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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于自身的被動性影響，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發動機的作用，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。由于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，由于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
由于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扇、電控節溫器、電控導風板、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動機水溫的變化，同時把溫度信號轉變為同其成反比關系的電壓模擬信號。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電路。實現對節溫器繼電器、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，由于安裝了中間冷卻器，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溫腐蝕。為此，正開始采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溫區循環，所以，不僅在運轉中而且在停車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：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溫度。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溫度設定點工作，冷卻系統的整體效率達到最大。每個冷卻回路將在不同冷卻溫度設定點或流速下工作，創造理想的發動機溫度分布。理想的發動機熱工作狀態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，增大進氣量。溫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。較高氣缸體溫度會減小摩擦損失，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HC降低20%～35%。節氣門全開時，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
當點火開關處于“ON”，發動機轉速傳感器采集發動機轉速信號，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發動機是否處于啟動或正常工作狀態。當發動機處于啟動狀態時，溫度傳感器感受發動機冷卻液溫度，同時把溫度信號轉變為電壓模擬信號，此信號經處理后送入轉換器中，由轉換器把采集來的模擬電壓信號，轉換為數字信號并讀入單片機MCS-51，單片機根據送來的溫度信號判斷發動機冷卻液溫度是否低于一定溫度)。如發動機冷卻液溫度低于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。當冷卻液溫度達到60℃時則停止預熱。當發動機啟動后，由溫度傳感器感受發動機冷卻液溫度高低與變化率，同時把溫度電壓信號經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電路，對節溫器、保溫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，如發動機冷卻液溫度越限(，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。單片機根據采樣數據分析處理發出控制指令，使：a電控冷卻風扇不工作;b電控導風板處于敞開狀態;c電控節溫器處于大循環狀態。這樣，直到發動機水溫返升至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溫度，把發動機的工作溫度限制在最佳階段，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，發動機的冷卻水溫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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