一款适用于依维柯后暖风改装的电动水阀组件开发

孙 烨，王凤琴

（豫新汽车热管理科技有限公司，河南 新乡 453049）

近年来，随着时代的发展，轻客行业标准和用户需求也在不断提高。为此，南京依维柯进行了一项名为“科技改变未来”的用户需求性研究，以创新前沿的应用技术，成就了这款代表着依维柯最先进技术和品牌价值的新车型--全新一代依维柯Daily。专业物流、专用改装市场，原本就是依维柯的优势市场，全新一代依维柯Daily将以更优越的性能，满足全领域用户需求。这么一款优势车辆，在乘客的舒适性体验上，却出现了瑕疵。由于后暖风冷却液循环系统上没有加装任何阀体，导致芯体一直处于散热状态。冬天还好，一旦进入炙热的夏季，靠近散热器的乘客腿部就会不适。目前，主机厂还未就此现象针对性改进。鉴于此，本文提出一种针对性的电动水阀组件设计，保证安全可靠的同时，解决了此问题。

1 设计构思

低端的面包车和大型客车遇到车厢采暖问题时，往往追求成本最低化，使用的是手动球形阀。冬季后暖风使用时打开，平时手动关闭。但是，这种设计弊端很明显，发动机冷却循环不畅或中断，导致发动机散热不理想。另外，每次需要人工转动球形阀，也增加了驾驶员的负担。大型客车空间较大，还比较好操作。小型车辆这样设计，驾驶员的抱怨就比较大。

出于驾驶员操纵简洁方便的考虑，设计之初就选用电动结构。

通过对市场上车用电磁阀 （图1）的调研发现，由于冷却液的工作温度范围宽、阀体两侧的压差大、介质材质的特殊性等因素，常闭款的电磁阀选择范围较广，常开款的市面上型号少，价格昂贵，而且寿命都普遍较短。这就无法实现最初的设计构想，即使用后暖风时，芯体回路打开，旁通回路关闭；不使用暖风时，芯体回路关闭，旁通回路打开。

借鉴我公司空调HVAC水阀机构执行器设计理念和选型方案，进一步扩宽思路，决定采用电动执行器正反转带动球形阀旋转的水阀机构（图2）。但是这种电动执行器通常是依靠调整两个引脚的正负极进电方向或者触发不同的控制信号来实现球形阀的打开与关闭。这种控制需要单片机功能才能实现，需添加带有逻辑功能的控制器，而且还要破坏原车的电路结构，对于改装厂来说超出其能力范围。

图1 电磁阀

图2 电动水阀机构

为此通过与一家专业的汽车零件厂家沟通，在原有电动执行器控制基础上，简化控制线流程，设计出一款新型电动执行器 （图3）来控制水阀开、关。水阀的使用温度、通过流量均满足依维柯车辆冷却液的适用范围。为了适应功能要求，将电动执行器的控制信号，改为三线制。其中2根作为固定的电机正负极，另外一根作为控制信号线。为了降低电机误动作的几率，将控制信号线设置为低电平有效模式。当控制信号线搭铁时，在电机得电情况下，电机带动球形阀旋转，水阀处于导通状态；当控制信号线悬空，呈现高电阻状态时，在电机得电情况下，电机带动球形阀反向旋转，水阀处于关闭状态。水阀起始状态由控制信号线的是否处于低电平决定，开机后自动调整。

图3 新型电动执行器

水阀及执行器具体参数如下：水阀使用温度：-40℃～+105℃；气密性试验：在试验压力为0.4MPa下，要求1min内水阀密封圈及焊接周边无泄漏现象；水阀流量：水阀全开状态，进口端通过温度85℃±5℃、压力为0.1MPa±0.01MPa的试液，测量水阀出口端的最大泄漏量应≥550L／h；操纵扭矩：＜200Nmm，水阀旋转角度为900；执行器参数：最低启动电压大于8.7V；防护等级：IP54；使用温度：-40℃～105℃；使用寿命：常温下水阀通温度85℃±5℃、压力0.1MPa±0.01MPa的试液，开关循环周期为6s，试验次数50000次，试验后水阀、执行机构仍能满足性能要求。

2 方案目标

1）增加水阀，控制暖风水路流向，保证夏季无热水进入暖风芯体，同时保证发动机EGR散热。

2）控制方式：电动控制，通过简单翘板或按键即可实现。

3）外形尺寸控制，尽可能小，节约空间。

4）方案设计简单，便于交付车辆安装。

3 设计实现

1）增加冷却液旁通支路，在车型暖风入口前设置电动水阀，后暖风翘板开关关闭时，冷却液由旁通回路流回，保证EGR回路水流畅通。

2）旁通支路入口处也设置电动水阀，后暖风翘板开关打开时，冷却液流由后暖风芯体回路流回，保证EGR回路水流畅通。

3）电动控制，操作简单，设置仪表台按键开关，方便用户改装。暖风水阀组件结构见图4。

冬季需要打开后暖风时 （图5），按动仪表台的后暖风开启按键，此时，暖风芯体串联的电动阀打开，冷却液从阀体通过后，流入散热器芯体，给车厢供暖；另一路串联在旁通管路的电动阀关闭，阻止冷却液通过旁通管路流回发动机散热水箱。

在不使用后暖风情况下 （图6），按动仪表台的后暖风关闭按键，此时，暖风芯体串联的电动阀关闭，冷却液被阀体阻止，无法流入散热器芯体；另一路串联在旁通管路的电动阀开启，冷却液通过旁通管路流回发动机散热水箱。

图4 暖风水阀组件结构

图5 暖风工作状态

图6 非暖风工作状态

如何将这套装置加装到暖风回路中呢？将车架中部胶管在适当位置切断，放出防冻液，将暖风电动水阀组件接入管路，具体方法如图7所示。

图7 整套暖风回路的连接示意图

有了合适的硬件，还需要电器线束连接。此项目的初衷就是不破坏原车的电器线路，依靠外部加装的这套后暖风电动水阀组件来实现功能。水阀执行机构电器控制示意见图8。

图8 水阀执行机构电器控制示意图

由图8可知，由于伺服电机驱动功率不大，可采用点火开关直接驱动。通过一只五爪继电器的常开、常闭触点完成两个伺服电机的一开、一闭功能。且在伺服电机任意故障时，都能保证至少一个通路打开，保证发动机冷却液散热循环。结合一些改装车辆需要添加后暖风功能，增加两组暖风散热风扇的控制，此方案特别适合那些用依维柯、全顺、大通等多用途改装车型的线下添加后暖风及控制功能，原理见图9。

图9 一整套完整的暖风电器控制系统原理图

此后暖风控制机构体积小，结构简单，维修方便，不破坏原车电器及暖通系统，价格低廉，运用前景极其广泛。