2013年8月11日 星期日

Taurus 空調冷氣不冷 離合器無結合 怠速時引擎轉速上下起伏 (離合器間歇作用壓力開關故障)

兩週前,於中午大熱天開著 Taurus 駛向北斗鎮,到達目的地時,突然發現冷氣不冷了,然後怠速時,引擎轉速會上下規律起伏。一旦關閉空調,引擎怠速轉速就又恢復穩定。看情形是冷氣系統出問題了,而且似乎應該是冷媒不足的狀況。但是一年前才剛於昱全汽車保養清洗過冷媒系統管路,應該不至於是冷媒不足所導致。

過幾天,我懷疑是否是 CCRM 內的壓縮機離合器繼電器故障導致 (Taurus CCRM 風扇/汽油幫浦/壓縮機離合器/PCM 繼電器總成 ),我翻出了 Andy 小紅牛上拆下的 CCRM 備品。裝上後,空調狀況依舊,引擎怠速時,如果有開啟空調,轉速還是會上下規律起伏。所以我判斷問題不是出在 CCRM 內的壓縮機離合器繼電器。

有次觀察壓縮機離合器狀況時,我發現雖然壓縮機離合器沒有結合動作,但是 CCRM 有機械式繼電器切換的聲響。當使用我原車 CCRM 有採用 SSR 的繼電器時,完全沒有切換聲響,但是換上 Andy 小紅牛的 CCRM 時,便有機械式繼電器切換的聲響產生。而繼電器切換的聲響發生頻率與引擎怠速轉速起伏的頻率相同。

一開始我懷疑是否是壓縮機離合器燒毀。我拿出三用電錶,由 CCRM 的纜線接頭之 Pin 16 & Pin 23 量測之間的阻抗,得到的數值無  3.8 歐姆,數值是正常的,所以壓縮機離合器線圈應該沒問題。為了確認此事,我又拿出跳線將冷媒低壓開關的接頭內的兩隻接腳短路,然後壓縮機離合器就立即結合,車內空調就開始吹出冷氣了。


有兩個感測器會參與壓縮機離合器的結合運作,一個是冷媒低壓循環開關,另一個是冷媒高壓開關。

冷媒系統的管路被壓縮機及節流管隔離為兩個不同的壓力區段,一個是低壓段,一個是高壓段。在空調停止一段時間後,兩個區段的壓力會趨於一致,但這個壓力還是會超過 28 psi。等到空調啟動後,壓縮機開始運作,會將低壓段中的冷媒抽取壓縮送入高壓段,所以高壓段壓力會越來越高,而低壓段壓力會越來越低。但是當低壓段壓力低到一個程度時,空調蒸發器會結冰,降低空調的效率,所以這時候冷媒低壓開關便會產生效力。當低壓段壓力低於 28 psi (因為是機械開關,所以開關本身有公差,開關斷開的時機為 介於 22~28 psi 之間,而不是某一個固定壓力數值) 時,冷媒低壓開關便會切斷線路,讓壓縮機離合器斷開,停止壓縮機的運作,繼而避免蒸發器結冰。之後低壓段的冷媒壓力便會逐漸提高,提高到超過 40 psi (同樣是一個區間 40~47 psi 值,而不是一個固定壓力數值) 時,冷媒低壓開關才會再度結合,讓壓縮機離合器再度結合運轉。然後便這樣一直重複來回,達到避免空調蒸發器結冰的狀況發生。所以這個低壓開關的正式名稱為離合器間歇作用壓力開關 (A/C Cycling Switch)。完整的說明請見 (Taurus 冷媒系統檢測方式 )。

而當引擎散熱系統無法正常運作時,高壓冷媒無法獲得正常降溫時,高壓冷媒的壓力會過高,冷媒高壓開關便會中斷壓縮機離合器的運作,保護壓縮機。

現在我的 Taurus 的問題是在初始啟動之時,空調電腦有試圖啟動壓縮機離合器,CCRM 內的機械式繼電器有作動聲音,但是壓縮機離合器沒有結合的跡象。所以問題應該出在冷媒低壓開關上。

冷媒低壓開關實際上只是一個開關,功能就是讓壓縮機離合器的供電電路 ON 或 OFF 而已,開關本身裝在車上時,如果冷媒壓力足夠,開關就會 ON 導通,所以開關上的兩個接腳應該沒有多大的阻抗。我拿出電錶量測車上有問題的低壓開關之阻抗,得到的數值是 4.4 歐姆,這個數值有點大。

我是這樣推測的,V=IR,12v = I * 3.8 ohms (離合器電磁線圈阻抗),I=3.16Amps, 如果壓縮機離合器的電流最小要有2A,當低壓開關的阻抗提高為 4.4 歐姆時, 12v = I * (3.8 + 4.4)歐姆,則 I=1.46Amps,那可能就不足以讓離合器結合了。


當我用跳線將冷媒低壓開關接頭短路,強制壓縮機離合器結合,則冷媒低壓管路內會有所變化,結果我量到冷媒低壓開關阻抗變成 2.2 ohms。我想這個低壓開關真的有問題了。


我拿出了下面兩顆備用的低壓開關,左邊是 Taurus 用的 F5VH-19E561-AA,右邊是 Mondeo 用的 95BW-19E561-AA。上頭的六角螺帽尺寸為 17mm,於 Taurus 車上,這個開關是鎖在儲液瓶上,但空間很狹隘,必須使用特工才好拆卸。因為儲液瓶上的接口內有氣嘴,所以拆卸低壓開關時,只會洩漏一點點冷媒而已。拆卸過程中,會聽到開關內的金屬彈簧圓盤釋壓的聲響。而安裝開關時,也會聽到開關內的金屬彈簧圓盤受壓的聲響。


因為冷媒低壓開關要裝上管線後,開關才能受壓,此時才能量測導通的線路之間的阻抗有多大。結果我量到的數據是下面的 0.7歐姆,再扣除電錶短路的阻抗為 0.4歐姆,所以我換上的開關阻抗為 0.3歐姆,已經由 4.4歐姆降為 0.3歐姆了。12v = I * (3.8 + 0.3),I=2.92Amps。


開關換上去後,當時大氣溫度約攝氏 29 度,我開啟空調後,壓縮機離合器終於能正常結合了,車內冷氣也會冷了。但是過一陣子,我發現壓縮機離合器的斷開與結合的頻率過高,這個現象是冷媒管線內的冷媒不足的情況 (請見 Taurus 冷媒系統檢測方式 )。因為隔日週末全家要出遊,不能沒有冷氣,趕忙花錢請昱全再幫我的 Taurus 補充一下冷媒。看情形應該是慢速洩漏冷媒,得找時間請昱全阿諾幫我檢查一下哪裡有在洩漏冷媒。

這張左邊白色的插座是 Mondeo 用的開關。右邊為我車上拆下來的開關,開關內油油的,是我先前有在插座內塗抹接點保護劑導致,不是冷凍油。


這張左邊是 Taurus 拆下來的,右邊是 Mondeo 用的開關。


我將壞掉的 Taurus 冷媒低壓開關整個分解。開關作用原理是冷媒通道的冷媒會施壓於密閉膠片,並推動預壓彈簧圓片,然後推動頂針將開關電極頂住,導通線路。預壓彈簧圓片無負載時,會讓開關斷路,也就是頂針沒有受壓,靠開關電極上的彈簧片回彈,所以開關沒有導通。

要將預壓彈簧片擠壓需要比較大的壓力 (40~47 psi),而受壓的彈簧片恢復原狀的壓力小一點 (20~28 psi) 。

將開關電極上的銅片彎折,這才看到電極的表面都已燒蝕,旁邊也出現一些跳火餘燼。這跟機械式繼電器內的接點燒蝕的狀況相同。



這是換上的冷媒低壓開關插座特寫,兩隻針腳的正中央有一個小洞,這個小洞有沒有特殊功能,以後再來研究 (需破壞分解)。

本篇的結論是可以在車上透過量測冷媒低壓開關上的接腳之間的阻抗來判斷開關內的接點阻抗是否過大。另外也可用第一張圖的介紹,將冷媒低壓開關接線短路的方法來測試壓縮機離合器線圈是否正常,不過最好還是要先由 CCRM 線纜接頭上的 Pin 腳先量測離合器線圈的阻抗是否正常。


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2013年8月9日 星期五

Taurus CCRM 風扇/汽油幫浦/壓縮機離合器/PCM 繼電器總成

Taurus 96/97 年份的車子之引擎散熱高速風扇/低速風扇/汽油幫浦/壓縮機離合器/PCM 感測器總電源等相關的五個繼電器全部集合在 CCRM (Constant Control Relay Module) 繼電器盒總成內。這裡的繼電器之正常與否,百分之百會影響車子能否正常運作。

繼電器的功能就是讓 PCM 行車電腦能用小電流控制繼電器,讓需使用大電流的各項電器能由電瓶或發電機直接供電,這樣精密昂貴的 PCM 行車電腦才不會因為各項電器及相關電路損壞而跟著燒壞。繼電器的問題在於長時間使用後,會有接點阻抗過高的問題,請見 DIY 機械式 RELAY 的接點清潔 說明。

當懷疑車子有問題時,這顆 CCRM 要先檢查一下。Ford 可能是認為如果五顆繼電器中有任何一顆快損壞了,那其他四顆的壽命也差不多快完了,所以整個CCRM 模組必須整個換新,這樣可以避免其他四顆繼電器陸續損壞而提高車輛故障與拋錨的機率。先說明一下各繼電器的功能:

<<引擎散熱風扇繼電器>>
Taurus 的引擎散熱風扇有兩顆,但這兩顆是同步連動的,也就是說要嗎就是兩個都會轉,不然就兩個都不轉。如果風扇轉的時候,兩顆風扇的轉速也會一樣,不會一顆是快轉,另一顆慢轉。控制風扇轉動的兩個繼電器都在 CCRM 內。所以當兩顆風扇運轉不同步時,那只是單純有一顆風扇馬達出問題了,繼電器是正常的。

如果風扇要全速運轉時,高速風扇繼電器會導通,將電瓶電力送達兩顆直流風扇馬達。當需要慢速運轉時,低速風扇繼電器會導通,將電瓶電力通過風扇降壓電阻,再送入直流風扇馬達中。風扇降壓電阻有阻抗,與風扇馬達串連後,整個模組的阻抗提高,所以流經風扇馬達的電壓被風扇電阻分壓,流經風扇馬達的電流就變小,風扇轉動的速度也會變慢。

CCRM Pin 17 (LG/P) High Speed Fan Signal From PCM
CCRM Pin 14 (LB) Low Speed Fan Signal From PCM
CCRM Pin 1, 2 (R/O) To Low Speed Electric Cooling Fan
CCRM Pin 6, 7 (GY/R) To High Speed Electric Cooling Fan

風扇繼電器壞了會如何?引擎散熱風扇無法運轉,引擎水溫會逐漸提高,如果車主沒有注意,引擎會沒力,然後過熱自行熄火,嚴重的話,引擎就要大修了。還有一種是繼電器黏窒,導致風扇一直吹,那很快的電瓶電力就會被吃光,無法發動引擎。

<<汽油幫浦繼電器>>
Taurus 汽油幫浦的繼電器,主控汽油幫浦的電力來源。

CCRM Pin 18 (LB/O) Fuel Pump Relay Ground from PCM
CCRM Pin 5 (DG/Y) Inertia Fuel Shutoff To Fuel Pump

汽油幫浦繼電器損壞的話,汽油幫浦無法運轉,引擎沒有燃料供應,引擎無法運轉,就拋錨了。

<<PCM 感測器電源繼電器>>
Taurus 所有 PCM 相關的感測器所需電源皆由此繼電器提供電源。

CCRM Pin 13 (W/LB) Hot In RUN or START from Ignition Switch
CCRM Pin 12, 24 (R) Power to PCM Sensors

PCM 感測器電源繼電器損壞的話,各感測器無法正常運作,PCM 行車電腦無法透過各感測器判斷引擎的控制 (包涵 IAC / IMRC / MAF / HO2S Heater / EVAP 電磁閥 / EGR 電磁閥 / AX4N / 風扇繼電器 等),那車子就無法正常發動,如果發得動,那引擎還是會過熱,變速箱也無法正常換檔。

<<壓縮機離合器繼電器>>
當恆溫空調電腦要命令壓縮機運轉時,便會透過此繼電器將電流餵給壓縮機離合器上的電磁線圈,產生磁力吸引離合器壓板,讓離合器結合,使得引擎帶動的綜合皮帶能連動運轉壓縮機,將低壓氣態冷媒壓縮成高壓氣態冷媒。當接收到油門全開訊號時 (WOT),壓縮機離合器會強制停止運轉,避免壓縮機磨損,並讓引擎大部分出力能保留給變速箱使用。

CCRM Pin 16 (GY/W) Compressor Clutch Ground
CCRM Pin 21 (DG/W) A/C Signal From A/C Clutch Control
CCRM Pin 22 (PK/Y) WOT Cutout Signal From PCM
CCRM Pin 23 (BK/Y) Power To A/C Compressor Clutch Coil

如果壓縮機離合器繼電器故障,那就只是壓縮機無法運作,空調就只有出風量,但是不會冷,也沒有除濕的功能。另一種是繼電器黏窒,導致電路閉合,所以壓縮機會被一直帶轉,而不會間歇跳脫,這樣引擎怠速可能會過低,壓縮機耗損比較快。

我會想要研究 CCRM,就是曾經發生過空調冷氣在大熱天行駛後,停紅燈後開始不冷,引擎轉速會規律起伏,因引擎轉速提速不足,嚴重時甚至導致引擎熄火。網路上搜尋到有網友發現 CCRM 內的壓縮機離合器繼電器的腳位焊點脫焊,所以我才打算分解 CCRM 看看有沒有異常的地方,不過後來證實不是 CCRM 導致。

CCRM 是一個小黑盒子,位於車頭電瓶座與引擎蓋開啟警示開關之間。拆卸時,要用 5mm 的套筒,如下圖中,用小棘輪扳手將線纜接頭上的固定螺絲轉鬆。

CCRM 黑盒子的線纜接頭固定螺絲拆鬆後,便可將彈簧扣解開,並取出 CCRM。

CCRM 的線纜接頭的針腳有很大的功用,例如要查詢汽油幫浦馬達的電路是否故障,只要用三用電錶量測 CCRM Pin 5 相對應的線纜接頭針腳跟電瓶接地之間的阻抗大小,阻抗如果沒有低於10歐姆大概就有問題了。

同樣的,要知道壓縮機上的離合器線圈正不正常,可以量測 CCRM Pin 16 及 Pin 23 的相對針腳之間的阻抗,如果高於 5 歐姆或斷路大概就有問題了。或者量到 0 歐姆短路,一樣有問題,這時應該有保險絲會燒斷。我的 Taruus 壓縮機離合器線圈量到的阻抗為 3.8 歐姆。這張是 CCRM 上的插座腳位編號。

因黑盒子金屬外殼是用鉚釘結合,要用電鑽及適當的鑽頭將鉚釘鑽除,才能開啟黑盒子。外殼有兩顆鉚釘固定,而機板與底座有另外兩顆鉚釘固定。

我開啟外殼及底座後,檢查各零件固定機板位置,完全沒有過熱燒焦及腳位脫焊的狀況,看來這次兇手不是 CCRM 內的零件。

下面是我原車上的 CCRM,有次車子發不動,曾經懷疑是否是汽油幫浦繼電器問題,拆卸量測結果正常。後來證實是 CKP 線纜破皮導致,請參考 (Taurus No Spark No Start - CKP Crank Position Sensor 曲柄軸位置感知器訊號問題導致引擎無法發動)。


這張是與小紅牛上的 CCRM 一樣的零件配置,上下兩張圖中最大差異是壓縮機離合器繼電器部份,上圖是 Solid State 繼電器配置 (使用電晶體當電路開關),下圖是機械式繼電器配置。 空調電腦控制壓縮機離合器結合時,SSR繼電器沒有任何聲響,但是機械式的繼電器則會發出金屬片敲擊的聲響。

福特 Taurus LX 進口車在 96 ~ 97 年份都有這顆 CCRM 的配置,CCRM黑盒外蓋有一張標籤紙標示一個大英文字母,我的車好像是  R,這個字母標示 CCRM 內部的組件功能,也就是說如果要換新的 CCRM 或者找二手的 CCRM 時,必須更換相同字母的 CCRM。原廠料號為  F6SF-12B577-AA。
紅色箭頭處為外殼鉚釘固定處。

這張是 CCRM 機板背面。

檢查背面機板有無過熱烤焦狀況,檢查各繼電器腳位於機板上的焊點是否有脫焊狀況。這張是汽油幫浦繼電器的四個接腳焊點狀況,沒有什麼問題。

這個 CCRM 總成在 www.RockAuto.com 上的零件分類為 Electronical-Switch & Relay,名稱為 A/C Compressor Relay,價格為 US$102.99 空運台灣運費要US$31.77,嚴格說起來價格不貴,台灣福特原廠的報價如果不優,網友可以考慮由 RockAuto 買。

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