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內(nèi)燃機(jī)中可變冷卻液溫度的控制及其對(duì)燃油消耗的影響

提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和耐久性是現(xiàn)代汽車開發(fā)所涉及到的一個(gè)主要問題。隨著排放法規(guī)的要求日益嚴(yán)格，開始不斷應(yīng)用先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略。其中，轉(zhuǎn)移發(fā)動(dòng)機(jī)零部件多余熱量、防止發(fā)動(dòng)機(jī)零部件發(fā)生損傷的冷卻系統(tǒng)成為研發(fā)人員關(guān)注的主要技術(shù)。采用可變冷卻液溫度控制可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。但目前多采用機(jī)械元件對(duì)冷卻液溫度進(jìn)行控制，使得發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)溫度波動(dòng)，并導(dǎo)致對(duì)溫度調(diào)節(jié)出現(xiàn)滯后。對(duì)此，文中通過利用電動(dòng)流量控制閥替代傳統(tǒng)調(diào)溫器等機(jī)械元件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)溫度可調(diào)，并對(duì)其進(jìn)行了多種城市道路和循環(huán)工況下的仿真分析。

發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷條件下運(yùn)行時(shí)，提高冷卻液溫度有利于降低發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑部件的潤(rùn)滑油粘度，從而減少摩擦損失，有助于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率。汽車排放物中HC和CO的含量也將有所降低。發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷條件下運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生大量的熱，使相關(guān)零部件的耐久性和可靠性降低，因而需要保持較低的冷卻液溫度。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度的控制策略應(yīng)當(dāng)滿足：①減少甚至消除電動(dòng)水泵的流量；②在寒冷條件下盡可能降低電動(dòng)水泵流量；③考慮發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和冷卻液出口溫度，控制電動(dòng)水泵和電動(dòng)閥的流量；④增加水泵流量或完全打開電動(dòng)閥之前打開冷卻風(fēng)扇，盡可能節(jié)約能源；⑤發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉后，立即關(guān)閉水泵，提高其耐久性，并利用雙閥門設(shè)計(jì)減少溫度波動(dòng)。

根據(jù)上述策略，給出了一種電動(dòng)流量控制閥，分別利用Advisor軟件和Matlab/Simulink搭建仿真模型對(duì)其進(jìn)行仿真，試驗(yàn)車數(shù)據(jù)取自2003款本田音賽特，對(duì)試驗(yàn)車進(jìn)行城市循環(huán)工況、市郊循環(huán)工況和高速公路循環(huán)工況下的仿真模擬。結(jié)果顯示，在城市循環(huán)工況和市郊循環(huán)工況下可以節(jié)省燃油消耗1%以上。由于燃燒的改進(jìn)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高了10%以上，且冷卻系統(tǒng)對(duì)冷卻需求的響應(yīng)變得十分迅速。

Koorosh Khanjani et al.SAE 2014-32-0064.

編譯：王祥