基于PWM控制的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的檢修

余小龍

摘要：采用PWM脈寬調(diào)制信號進(jìn)行控制的冷卻風(fēng)扇，能夠?qū)崿F(xiàn)對于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的無極調(diào)節(jié)，從而更加精準(zhǔn)的控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度，本文主要分析了PWM脈寬調(diào)制冷卻風(fēng)扇的控制原理以及控制電路的檢修方法。

關(guān)鍵詞：PWM 控制;冷卻風(fēng)扇;檢修方法

0 ?引言

發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要冷卻系統(tǒng)將多余的熱量散發(fā)出去，冷卻系統(tǒng)中最核心的一個(gè)部件是冷卻風(fēng)扇，冷卻風(fēng)扇工作的時(shí)候，能夠加速流過散熱器表面的空氣，從而帶走發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的多余熱量。發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的散熱需求是不同的，因此，我們需要對冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，目前冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制，最常見的方法是采用串聯(lián)電阻分壓的方式來實(shí)現(xiàn)不同的擋位，如圖1所示，但是通過串聯(lián)電阻分壓的這種控制方式只能夠?qū)崿F(xiàn)有級的粗略調(diào)節(jié)，并不能對冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確的控制。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)對于冷卻液溫度的控制越來越精確，而基于PWM脈寬調(diào)制信號控制的冷卻風(fēng)扇，能夠?qū)崿F(xiàn)對于冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的無極調(diào)節(jié)，因此，這種控制方式在汽車上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1 ?基于PWM控制的冷卻風(fēng)扇調(diào)速原理

PWM信號是Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制信號）的縮寫，是利用半導(dǎo)體開關(guān)元件的高頻率通斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，通過控制電壓脈沖當(dāng)中高電平在一個(gè)周期內(nèi)所占的比例（占空比），就可以達(dá)到控制冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的目的[1]。PWM信號的占空比越大，冷卻風(fēng)扇所獲得的有效電壓就越高，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速就越快，反之PWM信號的占空比越小，冷卻風(fēng)扇所獲得的有效電壓就越低，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速就越慢。（圖2）

2 ?基于PWM控制的冷卻風(fēng)扇的控制策略

基于PWM控制的冷卻風(fēng)扇和普通的冷卻風(fēng)扇最大的區(qū)別是在于多了一個(gè)冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊，如圖2所示，冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊通過一根硬線和發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊相連接，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊會根據(jù)冷卻液溫度信號、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油溫度信號、空調(diào)制冷劑壓力信號，發(fā)送一個(gè)PWM控制信號給冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊，冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊接收到PWM信號過后，會輸出一個(gè)脈寬調(diào)制信號去改變冷卻風(fēng)扇電機(jī)的電壓降，從而使冷卻風(fēng)扇能夠在不同的轉(zhuǎn)速下工作。

為了避開某些特定轉(zhuǎn)速下引起的共振和噪音，冷卻風(fēng)扇電機(jī)并不會在所有轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，而是被標(biāo)定成了固定的五個(gè)擋位，這五個(gè)擋位所對應(yīng)的占空比分別是：19.61%（一檔）、44.71%（二檔）、59.61%（三檔）、74.52%（四檔）、89.81%（五檔）[2]，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)制模塊同時(shí)接收到多個(gè)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速請求信號的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊會指令冷卻風(fēng)扇電機(jī)以最高的請求轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。

鑰匙關(guān)閉后，如果檢測到冷卻液溫度超過預(yù)定值，或空調(diào)壓力超過了預(yù)定值，則發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊會控制冷卻風(fēng)扇以最低擋位運(yùn)行，如果冷卻液溫度或空調(diào)壓力降低到預(yù)定值之下，則停止風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)，為了防止蓄電池過度放電，冷卻風(fēng)扇最多運(yùn)行兩分鐘。

3 ?基于PWM控制的冷卻風(fēng)扇的檢修方法

基于PWM控制的冷卻風(fēng)扇的檢修和普通的冷卻風(fēng)扇的檢修有很大的不同，只有掌握了PWM控制冷卻風(fēng)扇的控制原理才能快速準(zhǔn)確的判斷出故障點(diǎn)，圖3所示為2019款凱迪拉克CT6轎車的冷卻風(fēng)扇的控制電路。

從電路圖上可以看到G10冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊上面一共連接了三根線，其中1號線是通過一個(gè)代號為F2UB 80安的保險(xiǎn)絲和蓄電池的正極直接連接在了一起，這根線是冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊的12伏電源供電線，我們可以使用萬用表的電壓檔去測量這根線和蓄電池負(fù)極之間的電壓，正常情況下電壓應(yīng)為12伏左右，如圖4所示，如果電壓不為12伏，則拔下冷卻風(fēng)扇控制模塊的插頭以及X50B發(fā)動(dòng)機(jī)艙下輔助保險(xiǎn)絲盒的X5號插頭，測量冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊的一號針腳和X50B發(fā)動(dòng)機(jī)艙下輔助保險(xiǎn)絲盒的X5號插頭A號針腳之間的端對端電阻是否小于2歐姆，如果大于2歐姆，則修理電路中的斷路，如果小于2歐姆，則檢查F2UB保險(xiǎn)絲是否熔斷。

冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊的2號線是和一個(gè)代號為G107的搭鐵點(diǎn)連接在一起的，這根線是冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊的負(fù)極搭鐵線，我們可應(yīng)用萬用表的電阻檔去測量這根線和車身搭鐵之間的電阻，如圖5所示。

正常情況下冷卻風(fēng)扇2號線與車身搭鐵之間的電阻應(yīng)小于2歐姆，如果電阻大于2歐姆，則檢查G107搭鐵點(diǎn)是否牢固。

冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊的四號線是和K20發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊連接在一起的，這根線是冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊的PWM信號控制線，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊會根據(jù)冷卻液溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油溫度、空調(diào)系統(tǒng)壓力等信號，發(fā)送PWM占空比信號給冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊，冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制接收到發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的信號過后會控制冷卻風(fēng)扇電機(jī)的電壓降，從而控制冷卻風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

我們可以使用示波器去測量冷卻風(fēng)扇電機(jī)4號線上面的波形，如圖6所示，當(dāng)冷卻風(fēng)扇電機(jī)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，4號線上面測量到的是一個(gè)PWM的方波信號，PWM信號的占空比表示的是冷卻風(fēng)扇電機(jī)的通電時(shí)間，PWM信號的占空比越大，則冷卻風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速越快。

同時(shí)我們還可以使用X431解碼器的執(zhí)行器測試功能，如圖7所示，判斷冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊的好壞，在執(zhí)行器測試的頁面上一共有5個(gè)動(dòng)作測試的按鈕，這5個(gè)按鈕分別對應(yīng)著冷卻風(fēng)扇電機(jī)的一檔、二擋、三擋、四檔以及五檔，當(dāng)我們操作其中的按鈕，解碼器會請求發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊發(fā)送PWM信號給冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊，當(dāng)冷卻風(fēng)扇電機(jī)控制模塊接收到PWM脈寬調(diào)制信號過后，就會去控制冷卻風(fēng)扇電機(jī)以相應(yīng)的檔位旋轉(zhuǎn)。

4 ?結(jié)語

基于PWM脈寬調(diào)制信號控制的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇，能夠通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，實(shí)現(xiàn)對于冷卻風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的無極調(diào)節(jié)，從而更加精確的控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度。本文主要分析了PWM信號的調(diào)速原理、冷卻風(fēng)扇電機(jī)的控制策略以及基于PWM信號控制的冷卻風(fēng)扇電機(jī)的檢修方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏遠(yuǎn)飛，侯邦明.基于PWM控制的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇改進(jìn)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019（10）：150-153.

[2]商愛鵬.2015款上海通用昂科威新技術(shù)剖析（三）[J].汽車維修技師，2015（02）：14-17.

[3]凱迪拉克CT6維修手冊.