内燃机电子节温器的国内外发展现状

电子节温器的国内外发展现状概述当前，汽车电子技术进入了人-汽车-环境的整体发展阶段，他向着超微型磁体、超高效电机以及集成电路的微型化方向发展，并为汽车的集中控制提供了基础（例如制动、转向和悬架的集中控制以及发动机和变速器的集中控制）。

汽车电子技术成就汽车的未来。

由于汽车电子控制系统的多样化，时期所需要的传感器类型和数量不断增加。

为此，研制新型、高精度、高可靠性和低成本的传感器是十分必要的。

未来的智能化集成传感器，不仅要能够提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号做放大和处理。

同时，他还能自动进行时漂、温漂和非线性的自校正，具有较强的抵抗外部干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响，即使在特别严酷的使用条件下也能保持较高的精度。

它还具有结构紧筹，方便安装的特点，从而免受机械特性的影响。

随着汽车工业的发展和汽车保有量的增加，汽车的能源消耗和环境污染问题越来越受到人们的重视，世界各国“节能减排”的相关法规円趋严格。

为了进一步降低内燃机的能耗和排放，需要对内燃机的冷却系统进行精细的设计，智能化和电控化是未来内燃机冷却系统的发展方向。

节温器是内燃机冷却系统中控制冷却液流动路径的关键零部件，但是目前绝大多数的节温器都釆用石蜡作为感温介质，其存在“响应延迟”和“滞回特性”，无法满足冷却系统精确控制的要求。

电子节温器的工作原理电子控制发动机冷却系统在日产很多发动机上已应用，该系统中的冷却液温度调节、冷却液的循环(节温控制)、冷却风扇的工作均由发动机负荷决定并由发动机控制单元控制，使之相对于装备传统冷却系统的发动机在部分负荷时具有更好的燃油经济性及较低的CO／HO排放。

一、冷却系统布局与冷却液分配单元电子控制冷却系统以最小的更改改变了传统的冷却循环，完成了冷却循环的重新布置：冷却液分配法兰与节温器合成一个信号单元，发动机缸休上不需要任何温度调节装置。

二、温度调节单元(温度调节执行机构，功能相当于传统的节温器)三、温度调节单元在各工况时的状态1. 发动机冷起动。

小负荷时当发动机冷车起动、暖机期间，与传统的冷却系统一样，为了使发动机尽快达到正常工作温度，系统为小循环。

在冷起动、暖机及小负荷时，冷却液经过发动机缸盖、分配器上平面流入，此时，小循环阀门打开，冷却液通过小阀门直接流回水泵处。

形成小循环。

在暖机后的小负荷时，冷却液温度为：95—110℃。

2. 发动机全负荷时当发动机全负荷运转时，要求较高的冷却能力。

控制单元根据传感器信号得出的计算值对温度调节单元加载电压，溶解石蜡体，使大循环阀门打开，接通大循环。

同时关闭小循环通道，切断小循环。

在全负荷时冷去口液温度为85—95℃。

四、带电子控制冷却系统的发动机控制单元与系统工作原理1．带电子控制冷却系统“电脑”在程序中已编有电子控制冷却系统的特性图，与传统的发动机控制单元相比功能增加了，它接受电子控制冷却系统的传感器送来的信号并驱动电子控制系统的执行器，并且设计了电子控制冷却系统的监控电路，因此电子控制冷却系统具有自诊断功能2. 输入与输出信号输入发动机控制单元的信号有：散热器回流温度；加热器控制电位计。

发动机控制单元输出信号有：温度调节单元加载电压；散热风扇控制(两个风扇分别用单独的输出信号)。

3. 基本工作原理是该系统的传感器采集必要的信息，发动机控制单元对这些信息时刻进行计算，并根据计算结果进行相应控制：激活加热电阻，打开大循环，调节冷却液温度；激活冷却风扇，迅速降低冷却液温度。

4．开暖风时的控制(1) 当温度旋钮开关处于“非关闭”位置时，也就是说，只要温度调节旋钮不关闭，微动开关就处于打开状态，就激活双向阀，并且通过真空驱动热交换器(暖风水箱)的冷却液切断阀(修理工常说的暖水阀)，使其打开。

(2) 车辆使用暖风过程中，空调控制面板上的温度调节旋钮识别驾驶员的意图(温度)，从而调节冷却液温度。

当温度旋钮处于70％位置时，冷却液温度将达到95℃。

车辆加热过程中，通过电位计识别驾驶员对车辆加热的要求，调节冷却液的温度，使其处于合适的温度范围(如果温度差异达到25℃，则认为不正确)。

5 两个冷却液温度传感器及散热风扇控制实际的冷却液温度值通过循环系统中两个不同的点识别，并且传输给发动机控制单元一个电压信号。

冷却液温度实际值于冷却液法兰的冷却液出口处采集；冷却液温度传感器位置及电路图度实际值2于散热器前出水口处采集。

预编在“电脑”里的冷却液的特性值与温度值1相比较后，给出一个脉冲信号，为节温器的加热电阻加载电压；温度值1和2比较后，调节散热器电子扇。

如果冷却液温度损坏，冷却液温度控制以95℃为替代值，并且风扇以1档常转；如果冷却液温度传感器损坏，控制功能保持，风扇1档常转；如果其中一个温度超出极限，风扇2档被激活；如果两个传感器都损坏，最大的电压值被加载子加热电阻，并且风扇2档常转。

当发动机全负荷时要求具有足够的冷却能力，为了提高冷却能力，控制单元为风扇电机设置了两个转速。

依靠发动机出水口与散热器出水口温度的差异来控制风扇的转速。

发动机控制单元中储存有风扇介入或切断的两张特性图，它们的决定性因素是发动机转速和空气流量(发动机负荷)。

如果故障发生在第一风扇的输出端，则第二风扇被激活(替代)；如果故障发生在第二风扇的输出端，则控制单元将节温器完全打开(安全模式)。

关闭发动机后，由于温度的影响，风扇会继续运转一段时间；车速超过100km／h，风扇不再工作，因为高于此车速时，风扇无法提供额外的冷却；车辆带牵引或开空调后，两个风扇电机均工作(大循环)。

6. 温度调节单元的控制当处于起动或停车工况时，无电压加载：温度调节单元的加热系统不是加热冷却液，而是加热温度调节单元的石蜡体部分，使大循环打开；加热电阻位于膨胀式温度调节单元的石蜡中；电阻根据特性图加热石蜡，使石蜡膨胀发生位移X，温度调节单元通过此位移进行机械调节；加热是由发动机控制单元发出的一个脉冲信号来完成的；加热程度由脉宽和时间决定。

冷却系统的国内外现状发动机冷却系统的研究主要包括机内冷却和机外冷却两个方面。

机内冷却主要是指发动机内部冷却水道的结构设计、腔内流动的组织和传热机理的研究。

机外冷却主要是指发动机冷却风扇、水泵、节温器、散热器等外部器件的结构、性能、控制策略等研究。

在机内冷却研究方面，国内外相关学者主要采用实验研究和数值模拟计算相结合的研究手段。

1994年，王书义等人用以氢气泡为示踪物的时间线法和定时摄影法对冷却水套的三维流场做了定性分析。

2000年，朱义伦等人采用激光多普勒测速仪对发动机缸盖冷却水流场进行了测量。

2003年，本田公司Stephen Shih 采用 STAR-CD软件对发动机冷却水套结构进行优化并改善了发动机的“敲缸”现象。

2008年，cardone 等人利用STAR-CD软件，采用CHEN模型对发动机汽缸盖的冷却水进行了“核态沸腾”的传热研究。

这些研究对机内冷却液流场进行合理的组织，有利于减少冷却液流动过程的涡流、节流等损失，提高关键区域的冷却效果。

在机外冷却研究方面，国内外相关学者着重于冷却模块的智能化研究。

1982〜1984年，密歇根工业大学（MTU）就利用计算机模拟来研究在一定的环境温度和负载下，冷却系统中的风扇离合器、节温器、百叶窗等的瞬态响应性能，结果表明计算机控制的冷却系统具有很大的优势。

1997年从VALEO公司提出名为NEW COOL冷却系统概念，它利用电控水泵代替传统的水泵，并利用缸头的“核态沸腾冷却”来保证车辆在大负荷等极端工况下正常工作。

1999年， BOSCH 的Frank Melzer等人开发了新型发动机热管理系统，他们釆用可调的电子风扇和电动水泵控制系统的冷却风量和水流量，另外采用三个电控比例阀分别控制大循环、小循环和暖风循环。

同年，VALEO公司和DANA 公司也分别提出了发动机热管理系统和智能冷却系统的概念。

国内外节温器的发展现状节温器是控制冷却液流动路径的阀门，它根据发动机冷却液温度高低对冷却液大小循环的流量进行分配。

节温器对发动机冷却系统的性能具有至关重要的作用。

但是，随着“节能减排”法规日趋苛刻，传统的节温器难于满足未来低排放、低能耗的冷却系统发展要求，国内外相关学者对节温器进行了大量研究。

国外节温器的发展现状早在1988年美国伊顿Eaton公司的Andrew A.Kenny等人就提出了汽车发动机电子节温器系统的概念。

他们利用电动蝶阀对冷却液的循环流量进行控制，并开展了相应的试验研究。

他们认为电控节温器在提升车辆的排放性、可靠性和经济性方面有很大的潜力。

1996年，英国巴斯大学〔Bath University）S.P.Tomlinson等人建立了内燃机冷却系统的数学模型并利用计算机仿真技术对节温器的PID控制策略进行了研究。

Tomlinson指出在未来闭环控制的内燃机冷却系统开发过程中计算机仿真分析将会扮演越来越重要的角色。

此外，他还认为除了经典的PID控制之外，其它控制方式，比如非常适合非线性系统的模糊控制策略可能对冷却系统的性能带来更大提升。

1997年，美国Oakland大学的X-ZHOU和B.CAHLON等人引入带迟滞的延时差分方程来描述节温器在发动机冷却系统工作过程中的动态特性，并且给出了该模型数值解的算法。

他们的理论研究对分析节温器对内燃机冷却系统动态性能的影响起到了指导作用。

2002〜2006年，美国Clemson大学John R.Wagner等人开展了发动机冷却系统智能节温器的研究。

他们釆用伺服电机驱动齿轮和螺杆，然后再将螺杆的旋转运动转化成活塞（阀芯）的伸缩运动，从而实现对冷却液大小循环通道的切换。

伺服阀的结构及其在内燃机冷却管路中的布置。

另外他们还采用集总参数法建立了内燃机冷却系统的模型并分析了智能节温器的动态响应特性。

John R.Wagner指出：在内燃机工作过程中，冷却水温与内燃机标定的冷却液温度偏离越小，内燃机的动力性和燃油经济性越好。

釆用电动执行器和嵌入式的实时控制单元可以大大增强节温器对内燃机温度的调控性能。

2009年，T.Mitchell等人比较了在暖机工况下4种不同类型的节温器布置方式对发动机冷却系统性能的影响。

他们在釆用石蜡节温器、电动两通阀、电动三通阀和不安装节温器4种情况下分别进行了发动机暖机实验。

他们的研究认为：釆用电动三通阀这种形式，在发动机暖机时间和燃油经济性方面的性能最好。

国内节温器的发展现状2001年，山东农业大学袁燕利、郭新民等人设计了一种新型电控节温器。

他们在设计过程中考虑了冷却液的流动阻力问题，将阀门设计成侧壁带孔的薄型圆筒，由侧孔和中孔形成液流通道，减小了流动阻力。

他们采用带电热丝的双金属片作为电控节温器的传动部件，通过金属片的形变來起作用。

在阀门开启过程中利用电热丝对金属片进行加热，金属片升温较快，迅速变形，节温器响应迅速。