康明斯动力设备（深圳）有限公司

 

 

性能特点和作用说明

康明斯节温器工作过程和控制逻辑的优点

 

柴油发电机的冷却系统为强制循环水冷系统，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在柴油发电机中循环流动。强制循环水冷系统由水泵，散热器，冷却风扇，节温器，补偿水桶，柴油发电机缸体和缸盖中的水套以及其他附属装置等组成。其中节温器的作用是控制冷却液流动路径的阀门。它根据冷却液温度的高低，打开或关闭冷却液通向散热器的通道。传统的节温器只受冷却液温度的影响，随温度的升高，感温器内的蜡丸融化，压缩胶管，推动推杆上升，阀座和挡片被固定住，此时衬套高度上升，主阀门打开，冷却液进行大循环，水温达到115 ℃以上时，推杆上升高度会导致副阀门关闭，此时小循环停止。

一、节温器工作过程

康明斯B、C系列柴油发电机采用的是蜡式、底通型节温器，推杆的一端固定在支架的中心处，另一端插人胶管的中心孔中。胶管与节温器外壳之间形成的腔体内装有精制石蜡。常温时，石蜡呈固态，弹簧将主阀门推向上方，使之压在阀座上，主阀门关闭而副阀门随着主阀门上移，离开阀座打开。当柴油发电机水温升高时，固态蜡逐渐变成液态，其体积膨胀，迫使胶管收缩，从而对推杆锥状端头产生上举力。固定不动的推杆对胶管、节温器外壳产生向下的反推力。当柴油发电机水温达到规定的水温时，推杆对节温器外壳的反推力可以克服弹簧的预压力，主阀门下移开始打开，副阀门下移逐渐关闭。当水温达到和超过主阀门全开温度时，主阀门全开，而副阀门正好完全关闭。

1、大小循环过程

以康明斯B系列柴油发电机节温器为例，说明其循环过程。当柴油发电机开始运行时，冷却液温度较低(低于83℃)，节温器主阀门全闭，而副阀门全开，来自柴油发电机缸盖出水口的循环热水从节温器副阀门的通道流回水泵进行小循环。当冷却液温度达到节温器主阀门开启温度时(≥83℃)，随着温度的逐渐升高，主阀门慢慢开启，副阀门慢慢关闭，节温器主阀门、副阀门均，处于半开状态，冷却液的大、小循环同时进行。当温度达到和超过主阀门全开温度时(≥95℃)，主阀门全开，达到最大升程，节温器副阀门正好全部关闭了小循环通道，这时全部冷却液沿出水管进入散热器进行冷却，进行大循环。

2、冷却液流动过程

冷却液由缸盖进入到节温器中，在小循环中冷却液由旁通阀流出到旁通管中，然后流回缸体；进行大循环时，节温器主阀门开启，冷却液通过主阀门流向散热器，然后再流回缸体；混合循环时主阀门和旁通阀均处于开启阶段。在循环过程中，冷却液还需要经过节流阀流向节气门体对节气门体进行加热，另外根据暖风机开启的不同，还有冷却液通过上图中的管路流向暖风机设备。

图1 节温器冷却液流动路线图

二、节温器的基本性能

1、蜡丸的组成

主要是感温蜡和添加剂成分，感温蜡是CnH2n+2  直链异构烷烃混合物，经常会掺有铜粉或铝粉，作用是增强导热性，使感温蜡及时、均匀地感受到水温变化。

2、初开温度

低分子量的烷烃熔化开始 ，节温器阀门刚刚开启时的冷却液温度 ，它的公差范围一般为4℃，如105℃的节温器，初开温度为105±2 ℃ ，指在温度在（103-107 ）℃时节温器开始开启。 

3、全开温度

高分子量的烷烃熔化完毕，节温器阀门完全打开时的冷却液温度。

4、阀门升程

感温蜡由固态变为液态后体积膨胀，挤压胶管，促使推杆上升，推动主阀门上升的高度。

4、全开升程

是指节温器在温度达到全开温度时，主阀门的上升高度，节温器的最小升程，一般为8毫米，如GEN3的电子节温器，其全开温度是120℃，就是指在120 ℃的温度下，节温器的升程最小为8毫米。常态下，不考虑加热电阻加热的情况下，GEN3节温器在推杆上升5.5~6mm时，副阀门完全关闭，此时冷却液的温度大致为112~115 ℃之间。

5、耐久性

调温器从低温槽（阀门关闭状态）进入高温槽（阀门开启状态），再回到低温槽（阀门关闭状态）为一次循环。 在耐久性指标规定的循环次数之后，调温器基本性能：初开温度和全开升程的变化必须在一定的范围之内。

6、滞后性

在全开升程中，节温器的测试点在升温和降温过程所对应的两个温度数值之间的差值。GEN3节温器在升程为2mm处，开启曲线和关闭曲线的温度最大差值为6 ℃。           

7、灵敏度

节温器在规定的温度下主阀门由关闭达到全开升程所需要的时间，GEN3节温器的灵敏度定义为70S。

图2 节温器结构示意图

三、节温器的控制逻辑

ECU内部设定了节温器的标定载荷，转速，同时还有空气温度，柴油发电机上的传感器会向ECU反馈测定的信号，ECU将其与之前标定的数值进行比较之后，会通过改变电压输出信号的占空比来控制电阻片的加热情况，从而起到控制节温器主阀门开启的作用，最终改变冷却液的温度。

 

如图所示为典型的节温器内部标定温度的控制图，随柴油发电机载荷以及车速的不同，加热电阻开始加热时的冷却液的温度是不一样的。以蓝色区域为例，在高速以及高负荷的情况下，柴油发电机控制系统（ECU）内设定的电阻片加热温度为80~90度之间，即此温度下，仅靠冷却液的温度是无法打开主阀门的，但ECU感应到载荷和车速信号后，会通过加热电阻片，提前将主阀门打开，防止冷却液温度的突然升高。

节温器加热电阻的电压信号的占空比情况：在水温为95到105 ℃之间时，柴油发电机控制系统（ECU）所施加的电压信号的占空比（PWM）为100%；当冷却液温度上升到为105至120 ℃之间时，ECU所施加电压信号的占空比与冷却液温度呈线性关系，如上图中的蓝色直线所示；当冷却液温度大于120 ℃时，加热电压信号的占空比为零，此时依靠冷却液的温度已经可以确保主阀门完全开启。

节温器温度控制图

四、电子比较传统节温器的优点

传统节温器：

以石蜡作为感温介质，依靠冷却液的温度调节阀门的开关，具有响应延迟的缺点。

电子节温器：

柴油发电机控制系统程序中编有电子控制冷却系统的特性图，与传统的柴油发电机控制单元相比功能有所增加。它接受电子控制冷却系统的传感器送来的信号并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。相比之下使用电子节温器有以下的优点：

（1）在相同工况下，使柴油发电机在相对于传统节温器更高的温度下进行工作。

（2）能够使燃油的燃烧更充分，有利于改善废气的排放，减少CO和CH的排放。

（3）能够减少燃油的消耗，特别是当柴油发电机在低负荷的状态下运行时。

 

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