汽车发动机进气冷却系统设计(正文)

3 电子技术在汽车发动机上运用
短短几十年，发动机已经成为高新技术的集成[6]。其燃油经济性能、动力性能、废气 排放水平让其他动力机械望尘莫及，这与汽车电子技术极大的密切关系。为了提高汽车的 动力性，经济性，舒适性和安全性，汽车电子控制技术的运用越来越广泛，下面将介绍电 子技术在汽车发动机上运用。 ①燃油电子喷射 ，与过去的化油器相比，燃油电子喷射系统的燃油计量精确度非常 之高。因此，运用了电子控制燃油喷射系统的汽油机，其经济性与动力性有很大的提高。 电子控制燃油喷射系统由单点式发展为多点式，使得汽油机在动力性上仍能保持其密 度的特点，而且其燃油经济性几乎可以和柴油机相当。甚至有人称汽油直接喷射就是汽油 机的一次革命。汽油直接喷射技术已经在日产、三菱、丰田的一些发动机上应用。 ②汽油机点火及管理系统 ，汽油机是通过电火花点燃混合气而工作的发动机。在过 去火花的发生是通过点火系统内的机械式白金断电器来完成的。在高速运转下断电器较容 易磨损有时会严重烧蚀， 从而导致发动机熄火现象， 直接造成动力下降和排放恶化的后果。 采用霍尔式无触点或电磁式的断电器便可以彻底解决汽油机在高速运转过程中动力 下降及有害排放物增加的问题，同时在很大程度上有效的减少了发动机的维修工作和保 养。现代的高性能汽油机中，几乎全部采用了电子控制无触点点火系统。
2.2 汽车电子技术的发展趋势
汽车电子技术的发展目标是是节能，安全，环保和智能化在控制系统的开发上 [4]，集 中于综合控制和车辆整体系统的控制。采用车内局域网来完成车内各控制系统之间的信息 交换，与传输，实现汽车高速集中控制和故障集中诊断.
2
随着汽车电子控制和汽车电子产品的比例的不断提高，世界汽车电子技术的发展，呈 现系统集成化，网络化，信息化，智能化的发展趋势，实的现高精确性和高效率控制，并 将汽车与社会联系起来。
【关键词】 ：汽车电子，发动机，进气冷却系统，单片机，温度控制
The design of Inlet air cooling system for engine
Student:Chen Du Tutor:Fang Qiu (Department of Mechanical Engineering, Xiamen University of Technology, Xiamen, 361024, China)
【Key word】：Automotive electronic, engine Air cooling system microcontroller, Temperature
control
1
1 前言
自 20 世纪 80 年代来，由于世界各国的排放、安全法规的日趋严格以及人们对汽车舒 适性，操纵性要求的不断提高[1]，使得电子燃油喷射系统、防抱死制动系统、电控自动变 速器、电子转向助力系统、主动悬架系统、巡航控制系统、安全气囊等电子新技术和机电 一体化产品开始在汽车上得到广泛应用。汽车的电子化程度逐年增加，是汽车进入电子高 科技 产品的范畴，并被看着衡量一个国家工业发展水平的重要标志。对汽车生产厂家来 说，汽车电子化程度已成为其重要的竞争手段。 汽车电器与电子控制系统[2]，是汽车的重要组成部分，其自身的性能对汽车的各种性 能都会产生影响，汽车不再是传统意义上的机电产品，其机械部分的发展已经到了极致， 汽车的发展的空间将主要集中在汽车电子技术方面，汽车上大约 70%的技术革新，都来自 源汽车电子技术，汽车电子属于典型的高附加值、高增长、高技术的新兴产业，具有巨大 的市场容量，很强放入技术渗透性与产业带动性，是我国占领产业技术的至高点的良好机 遇。
2 汽车电子技术的发展状况
2.1 汽车电子发展史
汽车电子的发展及其大规模应用大约是从 20 世纪 70 年代末开始[3]，其发展史在不同 的资料中介绍略有不同，结合相关资料，大致归纳如下： 发展阶段一是 1971 年之前，生产之初技术起点较低，主要生产电压调节器、交流发 电机、电子喇叭、电子闪光器等。 发展阶段二是 1974～1982 年间，这阶段以 16 位以下的微处理器和集成电路在汽车上 的应用为标志。这期间最具代表性的是电子汽油喷射技术的发展和防抱死(ABS)技术的成 熟，使汽车的主要机械功能用电子技术来控制。但是，在此阶段机械与电器的联接并不十 分理想。 发展阶段三为 1982～1990 年间，微电脑技术在汽车上的应用，并向智能化方向发展。 自 2005 年开始，汽车电子技术可以说进入了第四个发展阶段。 、ASKS-32 位微处理器 多路传输系统、 、微波系统的应用、数字信号处理方式，使通讯与导向协调系统、自动防 撞系统、动力最优化系统、自动驾驶与电子地图技术得到发展，特别是智能化汽车的出现。
汽车发动机进气冷却系统设计
学 生：xxxx 指导老师：xxxx （xxxx 学院机械工程系，厦门 36了当今汽车电子技术的发展趋势和时代背景，分析了当今汽车电子技
术面临的问题， 同时介绍了电子技术在发动机上的运用， 并引出了发动机充量系数对发动机性能的影响， 最后引出研究对象， 对 JH600 发动机存在的问题进行了深入分析。 针对 JH600 存在的问题提出了解决方 案，确定采用对发动机进气进行冷却的方法来在一定程度上提高其量系数，进而提升其功率。最后对进 气冷却系统的设计做了详细表述。 发动机进气冷却系统采用 AT89C51 单片机， 并用 DS18B20 数字温度传感器作为温度采集， 其温度上 下限值可自行设定。单片机将检测到的温度信号与输入的温度上、下限进行比较，由此作出判断是否启 动冷却设备的工作。 本设计还加入了常用的数码管显示及状态灯显示灯电路， 以便更方便的判断系统的 工作状态，使得整个设计更加完整，更加灵活。
4 发动机的充量系数
汽车在发动机换气过程中的任务是将气缸内的废气排出，并充入尽可能多的空气，同 时要耗功少，可燃混合气中燃料所占的体积很小，而且燃料是强制进入的，多供一些燃料 是很容易做到的，但更多的充入空气却是很困难的，如果能使每一循环进入的 空气量曾 多[7]，就可以多供一些燃料，从而提高发动机的转矩和功率。 上面提到的充入更多的空气，就是为了提高发动机的充量系数，充量系数定义为实际 吸入气缸的新鲜空气质量，与进气状态下的理论计算充满气缸工作容积的空气质量比值。 影响充量系数的的因素有很多[8]，具体有如下几点： 1)进气气门关闭时缸内的压 2)进气门关闭时缸内气体温度 3)残余废气系数 4)进排气相位角 5)压缩比、进气状态。
4
基于上述影响因素，提高发动机充量系数的措施有以下几点： 1)减少进气系统的进气阻力，发动机的进气系统（非增压发动机）是由空气滤清器， 进气管，进气道进气门组成，减少各段通路对气流的阻力可以有效地提高充量系数， 2)减少对进气充量的加热，新鲜充量在吸入过程中，受到进气管、进气道、气门汽缸 壁、和活塞等一系列零件的受热，引起温升，温升的大小与许多因素有关，如发动机的转 速与负荷，冷却液的温度和进气本身的温度，从结构上来看，进、排气管两侧分开放置， 可以有效避免高温排气管对进气温度的影响。 3)降低排气系统流通阻力，降低排气系统阻力使缸内废气压力下降，这不仅可以减少 残余废气系数，有利于提高充量系数，而且可以减少泵气功。 4)选择合适进排气的相位角，可以获得更好的充气效果，在高转速下，适当的推迟进 气门的关闭时间，可利用高速气流的惯性以增加每循环的汽缸充量，也就是转速一定和气 流动能一定时，则存在与之对应的最佳气门迟闭角度。 5)谐振进气与可变进气歧管，这些都是利用进气管的的动态效应来提高充量系数，由 间断进气而引起的进气压力波动对发动机的影响很大，进气管长度，直径等进气系统参数 会改变进气压力波，适当调整这些参数，可以有效的利用进气管的压力波，以增加充量系 数，改善转矩特性。
3
③废气再循环术 ，发动机中的燃烧过程是以空气为助燃剂，空气中含有的氮气在高 温下会与氧气发生反应，从而产生对环境有害的氮氧化物（NOx） 。为了减少 NOx 的排放， 最有效的措施就是将一部分废气返回进气中，让它再次参加燃烧这样可以降低燃烧温度， 也就减少了 NOx 的排放。 但是废气再循环只能在一部分工况下才能降低 NOx 的排放，而不影响发动机的工作。 目前发达国家的汽车，为了满足欧洲Ⅲ号以上的排放法规，柴油机和汽油机均采用电子控 制废气再循环技术。 ④怠速控制，怠速控制（Idle speed control，isc）就是首先由 ECU 根据节气门全 关信号（怠速开关）和车速信号来判断发动机处于怠速状态，然后，ECU 根据从各种传感 器输入的信息所决定的目标转速与发动机的实际转速进行比较，根据比较得出差值，确定 相当于目标转速的控制量，从而驱动控制进气量，并修正喷油量，以便根据怠速时具体符 合情况调整怠速转速并维持稳定运转。 ⑥电子节气门，传统的发动机节气门操纵机构，是通过拉杆或者拉索，一端连接加速 踏板另一端连接节气门联动板而工作，电子节气门采用导线线束取代了原来的机械传动机 构即所谓线控方式，ECU 根据踏板位移传感器接收到踏板位置信息来控制安装在节气门位 置附近的伺服电机，并带动节气门动作。 因为电子节气门是通过 ECU 控制节气门开度的，所以采用电子节气门也十分有利于其 他相关控制系统等的实施。现代发动机的几乎全部的最新技术都与电子技术紧密相关，电 子技术是使发动机成为高新技术产品的灵魂。
2.3 面临的挑战
汽车电子产品是在不断面临挑战[5]与解决矛盾的过程中发展的，现在汽车制造商对车 用电子产品提出了新的要求，他们不希望在车上太多地安装增加成本和复杂性的电子系 统，因为那样会使汽车变得累赘，同时汽车的价格将变得越来越贵，理想的情况是：电子 装置代替笨重的效率低的机械装置，而不是对其补充。 当前对于汽车电子产品提出的要求是在不增加电子产品复杂程度的条件下，改善电子 产品的性能，使现有的汽车电子产品体积更小，质量更轻，这是所面临的挑战的另一个方 面，制造商通常在日益缩小的外壳里装入更多的原件，以便增加更多的控制功能，减少线 束，从而提高总体布置的灵活性。 总之，在通过汽车电子技术进一步改善汽车的各种使用性能，实现高效率，提高系统 的可靠性，稳定性，高精确性，以及抗干扰能力和电磁兼容性等的同时降低产品的成本是 目前汽车电子产品研究的重要课题。