汽車(chē)電源電壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的改進(jìn)

武 忠

（長(zhǎng)春市機(jī)械工業(yè)學(xué)校，吉林 長(zhǎng)春 130011）

1 汽車(chē)汽油機(jī)改換柴油機(jī)后，電路改裝存在的問(wèn)題

在一些客、貨運(yùn)輸車(chē)輛中，由于部分汽油機(jī)車(chē)輛出廠時(shí)就存在動(dòng)力性不足的“小馬拉大車(chē)”的現(xiàn)象；亦或是實(shí)際運(yùn)輸中路況差，汽油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性不高等原因，迫使車(chē)輛用戶(hù)將車(chē)用的汽油機(jī)換裝成柴油機(jī)，換裝后同排量的柴油機(jī)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性大大高于其使用的汽油機(jī)，其運(yùn)輸效率及運(yùn)行成本顯著提高，從而產(chǎn)生了汽車(chē)改裝行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力。

由于容易找到裝配尺寸相同的可替代的同排量柴油機(jī)，機(jī)械改裝方面已不成問(wèn)題。在電器方面，由于汽油機(jī)和柴油機(jī)使用的起動(dòng)機(jī)電壓分別為12V和24V，所以將汽車(chē)的汽油機(jī)換裝成柴油機(jī)后需再加裝一塊蓄電池。由于原車(chē)上其它電器也都是12V電器，所以電器改裝有兩種方案：一是整車(chē)統(tǒng)一采用24V電壓，將原車(chē)所有的12V電器全部換成24V電器，特點(diǎn)是電氣電路改動(dòng)小而更換電器成本高；二是整車(chē)采用兩種供電模式，在起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)機(jī)用24V電壓，起動(dòng)后整車(chē)供電仍為12V電壓，特點(diǎn)是要對(duì)電源電路改裝，但不用更換原有電器，成本低。因此在電器改裝中常常選用第2個(gè)方案，其電氣原理是：起動(dòng)時(shí)兩電池串聯(lián)，不起動(dòng)時(shí)兩電池并聯(lián)。選擇此種方案的改裝，要用幾個(gè)粗觸點(diǎn)的繼電器控制兩電池的正負(fù)極，使起動(dòng)時(shí)兩電池串聯(lián)，不起動(dòng)時(shí)兩電池并聯(lián)。

由于在工作過(guò)程中，串聯(lián)、并聯(lián)轉(zhuǎn)換時(shí)刻常有混聯(lián)的時(shí)侯，造成燒繼電器和線路現(xiàn)象，為此還需加裝延時(shí)繼電器，增加成本的同時(shí)線路復(fù)雜、故障率高、查找困難、繼電器工作時(shí)電器負(fù)荷也較大。為解決上述問(wèn)題，筆者在選用第2種改裝方案時(shí)，制作了電源電壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其論文發(fā)表在2005年12期的《汽車(chē)電器》雜志上。

2 電壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的作用

電壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)用在起動(dòng)機(jī)工作于24V電壓、整車(chē)其余電器工作于12V電壓的汽車(chē)電源電路上，在汽車(chē)起動(dòng)時(shí)電壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)使2個(gè)蓄電池串聯(lián)成24V向起動(dòng)機(jī)供電，不起動(dòng)時(shí)將串聯(lián)的兩蓄電池?cái)嚅_(kāi)后，再并聯(lián)成12V向原車(chē)12V電器供電。

3 原開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)介及存在問(wèn)題

原開(kāi)關(guān)集成化程度高，線路主要在車(chē)下接好，不改動(dòng)原車(chē)的任何電器電路直接裝于車(chē)上，改裝效率極高，應(yīng)用效果較好。但在使用中也存在一些問(wèn)題，主要有：①制作材料選用了銅板和絕緣膠木，且需要機(jī)械加工，增加了制作成本；②觸點(diǎn)使用銅片容易折斷會(huì)出現(xiàn)一定故障；③并聯(lián)觸點(diǎn)布置在一個(gè)平面，要求精度高，給制作帶來(lái)困難。

4 改進(jìn)內(nèi)容及效果優(yōu)勢(shì)

為繼續(xù)降低制作成本，最大程度地降低其使用故障率，新開(kāi)關(guān)仍然利用一個(gè)選購(gòu)的12V電磁開(kāi)關(guān)和另外制作的控制觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)兩部分組成。筆者對(duì)原開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的改進(jìn)有：將原來(lái)在一個(gè)平面的觸點(diǎn)分配到兩個(gè)平面上，方便了布置；將原來(lái)彈性銅片式的觸點(diǎn)改為接觸盤(pán)和銅螺桿并由彈簧加載，增加觸點(diǎn)的工作可靠性及使用壽命；外部是由0.5 mm厚的鐵板手工制成長(zhǎng)方體形，其中一側(cè)面為敞開(kāi)結(jié)構(gòu)，其上蓋為一厚6 mm的長(zhǎng)方體塑料板，塑料板上鉆有6個(gè)M6孔用于安裝銅螺桿，銅螺桿和2個(gè)接觸盤(pán)形成3對(duì)觸點(diǎn)，接觸盤(pán)可通過(guò)拆舊起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)得到，無(wú)需特別加工項(xiàng)目，制作成本非常低，并且在使用的5年中沒(méi)出現(xiàn)故障。

5 改進(jìn)后的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)原理

5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

電源電壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制電路如圖1所示，12V電磁開(kāi)關(guān)為選購(gòu)件，制作的控制觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)為自制部分，將兩件組合到一起即為電源電壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。其中12V電磁開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)BⅠ、EⅡ串聯(lián)接在電池Ⅰ、Ⅱ之間，由電磁開(kāi)關(guān)接觸盤(pán)2控制，主要用于起動(dòng)時(shí)兩電池的串聯(lián)控制輸出24V電壓，串聯(lián)起動(dòng)時(shí)輸出電流大，連接和觸點(diǎn)導(dǎo)線粗大。制作的控制觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，其常開(kāi)觸點(diǎn)S1、S2串接的電池Ⅱ正極和24V起動(dòng)機(jī)的控制端，由接觸盤(pán)6控制；常閉觸點(diǎn)B1、B2分別接在兩電池的正極上，由接觸盤(pán)6控制，常閉觸點(diǎn)E1、E2分別接在兩電池負(fù)極上，由接觸盤(pán)8控制，主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作下，兩電池并聯(lián)為車(chē)上用電器提供12V電源，并聯(lián)供電電流小、導(dǎo)線和觸點(diǎn)細(xì)些。常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)的工作轉(zhuǎn)換是由12V起動(dòng)開(kāi)關(guān)中的活動(dòng)鐵心動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的。

5.2 工作原理

5.2.1 常態(tài)工作時(shí)輸出12V電壓（圖1）

起動(dòng)按鈕沒(méi)有在起動(dòng)擋時(shí)（斷開(kāi)），12V電磁開(kāi)關(guān)控制線圈沒(méi)有電流，12 V電磁開(kāi)關(guān)控制線圈3沒(méi)有磁力，12 V電磁開(kāi)關(guān)的鐵心在其內(nèi)部的回位彈簧作用下回位，常開(kāi)觸點(diǎn)BⅠ、EⅡ及常開(kāi)觸點(diǎn)S1、S2斷開(kāi)；常閉觸點(diǎn)B1、B2及常閉觸點(diǎn)E1、E2閉合，2個(gè)蓄電池處于并聯(lián)狀態(tài)，輸出12 V電源。并聯(lián)電路為：①蓄電池Ⅱ正極→接柱B2→接觸盤(pán)6→接柱B1→接柱BⅠ→蓄電池Ⅰ正極→12 V交流發(fā)動(dòng)機(jī)正極；②蓄電池Ⅱ負(fù)極→接柱E2→接觸盤(pán)8→接柱E1→蓄電池Ⅰ負(fù)極→車(chē)身搭鐵；兩蓄電池并聯(lián)為車(chē)上用電器提供12 V電源。

圖1 非起動(dòng)時(shí)電路狀態(tài)

5.2.2 起動(dòng)時(shí)輸出24V電壓（圖2）

接通起動(dòng)按鈕1，12 V電磁開(kāi)關(guān)線圈3通電，其電路為：蓄電池Ⅰ正極→起動(dòng)按鈕1→12 V電磁開(kāi)關(guān)控制線圈3→車(chē)身搭鐵→蓄電池Ⅰ負(fù)極；12 V電磁開(kāi)關(guān)控制線圈3通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)力。

圖2 起動(dòng)時(shí)電路狀態(tài)

活動(dòng)鐵心4在線圈3的磁場(chǎng)力作用下向左移動(dòng)，活動(dòng)鐵心4帶動(dòng)拉桿9左移，拉桿帶動(dòng)接觸盤(pán)6、8左移。接觸盤(pán)6、8左移時(shí)，使兩對(duì)常閉觸點(diǎn)B1、B2和E1、E2分開(kāi)，切斷蓄電池Ⅰ、Ⅱ的并聯(lián)連接；活動(dòng)鐵心繼續(xù)左移通過(guò)推桿帶動(dòng)接觸盤(pán)2也開(kāi)始左移；接觸盤(pán)2、接觸盤(pán)6左移時(shí)，使兩常開(kāi)觸點(diǎn)BⅠ、EⅡ和S1、S2先后分別接通，接觸盤(pán)2左移使兩蓄電池串聯(lián)成24V電源后向24V起動(dòng)機(jī)提供電源，兩蓄電池的串聯(lián)電路為：車(chē)身搭鐵→蓄電池Ⅰ→蓄電池Ⅰ負(fù)極→蓄電池Ⅰ→蓄電池Ⅰ正極→接柱BⅠ→接觸盤(pán)2→接柱EⅡ→蓄電池Ⅱ負(fù)極→蓄電池Ⅱ→蓄電池Ⅱ正極→24 V起動(dòng)機(jī)正極和接柱S1。接觸盤(pán)6左移接通24 V起動(dòng)機(jī)的電磁開(kāi)關(guān)控制電路，其電路為：蓄電池Ⅱ正極→接柱S1→接觸盤(pán)6 →接柱S2→24 V起動(dòng)機(jī)的電磁開(kāi)關(guān)吸引線圈和保持線圈→車(chē)身搭鐵→電池Ⅰ負(fù)極，此電路接通后產(chǎn)生磁場(chǎng)，24 V起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)中的活動(dòng)鐵心在該磁場(chǎng)作用下動(dòng)作。

當(dāng)24V起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)中的活動(dòng)鐵心受磁場(chǎng)作用動(dòng)作時(shí)，一方面帶動(dòng)其拉桿及撥叉使起動(dòng)機(jī)的小齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)齒圈嚙合，隨后推動(dòng)電磁開(kāi)關(guān)的主接觸盤(pán)移動(dòng)接通起動(dòng)機(jī)的電機(jī)的磁場(chǎng)及電樞電路，24 V起動(dòng)機(jī)在24 V電源電壓下工作，產(chǎn)生強(qiáng)大的轉(zhuǎn)矩起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。5.2.3 返回常態(tài)工作輸出12 V電壓

起動(dòng)后，斷開(kāi)起動(dòng)按鈕，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)線圈3斷電，在復(fù)位彈簧彈力作用下，各接觸盤(pán)回位。兩蓄電池又恢復(fù)并聯(lián)，汽車(chē)電氣系統(tǒng)又在12V電壓下工作。

6 故障診斷方法

此開(kāi)關(guān)性能穩(wěn)定，工作可靠，在使用中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)故障。如遇故障需檢修，其檢查方法簡(jiǎn)介：可能的故障主要有兩大部分，即12 V電磁開(kāi)關(guān)控制線圈3的電路及兩對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)和兩對(duì)常閉觸點(diǎn)的通斷功能。線圈可用萬(wàn)用表檢查其標(biāo)準(zhǔn)電阻是否符合規(guī)定值來(lái)判斷其故障；對(duì)觸點(diǎn)進(jìn)行檢查時(shí)，在12 V電磁開(kāi)關(guān)控制線圈3沒(méi)加電壓時(shí)用萬(wàn)用表分別檢查常開(kāi)觸點(diǎn)電阻應(yīng)為∞，常閉合觸點(diǎn)電阻小于2 Ω；在給線圈加12 V電壓時(shí)，再用萬(wàn)用表分別檢查常閉觸點(diǎn)電阻應(yīng)為“∞”，而常開(kāi)觸點(diǎn)電阻小于2 Ω，否則即為故障，觸點(diǎn)有故障時(shí)可用砂紙對(duì)觸點(diǎn)輕輕打磨即可恢復(fù)其性能。

7 注意

在對(duì)12 V電磁開(kāi)關(guān)進(jìn)行改進(jìn)中，應(yīng)將原來(lái)的吸引線圈與主接線柱連接點(diǎn)改成搭鐵，否則原保位線圈的磁力不足而使12 V電磁開(kāi)關(guān)不能工作。