性能特點和作用說明

康明斯節(jié)溫器工作過程和控制邏輯的優(yōu)點

 

柴油發(fā)電機的冷卻系統(tǒng)為強制循環(huán)水冷系統(tǒng)，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。強制循環(huán)水冷系統(tǒng)由水泵，散熱器，冷卻風扇，節(jié)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(jié)溫器的作用是控制冷卻液流動路徑的閥門。它根據(jù)冷卻液溫度的高低，打開或關閉冷卻液通向散熱器的通道。傳統(tǒng)的節(jié)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，推動推桿上升，閥座和擋片被固定住，此時襯套高度上升，主閥門打開，冷卻液進行大循環(huán)，水溫達到115 ℃以上時，推桿上升高度會導致副閥門關閉，此時小循環(huán)停止。

一、節(jié)溫器工作過程

康明斯B、C系列柴油發(fā)電機采用的是蠟式、底通型節(jié)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(jié)溫器外殼之間形成的腔體內裝有精制石蠟。常溫時，石蠟呈固態(tài)，彈簧將主閥門推向上方，使之壓在閥座上，主閥門關閉而副閥門隨著主閥門上移，離開閥座打開。當柴油發(fā)電機水溫升高時，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生上舉力。固定不動的推桿對膠管、節(jié)溫器外殼產生向下的反推力。當柴油發(fā)電機水溫達到規(guī)定的水溫時，推桿對節(jié)溫器外殼的反推力可以克服彈簧的預壓力，主閥門下移開始打開，副閥門下移逐漸關閉。當水溫達到和超過主閥門全開溫度時，主閥門全開，而副閥門正好完全關閉。

1、大小循環(huán)過程

以康明斯B系列柴油發(fā)電機節(jié)溫器為例，說明其循環(huán)過程。當柴油發(fā)電機開始運行時，冷卻液溫度較低(低于83℃)，節(jié)溫器主閥門全閉，而副閥門全開，來自柴油發(fā)電機缸蓋出水口的循環(huán)熱水從節(jié)溫器副閥門的通道流回水泵進行小循環(huán)。當冷卻液溫度達到節(jié)溫器主閥門開啟溫度時(≥83℃)，隨著溫度的逐漸升高，主閥門慢慢開啟，副閥門慢慢關閉，節(jié)溫器主閥門、副閥門均，處于半開狀態(tài)，冷卻液的大、小循環(huán)同時進行。當溫度達到和超過主閥門全開溫度時(≥95℃)，主閥門全開，達到最大升程，節(jié)溫器副閥門正好全部關閉了小循環(huán)通道，這時全部冷卻液沿出水管進入散熱器進行冷卻，進行大循環(huán)。

2、冷卻液流動過程

冷卻液由缸蓋進入到節(jié)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；進行大循環(huán)時，節(jié)溫器主閥門開啟，冷卻液通過主閥門流向散熱器，然后再流回缸體；混合循環(huán)時主閥門和旁通閥均處于開啟階段。在循環(huán)過程中，冷卻液還需要經過節(jié)流閥流向節(jié)氣門體對節(jié)氣門體進行加熱，另外根據(jù)暖風機開啟的不同，還有冷卻液通過上圖中的管路流向暖風機設備。

圖1 節(jié)溫器冷卻液流動路線圖

二、節(jié)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，經常會摻有銅粉或鋁粉，作用是增強導熱性，使感溫蠟及時、均勻地感受到水溫變化。

2、初開溫度

低分子量的烷烴熔化開始 ，節(jié)溫器閥門剛剛開啟時的冷卻液溫度 ，它的公差范圍一般為4℃，如105℃的節(jié)溫器，初開溫度為105±2 ℃ ，指在溫度在（103-107 ）℃時節(jié)溫器開始開啟。 

3、全開溫度

高分子量的烷烴熔化完畢，節(jié)溫器閥門完全打開時的冷卻液溫度。

4、閥門升程

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，推動主閥門上升的高度。

4、全開升程

是指節(jié)溫器在溫度達到全開溫度時，主閥門的上升高度，節(jié)溫器的最小升程，一般為8毫米，如GEN3的電子節(jié)溫器，其全開溫度是120℃，就是指在120 ℃的溫度下，節(jié)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(jié)溫器在推桿上升5.5~6mm時，副閥門完全關閉，此時冷卻液的溫度大致為112~115 ℃之間。

5、耐久性

調溫器從低溫槽（閥門關閉狀態(tài)）進入高溫槽（閥門開啟狀態(tài)），再回到低溫槽（閥門關閉狀態(tài)）為一次循環(huán)。 在耐久性指標規(guī)定的循環(huán)次數(shù)之后，調溫器基本性能：初開溫度和全開升程的變化必須在一定的范圍之內。

6、滯后性

在全開升程中，節(jié)溫器的測試點在升溫和降溫過程所對應的兩個溫度數(shù)值之間的差值。GEN3節(jié)溫器在升程為2mm處，開啟曲線和關閉曲線的溫度最大差值為6 ℃。           

7、靈敏度

節(jié)溫器在規(guī)定的溫度下主閥門由關閉達到全開升程所需要的時間，GEN3節(jié)溫器的靈敏度定義為70S。

圖2 節(jié)溫器結構示意圖

三、節(jié)溫器的控制邏輯

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

 

如圖所示為典型的節(jié)溫器內部標定溫度的控制圖，隨柴油發(fā)電機載荷以及車速的不同，加熱電阻開始加熱時的冷卻液的溫度是不一樣的。以藍色區(qū)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(tǒng)（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法打開主閥門的，但ECU感應到載荷和車速信號后，會通過加熱電阻片，提前將主閥門打開，防止冷卻液溫度的突然升高。

節(jié)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，柴油發(fā)電機控制系統(tǒng)（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，ECU所施加電壓信號的占空比與冷卻液溫度呈線性關系，如上圖中的藍色直線所示；當冷卻液溫度大于120 ℃時，加熱電壓信號的占空比為零，此時依靠冷卻液的溫度已經可以確保主閥門完全開啟。

節(jié)溫器溫度控制圖

四、電子比較傳統(tǒng)節(jié)溫器的優(yōu)點

傳統(tǒng)節(jié)溫器：

以石蠟作為感溫介質，依靠冷卻液的溫度調節(jié)閥門的開關，具有響應延遲的缺點。

電子節(jié)溫器：

柴油發(fā)電機控制系統(tǒng)程序中編有電子控制冷卻系統(tǒng)的特性圖，與傳統(tǒng)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(tǒng)的傳感器送來的信號并驅動電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，并且設計了電子控制冷卻系統(tǒng)的監(jiān)控電路，因此電子控制冷卻系統(tǒng)具有自診斷功能。相比之下使用電子節(jié)溫器有以下的優(yōu)點：

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

（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。

 

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