車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)論文
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車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)論文：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機冷卻系統的設計
摘要：傳統發(fā)動(dòng)機冷卻系統由于自身的被動(dòng)性影響，其工作性能受到限制。在部分負荷時(shí)會(huì )造成功率損失，而汽車(chē)在這種工況下行駛的時(shí)間最長(cháng)。介紹一些先進(jìn)冷卻系統的結構設計和特點(diǎn)，如精確冷卻系統、分流式冷卻系統、可控式冷卻系統等。這些系統既起到保護發(fā)動(dòng)機的作用，又改善燃油效率和降低排放污染物。
關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機冷卻系統 燃油效率 減少排放
近年來(lái)，在強調汽車(chē)的高性能化中，不僅要求發(fā)動(dòng)機節省資源、降低油耗，而且對高功率化的要求也越來(lái)越高。為了達到高功率化的要求，目前汽車(chē)發(fā)動(dòng)機正向渦輪增壓、四氣門(mén)、雙頂置凸輪軸、增加排量方面迅速發(fā)展。由于這些高功率發(fā)動(dòng)機放熱量增加，對發(fā)動(dòng)機冷卻系統的要求更嚴了。另外，由于在最近的高性能汽車(chē)上增加了各種輔助裝置，發(fā)動(dòng)機室內富�？臻g的減少以及降低汽車(chē)空氣阻力的車(chē)頭流線(xiàn)型化對冷卻系統部件的要求越來(lái)越緊湊化，本文就汽車(chē)發(fā)動(dòng)機冷卻系統的設計進(jìn)行了相應的探討。
一、智能系統的要求、組成及原理
(一)要求
由于汽車(chē)運行過(guò)程中產(chǎn)生強烈的振動(dòng)，熱輻射和電磁干擾，因此對該系統電路有特殊要求：?電路要有較高的抗振動(dòng)能力，以適應不同路況、車(chē)況的要求，提高系統整體的可靠性和穩定性。電路應采取有效的防護隔離措施，以提高其抗干擾能力。
(二)組成
該智能系統由電控冷卻風(fēng)扇、電控節溫器、電控導風(fēng)板、微控制機構和模糊控制系統組成。
(三)原理
由溫度傳感器感受發(fā)動(dòng)機水溫的變化，同時(shí)把溫度信號轉變?yōu)橥涑煞幢汝P(guān)系的電壓模擬信號。這些信號經(jīng)過(guò)處理(電容器低通濾波校正和電壓跟隨器耦合)送入A/D轉換器(ADCO809)中INO、1信號通道。由A/D轉換器把采集的模擬電壓信號轉換為數字信號并讀入單片機89C51(模糊控制器)。單片機根據不同的輸入信號模糊分析處理去控制驅動(dòng)電路。實(shí)現對節溫器繼電器、導風(fēng)板繼電器和風(fēng)扇繼電器的控制。即可實(shí)現對發(fā)動(dòng)機冷卻能力的模糊智能控制。
二、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機冷卻系統控制模式設計
(一)渦輪增壓器的冷卻
渦輪增壓器軸承過(guò)去只用機油冷卻，最近，由于安裝了中間冷卻器，使發(fā)動(dòng)機功率進(jìn)一步提高，因此發(fā)動(dòng)機內燃氣量增加，熱負荷增大，渦輪增壓器軸承處的.機油容易結炭，軸承材料也容易發(fā)生高溫腐蝕。為此，正開(kāi)始采取用發(fā)動(dòng)機冷卻水冷卻渦輪增壓器軸承的方法。因冷卻水在渦輪周?chē)邷貐^循環(huán)，所以，不僅在運轉中而且在停車(chē)后冷卻水的氣化潛熱也可以冷卻軸承和機油通道。豪克等人聲稱(chēng)：裝車(chē)的水冷式渦輪增壓器，與舊式只用機油潤滑的發(fā)動(dòng)機相比其可靠性可提高4～10倍。
(二)分流式冷卻系統
分流式冷卻系統為另外一種冷卻系統。在這種冷卻系統中，氣缸蓋和氣缸體由各自的液流回路冷卻，氣缸蓋和氣缸體具有不同的溫度。分流式冷卻系統具備特有的優(yōu)勢，可使發(fā)動(dòng)機各部分在最優(yōu)的溫度設定點(diǎn)工作，冷卻系統的整體效率達到最大。每個(gè)冷卻回路將在不同冷卻溫度設定點(diǎn)或流速下工作，創(chuàng )造理想的發(fā)動(dòng)機溫度分布。理想的發(fā)動(dòng)機熱工作狀態(tài)是氣缸蓋溫度較低而氣缸體溫度相對較高。氣缸蓋溫度較低可提高充氣效率，增大進(jìn)氣量。溫度低且進(jìn)氣量大可促進(jìn)完全燃燒，降低CO、HC形成，也提高輸出功率。較高氣缸體溫度會(huì )減小摩擦損失，直接改善燃油效率，間接地降低缸內峰值壓力和溫度。分流式冷卻系統可使缸蓋和缸體溫度相差100e。氣缸溫度可高達150e，而缸蓋溫度可降低50e，減少缸體摩擦損失，降低油耗。較高的缸體溫度使油耗降低4%～6%，在部分負荷時(shí)HC降低20%～35%。節氣門(mén)全開(kāi)時(shí)，缸蓋和缸體溫度設定值可調到50e和90e，從整體上改善燃油消耗、功率輸出和排放。
(三)單片機控制系統工作原理
當點(diǎn)火開(kāi)關(guān)處于“ON”，發(fā)動(dòng)機轉速傳感器采集發(fā)動(dòng)機轉速信號，發(fā)動(dòng)機轉速信號經(jīng)處理變換為數字信號，由單片機MCS-51讀入，MCS-51單片機根據輸入的信號判斷發(fā)動(dòng)機是否處于啟動(dòng)或正常工作狀態(tài)。當發(fā)動(dòng)機處于啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，溫度傳感器感受發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度，同時(shí)把溫度信號轉變?yōu)殡妷耗M信號，此信號經(jīng)處理后送入轉換器中，由轉換器把采集來(lái)的模擬電壓信號，轉換為數字信號并讀入單片機MCS-51，單片機根據送來(lái)的溫度信號判斷發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度是否低于一定溫度)。如發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度低于60℃，單片機輸出信號電加熱器給冷卻液預熱，以便于發(fā)動(dòng)機冷啟動(dòng)，縮短暖機時(shí)間，減輕發(fā)動(dòng)機磨損，減少燃油消耗和排放污染。當冷卻液溫度達到60℃時(shí)則停止預熱。當發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)后，由溫度傳感器感受發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度高低與變化率，同時(shí)把溫度電壓信號經(jīng)處理后由單片機讀入，單片機根據溫度的高低及變化率，采用模糊控制的方法分析處理，輸出控制信號去控制驅動(dòng)電路，對節溫器、保溫簾的開(kāi)度和冷卻風(fēng)扇的轉速進(jìn)行控制，實(shí)現對發(fā)動(dòng)機冷卻系統冷卻強度的智能控制。在發(fā)動(dòng)機工作過(guò)程中，如發(fā)動(dòng)機冷卻液溫度越限(，單片機則輸出信號進(jìn)行越限報警，如傳感器及其電路在工作過(guò)程中出現故障，單片機得到的信號不符合要求，單片機則輸出信號進(jìn)行故障報警。單片機根據采樣數據分析處理發(fā)出控制指令，使：a電控冷卻風(fēng)扇不工作;b電控導風(fēng)板處于敞開(kāi)狀態(tài);c電控節溫器處于大循環(huán)狀態(tài)。這樣，直到發(fā)動(dòng)機水溫返升至95e，電控冷卻風(fēng)扇又重新工作。
三、結論
該冷卻系統智能控制裝置實(shí)現了散熱能力控制的智能化，可以精確自動(dòng)地調節冷卻液的溫度，把發(fā)動(dòng)機的工作溫度限制在最佳階段，延長(cháng)了使用壽命，提高了工作效率，減少了故障率。該控制系統可根據汽車(chē)的行駛速度，發(fā)動(dòng)機的冷卻水溫來(lái)綜合控制冷卻系統。從而可達到減少電耗，減少油耗的效果。具有性能穩定、工作可靠，節能潛力大等優(yōu)點(diǎn)。
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