试论内燃机电子节温器的设计开发与试验验证

赵彦娟

（重庆斯凯力科技有限公司 重庆市江北区 400000）

试论内燃机电子节温器的设计开发与试验验证

赵彦娟

（重庆斯凯力科技有限公司 重庆市江北区 400000）

本文以内燃机电子节温器的设计开发与试验验证为切入点，就其设计开发背景、执行装置与控制策略的设计与电子节温器控制策略的试验验证做细致的探讨研究，期望为电子节温器的应用推广与内燃机冷却系统温度控制性能的优化改进，提供有益的参考。

内燃机；电子节温器；设计开发；试验验证

面对目前日益严重的车辆排放问题，其内燃机能耗的节能改造逐渐为人们所重视及研究。内燃机冷却系统是减排的关键，合理科学的设计改进将大幅优化内燃机的能耗排放量。然而作为冷却系统中管控冷却液流动的核心装置——节温器，其现有设计已难以达到冷却系统的管控标准。因此，本文以智能电控化为设计理念，基于模糊控制原理设计一类电子节温器，并就其具体的设计开发与试验验证做细致的分析探讨。

1 电子节温器的设计开发背景

目前，由于车用发动机设计的紧凑性日益增强以及升功率的逐渐提升，发动机本身改进强化的程度越高，零部件的受热负荷也就愈重。为避免其过热导致的故障，就需要内燃机冷却系统发挥功用，防止发动机部件过热或过冷。节温器是发动机负责管控冷却液流动路径的阀门，其原理是通过冷却液温度的高、低，来开启或是关闭阀门以改变冷却液的传输路径，从而及时调节发动机部件的过热或过冷现象。

2 电子节温器装置与控制策略的设计开发

2.1 电子节温器执行装置的设计开发

电子节温器执行装置的布置设计主要有两套方案：双电动阀各自管控内燃机冷却液的大小流动量；单电动阀同时管控冷却液的所有流动量，如图1所示。

图1 电子节温器执行装置两类设计方案

表1 电动三通阀的具体参数

2.2 电子节温器控制策略的设计开发

由于内燃机冷却系统的结构较为复杂且带有延迟性大等特点，电子节温器在对冷却液做流动管控时若使用传统的PID控制法，较难控制其循环传输与流量。因此本文以适宜冷却系统结构的模糊控制理论作为控制策略[2]。具体控制过程有以下几点：

（1）以微处理器对系统被控制量做运算，将其与系统定值作比较，得到系统误差。

（2）对误差求微分，得出其误差的变化率。

（3）对输入量做模糊化处理。即将误差与变化率由精确值做模糊化转化，变为误差模糊量与变化率模糊量。

（4）设置控制规范。控制规范是模糊控制器运行的前提与标准所在，对它的设计制定须由专业的操作人员，以自身经验学识设置具体的规范方法。

（5）模糊推理。这一过程主要是把误差模糊量与变化率模糊量依照模糊控制规范做模糊推理，从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运算并得到具体结果后，依照其控制数据对电子节温器执行装置做具体的控制改变。

3 内燃机电子节温器的控制策略试验验证

3.1 稳态控制流程的试验验证

（1）试验目标。测试电子节温器模糊控制策略，在冷却系统冷热状况、冷却液温度大小与迎风冷却等条件均位于一个稳定状态时的具体执行效果。

（2）实验对比。为突显电子节温器的性能优势，在试验中对电子节温器与石蜡介质节温器做测试与对比。

（3）实验条件。温度设定32℃，相对湿度70%，电热器加热功率固定4kW，水泵、风扇稳定转动或关闭，节温器管控温度值95℃。

（4）实验过程。

①接通电源，加热冷却液，分别测试电子节温器与石蜡介质节温器的响应时间；

②记录电子节温器与石蜡介质节温器在各时段的温度数据并汇总为图2的升温示意图。

图2 两类节温器对系统升温的影响

（5）实验结果。电子节温器冷却液温度提升至95℃只需500s左右的时间；石蜡介质节温器用时500s时节温器水温只能抬升到70℃左右，而用时900s才能让冷却液温度提升到95℃。由此可知：在相同环境条件下，电子节温器的暖机效率明显优于石蜡做感温介质的节温器。

3.2 动态控制流程的试验验证

（1）试验目标。在于验证冷却系统发生受热负载状态变化时，电子节温器控制策略的具体执行效果。

（2）实验对比。验证电子节温器在发动机受热负载突发改变的情形下对散热与冷却液管控的性能。

（3）实验条件。冷却风扇转速保持为600r/min，水泵依然维持转速恒定。

（4）实验过程。

①接通电源，对加热器加热功率按2kW先行加热。

②待冷却液温度升至设计温度值95℃，再改变加热功率至6kW，研究系统温度保持在设计值80℃所需时间的数据。

③实验结果。在保持已知条件下进行冷却液加热，300s左右2kW的发热功率可将冷却液温度上升并保持在95℃的设计值，从300s开始改变加热功率到6kW，对冷却系统温度控制在设计值80℃所需时间为25s左右，表明电子节温器在动态条件能较好地响应系统温度变化，并作出及时的管控执行，保证冷却液温度适宜与冷却系统的功能发挥[1]。

4 结束语

传统的石蜡介质节温器已难以满足内燃机冷却系统节能减排与温度控制的需求。作为一类新型、可控的发动冷却液流量控制装置，对电子节温器的设计、验证并应用到内燃机冷却系统之中，能有效提升冷却系统控温性能，实现内燃机能耗减排的目标。

[1]杨阳，唐厚君，刘宁.基于电子节温器的冷却水温控制研究[J].工业控制计算机，2012（05）：71～72+87.

[2]王彦苏.电子节温器控制及诊断策略[J].上海汽车，2012（11）：41～44.

[3]谭克诚，宛 东.电子控制式节温器设计[J].装备制造技术，2015（08）：53～55.

TK403

A

1004-7344（2016）25-0241-02

2016-8-19

赵彦娟（1986-），女，甘肃白银人，助理工程师，本科，从事传感器、节温器的设计，工艺编制工作。