汽車發動機冷卻的控制技術探究

摘 要：在高溫工作環境下，汽車發動機必須得到適度冷卻才能發揮自身良好工作性能，并滿足耐久性、廢氣排放等要求，所以說冷卻系統是影響汽車發動機工作效率、使用壽命、安全性的關鍵部件，若冷卻系統維修率過高，會在一定程度上引起發動機其他部件的損壞，進而降低發動機整體工作能力。為使汽車發動機冷卻系統很好地完成冷卻任務，相關控制技術值得深入研究，文章將重點探討汽車發動機冷卻的智能化控制技術，僅供參考。

關鍵詞：汽車發動機；冷卻系統；智能控制技術；嵌入式系統

近年來，汽車電子信息化的普及將汽車工業推上了一個全新發展階段，汽車技術的安全性、可靠性、經濟性、實用性以及環保性也得到了很大程度的提高，在這一背景下，汽車發動機冷卻系統智能化控制技術應運而生。眾所周知，汽車發動機在高溫工作環境下必須得到適當冷卻才能發揮自身良好工作性能，才能提高工作效率，延長使用壽命，降低排氣污染，而冷卻系統在這個過程中發揮著非常重要的作用。下面作者就結合自身專業知識、技術和實踐經驗對汽車發動機冷卻的控制技術進行探討。

1 汽車發動機冷卻系統的溫度控制

汽車發動機冷卻液溫度受多種因素的影響，比如散熱結構形式、冷卻液循環流量、發動機負荷、汽車行駛速度、環境溫度、風扇轉速、空氣流量等都會影響發動機冷卻系統的溫度，進而對冷卻液溫度造成影響。所以要實現對發動機冷卻系統溫度的控制，必須對上述參數信號進行及時、準確的采集，并對收集到的信號進行正確的處理。用一般數學方程是很難描述汽車發動機冷卻液溫度、溫度變化速率與其他影響因素之間的關系的，為此作者建議將適用于具有時變性、滯后性、不確定性的控制系統的模糊控制與傳統PID控制器相結合，建立節溫器、百葉窗、冷卻風扇多元聯合控制的智能控制系統，以實現水泵流量、風扇轉速控制，進而實現溫度控制，保證冷卻系統在發動機全部工況范圍內的最佳冷卻性能。多元聯合智能控制系統的基本控制原理見圖1。

預熱后啟動發動機，此時冷卻液溫度在70℃以下，冷卻風扇、導風板處于關閉狀態，節溫器處于小循環、水泵處于低速運轉狀態，冷卻空氣無法進入散熱器，發動機冷卻液溫度會迅速升高，當分別升高至75℃、80℃、95℃時，控制系統分析并處理好采集到的溫度參數信號后，向風扇、導風板、節溫器、水泵等元件發出不同信號，使其各個元件做出不同動作，首先使節溫器進入大循環狀態，然后使導風板處于打開狀態，最后使冷卻風扇處于工作狀態，水泵高速運轉。此時發動機冷卻能量最大，能快速實現降溫，當冷卻液溫度降低到89℃時，控制系統再次分析并處理采集到的溫度參數信號，并向各個執行元件發出控制信號，斷開風扇電源，保持導風板、節溫器仍處于工作狀態，而當冷卻液溫度再次升高到95℃，再次接入風扇電源，如此循環，保證汽車發動機冷卻系統始終能在最適溫度條件下工作。

另外，考慮汽車運行的復雜性，比如可能會產生熱輻射、電磁干擾、振動等，在多元聯合智能控制系統硬件設計方面，必須使電路具有抗震性，并采取一定隔離防護措施，增強電路抗干擾性，確保智能控制系統的整體穩定性和可靠性。

2 汽車發動機冷卻系統的關鍵控制技術

2.1 冷卻風扇控制技術

根據冷卻風扇的工作形式，其控制方式主要可分為三種，包括機械驅動、自控電動和綜合型智能控制方式，后兩者屬于真正意義上的汽車發動機冷卻風扇控制技術。從控制模式來看，包括集中式和分體式控制類型，集中式控制類型集中于發動機動力系統控制模塊，可通過采樣、處理環境溫度、冷卻液溫度、進氣溫度及空調壓縮機壓力等實現對外部功率繼電器的控制，進而控制風扇速度，但這種控制類型只能控制高速、低速這兩個風速，PCM負荷工作量大，實效性差；分體式控制類型即發動機冷卻風扇控制器，可獨立于汽車發動機外或與發動機有通訊聯系，通常兼控制冷卻風扇、發動機噴油、空調等功能于一體，智能化程度較高，采集信息多樣，通過統一調度可使發動機達到良好的經濟性和排放性，但這種控制器對防塵、水密封性都有著很高要求。為此，應進一步改進PWM脈寬調制輸出的控制電路，使PWM控制器與ECU有關，由ECU綜合對發動機冷卻系統溫度、壓力等信號參數進行分析處理，生成PWM信號，傳輸給冷卻風扇控制器，并由冷卻風扇控制器輸出PWM脈沖信號實現對冷卻風扇的驅動，使風扇能夠在一定范圍內無極調速。改進后控制技術全面考慮了汽車發動機周圍環境參數，相較于傳統控制方式，冷卻風扇控制器真正體現了智能化控制，性能、效率更高，且有利于實現節能目標。目前，雪鐵龍、大眾、標致等汽車發動機都采用了基于PWM脈寬調制輸出方式的冷卻風扇控制器。

2.2 車用傳感器

汽車發動機冷卻系統的溫度控制過程，這個過程是由單片機實現的。為了進一步保持發動機的最佳工作狀態，建議利用空氣流量傳感器（安裝在空氣濾清器和節氣門體之間）和壓力傳感器測量冷卻系統的空氣流量及壓力，確定射油量參數，同時溫度傳感器實時檢測發動機燃油溫度、冷卻液溫度、排氣溫度、進氣溫度等，根據溫度傳感器采集到溫度數據，將冷卻液動態流量計算出來，之后檢測汽車發動機實時工作情況和氣門開度，實現對冷卻水大小的控制。

3 結束語

總之，汽車發動機的冷卻系統是保持發動機正常工作的關鍵部件，為降低冷卻系統維修率，提高發動機整體工作性能，必須充分發揮汽車發動機的智能化控制作用。在智能化控制技術比如PWM控制技術、智能化控制系統、車用傳感器等的支持下，汽車發動機冷卻系統控制的實時性大大提高，較好地實現了對冷卻液溫度的調節和控制，使發動機始終能在最適溫度條件下工作。當然，受到各種因素限制，當前汽車發動機冷卻的控制技術仍有待提升，環保、節能減排、智能化以及高性能在未來相當長一段時間內仍是我們需努力和研究的方向，相信有先進的智能控制技術為支撐對汽車發動機的運行、監測進行控制，加上智能化、不拆修發動機的逐漸投入使用，綠色環保發動機的使用意義將會正真體現出來。

參考文獻

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作者簡介：朱游兵（1983，6-），男，重慶墊江人，漢族，本科，講師，研究方向：汽車工程專業。