发动机冷却系统智能控制一体化设计

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摘要随着计算机技术、测量仪器和控制技术的高速发展，在现代自动控制领域中，应用了越来越多的先进测量控制技术、设备和方法。

在这些众多的先进测量控制技术中，由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。

因此，如何将单片微处理器应用到船舶自动控制领域，成为目前轮机自动化的焦点课题之一，为越来越多的科研机构所重视。

PID水温控制调节方法出现时间较早，已被大部分现代船舶所淘汰。

因此本文针对传统的柴油机中央冷却系统水温PID控制系统算法较为复杂，不能准确、快速、灵敏、稳定的调节柴油机冷却水的温度，提出了基于89C51单片机的智能冷却水调节系统的控制方案和具体方法。

在建立柴油机中央冷却系统高温淡水（缸套冷却水）冷却回路的动态热力模型基础上，将柴油机功率模糊信号引入到了高温冷却水温度控制系统中。

通过调节三通阀的开度，从而可以达到降低冷却水温度的动态偏差，快速而准确的调节冷却水温度的目的。

比较得出基于功率信号模糊预调节与水温Smith+PID调节的智能控制方法，明显优于常规PID控制方法。

在实际应用中实现了对船舶柴油机冷却水的智能精确控制，减少了油耗，延长了发动机的使用寿命。

关键词：智能控制；89C51单片机；精度高；速度快1AbstractWith the rapid development of computer technology, measuring instruments and control technology, the application of advanced measurement and control technology, equipment and methods were applied in the modern field of automatic control. Due to the improving performance and decreasing price of single-chip microprocessor, its cost performance became outstanding beyond the numerous advanced measurements and control technologies. Therefore, one of the focuses of the current turbine automation topics is to apply the single-chip microprocessor into ship automatic control, which has been paid attention to by more and more research institutions.PID temperature control adjustment method, which has the problems of complexity and can not accurately, rapidly, sensitively and stably control the diesel’s cooling system, had been eliminated by most modern ships. Therefore, this essay will focus on the the problems of the PID control system algorithm of the central cooling system water temperature in conventional diesel engines, and propose a control scheme and approach which is based on the 89C51 micro-controller smart cooling water conditioning system. The solution is to introduce the engine power fuzzy signal into a high-temperature cooling water temperature control system by establishing a dynamic model of the central engine cooling system temperature fresh water ( jacket cooling water ) cooling circuit on the basis of thermodynamic model. By adjusting the opening degree of the three-way valve to achieve the aim of reducing the dynamic deviation of water temperature and quickly and accurately adjusting the cooling water temperature. It can be significantly better than the conventional PID control methods system simulation studies which gains fuzzy intelligent control power signal pre-conditioning and water -based Smith + PID regulator. In practical applications, not only precise control of intelligent engine cooling water vessel is achieved, but also the fuel consumption is reduced and the life of the engine is extended.KEY WORDS:intelligent controls,89C51 microcomputer, high precision, high speed2目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第1章绪论 (5)第2章船用柴油机中央冷却系统 (10)2.1船用柴油机中央冷却系统工作过程 (10)2.2系统的构成 (10)2.2.1 系统结构图 (11)2.2.2 系统各组成部分功能说明 (11)2.3 系统的性能指标 (13)2.3.1 系统的主要技术功能 (13)2.3.2 系统的性能特点 (14)第3章系统硬件组成 (15)3.1 系统硬件组成结构图 (15)3.2 系统各部分结构 (16)3.2.1 测温电路 (16)3.2.2 A/D转换电路 (17)3.2.3 键盘与显示电路: (18)3.2.4 串行通讯模块: (19)3.2.5 声光报警电路: (19)3.2.6 主控单元(MCC): (20)第4章系统软件介绍 (22)4.1 温度控制系统算法 (22)4.1.1 系统的整体控制 (22)4.1.2 算法介绍 (23)4.2 计算机软件及功能 (28)4.3 单片机的软件设计 (30)34.3.1 主程序: (31)4.3.2 T.0中断服务子程序 (32)4.3.3 串行口中断服务程序 (33)第5章系统可靠性研究 (34)5.1 系统硬件的可靠性设计 (34)5.2 系统软件的可靠性设计 (36)第6章结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)4第1章绪论1.1课题提出背景船舶柴油机冷却水温度控制技术是轮机自动化技术的重要组成部分。

发动机的散热系统设计与优化发动机作为现代工业中不可或缺的动力源，其散热系统的设计与优化对于保证发动机正常运行、提高发动机效率和延长发动机寿命具有非常重要的意义本文将从散热系统的基本原理、设计要点和优化措施等方面进行详细阐述1. 散热系统的基本原理发动机在运行过程中，由于燃烧室内高温高压气体的作用，以及摩擦、压缩等过程的热量产生，会导致发动机温度升高为了避免发动机过热，需要通过散热系统将多余的热量散发掉，保持发动机在适宜的温度范围内运行散热系统主要包括水冷却系统、风冷系统、油冷却系统等2. 散热系统的设计要点2.1 合理选择散热器材料和结构散热器材料的选择应考虑耐高温、耐腐蚀、导热性能好等因素常见的散热器材料有铝、铜、不锈钢等散热器结构设计应尽量增大散热面积，提高散热效率2.2 确定冷却液类型和容量冷却液的选择应考虑比热容高、流动性能好、腐蚀性低等因素冷却液的容量应根据发动机的热负荷和散热需求进行合理配置2.3 合理布局散热系统管道散热系统管道的布局应尽量缩短冷却液流动距离，降低流动阻力，提高散热效率同时，应避免管道交叉和拐弯过多，以减少压力损失2.4 设置适当的散热风扇和散热器风扇散热风扇和散热器风扇的选择应根据发动机的热负荷和散热需求进行合理配置风扇的转速、尺寸和叶片形状应根据散热需求进行设计3. 散热系统的优化措施3.1 采用高效散热器通过采用高效散热器，可以增大散热面积，提高散热效率高效散热器的设计应考虑散热器材料、结构和冷却液流动特性等因素3.2 优化散热管道布局通过优化散热管道布局，可以降低冷却液流动阻力，提高散热效率散热管道布局的优化应考虑管道的走向、直径和形状等因素3.3 提高散热风扇和散热器风扇的性能通过提高散热风扇和散热器风扇的性能，可以增大散热流量，提高散热效率提高风扇性能的方法包括优化风扇叶片形状、提高转速和选用高效电机等3.4 采用先进的冷却液循环系统通过采用先进的冷却液循环系统，可以实现冷却液在发动机内部的快速循环，提高散热效率先进的冷却液循环系统包括多级冷却循环系统、电子控制冷却系统等3.5 采用散热系统智能控制技术通过采用散热系统智能控制技术，可以根据发动机的工作状态和环境条件自动调节散热系统的运行参数，实现散热系统的最优工作状态智能控制技术包括电子控制冷却系统、温度控制开关等发动机的散热系统设计与优化是一项复杂的工程，需要综合考虑材料、结构、冷却液、风扇和控制技术等多个因素通过合理的设计和优化，可以保证发动机在正常运行、提高发动机效率和延长发动机寿命4. 散热系统的散热性能评估散热系统的散热性能是衡量其设计优劣的重要指标常用的散热性能评估方法有热平衡试验、计算流体动力学（CFD）模拟和实验测试等4.1 热平衡试验热平衡试验是通过在发动机台架上进行试验，测量散热系统入口和出口的冷却液温度，计算散热系统的热阻和散热能力试验时需考虑发动机负载、环境温度等因素对散热系统性能的影响4.2 计算流体动力学（CFD）模拟CFD模拟是通过建立散热系统的三维模型，利用数值计算方法模拟冷却液在散热系统中的流动和传热过程，分析散热系统的散热性能CFD模拟可以预测散热系统在不同工况下的性能，为散热系统设计提供依据4.3 实验测试实验测试是在实车或发动机试验台上进行，通过实际运行条件下散热系统的性能测试，验证散热系统的设计和优化效果实验测试结果可以为散热系统的改进提供实测数据支持5. 散热系统的故障诊断与维护散热系统的故障诊断与维护对于保证发动机的正常运行和延长发动机寿命具有重要意义常用的故障诊断方法有视觉检查、闻气味、听声音、温度监测等5.1 视觉检查通过观察散热系统的外观，检查散热器、水管、风扇等部件是否有裂纹、泄漏等现象此外，还需检查冷却液的颜色和气味，判断是否变质5.2 闻气味散热系统发生泄漏或冷却液变质时，会有特殊的气味通过闻气味可以初步判断散热系统是否存在故障5.3 听声音通过听散热风扇和散热器风扇的声音，判断其是否正常运行散热风扇和散热器风扇异常响声可能是由于叶片损坏、轴承磨损等原因造成的5.4 温度监测通过温度监测仪器，实时监测散热系统各部件的温度，判断其是否正常运行温度异常可能是由于散热系统故障导致的6. 散热系统的可靠性分析散热系统的可靠性是保证发动机长期稳定运行的关键常用的可靠性分析方法有故障树分析（FTA）、可靠性工程方法和试验数据分析等6.1 故障树分析（FTA）故障树分析是通过建立散热系统故障树，分析散热系统各部件故障模式及其组合，找出散热系统的薄弱环节，为散热系统的设计优化提供依据6.2 可靠性工程方法可靠性工程方法是通过分析散热系统各部件的可靠性参数，计算散热系统的可靠性指标，如失效率、寿命周期等此外，还需评估散热系统在实际运行条件下的可靠性6.3 试验数据分析通过分析散热系统的试验数据，如温度、压力、流量等，判断散热系统的可靠性试验数据分析可以发现散热系统存在的潜在问题，为散热系统的设计优化提供实测数据支持7. 结论发动机的散热系统设计与优化是一个涉及多学科、多因素的复杂过程通过对散热系统的基本原理、设计要点、优化措施、散热性能评估、故障诊断与维护、可靠性分析等方面的深入研究，可以为发动机散热系统的设计优化提供理论指导和实践依据只有不断优化散热系统的设计，提高其散热性能和可靠性，才能保证发动机在正常运行、提高发动机效率和延长发动机寿命应用场合发动机的散热系统设计与优化文章主要适用于以下场合：1.发动机设计与开发：在新发动机的设计和开发阶段，这份文章可以为工程师提供散热系统设计的基本框架和优化方向2.发动机升级与改造：对于现有发动机的升级和改造项目，文章中的优化措施可以帮助提升散热系统的性能3.汽车制造与维修：汽车制造商和维修人员可以利用文章中的信息来改进或诊断散热系统的问题4.发动机维修与维护：维修人员在进行发动机维护时，可以参考文章中的故障诊断与维护部分，以确保散热系统的正常工作5.发动机可靠性研究：在研究发动机的长期可靠性时，文章中的可靠性分析方法可以用来评估和改善散热系统的可靠性6.发动机热管理系统的教学与研究：这份文章可以作为大学或研究机构中发动机热管理系统课程的教学材料，或为相关研究提供参考注意事项在应用这份文章时，需要注意以下几点：1.散热系统材料的选择：在设计散热系统时，需要根据具体的应用环境和发动机类型选择合适的材料，以确保散热系统的耐用性和性能2.冷却液的特性：冷却液的选择对散热系统的效率至关重要应根据发动机的工作条件和环境因素选择合适的冷却液3.散热系统的布局：散热系统的布局应尽可能优化，以减少流动阻力和提高散热效率4.智能控制技术的应用：随着技术的发展，智能控制技术在散热系统中的应用越来越广泛在设计时，应考虑如何集成这些先进技术来提高散热系统的性能5.散热性能评估：在设计和优化散热系统时，应定期进行散热性能评估，以确保系统能够满足发动机的热管理需求6.故障诊断与维护：定期对散热系统进行故障诊断和维护，可以提前发现潜在问题，避免发动机因散热系统故障而损坏7.可靠性分析：在散热系统的设计和维护过程中，应进行可靠性分析，以确保系统的长期稳定运行8.环境与安全考虑：在设计和优化散热系统时，应考虑到环境影响和操作安全，遵守相关的环保和安全标准9.持续优化：散热系统的设计和优化是一个持续的过程随着技术的发展和应用需求的变化，应不断对散热系统进行优化和改进10.文章的更新与维护：由于发动机技术和相关标准的发展，这份文章应定期更新，以反映最新的设计理念和优化措施通过遵循这些注意事项，可以确保散热系统的设计和优化能够满足发动机的高效、可靠运行的需求，同时延长发动机的使用寿命。

现代汽车发动机冷却系统发展特点1. 引言1.1 背景介绍汽车的发动机冷却系统是汽车行驶中至关重要的部分，它的作用是保持发动机运行时的温度在适当范围内，以确保发动机正常运转并避免过热引起损坏。

随着汽车工业的不断发展和创新，汽车发动机冷却系统也在不断演进和改进，以适应不断提升的汽车性能和环保要求。

在过去，传统冷却系统主要采用水冷方式，通过水泵将冷却液循环流动，将发动机产生的热量带入散热器散热。

随着汽车动力系统的进步和发展，现代冷却系统已经不再局限于单一的水冷方式，而是结合了多种冷却技术和材料，提高了冷却效率和环保性能。

本文将探讨现代汽车发动机冷却系统的发展特点，包括传统冷却系统的特点、现代冷却系统的发展趋势、利用电子技术实现智能冷却控制、采用新型材料提高冷却效果以及发动机冷却系统与节能环保的关系。

通过对这些内容的全面分析，我们将更好地了解现代汽车发动机冷却系统的未来发展方向，以及冷却系统对汽车性能的重要性。

1.2 研究目的研究目的是为了探讨现代汽车发动机冷却系统的发展特点，分析传统冷却系统和现代冷却系统的区别，研究智能冷却控制和新型材料在冷却系统中的应用，探讨发动机冷却系统与节能环保之间的关系。

通过深入研究，我们可以更好地了解现代汽车发动机冷却系统的技术发展趋势，为未来汽车工程领域的技术创新和发展提供参考，促进汽车行业向更加智能、高效、环保的方向发展。

通过本研究，我们也可以更全面地认识到发动机冷却系统在汽车性能中的重要性，为汽车制造商和工程师提供更好的设计理念和技术支持，为推动汽车行业的可持续发展做出贡献。

2. 正文2.1 传统冷却系统的特点传统汽车发动机冷却系统是汽车工程中最重要的系统之一，其功能是保持发动机工作温度在一个理想的范围内，以确保发动机正常运转。

在传统冷却系统中，发动机通过循环水冷却来达到降温的目的。

冷却系统通常由水泵、散热器、水箱和风扇组成。

1. 水冷却效果稳定可靠。

由于水的热容量大，冷却效果比较稳定而且可靠，适用于大多数汽车发动机。