陶 陽

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃岡 438002)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控暖機(jī)輔助裝置的設(shè)計(jì)

陶 陽

(黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北黃岡 438002)

針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)過程中存在嚴(yán)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(dòng)機(jī)電控暖機(jī)輔助裝置的設(shè)計(jì)思路，可以縮短暖機(jī)時(shí)間，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。

暖機(jī)過程；輔助裝置；節(jié)能環(huán)保

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行冷啟動(dòng)時(shí)，由于外界環(huán)境溫度比較低，發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的溫度也很低，導(dǎo)致潤滑油的粘稠度變大，使機(jī)油在潤滑系統(tǒng)中的循環(huán)速度變慢，增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能和使用壽命。如果給汽車發(fā)動(dòng)機(jī)加裝一個(gè)電控暖機(jī)輔助裝置，在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行輔助暖機(jī)，可以快速地提高發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液和潤滑油的溫度，改變汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境，提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

一、電控暖機(jī)輔助裝置的設(shè)計(jì)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械部件磨損，提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性和耐久性。然而發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑效果的好壞，主要與潤滑油的溫度有關(guān)，若機(jī)油溫度過低，其流通性就會(huì)變差，機(jī)械部件磨損加快，發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命會(huì)縮短，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷也會(huì)增大，短時(shí)間內(nèi)不能發(fā)揮其最佳性能。因此，在氣溫比較低的時(shí)候，特別是冬天的早上起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，需要先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，即：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液和潤滑油從較低的溫度達(dá)到正常值時(shí)的運(yùn)行過程。

在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的初期，由于汽油燃燒產(chǎn)生的熱量要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液和潤滑油進(jìn)行加熱，所以油耗比較高；另外，在暖機(jī)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和燃燒系統(tǒng)的表面溫度也不能滿足正常運(yùn)行的要求。因?yàn)椋?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度過低時(shí)，混合氣的形成不夠均勻，發(fā)動(dòng)機(jī)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(yán)重影響空氣的質(zhì)量，對(duì)環(huán)境造成很大的污染。所以從理論上分析，只有減少暖機(jī)時(shí)間，可以解決上述所有的問題。

然而，暖機(jī)時(shí)間的長短跟環(huán)境溫度有很大的關(guān)系，特別是在冷起動(dòng)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(jī)時(shí)間，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出一種發(fā)動(dòng)機(jī)電控暖機(jī)輔助裝置的設(shè)計(jì)思路，如圖1所示。

1-暖機(jī)輔助裝置 2-水管轉(zhuǎn)換接頭 3-卡箍 4-發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)電控暖機(jī)輔助裝置是由熱水管、轉(zhuǎn)換接頭、電加熱器以及自動(dòng)控制電路組成?？紤]到散熱、阻力和發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性等因素，將暖機(jī)輔助裝置設(shè)計(jì)成一個(gè)全封閉的管道，它的兩端分別設(shè)置了兩個(gè)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(jī)輔助裝置的內(nèi)側(cè)，它的電流是由控制電路提供。

暖機(jī)輔助裝置安裝在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系的小循環(huán)水管上。安裝時(shí)，先將水套內(nèi)的冷卻液排完，根據(jù)暖機(jī)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(jìn)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(jìn)行穩(wěn)固。最后，按照要求給發(fā)動(dòng)機(jī)水套注入冷卻液，檢驗(yàn)其承受的工作壓力是否符合要求。發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)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(jìn)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(jī)輔助裝置

二、電控暖機(jī)輔助裝置控制電路的設(shè)計(jì)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控暖機(jī)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(xiǎn)絲和電源組成，暖機(jī)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(xiǎn)絲 6-電源

考慮到排氣溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響，在圖3所示電控暖機(jī)輔助裝置控制電路中，將電熱器的功率設(shè)計(jì)為8KW和2KW兩檔，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的起動(dòng)方式自動(dòng)切換加熱檔位。電加熱器連接在繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)上，繼電器線圈的電流由控制器進(jìn)行控制，控制器的動(dòng)作信號(hào)取自于溫控開關(guān)、遙控鑰匙和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào)。當(dāng)遙控鑰匙開啟車門且發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低于50℃時(shí)，控制器使繼電器的線圈帶電，動(dòng)觸點(diǎn)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(dòng)機(jī)溫度上升至80℃但沒有起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，控制器使加熱器部分投入，加熱器只用2KW的功率給發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液進(jìn)行輔助加熱，使冷卻液保持在80℃左右。當(dāng)溫度達(dá)到80℃或遙控鑰匙發(fā)出鎖車信號(hào)時(shí)，控制器使繼電器線圈斷電，加熱器停止加熱。

發(fā)動(dòng)機(jī)電控暖機(jī)輔助裝置控制電路具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可以靈活地對(duì)電加熱器進(jìn)行控制，完全不會(huì)影響汽車電路的結(jié)構(gòu)，也不會(huì)給蓄電池帶來較大的負(fù)荷。

三、發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)輔助裝置的調(diào)試

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控暖機(jī)輔助裝置的加熱方式分為預(yù)熱和輔熱兩種。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷啟動(dòng)時(shí)，蓄電池通過控制電路對(duì)電加熱器通電，暖機(jī)輔助裝置開始對(duì)管內(nèi)冷卻液進(jìn)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(dá)到80℃時(shí)，溫控開關(guān)自動(dòng)斷開，電加熱器停止工作；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入起動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)，電加熱器的功率為2KW，對(duì)冷卻水進(jìn)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(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的暖機(jī)時(shí)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(jì)得越高，其預(yù)熱時(shí)間越短。但在實(shí)際中，不能設(shè)計(jì)得太高，那樣會(huì)造成局部溫差太大，對(duì)機(jī)械部件產(chǎn)生負(fù)面的影響。經(jīng)過多次試驗(yàn)證明，將電加熱器的功率設(shè)計(jì)為10KW最為適宜，其預(yù)熱時(shí)間可以縮短為300s，只是原來的1/3，暖機(jī)效果非常明顯。

不管是哪一種加熱方式，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，在冷卻液水泵的驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)殼體，給發(fā)動(dòng)機(jī)提供良好的起動(dòng)環(huán)境，使發(fā)動(dòng)機(jī)的表面溫度在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到正常值。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的表面溫度足夠高時(shí)，機(jī)油的流通性得到了改善，可以有效地減少機(jī)械部件的磨損，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷；另外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的表面溫度足夠高時(shí)，進(jìn)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(dòng)過程中HC和CO在缸內(nèi)的產(chǎn)量；又保證了發(fā)動(dòng)機(jī)在冷啟動(dòng)的開始階段，催化器快速地達(dá)到起燃溫度，三元催化器對(duì)三種有害排放進(jìn)行高效率的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

四、結(jié)論

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控暖機(jī)輔助裝置是利用電阻絲加熱的原理，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷起動(dòng)之前，將蓄電池的部分電能轉(zhuǎn)換成熱能給發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液進(jìn)行加熱，從而提高潤滑油的流通性，有效地加快發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)過程，縮短暖機(jī)的時(shí)間，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能減排效果。即使由于時(shí)間緊急沒有進(jìn)行暖機(jī)就起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，它也能在冷起動(dòng)后自動(dòng)進(jìn)行輔助加熱，同樣可以大大縮短發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)間，提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，延長發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在氣溫比較低的情況下快速暖機(jī)提供新的思路。

[1]劉震濤，韓松，尹旭.發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)暖機(jī)過程改善措施的試驗(yàn)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(dòng)和常溫冷起動(dòng)排放特性的對(duì)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(dòng)機(jī)暖機(jī)裝置的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2015，(5)：203-204.

[4]何艷則，劉紅領(lǐng)，付永宏.集成發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)過程的油耗仿真研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)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