汽车发动机冷却风扇控制技术评析

收稿日期：２００９一０５—１４ 上海汽车２００９．０７
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样以控制外部功率继电器，从而控制高速和低速 两个风扇。
安装位置：在空气滤清器中，离冷却风扇较 远。
特点和评析：采样信息多，便于智能化控制和 统一协调管理。只能控制两个同定风速。ＰＣＭ负 荷工作任务量大，时效性比分体式差。
２．２分体式控制类型一发动机冷却风扇控制器
典型产品是用于德国大众ＣＡＤＤＹ、ＴＯＵＲＡＮ、 ＳＫＯＤＡ等冷却风扇控制器，安装在发动机舱的冷 却风扇上。法国标致３０８、雪铁龙Ｃ４、Ｃ６也采用 了这一技术。
技术评析：为综合型智能控制方式，兼有集中 式控制和ＰＷＭ技术的优点，控制电路对发动机及 其周围环境参数考虑的已极为全面。有紧急运行 模式、堵转、短路、过压、欠压、温度过高保护等等 功能。真正体现了智能化控制。同时与以往的控 制方式相比，能效更高，达到了节能降耗的目的。 如图７所示。
２．２．５早期ＰＷＭ脉宽调制输出的控制电路 外围电路如图５所示。典型例子是用于帕萨
特Ｂ５／Ｖ６车型的冷却风扇控制器。
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图５早期ＰＷＭ控制器外围电路
特点和评析：①风扇转速不再是前几种继电器闭 合后的固定速度，而是采用ＰＷＭ脉宽调制技术， ２０ Ｈｚ频率下占空比可变的四种速度，虽然是单风 扇，却可以根据水温和空调压缩机压力情况实现 四种强制补风能力，使冷却效率大大增加。②用 功率ＭＯＳ管取代了继电器来驱动风扇。提高了 工作可靠性和工作耐久性。③具有短路、过载堵 转等保护功能。④由于有固定频率震荡脉冲，对 外的电磁骚扰加剧，须采取一定的抑制措施。 ２．２．６改进后的ＰＷＭ脉宽调制输出方式的控制
如图２所示，为上海大众波罗冷却风扇控制 电路电原理图。两个大功率继电器和与门电路 （或延时电路）集中在一起，组成一个独立结构。 继电器工作与否也受控于外部冷却液温度开关和 空调压力开关。Ｋｌ和ｌ（２端分别接监测冷却液的 温度两个热敏开关，热敏开关１的动作温度为９２ —９７℃，控制辅助风扇，热敏开关２的动作温度为 ９９一一１０５ ｏＣ，接主风扇。ＭＯＴｌ、ＭＯＴ２与空调控 制器相连，压力或压缩机工作时，风扇会进行必要 的工作。当热敏开关Ｉ或ＭＯＴｌ接收到相应超限 信号时，启动低速辅助风扇。热敏开关２或ＭＯＴ２ 接收到相应超限信号时，启动高速主风扇。
输入信号有空调压缩机的压力传感器（ＰＷＭ 信号）、外界温度传感器（ＮＴＣ）、水温信号、机械式 温度开关、空调开关等，这些都是发动机系统必不 可少的控制信号，经单片机处理，分别根据不同的 压力条件、温度条件，使主风扇、辅风扇、空调电磁 离合器和冷却水泵进行有序的工作，风扇启动其 外围电路见图４。这种冷却风扇控制器是双风扇 固定转速控制技术的最高形式。
１ 冷却风扇控制技术分类
汽车发动机的冷却系统有空气冷却和液体冷 却２种形式。目前最常用的是液体冷却。即用于 冷却的液体经过循环系统，再通过散热器散热来 使发动机降温，冷却风扇用来给散热器通过风速 强制补风，以满足发动机适度冷却的需要。
从冷却风扇工作形式来看，冷却风扇的控制 方式有３种：一是适用于大型车辆和重型车辆的 机械驱动控制方式；－－是与发动机ＥＣＵ无关、环境 参数独自监控的自控电动控制方式；三是综合发 动机、空调、压缩机、车速等多种参数信息的综合 型智能控制方式。前者主要是利用机械传动原 理。或用发动机曲轴直接带动，或由发动机皮带带
图２波罗冷却风扇控制器电原理图 特点和评析：自控电动控制方式，直接安装于 风扇附近，散热好；线路简单、线束少，易维修。只 能控制两级个固定风速；用于密封强制循环式发 动机冷却系统。对产品的工作温度要求较高，从 ７０℃提高到１１０℃，另外对水密封性和防尘都有 更高的要求，综合成本较高。电路对风扇电机没 有保护功能。 ２．２．３智能芯片与继电器分离式控制电路 代表产品是用于金杯海狮、金龙海狮柴油车 和北汽福田蒙派克车的上海沪工公司产品系列。 工作原理如图３所示，控制器采样水温传感器Ｒｔ 信号，当温度８０±３０Ｃ时，控制继电器Ｊ１动作，驱 动风扇低速运行；当温度８５—９５℃时，控制继电
动冷却风扇；后两者才体现了真正意义上的发动 机冷却风扇控制技术。
从冷却风扇驱动控制模块来看，冷却风扇的 控制技术可分为两大类，一是集中于发动机动力 系统控制模块控制的集中式控制；二是独立于发 动机外或与发动机有通讯联系的分体式控制。集 中式控制，即指冷却风扇的控制由兼有发动机的 喷油、点火、排放、空调、冷却风扇等多种控制功能 的发动机动力总成控制模块执行。由它统一协调 调度，来保障发动机良好的动力性、经济性、排放 性。分体式控制，即指脱离了发动机，由外部的电 子控制模块来完成驱动风扇，以达到冷却系统使 发动机适度冷却的目的。这个外部的电子控制模 块就是我们所谓发动机冷却风扇控制器。
冷却效能需求（％）
图７冷却效能鼍对比图
类特点评析，可以看出，冷却风扇控制技术从集 中式，到分体式控制方式的大量采用，使冷却风 扇控制的实时性大大提高，即保证在发动机管 理系统处理其它工作程序的同时，冷却系统还 能实时工作。ＰＷＭ控制技术的采用，克服了固 定风速、有级风速造成能量损失的缺陷，而无级 调速更是发挥了这一控制技术的优点。同时， 从可靠性角度看，ＰＷＭ控制技术的采用，提高 了控制系统的抗干扰能力，而随之带来的电磁 骚扰问题也须十分注意。环保、节能降耗、高性 能、智能化必然是冷却风扇控制技术今后的研 究方向。
ＰＷＭ控制器的特点，也继承了集中控制方式的优 点，只是高速风扇Ｍ２依然是有级调速，必然有能 量的损耗，电磁骚扰问题也比较较突出。 ２．２．７ 新一代ＰＷＭ脉宽调制输出方式的控制电路
新一代ＰＷＭ脉宽调制输出方式的控制电路 是在改进版基础上演变而来的，只是双风扇输出 特性相同，实现了双风扇输出的无级调速。
器Ｊ２动作，驱动风扇高速运行。当冷却液温度低 于相应温度时，依次由高速降到低速至停止。
图３智能芯片与继电器分离式控制电路图原理 特点和评析：自控电动控制方式，核心芯片是 单片机，控制电路与继电器分离，单端口信号采 样、双路风扇固定风速控制输出。控制电路简洁，
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由于远离继电器和冷却风扇，电磁兼容的效果较 好。但采样信息少，能耗控制未予考虑。电路对 风扇电机没有保护功能。 ２．２．４智能芯片加继电器集成式控制电路
２．２．１单纯继电器控制电路 如图１所示为早期汽车通用的冷却风扇控制
器（近期中高档汽车如帕萨特Ｂ５也有使用）。
图ｌ 帕萨特Ｂ５冷却风扇控制器工作电路图
工作原理：当冷却液温度或打开空调后空调压力 超过规定的限值时，温度开关或空调压力开关接 通，控制儿、Ｊ２继电器工作，驱动风扇电机使冷却 风扇工作。
特点和评析：自控电动控制方式，线路简单实 用，成本低，易维修。但远离风扇，线束长。只能 控制两个固定风速。对风扇电机没有保护功能。 ２．２．２逻辑电路加继电器集成式控制器
典型产品是用于Ｂｒｏｒａ Ａ４车的ＨＧ４９４８冷却 风扇控制器。其电路特点是：在自控电动控制方 式二结构上增加单片机等电子器件。多端口信号 采样；输出端，除主、辅双风扇控制外，还控制空调 电磁离合器和冷却水泵，与发动机ＥＣＵ有单线双 向通讯端口（ＢＩＤＩ），负责向发动机通知空调电磁 离合器的工作状况及判断风扇控制器是否应该启 动电磁离合器。
３ Biblioteka Baidu语
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图６改进后的ＰＷＭ控制器外部电路示意图
输出为零。其它情况下均为１００％输出。 技术评析：综合型智能控制方式，继承了早期
参考文献
ｌ ＨＧ４９４８冷却风扇控制器Ｑ／ＹＸＲＤｌ０３－２００３［ｓ］．上海沪 工汽车电器有限公司企业标准，２００３．
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ｅａｎｌｅｓｔ．
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汽车发动机冷却风扇控制技术评析
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
何春鸣， He Chunming 上海沪工汽车电器有限公司
上海汽车 SHANGHAI AUTO 2009，(7) 0次
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点火
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低速和高速型 冷却风扇
图４ Ｂｒｏｒａ Ａ４的冷却风扇控制外围电路
评析：综合型智能控制和自控电动控制的边 缘方式，采样信息多，智能化控制程度高；风扇软 启动方式，提高了风扇的工作寿命。安装在冷却 风扇附近，散热较好。但对水密封性和防尘都有 更高的要求，综合成本较高
电路 典型产品是用于一汽大众奥迪轿车的冷却风 扇控制器，双风扇驱动模式。图６是其外部电路 示意图。 安装在发动机舱的冷却风扇上。与早期不同， 改进后ＰＷＭ控制器与发动机ＥＣＵ紧密相关，发动 机ＥＣＵ在采样分析冷却系统的温度、压力等综合信 号后处理成ＰＷＭ信号给冷却风扇控制器，冷却风 扇控制器再输出相应占空比的ＰＷＭ脉冲信号驱动 风扇，使风扇在一定范围内可以无级调速。 改进后ＰＷＭ控制器控制两个风扇输出情况 不同，在输入信号占空比＜５％时，两者均为１００％ 输出，风扇全速运行。此后，在５％一１２％输入时， 风扇Ｍｌ输出为零，在１２％一８８％输入时为线性 输出，即以占空比为２２％一９０％输出无级调速。 风扇Ｍ２则在在输入信号占空比为５％～８２％时，
汽车发动机冷却风扇控制技术评析
何春呜 （上海沪工汽车电器有限公司）
【摘要】 对汽车发动机冷却风扇控制技术进行了分类并加以技术特点分析，说明了环保和节能降耗是
冷却风扇控制技术的发展方向，而电子技术发展中出现的越来越多的电磁兼容问题，必须认真对待。
【主题词】发动机冷却系统汽车
０ 引言
汽车发动机在高温工作环境下必须得到适度 的冷却，以使其保持在适宜的温度下工作，才能满 足发动机良好的工作性能、耐久性和废气排放的 要求。发动机冷却系统在此起着关键作用。而发 动机冷却系统的控制技术，主要就是冷却风扇的 控制技术。如何以最低的成本、最低的功耗，最好 地完成发动机冷却系统的冷却任务，冷却风扇控 制技术值得深入的研究分析。
各种风扇控制类型、控制技术各有特点。大 汽车厂商根据不同情况各取所需，因而目前各种 控制技术种类并存。
２ 冷却风扇控制技术评析
２．１集中式控制类型——发动机动力系统控制 模块
典型例子是美国通用系列轿车，如赛欧、别克 基本型，东风神龙的毕加索、塞纳也是如此。
将冷却风扇的控制集成在其中发动机动力系 统控制模块（ＰＣＭ）中。对环境温度、空调压缩机 压力，冷却液温度，进气温度等传感器信号进行采