客车发动机舱温度报警系统设计

黄长顽（厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建 厦门 361023）



客车发动机舱温度报警系统设计

黄长顽
（厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建 厦门 361023）

摘要：利用试验测试与CFD仿真相结合，通过温度场试验测得发动机舱温度分布及变化速率，通过仿真分析发动机舱温度分布特征，确定温度传感器布置，优化设计发动机舱温度报警系统。

关键词：客车；发动机舱；温度场；温度速率；温度报警系统

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

CLC NO.: U463.65+3Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-24-03

引言

后置发动机舱体温度过高会造成许多不利影响，如降低舱体内的各种橡胶管路、电器线路的使用寿命、加剧玻璃钢后围的老化速度、容易形成起火隐患。[1]在客车整车开发设计阶段，应针对发动机舱热管理进行优化设计。同时，考虑客车实际运行工况运行环境复杂，有必要对发动机舱温度进行监测，出现高温异常时发出报警。使驾驶员及时获知以便采取适当措施防止事故发生。

交通部标准也对发动机舱内的温度监控做了规定：后置发动机舱内应装温度报警系统和自动灭火装置。[2]

通过金龙龙翼车联网平台抽取某9米车型106台发动机舱温度数据，如图1所示。可以看出，同一车型不同配置实际发动机舱温度各不相同。若按统一的报警阈值进行设置，可能存在误报警或漏报的情况。

图1　某车型发动机舱温分布情况

因此，有必要对发动机舱温度报警系统进行优化设计，本文通过温度场试验测得发动机舱温度分布及变化速率，通过仿真分析发动机舱温度分布特征，从而确定车辆温度传感器布置，优化温度报警系统设计。总体思路为：设计检测电路与程序，实时检测舱温值及温度上升速率，综合判断温度、温度上升速率与预设的阈值进行对比，超过时触发报警。温度或温度上升速率触发报警的阈值可根据不同车型状态进行标定。

1、试验及分析

1.1发动机舱温度场试验

选用某9米主力车型为试验对象，在客车底盘测功机上进行发动机热平衡试验，配合VBOX-3i车载数据采集系统、热电偶采集温度数据。试验过程中，环境温度、湿度基本稳定，模拟风速约为12m/s，平均温度为28℃。

温度测点布置参考了国内其他客车温度场试验[3-4]，同时结合金龙客车此前发动机安装评审和冷却试验经验，将发动机舱分成A、B、C三个截面，分别为前、中、后，如图3，每个截面布置9个测点，总共布置27个测点，如图3所示。利用底盘测功机的speed控制模式，使发动机工作在最大功率状态和最大扭矩状态，直至发动机达到热平衡。采集各测点的温度数据。

图2　发动机舱分割面

图3　试验车发动机舱布置及测点布置

1.2试验结果分析

图4　试验车舱温分布

从图4可得：

1）截面B处由于发动机、涡轮增压等热源存在，部分测点温度大于90℃；

2）温度分布情况为：从下到上温度呈上升趋势，从右到左温度呈上升趋势。

3）根据

计算可得发动机舱平均温度大于70℃。

1.3CFD仿真发动机舱温度分布

图5　发动机舱温度温分布

从仿真分析可知，发动机舱温分布由下至上，从右至左呈递增趋势。与试验结果基本一致。

2、温度报警系统优化设计

2.1温度传感器布置

由于量产车辆因产品定位、成本、技术方案等约束，只布置一个温度传感器。单个传感器布置主要考虑以下几个因素：

1）达到热平衡后该点温度相对稳定；

2）该点温度接近舱温最大值；

3）该点避开高温热源直接热辐射。

根据上述约束条件，结合试验结果及仿真分析，该车型传感器布置选定截面B的TB2位置。

2.2系统报警预设值（阈值）计算

1）报警温度阈值

式中：T报警为报警温度阈值，T温升为试验或仿真所得某车型热平衡后对比试验环境温度的上升值，T环为根据车辆使用环境情况设定的温度常量。

该车型TB2测点测得最高温度为88℃，试验环境温度为28℃，T温升=88℃-28℃=60℃，因此该车型T报警=60+T环

2）温度上升速率

如图6所示，由于车辆正常运行后发动机舱平均温度大于70℃，只选取温度大于70℃区间计算得发动机舱温度上升速率＜0.2℃/s。

图6　界面B各测点温度曲线

2.3系统电路及程序设计

系统电路框图如图7所示，温度传感器采样精度为± 0.1℃，接口电路、处理器集成在总线处理器中，由处理器进行数据处理和判断。

图7　系统硬件电路框图

系统程序框图如图8所示，处理器判断温度值或温度上升速率是否达到预设值，一旦达到则触发报警。预设值可根据车辆配置情况通过上位机软件进行设置。

图8　系统程序框图

3、结束语

该方案在试验车上进行了验证，通过人为设置冷却系统故障、满载高速运行后紧急停车熄火等测试，让发动机舱异常高温或异常温度快速上升，报警系统均能准确进行报警。试验车在整个5万公里的道路试验过程中，未发生报警系统误报情况。

后期可结合金龙龙翼车联网平台大数据分析进行校准，后续优化可加入发动机转速、水温条件进行分析判断。可与发动机舱自动灭火装置联动，研究火灾早期预警，提高自动灭火装置的早期灭火效果。[5]

参考文献

[1]罗丹峰.发动机后置车型舱体降温试验研究[J].人民公交.2006(4): 49-50

[2]JT T 325-2013.营运客车类型划分及等级评定[S].

[3]沈凯,徐向阳,王先勇,倪计民.后置客车发动机舱温度场试验[J].同济大学学报:自然科学版.2013,41(5):779-783.

[4]王忠,历宝录,黄成海,唐颋,杨殿勇.后置发动机客车机舱空间温度场的试验研究[J].汽车工程.2006, 28(3):262-266.

[5]胡凯耀.客车发动机舱热管理研究及结构改进[D].湖南大学.2012.

[6]高艳艳,杜建华,张认成,丁环.客车发动机舱内温度分析的火灾预警方法实验[J].华侨大学学报:自然科学版.2014(6):601-604.

Design of Engine Compartment Temperature Alarm System

Huang Changwan
( Xiamen King Long United Automotive Industry Co. Ltd., Fujian Xiamen 361023 )

Abstract:Combined test and CFD simulation, through the temperature field test measured the temperature distribution and temperature rate of engine compartment. Through the simulation analyzed the temperature characteristics. Then determined the temperature sensor layout, optimized the design of engine compartment temperature alarm system.

Keyword:Coach; Engine compartment; Temperature field; Temperature rate; Temperature alarm system

中图分类号：U463.65+3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988 （2016）05-24-03

作者简介：黄长顽，硕士，工程师，就职于厦门金龙联合汽车工业有限公司。主要从事：客车电气设计。