发动机热管理系统研发的
关键技术之一是热管理系统与发动机运行的匹配技术以及系统优化
控制策略的选择问题。热管理系统效率很大程度上依赖于系统优化控制策略,
控制对象包括
水泵转速、电控
节温器阀门开度以及
冷却风扇转速等。可以根据
汽车发动机实际工作和试验情况,依据系统优化原则来制定智能化电控热管理系统控制策略,使发动机在不同工况下均工作在最佳温度范围。
发动机
热管理技术被列为美国21世纪商用车计划的关键技术之一,对提高整车性能潜力巨大。随着
计算机技术及发动机电控技术的发展,采用电子驱动及控制的
冷却水泵、风扇、节温器等部件,可以通过传感器和
计算机芯片根据实际的发动机
温度控制运行,提供最佳的
冷却介质流量,实现
发动机冷却系统控制智能化,降低了能耗,提高了效率。
宇通博士后工作站的研究人员在研究时发现,只有在最佳温度下工作,发动机才能最省油。为了保证这个发动机的正常运转,他们就给它装了一台变频空调,变频空调内就是一个主要的控制器,也就是说温度越高,这个风扇的转数也越大,从而保证发动机工作在最佳的温度内。这个热管理技术主要有两个
系统组成:一个是冷却智能控制模式;第二个是风扇智能控制模式。
发动机的冷却智能控制系统主要讲的就是,为了维持发动机在一个最佳的温度下工作,通过精确控制发动机冷却水的温度,使发动机不过冷也不过热,始终保持在90度左右的合理范围内,使发动机工作在一个最佳的曲线下,这样就可以使发动机发挥它最大的能量,这也就是
智能空调的第一部分,就是让它保持在90度的温度下。通俗地讲,就是在这个温度下,原油可以发挥出最高的效益。
除了发挥最大的原油效益以外,还要精确地控制散热,宇通工作人员同时还给发动机加装了“风扇智能控制系统”。这个“风扇智能控制系统”就是在发动机散热的过程中,需要它转的时候它就转,需要它高速的时候它就高速,不需要的时候它就停止。这个原因是风扇在一般的情况下,高速运转的时候,会消耗10千瓦左右的能量,这个会占发动机10%左右的功率。如果能够合理地控制风扇的运转,就会节约一部分能源,这个变频空调的理论。一方面让它在合适的温度下运转;另一方面让风扇在不需要的时候不转,来保证发动机不冷也不热的状态。
法雷奥公司在1992年开发出了一种由电控水泵、电控节温器和电动风扇组成的发动机冷却系统。其电控水泵由
电机驱动,可以对
冷却液流量进行
独立控制;由于不用
曲轴驱动,安装位置比较灵活,可以优化水泵水力特性设计,减少
压力损失,降低了驱动损失。电控节温器的控制系统由传感器、电机和控制模块组成,可以根据冷却液温度或者发动机部件温度来控制冷却液流量。该公司在此基础上开发出了THEMIS先进发动机热管理系统,能够根据驾驶条件和发动机负荷来管理和优化发动机温度,以改善发动机的
冷却性能和
排放特性。
此外
CAE技术也为汽车热管理系统的研究开辟了新的途径,使模拟仿真成为一种非常有效的研究手段。同传统的建造-试验方法相比,仿真具有可预先研究、无条件限制、信息丰富、成本低和周期短等优点。另一方面,试验研究虽然
周期长、花费高,但真实可靠,不仅为模拟研究提供充分的
试验数据,还能验证仿真计算的精度,是发动机热管理研究必不可少的手段。试验研究和模拟研究应当有机地结合起来,发挥各自的研究优势,不仅能够缩短热管理
系统设计的周期和成本,也必将促进发动机热管理系统的快速发展。