【文章內(nèi)容簡介】 動機冷卻系統(tǒng)為研究模型，冷卻水溫、進氣量、發(fā)動機轉(zhuǎn)速為控制因素，對其進行測量和控制。論文目標是研究出以溫度測控為主的智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對冷卻水溫、進氣溫度、進氣量的自動測量和自動控制。課題研究的幾個關鍵性技術：（1） 信號的采集和處理：對發(fā)動機水溫、進氣量大小壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等信號參數(shù)的采集，非常重要，它們是智能控制實現(xiàn)的依據(jù)。信號采集時，可用兩個同類型傳感器進行多次測量，剔除最高值和最低值，取平均值作為該次測量的取樣值。用平均值作為測量值可以減少測量誤差，提高控制精度。（2） 模塊化設計：控制系統(tǒng)整體采用模塊化設計，如單片機智能控制模塊、自動復位模塊、數(shù)據(jù)采集與信號調(diào)理模塊、習D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，這樣便于擴展，適用性強。智能控制系統(tǒng)不僅可以控制節(jié)溫器的閥門，同時還可以用于控制電控冷卻風扇、電控導風板等，只要增加不同的控制裝置，就可以有不同的用途。本文的最后一章對全文作了總結(jié)，并分析了課題中的一些不足之處，對今后的研究進行了展望。第二章 冷卻系統(tǒng)對汽車性能的重要影響 引言汽車冷卻系統(tǒng)在維持發(fā)動機正常工作方面起著極為重要的作用，現(xiàn)代汽車的冷卻系統(tǒng)絕大部分采用水作為冷卻介質(zhì)，有些再加入一些添加劑。通過水的循環(huán)運動和散熱器的對流換熱作用帶走發(fā)動機工作中的熱量。散熱狀況的好壞直接影響水溫的高低，對發(fā)動機的工作狀況有很重要的影響。在發(fā)動機工作過程中燃氣通過氣缸蓋壁、氣缸壁將熱量傳給冷卻水()，從傳熱學原理可知，其傳熱計算公式為： （21） （22）式中：q——熱流密度，K——傳熱系數(shù)，、——燃氣和冷卻液溫度，℃——材料導熱系數(shù)，——壁厚，m、——內(nèi)外壁面的溫度，℃ 熱量傳遞示意圖由公式(21)可以看出，燃氣通過壁面?zhèn)鹘o冷卻水的熱量與燃氣和冷卻水兩者的溫差成正比，即當燃氣和冷卻液的溫差不大時，那么通過壁面損失的熱量就會減少:相反，則發(fā)動機的熱能損失較大。在保證發(fā)動機正常工作的前提下，為了減少該項損失提高燃油經(jīng)濟性，應盡量提高冷卻液的溫度。其次，由于冷卻水溫度提高，在同樣負荷下，燃燒室內(nèi)壁溫度將有所提高，從而使壓縮終了溫度有所提高。溫度提高將改善燃油的汽化條件，能明顯縮短滯燃期，改善燃燒過程。顯示出了發(fā)動機冷卻水溫度對經(jīng)濟性的影響。冷卻水出水溫度從50℃增加到85℃，可提高經(jīng)濟性約3%。 某車燃油經(jīng)濟性提高與出水溫度的關系冷卻水的溫度對氣缸壁面的溫度幾有很大影響，冷卻液溫度的變化將會導致氣缸壁面溫度成比例改變，錢蘭的研究表明壁面溫度對缸內(nèi)換熱特性具有影響，進一步影響到混合氣的燃燒，因而提高冷卻介質(zhì)溫度能減少工質(zhì)傳給氣缸壁的熱量。前蘇聯(lián)實驗表明，冷卻水和潤滑油溫度每提高10℃，發(fā)動機有效效率可以提高315~410%。對于發(fā)動機性能的影響，從節(jié)約燃油消耗來看，顯然冷卻水溫度提高有利于降低燃油消耗率。，該發(fā)動機采用機油冷卻活塞。在65℃、75℃、85℃時試驗了冷卻水溫度改變時對其所帶走的總散熱量的影響。由圖可以明顯看出，隨著機油和冷卻水溫的提高，帶走的總熱量Qw逐漸減少。當水溫和機油溫度同時由70℃提高到85℃和95℃時，h。 冷卻介質(zhì)溫度對熱傳量的影響，可以看出，隨著冷卻水溫的提高，消耗單位體積的燃油汽車所行駛的距離也隨之增加，即提高了燃油的經(jīng)濟性。 冷卻水溫度與燃油消耗率的關系由以上分析可以看出，較高的冷卻水溫使燃油的經(jīng)濟性提高，但冷卻水溫度過高，由于燃燒室和燃氣溫度升高，使發(fā)動機充氣效率下降，各缸進氣量減少，因而使燃燒過程延長或惡化，反而會使發(fā)動機功率下降，油耗增加，所以冷卻水要維持適宜的溫度以保證發(fā)動機的正常工作。此外，冷卻水溫度直接影響機油的溫度，而潤滑油粘度對摩擦損失影響較大，將直接影響機械損失功率的大小，從而對發(fā)動機的動力性帶來較大影響。粘度大則機油內(nèi)摩擦力大，流動性差，使摩擦損失增加，但其承載能力強，易保持液體潤滑狀態(tài)；反之，機油粘度小，則流動性能好，消耗的摩擦功小，但承載能力差，油膜易破裂而失去潤滑。 與機油溫度之間的關系。從圖中可知，油溫在某一特定值tm時機械損失功率具有最小值Pm最小，高于tm時，由于機油粘度減小，油膜易破，導致潤滑不良，摩擦損失增加，嚴重時會損傷發(fā)動機零件。這種情況易在冷卻不足、發(fā)動機過熱時產(chǎn)生；如果油溫過低，則機油粘度增大，Pm也增大，使發(fā)動機的動力性下降。 冷卻散失的熱量是熱效率降低的原因之一，同時熱效率同發(fā)動機輸出功率之間具有一定的關系。應用加拿大學者Curzon的有限時間熱力學理論分析發(fā)動機的動力性；以工質(zhì)的當量溫度為Tcp的可逆等溫膨脹過程和工質(zhì)與高溫熱源間的傳熱過程來代替循環(huán)中的定容放熱過程。由此可以得到在吸熱和放熱過程中，從高溫熱源吸收和傳給低溫熱源的熱量分別為： （23） （24）式中：、分別為吸熱和放熱過程中的傳熱系數(shù)，在內(nèi)燃機循環(huán)分析中，常數(shù)=，分析中用h表示；、各為吸熱和放熱過程所經(jīng)歷的時間，若令一個循環(huán)的時間為t，則可認為=at，=bt，其中a，b均為小于1的常數(shù)；， 分別為高低溫熱源溫度并且有 由(23) 、(24) 及熱力學公式，根據(jù)輸出功率表達式: (25)和熱效率表達式: (26)可以導出發(fā)動機理論循環(huán)輸出功率P和熱效率為: (27) (28)由(27)、(28)消去后，得到輸出功率P與熱效率之間的函數(shù)關系式: (29)由式(29)可導出，當a、b、h、為常數(shù)時，P有極大值 (210)此時由分析可以看出，熱效率增大能使發(fā)動機輸出功率增加，使發(fā)動機的動力性提高；冷卻散熱會使熱效率降低，所以適當提高冷卻液溫度可以增加發(fā)動機有效功率的輸出。綜上所述，冷卻水應保持適宜的溫度，避免偏低的數(shù)值，既可減少散熱損失，改善燃燒過程，又有利于提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。 冷卻水溫度對發(fā)動機可靠性和使用壽命的影響適宜而穩(wěn)定的冷卻水溫度能保證發(fā)動機正常使用的可靠性，并能延長其使用壽命。相反，發(fā)動機受熱不均勻，局部溫度異常升高，則會造成各種問題。發(fā)動機內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱對圍繞發(fā)動機燃燒室的各種零部件加熱，在冷卻狀態(tài)差時，燃燒室部分的氣缸蓋、分開式燃燒室、活塞、排氣門等處過分地受熱()，會使材料強度下降很大，造成磨損加大，影響該部分零件及周圍結(jié)構(gòu)的可靠性及使用壽命，嚴重時甚至發(fā)生故障，造成發(fā)動機報廢。圖 零部件材料強度與溫度的關系冷卻不充分還對發(fā)動機各個滑動部分的潤滑油產(chǎn)生熱影響。潤滑油的粘度隨溫度變化的公式如下： （211）式中、 ——分別為潤滑油在壓力p與標準大氣壓(1O1325Pa) 下溫度t與某標準溫度時的動力粘度，Pas；k、b——分