郑小龙 ，孙长勇 ，叶红艳 ，王福禄 ，赵晨皓

（山东华宇工学院机械工程学院，山东 德州 253000）

汽车的数量随着科技的进步、经济的腾飞而迅速上升，汽车成了老百姓的日常出行工具。汽车虽然为人们的生活提供了便利，但它所带来的交通事故也给人们的生命带来了极大的威胁。发动机作为汽车的核心部件，对汽车的正常行驶有着不可替代的作用[1]。发动机产生故障的原因又多由于冷却系统发生故障，一旦发动机出现问题，整个汽车都不能正常运转，给使用者带来麻烦。对此，为了保障发动机冷却系统的安全可靠性和经济性[2]，需要一种汽车冷却系统自动化智能监测辅助装置来解决问题，以更好地保护驾驶人员的安全。

1 汽车发动机冷却系统概述

汽车发动机冷却系统的作用是冷却发动机产生的热量，将热量散发到空气中，避免发动机温度过高，并在发动机变冷时尽快暖机，保持恒温[3]。当发动机温度升高时，发动机水循环节温器打开，发动机冷却液进入到大循环，驱动冷却风扇转动进行发动机散热。冷却系统的作用：1）根据发动机的负荷、转速、温度变化，改变冷却强度，迅速地让发动机升温达到正常温度；2）对发动机不同的工作部位给予不同的冷却强度；3）将发动机工作时产生的热量散发到空气中，保证发动机在适宜的温度范围内工作[4]。

2 汽车发动机冷却系统出现故障的原因

汽车的冷却系统主要由5 部分组成，分别是冷却液、水泵、水温传感器、散热器以及采暖设施，在汽车的冷却系统中发挥着不同的作用[5]。通过长期的数据监测分析，可以看出在汽车发动机冷却系统中，产生故障的原因就是冷却系统的密封性和冷却液出现问题，冷却液的温度不适宜、质量不好或者冷却液泄漏，这些都会导致汽车冷却系统的故障。

2.1 发动机水温过高

发动机冷却系统的水温太高，可能是由于冷却剂不够，从而导致发动机的温度太高。若水箱中结垢严重，散热风扇失灵或温敏开关失灵，均易引起发动机高温而引起汽缸爆裂，甚至会导致泵的损坏或传送带打滑，导致泵的工作状态不佳，而冷却系统中有气体，导致冷却水不能正常流通[6]。

2.2 发动机水温过低

当车辆在行驶的时候，发现水温表显示不能达到正常的刻度线，听到排气管出现爆鸣的声音，并且车辆油耗明显增加，动力降低，这时基本可以判断为是发动机冷却温度过低的故障。如果冷凝温度长期不升高，则通常是因为节温器只能进行大循环而不能进行小循环，从而导致引擎散热器吸走了太多的热量[7]。

2.3 冷却液泄漏

冷却系统密封问题：连接冷却液箱和水箱的冷却系统接口密封不严；橡胶管老化开裂导致冷却液泄漏；水箱被腐蚀，导致冷却液泄漏故障。如果出现泄漏现象而没有及时发现，仍让发动机继续工作，会对汽车的安全造成很大的威胁。

3 汽车发动机冷却系统主要功能结构设计

汽车发动机冷却系统智能监测装置由控制单元、功能开关、报警装置、压力传感器、pH 值传感器、温度传感器、发动机转速传感器等构成，总体设计方案框图如图1 所示，各模块的安装位置如图2 所示。控制单元将所获得的电信号与所储存的设定值相比较，并分析其所检测的信号是否正常；若出现异常，则由控制器控制报警器发出警报，以保证行车安全[8]。

图1 总体设计方案框图

图2 各模块的安装位置

控制单元主要是用于智能控制该装置，用来接收其他模块传来的电信号，并且可以控制报警器报警；报警器起到警示作用，当所接收到的电信号与所储存在控制单元里的参数不符时，则控制单元控制报警器进行报警警示；压力传感器用于检测冷却系统的密封性，向控制装置传送所检测的压力信号；pH 值传感器主要是用来检测冷却液的pH 值及冷却液品质优劣；温度传感器防止水箱温度过高，防止汽车出现开锅现象，防止温度过高引发燃烧等情况；发动机转速传感器用于探测发动机转速。本文所提到的汽车发动机冷却系统智能辅助设备将所获取的信息，与储存设置在监控单元内的参数范围进行比较，以分析其所检测的结果是否与储存的参考范围一致，如果与储存的参数差异较大，则监控单元将会控制电子报警器报警警示，这将会使车辆的行驶更为安全。

在汽车发动机从停止运转到开始运转的过程中，发动机的转速和工作温度在持续地改变，因此冷却系统中的压强也在跟着发动机的转速和工作温度在持续地改变。在这种情况下，压力传感器通过通气管作用在压力传感器上，而压力传感器和温度传感器以及发动机转速传感器都会把信号传送给控制装置，再将接收到的信号与储存设定好的参数进行比较，如出现不正常，则说明冷却系统不密封或冷却液不足，由控制单元控制报警器发出警报并提醒驾驶员及时进行检测和保养。若发现冷却液不足，应及时将电信号传输到控制单元，并且把冷却液不足的信号反馈给驾驶人员，方便维修人员维修。

同时，无论在什么条件下，pH 值传感器都会不断地测量冷却剂的pH 值，并将所测得的电信号传送给控制单元，控制单元会将所测得的信息与所存储的设定的数据相对比，从而判定所测得的数据的正确性；如果出现异常，说明冷却剂已经被腐蚀，可由控制装置控制发出警报，提醒司机进行检查和维护。将这种设备设定好的程序连接到汽车的电气控制系统上，就可以用诊断仪器将汽车的制冷系统以故障代码的方式读取出来，从而给车辆，特别是非电气控制制冷系统的车辆带来了很大便利，安装后就可以实现用电气控制来监控制冷系统的运行状况。

汽车冷却系统通常是完全密封的，但因为各个汽车的冷却系统构造和型式等不同而造成内压力也有所不同，不过实际上各种汽车的密封性都是在一定范围的。

发电机速度高，冷却水泵速度就高，冷却系统的内部压力就相应增加，否则相反；发电机温度增高，冷却系统的内部压力就相应增加，否则相反。随着汽车行驶里程或时间的增长，冷却液里的酸碱度范围也会随之发生变化，通常冷却液的酸碱度范围都会在7~9.5。因此，如果压力感应器和pH 值传感器等检测的数据与控制单元的基本参数不相符时，则向控制器单元的报警器报警。

4 汽车发动机冷却系统智能监测辅助装置传感器的应用

4.1 温度传感器

温度传感器可以检测发动机的温度、冷却液的温度、吸入气体的温度、催化温度及燃油温度。该装置可使用热电偶式温度传感器，其优点是具有较高的精度、较宽的测量范围，缺点是需要额外的辅助冷端处理设备和放大器[9]。

4.2 压力传感器

压力传感器可以用于检测汽车各种压力的值并迅速反应，可采用SAW 压力传感器，其优点是具有较小的体积、较轻的质量、较高的分辨率、较高的灵敏度、较强的可靠性、较好的数字量输出。目前来看，其是压力传感器中比较理想的类型。

4.3 pH值传感器

汽车发动机冷却系统智能监测装置pH 传感器模块，将采集到的pH 值数据传输到检测电路，检测电路再将pH 值数据转换为电压信号，输入到控制单元内，得到的数据再与控制单元内储存的参数进行比较，当结果与储存的参数不符时，控制单元会控制报警器警示[10]。

5 应用效果及检验

通过对本装置的设计，首先，在程序上的试验结果得到的是可以满足本装置预期功能效果，本装置的部分程序图如图3 所示；其次，本装置制作出后进行多次检验，得到可以完成预期功能的结果，目前本装置尚在调试阶段，实物图如图4 所示。检验结果，在检验汽车发动机冷却智能检测装置时，对装置压力、pH 值、转速、温度等进行了模拟试验，以确认本装置的功能是否能够实现。

图3 本装置的部分程序图

当使用加热装置靠近温度传感器（以模拟出现高温现象）时，此时温度超过储存在控制单元的温度范围，报警器立刻报警警示，锁住控制面板，提示温度传感器模块出现故障，当温度下降时报警器消除警示。

当使用右边的电位器来调节pH 值大小（以模拟pH 值变化现象）时，此时通过电位器旋钮来调节pH值的大小（因为检测pH 值的变化需要整套系统更换冷却液，因此加装了变位器来模拟pH 值的变化，当然也可以真实地测出pH 值），此时pH 值超过或者低于储存在控制单元的范围，报警器立刻报警警示，并且锁住控制面板，提示pH 值传感器模块出现故障，当按下复位时报警器消除警示。

当使用加热装置时，温度的升高造成冷却液热胀冷缩（以模拟压力变化现象），此时压力也在不断变化，当超过储存在控制单元的范围，报警器立刻报警警示，锁住控制面板，提示压力传感器模块出现故障，当按下复位时报警器消除警示。

使用左边的旋钮来调节发动机的转速（以模拟发动机转速现象），当转速超过存储在控制单元的范围，报警器立刻报警警示，锁住控制面板，提示发动机转速模块出现故障。

6 结束语

综上所述，汽车发动机冷却系统是汽车的重要部件，只有提高发动机冷却系统的安全性和可靠性，才能确保汽车在行驶过程中万无一失。课题组设计了一款汽车发动机冷却系统智能监测装置，发现问题时该装置会直接报警警示驾驶人员，提高维修工作人员对汽车冷却系统维修的效率，从而保证汽车的驾驶更加安全。