性能特點和作用說明

康明斯節溫器工作過程和控制邏輯的優點

 

柴油發電機的冷卻系統為強制循環水冷系統，即利用水泵提高冷卻液的壓力，強制冷卻液在柴油發電機中循環流動。強制循環水冷系統由水泵，散熱器，冷卻風扇，節溫器，補償水桶，柴油發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路徑的閥門。它根據冷卻液溫度的高低，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，水溫達到115 ℃以上時，推桿上升高度會導致副閥門關閉，此時小循環停止。

一、節溫器工作過程

康明斯B、C系列柴油發電機采用的是蠟式、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，石蠟呈固態，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。當柴油發電機水溫升高時，固態蠟逐漸變成液態，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、節溫器外殼產生向下的反推力。當柴油發電機水溫達到規定的水溫時，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、大小循環過程

以康明斯B系列柴油發電機節溫器為例，說明其循環過程。當柴油發電機開始運行時，冷卻液溫度較低(低于83℃)，節溫器主閥門全閉，而副閥門全開，來自柴油發電機缸蓋出水口的循環熱水從節溫器副閥門的通道流回水泵進行小循環。當冷卻液溫度達到節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，節溫器主閥門、副閥門均，處于半開狀態，冷卻液的大、小循環同時進行。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，節溫器副閥門正好全部關閉了小循環通道，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。

2、冷卻液流動過程

冷卻液由缸蓋進入到節溫器中，在小循環中冷卻液由旁通閥流出到旁通管中，然后流回缸體；進行大循環時，節溫器主閥門開啟，冷卻液通過主閥門流向散熱器，然后再流回缸體；混合循環時主閥門和旁通閥均處于開啟階段。在循環過程中，冷卻液還需要經過節流閥流向節氣門體對節氣門體進行加熱，另外根據暖風機開啟的不同，還有冷卻液通過上圖中的管路流向暖風機設備。

圖1 節溫器冷卻液流動路線圖

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℃的節溫器，初開溫度為105±2 ℃ ，指在溫度在（103-107 ）℃時節溫器開始開啟。 

3、全開溫度

高分子量的烷烴熔化完畢，節溫器閥門完全打開時的冷卻液溫度。

4、閥門升程

感溫蠟由固態變為液態后體積膨脹，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

是指節溫器在溫度達到全開溫度時，主閥門的上升高度，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，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）進入高溫槽（閥門開啟狀態），再回到低溫槽（閥門關閉狀態）為一次循環。 在耐久性指標規定的循環次數之后，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，節溫器的測試點在升溫和降溫過程所對應的兩個溫度數值之間的差值。GEN3節溫器在升程為2mm處，開啟曲線和關閉曲線的溫度最大差值為6 ℃。           

7、靈敏度

節溫器在規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，同時還有空氣溫度，柴油發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溫器內部標定溫度的控制圖，隨柴油發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。以藍色區域為例，在高速以及高負荷的情況下，柴油發電機控制系統（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，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。

節溫器溫度控制圖

四、電子比較傳統節溫器的優點

傳統節溫器：

以石蠟作為感溫介質，依靠冷卻液的溫度調節閥門的開關，具有響應延遲的缺點。

電子節溫器：

柴油發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的信號并驅動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點：

（1）在相同工況下，使柴油發電機在相對于傳統節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，特別是當柴油發電機在低負荷的狀態下運行時。

 

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