱風(fēng)。而半導(dǎo)體的另一端的熱量被裝置本身逐漸吸收。這種熱電裝置的優(yōu)點(diǎn)是冷熱操作極簡便，雖然制冷或制熱的容量較小，但完全可滿足座椅的調(diào)溫要求。這里要說明的是，冷端或熱端間的溫差不能過大，一般限制在30℃之內(nèi)，如果半導(dǎo)體調(diào)溫裝置的冷熱端之間的溫差超過30℃時(shí)，則溫控座椅控制單元會(huì)自動(dòng)切斷供向P、N間的電流，使系統(tǒng)停止工作進(jìn)而加以保護(hù)，并使風(fēng)機(jī)以最大的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)使溫差，迅速達(dá)到平衡。

針對(duì)此溫控座椅不能吹出冷風(fēng)的故障，我們檢測了半導(dǎo)體TED及溫度傳感器(圖6)，該溫度傳感器是檢測風(fēng)道內(nèi)的氣流溫度的，檢查熱電裝置接頭33號(hào)和34號(hào)的電阻為893Ω(正常值為900～1000Ω)，也屬于正常狀況。

將點(diǎn)火開關(guān)置于ON擋，溫控座椅為打開狀態(tài)，檢查溫控座椅控制單元線束接頭的34號(hào)端子，即溫度傳感器與接地之間的電壓，測量值為2.44V(正常電壓為1～5V)，亦屬于正常的電壓。拆下鼓風(fēng)機(jī)檢查溫控座椅鼓風(fēng)機(jī)過濾器，沒有發(fā)現(xiàn)污垢和堵塞現(xiàn)象。

根據(jù)前面的試車情況，為什么我們進(jìn)行試車檢修時(shí)溫控座椅能正常制冷并吹出涼爽的風(fēng)，而該駕駛員行駛時(shí)卻不能制冷呢？考慮到該駕駛員體形較為魁梧，猜想是由于駕駛員體重較大對(duì)座椅熱電單元工作有影響。

在本車的維修手冊“對(duì)有溫控座椅控制項(xiàng)的檢測”有一項(xiàng)關(guān)于“安全—失效”的保護(hù)模式條件，具體內(nèi)容是：①當(dāng)靠背熱電裝置或坐墊熱電裝置的冷、熱源間的溫差在4s內(nèi)達(dá)到30℃以上時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止對(duì)熱電裝置供電，此時(shí)控制鼓風(fēng)電機(jī)以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)30s，以便將系統(tǒng)內(nèi)的過冷空氣或過熱空氣吹出；②如果30s后冷、熱源間的溫差仍在30℃以上，則溫控單元自動(dòng)停止對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，鼓風(fēng)電機(jī)也停止工作，系統(tǒng)進(jìn)入關(guān)閉保護(hù)狀態(tài)。根據(jù)控制單元“安全—失效”模式，初步判斷靠背熱電裝置可能存在過大的溫差。

試車時(shí)，發(fā)現(xiàn)駕駛座椅的溫控指示燈熄滅且座椅無法制冷，于是立即拆下靠背熱電裝置進(jìn)行檢查。在拆卸過程中，我們發(fā)現(xiàn)塑料膠套出風(fēng)口已經(jīng)很冷并結(jié)霜，可是為什么此時(shí)結(jié)霜卻不能吹出冷風(fēng)呢？再檢查發(fā)現(xiàn)塑料膠套風(fēng)口被駕駛員魁梧的身材緊緊地壓在座椅海綿表面，甚至還壓出了痕跡(見圖7)，已經(jīng)形成了一個(gè)密封區(qū)，所以此時(shí)冷氣無法吹出。已結(jié)霜的過冷空氣與半導(dǎo)體的熱區(qū)溫差加大，當(dāng)溫差高于30℃時(shí)，溫控系統(tǒng)就進(jìn)入了失效保護(hù)模式，停止對(duì)溫控座椅的溫空調(diào)節(jié)工作。

維修小結(jié)

這是一起特殊的故障，是由于駕駛員體重較大，壓迫座椅海綿而將出風(fēng)口堵塞而造成的。由于沒有這個(gè)膠套配件存貨，所以只能把原來的膠套與靠背海綿接觸的地方切開(見圖8)，這樣即使再大的壓力也不會(huì)造成鼓風(fēng)機(jī)吹出的氣流被堵塞，此故障得以解決。

專家點(diǎn)評(píng)—高惠民

很高興閱讀了《英菲尼迪FX35半導(dǎo)體溫控座椅的檢修》這篇案例文章。雖說溫控座椅是一些高端車型上的配置，我們很少接觸到它的故障，但作者遇到了，并能及時(shí)地把它寫出來，讓廣大讀者對(duì)半導(dǎo)體制冷技術(shù)在車輛上的運(yùn)用有所了解，這具有非常積極的指導(dǎo)意義。

半導(dǎo)體制冷又稱溫差電子制冷，是上世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一門介于制冷劑技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)邊緣的學(xué)科。半導(dǎo)體制冷是通過直流電制冷的一種新型制冷方法，它利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對(duì)，產(chǎn)生“珀?duì)柼?yīng)（PeltierEffect）”，即兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)回路中存在直流電流時(shí)，兩個(gè)接頭之間將產(chǎn)生溫差。

半導(dǎo)體制冷的優(yōu)點(diǎn)是制冷裝置中沒有滑動(dòng)部件，能應(yīng)用在一些空間受到限制、可靠性要求高、無制冷劑污染的場合，并且只要改變直流電流的極性就能在同一制冷片上實(shí)現(xiàn)制冷或制熱，所以現(xiàn)代高端車型的溫控座椅都是由半導(dǎo)體制冷技術(shù)來提供冷源和熱源的。

另外，本案例故障修理中值得肯定的另一點(diǎn)是，作者根據(jù)溫控座椅工作的“安全—失效”保護(hù)模式的條件來分析故障產(chǎn)生的機(jī)理，從而找到了“由于駕駛員的魁梧身材壓在座椅海綿上堵塞了出風(fēng)口，使冷風(fēng)無法吹出來，導(dǎo)致半導(dǎo)體冷源與熱源的溫差加大，座椅溫控系統(tǒng)進(jìn)入失效保護(hù)模式而停止工作”這一特殊的故障原因。

本文不管是在故障分析與修理方法上，還是文章的撰寫上都值得我們認(rèn)真學(xué)習(xí)。