汽车冷却系统的温度控制试验研究

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1、设 计 计算 试 验 研究 汽车冷却 系统的温度控制试验研 究* 李 毅 ， 张延静 ， 吴 孚会 ( 1 华南理工 大学， 广东 广州 5 1 0 6 4 0 ； 2 广 州大华德盛热 管理 科技有限公 司， 广 东 广 州 5 1 0 5 4 0 ) 摘 要 ： 对传 统 冷却 系统 进行 改造 设计 ， 结 合 冷却风 扇 的 电动 控 制 形成 了智 能化 控制 的冷 却 系统 ， 从 而 ， 实现 了风扇转 速 随发 动机 工 况 变化 进行 自动 调 节 ， 真 正 实现 了冷 却 水 温的精 确 控 制 ， 保 证 了冷 却 水 温 始终保持在最佳范围内， 并提 高了发动机工作的

2、可靠性 。 关键 词 ： 电控 ； 精 确控 制 ； 温度 控制 ； 试 验 中国分 类号 ： U 4 6 文献 标志 码 ： A Re s e a r c h o n I nt e l l i g e nt Te mp e r a t u r e Co nt r o l o f Ca r Coo l i n g S y s t e m LI Yi 。ZHANG Ya n j i n g 。 ， W U F u h u i ( 1 S o u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Gu a n g z h o u 5 1

3、0 6 4 0 ，Ch i n a ； 2 Gu a n g z h o u Da h u a De s h e n g S c i e n c e t e c h n o l o g y Co ，Lt d，Ou a n g z h o u 5 1 0 5 4 0， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Th e r e s e a r c h wa s a n a d v a n t a g e o u s q u e s t o f i mp r o v e me n t o n a n d d e s i g n t r a d i t i o n a l c o o

4、l i n g s y s t e mAc c o r d i n g t o c o o l i n g wa t e r t e m p e r a t u r e ，i t f o r me d i n t e l 1 e c t u a l i z e d c o n t r o l c o o l i n g s y s t e m c o mb i n i n g wi t h mo t o r - d r i v e n c o n t r o l o f c o o l i n g f a n Co n s e q u e n t l y，i t r e a l i z e d

5、 t h e r o t a t i n g s p e e d o f f a n a u t o ma t a wi t h e n g i n e wo r k i n g s t a t u s ，a n d a s s u r e s t h a t c o o l i n g wa t e r t e mp e r a t u r e k e e p s i n t h e b e s t r a n g e a l l t h e t i me a n d a d v a n c e s t h e r e l i a b i l i t y o f e n g i n e wo

6、 r k i n g a n d r e a l i z e d e x a c t c o n t r o l o f c o o l i n g wa t e r t e mp e r a t u r e i n d e e d Ke y wo r d s ： El e c t r i c c o n t r o l ，Ex a c t c o n t r o l ，Te mp e r a t u r e c o n t r o l ，Te s t 每 年夏 天 ， 在 街 头 会 看 到 一 些 后 置 发 动机 的公 交车、 大巴车与中巴车的后盖被掀开 ， 原因是散热器 ( 俗 称水

7、箱 ) “ 开 锅 ” ， 出现 过 热 现 象口 ； 寒 冷 冬 天 里 ， 很多卡车、 中巴车 、 大 巴车等 的“ 前脸 ” 都 被帆布 盖 住 ， 原 因是散 热 器过 冷 ， 发动 机水 温过 冷 。发动 机过 热和过冷都是不利的， 理想的冷却系统 ， 可 以使发动 机在各种不 同环境温度和运转工况下具有最佳的热 状态 ， 既不过冷 ， 也不过热 ， 既有 良好 的动力性 和经 济性 ， 又有 良好的工作可靠性 。有 的资料认为 ， 许多 车型的最适宜温度是 8 O 9 0 2 ， 如果采用闭环冷 却 系统 和 防冻剂 ， 则 可逐 步提 高到 1 1 0 1 3 0 o C_ 3

8、。 也 有人 通 过试 验 分 析 得 出 ， 东 风 牌 2 1 3 5 G 机 型 ， 其 最佳冷却温度在 1 1 O左右 。冷却系统调节 的主 要途径一般都采用改变通过散热器的空气量或改变 冷却水 的流量来控制冷却的效果 5 。 在传统汽车上， 冷却系统的风扇由发动机直接 驱动 ， 其冷却强度直接受控于发动机转速 ， 不能根据 冷却介质的温度进行 自动调节f 6 。电动机驱动风扇 6 张文春 ， 纪峻岭 ， 冯樱 汽车理 论 M 北 京 ： 机械工 业 出 版社 ， 2 0 0 5 7 Ve r r o s G，N a t s i a v a s S R i d e d y n a mi

9、 c s o f n o n l i n e a r v e h i c l e mo d e l s u s i n g c o mp o n e n t mo d e s y n t h s i s J J o u rna l o f Vi b r a t i o n a n d Ac o u s t i c s ，2 0 0 2 ( 1 2 4 )： 4 2 7 - 4 3 4 8 于志生 汽车理论 M 北 京 ： 机械工业 出版社 ， 2 0 0 3 热管理系统是取代传统发动机冷却系统的新一代产 品， 其主要特点是根据冷却介质的温度实时调整 ， 使 发动机始终工作在最佳温度 ， 从而改

10、善发动机动力 性能 ， 减少燃料消耗和排放 ， 同时降低噪声L 7 。 1 电动机驱动风扇热 管理系统 电动机驱动风扇热管理系统由冷却模块和电气 控制部分组成 ， 原理如图 1所示。采用该系统具有 许 多 明显 的优 越性 。 1 )热管理系统能 自动调节其换热量， 实现车辆 ( 机械) 中各种冷却介质温度 的精确控制 。 2 )水散热器和中冷器采用分开布置结构 ， 每 个水散热器与多个风扇组成模块 ， 水散热器与风扇 经 过精 确 的 匹配 。 3 )系统 由开环控制转 变为闭环控 制l_ 1 ， 满足 车辆全工况要求。显示面板用于显示系统的工作状 态和温度信息口 。 作者 简介 ： 张朝杰

11、 ( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 硕 士 ， 主要从事 车辆 系统动力 学等 方面的研究 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2年 O 3月 I 2日 责任 编辑 吕菁 新技术新工艺 设计计算与试验研究 5 3 新技 术新 工艺2 0 1 2年第 7期 人机交互界面 发 电机 图 1 热管理系统示意图 2 新型客车的热管理 系统设计 2 1 系统 结构 设计 该新型客车的电动机驱动热管理系统结构设计 如 图 3所示 ， 具 体如下 。 1 )将水散热器布置在车体右侧 ， 中冷器布置在 车体左侧。 2 )采用电动机驱动风扇热管理系统与高性 能 换热器匹配技术 。 3 )对 由水散热器 、 中

12、冷器 、 风扇 和护风圈组成 的冷却模块进行性能匹配。 4 )风扇转速根据各冷却介质的即时温度高低 ， 按照一定的逻辑关系调节控制 ， 保证 系统所需冷却 风量 ， 同时也能有效地 降低整车能耗 1 。 。 2 2 系统的参数设计及要求 2 2 1 发动机参数 表 1发 动 机 参 数 型 号 EQD 1 8 0 3 0 额定功率 最大扭矩 1 3 2 k W 6 0 0 N m 2 2 2 换热性能要求 表 2 换热原件输入 参数 车装配了广州大华德盛热管理科技有限公司生产的 电动机驱动 风扇热管理系统 。试 验样车如 图 2所 示 ， 样车试验采样点总体布点如图 3 所示 。 一 图 2

13、试验的样车 图 3 样车试验采样 点总体布点 3 1 模拟 爬坡 7 工 况试验 验证 在模拟爬 坡 ( 坡度 7 ) 工况 下， 试 验环 境 3 5 ， 拉力为 7 8 k N， 行车 1 3 mi n ， 测试发动机出水温 度 、 变矩器油温度、 环境温度和中冷器 出气温度的变 化， 试验结果的温度平衡 曲线如图 4所示 。从 图中 曲线可以看 出： 系统在爬坡 7 工况达到热平衡 时， 发动机出水温度控制在 8 3 1 8 3 9 ， 中冷器出气 温度控制在 4 8 6 4 9， 控制精度 达到 了0 6 热平衡时温度 曲线 9 0 8 0 7 0 4 0 赠 3 0 2 0 l O

14、O 圈 5 最高车速 T况温度平衡 曲线 3 试验验证 结果 3 3 最大扭矩点工况试验 热平衡试验 的样车是 由某汽车研究院提供 ， 样 在最大扭矩点工况下 ， 试 验环 境 3 9 7 ， 拉力 新技术新工艺 设计计算与试验研究 设计 计算 试验 研 究 为 l 1 7 k N， 行 车 1 6 mi n ， 测 试 发 动 机 出水 温度 、 机 油 温度 、 变 矩器 油温 度 和 中冷 器 出气 温度 的变 化 ， 试 验结果的温度平衡曲线如图 6所示。从图中曲线可 以看出， 系统在最大扭矩点工况达到热平衡时， 发动 机 出水 温度 控制 在 8 2 5 8 2 9 ， 中冷器 出气

15、 温 度 控 制在 4 8 4 4 8 7 ， 控 制精 度 达 到了 0 4 。 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 时间 图 6 最大扭矩转速 工况 温度平衡 曲线 3 4额 定 功率点 工 况 在额定功率点工况下 ， 试验环境 3 5 ， 拉力为 9 8 k N， 行 车 2 0 mi n ， 测试 发 动机 出水 温 度 、 机 油温 度和变矩器油温度和中冷器 出气温度的变化 ， 试验 结果的温度平衡曲线如 图 7所示 。从图中曲线可以 看 出， 系统在额定功率点工况达到热平衡时 ， 发动机 出水温度控制在 8 7 3 8 8 6， 中冷器出气温度控 制在 5 8 5 5 8 9， 控制精度达到了1 3 。 热平衡时温度曲线图 1 1 O r - - - 一 1 0 0 _ 。 - 。 - - _ _ _ - 。 - - 。 _ _ _ ， F - _ - 硐 9 O 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 O 2 O 1 O O 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 O 6 O 7 0 8 0 9 O l 0 O 1 l O