鄭 穎，程 哲

(西安航空學(xué)院 車輛工程學(xué)院，陜西 西安 710077)

一種改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣恒溫裝置

鄭 穎，程 哲

(西安航空學(xué)院 車輛工程學(xué)院，陜西 西安 710077)

傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣恒溫裝置利用控制閥的開度大小實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的恒溫控制，這種技術(shù)最大的缺點(diǎn)就是溫度控制得不夠精準(zhǔn)。針對(duì)這一問題，提出一種單片機(jī)控制的雙溫度傳感器進(jìn)氣恒溫裝置，利用溫度傳感器采集進(jìn)氣溫度，經(jīng)過單片機(jī)分析計(jì)算，使進(jìn)氣溫度控制在給定溫度范圍內(nèi)。該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的精確調(diào)控，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳狀態(tài)。

進(jìn)氣溫度控制；加熱裝置；冷卻片；溫度傳感器

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度直接影響燃燒混合氣的形成，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程及排放性能[1]。進(jìn)氣恒溫對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻和燃燒反應(yīng)速率也有很大的影響[2]。實(shí)驗(yàn)表明，在相同空燃比條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度每升高或降低10℃，發(fā)動(dòng)機(jī)功率則降低3%-5%[3]。這是因?yàn)檫M(jìn)氣溫度過高時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)空氣中氧氣密度降低，使得混合氣濃度也隨溫度的變化而偏離預(yù)定值[4]，導(dǎo)致混合氣成分失調(diào)；發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度過低時(shí)，燃油霧化和蒸發(fā)性變差，不易形成良好的可燃混合氣，導(dǎo)致燃燒速度減小且燃燒不完全，產(chǎn)生的CO和HC的量增多[5]，排氣管易冒黑煙，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都會(huì)受到影響，尤其是在汽車?yán)淦饎?dòng)時(shí)，這種現(xiàn)象尤為顯著。

1 傳統(tǒng)的進(jìn)氣恒溫裝置

隨著現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)高速性的特點(diǎn)越來越突出，對(duì)混合氣的要求也越來越高，進(jìn)氣恒溫裝置這一原來只應(yīng)用于化油器式進(jìn)氣結(jié)構(gòu)的技術(shù)，在現(xiàn)代電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了很好的延續(xù)。

傳統(tǒng)的進(jìn)氣恒溫裝置，根據(jù)控制閥開啟方式不同，分為“真空閥體式”“熱敏開關(guān)式”，以及將兩者合二為一的“熱敏電阻及真空閥體組合式”。不考慮控制閥開關(guān)方式方面的差異，傳統(tǒng)的進(jìn)氣恒溫裝置統(tǒng)一可用圖1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表示。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，新鮮空氣經(jīng)過空氣濾芯器，進(jìn)入自然進(jìn)氣通道B。如果環(huán)境溫度低于最低溫度規(guī)定值，控制閥逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)使其開度增大，通過加熱進(jìn)氣通道A中的空氣量增大，通過自然進(jìn)氣通道B中的進(jìn)氣量減少，混合后氣體的整體溫度升高；當(dāng)進(jìn)氣溫度高于規(guī)定溫度時(shí)控制閥順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)開度減小，使加熱進(jìn)氣通道A關(guān)閉，空氣從自然進(jìn)氣通道B直接進(jìn)入進(jìn)氣總管，形成混合氣體[6]。

上述進(jìn)氣恒溫裝置一般能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣溫度的要求，但由于結(jié)構(gòu)的限制，普遍存在以下缺點(diǎn)：

(1)控制閥如果不能正常開啟或關(guān)閉，就會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。例如不能及時(shí)關(guān)閉自然進(jìn)氣通道B，冬天汽車起動(dòng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振及熄火現(xiàn)象[6]；

(2)進(jìn)氣溫度過高時(shí)，因?yàn)闆]有降溫措施，只能用于汽車的冷起動(dòng)；

(3)對(duì)于進(jìn)氣溫度的控制不是很精準(zhǔn)，通過控制閥的控制較為遲緩。

2 改進(jìn)的進(jìn)氣恒溫裝置

2.1 設(shè)計(jì)原理

鑒于以上原因，本文提出利用單片機(jī)控制的雙溫度傳感器進(jìn)氣恒溫裝置設(shè)計(jì)，即在進(jìn)氣管道里面分別設(shè)計(jì)加熱和冷卻兩個(gè)系統(tǒng)，將進(jìn)氣溫度控制在30℃～40℃[7]，具體原理如圖2所示。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改進(jìn)后的進(jìn)氣恒溫裝置包含加熱回路、冷卻回路、單片機(jī)控制、溫度傳感器等。

2.2.1 加熱回路

將加熱絲置于進(jìn)氣總管中，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的加熱過程。兩個(gè)溫度傳感器將所采集的信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)所接收的信號(hào)進(jìn)行判斷并發(fā)出指令，以此來控制加熱絲對(duì)混合氣的加熱動(dòng)作，使進(jìn)氣的溫度控制在燃料完全燃燒所需的溫度范圍內(nèi)。

2.2.2 冷卻回路

將制冷片置于進(jìn)氣支管外壁，如果環(huán)境溫度超過了最高限定值時(shí)，由單片機(jī)控制制冷卻片工作。制冷片采用半導(dǎo)體材料制成，利用該材料特有的Peltier效應(yīng)來降低進(jìn)氣總管的熱量，使得通過該處的混合氣溫度降低。從而將混合氣的溫度控制在設(shè)置的溫度區(qū)域內(nèi)。

2.2.3 溫度傳感器采用DS18B20

該傳感器具備體積小，抗干擾能力強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。

2.2.4 單片機(jī)采用STC89C52

該單片機(jī)是一種超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)，指令代碼與傳統(tǒng)的8051單片機(jī)完全兼容，12MHz和6MHz晶振頻率可任意選擇，能較好地實(shí)現(xiàn)本結(jié)構(gòu)裝置的控制功能。

具體結(jié)構(gòu)裝置設(shè)計(jì)如圖3所示。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，新鮮空氣經(jīng)過空氣濾清器進(jìn)入進(jìn)氣總管中，溫度傳感器1對(duì)進(jìn)入的空氣溫度進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)將檢測(cè)信號(hào)結(jié)果送給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去控制加熱絲對(duì)空氣進(jìn)行加熱或控制制冷片進(jìn)行降溫。若進(jìn)氣溫度較低，將啟動(dòng)加熱回路，加熱絲對(duì)新鮮空氣進(jìn)行加熱，使其溫度逐漸升高到進(jìn)氣所需給定的溫度范圍；若進(jìn)氣溫度過高，啟動(dòng)冷卻回路，對(duì)進(jìn)氣管中的空氣進(jìn)行冷卻降溫，使其溫度限定在所需溫度范圍。溫度傳感器2對(duì)其處理的空氣溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保所需空氣的溫度保持在30℃～40℃。

3 結(jié)語

本文提出了一種利用單片機(jī)、溫度傳感器及其他控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣溫度的控制裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)氣溫度的精確控制，解決了由于溫度過高或者過低對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣造成的影響，使燃油能夠充分利用，從而使汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放性能都得到較大改善。

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[責(zé)任編輯、校對(duì)：李 琳]

An Improved Thermostat for Air Suction of Engines

ZHENGYing,CHENGZhe

(School of Vehicle Engineering,Xi'an Aeronautical University,Xi'an 710077,China)

Traditional thermostats for air suction of engines keep the temperature of air suction constant through controlling the opening of valves,and the biggest shortcoming of the technology is the imprecise temperature control.A SCM-controlled thermostat of dual-temperature sensors is proposed to solve the problem.The temperature of air suction is collected through temperature sensors,and then kept within the given range after the analysis and calculation of SCM.The biggest advantage of the system is the realization of the precise control of temperature,thus making engines work in the optimum condition.

air suction temperature control;heating device;cooling fin;temperature sensor

2016-12-25

鄭穎(1984-)，女，陜西咸陽人，講師，主要從事汽車安全設(shè)計(jì)研究。

U464

A

1008-9233(2017)01-0058-03