汽车发动机冷却系统的智能控制

为车狂

1.概述

   目前，传统的节温器、保温帘和冷却风扇仍广泛应用于国产汽车发动机的冷却系统。传统的节温器控制冷却液大小循环的路线，节流损失大，工作不可靠，工作效率低，不能根据发动机的散热要求准确地调节冷却系统的散热能力；传统的保温帘是人为控制散热器的通风量；传统的冷却风扇由发动机的曲轴驱动，其冷却能力只能随发动机的转速的变化而变化，不能满足实际散热要求。而且三者的动作互不联系，工作效率低，燃油浪费率高，不适应现代汽车技术的发展。针对上述提出的汽车发动机冷却系统的弊端，从灵敏性、可靠性、以及发动机的动力性和经济性考虑出发，应使节温器、保温帘和冷却风扇实现多元联合控制，即将传统的冷却风扇改为电控冷却风扇；将传统的节温器改为电控节温器；增设电控导风板；实现上述三者联合控制，即冷却系统的智能控制。它可以根据行车速度、大气环境温度、发动机冷却水温度的变化对冷却系统的冷却能力进行自动控制，以实现发动机快速预热，大量减少发动机的传热损失和功率损失。

   2.冷却系统的智能控制

   系统由于汽车运行过程中产生强烈的振动、热辐射和电磁干扰，因此对该系统电路有特殊要求：①电路要有较高的抗振动能力，以适应不同路况、车况的要求。提高系统整体的可靠性和稳定性。②电路应采取有效的防护隔离措施，以提高其抗干扰能力。

   2.1系统组成

   该系统由电控冷却风扇、电控节温器、电控导风板、微控制机构组成。电控冷却风扇由电动机驱动；电控节温器利用电加热引起双金属片变形，由双金属片变形带动节温阀旋转运动，来改变大小循环；电控导风板由双向电动机通过传动机构使之打开或关闭；微控制机构是利用89C51开发的单片机控制系统。

   2.2单片机控制系统工作原理

   由温度传感器感受发动机水温的变化，同时把温度信号转变为同其成反比关系的电压模拟信号。这些信号经过处理(电容器低通滤波、校正和电压跟随器耦合)送入A/D转换器(ADC0809)中INO信号通道。由A/D转换器把采集来的模拟电压信号转换为数字信号并读入单片机，89C510单片机89C51根据不同的输入信号分析处理去控制驱动电路，实现对节温器继电器、导风板继电器和风扇继电器的控制。即可实现对发动机冷却能力的智能控制。

   2.3单片机智能控制系统电路设计

   单片机智能控制系统电路原理图如图1所示，主要包括微控制器、电源电路、信号采样处理电路、A/D转换器、自动复位电路和控制驱动电路。

  微控制器

   采用inter公司生产的MCS-51系列单片机AT89C51，一种+5V供电、40脚封装、32根I/O线、HMOSI制造技术、布尔操作处理功能的单片机，可以对信号进行分析、处理计算和控制输出。它是本系统的核心。

   电源电路

   直流电源+12V经芯片CN7805转换，得到+5V稳定直流电压，与直流电源+12V构成一个二级输出电源。 此外外接有滤波作用的电容器和隔离作用的二极管，从而使输入电压稳定和输入信号可靠。如图2所示。

   信号采样处理电路

   采用负温度系数热敏电阻NTC，其温度值与模拟电压信号成反比。模拟电压信号经电容器滤波后送入ADC0809的INO模拟信号通道。如图3所示。

   A/D转换器采用常见的ADC0809，二进制输出、逐次比较型转换器。本系统温度模拟量通过通道INO输入A/D转换器，再由A/D转换器输入单片机。

   自动复位电路

   当系统运行出现错误时，ADC0809的EOC(中断申请)信号经2个与非门和由运放器构成的电压跟随器的处理得到一高电平信号，此信号把三极管基极钳到高电位，三极管导通，由NE555组成的多谐振荡器开始向单片机发出复位脉冲，使单片机复位，此时系统会避开错误操作而返回到正常状态。系统恢复正常状态后，NE555在EOC信号的控制下便会停止工作。如图4所示。

  控制驱动电路

   单片机，输出的控制信号首先送入由电容器和电阻构成的延时电路，经过延时处理后，再送入继电器驱动三极管基极，最后由驱动三极管控制执行元件用继电器，从而控制执行元件。如图5所示。

   3.系统控制工作过程

   当发动机预热时(发动机水温(70℃)，单片机根据检测来的温度数据处理分析向执行元件发出控制信号，使其完成如下操作。

   a.电控冷却风扇不工作；

   b.电控导风板关闭状态；

   c.电控节温器处于小循环状态。

   由于导风板关闭，冷却风扇不工作，以至冷却空气不能进入散热器；同时节温器处于小循环(加热电阻丝通电)，发动机水温上升很快。当水温升至75℃，单片机根据检测来的温度数据处理分析向执行元件发出控制信号，使电控节温器的加热电阻丝断电(让其进入大循环控制状态)。当水温达到80℃时，单片机又发出指令，使电控导风板处于敞开状态。

   此时可充分利用汽车行驶迎面风对散热器的冷却作用，尽量减少冷却风扇的工作时间。当水温高达95℃时，单片机经数据分析发出控制指令使电控冷却风扇工作，而让节温器仍处于大循环状态，导风板仍处于敞开状态。这时冷却系统的冷却能力最大，实现快速降温。当发动机水温降至89℃时，单片机根据采样数据分析处理发出控制指令，使执行元件完成以下操作。

   a.电控冷却风扇不工作；

   b.电控导风板处于敞开状态；

   c.电控节温器处于大循环状态。

   这样，直到发动机水温返升至95℃，电控冷却风扇又重新工作。

   4.结论

   这种汽车发动机冷却系统智能控制装置实现了汽车发动机散热能力控制的智能化，可以精确、自动地调节冷却液的温度，把发动机的工作温度限制在最佳阶段，延长发动机的使用寿命，提高发动机的工作效率，减少发动机的故障率。该控制系统可根据汽车的行驶速度、发动机的冷却水温来综合控制冷却系统，从而可达到减少电耗7%-10%、减少油耗10%的效果。性能稳定，工作可靠，节能潜力大，具有良好的推广前景。

liou_jia3180448

以后可以用步进电机做为循环水的开度调整的动力``精确``

飘飘男

感觉是否有必要这么做？

dzbj

装备在新车型上的主动水温控制系统不是这么简单。核心擒纵系统是电控节温器和无级变速风扇，核心控制系统是独立电脑但通过CAN和ECU通讯。

电控节温器也是个蜡式节温器但熔化温度高于水温最高温度，内部预埋铂金丝，由控制器发送占空比不同的脉冲来加热铂金丝控制热蜡熔化程度从而确定节温器开启角度控制水流量。

无级变速风扇没什么太新鲜的，也是改变脉冲，不是原来那种碳刷电机。现在很多新一代的散热风扇都采用这种方式，理论讲寿命长效率高。

整体工作时由ECU采集水温和进气温度以及节气门开度、曲轴转速等信号然后通过CAN发给水温控制电脑，后者计算该发多少个脉冲控制节温器开多大，并接收位于节温器下游的水温传感器信号检测控制结果再修正。

楼主说的控制系统和过去的蜡式节温器并无多大区别反而把系统搞的很复杂故障率高，受车辆工作环境的限制信号传输的可靠性实际上很难保证，在高档车上甚至用光纤作为传输介质（这个单说）。

主要是楼主说的这套方法还是被动控制水温，必须先检测到水温变化才能去计算和操作水阀开闭和风扇转动。但水温的升降有延迟，如果目标温度是100°等水温到100度再开始控制实际水温会超过设定温度，结果是温度依旧在较大范围内拨动，虽然比蜡式节温器好、精度高但只是量变。

上面说的水温控制系统是根据发动机负荷预算发动机需要的散热量提前控制，属于主动水温控制方式。假设驾驶员急加速那么肯定会踩大油门，油门踏板位置传感器（或者节气门开度传感器，要看是什么控制系统）的速率变化和数值变化直接反应了驾驶者意愿，ECU根据这个信号和当时的曲轴转速信号就可以就算出负荷量，再经过其他传感器参量补偿最后计算出需要的散热量，那么节温器可能比当时水温所需的开度更大甚至起动散热风扇提前降温消除水温变化滞后性带来的影响。

这种系统的优势是可以预处理水温，麻烦是需要大量的数学模型确定在不同情况下的补偿量以获得稳定的控制结果。有可能匹配出来实用的结果和楼主的做法相近但两种系统的潜力不同，后者理论讲极限更高。

上述系统在某些德系2k年设计的车辆平台上比如PQ34和PQ35平台都有采用，引进国内后因成本问题除了初期批次外后来省掉了还是采用的传统蜡式节温器。

czc33

讲得非常好啊，这些都是实际经验的精华，不是泛泛而谈的论文。

金盏

分析的太好了，收获很多，谢谢楼主