汽車發(fā)動機電控暖機輔助裝置的設(shè)計

陶 陽

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃岡 438002)

汽車發(fā)動機電控暖機輔助裝置的設(shè)計

陶 陽

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃岡 438002)

針對汽車發(fā)動機暖機過程中存在嚴重的環(huán)境污染等問題，利用常見加熱器及溫度控制電路的原理，提出一種結(jié)構(gòu)簡單合理、安裝快捷方便的汽車發(fā)動機電控暖機輔助裝置的設(shè)計思路，可以縮短暖機時間，達到節(jié)能、環(huán)保的目的。

暖機過程；輔助裝置；節(jié)能環(huán)保

汽車發(fā)動機在進行冷啟動時，由于外界環(huán)境溫度比較低，發(fā)動機殼體的溫度也很低，導(dǎo)致潤滑油的粘稠度變大，使機油在潤滑系統(tǒng)中的循環(huán)速度變慢，增大了發(fā)動機的負荷，影響了發(fā)動機的運行性能和使用壽命。如果給汽車發(fā)動機加裝一個電控暖機輔助裝置，在啟動發(fā)動機之前，對發(fā)動機進行輔助暖機，可以快速地提高發(fā)動機冷卻液和潤滑油的溫度，改變汽車發(fā)動機運行環(huán)境，提高發(fā)動機運行的經(jīng)濟性。

一、電控暖機輔助裝置的設(shè)計

汽車發(fā)動機潤滑系統(tǒng)就是將潤滑油不斷地輸送給各零件的摩擦表面，減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機械部件磨損，提高發(fā)動機運行的可靠性和耐久性。然而發(fā)動機潤滑效果的好壞，主要與潤滑油的溫度有關(guān)，若機油溫度過低，其流通性就會變差，機械部件磨損加快，發(fā)動機的壽命會縮短，發(fā)動機負荷也會增大，短時間內(nèi)不能發(fā)揮其最佳性能。因此，在氣溫比較低的時候，特別是冬天的早上起動發(fā)動機時，需要先對發(fā)動機進行暖機，即：發(fā)動機冷卻液和潤滑油從較低的溫度達到正常值時的運行過程。

在發(fā)動機冷起動的初期，由于汽油燃燒產(chǎn)生的熱量要對發(fā)動機冷卻液和潤滑油進行加熱，所以油耗比較高；另外，在暖機過程中，發(fā)動機進氣和燃燒系統(tǒng)的表面溫度也不能滿足正常運行的要求。因為，當(dāng)發(fā)動機的溫度過低時，混合氣的形成不夠均勻，發(fā)動機的燃燒也不充分，排放的尾氣中CO和NO化合物等有害氣體的含量偏高，增加了PH2.5的排放，嚴重影響空氣的質(zhì)量，對環(huán)境造成很大的污染。所以從理論上分析，只有減少暖機時間，可以解決上述所有的問題。

然而，暖機時間的長短跟環(huán)境溫度有很大的關(guān)系，特別是在冷起動的過程中尤為明顯。為了在任何情況下，都能可靠地減少暖機時間，經(jīng)過反復(fù)實驗驗證，提出一種發(fā)動機電控暖機輔助裝置的設(shè)計思路，如圖1所示。

1-暖機輔助裝置 2-水管轉(zhuǎn)換接頭 3-卡箍 4-發(fā)動機冷卻系統(tǒng)小循環(huán)水管 5-電源線 6-加熱管套管 7-電加熱器

圖1所示的汽車發(fā)動機電控暖機輔助裝置是由熱水管、轉(zhuǎn)換接頭、電加熱器以及自動控制電路組成。考慮到散熱、阻力和發(fā)動機可靠性等因素，將暖機輔助裝置設(shè)計成一個全封閉的管道，它的兩端分別設(shè)置了兩個法蘭式的轉(zhuǎn)換接頭，以便與冷卻液循環(huán)管連接；電加熱器固定在暖機輔助裝置的內(nèi)側(cè)，它的電流是由控制電路提供。

暖機輔助裝置安裝在汽車發(fā)動機冷卻系的小循環(huán)水管上。安裝時，先將水套內(nèi)的冷卻液排完，根據(jù)暖機輔助裝置的大小在冷卻液小循環(huán)管道上截開合適的長度，在轉(zhuǎn)換接頭處打上密封膠，按照管道原來的走向進行妥善地連接，安裝好了以后，檢查密封是否良好，再加裝卡箍或其他鎖緊裝置進行穩(wěn)固。最后，按照要求給發(fā)動機水套注入冷卻液，檢驗其承受的工作壓力是否符合要求。發(fā)動機暖機輔助裝置的安裝示意圖如圖2所示。

1-散熱器 2-風(fēng)扇 3-進氣管 4-氣缸蓋 5-氣缸體 6-水泵 7-冷卻液水泵 8-出水管 9-暖機輔助裝置

二、電控暖機輔助裝置控制電路的設(shè)計

汽車發(fā)動機電控暖機輔助裝置的控制電路由電加熱器、繼電器、控制器、溫控開關(guān)、保險絲和電源組成，暖機輔助裝置的控制電路如圖3所示。

1-電加熱器 2-繼電器 3-控制器 4-溫控開關(guān) 5-保險絲 6-電源

考慮到排氣溫度對發(fā)動機運行的影響，在圖3所示電控暖機輔助裝置控制電路中，將電熱器的功率設(shè)計為8KW和2KW兩檔，根據(jù)發(fā)動機不同的起動方式自動切換加熱檔位。電加熱器連接在繼電器的動觸點上，繼電器線圈的電流由控制器進行控制，控制器的動作信號取自于溫控開關(guān)、遙控鑰匙和發(fā)動機起動信號。當(dāng)遙控鑰匙開啟車門且發(fā)動機溫度低于50℃時，控制器使繼電器的線圈帶電，動觸點閉合，加熱器全部投入，加熱器用10KW的功率給冷卻液加熱；當(dāng)發(fā)動機溫度上升至80℃但沒有起動發(fā)動機時，控制器使加熱器部分投入，加熱器只用2KW的功率給發(fā)動機冷卻液進行輔助加熱，使冷卻液保持在80℃左右。當(dāng)溫度達到80℃或遙控鑰匙發(fā)出鎖車信號時，控制器使繼電器線圈斷電，加熱器停止加熱。

發(fā)動機電控暖機輔助裝置控制電路具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，運行穩(wěn)定等優(yōu)點，可以靈活地對電加熱器進行控制，完全不會影響汽車電路的結(jié)構(gòu)，也不會給蓄電池帶來較大的負荷。

三、發(fā)動機暖機輔助裝置的調(diào)試

汽車發(fā)動機電控暖機輔助裝置的加熱方式分為預(yù)熱和輔熱兩種。當(dāng)發(fā)動機進行冷啟動時，蓄電池通過控制電路對電加熱器通電，暖機輔助裝置開始對管內(nèi)冷卻液進行加熱，這種加熱方式稱為預(yù)熱，加熱器的功率為10KW，當(dāng)冷卻液溫度達到80℃時，溫控開關(guān)自動斷開，電加熱器停止工作；當(dāng)發(fā)動機進入起動準(zhǔn)備時，電加熱器的功率為2KW，對冷卻水進行輔助加熱，使冷卻液溫度保持在80℃左右。

通常情況下，發(fā)動機冷起動的暖機時間(即：冷卻液溫度升高到正常值)需要1000s，如果將電加熱器的功率設(shè)計得越高，其預(yù)熱時間越短。但在實際中，不能設(shè)計得太高，那樣會造成局部溫差太大，對機械部件產(chǎn)生負面的影響。經(jīng)過多次試驗證明，將電加熱器的功率設(shè)計為10KW最為適宜，其預(yù)熱時間可以縮短為300s，只是原來的1/3，暖機效果非常明顯。

不管是哪一種加熱方式，在發(fā)動機起動后，在冷卻液水泵的驅(qū)動下，高溫的冷卻液在水套內(nèi)循環(huán)，其熱量迅速傳遞到發(fā)動機殼體，給發(fā)動機提供良好的起動環(huán)境，使發(fā)動機的表面溫度在最短時間內(nèi)達到正常值。因為發(fā)動機的表面溫度足夠高時，機油的流通性得到了改善，可以有效地減少機械部件的磨損，降低了發(fā)動機的負荷；另外，當(dāng)發(fā)動機的表面溫度足夠高時，進氣管的溫度和三元催化器的入口溫度都得到提高，這樣既提高了燃燒室的壁溫、減少了冷激效應(yīng)的影響、改善了混合氣形成，減少啟動過程中HC和CO在缸內(nèi)的產(chǎn)量；又保證了發(fā)動機在冷啟動的開始階段，催化器快速地達到起燃溫度，三元催化器對三種有害排放進行高效率的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

四、結(jié)論

汽車發(fā)動機電控暖機輔助裝置是利用電阻絲加熱的原理，在發(fā)動機進行冷起動之前，將蓄電池的部分電能轉(zhuǎn)換成熱能給發(fā)動機冷卻液進行加熱，從而提高潤滑油的流通性，有效地加快發(fā)動機的暖機過程，縮短暖機的時間，提高發(fā)動機的工作效率，達到節(jié)能減排效果。即使由于時間緊急沒有進行暖機就起動發(fā)動機，它也能在冷起動后自動進行輔助加熱，同樣可以大大縮短發(fā)動機暖機時間，提高發(fā)動機運行的經(jīng)濟性，延長發(fā)動機機械系統(tǒng)的使用壽命，為汽車發(fā)動機在氣溫比較低的情況下快速暖機提供新的思路。

[1]劉震濤，韓松，尹旭.發(fā)動機冷起動暖機過程改善措施的試驗研究[J].汽車工程，2012，(7)：597-600.

[2]李晶華，高俊華.汽油車低溫冷起動和常溫冷起動排放特性的對比分析[J].汽車技術(shù)，2007，(4)：25-28.

[3]何琨.環(huán)保節(jié)能型汽車發(fā)動機暖機裝置的設(shè)計[J].機械工程與自動化，2015，(5)：203-204.

[4]何艷則，劉紅領(lǐng)，付永宏.集成發(fā)動機暖機過程的油耗仿真研究[J].機械設(shè)計與制造，2014，(9)：249-251.

Design of Auxiliary Device for Electric Control of Automobile Engine

TAO Yang

(Huanggang Polytechnic College, Huanggang, Hubei 438002)

In view of the serious environmental pollution problems existing in the process of automobile engine warm-up, with the use of the principle of common heater and a temperature control circuit, this paper proposes a simple and reasonable structure, installation fast and convenient automobile engine electronic controlled warm machine auxiliary device design, which shortens the warm-up time, thus achieving the purpose of energy saving and environmental protection.

warm machine process; auxiliary equipment; energy saving and environmental protection

2016-04-12

陶 陽(1983-)，男，湖北麻城人，湖北黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院交通學(xué)院講師，碩士。研究方向：汽車電氣系統(tǒng)檢修。

U464

A

1008-8156(2016)02-0054-03

修回日期：2016-05-25