性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明

康明斯節溫器工作過(guò)程和控制邏輯的優(yōu)點(diǎn)

 

柴油發(fā)電機的冷卻系統為強制循環(huán)水冷系統，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在柴油發(fā)電機中循環(huán)流動(dòng)。強制循環(huán)水冷系統由水泵，散熱器，冷卻風(fēng)扇，節溫器，補償水桶，柴油發(fā)電機缸體和缸蓋中的水套以及其他附屬裝置等組成。其中節溫器的作用是控制冷卻液流動(dòng)路徑的閥門(mén)。它根據冷卻液溫度的高低，打開(kāi)或關(guān)閉冷卻液通向散熱器的通道。傳統的節溫器只受冷卻液溫度的影響，隨溫度的升高，感溫器內的蠟丸融化，壓縮膠管，推動(dòng)推桿上升，閥座和擋片被固定住，此時(shí)襯套高度上升，主閥門(mén)打開(kāi)，冷卻液進(jìn)行大循環(huán)，水溫達到115 ℃以上時(shí)，推桿上升高度會(huì )導致副閥門(mén)關(guān)閉，此時(shí)小循環(huán)停止。

一、節溫器工作過(guò)程

康明斯B、C系列柴油發(fā)電機采用的是蠟式、底通型節溫器，推桿的一端固定在支架的中心處，另一端插人膠管的中心孔中。膠管與節溫器外殼之間形成的腔體內裝有精制石蠟。常溫時(shí)，石蠟呈固態(tài)，彈簧將主閥門(mén)推向上方，使之壓在閥座上，主閥門(mén)關(guān)閉而副閥門(mén)隨著(zhù)主閥門(mén)上移，離開(kāi)閥座打開(kāi)。當柴油發(fā)電機水溫升高時(shí)，固態(tài)蠟逐漸變成液態(tài)，其體積膨脹，迫使膠管收縮，從而對推桿錐狀端頭產(chǎn)生上舉力。固定不動(dòng)的推桿對膠管、節溫器外殼產(chǎn)生向下的反推力。當柴油發(fā)電機水溫達到規定的水溫時(shí)，推桿對節溫器外殼的反推力可以克服彈簧的預壓力，主閥門(mén)下移開(kāi)始打開(kāi)，副閥門(mén)下移逐漸關(guān)閉。當水溫達到和超過(guò)主閥門(mén)全開(kāi)溫度時(shí)，主閥門(mén)全開(kāi)，而副閥門(mén)正好完全關(guān)閉。

1、大小循環(huán)過(guò)程

以康明斯B系列柴油發(fā)電機節溫器為例，說(shuō)明其循環(huán)過(guò)程。當柴油發(fā)電機開(kāi)始運行時(shí)，冷卻液溫度較低(低于83℃)，節溫器主閥門(mén)全閉，而副閥門(mén)全開(kāi)，來(lái)自柴油發(fā)電機缸蓋出水口的循環(huán)熱水從節溫器副閥門(mén)的通道流回水泵進(jìn)行小循環(huán)。當冷卻液溫度達到節溫器主閥門(mén)開(kāi)啟溫度時(shí)(≥83℃)，隨著(zhù)溫度的逐漸升高，主閥門(mén)慢慢開(kāi)啟，副閥門(mén)慢慢關(guān)閉，節溫器主閥門(mén)、副閥門(mén)均，處于半開(kāi)狀態(tài)，冷卻液的大、小循環(huán)同時(shí)進(jìn)行。當溫度達到和超過(guò)主閥門(mén)全開(kāi)溫度時(shí)(≥95℃)，主閥門(mén)全開(kāi)，達到最大升程，節溫器副閥門(mén)正好全部關(guān)閉了小循環(huán)通道，這時(shí)全部冷卻液沿出水管進(jìn)入散熱器進(jìn)行冷卻，進(jìn)行大循環(huán)。

2、冷卻液流動(dòng)過(guò)程

冷卻液由缸蓋進(jìn)入到節溫器中，在小循環(huán)中冷卻液由旁通閥流出到旁通管中，然后流回缸體；進(jìn)行大循環(huán)時(shí)，節溫器主閥門(mén)開(kāi)啟，冷卻液通過(guò)主閥門(mén)流向散熱器，然后再流回缸體；混合循環(huán)時(shí)主閥門(mén)和旁通閥均處于開(kāi)啟階段。在循環(huán)過(guò)程中，冷卻液還需要經(jīng)過(guò)節流閥流向節氣門(mén)體對節氣門(mén)體進(jìn)行加熱，另外根據暖風(fēng)機開(kāi)啟的不同，還有冷卻液通過(guò)上圖中的管路流向暖風(fēng)機設備。

圖1 節溫器冷卻液流動(dòng)路線(xiàn)圖

二、節溫器的基本性能

1、蠟丸的組成

主要是感溫蠟和添加劑成分，感溫蠟是CnH2n+2  直鏈異構烷烴混合物，經(jīng)常會(huì )摻有銅粉或鋁粉，作用是增強導熱性，使感溫蠟及時(shí)、均勻地感受到水溫變化。

2、初開(kāi)溫度

低分子量的烷烴熔化開(kāi)始 ，節溫器閥門(mén)剛剛開(kāi)啟時(shí)的冷卻液溫度 ，它的公差范圍一般為4℃，如105℃的節溫器，初開(kāi)溫度為105±2 ℃ ，指在溫度在（103-107 ）℃時(shí)節溫器開(kāi)始開(kāi)啟。 

3、全開(kāi)溫度

高分子量的烷烴熔化完畢，節溫器閥門(mén)完全打開(kāi)時(shí)的冷卻液溫度。

4、閥門(mén)升程

感溫蠟由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)后體積膨脹，擠壓膠管，促使推桿上升，推動(dòng)主閥門(mén)上升的高度。

4、全開(kāi)升程

是指節溫器在溫度達到全開(kāi)溫度時(shí)，主閥門(mén)的上升高度，節溫器的最小升程，一般為8毫米，如GEN3的電子節溫器，其全開(kāi)溫度是120℃，就是指在120 ℃的溫度下，節溫器的升程最小為8毫米。常態(tài)下，不考慮加熱電阻加熱的情況下，GEN3節溫器在推桿上升5.5~6mm時(shí)，副閥門(mén)完全關(guān)閉，此時(shí)冷卻液的溫度大致為112~115 ℃之間。

5、耐久性

調溫器從低溫槽（閥門(mén)關(guān)閉狀態(tài)）進(jìn)入高溫槽（閥門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)），再回到低溫槽（閥門(mén)關(guān)閉狀態(tài)）為一次循環(huán)。 在耐久性指標規定的循環(huán)次數之后，調溫器基本性能：初開(kāi)溫度和全開(kāi)升程的變化必須在一定的范圍之內。

6、滯后性

在全開(kāi)升程中，節溫器的測試點(diǎn)在升溫和降溫過(guò)程所對應的兩個(gè)溫度數值之間的差值。GEN3節溫器在升程為2mm處，開(kāi)啟曲線(xiàn)和關(guān)閉曲線(xiàn)的溫度最大差值為6 ℃。           

7、靈敏度

節溫器在規定的溫度下主閥門(mén)由關(guān)閉達到全開(kāi)升程所需要的時(shí)間，GEN3節溫器的靈敏度定義為70S。

圖2 節溫器結構示意圖

三、節溫器的控制邏輯

ECU內部設定了節溫器的標定載荷，轉速，同時(shí)還有空氣溫度，柴油發(fā)電機上的傳感器會(huì )向ECU反饋測定的信號，ECU將其與之前標定的數值進(jìn)行比較之后，會(huì )通過(guò)改變電壓輸出信號的占空比來(lái)控制電阻片的加熱情況，從而起到控制節溫器主閥門(mén)開(kāi)啟的作用，最終改變冷卻液的溫度。

 

如圖所示為典型的節溫器內部標定溫度的控制圖，隨柴油發(fā)電機載荷以及車(chē)速的不同，加熱電阻開(kāi)始加熱時(shí)的冷卻液的溫度是不一樣的。以藍色區域為例，在高速以及高負荷的情況下，柴油發(fā)電機控制系統（ECU）內設定的電阻片加熱溫度為80~90度之間，即此溫度下，僅靠冷卻液的溫度是無(wú)法打開(kāi)主閥門(mén)的，但ECU感應到載荷和車(chē)速信號后，會(huì )通過(guò)加熱電阻片，提前將主閥門(mén)打開(kāi)，防止冷卻液溫度的突然升高。

節溫器加熱電阻的電壓信號的占空比情況：在水溫為95到105 ℃之間時(shí)，柴油發(fā)電機控制系統（ECU）所施加的電壓信號的占空比（PWM）為100%；當冷卻液溫度上升到為105至120 ℃之間時(shí)，ECU所施加電壓信號的占空比與冷卻液溫度呈線(xiàn)性關(guān)系，如上圖中的藍色直線(xiàn)所示；當冷卻液溫度大于120 ℃時(shí)，加熱電壓信號的占空比為零，此時(shí)依靠冷卻液的溫度已經(jīng)可以確保主閥門(mén)完全開(kāi)啟。

節溫器溫度控制圖

四、電子比較傳統節溫器的優(yōu)點(diǎn)

傳統節溫器：

以石蠟作為感溫介質(zhì)，依靠冷卻液的溫度調節閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，具有響應延遲的缺點(diǎn)。

電子節溫器：

柴油發(fā)電機控制系統程序中編有電子控制冷卻系統的特性圖，與傳統的柴油發(fā)電機控制單元相比功能有所增加。它接受電子控制冷卻系統的傳感器送來(lái)的信號并驅動(dòng)電子控制系統的執行器，并且設計了電子控制冷卻系統的監控電路，因此電子控制冷卻系統具有自診斷功能。相比之下使用電子節溫器有以下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）在相同工況下，使柴油發(fā)電機在相對于傳統節溫器更高的溫度下進(jìn)行工作。

（2）能夠使燃油的燃燒更充分，有利于改善廢氣的排放，減少CO和CH的排放。

（3）能夠減少燃油的消耗，特別是當柴油發(fā)電機在低負荷的狀態(tài)下運行時(shí)。

 

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