空調造成發動機延遲熄火問題分析及解決方案

余延斌

摘要：本文首先對某廠中小噸位內燃叉車裝空調后，空調蒸發風機造成發動機延遲熄火3秒問題進行了分析。在此基礎上，作者又針對工程機械中有空調等感性負載電路在對電機進行開關、調速操作時對發動機ECU等其他電器元件造成影響，提出了幾種可行性解決辦法并對其優缺點進行了簡要的說明。期望通過本文的研究能夠對工程車空調技術及工業車輛整車電氣控制水平的提升有所幫助。

關鍵詞：空調;發動機延遲熄火;電路保護;感性負載

0? 引言

某叉車廠一臺7t裝空調的內燃叉車在鑰匙開關關閉后，整車會有1-3秒的延時熄火現象。經本文作者現場檢查發現，該叉車在鑰匙開關關閉之前，空調未開關未提前關閉，會出現這種現象，若拔掉空調與整車對接的線束接口或者在關閉鑰匙開關之前將空調風速檔位關閉，延時熄火現象會消失。檢查整車電氣電路及空調電路，未發現明顯問題。

針對上述問題，筆者又對其他所有系列1-10t裝空調及暖風機的內燃叉車駕駛室部分電路進行了抽樣調查，均或多或少存在上述相似的延遲熄火問題。

一般情況下自然吸氣發動機不需要做延遲熄火設定，渦輪增壓發動機一般是在可控的情況下進行延遲熄火設定的，而上述的發動機延遲熄火現象是一種不可控的影響，這種不可控的影響具有一定的危害性。

1? 組成原理及故障分析

某叉車廠中小噸位空調以往采用的空調電路原理如圖1所示，整車電路為空調提供三根電源線，一根是有ACC鑰匙開關控制的正極，通過熔斷保險后提供給控制面板，作為控制面板及鼓風機工作的電源正極。另一根是有啟動電瓶直接提供的正極，通過熔斷保險之后提供給冷凝風扇繼電器30號腳。其中，繼電器的86引腳為控制正信號端，85引腳為控制負信號端，30引腳為輸入端，87引腳為輸出端。最后一根是電源負極。提供給控制面板電源正極一分為二，一個通過風速檔位后變成不同的風速檔位信號提供給鼓風機成為鼓風機啟動電源正極，另一路成為控制面板工作電源實現空調的控制。鑰匙打開整車啟動后，發動機開始工作帶動壓縮機空轉，整車通電。此時，打開空調風速開關及溫控開關，鼓風機開始運行，面板開關制冷信號通過高低壓開關后提供給冷凝風機繼電器及壓縮機繼電器85號腳，冷凝風機繼電器及壓縮機繼電器銜鐵吸合，冷凝風機得電開始運行及壓縮機離合器得電吸合，壓縮機開始做功，空調開始制冷運行。按圖1所示這種空調原理圖，空調在運行狀態下，關閉鑰匙開關發動機會停止運行，控制面板及鼓風機斷電，壓縮機停止工作后高低壓開關因為系統壓力升高而斷開導致冷凝風扇繼電器銜鐵斷開，冷凝風機逐漸停止運行，但此時鼓風機會由于慣性繼續運行一段時間。

國三以上排放的發動機都是電控發動機，發動機ECM電控單元控制發動機的起動及停止，發動機ECM電控單元得電起動機啟動，斷電發動機熄火。空調運行狀態下，蒸發風機（鼓風機）、壓縮機及冷凝風扇均正常運行。鑰匙開關關閉一瞬間，鼓風機轉子由于慣性會繼續運行一段時間，此時鼓風機相當于一個發電機的作用，轉子在進行切割磁場運動，產生一個電動勢。根據電磁定律，當磁場變化時，附近的導體會產生感應電動勢，其方向符合法拉第定律和楞次定律，與原先加在線圈兩端的電壓正好相反。這個電壓就是反電動勢。此時鼓風機、面板開關、發動機電控單元ECM形成一個閉合回路，鼓風機由于慣性作用而切割磁場產生的反向電動勢產生一個瞬間電流作用于發動機電控單元ECM。此時發動機電控單元ECM依然短時間保持帶電狀態，故發動機無法立即停止。

2? 幾種可行性方案

2.1 接電容器法

接電容的第一種方法可在鼓風機電機兩端并聯一個電容器。電容器的一個特點是通交流阻直流，因此在空調運行時，電容器所在的電路支路處于斷路狀態，電容充電，兩個極板上會存入一定量的電荷，當鑰匙開關斷開一瞬間鼓風機兩端的電壓交變時，由于電容的充電作用導致鼓風機兩端的電壓不能突變，從而保證鼓風機兩端電壓的平穩，從而避免因鼓風機電機電壓突變而產生反電動勢，對發動機ECU造成影響。此方法的缺點是，鼓風機的反向電動勢及電容器的電容、耐壓能力都需要確定，因此具有一定的選型及匹配難度。此方法的優點是，電容器可以在一定程度上穩定整個電路中電器元件開關、調節檔位時候形成的震蕩，避免對敏感電器元件造成不必要的損傷。

在直流電路中，還有另一種更常見方案，即在鼓風機電機正極線路上引出一根線，這根線通過一個電容器之后接地。因容器的一個特點是通交流阻直流，因此在指定流電路中，電容器具有抗干擾的能力。此方案中，電容可以把鼓風機產生的干擾脈沖通過電容導入地下。相對于第一種方法，方案2所述抗干擾能力更佳。

2.2 增加繼電器法

具體方案是，在控制面板（鼓風機風量開關）正極與ACC輸出信號之間加一個中間繼電器，將原來的有ACC輸出信號直接當做鼓風機及面板開關正極電源改成第一繼電器86引腳控制信號輸入，原來的面板開關及鼓風機風量開關電源正極有電瓶B+直接提供。更改后電路原理圖如圖2所示，空調系統電路按照此原理圖情況下，在鑰匙開關斷開后，這個中間繼電器觸點會立即斷開，鼓風機因慣性產生的反電動勢因為缺少閉合回路故產生不了電流，因此對發動機ECU不會產生影響，發動機可立即熄火。

此方法的優點在于，只需增加一組中間繼電器，即可實現阻斷鼓風機電機慣性產生的反電動勢對發動機ECU的影響，簡便快捷。缺點是繼電器會占用一定車體的空間，造成空間較小的小噸位叉車電器排布困難。實際上，由于該廠重裝叉車，空氣排布空間比較充足，采用了大量的繼電器類進行電路控制，因此并未發生風扇、風機類的電器元件開關、調速時對其他電器元件造成影響的案例。

此方法存在一個問題是，感性負載電路中增加的繼電器后，感性負載在斷電時由于電流不能突變，因此會在斷開的兩個觸點之間形成的電弧，這個電弧一方面對觸點造成損壞作用（容易拉成毛刺），一方面影響電路的斷開時間。因此為保險起見、可以結合圖2所示方法嵌套使用，即在增加的這個中間繼電器的87號腳與30號腳之間并聯一個電容器。加上電容后，由于電容兩端電壓不能突變，使觸點兩端的電壓也不能突變，因此就沒有火花形成，其可吸收尖鋒電壓，起到保護觸點的作用和及時斷開電路的作用，防止擊穿。

2.3 串并二極管法

串并聯二極管的方法一共可分為三種方式。第一種方法是在鼓風機電源干路上串聯一個瞬時電流較大的二極管，因為二極管具有單向性這一特征，加上電源的電動勢方向與鼓風機電機產生的反向電動勢方向相反的特點，因此二極管只會允許電源的電流正常通行，也就是空調能夠正常工作，而在空調運行的情況下，斷開鑰匙開關，鼓風風機產生的逆向電動勢無法在有鼓風機、二極管、發動機ECU這個閉合回路總產生電流，因此鼓風機也就不會對發動機ECU造成影響。按圖1所示方法的缺點是，空調啟動、停止、調速等瞬間產生的瞬時電流以及瞬時反電動勢會一直對二極管產生不可避免的沖擊，二極管極易損壞，二極管壽命大大縮短。

第二種方法是，串聯一個瞬時電流比較大的二極管，再串入一個電阻。因空調啟動、停止、調速等瞬間產生的瞬時電流以及瞬時反電動勢會被電阻阻擋一部分。因此方法二算是方法一的一種改進措施。實際上在方案一中，鼓風機在風速檔位1級風速檔位2時，電路中本身就串入了一定阻值得電阻，故此方法對鼓風機風擋在檔位3時優勢更明顯。此方法的缺點是，電路中串入了電阻，多少增加了整車的負載。造成不必要的能源損耗，增加繼電器的方法與之相比，顯得更加節能。

第三種方法是，在鼓風機電機兩端的電源干路上反向并聯一個二極管。空調正常運行情況下，二極管處于斷路狀態。當關閉鑰匙開關一瞬間，鼓風機產生的反向電動勢產生的電流順利通過二極管回到鼓風機，也即鼓風機短路。短路電路比較大，進入鼓風機電樞之后，會形成一個反作用力，是電機轉子很快停下來。相對于增加繼電器法，此方法的缺點是，二極管需要根據電源電壓及鼓風機反向電壓進行選擇。相對于繼電器的選用，二極管的選用具有更高的技術難度。

3? 結論

在工程機械存在感性負載的電路中，這些感性負載電器元件（刮水器電機除外，刮水器自身有一個很大的阻尼能使電機迅速停止運行）在開關瞬間，會對發動機ECU及其他電器元件造成干擾，使發動機延遲熄火、風扇風量瞬時減弱或暫停等問題。

通過本文上述幾種方法分析與對比，得出以下三種可行性方法對存在感性負載的電路其他電器元件進行保護：

①二極管法：第一種方案是，在電機電源兩端反向并聯一個二極管。在二極管及電機形成的這個回路中，當電機產生反電動勢時，電流迅速通過二極管回到電機給電電樞一個極大的反作用力使之迅速停止。第二種方法是，在電機正極電源干路上正向串聯一個瞬時電流較大的二極管，再串入一個5-10歐的電阻，使電機形成的反向電動勢形成不了回路，從而避免影響其他電器元件。

②繼電器—電容法：在電機輸入電源干路正極上增加一組繼電器，繼電器由另一組電路單獨控制，再在繼電器30號腳與87號腳之間并聯一個電容器。繼電器斷開，電機也會斷電，并且使電機處于孤立狀態無法與其他電路形成閉合回路。電容器可以消避免繼電器觸點開合時產生電弧。

③電容法：從電機正極線路上引出一根線，這根線通過一個電容器之后接地，電機產生的脈沖電流及反向電流可通過電容后導入地下，以免干擾其他電器元件。

參考文獻：

[1]張磊.汽車空調的電氣控制器件與技術分析[J].科技視界，2017.

[2]祝捷.電磁閥反向電動勢影響及解決措施[J].閥門，2018-12-25.

[3]宋豪.LPG發動機控制系統抗干擾技術的研究與應用[J].2006-11-01.

[4]徐紅東.電子技術（電工學2）[M].機械工業出版社，2019-03-01.