一款適用于依維柯后暖風(fēng)改裝的電動水閥組件開發(fā)

孫 燁，王鳳琴

（豫新汽車熱管理科技有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453049）

近年來，隨著時代的發(fā)展，輕客行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和用戶需求也在不斷提高。為此，南京依維柯進行了一項名為“科技改變未來”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技術(shù)和品牌價值的新車型--全新一代依維柯Daily。專業(yè)物流、專用改裝市場，原本就是依維柯的優(yōu)勢市場，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)勢車輛，在乘客的舒適性體驗上，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，一旦進入炙熱的夏季，靠近散熱器的乘客腿部就會不適。目前，主機廠還未就此現(xiàn)象針對性改進。鑒于此，本文提出一種針對性的電動水閥組件設(shè)計，保證安全可靠的同時，解決了此問題。

1 設(shè)計構(gòu)思

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

出于駕駛員操縱簡潔方便的考慮，設(shè)計之初就選用電動結(jié)構(gòu)。

通過對市場上車用電磁閥 （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，常開款的市面上型號少，價格昂貴，而且壽命都普遍較短。這就無法實現(xiàn)最初的設(shè)計構(gòu)想，即使用后暖風(fēng)時，芯體回路打開，旁通回路關(guān)閉；不使用暖風(fēng)時，芯體回路關(guān)閉，旁通回路打開。

借鑒我公司空調(diào)HVAC水閥機構(gòu)執(zhí)行器設(shè)計理念和選型方案，進一步擴寬思路，決定采用電動執(zhí)行器正反轉(zhuǎn)帶動球形閥旋轉(zhuǎn)的水閥機構(gòu)（圖2）。但是這種電動執(zhí)行器通常是依靠調(diào)整兩個引腳的正負(fù)極進電方向或者觸發(fā)不同的控制信號來實現(xiàn)球形閥的打開與關(guān)閉。這種控制需要單片機功能才能實現(xiàn)，需添加帶有邏輯功能的控制器，而且還要破壞原車的電路結(jié)構(gòu)，對于改裝廠來說超出其能力范圍。

圖1 電磁閥

圖2 電動水閥機構(gòu)

為此通過與一家專業(yè)的汽車零件廠家溝通，在原有電動執(zhí)行器控制基礎(chǔ)上，簡化控制線流程，設(shè)計出一款新型電動執(zhí)行器 （圖3）來控制水閥開、關(guān)。水閥的使用溫度、通過流量均滿足依維柯車輛冷卻液的適用范圍。為了適應(yīng)功能要求，將電動執(zhí)行器的控制信號，改為三線制。其中2根作為固定的電機正負(fù)極，另外一根作為控制信號線。為了降低電機誤動作的幾率，將控制信號線設(shè)置為低電平有效模式。當(dāng)控制信號線搭鐵時，在電機得電情況下，電機帶動球形閥旋轉(zhuǎn)，水閥處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)控制信號線懸空，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)時，在電機得電情況下，電機帶動球形閥反向旋轉(zhuǎn)，水閥處于關(guān)閉狀態(tài)。水閥起始狀態(tài)由控制信號線的是否處于低電平?jīng)Q定，開機后自動調(diào)整。

圖3 新型電動執(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：在試驗壓力為0.4MPa下，要求1min內(nèi)水閥密封圈及焊接周邊無泄漏現(xiàn)象；水閥流量：水閥全開狀態(tài)，進口端通過溫度85℃±5℃、壓力為0.1MPa±0.01MPa的試液，測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)：最低啟動電壓大于8.7V；防護等級：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，開關(guān)循環(huán)周期為6s，試驗次數(shù)50000次，試驗后水閥、執(zhí)行機構(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，保證夏季無熱水進入暖風(fēng)芯體，同時保證發(fā)動機EGR散熱。

2）控制方式：電動控制，通過簡單翹板或按鍵即可實現(xiàn)。

3）外形尺寸控制，盡可能小，節(jié)約空間。

4）方案設(shè)計簡單，便于交付車輛安裝。

3 設(shè)計實現(xiàn)

1）增加冷卻液旁通支路，在車型暖風(fēng)入口前設(shè)置電動水閥，后暖風(fēng)翹板開關(guān)關(guān)閉時，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)置電動水閥，后暖風(fēng)翹板開關(guān)打開時，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）電動控制，操作簡單，設(shè)置儀表臺按鍵開關(guān)，方便用戶改裝。暖風(fēng)水閥組件結(jié)構(gòu)見圖4。

冬季需要打開后暖風(fēng)時 （圖5），按動儀表臺的后暖風(fēng)開啟按鍵，此時，暖風(fēng)芯體串聯(lián)的電動閥打開，冷卻液從閥體通過后，流入散熱器芯體，給車廂供暖；另一路串聯(lián)在旁通管路的電動閥關(guān)閉，阻止冷卻液通過旁通管路流回發(fā)動機散熱水箱。

在不使用后暖風(fēng)情況下 （圖6），按動儀表臺的后暖風(fēng)關(guān)閉按鍵，此時，暖風(fēng)芯體串聯(lián)的電動閥關(guān)閉，冷卻液被閥體阻止，無法流入散熱器芯體；另一路串聯(lián)在旁通管路的電動閥開啟，冷卻液通過旁通管路流回發(fā)動機散熱水箱。

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？將車架中部膠管在適當(dāng)位置切斷，放出防凍液，將暖風(fēng)電動水閥組件接入管路，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。此項目的初衷就是不破壞原車的電器線路，依靠外部加裝的這套后暖風(fēng)電動水閥組件來實現(xiàn)功能。水閥執(zhí)行機構(gòu)電器控制示意見圖8。

圖8 水閥執(zhí)行機構(gòu)電器控制示意圖

由圖8可知，由于伺服電機驅(qū)動功率不大，可采用點火開關(guān)直接驅(qū)動。通過一只五爪繼電器的常開、常閉觸點完成兩個伺服電機的一開、一閉功能。且在伺服電機任意故障時，都能保證至少一個通路打開，保證發(fā)動機冷卻液散熱循環(huán)。結(jié)合一些改裝車輛需要添加后暖風(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型的線下添加后暖風(fēng)及控制功能，原理見圖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)控制機構(gòu)體積小，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，不破壞原車電器及暖通系統(tǒng)，價格低廉，運用前景極其廣泛。