試論內(nèi)燃機(jī)電子節(jié)溫器的設(shè)計開發(fā)與試驗驗證

趙彥娟

（重慶斯凱力科技有限公司 重慶市江北區(qū) 400000）

試論內(nèi)燃機(jī)電子節(jié)溫器的設(shè)計開發(fā)與試驗驗證

趙彥娟

（重慶斯凱力科技有限公司 重慶市江北區(qū) 400000）

本文以內(nèi)燃機(jī)電子節(jié)溫器的設(shè)計開發(fā)與試驗驗證為切入點(diǎn)，就其設(shè)計開發(fā)背景、執(zhí)行裝置與控制策略的設(shè)計與電子節(jié)溫器控制策略的試驗驗證做細(xì)致的探討研究，期望為電子節(jié)溫器的應(yīng)用推廣與內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度控制性能的優(yōu)化改進(jìn)，提供有益的參考。

內(nèi)燃機(jī)；電子節(jié)溫器；設(shè)計開發(fā)；試驗驗證

面對目前日益嚴(yán)重的車輛排放問題，其內(nèi)燃機(jī)能耗的節(jié)能改造逐漸為人們所重視及研究。內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)是減排的關(guān)鍵，合理科學(xué)的設(shè)計改進(jìn)將大幅優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的能耗排放量。然而作為冷卻系統(tǒng)中管控冷卻液流動的核心裝置——節(jié)溫器，其現(xiàn)有設(shè)計已難以達(dá)到冷卻系統(tǒng)的管控標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文以智能電控化為設(shè)計理念，基于模糊控制原理設(shè)計一類電子節(jié)溫器，并就其具體的設(shè)計開發(fā)與試驗驗證做細(xì)致的分析探討。

1 電子節(jié)溫器的設(shè)計開發(fā)背景

目前，由于車用發(fā)動機(jī)設(shè)計的緊湊性日益增強(qiáng)以及升功率的逐漸提升，發(fā)動機(jī)本身改進(jìn)強(qiáng)化的程度越高，零部件的受熱負(fù)荷也就愈重。為避免其過熱導(dǎo)致的故障，就需要內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)發(fā)揮功用，防止發(fā)動機(jī)部件過熱或過冷。節(jié)溫器是發(fā)動機(jī)負(fù)責(zé)管控冷卻液流動路徑的閥門，其原理是通過冷卻液溫度的高、低，來開啟或是關(guān)閉閥門以改變冷卻液的傳輸路徑，從而及時調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)部件的過熱或過冷現(xiàn)象。

2 電子節(jié)溫器裝置與控制策略的設(shè)計開發(fā)

2.1 電子節(jié)溫器執(zhí)行裝置的設(shè)計開發(fā)

電子節(jié)溫器執(zhí)行裝置的布置設(shè)計主要有兩套方案：雙電動閥各自管控內(nèi)燃機(jī)冷卻液的大小流動量；單電動閥同時管控冷卻液的所有流動量，如圖1所示。

圖1 電子節(jié)溫器執(zhí)行裝置兩類設(shè)計方案

表1 電動三通閥的具體參數(shù)

2.2 電子節(jié)溫器控制策略的設(shè)計開發(fā)

由于內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且?guī)в醒舆t性大等特點(diǎn)，電子節(jié)溫器在對冷卻液做流動管控時若使用傳統(tǒng)的PID控制法，較難控制其循環(huán)傳輸與流量。因此本文以適宜冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模糊控制理論作為控制策略[2]。具體控制過程有以下幾點(diǎn)：

（1）以微處理器對系統(tǒng)被控制量做運(yùn)算，將其與系統(tǒng)定值作比較，得到系統(tǒng)誤差。

（2）對誤差求微分，得出其誤差的變化率。

（3）對輸入量做模糊化處理。即將誤差與變化率由精確值做模糊化轉(zhuǎn)化，變?yōu)檎`差模糊量與變化率模糊量。

（4）設(shè)置控制規(guī)范?？刂埔?guī)范是模糊控制器運(yùn)行的前提與標(biāo)準(zhǔn)所在，對它的設(shè)計制定須由專業(yè)的操作人員，以自身經(jīng)驗學(xué)識設(shè)置具體的規(guī)范方法。

（5）模糊推理。這一過程主要是把誤差模糊量與變化率模糊量依照模糊控制規(guī)范做模糊推理，從而得出需要的模糊控制量。

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（6）去模糊化。在完成模糊控制量的運(yùn)算并得到具體結(jié)果后，依照其控制數(shù)據(jù)對電子節(jié)溫器執(zhí)行裝置做具體的控制改變。

3 內(nèi)燃機(jī)電子節(jié)溫器的控制策略試驗驗證

3.1 穩(wěn)態(tài)控制流程的試驗驗證

（1）試驗?zāi)繕?biāo)。測試電子節(jié)溫器模糊控制策略，在冷卻系統(tǒng)冷熱狀況、冷卻液溫度大小與迎風(fēng)冷卻等條件均位于一個穩(wěn)定狀態(tài)時的具體執(zhí)行效果。

（2）實驗對比。為突顯電子節(jié)溫器的性能優(yōu)勢，在試驗中對電子節(jié)溫器與石蠟介質(zhì)節(jié)溫器做測試與對比。

（3）實驗條件。溫度設(shè)定32℃，相對濕度70%，電熱器加熱功率固定4kW，水泵、風(fēng)扇穩(wěn)定轉(zhuǎn)動或關(guān)閉，節(jié)溫器管控溫度值95℃。

（4）實驗過程。

①接通電源，加熱冷卻液，分別測試電子節(jié)溫器與石蠟介質(zhì)節(jié)溫器的響應(yīng)時間；

②記錄電子節(jié)溫器與石蠟介質(zhì)節(jié)溫器在各時段的溫度數(shù)據(jù)并匯總為圖2的升溫示意圖。

圖2 兩類節(jié)溫器對系統(tǒng)升溫的影響

（5）實驗結(jié)果。電子節(jié)溫器冷卻液溫度提升至95℃只需500s左右的時間；石蠟介質(zhì)節(jié)溫器用時500s時節(jié)溫器水溫只能抬升到70℃左右，而用時900s才能讓冷卻液溫度提升到95℃。由此可知：在相同環(huán)境條件下，電子節(jié)溫器的暖機(jī)效率明顯優(yōu)于石蠟做感溫介質(zhì)的節(jié)溫器。

3.2 動態(tài)控制流程的試驗驗證

（1）試驗?zāi)繕?biāo)。在于驗證冷卻系統(tǒng)發(fā)生受熱負(fù)載狀態(tài)變化時，電子節(jié)溫器控制策略的具體執(zhí)行效果。

（2）實驗對比。驗證電子節(jié)溫器在發(fā)動機(jī)受熱負(fù)載突發(fā)改變的情形下對散熱與冷卻液管控的性能。

（3）實驗條件。冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速保持為600r/min，水泵依然維持轉(zhuǎn)速恒定。

（4）實驗過程。

①接通電源，對加熱器加熱功率按2kW先行加熱。

②待冷卻液溫度升至設(shè)計溫度值95℃，再改變加熱功率至6kW，研究系統(tǒng)溫度保持在設(shè)計值80℃所需時間的數(shù)據(jù)。

③實驗結(jié)果。在保持已知條件下進(jìn)行冷卻液加熱，300s左右2kW的發(fā)熱功率可將冷卻液溫度上升并保持在95℃的設(shè)計值，從300s開始改變加熱功率到6kW，對冷卻系統(tǒng)溫度控制在設(shè)計值80℃所需時間為25s左右，表明電子節(jié)溫器在動態(tài)條件能較好地響應(yīng)系統(tǒng)溫度變化，并作出及時的管控執(zhí)行，保證冷卻液溫度適宜與冷卻系統(tǒng)的功能發(fā)揮[1]。

4 結(jié)束語

傳統(tǒng)的石蠟介質(zhì)節(jié)溫器已難以滿足內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)節(jié)能減排與溫度控制的需求。作為一類新型、可控的發(fā)動冷卻液流量控制裝置，對電子節(jié)溫器的設(shè)計、驗證并應(yīng)用到內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)之中，能有效提升冷卻系統(tǒng)控溫性能，實現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)能耗減排的目標(biāo)。

[1]楊陽，唐厚君，劉寧.基于電子節(jié)溫器的冷卻水溫控制研究[J].工業(yè)控制計算機(jī)，2012（05）：71～72+87.

[2]王彥蘇.電子節(jié)溫器控制及診斷策略[J].上海汽車，2012（11）：41～44.

[3]譚克誠，宛 東.電子控制式節(jié)溫器設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)，2015（08）：53～55.

TK403

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1004-7344（2016）25-0241-02

2016-8-19

趙彥娟（1986-），女，甘肅白銀人，助理工程師，本科，從事傳感器、節(jié)溫器的設(shè)計，工藝編制工作。