魏亮，楊華，何志忠

（西安汽車科技職業(yè)學(xué)院，陜西 西安 710038）

一種基于發(fā)動機分體獨立冷卻的新型智能冷卻系統(tǒng)的研究

魏亮，楊華，何志忠

（西安汽車科技職業(yè)學(xué)院，陜西 西安 710038）

該系統(tǒng)采用缸體和缸蓋分體獨立冷卻回路進行冷卻并實現(xiàn)智能控制，根據(jù)缸體和缸蓋冷卻需求，通過控制缸蓋和缸體的冷卻液流量的大小進行按需冷卻，確保發(fā)動機在最佳的溫度狀態(tài)下工作，降低燃油消耗，提高發(fā)動機的經(jīng)濟性。

發(fā)動機；分體獨立；智能冷卻系統(tǒng)

CLC NO.:U461.9Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)02-69-02

1、概述

隨著計算機技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，車用發(fā)動機冷卻能力調(diào)節(jié)方式的發(fā)展趨勢是智能化控制[1]，即利用電子控制單元對電子水泵、電子節(jié)溫器及電子風(fēng)扇實行智能控制，最大限度減少發(fā)動機的傳熱損耗和機械損耗。而傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)主要采用機械水泵強制冷卻液循環(huán)方式，即發(fā)動機工作過程中，機械水泵在發(fā)動機曲軸的驅(qū)動下工作，驅(qū)動冷卻液由機體冷卻水套通過水孔進入到缸蓋水套，而由于冷卻缸蓋冷卻液先經(jīng)過缸體，勢必造成缸蓋冷卻液溫度高，同時冷卻系統(tǒng)不能獨立調(diào)節(jié)缸體和缸蓋的冷卻強度，因此會造成缸蓋水套冷卻液溫度比缸體冷卻液溫度高，不利于缸蓋、缸體冷卻強度的合理調(diào)控，導(dǎo)致發(fā)動機傳熱效率低、摩擦嚴重[2]。

因此，采用缸蓋和缸體分體獨立冷卻回路進行分體冷卻并實現(xiàn)智能控制[3]，可以根據(jù)缸蓋、缸體冷卻需求，分別控制缸蓋和缸體的冷卻液流量的大小進行按需冷卻。

2、系統(tǒng)組成

如圖1所示，一種基于發(fā)動機智能冷卻系統(tǒng)由缸體電子水泵[4]、缸蓋電子水泵、缸體電節(jié)溫器、缸蓋電子節(jié)溫器、缸體水溫傳感器、缸蓋水溫傳感器、散熱器進水口水溫傳感器、電子風(fēng)扇、膨脹水箱、缸體水套、缸蓋水套及電子控制單元。

如圖2所示，缸體水套冷卻液循環(huán)方向是自上而下，缸蓋水套的循環(huán)路線是自下而上，以確保整個系統(tǒng)高熱區(qū)零部件先受熱。

圖1 新型智能冷卻系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 缸體（缸蓋）水套內(nèi)部 冷卻液流動示意圖

3、控制原理

如圖3所示，電子控制單元根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷及水溫傳感器的信號調(diào)節(jié)各個電子節(jié)溫器的開度及各個電子水泵的轉(zhuǎn)速，從而分配缸體水套、缸蓋水套的冷卻液流量；同時根據(jù)冷卻液溫度調(diào)節(jié)電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。發(fā)動機正常工作時，電子控制單元根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷信號，調(diào)節(jié)電子水泵3、4的轉(zhuǎn)速，分配進入缸體和缸蓋的冷卻液的流量大小。冷卻液分別進入缸體水套和缸蓋水套兩個獨立的回路進行冷卻，其中一條回路通過電子水泵3控制泵入缸體的冷卻液，從上而下對缸體進行冷卻，同時根據(jù)水溫傳感器7采集到的水溫信號，電子控制單元控制電子節(jié)溫器5的開度，從而分配缸體第一出水口和第二出水口的冷卻液的流量大小，進入第一出水口的冷卻液直接連接電子水泵3進行小循環(huán)；而進入第二出水口的冷卻液通過散熱器1，由電子風(fēng)扇進行降溫后，經(jīng)進水總管再次進入電子水泵3進行大循環(huán)；另一條回路通過電子水泵4控制泵入缸蓋的冷卻液，從下而上對缸蓋進行冷卻，同時電子控制單元根據(jù)水溫傳感器8采集到的水溫信號，控制電子節(jié)溫器6的開度，從而分配缸蓋第一出水口和第二出水口的冷卻液的流量大小，進入第一出水口的冷卻液直接連接電子水泵4進行小循環(huán)；而進入第二出水口的冷卻液通過散熱器1，由電子風(fēng)扇進行降溫后，再次經(jīng)進水總管進入電子水泵4進行大循環(huán)。在此過程中，電子控制單元根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷及水溫傳感器的信號調(diào)節(jié)電子水泵及電子風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)缸蓋的溫度。隨著水溫不斷上升，電控單元根據(jù)水溫傳感器7、8的信號，控制電子節(jié)溫器5、6第二出水口的開度，進入各自大循環(huán)，通過散熱器1對冷卻液進行降溫；同時電子控制單元根據(jù)冷卻液溫度提高電子水泵3、4和電子風(fēng)扇2的轉(zhuǎn)速，從而加大散熱器的冷卻液流量和散熱量。

當(dāng)電子節(jié)溫器5、6的第二出水口冷卻液溫度過高導(dǎo)致冷卻液壓力過高時，且高于膨脹水箱9內(nèi)冷卻液壓力時，冷卻液自動流9入膨脹水箱進行儲水；當(dāng)發(fā)動機缸體及缸蓋進水口冷卻液壓力低于膨脹水箱冷卻液壓力時，冷卻液自膨脹水箱9流入發(fā)動機缸體及缸蓋的進水口處進行補水，防止系統(tǒng)中冷卻液不足。

圖3 智能冷卻系統(tǒng)控制原理示意圖

4、主流程控制圖

智能冷卻系統(tǒng)的主流程圖，發(fā)動機啟動，電子控制單元開始檢測缸體冷卻液溫度、缸蓋冷卻液溫度及散熱器進水口冷卻液溫度，當(dāng)冷卻液溫度未達到預(yù)設(shè)值Ta時，電子節(jié)溫器5、6關(guān)閉，冷卻液直接進入缸蓋水套，冷卻缸蓋后通過節(jié)溫器6的第一出水口，直接進入電子水泵4進行小循環(huán)，同時電子風(fēng)扇不工作；當(dāng)冷卻液溫度上大于預(yù)設(shè)值Ta小于預(yù)設(shè)值Tb時，電子控制單元發(fā)出指令，電子節(jié)溫器6打開，缸蓋冷卻液通過節(jié)溫器6的第二出水口進入散熱器，通過進水總管和水泵4流入缸蓋形成大循環(huán)，同時電子控制單元控制電子風(fēng)扇在低速擋工作；當(dāng)冷卻液溫度大于預(yù)設(shè)值Tb時，電子節(jié)溫器5、6打開，冷卻液分別進入缸體水套和缸蓋水套，形成大循環(huán)，同時電子控制單控制電子風(fēng)扇在高速擋工作。

圖4 系統(tǒng)主流程圖

5、結(jié)論

綜上所述，該發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，通過電子控制裝置根據(jù)傳感器反饋的信息進行工況判別，分別控制缸體和缸蓋的冷卻循環(huán)，通過電子水泵和電子節(jié)溫器自動調(diào)整和控制冷卻液溫度和流量，確保發(fā)動機在最佳的溫度狀態(tài)下工作，降低燃油消耗以改善和提高發(fā)動機的經(jīng)濟性，減少磨損和延長發(fā)動機使用壽命。

[1]郭新民,翟麗,高平,王新原.汽車發(fā)動機智能冷卻系統(tǒng)的研究[J].內(nèi)燃機工程.2001(1)：16-22.

[2]蘇憶.汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)智能控制技術(shù)研究[J].南京理工大學(xué).2006(2)：192-192.

[3]李毅,張延靜,吳孚會.汽車冷卻的溫度控制試驗研究[J].新技術(shù)新工藝.2012（7）：53-55.

[4]盧廣鋒.汽車發(fā)動機水泵電力驅(qū)動與控制系統(tǒng)研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2002.

The study of A new intelligent cooling system based on fission independent engine cooling

Wei Liang, Yang Hua, He Zhizhong
( Xian Auto science and technology vocational college, Shaanxi Xi 'an 710038 )

The system adopts the cylinder block and cylinder head fission independent cooling circuit for cooling and realizes intelligent control, according to cooling demand of the cylinder block and cylinder head , by controlling the cylinder head and cylinder block size of coolant flow on demand for cooling to ensure engine work in the best temperature condition, reduce the fuel consumption, improve the economic benefit of the engine.

Engine; Fission independent; The intelligent cooling system

U461.9

A

1671-7988(2017)02-69-02

魏亮（1986-）男，助教，碩士研究生，現(xiàn)就職于西安汽車科技職業(yè)學(xué)院，主要從事汽車相關(guān)專業(yè)的教學(xué)級研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.02.023