汽車發(fā)動機冷卻風扇控制技術

1、汽車發(fā)動機冷卻風扇控制技術評析0 引言汽車發(fā)動機在高溫工作環(huán)境下必須得到適度的冷卻，以使其保持在適宜的溫度下工作， 才能滿足發(fā)動機良好的工作性能、耐久性和廢氣排放的要求。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)在此起著關 鍵作用。而發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的控制技術，主要就是冷卻風扇的控制技術。如何以最低的成 本、最低的功耗，最好地完成發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的冷卻任務，冷卻風扇控制技術值得深入的 研究分析。1 冷卻風扇控制技術分類汽車發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)有空氣冷卻和液體冷卻2 種形式。目前最常用的是液體冷卻。即用于冷卻的液體經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng)，再通過散熱器散熱來使發(fā)動機降溫，冷卻風扇用來給散 熱器通過風速強制補風，以滿足發(fā)動機適度冷卻的需要。從冷

2、卻風扇工作形式來看，冷卻風扇的控制方式有 3 種：一是適用于大型車輛和重型 車輛的機械驅(qū)動控制方式； - 是與發(fā)動機 ECU 無關、環(huán)境參數(shù)獨自監(jiān)控的自控電動控制方 式；三是綜合發(fā)動機、空調(diào)、壓縮機、車速等多種參數(shù)信息的綜合型智能控制方式。前者 主要是利用機械傳動原理?；蛴冒l(fā)動機曲軸直接帶動，或由發(fā)動機皮帶帶動冷卻風扇；后 兩者才體現(xiàn)了真正意義上的發(fā)動機冷卻風扇控制技術。從冷卻風扇驅(qū)動控制模塊來看，冷卻風扇的控制技術可分為兩大類，一是集中于發(fā)動 機動力系統(tǒng)控制模塊控制的集中式控制；二是獨立于發(fā)動機外或與發(fā)動機有通訊聯(lián)系的分 體式控制。集中式控制，即指冷卻風扇的控制由兼有發(fā)動機的噴油、點火、排放

3、、空調(diào)、 冷卻風扇等多種控制功能的發(fā)動機動力總成控制模塊執(zhí)行。由它統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度，來保障發(fā) 動機良好的動力性、經(jīng)濟性、排放性。分體式控制，即指脫離了發(fā)動機，由外部的電子控 制模塊來完成驅(qū)動風扇，以達到冷卻系統(tǒng)使發(fā)動機適度冷卻的目的。這個外部的電子控制 模塊就是我們所謂發(fā)動機冷卻風扇控制器。各種風扇控制類型、控制技術各有特點。大汽車廠商根據(jù)不同情況各取所需，因而目 前各種控制技術種類并存。2冷卻風扇控制技術評析2.1集中式控制類型 發(fā)動機動力系統(tǒng)控制模塊典型例子是美國通用系列轎車，如賽歐、別克基本型，東風神龍的畢加索、塞納也是 如此將冷卻風扇的控制集成在其中發(fā)動機動力系統(tǒng)控制模塊 (PCM 中。對

4、環(huán)境溫度、空調(diào) 壓縮機壓力，冷卻液溫度，進氣溫度等傳感器信號進行采樣以控制外部功率繼電器，從而 控制高和低速兩個風扇。安裝位置：在空氣濾清器中，離冷卻風扇較遠。 特點和評析：采樣信息多，便于智能化控制和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。只能控制兩個同定風速。PCM 負荷工作任務量大，時效性比分體式差。2.2分體式控制類型一2.2.1 單純繼電器控制電路冷卻風沏控制器J2 -n 4*Fia熱敵開關29調(diào)AFI空iL風機卻電圖1帕薩特B5冷卻風扇控制器工作電路圏如圖1所示為早期汽車通用的冷卻風扇控制器（近期中高檔汽車如帕薩特B5也有使用。工作原理：當冷卻液溫度或打開空調(diào)后空調(diào)壓力超過規(guī)定的限值時，溫度開關或空調(diào) 壓力

5、開關接通，控制兒、J2繼電器工作，驅(qū)動風扇電機使冷卻風扇工作。特點和評析：自控電動控制方式，線路簡單實用，成本低，易維修。但遠離風扇，線 束長。只能控制兩個固定風速。對風扇電機沒有保護功能。222邏輯電路加繼電器集成式控制器如圖2所示，為上海大眾波羅冷卻風扇控制電路電原理圖。兩個大功率繼電器和與門 電路（或延時電路 集中在一起，組成一個獨立結(jié)構(gòu)。繼電器工作與否也受控于外部冷卻液 溫度開關和空調(diào)壓力開關。KI和1（2端分別接監(jiān)測冷卻液的溫度兩個熱敏開關，熱敏開關1的動作溫度為92 97C,控制輔助風扇，熱敏開關2的動作溫度為99-105 C,接主風扇。MOTI、MOT2與空制器相連，壓力或壓縮機

6、工作時，風扇會進行必要的工作。當熱敏開關 I或MOTI接收到相應超限信號時，啟動低速輔助風扇。熱敏開關2或MOT2接收到相應超限信號時，啟動高速主風扇。REL2RELI386bK2 Mot2 230a86b 3Ki Moll 130b波羅冷卻風扇控制器電原理圖特點和評析：自控電動控制方式，直接安裝于風扇附近，散熱好；線路簡單、線束少， 易維修。只能控制兩級個固定風速；用于密封強制循環(huán)式發(fā)動機冷卻系統(tǒng)。對產(chǎn)品的工作 溫度要求較高，從 70 C提高到110 C,另外對水密封性和防塵都有更高的要求，綜合成本 較高。電路對風扇電機沒有保護功能。2. 2. 3智能芯片與繼電器分離式控制電路代表產(chǎn)品是用于

7、金杯海獅、金龍海獅柴油車和北汽福田蒙派克車的上海滬工公司產(chǎn)品系列。工 作原理如圖3所示，控制器采樣水溫傳感器Rt信號，當溫度8030C時，控制繼電器J1動作，動風扇低速運行；當溫度85 95C時，控制繼電器 J2動作，驅(qū)動風扇高速運行。當冷卻液溫度于相應溫度時，依次由高速降到低速至停止。特點和評析：自控電動控制方式，核心芯片是單片機，控制電路與繼電器分離，單端口信 號采樣、雙路風扇固定風速控制輸出。控制電路簡潔，因為遠離繼電器和冷卻風扇，電磁 兼容的效果較好。但采樣信息少，能耗控制未予考慮。電路對風扇電機沒有保護功能。2. 2. 4智能芯片加繼電器集成式控制電路典型產(chǎn)品是用于 BroraA4車

8、的HG4948風扇控制器。其電路特點是：在自控電動控制方式二結(jié)構(gòu)上增加單片機等電子器件。多端口信號 采樣；輸出端，除主、輔雙風扇控制外，還控制空調(diào)電磁離合器和冷卻水泵，與發(fā)動機ECU有單線雙向通訊端口 (BIDI，負責向發(fā)動機通知空調(diào)電離合器的工作狀況及判斷風扇 控制器是否應該啟動電磁離合器。輸入信號有空調(diào)壓縮機的壓力傳感器(PWM信號、外界溫度傳感器(NTC、水溫信號、機溫度開關、空調(diào)開關等，這些都是發(fā)動機系統(tǒng)必不 可少的控制信號，經(jīng)單片機處理，分別根據(jù)不同的壓力條件、溫度條件，使主風扇、輔風 扇、空調(diào)電磁離合器和冷卻水泵進行有序的工作，風扇啟動其外圍電路見圖4。這種冷卻風扇控制器是雙風扇固

9、定轉(zhuǎn)速控制技術的最高形式。點火f 裝呎 蓄電池連接發(fā)動機WPMT22M曰30匕 曰30違亠水泵T4 BID電磁T一衿卻巫軽制器UH氐速和高速型冷卻城劃圖4 Brora A4的冷卻風扇控制外圍電路評析：綜合型智能控制和自控電動控制的邊緣方式，采樣信息多，智能化控制程度高； 風扇軟啟動方式，提高了風扇的工作壽命。安裝在冷卻風扇附近，散熱較好。但對水密封 性和防塵都有更高的要求，綜合成本較高2. 2. 5早期PWM脈寬調(diào)制輸出的控制電路 外圍電路如圖5所示。典型例子是用于帕薩特B5/V6車型的冷卻風扇控制器。b1CJIRda 315早期PWM控制器外圍電路特點和評析：風扇轉(zhuǎn)速不再是前幾種繼電器閉合后

10、的固定速度，而是采用PWM脈寬調(diào)制技術，20Hz頻率下占空比可變的四種速度，雖然是單風扇，卻可以根據(jù)水溫和空調(diào)壓縮 機壓力情況實現(xiàn)四種強制補風能力，使冷卻效率大大增加。用功率MOS管取代了繼電器來驅(qū)動風扇。提高了工作可靠性和工作耐久性。具有短路、過載堵轉(zhuǎn)等保護功能。 因為有固定頻率震蕩脈沖，對外的電磁騷擾加劇，須采取一定的抑制措施。2. 2. 6改進后的PWM脈寬調(diào)制輸出方式的控制電路典型產(chǎn)品是用于一汽大眾奧迪轎車的冷卻風扇控制器，雙風扇驅(qū)動模式。圖6是其外部電路示意圖。安裝在發(fā)動機艙的冷卻風扇上。與早期不同，改進后 PWM控制器與發(fā)動機 ECU緊密相關，發(fā)動機 ECU在采樣分析冷卻 系統(tǒng)的溫

11、度、壓力等綜合信號后處理成PWM信號給冷卻風扇控制器，冷卻風扇控制器再輸出相應占空比的 PWM脈沖信號驅(qū)動風扇，使風扇在一定范圍內(nèi)可以無級調(diào)速。改進后PWM控制器控制兩個風扇輸出情況不同，在輸入信號占空比 :2009, (7引用次數(shù)：0次參考文獻(3條1. Q/YXRD 103-2003.HG4948 冷卻風扇控制器 20032. TL 82166-MAR 2003.汽車電子零件的電磁兼容性 -輻射干擾20033. TL 965-Oct 2004.瞬時干擾要求 2004學位論文 楊文霞項目機械電液混合驅(qū)動冷卻系統(tǒng)液壓驅(qū)動裝置的研究2008當前項目機械冷卻系統(tǒng)風扇主要是采用了曲軸前端皮帶輪的定傳

12、動比驅(qū)動，且同一冷卻 風扇同時擔負著發(fā)動機的散熱任務和液力變矩器液壓油的散 熱任務，散熱強度極大。這種驅(qū)動方式使項目機械發(fā)動機起動轉(zhuǎn)矩大、預熱時間長、低速 大負荷時冷卻不足、高速中小負荷時冷卻能力過剩，從而造成 發(fā)動機冷卻不合理、風扇耗能較大，降低了發(fā)動機的動力輸出效率，而且風扇安裝位置受 限，工作噪聲大。針對此問題，設計了電液混合驅(qū)動冷卻系統(tǒng)，將原冷卻系統(tǒng)分成發(fā)動機冷卻系統(tǒng)和液壓 油冷卻系統(tǒng)兩個相對獨立的部分，兩部分冷卻系統(tǒng)通過同一 單片機進行智能控制。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)風扇采用了液壓驅(qū)動方式實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)， 由單片機根據(jù)水溫信號控制溢流閥的溢流量來控制風扇轉(zhuǎn)速；液壓油冷卻系統(tǒng)風扇采用了電

13、機驅(qū)動，由單片機根據(jù)液壓油的溫度信號控制電機的起停 來控制風扇轉(zhuǎn)速。兩種風扇分別根據(jù)不同的冷卻要求，獨立工作。 本文對電液混合驅(qū)動冷卻系統(tǒng)的工作原理作了詳細論述，并在以往實驗的基礎上對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)液壓驅(qū)動裝置的熱力學參數(shù)和主要液壓元件參數(shù)作了重新選擇；擬定匹配的發(fā)動機是額定功率為45 kW的R4105T型柴油機，以此為樣機對發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的風扇和散熱器、液壓驅(qū)動裝置的各元件和各管 件及電磁比例溢流閥進行了重新選型，并完成了冷卻風扇與散熱器及系統(tǒng)的匹配設計；鑒 于實驗條件的限制設計了電動水泵，由單片機根據(jù)冷卻液的溫 度信號控制伺服電動機的啟停來控制發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的水循環(huán)，改善了以往實驗中冷卻水 泵未實現(xiàn)水循環(huán)的弊端；根據(jù)對電液比例控制回路的理論分析 ，確定了電液比例調(diào)壓回路的循環(huán)形式-無級調(diào)壓回路；最后，在 CLG81