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摘要：在最近的几年中，在设计车辆时，车头迎风的面积呈现出递减的趋势，其目的在于安上各类辅助性的装置，从而导致内燃机设备壳下的范围愈来愈小，但却加强内燃机的功能，导致热负荷愈来愈高，同时冷却及其系统对内燃机性能提出了更高的要求，包括驱动力、经济性、释放性、减噪性和总体协调性等。本论文阐述内燃机冷却温度的运行原理，基于液压驱动技术设计内燃机冷却温度控制系统，勾勒总体方案，界定液压驱动系统的核心液压组建及属性参数，分别从控制发动机温度和液压系统温度的机制来设计控制电控单元冷却温度的相关组件。
Abstract： In recent years， the front windward area shows a decreasing trend， the purpose is to install various auxiliary devices， strengthening the function of the internal combustion engine， increasing the heat load， and cooling and its system put higher requirements for the performance of the internal combustion engine， including driving force， economy， release， noise reduction and overall coordination. This paper expounds the operation principle of the cooling temperature of the internal combustion engine， designs the cooling temperature control system based on the hydraulic driving technology， outlines the overall scheme， defines the core hydraulic formation and attribute parameters of the hydraulic driving system， and designs relevant components to control the mechanism of controlling the engine temperature and hydraulic system temperature.
关键词：液压驱动技术;内燃机;冷却;温度控制
Key words： hydraulic driving technology;internal combustion engine;cooling;temperature control
中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2021）20-0027-02
0 引言
当内燃机正常运作时，缸内燃油在燃烧过程中所释放的热量中，只有其中的一小部分做有效功，大多数热量消散。其中，通过冷却媒介释放的热量在燃油的全部热量中约占据33.3%的比例。如此庞大的热量，仅仅凭借内燃机自身的自然式散热显然是难以达到要求的。虽然在驾驶车辆时能够借助于高速运行的方式产生迎面的冷风效应，从而对散热器进行冷却的处理，然而，有时候车辆行使的车速并不高，只借助于迎面式冷风的方式来达到冷却温度的效果显然是不够的。因此，为了获得更为充足的冷却的通风量，理应为冷却风扇安置上较为高效性的冷却系统装置。据此，本论文基于液压驱动技术展开内燃机冷却温度控制的相关研究。
1 运行原理
通常而言，机械装置中的冷却系统采纳的是强制性散热的一种紧凑型散热器，其散热量和通过外部空气的体积流量内部存在着内关联性，可用如下式（1）加以表示：
P=qvρCpΔt（1）
其中，上式（1）中的P所表示的是散热器散热的功率（单位：kW）;qV所表示的是通过散热器对应的风量（单位：m3·s-1）;ρ所表示的是空气的密度（单位：kg·m-3）;Cp所表示的是空气定压比热容（单位：kJ/（kg·℃））;Δt所表示的是冷却空气在出口处和进口处二者的温度差（单位：℃）。
通过式（1）不难发现，散热器散热的功率和通过散热器的风量存在着同步递增的关系，至于风量和风扇的转速存在着正比的关系。因而，在冷却系统中，当风扇的转速发生变化时，风量也会发生变化，也就是说，散热器中的散热性能出现了同步的变化。在一定的环境中，从工程机械热源中所释放的能量大体上是不变的。基于液压驱动技术的内燃机冷却温度控制便是根据上述的原理而对冷却系统内各个冷却媒介的温度加以调控的。
2 基于液压驱动技术的内燃机冷却温度控制系统设计
2.1 系统总体方案 此系统主要包括如下的几个核心部分：电控单元（ECU）、油泵、冷油器、过滤器、冷却液温度传感器、比例阀、油箱以及油马达等。其工作流程如下所述：系统通过冷却液温度传感器对液体的温度进行冷却，再将该信号传递至电控单元进行处理，之后，又经由比例阀对液压系统中的油压进行调控，进而达到调控油马达和风扇转速的目的。 温度测试控制系统属于一类同步随机性系统。测控温度为内燃机水套出口的地方也就是散热器的入口处已经做好冷却处理液体的温度。该系统主要包括智能化测试与微机控制的性能，能够基于冷却液的温度及其改变率已经目标冷却液的温度状况对比例阀进行电流的调控。当系统测试到冷却的液体温度趋近于或是大于运作最适合的温度的时候，便开启风扇运作，且把冷却的液体稳定于预备设置的最为理想化的运作温度。
2.2 液压驱动系统的核心液压组建及属性参数的界定 基于系统的运作，油马达通常采纳齿轮马达装置，油泵通常采纳齿轮泵或是径向柱塞泵装置，其目的在于确保齿轮马达处于最高和最低平稳运行时转速的正常化，液压驱动系统属性的相关参量应符合如下的要求：
在上式内，qm所表示的是油马的达排量参量（单位：m3/r）。Tm所表示的是油马达输出的力矩参量，其赋值主要顾及到如下的三点：第一，运行负载的力矩也就是风扇的驱动力矩，其和风扇的转速平方存在着正比的关系;第二，风扇的轴径摩擦力矩和其轴径的重量乘积存在着正比关系;第三，风扇系统的惯性力矩和其角加速度存在着正比关系。Δpm所表示的是油马达的进出口运行时的压差（单位：Pa）。Zmm和Zmv依次表示的是油马达的机械及其容积的效率参量;Qm min所表示的是为通过比例阀控制油马达处于稳定最小状态的流量;nm min所表示的是油马达风扇平稳转速的最低值;pp所表示的是油泵运行的最大压力参量（单位：Pa）;p1所表示的是油马达运行时最高的压力参量，其具体数值通过Tm和qm加以界定;ΣΔp所表示的是通过油泵的出口至油马的达入口间全部压力的受损值，在起初计算时能够借鉴类似的系统，进油路速度的调控系统ΣΔp值范围在（0.7MPa～1.5MPa），油泵标定的压力是系统运行最高压力值的1.5-1.6倍;QP max与Qm max依次表示的是油泵和油马达最大的流量参量（单位：m3/s）;Qy min所表示的是比例阀溢流的最小量;K所表示的是系统的流量在泄漏时的参量。
以上条件符合要求之后，借鉴通常液压手册内容选择油泵和油马达等相关的液压组件，进而确定性能的相关参量。
比例阀基于系统运行的压力与现实经由阀门流量的最大值已经平稳最低的流量加以确定，比例阀能够通过在低于20%的过流量。至于比例控制阀应从静态和动态2个不同情况给出如下相应的要求：①静态时，通过平稳状态下所输入的信号电流从0递增到标定的数值，再由标定的数值递减至0，在该环节中，通过输出的参数（压力）改变图像加以确定，主要指标包括重复性、磁环、直线线和分辨率等4项。通常比例阀磁环比例不超出7%，分辨率低于2%，直线性低于10%，且具有较好的重复性。因为比例阀通常不在零位周围运行，其死区和因为温度与进出口的压力改变导致零点发生漂移等后果对阀运行的影响并不显著，运行性能条件亦不如闭环系统内电液伺服阀同样的高度，因此，针对上述指标所制定的要求相对宽松;②动态时，一般借助于阶跃响应图像加以表示。一般通过阶跃响应时间指标表达比例阀实时特性的性能，其数值为由输入阶跃信号到输出量处于平稳状数值（即确定数值的98%）所耗费的时间。一般情况下，比例阀阶跃的响应时间范围在0.06s～0.22s。
2.3 电控单元冷却温度的控制
2.3.1 控制发动机温度的机制
从冷却温度系统来看，液体温度在约90℃时发动机处于良好的运作状态，可见，可以将90℃视作发动机运作常态化的理想化温度。在该冷却系统内，将90℃视作标准的冷却液体温度的数值，系统低温处理的阀值设置成75℃。倘若冷却液体温度通过测试后，其数值低于测试低温处理的阀值或是恰恰等于处理低温的阀值，冷却系统即会经由溢流等有关调控的方式弱化冷却的效果。上述流程是冷却系统对低温进行处理的流程。将105℃视作冷却系统处理高温时的阀值，如果测试的冷卻液体温度超出该高温的阀值或者是恰巧是处理高温的阀值时，溢流量则会调小，进而强化冷却的效果，尽可能地提升温度值。上述流程是冷却系统处理高温的流程。如果冷却液体被测试到其数值的范围处在处理低温和高温二者阀值时，基于模糊调控流程的规则，液压系统内的压力则会被自动地调控，进而导致该系统冷却的效果被调控于适宜的范围之内。
2.3.2 控制液压系统温度的机制
液压系统倘若始终维持着较高的温度，会导致系统内发挥动力传输功能的液压油在较短的时间内出现老化的情况，同时，系统容积的效率亦会受到一定程度的影响而致使其运作效果不佳。液压系统温度偏高时亦会导致系统运行受阻，无法顺利进行下去。同时，液体也难以顺利地进入到液压油泵中，液压系统中组件运行时耗损增大，运作效果不佳。本论文将冷却系统温度处于35℃～45℃范围视作理想化的温度，该范围中的温度视作液压油可以顺利运行的温度。同时，本论文所设计的液压散热系统，将35℃作为其下限的阈值，45℃设置成其上限的阈值。该系统在具体运行的过程中，其温度会呈现出持续性递增的趋势。当它的温度超出上限的阈值时，液压冷却系统则会启动电机驱动冷却风扇，对整个液压系统产生冷却的作用。当液压系统的温度不小于下限的阈值时，液压风扇则终止运作，此时，液压系统出现温度上升的现象。上述的调节机制主要经由电控单元加以完成，液压冷却系统的电机通过大客车中的电源提供所需的电能。而系统中的电机则经由调节机制促发液压系统中的冷却风扇工作。经过上述环节，液压冷却系统能够自动化维持液压系统处于理想化的温度状态下正常地运作。
3 结论
基于液压驱动技术控制内燃机的温度是化解工程机械运作过程中出现过热问题是一种有效性的方式。该系统达到了对风扇转速智能化调控的功效，冷却系统所具有的冷却性能能够随着散热所需而发生相应的变化，能够使得冷却媒介处于最佳的温度环境中。同时，在液驱技术的作用下，风扇无需直接地借助于发动机驱动，至于冷却系统的安排和安置途径更为地灵便。以往的冷却温度手段，风扇的转速和发动机的转速存在着内在的关联性。当冷却媒介温度并不高时，会导致额外的功率耗损，且制造出较大的噪音。因为液压驱动技术冷却温度所凭据的是对风扇的转速进行智能化的调控，能够为发动机省却不必要的功率输出，降低噪音。该系统不单单能够运用在工程机械领域，同时亦能够广泛地运用在城市中的汽车、军工装置和其他有关特别要求的车辆与装置中，凸显出经济与社会实效性的特点。
参考文献：
[1]米伟明.浅析内燃机车辅助传动系统的现状及发展趋势[J].铁道机车与动车，2020（8）：99-103.
[2]张磊，李广宇，徐峰，等.液压驱动技术在大型精密播种机上的应用研究[J].内燃机与配件，2020（3）：78-81.
[3]白元明，孔令成，张志华，等.内燃机冷却水泵性能测试装置研究与设计[J].机床与液压，2019（3）：67-70.
Abstract： In recent years， the front windward area shows a decreasing trend， the purpose is to install various auxiliary devices， strengthening the function of the internal combustion engine， increasing the heat load， and cooling and its system put higher requirements for the performance of the internal combustion engine， including driving force， economy， release， noise reduction and overall coordination. This paper expounds the operation principle of the cooling temperature of the internal combustion engine， designs the cooling temperature control system based on the hydraulic driving technology， outlines the overall scheme， defines the core hydraulic formation and attribute parameters of the hydraulic driving system， and designs relevant components to control the mechanism of controlling the engine temperature and hydraulic system temperature.
关键词：液压驱动技术;内燃机;冷却;温度控制
Key words： hydraulic driving technology;internal combustion engine;cooling;temperature control
中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2021）20-0027-02
0 引言
当内燃机正常运作时，缸内燃油在燃烧过程中所释放的热量中，只有其中的一小部分做有效功，大多数热量消散。其中，通过冷却媒介释放的热量在燃油的全部热量中约占据33.3%的比例。如此庞大的热量，仅仅凭借内燃机自身的自然式散热显然是难以达到要求的。虽然在驾驶车辆时能够借助于高速运行的方式产生迎面的冷风效应，从而对散热器进行冷却的处理，然而，有时候车辆行使的车速并不高，只借助于迎面式冷风的方式来达到冷却温度的效果显然是不够的。因此，为了获得更为充足的冷却的通风量，理应为冷却风扇安置上较为高效性的冷却系统装置。据此，本论文基于液压驱动技术展开内燃机冷却温度控制的相关研究。
1 运行原理
通常而言，机械装置中的冷却系统采纳的是强制性散热的一种紧凑型散热器，其散热量和通过外部空气的体积流量内部存在着内关联性，可用如下式（1）加以表示：
P=qvρCpΔt（1）
其中，上式（1）中的P所表示的是散热器散热的功率（单位：kW）;qV所表示的是通过散热器对应的风量（单位：m3·s-1）;ρ所表示的是空气的密度（单位：kg·m-3）;Cp所表示的是空气定压比热容（单位：kJ/（kg·℃））;Δt所表示的是冷却空气在出口处和进口处二者的温度差（单位：℃）。
通过式（1）不难发现，散热器散热的功率和通过散热器的风量存在着同步递增的关系，至于风量和风扇的转速存在着正比的关系。因而，在冷却系统中，当风扇的转速发生变化时，风量也会发生变化，也就是说，散热器中的散热性能出现了同步的变化。在一定的环境中，从工程机械热源中所释放的能量大体上是不变的。基于液压驱动技术的内燃机冷却温度控制便是根据上述的原理而对冷却系统内各个冷却媒介的温度加以调控的。
2 基于液压驱动技术的内燃机冷却温度控制系统设计
2.1 系统总体方案 此系统主要包括如下的几个核心部分：电控单元（ECU）、油泵、冷油器、过滤器、冷却液温度传感器、比例阀、油箱以及油马达等。其工作流程如下所述：系统通过冷却液温度传感器对液体的温度进行冷却，再将该信号传递至电控单元进行处理，之后，又经由比例阀对液压系统中的油压进行调控，进而达到调控油马达和风扇转速的目的。 温度测试控制系统属于一类同步随机性系统。测控温度为内燃机水套出口的地方也就是散热器的入口处已经做好冷却处理液体的温度。该系统主要包括智能化测试与微机控制的性能，能够基于冷却液的温度及其改变率已经目标冷却液的温度状况对比例阀进行电流的调控。当系统测试到冷却的液体温度趋近于或是大于运作最适合的温度的时候，便开启风扇运作，且把冷却的液体稳定于预备设置的最为理想化的运作温度。
2.2 液压驱动系统的核心液压组建及属性参数的界定 基于系统的运作，油马达通常采纳齿轮马达装置，油泵通常采纳齿轮泵或是径向柱塞泵装置，其目的在于确保齿轮马达处于最高和最低平稳运行时转速的正常化，液压驱动系统属性的相关参量应符合如下的要求：
在上式内，qm所表示的是油马的达排量参量（单位：m3/r）。Tm所表示的是油马达输出的力矩参量，其赋值主要顾及到如下的三点：第一，运行负载的力矩也就是风扇的驱动力矩，其和风扇的转速平方存在着正比的关系;第二，风扇的轴径摩擦力矩和其轴径的重量乘积存在着正比关系;第三，风扇系统的惯性力矩和其角加速度存在着正比关系。Δpm所表示的是油马达的进出口运行时的压差（单位：Pa）。Zmm和Zmv依次表示的是油马达的机械及其容积的效率参量;Qm min所表示的是为通过比例阀控制油马达处于稳定最小状态的流量;nm min所表示的是油马达风扇平稳转速的最低值;pp所表示的是油泵运行的最大压力参量（单位：Pa）;p1所表示的是油马达运行时最高的压力参量，其具体数值通过Tm和qm加以界定;ΣΔp所表示的是通过油泵的出口至油马的达入口间全部压力的受损值，在起初计算时能够借鉴类似的系统，进油路速度的调控系统ΣΔp值范围在（0.7MPa～1.5MPa），油泵标定的压力是系统运行最高压力值的1.5-1.6倍;QP max与Qm max依次表示的是油泵和油马达最大的流量参量（单位：m3/s）;Qy min所表示的是比例阀溢流的最小量;K所表示的是系统的流量在泄漏时的参量。
以上条件符合要求之后，借鉴通常液压手册内容选择油泵和油马达等相关的液压组件，进而确定性能的相关参量。
比例阀基于系统运行的压力与现实经由阀门流量的最大值已经平稳最低的流量加以确定，比例阀能够通过在低于20%的过流量。至于比例控制阀应从静态和动态2个不同情况给出如下相应的要求：①静态时，通过平稳状态下所输入的信号电流从0递增到标定的数值，再由标定的数值递减至0，在该环节中，通过输出的参数（压力）改变图像加以确定，主要指标包括重复性、磁环、直线线和分辨率等4项。通常比例阀磁环比例不超出7%，分辨率低于2%，直线性低于10%，且具有较好的重复性。因为比例阀通常不在零位周围运行，其死区和因为温度与进出口的压力改变导致零点发生漂移等后果对阀运行的影响并不显著，运行性能条件亦不如闭环系统内电液伺服阀同样的高度，因此，针对上述指标所制定的要求相对宽松;②动态时，一般借助于阶跃响应图像加以表示。一般通过阶跃响应时间指标表达比例阀实时特性的性能，其数值为由输入阶跃信号到输出量处于平稳状数值（即确定数值的98%）所耗费的时间。一般情况下，比例阀阶跃的响应时间范围在0.06s～0.22s。
2.3 电控单元冷却温度的控制
2.3.1 控制发动机温度的机制
从冷却温度系统来看，液体温度在约90℃时发动机处于良好的运作状态，可见，可以将90℃视作发动机运作常态化的理想化温度。在该冷却系统内，将90℃视作标准的冷却液体温度的数值，系统低温处理的阀值设置成75℃。倘若冷却液体温度通过测试后，其数值低于测试低温处理的阀值或是恰恰等于处理低温的阀值，冷却系统即会经由溢流等有关调控的方式弱化冷却的效果。上述流程是冷却系统对低温进行处理的流程。将105℃视作冷却系统处理高温时的阀值，如果测试的冷卻液体温度超出该高温的阀值或者是恰巧是处理高温的阀值时，溢流量则会调小，进而强化冷却的效果，尽可能地提升温度值。上述流程是冷却系统处理高温的流程。如果冷却液体被测试到其数值的范围处在处理低温和高温二者阀值时，基于模糊调控流程的规则，液压系统内的压力则会被自动地调控，进而导致该系统冷却的效果被调控于适宜的范围之内。
2.3.2 控制液压系统温度的机制
液压系统倘若始终维持着较高的温度，会导致系统内发挥动力传输功能的液压油在较短的时间内出现老化的情况，同时，系统容积的效率亦会受到一定程度的影响而致使其运作效果不佳。液压系统温度偏高时亦会导致系统运行受阻，无法顺利进行下去。同时，液体也难以顺利地进入到液压油泵中，液压系统中组件运行时耗损增大，运作效果不佳。本论文将冷却系统温度处于35℃～45℃范围视作理想化的温度，该范围中的温度视作液压油可以顺利运行的温度。同时，本论文所设计的液压散热系统，将35℃作为其下限的阈值，45℃设置成其上限的阈值。该系统在具体运行的过程中，其温度会呈现出持续性递增的趋势。当它的温度超出上限的阈值时，液压冷却系统则会启动电机驱动冷却风扇，对整个液压系统产生冷却的作用。当液压系统的温度不小于下限的阈值时，液压风扇则终止运作，此时，液压系统出现温度上升的现象。上述的调节机制主要经由电控单元加以完成，液压冷却系统的电机通过大客车中的电源提供所需的电能。而系统中的电机则经由调节机制促发液压系统中的冷却风扇工作。经过上述环节，液压冷却系统能够自动化维持液压系统处于理想化的温度状态下正常地运作。
3 结论
基于液压驱动技术控制内燃机的温度是化解工程机械运作过程中出现过热问题是一种有效性的方式。该系统达到了对风扇转速智能化调控的功效，冷却系统所具有的冷却性能能够随着散热所需而发生相应的变化，能够使得冷却媒介处于最佳的温度环境中。同时，在液驱技术的作用下，风扇无需直接地借助于发动机驱动，至于冷却系统的安排和安置途径更为地灵便。以往的冷却温度手段，风扇的转速和发动机的转速存在着内在的关联性。当冷却媒介温度并不高时，会导致额外的功率耗损，且制造出较大的噪音。因为液压驱动技术冷却温度所凭据的是对风扇的转速进行智能化的调控，能够为发动机省却不必要的功率输出，降低噪音。该系统不单单能够运用在工程机械领域，同时亦能够广泛地运用在城市中的汽车、军工装置和其他有关特别要求的车辆与装置中，凸显出经济与社会实效性的特点。
参考文献：
[1]米伟明.浅析内燃机车辅助传动系统的现状及发展趋势[J].铁道机车与动车，2020（8）：99-103.
[2]张磊，李广宇，徐峰，等.液压驱动技术在大型精密播种机上的应用研究[J].内燃机与配件，2020（3）：78-81.
[3]白元明，孔令成，张志华，等.内燃机冷却水泵性能测试装置研究与设计[J].机床与液压，2019（3）：67-70.