发动机智能冷却系统的研究现状和发展趋势_高标_201406

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国内外汽车冷却系统行业的调研情况综述

国内外汽车冷却系统行业的调研情况综述

国内外汽车冷却系统行业的调研情况综述
《国内外汽车冷却系统行业调研情况综述》
摘要:随着汽车行业的快速发展,汽车冷却系统作为关键部件之一,扮演着重要角色。

本文通过对国内外汽车冷却系统行业的调研,综述了该行业在技术发展、市场特点、未来趋势等方面的情况。

1. 技术发展
汽车冷却系统技术主要包括散热器、风扇、水泵等关键部件。

近年来,各国汽车冷却系统制造商不断发展创新技术,提升产品性能。

例如,一些国内企业采用先进的铝合金散热器,提高散热效率,降低重量。

同时,一些外国企业则注重研发电子控制冷却系统,以提高能效和精确控制温度。

2. 市场特点
全球汽车冷却系统市场规模庞大,市场竞争激烈。

目前,世界各国都有汽车冷却系统制造商,其中以中国、美国、德国、日本等国的企业最为知名。

国内汽车冷却系统行业具有成本相对较低的优势,同时也面临着品牌影响力和技术创新能力相对较弱的挑战。

3. 未来趋势
未来,汽车冷却系统行业将受到新能源汽车和智能化发展的影响。

新能源汽车的兴起将给汽车冷却系统带来新的需求和挑战。

例如,电动汽车需要更高效的冷却系统来保持电池温度,以确保其性能和寿命。

同时,智能化发展将推动冷却系统的智能控制和远程监测能力的提升。

结论:国内外汽车冷却系统行业在技术发展、市场特点和未来趋势方面都有所不同。

了解和把握这些情况,对企业发展和市场竞争至关重要。

在未来,更高效、轻量化和智能化将是汽车冷却系统行业的发展方向。

汽车发动机冷却系统的发展与现状

汽车发动机冷却系统的发展与现状

汽车发动机冷却系统的发展与现状摘要:早期的发动机冷却系统虽能满足汽车的基本使用要求,但在满载或者恶劣的环境中容易出现问题。

在当今日益重视环境保护、提倡节能和舒适性的情况下,发动机的结构、性能和汽车整体性能都有很大的发展,冷却系统正朝着轻型化、紧凑化和智能化的方向发展。

为此,重点介绍了国内外汽车发动机冷却系统的研究及发展情况,并做了简要分析。

关键词:冷却系统;冷却介质;冷却机理1发动机冷却系统向智能化方向发展发动机冷却系统是汽车的重要构件。

汽车水冷发动机冷却系统主要由发动机冷却水套、冷却水泵、节温器及冷却风扇等部件组成。

传统冷却系统采用的是冷却风扇或离合器式冷却风扇,两种风扇均由发动机曲轴通过皮带驱动,其冷却调节的灵敏度不高,功率损失也很大。

为解决这个问题,就出现了自控电动冷却风扇。

2冷却系统的冷却介质目前,发动机广泛采用液态水作冷却液。

水作为内燃机冷却系统的冷却介质具有很多优点:在性能方面,它性能稳定、热容量大、导热性好、沸点较高;在经济性能方面,它资源丰富、容易获取。

但另一方面,水作为冷却介质也存在着两个较大的缺点:一是冰点高,在0℃时结冰,造成冬季使用困难;二是水具有一定的腐蚀性,对发动机冷却系统有损害作用。

另外,水做冷却液的冷却系统,体积较庞大,不利于汽车内部结构的优化和整体质量的减少,增加了发动机功率的额外消耗。

天然水中一般都含有部分矿物盐类(MgCl2、Ca(HCO3)2等),当水在发动机冷却系统内受热时,碳酸盐会在冷却系的壁上形成很难除去的水垢。

导热性能很差。

当水垢聚积过多时,会使发动机冷却性能恶化而导致过热。

另外,溶解在水中的某些盐类(如MgCl2)在受热时产生水解作用,生成Mg(OH)2和HCl。

其中HCl是一种腐蚀性很强的酸。

因此,当水中含矿物盐类过多时,对发动机的冷却系统是很不利的。

为了防止水垢的产生和水的腐蚀作用,在冷却水中加入了防腐蚀剂(重铬酸钾K2Cr2O7);为了解决水在0℃时结冰的问题,一般采用防冻液来作冷却液,常见的有丙稀二醇、甘醇、硅酸盐、有机酸等。

发动机冷却系统市场分析报告

发动机冷却系统市场分析报告

发动机冷却系统市场分析报告1.引言1.1 概述"发动机冷却系统市场分析报告"旨在全面分析当前发动机冷却系统的市场现状、发展趋势以及竞争对手情况,为行业内相关企业和投资者提供市场参考。

本报告将对发动机冷却系统的概述进行介绍,分析市场规模和趋势,并对主要竞争对手进行深入分析。

最后,将总结市场发展现状,展望未来发展趋势,以及对市场前景进行分析,从而为读者提供全面的市场信息和洞察。

文章结构部分的内容可以描述整篇文章的分章节内容安排,包括每个章节的主要内容和重点讨论的方向。

在发动机冷却系统市场分析报告的文章结构部分,可以包括以下内容:文章结构部分:本文共分为引言、正文和结论三个部分。

1. 引言部分1.1 概述:介绍文章的研究对象和背景,简要描述发动机冷却系统的重要性和市场现状。

1.2 文章结构:说明本文的章节结构和每个章节的重点内容。

1.3 目的:阐明本文的研究目的和意义。

1.4 总结:提纲挈领地总结本文的主要内容和研究成果。

2. 正文部分2.1 发动机冷却系统概述:介绍发动机冷却系统的组成部分、工作原理和应用范围,并分析发动机冷却系统的发展历程。

2.2 市场规模及趋势分析:对发动机冷却系统市场的规模进行分析,探讨发动机冷却系统市场的发展趋势和前景。

2.3 主要竞争对手分析:对发动机冷却系统市场的主要竞争对手进行分析,包括市场份额、产品特点、销售策略等方面的比较和评价。

3. 结论部分3.1 总结市场发展现状:总结发动机冷却系统市场的发展现状,阐明市场存在的问题和挑战。

3.2 展望未来发展趋势:展望发动机冷却系统市场未来的发展趋势,分析未来市场可能出现的新趋势和机遇。

3.3 市场前景分析:对发动机冷却系统市场的未来发展前景进行分析和预测,提出相关建议和展望。

以上就是整篇文章的结构安排,每个部分的内容安排和重点讨论方向。

1.3 目的目的部分旨在阐明本报告的编写目的。

通过对发动机冷却系统市场的全面分析,以及对市场规模、竞争对手等方面的研究,旨在为相关行业从业者、投资者以及冷却系统制造商提供有关市场趋势、竞争对手情况及市场发展前景的详尽信息,以便他们制定切实可行的市场策略和规划,促进行业健康发展并提升市场竞争力。

现代车用发动机冷却系统研究状况及发展趋势

现代车用发动机冷却系统研究状况及发展趋势
1 述 概 气缸温度升高到 15 油耗则下降 4 - V 将 作, 9 ℃, %- o 0 。 达到较高的冷却效率 。研究实践表 明, 无论 冷却系统对发动机性能的影响 日益 显著。 冷却液温度保持在 9 一 1℃范围内,使发动机 是精确冷却 系统还是分流式冷却系统, 0 l5 都要 求 目前 , 几乎所有 的发动机强化都 面临着如何解决 机油的最高温度为 lD , 4℃ 则油耗在部分负荷 时 对发动 机冷却水套进行必要的改进 以优化 冷却 J 高功率密度下的冷却及热平衡问题, 既在提高输 下降 1%。 0 液流动 。 从设计 和使用角度看, 分流式 冷却和精 出功率的同时, 又要兼顾油耗的经济性和排放 的 同时 , 高发动机运行温度对发动机热承 确冷却 相结合具有很好 的发展前 景, 提 有利于形 环保性 。 这些都对冷却系统的性能提出了新的要 载能力提出了更高要求对 N x O 排放也有负面影 成理想 的发动机温度 分布 , 足发 动机对未来 满 求, 开发高效 、 、 可靠 经济、 环保 的冷却系统, 已成 响, 同为燃烧室 中 N x的生成对温度的变化十分 冷却系统的要求。 O 为发动机进一步实现技术突破 的关键所 在。因 敏感。因此, 在排放要求较严格 的情况下, 提高温 5 空气侧 冷却空气 流动的研究状 况及趋 . 2 此, 采用先进的冷却系统设计理念 应 用柴油机现 度设定点的做法对于柴油机不适合 ; 但是对于汽 势 代设计技术提出设计规范与策略, 对推动柴油机 油机则很有潜力 , 在部分负荷下提高冷却液温度 车辆迎风 空气侧冷却空气流动的组织在很 冷却系统技术进步具有重要 的研究价值。 可以使有效功率最大提高 l 。 【 大程度上制约着 冷却水冷却效果同时也影 响发 目 前, 发动机冷却 系统的发展趋势 主要确 3 . 2降低温度设定点 动机的工作性 能。空气侧部件空间安装分布对 以下 几 个方 面 : 降低温度设定点 的优势在于降低进气温度, 空气流动和温度分布影响显著 , 其中, 风扇是 研 2 冷却系统的能控化 从而提高充气效率, 于燃烧过程优 化和降低 究的焦点 。D l i 有利 e h 汽车公司提 出了新 的中冷器 p 目前, 随着 电子技术和计算机技术的广泛 燃油消耗, 提高部件的使用寿命。 i a 等人的研 风扇 一 F. ny 1 散热器布置顺序 的冷却模块 ( R ) C M 概 F 应用 和飞速发展, 电部件技术 日 趋成熟 , 传统被 究表 明, 若气缸温度 降低 5 ℃, 提前角可提 念 , 风扇 置于中冷器和散热器之问 , 保证 0 点火 即将 在 动式 的发动机冷却 系统正在走向智能化和 自动 前 3 A而不发生爆震 , 。C 充气效率提高 2 发动 风扇提供相 同的质量 流量 的前 提下 ,F M 所 %, CR 化。 传统冷却系统不能更全面的适应发动机实际 机工作特性改善, 有助于优化压缩 比和参数选择。 需 的风 扇转速要 远远低 于传统 的 C F R M,可 以 运行时的冷却需求 , 从而无法实现对发动机水温 取得较好的燃油经济性和排放性能日 此外, 。 在较 节约 1%的风扇耗功。N , A 9  ̄S P等人甚至提 mn 在全运行工况 内的合理控制。然而 , 采用电子驱 低的冷却液设定温度工况下, 可在燃油消耗率和 出取消冷却风扇在车厢加热器处加装风机的方 动及控制技术 , 可以通过传感器和计算机芯片根 N x O 排放 间获得更好 的折 中关系最 大可使 N x 案 , O 能降低 成本达 3 %, 量减 轻达 3 %, 不 0 质 0 对 据实际的发动机温度控制运行, 从而提供最佳的 排放降低 3%, 0 燃油消耗率及 C O和 H 排放也 带空调的车辆 , C 尤其是小型车辆应用前景更好 。 冷却介质流量。 降低能耗, 提高效率 。例 如 , on 略有改善。 H o 5 - 3冷却液 流动研究状况及趋势 c0 h 等人用 电控冷却水泵取代 传统 机械水泵, 利 总之’ 无论是提高温度设定点还是降低温度 国内对冷却液流动的研究 手段 主要 为试验 用试验和模 拟对 比分析发现, 通过控制水泵转速 设定点都可能改善发动机的冷却性能, 但是必须 研究和计算机数值模拟研究。 并 提 高电控 水泵 效率 , 功率 消耗 降 低量 超过 结合实际需要而合理应用。 在实验研究方而 ,主要以朱义伦等人先代 8纸若将水泵转速提高至最大值时, 7 可降低散热 4 冷却机理的优化创新 表的采用 激光多普勒测速 仪(D ) 发动机气 L V对 器尺寸超过 2 % 对提升发动机性能和燃料经济 7, 发动机冷却系统零部 件的低 能耗和 高效率 缸盖冷却 水流动进行测 量, 到冷却水在平行 得 性 潜 力很 大 0 l 。 同样是设计 目 标之一, 零部件冷却 效率 的提高主 于气缸盖与气缸体接合 面的二维流场 。 以及 , 以 可见 , 电控冷却 系统一方面可以通过精确、 要从几个方面来实现:新材料 的应用 部件结 王 书义日 a . . 屈盛官等人 为代 表的利用流动 显形法 自动地调节冷却液的温度, 把发动机 的工作温度 构 的新设计 部件 的智能驱动方式; 发 动机常 得 到冷却水流动 的二维 流场。 d . 通过研 究二维流 控制在最佳范围, 延长发动机 的使用寿命, 提高发 规冷却机理 中的强化冷却措施 如活塞 的“ 内油 场 以改进水腔设计。 动机 的工作效率, 降低发动机的故障率 ; 一方 冷” 排气门的“ 另 、 钠冷 ” 以及喷油嘴的“ 内油冷” 等 在计算机数值模拟研究方面 , 袱广 泛应 用 面, 还可根据汽车的行驶 速度 、 动机的冷却水 内冷技术。 发 的有 C D分 析技术和有限元(E ) F F A耦合分析技 温来综合控制冷却系统, 从而达到降低油耗 和提 笔者认为 ,随着材料科学和加工工艺水平 术 。目前其常用的技术载体 , 如大型 C D商业 F 高发动机可靠性的效果。 的不断进步,发动机的冷却机理有 向强 化内冷 软件有 F U2 N , A )D。I L E TS R C FRE等 。计算机 软 T 3 温度设定点的合理调节 却、 减弱甚至取消外冷却的方 向发展 的趋势 , 这 硬件水平飞速提高, 使得采用计算机数 值模拟 冷却系统设定的冷却 温度是 以满负荷时最 对 于提高发动机的热效率等将产生巨大的推动 研究复杂结构水腔 内流动特性成越来越 重要 的 大散热率为基础 , , 以通过改变冷却液温 作用 。 因此 可 研究手段 。 度设定点来改善发 动机和冷却系统在部分负荷 5介质流动的合 理组织 6结论 时处于不太理想状态时的性能。 升高或降低温度 发动机的冷却介 质主要包括水腔 内冷却液 在新材料 、 新技术 、 新理念 的引领下 , 充分 点在不同情况下各有优长。 和空气侧冷却空气。 利用发动机现代设计技术 寻求对冷却系统的冷 3 提高温度设定点 . 1 51 . 水腔内冷却水 流动 的研究状况及趋势 却机理 、控制和研究开发手段 的改进是冷却系 提高温度的优点是 :于提高 了发动机的运 改进发动机冷却水套结构是研发高强化发 统发展的必然趋势。从设计的有效性和实用性 行温度和机油温度。 减少了发动机 的散热量和摩 动机关键环节。t 9 2 Co曲M J 出了“  ̄ 9年 l q u .提 . 精 方 面来看, 冷却介质 的流动优化是 改善 冷却系 擦损失 , 提高冷却液 和金属温度会改善发动机和 确冷却” 的概念 ( 即利用最少 的冷却 以达到最佳 统 的关键。使用电控冷却部件实现精确冷却和 散热器热传递效果, 降低冷却液流速, 减少水泵的 的温度分配 ) , 其应用的潜在优势在 于降低摩擦 分流式冷却 的合理整合, 能最大程度满 足逐渐

汽车发动机新型智能化冷却控制系统探讨

汽车发动机新型智能化冷却控制系统探讨

汽车发动机新型智能化冷却控制系统探讨摘要现代汽车技术的重要特征是智能化和自动化,在电子技术不断发展的同时,汽车电子化控制成为重要的发展方向。

而发动机冷却系统是汽车的核心部分,实现发动机制冷控制智能化,能够稳定发动机的工作温度、减少发动机预热时间,并降低燃油消耗率,具有重要的应用价值和意义。

关键词汽车发动机;新型智能化冷却控制系统1 发动机冷却系统概述汽车发动机在工作时,由于燃料燃烧所产生的高温高压气体的温度能够达到2000℃。

在这种情况下与高温气体直接接触的汽车部件,比如汽缸盖、汽缸壁、活塞和气门等由于高温气体导致温度极高,如:如果不能够及时冷却很容易产生高温条件下的结构变形,其中的运动部件由于极高的温度而膨胀变形过度破坏了正常的运动间隙,或由于高温环境下润滑油的失效和变质导致机件发生卡死,机械部件也可能发生机械强度的降低甚至直接损坏。

发动机的整体温度过低,会影响燃油的雾化效果而导致燃烧效果降低,增加气缸的磨损程度;发动机的整体温度过高会导致爆震现象的发生,导致发动机的早期损坏。

汽车发动机的冷却控制系统是要将发动机的工作温度保持在最适宜的工作状态,能够使发动机长期健康工作。

根据发动机所用的冷却介质不同,冷却方式有风冷式和水冷式两大基本形式。

水冷式冷却介质是水,即将发动机高温机件的热量先传导给冷却液(即冷却水),通过冷却液的不断循环,使热量散发到大气中。

根据冷却水循环方式的不同,水冷却又可分为:蒸发式、自然循环式、强制循环式三种。

水冷却具有冷却可靠、效率高且冷却强度容易调节等优点,是现代汽车冷却系的常用冷却方式。

2 发动机智能化冷却控制系统的构成发动机冷却系统一般由水泵、水套、散热器、百叶窗、风扇、分水管、节温器、冷却液温度表等组成。

现代发动机上应用最普遍的是强制循环式水冷却系统。

为使发动机在寒冷环境下温度能迅速达到最佳工作温度并防止冷却过度,一般发动机都有冷却强度,调节装置,包括:节温器、百叶窗和风扇离合器等。

智能化汽车冷却系统研究进展

智能化汽车冷却系统研究进展

提高燃油经济性和减少排放
增强车辆安全性和可靠性
提升车辆性能和驾驶体验
智能化冷却系统的特点
智能化控制:能够根据车辆运行状态和环境因素自动调节冷却系统的性能,提高冷却效率。
节能环保:采用高效能的水泵和风扇,优化冷却液的循环和流动,降低能耗和排放。
可靠性高:具备智能诊断和故障预警功能,能够及时发现并处理冷却系统中的故障,保证车辆的安全性和可靠性。
加强智能化汽车冷却系统的智能化控制研究,以提高其自适应和自我调节能力。
开展跨学科合作,将智能化汽车冷却系统与人工智能、物联网等技术相结合,以推动其创新发展。
探索新型的智能化汽车冷却系统材料和设计,以适应未来汽车的发展需求。
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控制系统设计需要综合考虑多种因素,包括冷却液的温度、发动机的工作状态、环境温度等,以确保冷却系统始终处于最佳工作状态。
先进的控制系统设计可以采用智能控制算法,如模糊控制、神经网络等,以实现更加精准的温度控制和节能减排。
控制系统设计还需要考虑可靠性和耐久性,以确保在长时间的使用过程中能够保持稳定的性能。
现有研究的局限性和挑战
缺乏对智能化汽车冷却系统综合性能的全面评估
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现有研究对智能化汽车冷却系统的节能减排潜力挖掘不够
添加标题
缺乏对智能化汽车冷却系统与整车其他系统的协同优化研究
添加标题
现有研究对智能化汽车冷却系统的可靠性、稳定性研究不足
添加标题
智能化汽车冷却系统的关键技术
03
传感器技术
传感器技术:实时监测汽车冷却液温度、发动机温度和散热器温度等参数,为控制系统提供准确数据。
添加标题
多种先进技术的应用使得智能化汽车冷却系统具有更高的可靠性和安全性。

冷却系统研究报告-中国冷却系统行业发展趋势展望及投资战略分析报告(2024年)

冷却系统研究报告-中国冷却系统行业发展趋势展望及投资战略分析报告(2024年)

政策法规对行业发展的影响预测
政策法规对冷却系统行业的影响
随着国家政策法规的不断完善和实施力度的加强,冷却系统行业将面临更加严格的环保 、能效等方面的要求。这将促使企业加大技术研发和创新投入,推动行业向更加高效、
环保、智能的方向发展。
行业发展趋势展望
在政策法规的推动下,冷却系统行业将迎来新的发展机遇。一方面,新能源汽车市场的 快速增长将带动冷却系统需求的提升;另一方面,工业领域对于高效、环保冷却系统的 需求也将持续增加。同时,随着技术的不断进步和创新,冷却系统行业有望实现更高水
新能源发电对冷却系统的需求
随着新能源发电的大规模并网和智能化发展,冷却系统在 风力发电、光伏发电等领域的应用也将不断增加。
前景展望
电力电子领域的快速发展将持续推动冷却系统行业的技术 创新和市场需求增长。
其他领域应用拓展可能性探讨
航空航天领域
航空航天器在高速飞行过程中会产生极高的热量,需要高效的冷却 系统来保障其安全运行,这为冷却系统行业提供了新的应用领域。
新能源汽车对冷却系统的需求
新能源汽车的快速发展对冷却系统提出了更高的要求,如电池热管理、电机冷却等,为 冷却系统行业提供了新的增长点。
前景展望
随着汽车工业的持续增长和新能源汽车市场的不断扩大,冷却系统行业将迎来更大的发 展空间和机遇。
电力电子领域应用现状及前景
冷却系统在电力电子领域的应用
电力电子设备在运行过程中会产生大量热量,需要高效的 冷却系统来保障其稳定运行,如服务器、数据中心、通信 基站等。
冷却系统行业概述
冷却系统的定义与分类
冷却系统是指通过特定的设备或装置将热量从发热物体中带走并散发到周围环境中,以保持物体温度稳定的技术。根 据冷却方式的不同,冷却系统可分为风冷、水冷、液冷等类型。

汽车发动机冷却系统智能控制技术研究

汽车发动机冷却系统智能控制技术研究

汽车发动机冷却系统智能控制技术研究摘要研究了汽车发动机冷却系统智能控制的意义,讲述了汽车冷却系统智能化控制给汽车工业带来的重大转变。

从几种车用传感器的角度加以讲解,为汽车智能控制的硬件系统提出了新的研究重点,为保证汽车智能控制系统正常工作,需要高稳定性、高可靠性的传感器等部件,本文为同行提出一些思考的方向。

关键词发动机冷却系统;智能控制技术近十几年来,汽车电子信息化的普及应用是汽车工业最大的成绩。

汽车的技术的动力性、安全性、可靠性、经济性、舒适性和环保性都有大大的提高。

汽车发动机冷却系统智能化控制也是在这一背景下实现的。

在新疆吐哈油田的千里戈壁,夏季高温天气持续时间长,地表温度最高达到50多度,在此恶劣的天气下,汽车冷却系统的正常运转,就显得尤为重要,这也是汽车发动机正常工作的必然前提。

汽车的冷却系统绝大部分采用含有添加剂的水作为冷却介质,通过循环运动以及散热器对工作中的发动机进行散热。

因此,研究汽车发动机冷却系统智能控制技术具有重要的意义。

1汽车发动机冷却系统智能控制的研究意义传统的发动机冷却系统结构简单,冷却效率较低,属于被动式的。

传统的冷却液大小循环的路线是由节温器控制的,其节流损失大,工作效率低、不可靠,不能根据发动机的散热要求对冷却系统的散热能力进行调节,并且人为控制保温帘,从而改变散热器的通风量,冷却风扇是由发动机的曲轴直接驱动的,冷却性能随发动机的转速的变化而变化,满足不了实际散热要求。

2车用传感器为了使汽车的发动机处于最佳的工作状态,分别利用空气流量传感器和压力传感器测量冷却汽缸体的空气流量和压力,结合温度传感器测得的冷却水温、汽缸周围温度等参数计算冷却液的动态流量,然后通过相应的传感器检测气门的开度和发动机实时的工作状况,进而调整控制冷却水的大小。

1)车用热线式气体流量传感器。

气体流量传感器是安装在空气滤清器和节气门体之间,用于汽车喷油系统中,测量发动机吸入空气量的多少,决定射油量的参数。

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发动机智能冷却系统的研究现状和发展趋势Investigation and Development of Engine Intelligent Cooling System高标,程伟(东风汽车股份有限公司商品研发院,湖北武汉,430057)摘要:汽车发动机冷却系统是保证车辆可靠运行必不可少的一个系统,同时冷却系统的性能与发动机燃油经济性、排放、噪声等方面也有着密切关系,智能化、电控化是汽车以及汽车零部件发展的趋势,汽车发动机智能冷却系统的研究是节能、减排和热管理领域内的重要前沿课题。

收集、整理和分析了国内外智能冷却系统的文献和产品,总结了智能冷却系统在关键零部件、系统集成和新能源车型领域内的研究现状,为智能冷却系统的研发和产业化提供了参考。

Abstract: Vehicle engine cooling system is essential for the vehicle running, and the performance of cooling system has relations with the engine economic、emissions and noise,intelligence、electronic control are the trend of vehicle components development,vehicle engine intelligent cooling system(ICS) is the frontier research field of energy conservation 、emissions and thermal management. By collecting, classification and studying of the achievements on ICS research and its products, summarize the development of ICS on key components、system integration and new energy vehicle aspects, and offer some references for the ICS research and industrialization.关键词:发动机智能冷却系统集成Keywords:Engine; Intelligent; Cooling System ; Integration0引言汽车发动机在完成能量转换的过程中,约有1/3的燃料燃烧化学能需通过发动机冷却系统散出,机械部件的摩擦散热、电子部件的散热等也需要通过冷却系统进行冷却或温度调节,以保证零部件工作在合适的温度[1];发动机的排放、噪声等问题也与冷却系统有着密切关系,相关研究中指出发动机冷起动后前300s时间内的CO和HC排放占整排放测试阶段中的60%~80%[2]。

同时在冷却系统运转过程中风扇、水泵等零部件消耗相当一部分功率,影响发动机的燃油经济性。

冷却系统性能的好坏直接关系到汽车及发动机的性能,而上述问题的解决依赖于如何对发动机冷却系统进行稳定、快速和准确的控制,因此汽车发动机的智能冷却系统成为目前热管理领域内的重要研究前沿课题。

1发动机冷却系统的发展概述早期的发动机由于功率密度低,结构简单,主要依靠空气自然对流进行冷却,随着发动机功率密度的不断提升导致发动机的散热量增加,由于冷却空气的比热容低,为了获得更好的冷却效果,出现了以发动机直接驱动的冷却风扇提供强制冷却的风量,发动机内部通过水泵驱动冷却液循环进行冷却,极大的提高了冷却系统冷却效率。

由于发动机零部件需要在一定温度范围内工作,冷却系统要对冷却强度进行调节,之后,发动机冷却系统增加了节温器、挡风帘等温度调节装置。

但冷却风扇、水泵等零部件消耗大量发动机功率,自20世纪50年代博格华纳公司最早发明了硅油风扇离合器,一致以来都以较高的性价比和可靠性成为商用车发动机的重要冷却系统节能技术。

[3]1981年3月美国的专利文件(US4257554)[4]最早提出了电动冷却风扇冷却系统,采用电动风扇可以根据发动机运行情况调节风扇的转速。

风扇及水泵的转速调节装置有效的避免风扇消耗过多的功耗,缩短了发动机的预热时间。

随着排放和节能法规的越来越严格,发动机上采用的大量新技术和装置,且越来越多的零部件需要进行冷却和温度调节,如增压空气冷却、EGR系统、尿素喷射装置、动力电池等。

冷却系统所包括的零部件越来越多、对温度调节的准确性、快速性要求也越来越高,这对发动机的冷却系统提出了更高的要求,出现了电子硅油风扇离合器、电子水泵、电子节温器等电子控制零部件,随着电子控制技术的发展,冷却系统也走向了智能化的控制时代。

综上所述,汽车发动机冷却系统经历了自然冷却、强制冷却系统、半主动冷却、电子控制冷却系统几个阶段,而智能化将是发动机冷却系统发展的必然趋势和终极目标。

2 智能冷却系统的概念、功能和研究范围智能冷却系统(Intelligent Cooling System ,ICS)是由电子控制单元(ECU)按照一定的控制策略,对冷却强调调节装置的电子化控制,从而实现对零部件的温度调节,使零部件工作在最佳温度范围。

克服了传统冷却系统出现的功耗高、散热能力耦合、控制不准确等问题,智能冷却系统的目标是根据不同的发动机状态对冷却系统零部件进行可控调节,以满足发动机工作温度、功耗等性能指标最优,智能冷却系统不光要解决零部件的过热问题,还要根据使用情况实现对零部件进行加热和保温。

随着发动机技术的进步和发展,智能冷却系统的研究范围逐渐扩大,目前发动机智能冷却系统的研究范围包括以下几个方面:1)、冷却强度调节装置的电子控制主要包括电控风扇技术、电控节温器技术、电子水泵技术、无刷直流电机、冷却系统控制器等装置的研究。

2)、冷却系统集成优化研究及控制策略智能冷却系统将所有需要温度调节的零部件集成考虑,而不是强调某一零部件的冷却能力达到最佳,但通过系统集成考虑可以使各零部件协调统一工作,使系统能力达到最优,在这个过程中控制策略的设计直接影响到系统的可靠性和性能。

3)新能源车型的冷却系统研究主要包括混合动力车型和纯电动车型的冷却系统的研究,结构形式和设计原理与传统内热机冷却系统有较大的差异,但新能源车型为智能冷却系统提供了良好的应用条件。

3 智能冷却系统的关键零部件的研究现状3.1电控风扇技术的研究博格华纳公司最早研发的电子控制型硅油风扇离合器(图1,左),直接读取发动机电子控制单元中的发动机水温信号,根据水温信号控制风扇离合器内部的电磁阀开度,从而控制风扇的转速。

研究表明采用电子控制型硅油风扇离合器系统与直联风扇相比可节能4.2%,与采用传统的硅油风扇离合器相比可节能1.2%。

[3]德国贝洱(Behr)公司开发的Visco®电子硅油离合器风扇(图1,右)[5],通过在30ml~50ml 范围改变腔内硅油的充填量来驱动离合器的开闭,该机构可实现无级调速,通过温度等传感器信号进行反馈控制,该电控离合器的传输转矩比现在使用的风扇离合器多传输40%,同时可控性和动态离合响应速度得到明显改善。

图1 电子硅油离合和电子硅油离合器风扇由于电子风扇具有转速不受发动机影响、布置灵活、功耗低的特点,在乘用车领域内得到了成熟的应用,但受驱动风扇的电机功率的限制,在商用车上的应用还处在研究阶段。

最早在2001年由于Valeo、Ricardo和DaimlerChrysler公司联合开发了一种42V-14V双电压电子风扇冷却系统[6],并将其应用到一款小型货车上。

国内方面,郭新民等[7]早在1993年便开展了电子风扇的相关研究,并开发了自动控制装置,安装于载重汽车开展试验,结果表明相比原机风扇,采用电子风扇可使整车节油10%。

另外,无刷直流电机驱动的电子风扇,具有可靠性高、寿命长、效率高、启动电流小、控制简单等优点,智能冷却系统中采用无刷直流电机正成为一种趋势,图2是由于SPAL公司研制和生产的有刷(左)和无刷(右)直流电子风扇。

图2有刷和无刷直流电子风扇外形对比(SPAL公司)3.2电控水泵技术的研究由于发动机直接驱动的水泵作为发动机水流量调节的装置,其消耗的功率同样占据较大比例。

相比比可控风扇技术来说,电子水泵技术在冷却系统中的应用较晚,但电子水泵的应用彻底实现的整个冷却系统与发动机转速的解耦[8]。

同时电子水泵的应用可以实现发动机快速暖机和停机后冷却液的流动,以避免停机发动机过热问题。

由于电子水泵体积小,布置灵活,可以实现为每一路冷却回路布置水泵。

最早将电子水泵应用在量产车型发动机冷却系统上的是BMW公司,该公司于2005年将电子水泵应用于新一代N52系列汽油机上。

国内方面,2012年盛德号[9]等设计了一套采用电控水泵的发动机冷却系统,通过单片机实现了系统中电控水泵和电子风扇的联合控制,应用在轻型客车上,试验表明改进后的电水泵冷却系统能够使发动机低温预热时间缩短65%,预热阶段节油率达到11.5%。

3.3电子节温器技术的研究节温器是对发动机水流量进行分配的一个装置,研究表明传统的蜡式节温器是冷却系统液侧压力损失增加的主要原因之一[10]。

新型的电子节温器后,除了可以动态调节水流量分配,还可以将进一步降低发动机冷却系统阻力,从而降低水泵功耗。

Behr公司[11]开发的一种电控节温器,是在原蜡式节温器的石蜡腔内嵌入电阻式加热器(图3)。

图3 Behr公司开发的电控节温器2006年,John R.Wagner开发了一种蝶阀型式的电子节温器原型[12],如图4所示,该电子节温器使用直流齿轮电机和旋转电位计来控制阀门开度。

原型阀的压力与开度和流量为非线性关系,实际使用过程中通过由试验设定的MAP图对阀体进行调节。

图4蝶阀型电子节温器4智能冷却系统集成优化的研究现状及趋势随着发动机上冷却系统的散热元件的不断增加(散热器、中冷器、冷凝器、EGR冷却器等),而对这些零部件的冷却系统必须进行集成优化考虑,使整个系统性能达到最优,不能仅依靠增加某个零部件的性能,传统的发动机冷却系统无法实现散热元件间的解耦。

采用智能冷却系统可以在原冷却系统结构和形式的基础上进行升级改造,也可以通过改变原冷却系统的结构,实现多回路冷却或多级冷却。

具有代表性的智能冷却系统集成研究有以下几种:1999年由V ALEO公司开发的的THEMIS®(图5)智能发动机冷却系统[13],是在原有的电子风扇发动机冷却系统基础上采用电子水泵和电子节温器,取消了机械水泵和蜡式节温器,通过冷却液温度传感器对发动机水温实现闭环控制。

图5 THEMIS®系统结构和控制策略2005年EMP公司Robert D等[14]将轻型卡车上集成式冷却模块的典型布置更改为分布式系统,即各个换交热器采用独立的冷却循环,并设计了多风扇布置型式(如图6)。

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