商用车电控硅油风扇转速高故障分析与优化

2022-09-20樊京元

内燃机与配件 2022年13期

关键词：硅油电控标定

0 引言

电控硅油风扇是商用车领域中一种应用较为普遍的风扇类型，已经成为车用发动机冷却系统的重要部件之一。电控硅油风扇的硅油离合器不仅可以减少发动机的有效功率损耗提高发动机经济性，而且可以减少发动机排放，降低发动机振动与噪声，提高发动机使用寿命

。因风扇离合器无法啮合或啮合效果不佳导致的失效，进而引起整车冷却效果不佳及水温高的故障已有成熟的经验和应对方案

。因风扇硬件故障或电控数据标定原因导致风扇转速异常偏高，进而引起风扇长时间无法准确响应ECU控制的故障，在当前ECU策略中无法识别、缺少诊断逻辑，但风扇已经处于异常工作状态，会导致整车运行水温偏低、油耗增高问题。

1 风扇介绍及对比

商用车风扇主要包括机械刚性风扇、普通硅油风扇、电磁风扇、电控硅油开环风扇、电控硅油闭环风扇、电子风扇和液压风扇等类型。

式中,x为输出向量,ε为加性噪声污染。假设加性噪声ε符合均值为0,方差为的正态分布,即则观察值y的先验分布为

机械刚性类型风扇与发动机通过皮带直接连接，与发动机转速一直保持固定速比，功耗浪费现象严重，而且当发动机低速运转时，冷却系温度强制散热，容易造成发动机温度过低。

普通硅油类型风扇通过硅油做介质，当发动机负荷增加水温升高时，从散热器吹来的热空气使双金属感温片受热而扭转变形，带动阀销一起转动并通过感温片变形量的大小控制进油阀开度，在液体摩擦作用下，风扇离合器啮合，从动板随主动板一起转动，风扇开始工作。当发动机热负荷降低时，气流温度也随之降低，感温片回转带动阀销关闭阀孔，工作腔内的硅油在惯性力作用下流回贮油室，风扇离合器脱开，“空转”运行避免了一定的功耗浪费

。但普通硅油风扇存在无法连续调速的缺点，而且感温片感知的散热器后处环境温度与散热器内的冷却水真实温度存在差异，部分工况下存在感知温度与实际冷却水温度差异大的问题。普通硅油风扇的外形实物图见图1。

电控硅油开环类型风扇是一种“开关”型风扇，控制线束只有控制电磁阀的两个针脚，只需设定风扇的开启温度和关闭温度。硅油开环风扇通过控制电磁阀的开关状态来实现风扇离合器工作腔内的硅油量发生变化，继而实现风扇空转或全速运转，功能类似于两速电磁风速。电控硅油开环类型风扇标定简单，占用时间短，但水温波动范围大，风扇不带风扇转速传感器，只能实现两级转速调节，同样存在无法连续调速和转速精准控制的缺点

。

近红外光谱仪（Near Infrared Spectrum Instrument，NIRS）是介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定为780～2 526nm，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。

电磁类型风扇主要根据发动机回水管水温变化或整车部件冷却需求来控制风扇转速，由于其传递和切断动力时都受电磁力的作用，因此称为电磁离合器风扇。电磁类型风扇的转速响应快于硅油类型风扇。电磁离合器风扇一般分为两速电磁风扇和三速电磁风扇两种，根据电磁阀温控开关的数量(一般为一个或两个)来实现风扇的两级或三级转速调节，使得风扇工作更合理。当发动机刚起动或水温较低时，电磁阀处于断开状态，风扇在轴承惯性作用下维持怠速空转，水温升高或整车相关部件散热需求达到标定温度时，发动机控制器或整车控制器输出电磁阀闭合指令，风速转速从怠速空转提高至二档转速或三档转速进行冷却，但存在无法连续调速和故障率高的缺点。

电控硅油闭环类型风扇实际上是指风扇的电控硅油离合器闭环控制。电控硅油闭环风扇的外形实物图见图2，控制线束含有5个针脚，2个针脚控制电磁阀开度，另外3个针脚为风扇转速传感器用。风扇离合器闭环控制，首先基于发动机冷却液温度、发动机进气温度、发动机润滑油温度、空调信号、缓速器信号、制动信号、整车信号、风扇热滑差保护等因素，确定风扇设定目标转速。然后根据当前发动机转速和风扇设定转速查询预设的前馈控制MAP值，并根据风扇设定转速与当前实际风扇转速的偏差通过PID标定参数调节得到电磁阀开度修正值，该修正值重新调整电磁阀开度，从而使电控硅油离合器工作腔内硅油量发生变化，继而调整风扇转速。得到新的风扇转速再与风扇设定值比较，再通过PID调节电磁阀开度，这样反复修正，始终保持风扇当前转速与风扇设定转速一致

。电控硅油闭环类型风扇可以连续调速，风扇转速实现了精准控制，节能降噪效果明显，但硅油介质的属性决定了硅油风扇从全啮合状态分离至怠速空转状态的时间一般比电磁风扇和电子风扇慢。

“我不走，我的家乡本来就已经回不去了，我要和你一起坚守在这里。”我握住了他的手，那是我第一次握他的手，他的手温润、厚实，上面还有着鲜血的温度。握着他的手，我感到前所未有的踏实。只要和他在一起，我忽然觉得什么都不怕了，我不怕他心中有她人，我不怕城破人亡，我只知道，我要和他在一起面对，永远不离不弃。

试验车上通过复现相应工况和多个稳态工况，对电控硅油闭合类型风扇的转速PID标定参数进行多组优化尝试，转速异常偏高现象没有得到改善，分析此次故障不是PID参数标定不合理造成，而且电控数据标定原因一般会带来批量的同类型故障，出现偶发性故障的概率较低。尝试更换同批次的另一个风扇离合器硬件，安装完成后再次复现该工况，风扇转速可以正常跟随设定转速0r/min，风扇转速异常偏高现象消失，风扇表现见图4，更换其他工况后同样没有再出现风扇转速异常偏高现象，认为问题得到解决。

2 风扇故障及分析

一款匹配电控硅油闭环类型风扇的重型自卸车，在整车油耗路谱循环试验中发现，风扇的实际转速存在长时间异常偏高问题，具体表现为：发动机控制器ECU中的策略输出的风扇设定目标转速一直为0，风扇离合器虽然分离(表现为风扇实际转速低于发动机转速)但风扇实际转速远高于正常怠速(该款风扇厂家提供的正常怠速空转值为100r/min-200r/min，从全速啮合状态分离至怠速空转状态的时间低于30s)，故障数据见图3。

例如在实验“粗盐的提纯”中，教师首先在实验室播放相关的实验视频，要求集体学生认真观看.而后教师按照标准步骤和实验要求复原该实验过程，并详细讲述“操作不慎导致坩埚炸裂”、“酒精灯倾倒在桌面上”等问题，令学生明白化学实验的的潜在危险性，进而在脑海中树立强烈的保护自我的意识，将自身行为和思想统一到“谨言慎行”的地步，最终安全顺利的完成该实验.

诊断逻辑具体说明如下：

电控硅油闭环类型风扇的常见故障中，有些故障原因为离合器硬件功能失效，表现为风扇脱离不开即风扇一直同发动机同步运转或一直怠速运转；有些故障原因为中心轴承断裂或烧死；有些故障原因为线束装配时没有装好，或者线束线圈卡死造成线束插接件脱落、线束被打断、短路或断路致使风扇不能正常运转；有些故障原因为焊缝开裂漏硅油、法兰断裂；有些故障原因为局部温度高导致硅油碳化，硅油粘度下降使得风扇离合器滑差增大或不啮合，硬件或工艺类的原因往往较难排查。

情况二、风扇离合器已经分离但实际转速长时间远高于正常怠速的情况判定：

当前计算机程序设计的主线仍旧是面向客户要求的程序设计和数据抽象。为了提高计算机编程语言的简单便捷、适应大众，编程语言必须简单易学，不需要较高的专业性。编程语言要以能够为使用者提供便捷性的方向发展，使具备一定基础概念和基本使用能力的使用可以使用软件进行简单的工作流程编写工作，提升操作的简便性和软件的适用范围。

电控硅油闭环风扇相比前4种类型风扇，通过自带转速传感器和ECU策略设定实现风扇转速闭环的精确控制，相比全速或开环运转，减少能耗浪费和车辆噪音；相比电子风扇，不存在缺少大功率成熟产品而无法解决极端工况散热的情况，可以广泛用于重型商用车；相比液压风扇，无需液压马达/泵及管路等额外部件，价格便宜，布置方便

。

3 风扇故障的诊断优化

结合本次电控硅油闭环类型风扇的故障现象和分析处理经验，本文给出一种此类软故障的诊断逻辑，实现自动诊断和故障码生成，改善因风扇故障带来的水温低、油耗高现象，逻辑见图5。

图3中，黑色曲线为路谱循环的车速信号，红色曲线为发动机转速信号，绿色曲线为风扇实际转速信号，紫色曲线为风扇设定目标转速，横坐标为时间信号。图3中的前600秒时间内(横坐标值1000s～1600s时间段)，风扇实际转速上冲并在300r/min-750r/min持续波动，高于风扇正常怠速值；600秒后(横坐标值1630s～1820s时间段)，整车路谱循环运行至高速分部，车速和发动机转速提高并稳定在较高数值状态，此时风扇转速出现上冲并在900r/min-1100r/min范围内持续波动，长时间不响应设定目标转速0r/min，整个过程中无电控故障码报出，但风扇转速异常偏高，导致整车运行水温降低、油耗增高。

“在崖洞边上，我找到了一个蛋，你看。”我吃惊地看着她朝我伸出空无所有的细爪，喉咙一阵阵发紧。“我追那些一闪一闪的白影子，累得胸膛都破碎了。”

情况一、风扇离合器长时间无法分离判定：

3.1.1)风扇当前没有电磁阀开路故障报错；

3.1.2)风扇设定转速与发动机转速的差值小于判定限值Nset1，认为ECU策略要求风扇离合器分离并降低转速；

3.1.3)风扇实际转速与发动机转速的差值高于判定限值Nset2，认为风扇离合器实际未分离；

3.1.4)上述三个条件同时满足，且持续时间超过离合器允许最长分离时间阈值T0；

结合电控硅油闭合类型风扇的电控和机械原理，分析此次风扇故障时的整车试验过程数据，推测故障原因有两方面可能，一方面是控制器中预设的风扇PID控制参数标定不合理或未兼顾常用转速区域

，另一方面是风扇离合器出现内部贮油腔密封不良、内部阀孔失效等硬件故障。

3.2.1)风扇实际转速与发动机转速的差值小于或等于判定限值Nset2，认为风扇离合器实际已分离；

3.2.2)风扇设定转速为0；

3.2.3)每一个计数周期T内的风扇实际转速取算式平均值Nt，Nt与风扇正常怠速标准值比较，差值高于判定限值Nset3时，认为风扇实际转速长时间远高于正常怠速(风扇正常怠速标准值，由风扇厂家或风扇零部件试验台测试后提供，需要风扇在正常状态下取怠速波动范围的算术平均值)。

如今，蓝宝石是国际公认的五大宝石之一，位于钻石、红宝石之后，排名第三。蓝宝石和红宝石互为姐妹宝石，他们都属于刚玉矿物，是除了钻石以外地球上最硬的天然矿物，基本化学成分都为氧化铝。

3.2.4)上述三个条件同时满足，且持续时间超过离合器允许最长分离时间阈值T0；

其中，限值Nset1、限值Nset2、分离时间阈值T0 、限值Nset3的默认取值，可以根据不同车辆及风扇特性的差别进行修改和标定。

当上述的两种情况满足任意一种时，认为电控硅油闭环风扇存在离合器长时间无法分离或虽然分离但实际转速远高于正常怠速的异常现象，ECU报出风扇转速异常偏高类故障，可以及时提醒，缩短故障发现和排查周期。

纱线条干不匀常以质量不匀率(线密度不匀率、条下不匀率)、直径不匀率和捻度不匀率等不同的形式表现，其中直径不匀率对纺织品外观质量的影响最突出[1]，直径不匀率是由于纱线表面有形状不规则的突出物。目前没有相关文献对纱线表面突出物进行详细的描述。迟开龙、潘如如以4种不同规格的纯棉纱线为例，提出一种基于数字图像处理技术检测纱线条干不匀率的方法，并发现纱线表面具有突起[2]。毛羽作为纱线突出物最主要的组成部分，国外对纱线毛羽有了一定的研究。Zheng-Xue和Tang研究了环锭纺毛羽对纱线表面摩擦系数的影响，发现表面摩擦系数随着锭速增加而减小，当锭速达到一定程度，表面摩擦系数趋向于零[3]。