壓力開關對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的影響分析

吳增月　劉陽峰　劉增利　王英歡

摘要：文章通過介紹壓力開關的機構(gòu)及工作原理，闡述了壓力開關在轉(zhuǎn)向油泵工作時是如何保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，并通過在某車型上進行對比試驗驗證，進一步證明壓力開關對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定作用。

關鍵詞：壓力開關；發(fā)動機轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)向油泵；汽車車型；對比試驗 文獻標識碼：A

中圖分類號：U463 文章編號：1009-2374（2015）13-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.034

1 背景

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵由發(fā)動機來驅(qū)動，并消耗發(fā)動機功率。當車輛在原地怠速轉(zhuǎn)動方向盤或者低檔怠速轉(zhuǎn)彎行駛時，此時地面的轉(zhuǎn)動摩擦力較大，需要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消耗較大的功率來保證車輛的正常轉(zhuǎn)向，因此會導致轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油壓升高，從而使轉(zhuǎn)向油泵消耗的發(fā)動機功率增加，進而導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速大幅度下降，某些極限工況下甚至會導致發(fā)動機熄火，而且這一現(xiàn)象在搭載小排量發(fā)動機的車型上尤為明顯。如果在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上安裝壓力開關，當轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油壓升高時，壓力開關導通，并發(fā)出相應電信號至發(fā)動機電子控制單元（ECU），通過ECU進行內(nèi)部運算并輸出指令，使節(jié)氣門開度增大，提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使發(fā)動機的輸出功率增加，從而降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速大幅度下降甚至熄火的風險。

2 壓力開關

2.1 壓力開關結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力開關形式很多，但基本結(jié)構(gòu)相同，主要組成為：定觸頭總成、動觸頭總成、傳感彈簧以及其他附件（見圖1）。

（1）定觸頭總成：壓力開關工作時位置固定不變的部件；（2）動觸頭總成：壓力開關工作時向定觸頭總成方向移動并接觸定觸頭總成的部件，當二者接觸以后會產(chǎn)生電信號并通過導線傳送至發(fā)動機電子控制單元處；（3）傳感彈簧：動觸頭總成移動需克服的阻力裝置；（4）附件：擋圈、墊片等用于密封、固定等作用。

圖1 圖2

2.2 工作原理

壓力開關通常裝在轉(zhuǎn)向泵體上或者高壓油管上，并通過導線與發(fā)動機電子控制單元ECU連接。當轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油壓低于壓力開關設定值時，壓力開關處于斷開狀態(tài)，此時液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不會產(chǎn)生電信號去提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速。當轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油壓高于壓力開關設定值時，壓力開關閉合并輸出電信號，發(fā)動機ECU接收到壓力開關的信號輸入，通過內(nèi)部計算并輸出相應指令，加大節(jié)氣門開度，使發(fā)動機輸出功率升高并使發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，避免轉(zhuǎn)速大幅度下降甚至熄火。以某款車型的壓力開關為例：（1）導通壓力P1：15～20bar，其中的5bar是由于零部件的一致性導致的公差范圍；（2）滯后壓力P2：8bar，滯后壓力為壓力開關由導通狀態(tài)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)時油壓需要下降的壓力差值。

如圖2所示，當轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油壓達到導通壓力P1時，壓力開關定觸頭總成克服傳感彈簧的阻力向定觸頭總成移動并接觸，壓力開關導通并向發(fā)動機ECU發(fā)送電信號，發(fā)動機ECU接收到信號后通過內(nèi)部計算，然后輸出指令，加大節(jié)氣門開度，提高發(fā)動機輸出功率。如果壓力繼續(xù)升高（繼續(xù)打方向或者轉(zhuǎn)向阻力增大），壓力開關將保持導通狀態(tài)，此時壓力開關將持續(xù)向發(fā)動機ECU輸入電信號并使節(jié)氣門保持較大的開度，發(fā)動機輸出功率也保持在一個相對較高的數(shù)值。如果壓力降低，從圖2可以看出，當油壓降到P1時，壓力開關仍然處于導通狀態(tài)，當壓力繼續(xù)下降到P1-P2時，壓力開關才會斷開。壓力開關的動觸頭總成移動需要克服傳感彈簧的阻力，所以導通壓力P1的設定與壓力開關的傳感彈簧的彈性特性有關。

2.3 參數(shù)選擇

根據(jù)前文所述，壓力開關的主要參數(shù)為：導通壓力P1和滯后壓力P2。

N× 612×η×103

P= — （ kgf/cm2）

q×n

式中：

q——泵排量，mL/r

n——泵轉(zhuǎn)速，rpm

η——泵總效率

N——發(fā)動機允許負荷功率，kW

當發(fā)動機的ECU需要的信號為電流信號時，應該根據(jù)發(fā)動機要求設定壓力開關的接通電阻最大值和斷開關最小值。

2.4 故障檢測

使發(fā)動機熄火，拔開壓力開關的接頭，在油泵插座上連接歐姆表，再重新啟動發(fā)動機。逐漸關閉閥門，使油壓升高，然后觀察開關接通時的壓力值是否為P1；逐漸打開閥門，使油壓降低，然后觀察開關斷開時的壓力值是否為P1-P2。如果有一項不符合，更換壓力開關。

3 對比試驗

選用某車型進行對比試驗，該車型的發(fā)動機排量為1.3L，自然吸氣。試驗場地為平整的水泥路面，環(huán)境溫度為15℃～18℃。為了使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消耗較大功率，在試驗進行過程中均需要快速將方向盤打到底。由于是否使用空調(diào)對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速有較大影響，故將空調(diào)開閉狀態(tài)作為參考因素之一；其他兩個變量為轉(zhuǎn)向油泵是否有壓力開關及車輛處于原地怠速狀態(tài)或一檔怠速行車。

第一組試驗選用無壓力開關、空調(diào)關閉、空擋怠速條件進行試驗，首先充分熱車，將車輛停放在平整的水泥路面上，保持怠速狀態(tài)，快速轉(zhuǎn)動方向盤，查看轉(zhuǎn)速變化情況。熱車怠速目標轉(zhuǎn)速為700r/min，當轉(zhuǎn)動方向盤時發(fā)動機轉(zhuǎn)速最大下跌約205r/min，存在熄火風險，實驗曲線如圖3所示：

圖3

第二組試驗選用無壓力開關、空調(diào)打開、空擋怠速條件進行試驗，按照第一組試驗方法，熱車開空調(diào)的目標怠速為900r/min，當轉(zhuǎn)動方向盤時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速最大下跌約279r/min，實驗曲線如圖4所示，此時轉(zhuǎn)速波動非常明顯。第三組試驗選用無壓力開關、空調(diào)打開、一檔怠速行車條件進行試驗，熱車怠速行駛并開空調(diào)的目標轉(zhuǎn)速為900r/min，怠速行車過程中快速轉(zhuǎn)動方向盤，轉(zhuǎn)速下跌最大約312r/min，此時空調(diào)因轉(zhuǎn)速過低（當轉(zhuǎn)速降低到600r/min時，空調(diào)停止工作）而切斷，實驗曲線如圖5所示，此時轉(zhuǎn)速波動十分明顯。endprint

圖4 圖5

第四組試驗選用有壓力開關、空調(diào)關閉、空擋怠速條件進行試驗，熱車怠速目標轉(zhuǎn)速為700r/min，快速轉(zhuǎn)動方向盤時轉(zhuǎn)速波動在±50r/min內(nèi)，轉(zhuǎn)速波動在可接受范圍內(nèi)，實驗曲線如圖6所示。第五組試驗選用有壓力開關、空調(diào)打開、空擋怠速條件進行試驗，熱車怠速開空調(diào)目標轉(zhuǎn)速為900r/min，快速轉(zhuǎn)動方向盤時轉(zhuǎn)速波動在±85r/min內(nèi)，實驗曲線如圖7所示。

圖6 圖7

第六組試驗選用有壓力開關、空調(diào)打開、一檔怠速行車條件進行試驗，熱車怠速行駛并開空調(diào)目標轉(zhuǎn)速為900r/min，怠速行車過程中快速轉(zhuǎn)動方向盤，轉(zhuǎn)速波動約在±100r/min內(nèi)，實驗曲線如圖8所示：

圖8

在上面的六幅曲線圖中，紅色曲線代表發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速；粉色曲線為發(fā)動機理論轉(zhuǎn)速；綠色曲線為實際轉(zhuǎn)速與理論轉(zhuǎn)速差值。其中，由于空調(diào)壓縮機工作時會消耗較大發(fā)動機功率，故當空調(diào)打開時，發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速會增加200r/min。將上述試驗數(shù)據(jù)進行整理之后，可以得到如表1所示表格：

表1

組號 壓力開關 空調(diào) 車況 發(fā)動機理論轉(zhuǎn)速r/min 轉(zhuǎn)速最大差值r/min

第一組 無 關閉 空擋怠速 700 205

第二組 無 開啟 空擋怠速 900 279

第三組 無 開啟 一檔怠速 900 312

第四組 有 關閉 空擋怠速 700 50

第五組 有 開啟 空擋怠速 900 85

第六組 有 開啟 一檔怠速 900 100

觀察第一組、第二組、第三組數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：搭載小排量發(fā)動機的車輛在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消耗較大功率時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降幅度較大，存在發(fā)動機熄火的風險（其中第三組數(shù)據(jù)中當發(fā)動機轉(zhuǎn)速低至600r/min時，空調(diào)關閉）。分別對比第一組和第四組、第二組和第五組、第三組和第六組實驗數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：當轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消耗較大的發(fā)動機功率時，壓力開關工作對發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定具有顯著的效果。

參考文獻

[1] 羅永健，何小帆，姚起宏.轎車整體式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的故障診斷與維修[J].廣西交通科技，2002，（3）.

作者簡介：吳增月，男，河北保定人，供職于長城汽車股份有限公司技術中心-河北省汽車工程技術研究中心，研究方向：汽車工藝與維修。

（責任編輯：陳 倩）endprint