第9章电控发动机对冷却系统的控制.ppt
第9章 电控发动机对冷却系统的控制,正确的发动机工作温度不仅对发动机的动力输出、燃油经济性影响较大(图9-1)所示为发动机冷却液温度对发动机功率和燃油消耗率的影响)，同时也有利于降低有害物质排放。,下一页,返回,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,发动机的性能要依靠适当的冷却。若在部分负荷(Part throttle range)时，冷却液温度较高一些(95110)，则能降低燃油消耗及有害物质的排放;若在全负荷时(Full throttle range)冷却液温度较低一些(8595)，则进气加热作用较小，能提高发动机性能，增加动力输出。若能依据发动机负荷使发动机在该状态下有一个适宜的温度，则能较大改善发动机的性能与降低有害物的排放，于是电子控制发动机冷却系统应运而生。冷却液的循环(节温器控制)、冷却风扇的介入控制均由发动机负荷决定是此种冷却系统的特征。图9-2所示为发动机冷却液温度在部分负荷和全负荷的温度控制。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,一、冷却液温度的调节的必要性 汽车发动机是在各种不同的气候条件下运转，且发动机的负荷变动也很大。为了使冷却液温度保持稳定在一个较小的范围内，必须对冷却液温度(也就是发动机温度)进行调节。适应于不同工况的有效方法是可以使用节温器来调节温度，该节温器装有对温度敏感的膨胀元件，节温器的工作不受冷却系中压力上升和下降变动的影响。当冷却液温度下降时，节温器开启一个阀门使散热器旁通水道的流量增加，不走散热器。这种方法使工作温度稳定，汽车暖气系统的工作性能良好，排放中的污染物减少，也降低了发动机的磨损。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,进一步发展可采用脉谱图(MAP图)控制的节温器。电子控制的节温器不同于单纯的膨胀元件控制的节温器。这种节温器在很大程度上采取于电脑对节温器的加热控制。在MAP图控制的节温器中，石蜡元件加热后，模拟增加的冷却液温度便设定在最佳温度水平。图9-3所示为冷却液温度调节单元F265(温度调节执行机构，功能相当于传统的节温器，)控制。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,当处于启动或停车工况时，无电压加载，温度调节单元的加热系统不是加热冷却液，而是加热温度调节单元的石蜡体部分，使大循环打开;加热电阻位于膨胀式温度调节单元的石蜡中，电阻根据特性图加热石蜡，使石蜡膨胀发生位移，温度调节单元通过此位移进行机械调节;加热是由发动机控制单元发出的一个脉冲信号来完成的，加热程度由脉宽和时间决定。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,二、风扇转速调节的必要性 在低速时，车辆需要高的冷却能力，因此散热器必须强制通风。轿车通常用注模法制成单体塑料风扇;商用车用驱动功率高达20 kW的风扇同样用注模法制成。功率消耗不大的风扇常用直流电动机驱动，功率可达600 W。虽然风扇在叶片形状及布置上是采用低噪声设计的，但由于风扇经常高速旋转，仍会产生较大的噪声。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,注:因为费用高，电驱动不用于中型轿车和大型车辆，在这些车辆上，风扇是用皮带由发动机直接驱动。在重型货车上，风扇直接装在曲轴上，省却中间传动件。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,对风扇的控制需要特别注意，视车辆的形式和行驶条件的不同而异。高速时，迎面气流可在高达95%的时间内提供足够的冷却。在此期间，电脑控制停止风扇运转，则用于驱动风扇的燃料可以节省下来。为此采用电驱动的风扇时，可以用一个多级或无级控制系统来控制，即只有当冷却液超过规定温度时，温度控制的电动开关或发动机电子装置才启动风扇。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,此系统应用于大众宝来APF(1.6 L 74 kW 4缸直列)发动机上。该系统中的冷却液温度调节、冷却液的循环(节温控制)、冷却风扇的工作均由发动机负荷决定，并由发动机控制单元控制，使之相对于装备传统冷却系统的发动机在部分负荷时具有更好的燃油经济性及较低的CO和HC排放。未来生产的发动机上将逐步推广。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,知识点滴:发动机电动冷却风扇的工作是计算机根据冷却液温度、怠速开关状态及行驶车速，在需要时开关电扇。电扇在不需要时停止，交流发电机的发电电流自动变小，发动机可以节省燃料，提高经济性。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,三、控制系统原理示意图 图9-4所示为冷却液温度电子控制原理。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,四、控制系统组成和主要逻辑关系 图9-5所示为冷却液温度电子控制系统组成。其主要逻辑关系有发动机转速传感器G28和发动机负荷传感器G70确定冷却液温度“特定值1”;车速ABS电脑J104传入发动机电脑J361和空气流量计内的进气温度传感器G42确定冷却液温度“特定值2”;发动机温度传感器G62、发动机转速传感器G28确定预控制脉冲;负荷传感器C70、发动机转速传感器G28控制散热风扇1挡时和2挡时的温度差异。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,传感器采集所有信息，发动机电脑J361对这些信息时刻进行计算，并根据计算结果，进行如下两项相应控制:(1)激活加热电阻，打开大循环，调节冷却液温度;(2)激活冷却风扇，迅速降低冷却液温度。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,五、冷却液分配单元 电子控制冷却系统以最小的更改改变了传统的冷却循环，完成了冷却循环的重新布置:冷却液分配法兰与节温器合成一体，发动机缸体上不需要任何温度调节装置。图9-6所示为冷却液分配单元图。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,六、冷却系统布局图与温度调节单元在各工况时的状态 图9-7所示为冷却系统布局和发动机冷启动、小负荷工况工作原理图。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,1.发动机冷启动、小负荷 当发动机冷车启动、暖机期间，与传统的冷却系统一样，为了使发动机尽快达到正常工作温度，系统为小循环;在冷启动、暖机及小负荷时，冷却液经过发动机缸盖、分配器上平面流入，此时，小循环阀门打开，冷却液通过小阀门直接流回水泵处，形成小循环;在暖机后的小负荷时，冷却液温度为95110。图9-8所示为发动机冷启动、小负荷工况节温器状态图。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,2.发动机全负荷 当发动机全负荷运转时，要求较高的冷却能力。控制单元根据传感器信号得出的计算值对温度调节单元加载电压，溶解石蜡体，使大循环阀门打开，接通大循环;同时关闭小循环通道，切断小循环。在全负荷时，冷却液温度为8595。图9-9所示为发动机全负荷工况电子节温器状态图。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,七、带电子控制冷却系统的发动机控制单元与系统工作原理 图9-10所示为宝来APF电子控制冷却系统电路图 西门子(SIMOS)3.3发动机管理系统中设有电子控制冷却系统的特性图。发动机控制单元的功能已经扩展，与电子控制冷却系统的传感器、执行器相联接。调节单元加载电压(输出);散热器回流温度(输入);散热风扇控制(两个输出);加热器控制电位计(输入)。电子控制冷却系统具有自诊断功能。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,1.带电子控制冷却系统的发动机控制单元 该发动机的控制系统是SIMOS3.3系统，“电脑”在程序中已编有电子控制冷却系统的特性图，与传统的发动机控制单元相比功能增加了。它接受电子控制冷却系统的传感器送来的信号，驱动电子控制系统的执行器，并且设计了电子控制冷却系统的监控电路。因此电子控制冷却系统具有自诊断功能，并包括在发动机控制系统的自诊断中，可以用V.A.S5051、V.A.S5052、V.A.G1552或1551进行自诊断。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,2.输入与输出信号 输入发动机控制单元的信号有:散热器出口温度;冷/暖风控制电位计。发动机控制单元输出信号有:温度调节单元加载到电子节温器的电压;散热风扇控制(两个风扇分别用单独的输出信号)。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,3.基本工作原理 该系统的传感器采集必要的信息，发动机控制单元对这些信息时刻进行计算，并根据计算结果进行相应控制:(1)激活加热电阻，打开大循环，调节冷却液温度;(2)激活冷却风扇，迅速降低冷却液温度。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,4.开暖风时的控制(1)当温度旋钮开关处于“非关闭”位置时，也就是说，只要温度调节旋钮不关闭，微动开关就处于打开状态，就激活双向阀N147，并且通过真空驱动热交换器(暖风水箱)的冷却液切断阀(修理工常说的暖水阀)，使其打开。(2)车辆使用暖风过程中，空调控制面板上的温度调节旋钮C267识别驾驶员的意图(温度)，从而调节冷却液温度。当温度旋钮处于70%位置时，冷却液温度将达至95。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,车辆加热过程中，通过电位计识别驾驶者对车辆加热的要求，调节冷却液的温度，使其处于合适的温度范围(如果温度差异达到25，则认为不正确)。图9-11所示为暖风/冷风开关，图9-12所示为暖风/冷风开关在不同位置时的冷却液温度控制。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,5.两个冷却液温度传感器(G62和G83)及散热风扇控制 图9-13所示为冷却液温度传感器位置。冷却液温度传感器G62和G83的“特征值”存储于发动机控制单元中。实际的冷却液温度值通过循环系统中两个不同的位置识别，并且传输给发动机控制单元电压信号。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,冷却液温度实际值1,即G62于冷却液法兰的冷却液出口处采集;冷却液温度实际值2,即G83于散热器前出水口处采集。预编在“电脑”里的冷却液的“特性值”与温度值1相比较后，给出一个脉冲信号，为节温器的加热电阻加载电压;温度值1和2比较后，调节散热器电子扇。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,八、全负荷和高速时的冷却风扇的控制 全负荷时要求具有足够的冷却能力。为了提高冷却能力，控制单元为风扇电机设置了两个转速，依靠发动机出水口与散热器出水口温度的差异来控制风扇的转速。发动机控制单元中储存有风扇介入或切断的两张特性图。它们的决定性因素是发动机转速传感器G28信号和空气流量传感器G70信号。车速超过100 km/h，风扇不介入对发动机冷却，因为高于此车速使风扇无法提供额外的冷却。车辆带牵引或空调系统介入后，两个风扇电机均工作(节温器开启大循环)。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,九、失效时的冷却风扇控制 如果故障发生在第一风扇的输出端，则第二风扇被激活(替代)。如果故障发生在第二风扇的输出端，则控制单元将节温器完全打开(安全模式)。关闭发动机后，由于温度的影响，风扇会继续运转一段时间。,下一页,返回,上一页,第9章 电控发动机对冷却系统的控制,如果冷却液温度传感器G62损坏，冷却液温度控制以95为替代值，并且风扇以1挡常转;如果冷却液温度传感器G83损坏，控制功能保持，风扇1挡常转;如果其中一个温度超出极限，风扇2挡被激活;如果两个传感器都损坏，最大的电压值被加载于加热电阻，并且风扇2挡常转。,返回,上一页,图9-1 发动机冷却液温度对发动机功率和燃油消耗率的影响,返回,图9-2 发动机冷却液温度在部分负荷和全负荷的温度控制,返回,图9-3 冷却液温度调节单元F265,返回,图9-4 冷却液温度电子控制原理,返回,图9-5 冷却液温度电子控制系统组成,返回,图9-6 冷却液分配单元图,返回,图9-7 冷却系统布局和发动机冷启动、小负荷工况工作原理图,返回,图9-8 发动机冷启动、小负荷工况节温器状态图,返回,图9-9 发动机全负荷工况电子节温器状态图,返回,图9-10 宝来APF电子控制冷却系电路图,返回,图9-11 暖风/冷风开关,返回,图9-12 暖风/冷风开关在不同位置时的冷却液温度控制,返回,图9-13 冷却液温度传感器位置,返回,
