客車智能溫控熱管理系統的研究

黃葉明 李敏

摘? 要：隨著燃油價格的飚升，客車燃油消耗量已成為用戶購車時的重要性能指標之一。因此，要在保證客車基本性能特別是動力性不變的前提下，同時降低燃油消耗量已成為客車行業產品開發的重要任務之一。本文針對客車冷卻系統，開發一種智能溫控熱管理系統，實現客車節能減排。

關鍵詞：智能溫控;熱管理;節能減排

前沿

發動機在工作時會產生大量的熱量，而發動機最佳工作溫度區間為95度，如果不及時對工作時產生的溫度進行調節的話，容易造成發動機長期處于超負荷運轉的狀態，影響發動機的使用壽命。現有的發動機溫控散熱系統在使用時，其僅僅具有散熱的功能，且傳統的散熱方式為水冷和風冷，無法在對發動機散熱過程中對發動機進行有效的溫度調節，進而在發動機工作情況下對發動機產生一定的影響，難以維持其在最佳工作溫度區間進行工作。

1、傳統的客車冷卻系統介紹

傳統的客車冷卻系統沿襲卡車“間接式溫控”、“皮帶連續驅動風扇”、“串聯式換熱器布置”三個主要特點，前身是無中冷器時的單散熱器布置方案。其特點型式決定了冷卻系統油耗高。

傳統客車冷卻系統完全忽視了中冷、水冷是兩種不同的工作系統，其隨整車及發動機工況變化，分別有著不同的散熱特性要求。其次，傳統冷卻觀念注重的以水箱不“開鍋”為標準，發動機常處于低溫狀態，發動機熱效率低，燃油消耗高。另外，發動機整車應用時，由于“間接”溫控，使得進氣、進水溫度僅與發動機轉速相關，達不到發動機臺架要求的最佳溫度。由于溫度差異大，導致發動機熱效率低，燃油消耗增加;同時，不需要散熱時，冷卻風扇持續運轉，仍繼續消耗發動機功率，造成無謂地燃油浪費。最后，“串聯”布置時，風扇就必須克服兩個換熱器的風阻，風阻較大，風扇功耗增加。

2、智能溫控熱管理系統方案研究

為了克服現有的發動機散熱系統不足，無法在對發動機散熱過程中對發動機進行有效的溫度調節，進而在發動機工作情況下對發動機產生一定的影響，難以維持其在最佳工作溫度區間進行工作的技術問題。本文創新研究了一種智能溫控熱管理系統。該系統包括包括外殼、安裝殼、熱電制冷片、散熱片、風扇、固定接頭、第一接線柱、連接轉座、第二接線柱和旋轉連接臂，外殼內部底側安裝有熱電制冷片，熱電制冷片頂部安裝有散熱片，外殼內部且位于散熱片上方安裝有若干個風扇。其中，外殼頂側安裝有安裝殼，安裝殼內側底部安裝有絕緣板，絕緣板兩端上方均安裝有固定接頭，固定接頭一側均安裝有第一接線柱，絕緣板頂部中心處安裝有連接轉座，連接轉座一側安裝有第二接線柱，絕緣板兩端外側均安裝有連接板，兩個連接板頂側分別與半圓環兩端連接，半圓環頂部滑動安裝有滑座，連接轉座內側轉動安裝有旋轉連接臂，且旋轉連接臂上方一側與滑座一側連接，連接轉座一側對稱側且位于絕緣板上方安裝有安裝板，安裝板一側安裝有伺服電機，伺服電機輸出端且位于安裝板另一側安裝有轉臂，轉臂頂端一側與滑座另一側連接，旋轉連接臂頂端安裝有緩沖柱。其次，緩沖柱內部兩端均開設有內置槽，內置槽內壁均安裝有導桿，導桿外側滑動安裝有滑桿，滑桿一端位于緩沖柱外側安裝有緩沖頭，導桿外側且位于滑桿另一端套裝有彈簧。最后，半圓環一側開設有環槽，滑座滑動安裝在環槽內;外殼外側四周開設有若干個安裝孔，若干個安裝孔兩兩平行等距離設置，直角連接片一側開設有4個腰型孔，螺栓穿過直角連接片的腰型孔與4個安裝孔連接;固定接頭和第一接線柱電性連接，連接轉座、第二接線柱以及旋轉連接臂電性連接，第一接線柱和第二接線柱分別與熱電制冷片以及電源電性連接;熱電制冷片包括第一絕緣陶瓷片、第一金屬導體、空穴型半導體、電子型半導體、第二金屬導體和第二絕緣陶瓷片，第一絕緣陶瓷片底部安裝有第一金屬導體，第一金屬導體底部等距離間隔設置有空穴型半導體，第一金屬導體底部等距離間隔且位于空穴型半導體一側設置有電子型半導體，空穴型半導體和電子型半導體底部安裝有第二金屬導體，第二金屬導體底部安裝有第二絕緣陶瓷片。

3、智能溫控熱管理系統操作步驟

智能溫控熱管理系統具體操作步驟分為三個布置。第一、將外殼通過螺栓穿過直角連接片的腰型孔與4個安裝孔連接，然后將直角連接片安裝在發動機外側，當發動機工作時，發動機溫度升高，此時通過安裝板上的伺服電機工作帶動轉臂逆時針轉動，進而帶動滑座在半圓環上沿著環槽移動，直至轉臂一側連接的旋轉連接臂旋轉卡入一端的固定接頭內，此時熱電制冷片與電源正向連接，第二金屬導體和第二絕緣陶瓷片處吸收的熱量傳遞到第一絕緣陶瓷片和第一金屬導體處，同時通過頂部的散熱片增大與空氣的接觸面積，通過風扇工作將熱量快速散出;第二、當需要對發動機提升溫度時，伺服電機工作帶動轉臂順時針轉動，直至轉臂一側連接的旋轉連接臂旋轉卡入另一端的固定接頭內，實現熱電制冷片與電源反向連接，進而第一絕緣陶瓷片和第一金屬導體處吸收的熱量傳遞到第二金屬導體和第二絕緣陶瓷片處，提高溫度;第三、旋轉連接臂旋轉時，當緩沖柱與連接板接觸前，緩沖頭首先與連接板接觸，帶動滑桿沿著導桿移動，且壓縮內置槽內的彈簧，通過彈簧的彈性形變起到緩沖的作用，對旋轉連接臂限位的同時避免緩沖柱與連接板直接碰撞。

4、結束語

本文設計研究的智能溫控熱管理系統結構合理，控制策略精準。當發動機工作時，發動機溫度升高，此時通過安裝板上的伺服電機工作帶動轉臂逆時針轉動，進而帶動滑座在半圓環上沿著環槽移動，直至轉臂一側連接的旋轉連接臂旋轉卡入一端的固定接頭內，此時熱電制冷片與電源正向連接，第二金屬導體和第二絕緣陶瓷片處吸收的熱量傳遞到第一絕緣陶瓷片和第一金屬導體處，同時通過頂部的散熱片增大與空氣的接觸面積，通過風扇工作將熱量快速散出，當需要對發動機提升溫度時，伺服電機工作帶動轉臂順時針轉動，直至轉臂一側連接的旋轉連接臂旋轉卡入另一端的固定接頭內，實現熱電制冷片與電源反向連接，進而第一絕緣陶瓷片和第一金屬導體處吸收的熱量傳遞到第二金屬導體和第二絕緣陶瓷片處，提高溫度，能夠對發動機的溫度進行快速調節，保證其處于最佳工作溫度區間。另外，在對熱電制冷片進行與電源的正反向連接過程中需要通過旋轉連接臂的旋轉，旋轉連接臂在旋轉過程中，即緩沖柱與連接板接觸前，緩沖頭首先與連接板接觸，帶動滑桿沿著導桿移動，且壓縮內置槽內的彈簧，通過彈簧的彈性形變起到緩沖的作用，對旋轉連接臂限位的同時避免緩沖柱與連接板直接碰撞。