汽車電源電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)的改進(jìn)

武 忠

（長春市機(jī)械工業(yè)學(xué)校，吉林 長春 130011）

1 汽車汽油機(jī)改換柴油機(jī)后，電路改裝存在的問題

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

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題。在電器方面，由于汽油機(jī)和柴油機(jī)使用的起動機(jī)電壓分別為12V和24V，所以將汽車的汽油機(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：一是整車統(tǒng)一采用24V電壓，將原車所有的12V電器全部換成24V電器，特點是電氣電路改動小而更換電器成本高；二是整車采用兩種供電模式，在起動時，起動機(jī)用24V電壓，起動后整車供電仍為12V電壓，特點是要對電源電路改裝，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個方案，其電氣原理是：起動時兩電池串聯(lián)，不起動時兩電池并聯(lián)。選擇此種方案的改裝，要用幾個粗觸點的繼電器控制兩電池的正負(fù)極，使起動時兩電池串聯(lián)，不起動時兩電池并聯(lián)。

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

2 電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)的作用

電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)用在起動機(jī)工作于24V電壓、整車其余電器工作于12V電壓的汽車電源電路上，在汽車起動時電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)使2個蓄電池串聯(lián)成24V向起動機(jī)供電，不起動時將串聯(lián)的兩蓄電池斷開后，再并聯(lián)成12V向原車12V電器供電。

3 原開關(guān)簡介及存在問題

原開關(guān)集成化程度高，線路主要在車下接好，不改動原車的任何電器電路直接裝于車上，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觸點使用銅片容易折斷會出現(xiàn)一定故障；③并聯(lián)觸點布置在一個平面，要求精度高，給制作帶來困難。

4 改進(jìn)內(nèi)容及效果優(yōu)勢

為繼續(xù)降低制作成本，最大程度地降低其使用故障率，新開關(guān)仍然利用一個選購的12V電磁開關(guān)和另外制作的控制觸點開關(guān)兩部分組成。筆者對原開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的改進(jìn)有：將原來在一個平面的觸點分配到兩個平面上，方便了布置；將原來彈性銅片式的觸點改為接觸盤和銅螺桿并由彈簧加載，增加觸點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方體形，其中一側(cè)面為敞開結(jié)構(gòu)，其上蓋為一厚6 mm的長方體塑料板，塑料板上鉆有6個M6孔用于安裝銅螺桿，銅螺桿和2個接觸盤形成3對觸點，接觸盤可通過拆舊起動機(jī)電磁開關(guān)得到，無需特別加工項目，制作成本非常低，并且在使用的5年中沒出現(xiàn)故障。

5 改進(jìn)后的開關(guān)結(jié)構(gòu)原理

5.1 結(jié)構(gòu)特點

電源電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)控制電路如圖1所示，12V電磁開關(guān)為選購件，制作的控制觸點開關(guān)為自制部分，將兩件組合到一起即為電源電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)。其中12V電磁開關(guān)的常開觸點BⅠ、EⅡ串聯(lián)接在電池Ⅰ、Ⅱ之間，由電磁開關(guān)接觸盤2控制，主要用于起動時兩電池的串聯(lián)控制輸出24V電壓，串聯(lián)起動時輸出電流大，連接和觸點導(dǎo)線粗大。制作的控制觸點開關(guān)，其常開觸點S1、S2串接的電池Ⅱ正極和24V起動機(jī)的控制端，由接觸盤6控制；常閉觸點B1、B2分別接在兩電池的正極上，由接觸盤6控制，常閉觸點E1、E2分別接在兩電池負(fù)極上，由接觸盤8控制，主要用于發(fā)動機(jī)正常工作下，兩電池并聯(lián)為車上用電器提供12V電源，并聯(lián)供電電流小、導(dǎo)線和觸點細(xì)些。常開觸點和常閉觸點的工作轉(zhuǎn)換是由12V起動開關(guān)中的活動鐵心動作實現(xiàn)的。

5.2 工作原理

5.2.1 常態(tài)工作時輸出12V電壓（圖1）

起動按鈕沒有在起動擋時（斷開），12V電磁開關(guān)控制線圈沒有電流，12 V電磁開關(guān)控制線圈3沒有磁力，12 V電磁開關(guān)的鐵心在其內(nèi)部的回位彈簧作用下回位，常開觸點BⅠ、EⅡ及常開觸點S1、S2斷開；常閉觸點B1、B2及常閉觸點E1、E2閉合，2個蓄電池處于并聯(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6→接柱B1→接柱BⅠ→蓄電池Ⅰ正極→12 V交流發(fā)動機(jī)正極；②蓄電池Ⅱ負(fù)極→接柱E2→接觸盤8→接柱E1→蓄電池Ⅰ負(fù)極→車身搭鐵；兩蓄電池并聯(lián)為車上用電器提供12 V電源。

圖1 非起動時電路狀態(tài)

5.2.2 起動時輸出24V電壓（圖2）

接通起動按鈕1，12 V電磁開關(guān)線圈3通電，其電路為：蓄電池Ⅰ正極→起動按鈕1→12 V電磁開關(guān)控制線圈3→車身搭鐵→蓄電池Ⅰ負(fù)極；12 V電磁開關(guān)控制線圈3通電后產(chǎn)生磁場力。

圖2 起動時電路狀態(tài)

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

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

起動后，斷開起動按鈕，轉(zhuǎn)換開關(guān)線圈3斷電，在復(fù)位彈簧彈力作用下，各接觸盤回位。兩蓄電池又恢復(fù)并聯(lián)，汽車電氣系統(tǒng)又在12V電壓下工作。

6 故障診斷方法

此開關(guān)性能穩(wěn)定，工作可靠，在使用中沒有出現(xiàn)過故障。如遇故障需檢修，其檢查方法簡介：可能的故障主要有兩大部分，即12 V電磁開關(guān)控制線圈3的電路及兩對常開觸點和兩對常閉觸點的通斷功能。線圈可用萬用表檢查其標(biāo)準(zhǔn)電阻是否符合規(guī)定值來判斷其故障；對觸點進(jìn)行檢查時，在12 V電磁開關(guān)控制線圈3沒加電壓時用萬用表分別檢查常開觸點電阻應(yīng)為∞，常閉合觸點電阻小于2 Ω；在給線圈加12 V電壓時，再用萬用表分別檢查常閉觸點電阻應(yīng)為“∞”，而常開觸點電阻小于2 Ω，否則即為故障，觸點有故障時可用砂紙對觸點輕輕打磨即可恢復(fù)其性能。

7 注意

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