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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(jī)的冷卻系統(tǒng)為強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強(qiáng)制冷卻液在柴油發(fā)電機(jī)中循環(huán)流動。強(qiáng)制循環(huán)水冷系統(tǒng)由水泵，散熱器，冷卻風(fēng)扇，節(jié)溫器，補(bǔ)償水桶，柴油發(fā)電機(jī)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(guān)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(nèi)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(jìn)行大循環(huán)，水溫達(dá)到115 ℃以上時，推桿上升高度會導(dǎo)致副閥門關(guān)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(jī)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(nèi)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(guān)閉而副閥門隨著主閥門上移，離開閥座打開。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)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(chǎn)生上舉力。固定不動的推桿對膠管、節(jié)溫器外殼產(chǎn)生向下的反推力。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)水溫達(dá)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(yù)壓力，主閥門下移開始打開，副閥門下移逐漸關(guān)閉。當(dāng)水溫達(dá)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(guān)閉。
1、大小循環(huán)過程
以康明斯B系列柴油發(fā)電機(jī)節(jié)溫器為例，說明其循環(huán)過程。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)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(jī)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(jìn)行小循環(huán)。當(dāng)冷卻液溫度達(dá)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(guān)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(jìn)行。當(dāng)溫度達(dá)到和超過主閥門全開溫度時(≥95℃)，主閥門全開，達(dá)到最大升程，節(jié)溫器副閥門正好全部關(guān)閉了小循環(huán)通道，這時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、冷卻液流動過程
冷卻液由缸蓋進(jìn)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(jìn)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(jīng)過節(jié)流閥流向節(jié)氣門體對節(jié)氣門體進(jìn)行加熱，另外根據(jù)暖風(fēng)機(jī)開啟的不同，還有冷卻液通過上圖中的管路流向暖風(fēng)機(jī)設(shè)備。
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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(gòu)烷烴混合物，經(jīng)常會摻有銅粉或鋁粉，作用是增強(qiáng)導(dǎo)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(dá)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(guān)閉，此時冷卻液的溫度大致為112~115 ℃之間。
5、耐久性
調(diào)溫器從低溫槽（閥門關(guān)閉狀態(tài)）進(jìn)入高溫槽（閥門開啟狀態(tài)），再回到低溫槽（閥門關(guān)閉狀態(tài)）為一次循環(huán)。 在耐久性指標(biāo)規(guī)定的循環(huán)次數(shù)之后，調(diào)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(nèi)。
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(yīng)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(guān)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(guān)閉達(dá)到全開升程所需要的時間，GEN3節(jié)溫器的靈敏度定義為70S。
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圖2 節(jié)溫器結(jié)構(gòu)示意圖 |
三、節(jié)溫器的控制邏輯
ECU內(nèi)部設(shè)定了節(jié)溫器的標(biāo)定載荷，轉(zhuǎn)速，同時還有空氣溫度，柴油發(fā)電機(jī)上的傳感器會向ECU反饋測定的信號，ECU將其與之前標(biāo)定的數(shù)值進(jìn)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(nèi)部標(biāo)定溫度的控制圖，隨柴油發(fā)電機(jī)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(lán)色區(qū)域為例，在高速以及高負(fù)荷的情況下，柴油發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)（ECU）內(nèi)設(shè)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(yīng)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(jī)控制系統(tǒng)（ECU）所施加的電壓信號的占空比（PWM）為100%；當(dāng)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(guān)系，如上圖中的藍(lán)色直線所示；當(dāng)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(jīng)可以確保主閥門完全開啟。
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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(zhì)，依靠冷卻液的溫度調(diào)節(jié)閥門的開關(guān)，具有響應(yīng)延遲的缺點。
電子節(jié)溫器：
柴油發(fā)電機(jī)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(jī)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(qū)動電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，并且設(shè)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(jī)在相對于傳統(tǒng)節(jié)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(dāng)柴油發(fā)電機(jī)在低負(fù)荷的狀態(tài)下運行時。
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