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车辆工程专业论文：汽车发动机冷却系统的设计
摘要：传统发动机冷却系统由于自身的被动性影响，其工作性能受到限制。在部分负荷时会造成功率损失，而汽车在这种工况下行驶的时间最长。介绍一些先进冷却系统的结构设计和特点，如精确冷却系统、分流式冷却系统、可控式冷却系统等。这些系统既起到保护发动机的作用，又改善燃油效率和降低排放污染物。
关键词：发动机冷却系统 燃油效率 减少排放
近年来，在强调汽车的高性能化中，不仅要求发动机节省资源、降低油耗，而且对高功率化的要求也越来越高。为了达到高功率化的要求，目前汽车发动机正向涡轮增压、四气门、双顶置凸轮轴、增加排量方面迅速发展。由于这些高功率发动机放热量增加，对发动机冷却系统的要求更严了。另外，由于在最近的高性能汽车上增加了各种辅助装置，发动机室内富裕空间的减少以及降低汽车空气阻力的车头流线型化对冷却系统部件的要求越来越紧凑化，本文就汽车发动机冷却系统的设计进行了相应的探讨。
一、智能系统的要求、组成及原理
(一)要求
由于汽车运行过程中产生强烈的振动，热辐射和电磁干扰，因此对该系统电路有特殊要求：?电路要有较高的抗振动能力，以适应不同路况、车况的要求，提高系统整体的可靠性和稳定性。电路应采取有效的防护隔离措施，以提高其抗干扰能力。
(二)组成
该智能系统由电控冷却风扇、电控节温器、电控导风板、微控制机构和模糊控制系统组成。
(三)原理
由温度传感器感受发动机水温的变化，同时把温度信号转变为同其成反比关系的电压模拟信号。这些信号经过处理(电容器低通滤波校正和电压跟随器耦合)送入A/D转换器(ADCO809)中INO、1信号通道。由A/D转换器把采集的模拟电压信号转换为数字信号并读入单片机89C51(模糊控制器)。单片机根据不同的输入信号模糊分析处理去控制驱动电路。实现对节温器继电器、导风板继电器和风扇继电器的控制。即可实现对发动机冷却能力的模糊智能控制。
二、汽车发动机冷却系统控制模式设计
(一)涡轮增压器的冷却
涡轮增压器轴承过去只用机油冷却，最近，由于安装了中间冷却器，使发动机功率进一步提高，因此发动机内燃气量增加，热负荷增大，涡轮增压器轴承处的机油容易结炭，轴承材料也容易发生高温腐蚀。为此，正开始采取用发动机冷却水冷却涡轮增压器轴承的方法。因冷却水在涡轮周围高温区循环，所以，不仅在运转中而且在停车后冷却水的气化潜热也可以冷却轴承和机油通道。豪克等人声称：装车的水冷式涡轮增压器，与旧式只用机油润滑的发动机相比其可靠性可提高4～10倍。
(二)分流式冷却系统
分流式冷却系统为另外一种冷却系统。在这种冷却系统中，气缸盖和气缸体由各自的液流回路冷却，气缸盖和气缸体具有不同的温度。分流式冷却系统具备特有的'优势，可使发动机各部分在最优的温度设定点工作，冷却系统的整体效率达到最大。每个冷却回路将在不同冷却温度设定点或流速下工作，创造理想的发动机温度分布。理想的发动机热工作状态是气缸盖温度较低而气缸体温度相对较高。气缸盖温度较低可提高充气效率，增大进气量。温度低且进气量大可促进完全燃烧，降低CO、HC形成，也提高输出功率。较高气缸体温度会减小摩擦损失，直接改善燃油效率，间接地降低缸内峰值压力和温度。分流式冷却系统可使缸盖和缸体温度相差100e。气缸温度可高达150e，而缸盖温度可降低50e，减少缸体摩擦损失，降低油耗。较高的缸体温度使油耗降低4%～6%，在部分负荷时HC降低20%～35%。节气门全开时，缸盖和缸体温度设定值可调到50e和90e，从整体上改善燃油消耗、功率输出和排放。
(三)单片机控制系统工作原理
当点火开关处于“ON”，发动机转速传感器采集发动机转速信号，发动机转速信号经处理变换为数字信号，由单片机MCS-51读入，MCS-51单片机根据输入的信号判断发动机是否处于启动或正常工作状态。当发动机处于启动状态时，温度传感器感受发动机冷却液温度，同时把温度信号转变为电压模拟信号，此信号经处理后送入转换器中，由转换器把采集来的模拟电压信号，转换为数字信号并读入单片机MCS-51，单片机根据送来的温度信号判断发动机冷却液温度是否低于一定温度)。如发动机冷却液温度低于60℃，单片机输出信号电加热器给冷却液预热，以便于发动机冷启动，缩短暖机时间，减轻发动机磨损，减少燃油消耗和排放污染。当冷却液温度达到60℃时则停止预热。当发动机启动后，由温度传感器感受发动机冷却液温度高低与变化率，同时把温度电压信号经处理后由单片机读入，单片机根据温度的高低及变化率，采用模糊控制的方法分析处理，输出控制信号去控制驱动电路，对节温器、保温帘的开度和冷却风扇的转速进行控制，实现对发动机冷却系统冷却强度的智能控制。在发动机工作过程中，如发动机冷却液温度越限(，单片机则输出信号进行越限报警，如传感器及其电路在工作过程中出现故障，单片机得到的信号不符合要求，单片机则输出信号进行故障报警。单片机根据采样数据分析处理发出控制指令，使：a电控冷却风扇不工作;b电控导风板处于敞开状态;c电控节温器处于大循环状态。这样，直到发动机水温返升至95e，电控冷却风扇又重新工作。
三、结论
该冷却系统智能控制装置实现了散热能力控制的智能化，可以精确自动地调节冷却液的温度，把发动机的工作温度限制在最佳阶段，延长了使用寿命，提高了工作效率，减少了故障率。该控制系统可根据汽车的行驶速度，发动机的冷却水温来综合控制冷却系统。从而可达到减少电耗，减少油耗的效果。具有性能稳定、工作可靠，节能潜力大等优点。
参考文献：
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