車輛工程專業論文

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　　車輛工程專業論文：汽車發動機冷卻系統的設計

摘要：傳統發動機冷卻系統由於自身的被動性影響，其工作性能受到限制。在部分負荷時會造成功率損失，而汽車在這種工況下行駛的時間最長。介紹一些先進冷卻系統的結構設計和特點，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髮動機的作用，又改善燃油效率和降低排放污染物。

關鍵詞：發動機冷卻系統 燃油效率 減少排放

近年來，在強調汽車的高性能化中，不僅要求發動機節省資源、降低油耗，而且對高功率化的要求也越來越高。為了達到高功率化的要求，目前汽車發動機正向渦輪增壓、四氣門、雙頂置凸輪軸、增加排量方面迅速發展。由於這些高功率發動機放熱量增加，對發動機冷卻系統的要求更嚴了。另外，由於在最近的高性能汽車上增加了各種輔助裝置，發動機室內富裕空間的減少以及降低汽車空氣阻力的車頭流線型化對冷卻系統部件的要求越來越緊湊化，本文就汽車發動機冷卻系統的設計進行了相應的探討。

一、智能系統的要求、組成及原理

(一)要求

由於汽車運行過程中產生強烈的振動，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能力，以適應不同路況、車況的要求，提高系統整體的可靠性和穩定性。電路應採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扇、電控節温器、電控導風板、微控制機構和模糊控制系統組成。

(三)原理

由温度傳感器感受發動機水温的變化，同時把温度信號轉變為同其成反比關係的電壓模擬信號。這些信號經過處理(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轉換器把採集的模擬電壓信號轉換為數字信號並讀入單片機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電路。實現對節温器繼電器、導風板繼電器和風扇繼電器的控制。即可實現對發動機冷卻能力的模糊智能控制。

二、汽車發動機冷卻系統控制模式設計

(一)渦輪增壓器的冷卻

渦輪增壓器軸承過去只用機油冷卻，最近，由於安裝了中間冷卻器，使發動機功率進一步提高，因此發動機內燃氣量增加，熱負荷增大，渦輪增壓器軸承處的機油容易結炭，軸承材料也容易發生高温腐蝕。為此，正開始採取用發動機冷卻水冷卻渦輪增壓器軸承的方法。因冷卻水在渦輪周圍高温區循環，所以，不僅在運轉中而且在停車後冷卻水的`氣化潛熱也可以冷卻軸承和機油通道。豪克等人聲稱：裝車的水冷式渦輪增壓器，與舊式只用機油潤滑的發動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温度。分流式冷卻系統具備特有的優勢，可使發動機各部分在最優的温度設定點工作，冷卻系統的整體效率達到最大。每個冷卻迴路將在不同冷卻温度設定點或流速下工作，創造理想的發動機温度分佈。理想的發動機熱工作狀態是氣缸蓋温度較低而氣缸體温度相對較高。氣缸蓋温度較低可提高充氣效率，增大進氣量。温度低且進氣量大可促進完全燃燒，降低CO、HC形成，也提高輸出功率。較高氣缸體温度會減小摩擦損失，直接改善燃油效率，間接地降低缸內峯值壓力和温度。分流式冷卻系統可使缸蓋和缸體温度相差100e。氣缸温度可高達150e，而缸蓋温度可降低50e，減少缸體摩擦損失，降低油耗。較高的缸體温度使油耗降低4%～6%，在部分負荷時HC降低20%～35%。節氣門全開時，缸蓋和缸體温度設定值可調到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

當點火開關處於“ON”，發動機轉速傳感器採集發動機轉速信號，發動機轉速信號經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髮動機是否處於啟動或正常工作狀態。當發動機處於啟動狀態時，温度傳感器感受發動機冷卻液温度，同時把温度信號轉變為電壓模擬信號，此信號經處理後送入轉換器中，由轉換器把採集來的模擬電壓信號，轉換為數字信號並讀入單片機MCS-51，單片機根據送來的温度信號判斷髮動機冷卻液温度是否低於一定温度)。如發動機冷卻液温度低於60℃，單片機輸出信號電加熱器給冷卻液預熱，以便於發動機冷啟動，縮短暖機時間，減輕發動機磨損，減少燃油消耗和排放污染。當冷卻液温度達到60℃時則停止預熱。當發動機啟動後，由温度傳感器感受發動機冷卻液温度高低與變化率，同時把温度電壓信號經處理後由單片機讀入，單片機根據温度的高低及變化率，採用模糊控制的方法分析處理，輸出控制信號去控制驅動電路，對節温器、保温簾的開度和冷卻風扇的轉速進行控制，實現對發動機冷卻系統冷卻強度的智能控制。在發動機工作過程中，如發動機冷卻液温度越限(，單片機則輸出信號進行越限報警，如傳感器及其電路在工作過程中出現故障，單片機得到的信號不符合要求，單片機則輸出信號進行故障報警。單片機根據採樣數據分析處理髮出控制指令，使：a電控冷卻風扇不工作;b電控導風板處於敞開狀態;c電控節温器處於大循環狀態。這樣，直到發動機水温返升至95e，電控冷卻風扇又重新工作。

三、結論

該冷卻系統智能控制裝置實現了散熱能力控制的智能化，可以精確自動地調節冷卻液的温度，把發動機的工作温度限制在最佳階段，延長了使用壽命，提高了工作效率，減少了故障率。該控制系統可根據汽車的行駛速度，發動機的冷卻水温來綜合控制冷卻系統。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，節能潛力大等優點。

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