汽车发动机冷却风扇控制技术7007.docx

汽车发动机冷却却风扇控制技技术评析0 引言汽车发动机在高高温工作环境境下必须得到到适度的冷却却，以使其保保持在适宜的的温度下工作作，才能满足足发动机良好好的工作性能能、耐久性和和废气排放的的要求。发动动机冷却系统统在此起着关关键作用。而而发动机冷却却系统的控制制技术，主要要就是冷却风风扇的控制技技术。如何以以最低的成本本、最低的功功耗，最好地地完成发动机机冷却系统的的冷却任务，冷冷却风扇控制制技术值得深深入的研究分分析。1 冷却风扇控控制技术分类类汽车发动机的冷冷却系统有空空气冷却和液液体冷却2种形式。目目前最常用的的是液体冷却却。即用于冷冷却的液体经经过循环系统统，再通过散散热器散热来来使发动机降降温，冷却风风扇用来给散散热器通过风风速强制补风风，以满足发发动机适度冷冷却的需要。从冷却风扇工作作形式来看，冷冷却风扇的控控制方式有33种：一是适适用于大型车车辆和重型车车辆的机械驱驱动控制方式式；-是与发动动机ECU无关、环环境参数独自自监控的自控控电动控制方方式；三是综综合发动机、空空调、压缩机机、车速等多多种参数信息息的综合型智智能控制方式式。前者主要要是利用机械械传动原理。或或用发动机曲曲轴直接带动动，或由发动动机皮带带动动冷却风扇；后两者才体体现了真正意意义上的发动动机冷却风扇扇控制技术。从冷却风扇驱动动控制模块来来看，冷却风风扇的控制技技术可分为两两大类，一是是集中于发动动机动力系统统控制模块控控制的集中式式控制；二是是独立于发动动机外或与发发动机有通讯讯联系的分体体式控制。集集中式控制，即即指冷却风扇扇的控制由兼兼有发动机的的喷油、点火火、排放、空空调、冷却风风扇等多种控控制功能的发发动机动力总总成控制模块块执行。由它它统一协调调调度，来保障障发动机良好好的动力性、经经济性、排放放性。分体式式控制，即指指脱离了发动动机，由外部部的电子控制制模块来完成成驱动风扇，以以达到冷却系系统使发动机机适度冷却的的目的。这个个外部的电子子控制模块就就是我们所谓谓发动机冷却却风扇控制器器。各种风扇控制类类型、控制技技术各有特点点。大汽车厂厂商根据不同同情况各取所所需，因而目目前各种控制制技术种类并并存。2 冷却风扇控控制技术评析析2.1集中式控控制类型发动机动力力系统控制模模块典型例子是美国国通用系列轿轿车，如赛欧欧、别克基本本型，东风神神龙的毕加索索、塞纳也是是如此将冷却却风扇的控制制集成在其中中发动机动力力系统控制模模块(PCMM)中。对环环境温度、空空调压缩机压压力，冷却液液温度，进气气温度等传感感器信号进行行采样以控制制外部功率继继电器，从而而控制高和低低速两个风扇扇。安装位置：在空空气滤清器中中，离冷却风风扇较远。特点和评析：采采样信息多，便便于智能化控控制和统一协协调管理。只只能控制两个个同定风速。PCM负荷工作任务量大，时效性比分体式差。2.2分体式控控制类型一2.2.1单纯纯继电器控制制电路如图1所示为早早期汽车通用用的冷却风扇扇控制器(近期中高档档汽车如帕萨萨特B5也有使用用)。工作原理：当冷冷却液温度或或打开空调后后空调压力超超过规定的限限值时，温度度开关或空调调压力开关接接通，控制儿儿、J2继电器工工作，驱动风风扇电机使冷冷却风扇工作作。特点和评析：自自控电动控制制方式，线路路简单实用，成成本低，易维维修。但远离离风扇，线束束长。只能控控制两个固定定风速。对风风扇电机没有有保护功能。2.2.2 逻逻辑电路加继继电器集成式式控制器如图2所示，为为上海大众波波罗冷却风扇扇控制电路电电原理图。两两个大功率继继电器和与门门电路(或延时电路路)集中在一起起，组成一个个独立结构。继继电器工作与与否也受控于于外部冷却液液温度开关和和空调压力开开关。Kl和l(2端分别别接监测冷却却液的温度两两个热敏开关关，热敏开关关1的动作温度度为92997，控制辅助助风扇，热敏敏开关2的动作温度度为99-105 ，接主风扇。MOTl、MOT2与空空制器相连，压压力或压缩机机工作时，风风扇会进行必必要的工作。当当热敏开关II或MOTl接收收到相应超限限信号时，启启动低速辅助助风扇。热敏敏开关2或MOT2接收收到相应超限限信号时，启启动高速主风风扇。   特点和评评析：自控电电动控制方式式，直接安装装于风扇附近近，散热好；线路简单、线线束少，易维维修。只能控控制两级个固定风速；用于密封强强制循环式发发动机冷却系系统。对产品品的工作温度度要求较高，从从70提高到1100，另外对水水密封性和防防尘都有更高高的要求，综综合成本较高高。电路对风风扇电机没有有保护功能。223智能芯片与继电器分离式控制电路    代表产品是用于金杯海狮、金龙海狮柴油车和北汽福田蒙派克车的上海沪工公司产品系列。工作原理如图3所示，控制器采样水温传感器Rt信号，当温度80±30C时，控制继电器J1动作，动风扇低速运行；当温度8595时，控制继电器J2动作，驱动风扇高速运行。当冷却液温度于相应温度时，依次由高速降到低速至停止。 特点和评析：自控电动控控制方式，核核心芯片是单单片机，控制制电路与继电电器分离，单单端口信号采采样、双路风风扇固定风速速控制输出。控控制电路简洁洁，由于远离离继电器和冷冷却风扇，电电磁兼容的效效果较好。但但采样信息少少，能耗控制制未予考虑。电路路对风扇电机机没有保护功功能。224智能芯片加加继电器集成成式控制电路路    典型型产品是用于于BroraaA4车的HG49948风扇控控制器。其电电路特点是：在自控电动动控制方式二二结构上增加加单片机等电电子器件。多多端口信号采采样；输出端端，除主、辅辅双风扇控制制外，还控制制空调电磁离离合器和冷却却水泵，与发发动机ECUU有单线双向向通讯端口(BIDI)，负责向发发动机通知空空调电离合器器的工作状况况及判断风扇扇控制器是否否应该启动电电磁离合器。     输入信号有空调压缩机的压力传感器(PWM信号)、外界温度传感器(NTC)、水温信号、机温度开关、空调开关等，这些都是发动机系统必不可少的控制信号，经单片机处理，分别根据不同的压力条件、温度条件，使主风扇、辅风扇、空调电磁离合器和冷却水泵进行有序的工作，风扇启动其外围电路见图4。这种冷却风扇控制器是双风扇固定转速控制技术的最高形式。   评析：综综合型智能控控制和自控电电动控制的边边缘方式，采采样信息多，智智能化控制程程度高；风扇扇软启动方式，提提高了风扇的的工作寿命。安安装在冷却风风扇附近，散散热较好。但但对水密封性性和防尘都有有更高的要求求，综合成本本较高225早期PWM脉宽调调制输出的控控制电路     外围电电路如图5所示。典型型例子是用于于帕萨特B5V6车型的冷冷却风扇控制制器。  特点和评析析：风扇转速不不再是前几种种继电器闭合合后的固定速速度，而是采采用PWM脉宽调调制技术，220Hz频率率下占空比可可变的四种速速度，虽然是是单风扇，却却可以根据水水温和空调压压缩机压力情情况实现四种种强制补风能能力，使冷却却效率大大增增加。用功率MOSS管取代了继继电器来驱动动风扇。提高高了工作可靠靠性和工作耐耐久性。具有短路、过过载堵转等保保护功能。由于有固定定频率震荡脉脉冲，对外的的电磁骚扰加加剧，须采取取一定的抑制制措施。226改进后的PWWM脉宽调制制输出方式的的控制      电路    典型产品是是用于一汽大众奥迪迪轿车的冷却却风扇控制器器，双风扇驱驱动模式。图图6是其外部电电路示意图。     安装在发动机舱的冷却风扇上。与早期不同，改进后PWM控制器与发动机ECU紧密相关，发动机ECU在采样分析冷却系统的温度、压力等综合信号后处理成PWM信号给冷却风扇控制器，冷却风扇控制器再输出相应占空比的PWM脉冲信号驱动风扇，使风扇在一定范围内可以无级调速。     改进后PWM控制器控制两个风扇输出情况不同，在输入信号占空比<5时，两者均为100输出，风扇全速运行。此后，在5一12输入时，风扇Ml输出为零，在12一88输入时为线性输出，即以占空比为22一90输出无级调速。风扇M2则在在输入信号占空比为582时，输出为零。其它它情况下均为为100输出出。    技术评析：综合型智能能控制方式，继继承了早期PPWM控制器器的特点，也也继承了集中中控制方式的的优点，只是是高速风扇MM2依然是有有级调速，必必然有能量的的损耗，电磁磁骚扰问题也也比较较突出。227新一一代PWM脉宽调调制输出方式式的控制电路路    新一代代PWM脉宽调调制输出方式式的控制电路路是在改进版版基础上演变变而来的，只只是双风扇输输出特性相同同，实现了双双风扇输出的的无级调速。    典型产品是用于德国大众CADDY、TOURASKODA等冷却风扇控制器，安装在发动机舱的冷却风扇上。法国标致308、雪铁龙C4、C6也采用了这一技术。    技术评析：为综合型智能控制方式，兼有集中式控制和PWM技术的优点，控制电路对发动机及其周围环境参数考虑的已极为全面。有紧急运行模式、堵转、短路、过压、欠压、温度过高保护等等功能。真正体现了智能化控制。同时与以往的控制方式相比，能效更高，达到了节能降耗的目的。如图7所示。3 结语    通过对对对汽车发动动机冷却风扇扇控制技术分分类特点评析，可可以看出，冷冷却风扇控制制技术从集中中式，到分体体式控制方式式的大量采用用，使冷却风风扇控制的实实时性大大提提高，即保证证在发动机管管理系统处理理其它工作程程序的同时，冷冷却系统还能能实时工作。PWM控制技术的采用，克服了固定风速、有级风速造成能量损失的缺陷，而无级调速更是发挥了这一控制技术的优点。同时，从可靠性角度看，PWM控制技术的采用，提高了控制系统的抗干扰能力，而随之带来的电磁骚扰问题也须十分注意。环保、节能降耗、高性能、智能化必然是冷却风扇控制技术今后的研究方向。                                                    参考文文献l HG49448冷却风扇扇控制器QYXRDll03-20003s上海沪工工汽车电器有有限公司企业业标准，200032 TTL821666-MARR2003汽汽车电子零件件的电磁兼容容性一辐射干扰ss上海大大众企业标准准，200333 TL9965Oct20004瞬时干干扰要求ss上海大大众企业标准准，20044汽车发动机冷却却风扇控制技技术评析作者：        何春春鸣， Hee Chunnming作者单位：   上海沪工汽汽车电器有限限公司刊名：       上海汽汽车英文刊名：   SHANGGHAI AAUTO年，卷(期)： 20099，(7)引用次数：   0次   参考文献(3条条)1.Q/YXRRD 1033-20033.HG49948冷却风风扇控制器 20032.TL 822166-MMAR 20003.汽车车电子零件的的电磁兼容性性-辐射干扰 220033.TL 9665-Octt 20044.瞬时干扰扰要求 20004学位论文 杨文文霞 工程机械电液液混合驱动冷冷却系统液压压驱动装置的的研究 20008    当前工工程机械冷却却系统风扇主主要是采用了了曲轴前端皮皮带轮的定传传动比驱动，且且同一冷却风风扇同时担负负着发动机的的散热任务和和液力变矩器器液压油的散散热任务，散热强强度极大。这这种驱动方式式使工程机械械发动机起动动转矩大、预预热时间长、低低速大负荷时时冷却不足、高高速中小负荷荷时冷却能力力过剩，从而而造成发动机冷却不合合理、风扇耗耗能较大，降降低了发动机机的动力输出出效率，而且且风扇安装位位置受限，工工作噪声大。    针对此此问题，设计计了电液混合合驱动冷却系系统，将原冷冷却系统分成成发动机冷却却系统和液压压油冷却系统统两个相对独独立的部分，两两部分冷却系系统通过同一一单片机进行智能能控制。发动动机冷却系统统风扇采用了了液压驱动方方式实现了转转速的无级调调节，由单片片机根据水温温信号控制溢溢流阀的溢流流量来控制风风扇转速；液压油冷却系系统风扇采用用了电机驱动动，由单片机机根据液压油油的温度信号号控制电机的的起停来控制风风扇转速。两两种风扇分别别根据不同的的冷却要求，独独立工作。    本文对对电液混合驱驱动冷却系统统的工作原理理作了详细论论述，并在以以往试验的基基础上对发动动机冷却系统统液压驱动装装置的热力学学参数和主要要液压元件参参数作了重新选择；拟定匹配的的发动机是额额定功率为445 kW的的R41055T型柴油机机，以此为样样机对发动机机冷却系统的的风扇和散热热器、液压驱驱动装置的各各元件和各管管件及电磁比例溢溢流阀进行了了重新选型，并并完成了冷却却风扇与散热热器及系统的的匹配设计；鉴于试验条条件的限制设设计了电动水水泵，由单片片机根据冷却却液的温度信号控制伺服服电动机的启启停来控制发发动机冷却系系统的水循环环，改善了以以往试验中冷冷却水泵未实实现水循环的的弊端；根据据对电液比例例控制回路的的理论分析，确定了电液比比例调压回路路的循环形式式-无级调压回回路；最后，在在CLG8116小型装载载机上对改装装前后的发动动机冷却系统统进行了发动动机水温、预预热时间及油油耗的对比试验。    电液混混合驱动冷却却方式使散热热器和冷却风风扇离开发动动机而灵活布布置，减小了了风扇安装的的径向间隙，提提高了容积效效率。试验表表明：该电液液混合驱动冷冷却系统能够解决决工程机械发发动机过热问问题，同时还还具有预热迅迅速、节省燃燃油、降低噪噪声、体积小小、功率大等等优点，符合合现代发动机机冷却系统的的发展趋势，将之推广运用用到工程机械械中，将会获获得良好的社社会效益和经经济效益。