压力开关对发动机转速的影响分析

吴增月　刘阳峰　刘增利　王英欢

摘要：文章通过介绍压力开关的机构及工作原理，阐述了压力开关在转向油泵工作时是如何保持发动机转速的稳定，并通过在某车型上进行对比试验验证，进一步证明压力开关对发动机转速的稳定作用。

关键词：压力开关；发动机转速；转向油泵；汽车车型；对比试验 文献标识码：A

中图分类号：U463 文章编号：1009-2374（2015）13-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.034

1 背景

液压转向系统的转向油泵由发动机来驱动，并消耗发动机功率。当车辆在原地怠速转动方向盘或者低档怠速转弯行驶时，此时地面的转动摩擦力较大，需要转向系统消耗较大的功率来保证车辆的正常转向，因此会导致转向系统的油压升高，从而使转向油泵消耗的发动机功率增加，进而导致发动机转速大幅度下降，某些极限工况下甚至会导致发动机熄火，而且这一现象在搭载小排量发动机的车型上尤为明显。如果在液压转向系统上安装压力开关，当转向系统油压升高时，压力开关导通，并发出相应电信号至发动机电子控制单元（ECU），通过ECU进行内部运算并输出指令，使节气门开度增大，提高发动机转速，使发动机的输出功率增加，从而降低发动机转速大幅度下降甚至熄火的风险。

2 压力开关

2.1 压力开关结构

转向系统压力开关形式很多，但基本结构相同，主要组成为：定触头总成、动触头总成、传感弹簧以及其他附件（见图1）。

（1）定触头总成：压力开关工作时位置固定不变的部件；（2）动触头总成：压力开关工作时向定触头总成方向移动并接触定触头总成的部件，当二者接触以后会产生电信号并通过导线传送至发动机电子控制单元处；（3）传感弹簧：动触头总成移动需克服的阻力装置；（4）附件：挡圈、垫片等用于密封、固定等作用。

图1 图2

2.2 工作原理

压力开关通常装在转向泵体上或者高压油管上，并通过导线与发动机电子控制单元ECU连接。当转向系统油压低于压力开关设定值时，压力开关处于断开状态，此时液压转向系统不会产生电信号去提高发动机转速。当转向系统油压高于压力开关设定值时，压力开关闭合并输出电信号，发动机ECU接收到压力开关的信号输入，通过内部计算并输出相应指令，加大节气门开度，使发动机输出功率升高并使发动机转速保持相对稳定的状态，避免转速大幅度下降甚至熄火。以某款车型的压力开关为例：（1）导通压力P1：15～20bar，其中的5bar是由于零部件的一致性导致的公差范围；（2）滞后压力P2：8bar，滞后压力为压力开关由导通状态变为断开状态时油压需要下降的压力差值。

如图2所示，当转向系统的油压达到导通压力P1时，压力开关定触头总成克服传感弹簧的阻力向定触头总成移动并接触，压力开关导通并向发动机ECU发送电信号，发动机ECU接收到信号后通过内部计算，然后输出指令，加大节气门开度，提高发动机输出功率。如果压力继续升高（继续打方向或者转向阻力增大），压力开关将保持导通状态，此时压力开关将持续向发动机ECU输入电信号并使节气门保持较大的开度，发动机输出功率也保持在一个相对较高的数值。如果压力降低，从图2可以看出，当油压降到P1时，压力开关仍然处于导通状态，当压力继续下降到P1-P2时，压力开关才会断开。压力开关的动触头总成移动需要克服传感弹簧的阻力，所以导通压力P1的设定与压力开关的传感弹簧的弹性特性有关。

2.3 参数选择

根据前文所述，压力开关的主要参数为：导通压力P1和滞后压力P2。

N× 612×η×103

P= — （ kgf/cm2）

q×n

式中：

q——泵排量，mL/r

n——泵转速，rpm

η——泵总效率

N——发动机允许负荷功率，kW

当发动机的ECU需要的信号为电流信号时，应该根据发动机要求设定压力开关的接通电阻最大值和断开关最小值。

2.4 故障检测

使发动机熄火，拔开压力开关的接头，在油泵插座上连接欧姆表，再重新启动发动机。逐渐关闭阀门，使油压升高，然后观察开关接通时的压力值是否为P1；逐渐打开阀门，使油压降低，然后观察开关断开时的压力值是否为P1-P2。如果有一项不符合，更换压力开关。

3 对比试验

选用某车型进行对比试验，该车型的发动机排量为1.3L，自然吸气。试验场地为平整的水泥路面，环境温度为15℃～18℃。为了使转向系统消耗较大功率，在试验进行过程中均需要快速将方向盘打到底。由于是否使用空调对发动机的转速有较大影响，故将空调开闭状态作为参考因素之一；其他两个变量为转向油泵是否有压力开关及车辆处于原地怠速状态或一档怠速行车。

第一组试验选用无压力开关、空调关闭、空挡怠速条件进行试验，首先充分热车，将车辆停放在平整的水泥路面上，保持怠速状态，快速转动方向盘，查看转速变化情况。热车怠速目标转速为700r/min，当转动方向盘时发动机转速最大下跌约205r/min，存在熄火风险，实验曲线如图3所示：

图3

第二组试验选用无压力开关、空调打开、空挡怠速条件进行试验，按照第一组试验方法，热车开空调的目标怠速为900r/min，当转动方向盘时，发动机转速最大下跌约279r/min，实验曲线如图4所示，此时转速波动非常明显。第三组试验选用无压力开关、空调打开、一档怠速行车条件进行试验，热车怠速行驶并开空调的目标转速为900r/min，怠速行车过程中快速转动方向盘，转速下跌最大约312r/min，此时空调因转速过低（当转速降低到600r/min时，空调停止工作）而切断，实验曲线如图5所示，此时转速波动十分明显。endprint

图4 图5

第四组试验选用有压力开关、空调关闭、空挡怠速条件进行试验，热车怠速目标转速为700r/min，快速转动方向盘时转速波动在±50r/min内，转速波动在可接受范围内，实验曲线如图6所示。第五组试验选用有压力开关、空调打开、空挡怠速条件进行试验，热车怠速开空调目标转速为900r/min，快速转动方向盘时转速波动在±85r/min内，实验曲线如图7所示。

图6 图7

第六组试验选用有压力开关、空调打开、一档怠速行车条件进行试验，热车怠速行驶并开空调目标转速为900r/min，怠速行车过程中快速转动方向盘，转速波动约在±100r/min内，实验曲线如图8所示：

图8

在上面的六幅曲线图中，红色曲线代表发动机实际转速；粉色曲线为发动机理论转速；绿色曲线为实际转速与理论转速差值。其中，由于空调压缩机工作时会消耗较大发动机功率，故当空调打开时，发动机怠速转速会增加200r/min。将上述试验数据进行整理之后，可以得到如表1所示表格：

表1

组号 压力开关 空调 车况 发动机理论转速r/min 转速最大差值r/min

第一组 无 关闭 空挡怠速 700 205

第二组 无 开启 空挡怠速 900 279

第三组 无 开启 一档怠速 900 312

第四组 有 关闭 空挡怠速 700 50

第五组 有 开启 空挡怠速 900 85

第六组 有 开启 一档怠速 900 100

观察第一组、第二组、第三组数据，可以得出结论：搭载小排量发动机的车辆在转向系统消耗较大功率时，发动机转速下降幅度较大，存在发动机熄火的风险（其中第三组数据中当发动机转速低至600r/min时，空调关闭）。分别对比第一组和第四组、第二组和第五组、第三组和第六组实验数据，可以得出结论：当转向系统消耗较大的发动机功率时，压力开关工作对发动机转速的稳定具有显著的效果。

参考文献

[1] 罗永健，何小帆，姚起宏.轿车整体式动力转向系统的故障诊断与维修[J].广西交通科技，2002，（3）.

作者简介：吴增月，男，河北保定人，供职于长城汽车股份有限公司技术中心-河北省汽车工程技术研究中心，研究方向：汽车工艺与维修。

（责任编辑：陈 倩）endprint