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        對桑塔納2000GSi空調(diào)控制單元的剖析

        2012-07-19 07:25:48吳建剛
        汽車電器 2012年6期
        關(guān)鍵詞:三極管斷電觸點

        吳建剛

        (江蘇省常熟市汽車電器研究所,215500)

        桑塔納2000GSi(時代超人)上的空調(diào)控制單元在全車電路圖上標(biāo)為J293,零件號為357 919 506A,以下簡稱506A。在許多維修資料上,只畫出了其外部接線圖或內(nèi)部框圖。

        《汽車電器》2009年第8期刊登的 《捷達(dá)轎車空調(diào)控制單元》一文,雖然也介紹了506A的內(nèi)部電路,但對其中一塊集成電路未作介紹?!镀囯娖鳌?010年第5期刊登了 《也議506A空調(diào)控制單元J293》一文,雖然指出了其中的集成電路型號是U6049B,但并沒有介紹該集成電路的工作原理,也就很難完全搞清楚506A內(nèi)部電路的工作過程及其作用。

        筆者解剖了該車原裝的506A,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、印刷電路圖及原理圖與上述二文介紹的506A有所不同。也解剖了從配件市場買來的506A,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及印刷電路與前述一文基本相同,但安裝集成電路的位置卻空著,根本沒有集成電路。

        原裝的506A兩只控制散熱風(fēng)扇的繼電器安裝在內(nèi)部底板上,只有控制壓縮機(jī)電磁離合器的繼電器安裝在印刷電路板上。根據(jù)實物測繪出506A的內(nèi)部原理圖,為了便于理解與分析,把其外圍的空調(diào)電路一同畫出,如圖1所示。其中空調(diào)繼電器J32由一只雙觸點繼電器與一只單觸點繼電器復(fù)合而成,零件號為13;空調(diào)切斷繼電器J26的觸點是常閉型的,內(nèi)部還有三極管等元器件組成的放大電路,零件號為147。

        1 空調(diào)電路工作過程

        1.1 與空調(diào)電路相關(guān)的部件的工作過程

        接通空調(diào)開關(guān)E30,電流通過環(huán)境溫度開關(guān)F38后分4路。

        第1路經(jīng)蒸發(fā)器溫控開關(guān)E33、發(fā)動機(jī)水溫開關(guān)F40、壓力開關(guān)F129的常閉觸點后又分2路。一路進(jìn)入空調(diào)控制單元506A的T1端,使內(nèi)部三極管T2導(dǎo)通,繼電器J2吸合,使散熱風(fēng)扇V7、V8低速運轉(zhuǎn)。另一路通過空調(diào)切斷繼電器J26(147)的常閉觸點,進(jìn)入506A的T4端,在給內(nèi)部繼電器J3線圈供電的同時,使三極管T3、T4組成的達(dá)林頓管導(dǎo)通,J3吸合,使電磁離合器N25得電吸合,壓縮機(jī)開始工作。

        第2路進(jìn)入發(fā)動機(jī)電控單元J220的T80/10端,使發(fā)動機(jī)工作在空調(diào)模式下,此時J220的T80/8端并不輸出控制信號,J26(147)是不動作的。只有在發(fā)動機(jī)急加速時,J220的T80/8端輸出控制信號,使J26(147)吸合,切斷506A的T4端的電源,使J3斷電釋放,壓縮機(jī)停止工作,減輕負(fù)荷以利加速。

        第3路進(jìn)入內(nèi)外循環(huán)翻板電磁閥N63,使翻板動作轉(zhuǎn)為內(nèi)循環(huán)通風(fēng)狀態(tài)。

        第4路進(jìn)入空調(diào)繼電器J32(13)的雙觸點繼電器線圈,使其吸合,鼓風(fēng)機(jī)V2以最低速運轉(zhuǎn)。雙觸點繼電器的另一對觸點被閑置。

        當(dāng)空調(diào)高壓側(cè)管路壓力上升到1.77MPa時,壓力開關(guān)F129的常開觸點閉合,使506A的P端得電,通過內(nèi)部二極管D1向繼電器J1線圈供電。由于此前三極管T1已由X端經(jīng)二極管D3、電阻R2提供基極電流,因而三極管T1導(dǎo)通,J1吸合,使V7、V8高速運轉(zhuǎn)。如果因故空調(diào)高壓側(cè)管路壓力上升到3.14MPa時,F(xiàn)129的常閉觸點會斷開,使506A的T1、T4端斷電,使繼電器J2、J3斷電釋放,壓縮機(jī)停止工作,從而使高壓側(cè)管路壓力不再上升,起到超高壓保護(hù)作用。F129還有低壓保護(hù)功能,當(dāng)空調(diào)管路壓力低于0.196MPa時,F(xiàn)129的常閉觸點也會斷開,從而保證在管路內(nèi)沒有制冷劑時,壓縮機(jī)不能工作,以防止壓縮機(jī)潤滑不良而損壞。

        散熱風(fēng)扇V7、V8還由水箱熱敏開關(guān)F18控制,當(dāng)水箱溫度達(dá)到95℃時,F(xiàn)18的低溫觸點閉合,使V7、V8低速運轉(zhuǎn)。當(dāng)水箱溫度達(dá)到105℃時,F(xiàn)18的高溫觸點閉合,向506A的T2端供電,使繼電器J1吸合,V7、 V8高速運轉(zhuǎn)。

        如果因故發(fā)動機(jī)水溫達(dá)到120℃時,水溫開關(guān)F40斷開,使506A的T1、T4端斷電,壓縮機(jī)停止工作,以減輕發(fā)動機(jī)負(fù)荷。

        1.2 定時電路的工作情況

        至此與空調(diào)電路相關(guān)的部件基本都已工作,只有506A內(nèi)部由集成電路U6049B及其外圍元件R4、R5、 R6、 R7、 R8、 R9、 C2、 C3、 C4、 C5組成的定時電路沒有工作。根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]、[6]提供的有關(guān)U6049B的基本電路 (圖2),Sth(熱敏開關(guān))如果接通搭鐵,當(dāng)Terminal(點火開關(guān))15斷電時,2腳輸出低電位使繼電器吸合工作,控制散熱風(fēng)扇工作一段預(yù)設(shè)的時間。那么對應(yīng)的506A的T端應(yīng)該由熱敏開關(guān)控制搭鐵,當(dāng)X線斷電時,即發(fā)動機(jī)熄火時,該定時電路開始工作,使繼電器J2吸合,讓散熱風(fēng)扇V7、V8低速運轉(zhuǎn)一段預(yù)置的時間。但實際上T端沒有連接任何開關(guān),是懸空的,讓人百思不得其解。

        為了進(jìn)一步證實該定時電路是否能工作,筆者把T端搭鐵,當(dāng)X線斷電時,J2卻沒有吸合工作。對照U6049B的基本電路,發(fā)現(xiàn)電路中多了R5、C5回路。當(dāng)把R5與C5之間的連線切斷后,再把T端搭鐵,當(dāng)X線斷電時,J2吸合工作了約10 min,經(jīng)多次試驗結(jié)果都一樣。

        這說明U6049B及外圍元件組成的確實是定時電路,但不知何故,增加了R5、C5兩個元件又使這個定時電路失效了。當(dāng)然,即使沒有R5、C5兩個元件,由于T端懸空,這個定時電路依然是無用的。

        2 幾個疑問

        1)為什么要設(shè)置這個定時電路呢?

        當(dāng)發(fā)動機(jī)熄火后,如果水溫偏高,熱敏開關(guān)會接通,使散熱風(fēng)扇運轉(zhuǎn),直至水溫降下來,熱敏開關(guān)斷開。這個過程已很合理,就是水溫高,散熱風(fēng)扇就運轉(zhuǎn),水溫低,散熱風(fēng)扇就停轉(zhuǎn),無論發(fā)動機(jī)是否熄火。而定時電路是讓散熱風(fēng)扇工作一段預(yù)置的時間,設(shè)定時間到了,即使水溫還是偏高,散熱風(fēng)扇也不工作了。反之,水溫早已降低,但設(shè)定時間還未到,散熱風(fēng)扇還在工作,這似乎反而不合理。

        既然熱敏開關(guān)直接控制散熱風(fēng)扇,已能達(dá)到非常完美的效果,為何又設(shè)計一個定時電路來控制散熱風(fēng)扇呢?這不是多此一舉嗎?也許正因為這個原因,才沒有實際應(yīng)用這個定時電路,而汽配市場出售的維修件506A,為了降低成本,干脆沒有裝上U6049B這塊集成電路。

        既然這個定時電路沒有用,那么由R10、C6、R11、R12、T2組成的開關(guān)電路也是多余的了。繼電器J2可由T1端直接控制,也即把T1端直接與J2的線圈一端連接,J2線圈的另一端搭鐵,如圖3所示。

        2)為什么控制壓縮機(jī)電磁離合器N25的繼電器J3,還要通過T3、T4組成的達(dá)林頓三極管來控制?

        壓縮機(jī)電磁離合器N25的工作信號來自506A的T4端,本來T4端直接控制繼電器J3就行了,為何又增加了三極管T3、T4等元器件呢?從電路原理看可能是起延時作用的。

        對此筆者也作了試驗,當(dāng)接通空調(diào)開關(guān)E30后,馬上聽到電磁離合器N25發(fā)出 “啪”的吸合聲,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表輕微往下抖動一下就恢復(fù)正常怠速。然后筆者把三極管T4的集電極與發(fā)射極短接起來再做試驗,接通E30后,同樣馬上聽到N25的吸合聲,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表也只輕微往下抖動一下就恢復(fù)正常怠速,多次試驗結(jié)果一致。

        這么看來,T3、T4組成的達(dá)林頓三極管及其外圍元件不是延時電路,而是開關(guān)電路。這不多此一舉嗎?因此可以把J3線圈的一端直接搭鐵,如圖3所示。

        實際上即使真的需要延時,也用不著由506A來承擔(dān),J26(147)及J220都可設(shè)計成有延時功能的。

        3)為什么繼電器J1要通過三極管T1來控制?

        繼電器J1要吸合工作,必須滿足2個條件,T2端或P端與X端都有電,缺一不可。如果X端斷電,即使T2端或P端有電,繼電器J1也不會吸合,但P端的電也來自X線,當(dāng)X線斷電,X端與P端也斷電了。那么P端與X端之間不存在邏輯上的 “與”關(guān)系,與X端邏輯上存在 “與”關(guān)系的只有T2端,即要使T2端與X端都有電,才能使繼電器J1吸合工作。T2端連接熱敏開關(guān)F18的高溫觸點,如果水箱溫度達(dá)到105℃,F(xiàn)18的高溫觸點閉合,使J1吸合,散熱風(fēng)扇V7、V8高速運轉(zhuǎn)。發(fā)動機(jī)熄火后X線斷電,三極管T1沒有基極電流而截止,J1釋放,V7、V8的高速檔斷電。但此時由于水溫高,F(xiàn)18的低溫觸點也是閉合的,因此V7、V8以低速繼續(xù)運轉(zhuǎn),直至水溫降低。

        可見設(shè)置三極管T1及其外圍元件,僅是限制發(fā)動機(jī)熄火后,不讓散熱風(fēng)扇V7、V8高速運轉(zhuǎn),而只可以低速運轉(zhuǎn)。有這個必要嗎?如果熄火后水溫依然高達(dá)105℃,而讓散熱風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)有何不妥呢?為何偏偏要限制它不讓高速運轉(zhuǎn)呢?在這種情況下如果只讓散熱風(fēng)扇低速運轉(zhuǎn),運轉(zhuǎn)時間肯定比先高速運轉(zhuǎn)后低速運轉(zhuǎn)的時間長,從及時降溫的角度出發(fā),似乎先高速運轉(zhuǎn)后低速運轉(zhuǎn)比只是低速運轉(zhuǎn)更合理。

        那么繼電器J1也就不需要通過三極管T1來控制,僅由T2端或P端直接控制,把J1線圈的一端搭鐵就行了(圖3),這個三極管T1及其外圍元件又是多此一舉的。

        實際上在正常情況下水箱溫度很難達(dá)到105℃,因此發(fā)動機(jī)熄火后因水箱溫度高而使散熱風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)的情況幾乎不存在,造成散熱風(fēng)扇高速運轉(zhuǎn)的原因基本都是空調(diào)管路壓力升高后,壓力開關(guān)F129的常開觸點閉合所致。在普通型桑塔納轎車上,由于空調(diào)電路中控制散熱風(fēng)扇高速檔的繼電器J26的線圈有兩條供電回路,發(fā)動機(jī)熄火后,散熱風(fēng)扇還會高速運轉(zhuǎn)一段時間。詳見本期P64筆者的 《桑塔納空調(diào)電路中環(huán)境溫度開關(guān)的用途之我見》一文。

        4)為什么散熱風(fēng)扇低速檔與壓縮機(jī)電磁離合器共用熔斷絲?

        一般情況下都是一個用電器用一個熔斷絲,在熔斷絲數(shù)量不足的情況下,才考慮多個用電器共用一個熔斷絲。那么,在這里應(yīng)該是散熱風(fēng)扇的高速檔與低速檔分別各用一個熔斷絲或共用一個熔斷絲,壓縮機(jī)電磁離合器也單獨用一個熔斷絲。而現(xiàn)在卻是散熱風(fēng)扇高速檔單獨用了一個60 A的熔斷絲,散熱風(fēng)扇低速檔與壓縮機(jī)電磁離合器共用了一個30 A的熔斷絲。由于這個30 A的熔斷絲座設(shè)計得較簡單,與熔斷絲的接觸面較小,而且是安裝在發(fā)動機(jī)艙內(nèi),周圍溫度很高,在通過上述2個負(fù)荷的電流時,熔斷絲座容易過熱,造成熔斷絲非正常熔斷,有的甚至使熔斷絲座周圍的塑料熔化而損壞。結(jié)果這個30 A熔斷絲成了故障高發(fā)點。

        筆者曾在 《對桑塔納轎車空調(diào)電路的改進(jìn)》一文中,提出把壓縮機(jī)電磁離合器的電源線接到散熱風(fēng)扇的熔斷絲上,其目的是當(dāng)散熱風(fēng)扇的熔斷絲因故熔斷后,壓縮機(jī)也跟著停止工作,避免了空調(diào)管路壓力異常升高。但這是在當(dāng)初的壓力開關(guān)沒有超高壓保護(hù)功能情況下的權(quán)宜之計,而且原來的散熱風(fēng)扇熔斷絲安裝在駕駛室內(nèi),周圍溫度較低,不易過熱?,F(xiàn)在使用的壓力開關(guān)F129已具備超高壓保護(hù)功能,當(dāng)空調(diào)管路壓力達(dá)到危險的3.14 MPa時,F(xiàn)129的常閉觸點斷開,使506A的T1端與T4端斷電,壓縮機(jī)停止工作,保證管路壓力不再升高,也就沒有必要讓散熱風(fēng)扇與壓縮機(jī)電磁離合器共用一個熔斷絲了。

        如果讓散熱風(fēng)扇的低速檔與高速檔共用一個60A的熔斷絲,30A的熔斷絲讓電磁離合器單獨使用,由于通過的電流減小,熔斷絲座也就不會過熱了 (圖3)。

        5)為什么要設(shè)置發(fā)動機(jī)溫度開關(guān)F40?

        從表面看很有必要設(shè)置這個開關(guān),當(dāng)發(fā)動機(jī)水溫因故達(dá)到120℃時,F(xiàn)40斷開,使壓縮機(jī)停止工作,為發(fā)動機(jī)減輕負(fù)荷。但是現(xiàn)在的發(fā)動機(jī)都是電控噴射型的,其發(fā)動機(jī)電控單元通過水溫傳感器始終在監(jiān)測發(fā)動機(jī)水溫,只需在軟件中設(shè)置一下即可。當(dāng)監(jiān)測到發(fā)動機(jī)水溫異常時,在J220的T80/8端輸出控制信號,使空調(diào)切斷繼電器J26(147)動作,就可使壓縮機(jī)停止工作。多用一個部件要增加成本,又增加了一個故障引發(fā)因素,實際使用中,因F40損壞造成空調(diào)無法使用也是較常發(fā)生的。其實這種開關(guān)只適合用在以前的化油器車型上。

        3 改進(jìn)建議

        通過以上分析,U6049B組成的定時電路僅是個擺設(shè),根本沒有用,也不需要那幾個三極管開關(guān)電路。因此,完全可以僅用3只繼電器及少量電子元器件來代替目前的506A(圖3),各種功能完全等效圖1中的506A。

        圖4是筆者全新設(shè)計的空調(diào)電路,功能也與圖1相同,但大為簡化,有以下優(yōu)點。

        1)鼓風(fēng)機(jī)開關(guān)E9的結(jié)構(gòu)不同,多了一根空調(diào)引出線,使E9在控制鼓風(fēng)機(jī)的同時可控制空調(diào)系統(tǒng)。簡化了電路,方便了操作。在夏天,空調(diào)開關(guān)E30可始終接通,開關(guān)空調(diào)只需操作E9就行。

        2)所有的有關(guān)壓縮機(jī)電磁離合器的控制信號都進(jìn)入J220,再由J220來控制繼電器J3是否需要吸合。這樣通過E33等部件的電流都很小,可按控制小電流設(shè)計,既能降低成本又能延長壽命。

        3)J3采用通用型繼電器,原J26(147)內(nèi)的放大電路功能設(shè)計在J220內(nèi)。對汽車配件而言,通用程度越高成本越低,維修越容易。

        4 總結(jié)

        2000GSi型桑塔納是普通型桑塔納的升級換代產(chǎn)品,但其空調(diào)功能及控制對象與普通型是相同的,遵照 “在達(dá)到相同功能的情況下,方法、結(jié)構(gòu)應(yīng)越簡單越好,路徑應(yīng)越少越好”的工程設(shè)計原則,2000GSi型的空調(diào)電路應(yīng)該比普通型的更簡單,才能體現(xiàn)出升級,因為越是簡單的就是可靠的。而現(xiàn)在某些工程師錯誤地認(rèn)為,越是復(fù)雜越有技術(shù)含量,不管功能是否增加,可靠性是否提高,越升級搞得越復(fù)雜,本來一個很簡單的問題,被人為復(fù)雜化了。

        有時為了提高可靠性,加入一些監(jiān)測、保護(hù)措施是必要的,有時甚至還要引入冗余設(shè)計理念。但現(xiàn)在2000GSi型空調(diào)電路的設(shè)計,沒有增加什么保護(hù)功能,更談不上冗余設(shè)計,而是多此一舉。增加了復(fù)雜性、成本、維修難度,卻降低了可靠性,提高了故障率。因為實踐已證明2000GSi空調(diào)電路的故障率比普通型高。特別是以U6049B為核心組成的定時電路,僅是個擺設(shè),放在那里不起任何作用,讓人難以相信,無法理解。

        不過由于筆者水平有限,也有可能對506A的理解有偏差,希望同行特別是大眾汽車公司的專家批評指正。

        [1]徐宗炯,盧元誠,徐云暉.捷達(dá)轎車空調(diào)控制單元[J].汽車電器, 2009,(8): 20-24.

        [2]張 健,周德全.也議506A空調(diào)控制單元J293[J].汽車電器, 2010, (5): 55-56.

        [3]吳建剛.對桑塔納轎車空調(diào)電路的改進(jìn)[J].汽車與配件,1997, (20): 20-21.

        [4]瞿 勇.時代超人和99新秀乘用車空調(diào)制冷控制電路淺析[J]. 汽車維護(hù)與修理, 2002, (6): 14-15.

        [5]http://pdf.qooic.com/U60/U6049B.pdf[OL].

        [6]http://www.sh-zhishun.com/ziliao/sx2005.doc[OL].

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