一款適用于依維柯后暖風(fēng)改裝的電動(dòng)水閥組件開(kāi)發(fā)

孫 燁，王鳳琴

（豫新汽車(chē)熱管理科技有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453049）

近年來(lái)，隨著時(shí)代的發(fā)展，輕客行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和用戶需求也在不斷提高。為此，南京依維柯進(jìn)行了一項(xiàng)名為“科技改變未來(lái)”的用戶需求性研究，以創(chuàng)新前沿的應(yīng)用技術(shù)，成就了這款代表著依維柯最先進(jìn)技術(shù)和品牌價(jià)值的新車(chē)型--全新一代依維柯Daily。專業(yè)物流、專用改裝市場(chǎng)，原本就是依維柯的優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)，全新一代依維柯Daily將以更優(yōu)越的性能，滿足全領(lǐng)域用戶需求。這么一款優(yōu)勢(shì)車(chē)輛，在乘客的舒適性體驗(yàn)上，卻出現(xiàn)了瑕疵。由于后暖風(fēng)冷卻液循環(huán)系統(tǒng)上沒(méi)有加裝任何閥體，導(dǎo)致芯體一直處于散熱狀態(tài)。冬天還好，一旦進(jìn)入炙熱的夏季，靠近散熱器的乘客腿部就會(huì)不適。目前，主機(jī)廠還未就此現(xiàn)象針對(duì)性改進(jìn)。鑒于此，本文提出一種針對(duì)性的電動(dòng)水閥組件設(shè)計(jì)，保證安全可靠的同時(shí)，解決了此問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)構(gòu)思

低端的面包車(chē)和大型客車(chē)遇到車(chē)廂采暖問(wèn)題時(shí)，往往追求成本最低化，使用的是手動(dòng)球形閥。冬季后暖風(fēng)使用時(shí)打開(kāi)，平時(shí)手動(dòng)關(guān)閉。但是，這種設(shè)計(jì)弊端很明顯，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)不暢或中斷，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)散熱不理想。另外，每次需要人工轉(zhuǎn)動(dòng)球形閥，也增加了駕駛員的負(fù)擔(dān)。大型客車(chē)空間較大，還比較好操作。小型車(chē)輛這樣設(shè)計(jì)，駕駛員的抱怨就比較大。

出于駕駛員操縱簡(jiǎn)潔方便的考慮，設(shè)計(jì)之初就選用電動(dòng)結(jié)構(gòu)。

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上車(chē)用電磁閥 （圖1）的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于冷卻液的工作溫度范圍寬、閥體兩側(cè)的壓差大、介質(zhì)材質(zhì)的特殊性等因素，常閉款的電磁閥選擇范圍較廣，常開(kāi)款的市面上型號(hào)少，價(jià)格昂貴，而且壽命都普遍較短。這就無(wú)法實(shí)現(xiàn)最初的設(shè)計(jì)構(gòu)想，即使用后暖風(fēng)時(shí)，芯體回路打開(kāi)，旁通回路關(guān)閉；不使用暖風(fēng)時(shí)，芯體回路關(guān)閉，旁通回路打開(kāi)。

借鑒我公司空調(diào)HVAC水閥機(jī)構(gòu)執(zhí)行器設(shè)計(jì)理念和選型方案，進(jìn)一步擴(kuò)寬思路，決定采用電動(dòng)執(zhí)行器正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)球形閥旋轉(zhuǎn)的水閥機(jī)構(gòu)（圖2）。但是這種電動(dòng)執(zhí)行器通常是依靠調(diào)整兩個(gè)引腳的正負(fù)極進(jìn)電方向或者觸發(fā)不同的控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)球形閥的打開(kāi)與關(guān)閉。這種控制需要單片機(jī)功能才能實(shí)現(xiàn)，需添加帶有邏輯功能的控制器，而且還要破壞原車(chē)的電路結(jié)構(gòu)，對(duì)于改裝廠來(lái)說(shuō)超出其能力范圍。

圖1 電磁閥

圖2 電動(dòng)水閥機(jī)構(gòu)

為此通過(guò)與一家專業(yè)的汽車(chē)零件廠家溝通，在原有電動(dòng)執(zhí)行器控制基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化控制線流程，設(shè)計(jì)出一款新型電動(dòng)執(zhí)行器 （圖3）來(lái)控制水閥開(kāi)、關(guān)。水閥的使用溫度、通過(guò)流量均滿足依維柯車(chē)輛冷卻液的適用范圍。為了適應(yīng)功能要求，將電動(dòng)執(zhí)行器的控制信號(hào)，改為三線制。其中2根作為固定的電機(jī)正負(fù)極，另外一根作為控制信號(hào)線。為了降低電機(jī)誤動(dòng)作的幾率，將控制信號(hào)線設(shè)置為低電平有效模式。當(dāng)控制信號(hào)線搭鐵時(shí)，在電機(jī)得電情況下，電機(jī)帶動(dòng)球形閥旋轉(zhuǎn)，水閥處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)控制信號(hào)線懸空，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)時(shí)，在電機(jī)得電情況下，電機(jī)帶動(dòng)球形閥反向旋轉(zhuǎn)，水閥處于關(guān)閉狀態(tài)。水閥起始狀態(tài)由控制信號(hào)線的是否處于低電平?jīng)Q定，開(kāi)機(jī)后自動(dòng)調(diào)整。

圖3 新型電動(dòng)執(zhí)行器

水閥及執(zhí)行器具體參數(shù)如下：水閥使用溫度：-40℃～+105℃；氣密性試驗(yàn)：在試驗(yàn)壓力為0.4MPa下，要求1min內(nèi)水閥密封圈及焊接周邊無(wú)泄漏現(xiàn)象；水閥流量：水閥全開(kāi)狀態(tài)，進(jìn)口端通過(guò)溫度85℃±5℃、壓力為0.1MPa±0.01MPa的試液，測(cè)量水閥出口端的最大泄漏量應(yīng)≥550L／h；操縱扭矩：＜200Nmm，水閥旋轉(zhuǎn)角度為900；執(zhí)行器參數(shù)：最低啟動(dòng)電壓大于8.7V；防護(hù)等級(jí)：IP54；使用溫度：-40℃～105℃；使用壽命：常溫下水閥通溫度85℃±5℃、壓力0.1MPa±0.01MPa的試液，開(kāi)關(guān)循環(huán)周期為6s，試驗(yàn)次數(shù)50000次，試驗(yàn)后水閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍能滿足性能要求。

2 方案目標(biāo)

1）增加水閥，控制暖風(fēng)水路流向，保證夏季無(wú)熱水進(jìn)入暖風(fēng)芯體，同時(shí)保證發(fā)動(dòng)機(jī)EGR散熱。

2）控制方式：電動(dòng)控制，通過(guò)簡(jiǎn)單翹板或按鍵即可實(shí)現(xiàn)。

3）外形尺寸控制，盡可能小，節(jié)約空間。

4）方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于交付車(chē)輛安裝。

3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1）增加冷卻液旁通支路，在車(chē)型暖風(fēng)入口前設(shè)置電動(dòng)水閥，后暖風(fēng)翹板開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，冷卻液由旁通回路流回，保證EGR回路水流暢通。

2）旁通支路入口處也設(shè)置電動(dòng)水閥，后暖風(fēng)翹板開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，冷卻液流由后暖風(fēng)芯體回路流回，保證EGR回路水流暢通。

3）電動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)單，設(shè)置儀表臺(tái)按鍵開(kāi)關(guān)，方便用戶改裝。暖風(fēng)水閥組件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

冬季需要打開(kāi)后暖風(fēng)時(shí) （圖5），按動(dòng)儀表臺(tái)的后暖風(fēng)開(kāi)啟按鍵，此時(shí)，暖風(fēng)芯體串聯(lián)的電動(dòng)閥打開(kāi)，冷卻液從閥體通過(guò)后，流入散熱器芯體，給車(chē)廂供暖；另一路串聯(lián)在旁通管路的電動(dòng)閥關(guān)閉，阻止冷卻液通過(guò)旁通管路流回發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水箱。

在不使用后暖風(fēng)情況下 （圖6），按動(dòng)儀表臺(tái)的后暖風(fēng)關(guān)閉按鍵，此時(shí)，暖風(fēng)芯體串聯(lián)的電動(dòng)閥關(guān)閉，冷卻液被閥體阻止，無(wú)法流入散熱器芯體；另一路串聯(lián)在旁通管路的電動(dòng)閥開(kāi)啟，冷卻液通過(guò)旁通管路流回發(fā)動(dòng)機(jī)散熱水箱。

圖4 暖風(fēng)水閥組件結(jié)構(gòu)

圖5 暖風(fēng)工作狀態(tài)

圖6 非暖風(fēng)工作狀態(tài)

如何將這套裝置加裝到暖風(fēng)回路中呢？將車(chē)架中部膠管在適當(dāng)位置切斷，放出防凍液，將暖風(fēng)電動(dòng)水閥組件接入管路，具體方法如圖7所示。

圖7 整套暖風(fēng)回路的連接示意圖

有了合適的硬件，還需要電器線束連接。此項(xiàng)目的初衷就是不破壞原車(chē)的電器線路，依靠外部加裝的這套后暖風(fēng)電動(dòng)水閥組件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。水閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)電器控制示意見(jiàn)圖8。

圖8 水閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)電器控制示意圖

由圖8可知，由于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率不大，可采用點(diǎn)火開(kāi)關(guān)直接驅(qū)動(dòng)。通過(guò)一只五爪繼電器的常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)完成兩個(gè)伺服電機(jī)的一開(kāi)、一閉功能。且在伺服電機(jī)任意故障時(shí)，都能保證至少一個(gè)通路打開(kāi)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液散熱循環(huán)。結(jié)合一些改裝車(chē)輛需要添加后暖風(fēng)功能，增加兩組暖風(fēng)散熱風(fēng)扇的控制，此方案特別適合那些用依維柯、全順、大通等多用途改裝車(chē)型的線下添加后暖風(fēng)及控制功能，原理見(jiàn)圖9。

圖9 一整套完整的暖風(fēng)電器控制系統(tǒng)原理圖

此后暖風(fēng)控制機(jī)構(gòu)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，不破壞原車(chē)電器及暖通系統(tǒng)，價(jià)格低廉，運(yùn)用前景極其廣泛。