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一种用于空调的发动机电控硅油风扇控制原理

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一种用于空调的发动机电控硅油风扇控制原理
摘要：电控硅油风扇是发动机的一项节油技术，现阶段在载货汽车上应用逐渐广泛。此种硅油风扇在发动机怠速时，转速较低，在水温升高到一定条件后，风扇转速开始提升，从而实现低速节能。空调冷凝器作为前端模块与水箱集成，车辆怠速时，空调冷凝器散热主要依靠硅油风扇，此时低速风扇提供的风量不能保证冷凝器散热效果，从而导致空调制冷效果差。本文通过硅油风扇工作原理分析，从控制上解决空调怠速效果差的问题。
    随着汽车工业的高速发展，整车的节油性被提上日程，传统机械式发动机风扇逐渐退出历史舞台，电控硅油风扇应用得越来越普及。不同于常规硅油风扇、温控开关风扇，电控硅油风扇（图1）根据发动机的外部条件（水温、进气温等），通过ECU自动调整风扇的转速，使发动机工作在最佳温度下，在满足整车散热需求的前提下有效降低风扇功率消耗，最终达到降低油耗的目的。电控硅油风扇具有省油、噪声低、发动机可靠性增强等优势。

1 带电控硅油风扇的前端模块工作原理
    1.1前端模块组成结构
    载货汽车前端模块由冷凝器、中冷器、水箱组成，如图2所示。在车辆怠速时，均依靠发动机风扇散热。

    1.2电控硅油风扇散热控制
    ECU接收并判断发动机水温和进气温度信号，根据信号通过风扇控制阀调整风扇转速。风扇通过转速传感器将转速信号反馈给ECU，如图3所示。当发动机水温和进气温度较低时，ECU控制风扇以较低怠速运转（440 r/min ），当发动机水温和进气温度较高时，ECU以较高转速的全转速运转。不考虑风扇的滑差率，怠速时的全转速约为600 r/min。

    1.3电控硅油风扇冷凝器散热问题
    当车辆怠速时，发动机水温和进气温度达不到风扇啮合临界点（一般为90℃左右），风扇以怠速转速运转。空调开启，冷凝器只通过发动机风扇散热。通过实车试验，冷凝器散热不能满足空调系统的性能要求，如表1所示。空调制冷效果差，长时间在此状态下运行，可能导致高压侧制冷管路破裂和压缩机的损坏。试验条件：车辆怠速，A/C开启，制冷和风量旋至最大档。

    2 电控硅油风扇的控制原理优化
    2.1冷凝器散热需求
    为解决怠速情况下空调制冷差的问题，需提高发动机电控硅油风扇的转速。经过实车试验，当风扇转速为怠速全转速（600 r/min ）时，冷凝器散热能力能够满足空调系统的性能，如表2所示。

    针对冷凝器散热需求，需增加一种控制电路，其作用为：①怠速下A/C开启，空调工作，此时电控硅油风扇转速提升至全转速状态，以满足冷凝器的散热要求。②将该转速提升状态一直保持，直至空调关闭（期间压缩机受压力、温度影响通断，电控硅油风扇仍保持提升后的转速）。
    2.2  ECU对硅油风扇的控制功能
    为保证空调开启信号能够持续控制发动机风扇，在原有电气原理基础上，增加一个控制回路：控制器提供持续低电平，整车电源通过驾驶室线束提供常有电，由继电器控制ECU空调接人信号。
    1）当A/C开启时，A/C输出持续低电平信号，控制继电器闭合，空调信号输人到ECU。ECU控制风扇由怠速转速（440 r/min）提升至全转速（600r/min），并保持。
    2）当A/C关闭时，低电平信号断开，控制继电器不工作，ECU接受的空调信号中断。电控硅油风扇受发动机水温控制（此时发动机水温一般不会达到节温器全开温度），转速再次降低为怠速转速。如图4所示。

    2.3  A/C控制信号解决方案
    为保证A/C开始时能够持续输出低电平信号（即A/C开关按下时，低电平接人），需在原有空调控制器控制电路的基础上增加拉低继电器的使能电路。
    1）当A/C按下时，空调控制器ECU通过R1和R22个分压电阻导通BSP75N，促使BSP75N导通驱动继电器，从而输出持续低电平信号。
    2）当A/C关闭时，BSP75N停止工作，继电器断开，低电平信号中断。如图5所示。

    3 结束语
    增加空调系统对带电控硅油风扇发动机的控制，是为了保证整车怠速时空调的性能要求，提高了整车舒适性。同时，当不开空调时，风扇转速降低，仍能够满足整车的节油要求。此种控制方案在原理上同样适用于带电磁风扇发动机的控制。

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