汽車發動機冷卻系統智能控制技術探討

陳國珍 李奕霖

摘 要：現代的汽車發動機冷卻系統的發展極其的迅速，而發展方向也逐漸趨向于智能化，精確化。但是就目前我國的汽車發動機冷卻系統的現狀來看，我國的汽車發動機冷卻系統的發展還有很長的路要走，特別是結合現代高端科技這一領域。而就目前我國的經濟來看，只要我們可以選對方向，就可以促進汽車產業的發展。基于此，本文對汽車發動機冷卻系統智能控制技術進行了簡要的分析，希望可以為相關人員提供一定的參考。

關鍵詞：汽車發動機；冷卻系統；智能控制；技術探討

引言

汽車發動機的冷卻系統作為維持汽車正常行駛的重要系統，能有效調節發動機運轉過程中產生的熱量，保證發動機的性能。而加強智能化控制技術研究具有重要的意義。

1汽車發動機冷卻系統概述

現代汽車的發動機冷卻方式包括水冷卻式和風冷卻式，且多采用封閉式強制循環水冷方式。發動機水冷式冷卻系統主要由水泵、散熱器、冷卻風扇、補償水箱、節溫器、發動機機體、氣缸水套等部分組成。主要通過水泵使環繞在氣缸水套中的冷卻液加快流動，通過行駛中的自然風和電動風扇，使冷卻液在散熱器中進行冷卻，冷卻后的冷卻液再次引入到水套中，周而復始，實現對發動機的冷卻。同時水冷系統的冷卻液會隨發動機的溫度而改變路線和循環方式。當冷卻液不經過散熱器而只在發動機水道內循環時，可實現發動機在短時間內溫度迅速升高，這種方式被稱為小循環。當發現冷卻液的溫度超過80℃時，節溫器會關閉小循環的通路，使冷卻液進入散熱器中，經過散熱，再由水泵進行吸抽，再次回到缸體水套中，這種在散熱器和發動機中循環散熱的方式叫做大循環。發動機風冷式冷卻系統又可分為自然風冷式和強制風冷式兩種冷卻方式。自然風冷式是通過汽車在行駛過程中所受到的外界氣流來冷卻整個發動機，采用風冷式的發動機氣缸體和缸蓋需要鑄成一體，并應用傳熱性能良好的材料制成，目前多為鋁合金等材料。同時要在其表面安裝大量的散熱片，有利于散熱面積的增大，進而增強冷卻效果。強制風冷式是發動機自身為風扇提供動力，加快散熱片周圍氣流的流量和速度，再經過風扇的分配，最終實現對缸體、缸套和缸蓋溫度的降低。

2汽車發動機冷卻系統智能控制系統

2.1冷卻系統工作溫度

燃油在發動機里燃燒所產生的溫度可高達2000℃，這個高溫對于發動機的工作是有害的，所以必須將該溫度冷卻到“工作溫度”。合適的發動機工作溫度不但能夠提高發動機功率、減少燃油消耗，也能降低發動機尾氣的排放。發動機的工作能力取決于冷卻系統是否正常工作。對于傳統節溫器調節的冷卻系統來說，其工作溫度要求如圖2所示，部分負荷時，冷卻液溫度較高，冷卻液溫度為95℃～110℃，這有助于降低油耗和廢氣中的有害物質。全負荷時，冷卻液溫度較低，冷卻液溫度為85℃～95℃，吸入的空氣被加熱到的溫度低一些，這有助于提高功率。但是傳統的冷卻方式僅僅依靠蠟式節溫器的被動調節，無法滿足冷卻液溫度與實時的發動機工作溫度相匹配的要求。智能冷卻系統的研究目的，就是要能按負荷狀態將發動機的工作溫度調節到某個規定值，在發動機的各個功率和負荷狀態下，冷卻狀態均能符合實際需要。當發動機在冷起動條件和部分負荷工況下，發動機需要進行快速的預熱，此時節溫器的位置只允許直接通往水泵的路徑是開通的，不經過散熱器，冷卻液進行小循環，當發動機冷卻液的溫度一旦達到110℃左右時，散熱器就參與到循環中來，此時冷卻液進行大循環。在整個過程中，電控節溫器的工作狀態根據負荷情況由模糊控制策略來決定，為了增強行車或者怠速時的冷卻效果，電動風扇會根據需要開啟相應的工作狀態。

2.2系統組成

該系統由電子控制冷卻風扇、電子控制恒溫器、電控空氣偏轉器和微控制機構組成。電控冷卻風扇由電機驅動，電控恒溫器用電加熱使雙金屬變形，雙金屬變形使恒溫閥旋轉改變尺寸周期，電控空氣偏轉。或者通過雙向電機將傳動機構接通或斷開，微控制機構是由89C51開發的單片機控制系統。

2.3單片機工作原理

溫度傳感器感測發動機水溫的變化，同時將溫度信號轉換成與其成反比的電壓模擬信號。這些信號在A/D轉換器（ADC0809）中被處理（電容器低通濾波、校正和電壓跟隨器耦合）到IN0信號路徑中。所采集的模擬電壓信號由A/D轉換器轉換為數字信號，并讀入單片機89C51。單片機89C51根據不同的輸入信號對驅動電路進行分析和處理，實現對恒溫繼電器、空氣偏轉繼電器和風扇繼電器的控制。從而實現了發動機冷卻能力的智能控制。

2.4單片機智能控制的電路系統

單片機智能控制的電路系統主要包括單片機、電源電路、信號采樣處理電路、A/D轉換器、自動復位電路和控制驅動電路。微控制器采用公司生產的MCS-51系列單片機AT89C51，單片機+5V電源，40針封裝，32條I/O線，HMOSI制造工藝和布爾運算處理功能，可對信號進行分析和處理，計算和控制輸出。它是系統直流電源+12V的核心電源電路，通過芯片CN7805轉換，得到+5V穩定的直流電壓，并且直流電源+12V構成二次輸出功率。此外，濾波器電容器和隔離二極管外部連接以穩定輸入電壓和輸入信號。

2.5電子節溫器的模糊控制

所謂模糊控制理論指的是通過構建模糊集及模糊邏輯，建立隸屬函數間的相互關系，實現對目標對象的控制。

詳細包含以下幾個方面：1）根據部件輸入參數確定目標值，通過A/D轉換器將采集的信號進行轉換，將目標值與轉換后的值相減，從而得出系統誤差e；2）根據實際的汽車發動機智能冷卻系統工作流程建立相關規則，通過行為模擬的方式完成目標對象的控制；3）對模糊量E和△E所屬區間進行判斷，根據2）所定義的模糊規則進行模糊推理，得出控制量U；4）對模糊控制量U完成去模糊操作，得出精確的控制量u。以冷卻劑溫度差和發動機缸蓋出口預測溫度作為電子恒溫模糊控制器的輸入，以根據上述步驟計算出的電子恒溫器的開度增量U作為輸出到冷卻系統的循環流動。

在控制過程中，電子節溫器需遵循如下規則：1）若冷卻液實際溫度超高（遠大于目標值），并且上升速率較高（處于暖機狀態），則較大幅度增加電子節溫器的開度；2）若冷卻液實際溫度稍高（距離目標值不大），并且上升速率較低（處于正常行駛狀態），則保持電子節溫器的開度基本不變；3）若冷卻液實際溫度較低（遠小于目標值），并且下降速率較高（處于后冷卻控制狀態），則較小幅度減小電子節溫器的開度。

結束語

由于冷卻系統在發動機熱管理系統里面占有重要比例，因此基于模糊控制策略的智能冷卻系統的研究為解決上述問題提供了一個方向，從這方面來講，本文所采用的模糊策略能夠為今后相關研究提供一定的參考借鑒意義。

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