另类汽修:硬核的空调离合器维修经验分享

先来科谱一下,燃油车不单发动机有离合器,空调的压缩机也有离合器,开关空调就通过电磁离合器的吸合与断开来实现的。如果不知道它在哪里,请看下图,一个有大皮带轮,端面有些奇特,它连接的总成上接了2条大管,通常与发电机共用皮带,这个皮带轮组件就是离合器。

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本文主要讨论自用自修的空调SD6V12的离合器,所以不一定适用其它机型,但原理还是很多通用的。

结构

如下图,红色框内的就是电磁离合器,主要由吸盘/衔铁(Armature),皮带轮/转子(Rotor),线圈(Coil),以及一些螺母、调整垫片与轴用卡簧组成。

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压缩机总成结构图

国内2大汽车论坛有一些DIY达人分享了离合器维修经验,以线圈损坏更换为主。作者离合器在4年多10万公里时烧了线圈,按国内论坛的做法,自行更换了线圈之后,再开3年5万公里又烧了。没有了空调,热都是其次,可以开窗,最怕是下雨天,车内起雾。

作为一个DIYer,特别是知道的东西多了之后,就发现这故障还是只能自己修。

只能自己修的原因

这只适用于作者本人,或者有专业知识基础的人。

  1. 更换线圈需要不少专业工具,这些不是汽修工具,而是机械工具,需要测量尺寸出图纸定制的,如是轴承安装工具、三爪拉马用轴保护套等,一般汽修店不配备或者人员不懂。
  2. 售后市场没有原厂配件卖,原厂线圈除了生成磁场让离合器吸合外,还带有续流二极管与温度保险丝,这2大保护功能非常重要,而且只有外国论坛提及,还有国内个别专业厂家提及。副厂知道2大保护功能,但就是不做,需批量订制,可以理解为副厂也没有经验、或者不保成熟。副厂压缩机总成可能会带续流二极管,但很可能没有温度保险丝。
  3. 维修人员的知识不足,他们无法维修到原车级别,例如汽车专用轴用挡圈(卡簧)的方向问题、压缩机内部结构、摩擦材料、线圈的保护功能等。
  4. 店里基本不会等冷车才操作,当然车主能要求,但可行性太低,到店很快就施工,工位时间就是钱。
  5. 能单独换线圈的店难找,相当多会换总成,会破坏系统的密封性,空调系统放过冷媒再抽真空,厂外基本无法抽出厂内的效果,更加不用说维修的清洁度难以保证了。不到万不得已,作者是绝对不会主动破坏系统密封性的。本来系统坏的是外围,反而去破坏密封性,得不偿失。本来40~60元的零件,强行变成2000+,还破坏原系统的密封性。打个比喻,有人会为了治甲沟炎,去截肢再移植吗?在医疗界会被骂死,但在汽修行业真的是常态。
  6. 找到可以单独换线圈的店,但老板说皮带轮拉出来时容易拉烂挡圈槽,所以需要将压缩机拆出来。翻译成人话:我拉皮带轮的工具与手法太差了,偏差太大,强行将轴承座上的挡圈槽拉烂了,压缩机就报废了。为了不报废压缩机,需要拆出压缩机,放正再拉,但是破坏了系统的密封性。这维修条件,轴承安装工具我想是不会存在的,还多收安装与灌注冷媒费。
  7. 店里没有设备可以监测离合器是否吸合良好,是否打滑。这个在外国应该也极难有,但作者有办法。

技术细节

  • 离合器线圈为什么烧坏:
    • 主要原因是离合器打滑导致高温使线圈的温度保险线烧坏,如果没有温度保险线,就烧坏漆包线最后电流超车裁保险丝的值,最后烧车载保险丝。离合器打滑的高温不单危及线圈,还有压缩机的油封与之空调发电机皮带,所以线圈中的温度保险丝其实是保护压缩机与皮带的。
    • 继电器触点接触不良,导致线圈电压低离合器吸合力不够从而打滑。下图是经历了没有二极管的线圈的继电器,触点有些发黑,暂时压降还算正常。
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继电器触点周边发黑了
    • 如果线圈没有续流二极管,每次关空调时都会产生高压,长期会损坏继电器触点导致第2点原因。或者它产生的高压对自身的漆包线的绝缘性能也是有损的。没有续流二极管对车内用电器,特别是外加的电子设备如行车记录仪影响较大,可能会导致死机之类的几乎找不出原因的故障。
    • 原厂的线圈的温度保险丝动作温度约为187摄氏度,而漆包线耐温更高,所以先烧断温度保险丝,车载保险丝还是完好的;作者购买的副厂线圈据了解漆包线而温180摄氏度,不知道是否准确,但有利用短路烧车载保险丝来代替温度保险丝的意思。
  • 轴承安装工具:在机械厂工作的人都知道轴承安装的方法,常用液压或者锤打敲入,但都需要专门尺寸的轴承安装套,将压力均匀施加在应该加的轴承外圈或内圈上。轴承尺寸太多位置各样,汽修店是不会配备足够的轴承安装套的,汽修店做法大多会是加块木板保护就将整个皮带轮敲进去。手法好的能敲进去,但也是有问题的,因为这样施力在轴承外圈,经过钢球才作用在内圈,钢球受过冲击,怎样都是不好的,容易制成本来顺畅的轴承变成轻微卡顿。另外敲击的平面是离合器工作面,是需要保护的,这操作原则上是错误的。
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自己设计的轴承敲入工具
  • 皮带轮的拉出方法:第一次维修时,使用三爪拉马顶着压缩机的轴从而拉出皮带轮,事后发现压缩机的轴变得比拆之前紧了很多,但不发生都发生了,只能继续试,暂未发现问题。这次第二次维修,一定要核实好轴的问题,否则再顶可能压缩要就报废了。为此问题查了大量外国资料,从这种摆盘式压缩机的结构图、结构示意图都能发现轴是用弹簧顶住的,如果顶了轴,轴会住回缩,并非轴先缩到弹簧极限,而是活塞先到极限,理论是顶轴这事是错误的。为核实此事,作者多次联系三电但未得到回复,从三电的手册中,只了解到他们使用一个叫shaft protector的东西加在顶丝之前,但作用在轴上还是压缩机壳体上完全不能体现出来;后来找了淘宝多个维修压缩机的店咨询,都说是直接顶着轴拉皮带轮的。后来找到部分外国资料说不能顶轴,要顶压缩机的壳体,但没有说具体原因;最终找国内4家自主品牌的汽车空调厂,只有一家接电话,明确告诉是活塞先到极限,不能顶轴!终于敲定了这问题的答案了,制作了下图的专用工具来顶壳体。这算是离合器维修的核实技术之一,相信除了空调厂的人懂之外,难找其它人懂。外国人是这样做的 bernardembden.com/xjs/c
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不能顶轴
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顶轴是错的
  • 间隙调整:吸盘的安装端面与轴的台阶之间是配有一个垫片的,原车厚度0.7mm,但离合器磨损之后,就需要更加薄的垫片来将吸盘与皮带轮的间隙恢复到正常值。间隙调整是关键步骤,但汽修厂基本无法实现。作者买的副厂总成调整垫片内圈过大,厚度大,只能用一片,间隙没有调节能力,装成多少就是多少。如果是旧总成,原来已经有磨损,间隙变大了,不能再使用原有垫片,就需要订制指定厚度的垫片,为了能准确的调整到合理值的低值(为了减少吸力不足导致打滑),作者订制了多个0.1mm厚度的垫片叠加使用。因为压缩机尺寸问题,内孔直径11.6mm,大了会让这薄垫片有被压翻边的可能,所以只能订制,而本地的激光切割店都没有这厚度的材料,后来还是在淘宝花巨资订制了~相信汽修店是不可能订制垫片的,周期与成本都解释不了,懂的师傅可能会直接打磨吸盘的安装端面,一般这样打磨得不水平,间隙就变成不均匀了,这还是个不断拆装调试的活,工时远比加减垫片大,相信没有师傅愿意,搞不好还产生肉眼可见的不均匀间隙或者打磨过多了。当然原厂的吸盘的安装端面是非常特别的,不应该被打磨,下边再讲解。
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调整垫片位置
  • 除油:如果更换整套离合器,最好使用清洁剂去除摩擦面的防锈油,这样有利于吸合良好,但不要影响到轴承的润滑,成分不要损坏树脂基或者橡胶基的摩擦材料。轴承内圈带油利于安装,别去除。本次维修买到的总成的摩擦材料是微高于金属端面的,整批副厂货都这样,但不知原厂的是不是这样,也就是说即使不清除防锈油也能产生较大的摩擦力,但不能很好地发挥。作者没有更换总成,只更换了线圈。
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摩擦面,橘色的是树脂基摩擦材料,白色点是金属颗粒
  • 轴用挡圈与它的槽:离合器使用的2个不同大小的轴用挡圈,都有方向性,如图。小挡圈内孔有倒角,对应的槽没有斜面,能实现轴承0间隙卡紧,如果反装,是装不进的或者卡不紧的;大挡圈内也没有倒角,但有冲压圆滑的边缘,对应的槽有斜面,圆滑边接触斜面,实现线圈0间隙卡紧,如果反装,有可能因不顺滑而卡不紧。安装小挡圈时注意别用尖锐往里面推,用大端面的工具,以免失手损坏轴承防尘圈。安装装注意清洁挡圈与槽内的异物,一般都有锈或者油泥的。
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轴承的小挡圈
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线圈的大挡圈
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小挡圈的倒角
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轴颈
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轴颈的挡圈槽
  • Burnishing:新的离合器总成如果需要开始就工作在大负载,需要按一定的规则进行Burnishing。但它的操作方法有多种版本,看自己需要与判断了。(Burnishing involves cycling the clutch at a reduced speed not more than 4 times per minute so the surfaces can mate together. In most applications, 20-50 cycles are required for burnishing.) ogura-clutch.com/pto-bu
  • 香蕉槽:皮带轮与吸盘的工作面上,都有一些香蕉槽,作用是产生下图的磁通路径,以产生足够的吸力。在空间允许下,香蕉槽将工作面分成更多圈的同心圆,就能有更大力吸力
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香蕉槽
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磁通路径
  • 吸盘变形:第一次维修离合器时,就发现吸盘变形,表现为外圈的3个叶片弹簧连接点上有明显锈迹。生锈是因为离合器吸合后生锈的位置没有贴紧,而是有间隙,原因可能是更早之前离合器出现过打滑,生产高温使原来平整的吸盘被叶片弹簧拉弯了,从此连接处不再参与摩擦。变形可能通过透光縫试验看出来,也可以用塞尺。考虑它是个原装件,而且之前一直带病也能工作,暂且继续使用它,去除了表面的锈让吸合更加可靠。
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变形的吸盘
  • 原厂与副厂的离合器区别:
    • 国内找不到带二极管与温度保护的副厂线圈。二极管能自己加,但温度保护就难了。
    • 原厂的线圈重0.765KG,副厂重0.680KG,这已经是能买到最重的了。
    • 原厂的线圈环氧树脂填充饱满,但副厂的参差不齐。
    • 原厂的接头里面的插片厚于副厂,接头塑料质量更好。
    • 原厂电线外加的PVC护套使用多年后没有变硬变脆,但副厂的会。
    • 原厂使用的轴承是正规厂的,副厂使用的可能是山寨品牌,虽然用手感觉不出来,但相信质量有区别。
    • 原厂的吸盘的端面不是车出来的,而是根据叶片弹簧安装后,根据吸盘表面进行加工,尽量做到端面与吸盘表面平行,如图,原厂的加工痕迹是放射状的,副厂的是普通车制,可能会因为弹簧装配偏差大而导致端面与吸合面的平行度较差。
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原厂的吸盘端面
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副厂的车制端面
    • 原厂的吸盘的安装处是铝合金的,与压缩机的钢轴配对,不会因生锈而卡死;副厂的是铁电镀锌的,可能会生锈,后续拆出会有困难,吸盘并没有使用拉马的空间,也不适合强行拉出。
  • 打滑检测:检测离合器是否打滑,最有效的方法就是用频率闪仪。在皮带轮与吸盘上做好标记,使用频闪仪对标记进行观察,看是否会产生相对运动。因为发动机的转速不是恒定的,有一定的波动,所以看到的标记会跳来跳去。大体上没有相对运动就行。
离合器打滑检测

线圈的改造:因为买回来的副厂线圈没有续流二极管与温度保险丝,作者决定自行增加。二极管使用大电流的肖特基二极管,焊在电线上;温度保险丝改用温控开关,串联在线圈的负线端,即使电线破了皮也不会发生正极对地短路。使用导热硅胶将温控开关固定在线圈外壳上,与压缩机外壳不接触。对于温控开关的加装,作者只是做尝试不建议效仿,因为空间小,无法实现非常可行的固定,发动机震动厉害,使用的粘胶的可靠性有待时间验证。同时,发动机的振动是否会影响开关的触点,双金属片疲劳等,都是未知数,虽然有厂家说对触点与双金属片无影响。

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固线后
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线圈加装
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温控开关

好了,时间限制。暂时分享这么多,如有需要了解更多,可以评论或者私信,谢谢!

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