内燃机中可变冷却液温度的控制及其对燃油消耗的影响



内燃机中可变冷却液温度的控制及其对燃油消耗的影响

提高发动机的工作效率和耐久性是现代汽车开发所涉及到的一个主要问题。随着排放法规的要求日益严格，开始不断应用先进的发动机控制策略。其中，转移发动机零部件多余热量、防止发动机零部件发生损伤的冷却系统成为研发人员关注的主要技术。采用可变冷却液温度控制可以有效提高发动机效率。但目前多采用机械元件对冷却液温度进行控制，使得发动机运行过程中会出现温度波动，并导致对温度调节出现滞后。对此，文中通过利用电动流量控制阀替代传统调温器等机械元件对发动机冷却液温度进行控制，以实现温度可调，并对其进行了多种城市道路和循环工况下的仿真分析。

发动机在低负荷条件下运行时，提高冷却液温度有利于降低发动机润滑部件的润滑油粘度，从而减少摩擦损失，有助于改善发动机的整体效率。汽车排放物中HC和CO的含量也将有所降低。发动机在高负荷条件下运行时，发动机产生大量的热，使相关零部件的耐久性和可靠性降低，因而需要保持较低的冷却液温度。因此，发动机冷却液温度的控制策略应当满足：①减少甚至消除电动水泵的流量；②在寒冷条件下尽可能降低电动水泵流量；③考虑发动机转速、负荷和冷却液出口温度，控制电动水泵和电动阀的流量；④增加水泵流量或完全打开电动阀之前打开冷却风扇，尽可能节约能源；⑤发动机关闭后，立即关闭水泵，提高其耐久性，并利用双阀门设计减少温度波动。

根据上述策略，给出了一种电动流量控制阀，分别利用Advisor软件和Matlab/Simulink搭建仿真模型对其进行仿真，试验车数据取自2003款本田音赛特，对试验车进行城市循环工况、市郊循环工况和高速公路循环工况下的仿真模拟。结果显示，在城市循环工况和市郊循环工况下可以节省燃油消耗1%以上。由于燃烧的改进，因此发动机效率提高了10%以上，且冷却系统对冷却需求的响应变得十分迅速。

Koorosh Khanjani et al.SAE 2014-32-0064.

编译：王祥