汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的控制技術(shù)探究——科技論文

近年來，汽車電子信息化的普及將汽車工業(yè)的推上了一個(gè)全新發(fā)展階段，汽車技術(shù)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性以及環(huán)保性也得到了很大程度的提高，在這一背景下，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)智能化控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。眾所周知，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫工作環(huán)境下必須得到適當(dāng)冷卻才能發(fā)揮自身良好工作性能，才能提高工作效率，延長使用壽命，降低排氣污染，而冷卻系統(tǒng)在這個(gè)過程中發(fā)揮著非常重要的作用。下面筆者就結(jié)合自身專業(yè)知識(shí)、技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的控制技術(shù)進(jìn)行探討。

一、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的溫度控制

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度受多種因素的影響，比如散熱結(jié)構(gòu)形式、冷卻液循環(huán)流量、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、汽車行駛速度、環(huán)境溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、空氣流量等都會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的溫度，進(jìn)而對(duì)冷卻液溫度造成影響。所以要實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度的控制，必須對(duì)上述參數(shù)信號(hào)進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的采集，并對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行正確的處理。用一般數(shù)學(xué)方程是很難描述汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、溫度變化速率與其他影響因素之間的關(guān)系的，為此筆者建議將適用于具有時(shí)變性、滯后性、不確定性的控制系統(tǒng)的模糊控制與傳統(tǒng)PID控制器相結(jié)合，建立節(jié)溫器、百葉窗、冷卻風(fēng)扇多元聯(lián)合控制的智能控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)水泵流量、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度控制，保證冷卻系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)全部工況范圍內(nèi)的最佳冷卻性能。多元聯(lián)合智能控制系統(tǒng)的基本控制原理見圖1。

圖1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能化冷卻控制系統(tǒng)基本原理

預(yù)熱后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)冷卻液溫度在70℃以下，冷卻風(fēng)扇、導(dǎo)風(fēng)板處于關(guān)閉狀態(tài)，節(jié)溫器處于小循環(huán)、水泵處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，冷卻空氣無法進(jìn)入散熱器，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度會(huì)迅速升高，當(dāng)分別升高至75℃、80℃、95℃時(shí)，控制系統(tǒng)分析并處理好采集到的溫度參數(shù)信號(hào)后，向風(fēng)扇、導(dǎo)風(fēng)板、節(jié)溫器、水泵等元件發(fā)出不同信號(hào)，使其各個(gè)元件做出不同動(dòng)作，首先使節(jié)溫器進(jìn)入大循環(huán)狀態(tài)，然后使導(dǎo)風(fēng)板處于打開狀態(tài)，最后使冷卻風(fēng)扇處于工作狀態(tài)，水泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻能量最大，能快速實(shí)現(xiàn)降溫，當(dāng)冷卻液溫度降低到89℃時(shí)，控制系統(tǒng)再次分析并處理采集到的溫度參數(shù)信號(hào)，并向各個(gè)執(zhí)行元件發(fā)出控制信號(hào)，斷開風(fēng)扇電源，保持導(dǎo)風(fēng)板、節(jié)溫器仍處于工作狀態(tài)，而當(dāng)冷卻液溫度再次升高到95℃，再次接入風(fēng)扇電源，如此循環(huán)，保證汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)始終能在最適溫度條件下工作。

另外，考慮汽車運(yùn)行的復(fù)雜性，比如可能會(huì)產(chǎn)生熱輻射、電磁干擾、振動(dòng)等，在多元聯(lián)合智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面，必須使電路具有抗震性，并采取一定隔離防護(hù)措施，增強(qiáng)電路抗干擾性，確保智能控制系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和可靠性。

二、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵控制技術(shù)

1.冷卻風(fēng)扇控制技術(shù)

根據(jù)冷卻風(fēng)扇的工作形式，其控制方式主要可分為3種，包括機(jī)械驅(qū)動(dòng)、自控電動(dòng)和綜合型智能控制方式，后兩者屬于真正意義上的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇控制技術(shù)。從控制模式來看，包括集中式和分體式控制類型，集中式控制類型集中于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊，可通過采樣、處理環(huán)境溫度、冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度及空調(diào)壓縮機(jī)壓力等實(shí)現(xiàn)對(duì)外部功率繼電器的控制，進(jìn)而控制風(fēng)扇速度，但這種控制類型只能控制高速、低速這兩個(gè)風(fēng)速，PCM負(fù)荷工作量大，實(shí)效性差；分體式控制類型即發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇控制器，可獨(dú)立與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)外或與發(fā)動(dòng)機(jī)有通訊聯(lián)系，通常兼控制冷卻風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)噴油、空調(diào)等功能于一體，智能化程度較高，采集信息多樣，通過統(tǒng)一調(diào)度可使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)性和排放性，但這種控制器對(duì)防塵、水密封性都有著很高要求。為此，應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)PWM脈寬雕制輸出的控制電路，使PWM控制器與ECU有關(guān)，由ECU綜合對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度、壓力等信號(hào)參數(shù)進(jìn)行分析處理，生成PWM信號(hào)，傳輸給冷卻風(fēng)扇控制器，并由冷卻風(fēng)扇控制器輸出PWM脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)，使風(fēng)扇能夠在一定范圍內(nèi)無極調(diào)速。改進(jìn)后控制技術(shù)全面考慮了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周圍環(huán)境參數(shù)，相較于傳統(tǒng)控制方式，冷卻風(fēng)扇控制器真正體現(xiàn)了智能化控制，性能、效率更高，且有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。目前，雪鐵龍、大眾、標(biāo)志等汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了基于PWM脈寬調(diào)制輸出方式的冷卻風(fēng)扇控制器，

2.車用傳感器

第一章分析了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的溫度控制過程，這個(gè)過程是由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。為了進(jìn)一步保持發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作狀態(tài)，建議利用空氣流量傳感器（安裝在空氣濾清器和節(jié)氣門體之間）和壓力傳感器測(cè)量冷卻系統(tǒng)的空氣流量及壓力，確定射油量參數(shù)，同時(shí)溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油溫度、冷卻液溫度、排氣溫度、進(jìn)氣溫度等，根據(jù)溫度傳感器采集到溫度數(shù)據(jù)，將冷卻液動(dòng)態(tài)流量計(jì)算出來，之后檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)工作情況和氣門開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻水大小的控制。

三、結(jié)語

總之，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)是保持發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的關(guān)鍵部件，為降低冷卻系統(tǒng)維修率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)整體工作性能，必須充分發(fā)揮汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的智能化控制作用。在智能化控制技術(shù)比如PWM控制技術(shù)、智能化控制系統(tǒng)、車用傳感器等的支持下，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性大大提高，較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷卻液溫度的調(diào)節(jié)和控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終能在最適溫度條件下工作。當(dāng)然，受到各種因素限制，當(dāng)前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的控制技術(shù)仍有待提升，環(huán)保、節(jié)能減排、智能化以及高性能在未來相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)仍是我們需努力和研究的方向，相信有先進(jìn)的智能控制技術(shù)為支撐對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行、監(jiān)測(cè)進(jìn)行控制，加上智能化、不拆修發(fā)動(dòng)機(jī)的逐漸投入使用，綠色環(huán)保發(fā)動(dòng)機(jī)的使用意義將會(huì)正真體現(xiàn)出來。

參考文獻(xiàn)：

[1]張繼合.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)智能控制技術(shù)的若干思考[J].民營科技,2011,08:145.

[2]周正.發(fā)動(dòng)機(jī)電液混合驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)的研究[D].遼寧工業(yè)大學(xué),2014.

[3]單超穎.基于嵌入式的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)智能控制器的研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2012.

本文來源：http://m.xwlcp.cn/w/kj/3449.html  《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》