試論內燃機電子節溫器的設計開發與試驗驗證

趙彥娟

（重慶斯凱力科技有限公司 重慶市江北區 400000）

試論內燃機電子節溫器的設計開發與試驗驗證

趙彥娟

（重慶斯凱力科技有限公司 重慶市江北區 400000）

本文以內燃機電子節溫器的設計開發與試驗驗證為切入點，就其設計開發背景、執行裝置與控制策略的設計與電子節溫器控制策略的試驗驗證做細致的探討研究，期望為電子節溫器的應用推廣與內燃機冷卻系統溫度控制性能的優化改進，提供有益的參考。

內燃機；電子節溫器；設計開發；試驗驗證

面對目前日益嚴重的車輛排放問題，其內燃機能耗的節能改造逐漸為人們所重視及研究。內燃機冷卻系統是減排的關鍵，合理科學的設計改進將大幅優化內燃機的能耗排放量。然而作為冷卻系統中管控冷卻液流動的核心裝置——節溫器，其現有設計已難以達到冷卻系統的管控標準。因此，本文以智能電控化為設計理念，基于模糊控制原理設計一類電子節溫器，并就其具體的設計開發與試驗驗證做細致的分析探討。

1 電子節溫器的設計開發背景

目前，由于車用發動機設計的緊湊性日益增強以及升功率的逐漸提升，發動機本身改進強化的程度越高，零部件的受熱負荷也就愈重。為避免其過熱導致的故障，就需要內燃機冷卻系統發揮功用，防止發動機部件過熱或過冷。節溫器是發動機負責管控冷卻液流動路徑的閥門，其原理是通過冷卻液溫度的高、低，來開啟或是關閉閥門以改變冷卻液的傳輸路徑，從而及時調節發動機部件的過熱或過冷現象。

2 電子節溫器裝置與控制策略的設計開發

2.1 電子節溫器執行裝置的設計開發

電子節溫器執行裝置的布置設計主要有兩套方案：雙電動閥各自管控內燃機冷卻液的大小流動量；單電動閥同時管控冷卻液的所有流動量，如圖1所示。

圖1 電子節溫器執行裝置兩類設計方案

表1 電動三通閥的具體參數

2.2 電子節溫器控制策略的設計開發

由于內燃機冷卻系統的結構較為復雜且帶有延遲性大等特點，電子節溫器在對冷卻液做流動管控時若使用傳統的PID控制法，較難控制其循環傳輸與流量。因此本文以適宜冷卻系統結構的模糊控制理論作為控制策略[2]。具體控制過程有以下幾點：

（1）以微處理器對系統被控制量做運算，將其與系統定值作比較，得到系統誤差。

（2）對誤差求微分，得出其誤差的變化率。

（3）對輸入量做模糊化處理。即將誤差與變化率由精確值做模糊化轉化，變為誤差模糊量與變化率模糊量。

（4）設置控制規范。控制規范是模糊控制器運行的前提與標準所在，對它的設計制定須由專業的操作人員，以自身經驗學識設置具體的規范方法。

（5）模糊推理。這一過程主要是把誤差模糊量與變化率模糊量依照模糊控制規范做模糊推理，從而得出需要的模糊控制量。

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（6）去模糊化。在完成模糊控制量的運算并得到具體結果后，依照其控制數據對電子節溫器執行裝置做具體的控制改變。

3 內燃機電子節溫器的控制策略試驗驗證

3.1 穩態控制流程的試驗驗證

（1）試驗目標。測試電子節溫器模糊控制策略，在冷卻系統冷熱狀況、冷卻液溫度大小與迎風冷卻等條件均位于一個穩定狀態時的具體執行效果。

（2）實驗對比。為突顯電子節溫器的性能優勢，在試驗中對電子節溫器與石蠟介質節溫器做測試與對比。

（3）實驗條件。溫度設定32℃，相對濕度70%，電熱器加熱功率固定4kW，水泵、風扇穩定轉動或關閉，節溫器管控溫度值95℃。

（4）實驗過程。

①接通電源，加熱冷卻液，分別測試電子節溫器與石蠟介質節溫器的響應時間；

②記錄電子節溫器與石蠟介質節溫器在各時段的溫度數據并匯總為圖2的升溫示意圖。

圖2 兩類節溫器對系統升溫的影響

（5）實驗結果。電子節溫器冷卻液溫度提升至95℃只需500s左右的時間；石蠟介質節溫器用時500s時節溫器水溫只能抬升到70℃左右，而用時900s才能讓冷卻液溫度提升到95℃。由此可知：在相同環境條件下，電子節溫器的暖機效率明顯優于石蠟做感溫介質的節溫器。

3.2 動態控制流程的試驗驗證

（1）試驗目標。在于驗證冷卻系統發生受熱負載狀態變化時，電子節溫器控制策略的具體執行效果。

（2）實驗對比。驗證電子節溫器在發動機受熱負載突發改變的情形下對散熱與冷卻液管控的性能。

（3）實驗條件。冷卻風扇轉速保持為600r/min，水泵依然維持轉速恒定。

（4）實驗過程。

①接通電源，對加熱器加熱功率按2kW先行加熱。

②待冷卻液溫度升至設計溫度值95℃，再改變加熱功率至6kW，研究系統溫度保持在設計值80℃所需時間的數據。

③實驗結果。在保持已知條件下進行冷卻液加熱，300s左右2kW的發熱功率可將冷卻液溫度上升并保持在95℃的設計值，從300s開始改變加熱功率到6kW，對冷卻系統溫度控制在設計值80℃所需時間為25s左右，表明電子節溫器在動態條件能較好地響應系統溫度變化，并作出及時的管控執行，保證冷卻液溫度適宜與冷卻系統的功能發揮[1]。

4 結束語

傳統的石蠟介質節溫器已難以滿足內燃機冷卻系統節能減排與溫度控制的需求。作為一類新型、可控的發動冷卻液流量控制裝置，對電子節溫器的設計、驗證并應用到內燃機冷卻系統之中，能有效提升冷卻系統控溫性能，實現內燃機能耗減排的目標。

[1]楊陽，唐厚君，劉寧.基于電子節溫器的冷卻水溫控制研究[J].工業控制計算機，2012（05）：71～72+87.

[2]王彥蘇.電子節溫器控制及診斷策略[J].上海汽車，2012（11）：41～44.

[3]譚克誠，宛 東.電子控制式節溫器設計[J].裝備制造技術，2015（08）：53～55.

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1004-7344（2016）25-0241-02

2016-8-19

趙彥娟（1986-），女，甘肅白銀人，助理工程師，本科，從事傳感器、節溫器的設計，工藝編制工作。