客車智能溫控?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究

黃葉明 李敏

摘? 要：隨著燃油價(jià)格的飚升，客車燃油消耗量已成為用戶購車時(shí)的重要性能指標(biāo)之一。因此，要在保證客車基本性能特別是動(dòng)力性不變的前提下，同時(shí)降低燃油消耗量已成為客車行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的重要任務(wù)之一。本文針對(duì)客車?yán)鋮s系統(tǒng)，開發(fā)一種智能溫控?zé)峁芾硐到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)客車節(jié)能減排。

關(guān)鍵詞：智能溫控;熱管理;節(jié)能減排

前沿

發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作溫度區(qū)間為95度，如果不及時(shí)對(duì)工作時(shí)產(chǎn)生的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的話，容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)長期處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命?，F(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)溫控散熱系統(tǒng)在使用時(shí)，其僅僅具有散熱的功能，且傳統(tǒng)的散熱方式為水冷和風(fēng)冷，無法在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱過程中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的溫度調(diào)節(jié)，進(jìn)而在發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一定的影響，難以維持其在最佳工作溫度區(qū)間進(jìn)行工作。

1、傳統(tǒng)的客車?yán)鋮s系統(tǒng)介紹

傳統(tǒng)的客車?yán)鋮s系統(tǒng)沿襲卡車“間接式溫控”、“皮帶連續(xù)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇”、“串聯(lián)式換熱器布置”三個(gè)主要特點(diǎn)，前身是無中冷器時(shí)的單散熱器布置方案。其特點(diǎn)型式?jīng)Q定了冷卻系統(tǒng)油耗高。

傳統(tǒng)客車?yán)鋮s系統(tǒng)完全忽視了中冷、水冷是兩種不同的工作系統(tǒng)，其隨整車及發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化，分別有著不同的散熱特性要求。其次，傳統(tǒng)冷卻觀念注重的以水箱不“開鍋”為標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)常處于低溫狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率低，燃油消耗高。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)整車應(yīng)用時(shí)，由于“間接”溫控，使得進(jìn)氣、進(jìn)水溫度僅與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)，達(dá)不到發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架要求的最佳溫度。由于溫度差異大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率低，燃油消耗增加;同時(shí)，不需要散熱時(shí)，冷卻風(fēng)扇持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，仍繼續(xù)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率，造成無謂地燃油浪費(fèi)。最后，“串聯(lián)”布置時(shí)，風(fēng)扇就必須克服兩個(gè)換熱器的風(fēng)阻，風(fēng)阻較大，風(fēng)扇功耗增加。

2、智能溫控?zé)峁芾硐到y(tǒng)方案研究

為了克服現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)不足，無法在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱過程中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的溫度調(diào)節(jié)，進(jìn)而在發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一定的影響，難以維持其在最佳工作溫度區(qū)間進(jìn)行工作的技術(shù)問題。本文創(chuàng)新研究了一種智能溫控?zé)峁芾硐到y(tǒng)。該系統(tǒng)包括包括外殼、安裝殼、熱電制冷片、散熱片、風(fēng)扇、固定接頭、第一接線柱、連接轉(zhuǎn)座、第二接線柱和旋轉(zhuǎn)連接臂，外殼內(nèi)部底側(cè)安裝有熱電制冷片，熱電制冷片頂部安裝有散熱片，外殼內(nèi)部且位于散熱片上方安裝有若干個(gè)風(fēng)扇。其中，外殼頂側(cè)安裝有安裝殼，安裝殼內(nèi)側(cè)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(cè)均安裝有第一接線柱，絕緣板頂部中心處安裝有連接轉(zhuǎn)座，連接轉(zhuǎn)座一側(cè)安裝有第二接線柱，絕緣板兩端外側(cè)均安裝有連接板，兩個(gè)連接板頂側(cè)分別與半圓環(huán)兩端連接，半圓環(huán)頂部滑動(dòng)安裝有滑座，連接轉(zhuǎn)座內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有旋轉(zhuǎn)連接臂，且旋轉(zhuǎn)連接臂上方一側(cè)與滑座一側(cè)連接，連接轉(zhuǎn)座一側(cè)對(duì)稱側(cè)且位于絕緣板上方安裝有安裝板，安裝板一側(cè)安裝有伺服電機(jī)，伺服電機(jī)輸出端且位于安裝板另一側(cè)安裝有轉(zhuǎn)臂，轉(zhuǎn)臂頂端一側(cè)與滑座另一側(cè)連接，旋轉(zhuǎn)連接臂頂端安裝有緩沖柱。其次，緩沖柱內(nèi)部兩端均開設(shè)有內(nèi)置槽，內(nèi)置槽內(nèi)壁均安裝有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿外側(cè)滑動(dòng)安裝有滑桿，滑桿一端位于緩沖柱外側(cè)安裝有緩沖頭，導(dǎo)桿外側(cè)且位于滑桿另一端套裝有彈簧。最后，半圓環(huán)一側(cè)開設(shè)有環(huán)槽，滑座滑動(dòng)安裝在環(huán)槽內(nèi);外殼外側(cè)四周開設(shè)有若干個(gè)安裝孔，若干個(gè)安裝孔兩兩平行等距離設(shè)置，直角連接片一側(cè)開設(shè)有4個(gè)腰型孔，螺栓穿過直角連接片的腰型孔與4個(gè)安裝孔連接;固定接頭和第一接線柱電性連接，連接轉(zhuǎn)座、第二接線柱以及旋轉(zhuǎn)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(dǎo)體、空穴型半導(dǎo)體、電子型半導(dǎo)體、第二金屬導(dǎo)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(dǎo)體，第一金屬導(dǎo)體底部等距離間隔設(shè)置有空穴型半導(dǎo)體，第一金屬導(dǎo)體底部等距離間隔且位于空穴型半導(dǎo)體一側(cè)設(shè)置有電子型半導(dǎo)體，空穴型半導(dǎo)體和電子型半導(dǎo)體底部安裝有第二金屬導(dǎo)體，第二金屬導(dǎo)體底部安裝有第二絕緣陶瓷片。

3、智能溫控?zé)峁芾硐到y(tǒng)操作步驟

智能溫控?zé)峁芾硐到y(tǒng)具體操作步驟分為三個(gè)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(gè)安裝孔連接，然后將直角連接片安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)外側(cè)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，此時(shí)通過安裝板上的伺服電機(jī)工作帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)滑座在半圓環(huán)上沿著環(huán)槽移動(dòng)，直至轉(zhuǎn)臂一側(cè)連接的旋轉(zhuǎn)連接臂旋轉(zhuǎn)卡入一端的固定接頭內(nèi)，此時(shí)熱電制冷片與電源正向連接，第二金屬導(dǎo)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(dǎo)體處，同時(shí)通過頂部的散熱片增大與空氣的接觸面積，通過風(fēng)扇工作將熱量快速散出;第二、當(dāng)需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提升溫度時(shí)，伺服電機(jī)工作帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直至轉(zhuǎn)臂一側(cè)連接的旋轉(zhuǎn)連接臂旋轉(zhuǎn)卡入另一端的固定接頭內(nèi)，實(shí)現(xiàn)熱電制冷片與電源反向連接，進(jìn)而第一絕緣陶瓷片和第一金屬導(dǎo)體處吸收的熱量傳遞到第二金屬導(dǎo)體和第二絕緣陶瓷片處，提高溫度;第三、旋轉(zhuǎn)連接臂旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)緩沖柱與連接板接觸前，緩沖頭首先與連接板接觸，帶動(dòng)滑桿沿著導(dǎo)桿移動(dòng)，且壓縮內(nèi)置槽內(nèi)的彈簧，通過彈簧的彈性形變起到緩沖的作用，對(duì)旋轉(zhuǎn)連接臂限位的同時(shí)避免緩沖柱與連接板直接碰撞。

4、結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)研究的智能溫控?zé)峁芾硐到y(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，控制策略精準(zhǔn)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，此時(shí)通過安裝板上的伺服電機(jī)工作帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)滑座在半圓環(huán)上沿著環(huán)槽移動(dòng)，直至轉(zhuǎn)臂一側(cè)連接的旋轉(zhuǎn)連接臂旋轉(zhuǎn)卡入一端的固定接頭內(nèi)，此時(shí)熱電制冷片與電源正向連接，第二金屬導(dǎo)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(dǎo)體處，同時(shí)通過頂部的散熱片增大與空氣的接觸面積，通過風(fēng)扇工作將熱量快速散出，當(dāng)需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提升溫度時(shí)，伺服電機(jī)工作帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直至轉(zhuǎn)臂一側(cè)連接的旋轉(zhuǎn)連接臂旋轉(zhuǎn)卡入另一端的固定接頭內(nèi)，實(shí)現(xiàn)熱電制冷片與電源反向連接，進(jìn)而第一絕緣陶瓷片和第一金屬導(dǎo)體處吸收的熱量傳遞到第二金屬導(dǎo)體和第二絕緣陶瓷片處，提高溫度，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的溫度進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，保證其處于最佳工作溫度區(qū)間。另外，在對(duì)熱電制冷片進(jìn)行與電源的正反向連接過程中需要通過旋轉(zhuǎn)連接臂的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)連接臂在旋轉(zhuǎn)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(dòng)滑桿沿著導(dǎo)桿移動(dòng)，且壓縮內(nèi)置槽內(nèi)的彈簧，通過彈簧的彈性形變起到緩沖的作用，對(duì)旋轉(zhuǎn)連接臂限位的同時(shí)避免緩沖柱與連接板直接碰撞。