CN102418585A - 发动机安全运行的冷却*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机安全运行的冷却***，汽车发动机的冷却***大多以水来吸收热量再经散热器和风扇散去。本发明基于创新的***结构设计思想和控制理念而提出的冷却***，即设计一种专门组件包括制冷模块、冷却室和散热壁。它既能制冷水来吸热又能制热水预热发动机，由水泵与发动机构成循环回路运行。用单片机控制电磁阀门，在发动机不同工况，根据其高温区温度和其出口的冷却水温度，可自动选择不同的冷却回路。使发动机在全部负荷工况或在部分负荷工况均能实现安全、最佳运行。特别在发动机冷启动及寒冷环境启动时能快速预热。从而减少甚至避免了发动机摩擦损耗，延长寿命，节约能源，减少排放。本冷却***可用太阳能，氢能，锂电池等新能源。

Description

发动机安全运行的冷却***

技术领域

本发明涉及发动机安全运行的冷却***，特别是汽车发动机，冷却***对于保障发动机安全正常工作具有重要作用。具体来说，冷却***的结构和冷却水循环过程以及温度的检测控制是冷却***达到高效性能指标的关键。也是发动机安全运行实现高效率、减少摩擦损耗、延长寿命、节约能源和降低排放的重要保障。

背景技术

近年来汽车发动机虽有了很大改进，电子化程度有很大提高，但就冷却***尚未被重视，至今还是靠散热器、水泵、水、节温器和风扇来为发动机散热维持其运行的。

发动机工作过程中它的燃烧***和传动***保障了将燃料能转变为机械能来驱动汽车行驶。而其冷却***的任务是散去燃烧作功产生的大量热，目的使发动机在一个安全正常的环境和最合适的温度运行，使它发挥最好的效率、减少磨损、延长寿命、节约能源和降低排放。由于现有技术的不足，冷却***存在以下缺陷。

1.一直以来发动机冷却***都是按照全部负荷运行的散热要求设计的。这是考虑在高速行驶及路况不好和炎热夏天，如果冷却***不能满足散热要求将导致发动机过热而报废。然而在部分负荷运行时，比如在市区行驶或怠速状态等，它所提供的冷却量会过剩，存在着冷却***功率损失。

2.发动机冷启动，以及在低温环境启动，缺乏有效的预热措施。因冷态启动时燃烧不充分，热效率低，产生排放物多，油耗大；再者因温度低润滑油粘度高，尚未到达润滑的部位，会产生干摩擦，产生污物多。所以要求尽量减少冷启动时间，就是因为没有有效的预热手段。

3.检测调节手段不完善。发动机工作中温度变化比较快而冷却水通过发动机水套吸热有个导热过程，存在反应滞后；另外采用节温器调节冷却水也比较粗糙，难以实现精确控制和最佳运行。

4.现有的冷却***体积大，维护量大，效率低。发动机的热量靠冷却水吸收，冷却水的热量靠散热器吸收，散热器的热量靠风扇吹，风就是冷源，显然***也存在滞后。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种发动机安全运行的冷却***。它具有创新的***结构设计思想和控制理念。***采用最新的散热材料和制冷技术，结合专门的工艺，通过计算机控制，使发动机在一个安全环境工作，以实现最佳运行。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的。根据发动机运行中的高温分布特征，设计一种专门组件，它包括制冷模块，冷却室和散热壁。该专门组件具有的特性是：可作为冷源，将水冷却，满足发动机运行中产生大量热的降温要求；又可作为热源，在发动机冷启动，或在寒冷环境启动时为发动机预热暖机。

本发明要解决的技术问题可以通过以下技术方案进一步实现。所述的专门组件，其含有的制冷模块采用高效半导体制冷器件，加电后它两端产生的温差达90-100度。将其冷端置于冷却室的水里，而将热端置于冷却室外，并且紧贴所述散热壁。冷却室密封良好，使热端的热量不能向室内的水扩散和传导。通常降温时冷却室的水被冷却经由水泵向发动机输送，水吸热后由发动机流出，再经过阀门2或阀门3或阀门4进行循环。至于流经哪一个循环回路，与发动机流出口水温有关。如果水温低，例如低于80度，则阀门3、4和9关闭，阀门2打开，使发动机快速升温。如果水温高于80度而低于90度，则阀门2、4关闭，阀门3、9打开，让水流入冷却室再被冷却。如果水温高于90度，表明发动机负荷大，升温快温度高，此时打开阀门3和4，关闭阀门2，让高温的水一部分流经散热壁，再流回冷却室冷却，并打开风扇帮助快速散热。因为在冷却室内，水冷却的速度取决于所述半导体制冷器件的效率，与其热端散热条件有关。

当汽车处于寒冷环境时发动机启动需进行预热暖机。这只要改变半导体制冷器件两端电压的极性，就能把原来的冷端变为热端，而原来热端变为冷端。从而冷却室的水被加热，由水泵输送给发动机和润滑油调温器进行预热，为启动发动机做准备。这时***中阀门2和9打开而3和4关闭。当发动机出口水温升到80度时，再改变半导体制冷器件两端电压极性恢复制冷水的工作状态，又进入冷却循环过程。

同样地，当发动机不是处于寒冷环境，在平时冷启动也最好执行预热程序，尽量减少冷态启动的时间，以减少发动机摩擦损耗，节约能源，降低排放。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来实现。设计专门组件时作成两个的组合，其冷却室可做成一大一小，比如大室容水量为3升，小室的容水量为2升。它们各自独立，但又紧密的安装成一个整体，共用一个风扇。当需要发动机预热时，就让小室制出热水输送给发动机，等到发动机出口水温升到80度要进行冷却循环时，再改变其两端电压极性，使其变为制冷水状态。同时让大室也进入制冷水状态，即两个冷却室都制冷且并联工作，供给循环***冷却水。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案进一步实现。设计专门组件时，其冷却室采用坚固抗震保温性材料，以免其中的水受环境温度影响。所述半导体制冷器件被密封在冷却室内那一端，即冷端可加装薄铝片以增大传导面积。而将另一端即热端，暴露在冷却室外，可对它加装由热超导材料做成的散热壁，它含有细管，以便流过冷却水加快散热。另外也可安置一个小风扇，提高散热壁散热速度。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来实现。根据发动机的运行工况、温度分布和热量平衡关系，考虑到冷却水吸热的时滞时间常数，以及循环速度等参数，建立适合于发动机运行工况的数学模型，作为计算机控制规律的依据。而作为过程控制的参数，包括：发动机排气管周围高温区的温度，发动机冷却水出口的水温，润滑油温度，水泵转速，冷却室水位，阀门开关条件以及风扇开关时间等。

计算机的控制目标是保持发动机始终在一个安全的运行环境下，实现最佳温度运行。

对于发动机工作温度上限值、冷却水温度上限值、冷却室水位下限值、润滑油温度等设有报警信号。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来实现。在现有的冷却***中，拆去散热器，代之以所述的专门组件，其结构不变。在发动机运行中它作为冷源给发动机降温，而在发动机启动时它作为热源给发动机预热暖机。循环过程与原来的基本相同：专门组件的冷却室里冷却水经水泵输送给发动机，吸热后流出来又送到节温器，如果水温低，比如低于76度，则节温器主阀门不通，便经副阀门流回水泵，进行小循环。如果水温在76度与86度之间，则节温器主、副阀门均打开一部分，所以就有一部分水流入专门组件的冷却室被冷却，然后流入水泵，这就是大循环和小循环并联。如果水温再高，则节温器主阀门全通而副阀门关闭，由它流出来的水流入冷却室及其散热壁，水温达到90度，可以打开小风扇帮助散热。

也可以用两个专门组件并联，其两个冷却室一大、一小，小的冷却室入口连接节温器副阀门，出口与大冷却室并联接到水泵入口。

当发动机冷启动，或者在寒冷环境启动时，通过改变半导体器件两端电压极性，使所述专门组件的冷却室变为制热水输出给水泵供发动机预热暖机。这样就可以减少以至避免发动机摩擦损耗，延长寿命，节约能源，降低排放。

这种***虽然不用单片机难以实现精确控制，但比现有的冷却***已有很大改善。

附图说明

图1是本发明冷却***原理结构图。图中

1-发动机    2、3、4、9-电磁阀门    5-专门组件冷却室

6-水泵    7-散热壁    8-润滑油调温器    10-小风扇    11-电池

图2是不用单片机由节温器和大、小两个组件组成的***原理结构图。图中

1-发动机  2-节温器  4、3-组件冷却室  5-散热壁  6-水泵  7-润滑油调温器

具体实施方式

所述专门组件外壳采用轻质抗震保温性材料制作，如玻璃钢碳纤维复合材料。其中的半导体制冷器件采用PV-2F型80x70x26(mm)

将冷端密封在冷却室内，可在冷端加装薄铝片增大传导面积。其热端置于冷却室外，在热端加装散热壁，尺寸104X80X30(mm)，可采用热超导材料制作，内部为小的细管，以流过冷却水。冷却室总容量按发动机排量确定，一般在4-5升水。当要配置两个专门组件时，则用大、小两个冷却室。它们容量比可选3∶2或1.5∶2.5。原则上预热发动机时利用小冷却室制热水，能使水热得快又要够用。电磁阀门2、3、4、9为开关型，可按管道通径DN选定。水泵为离心泵。润滑油调温器用铝材做成管状环绕在油底壳的润滑油集滤器周围。循环***的管道选用坚固抗震材料。作为供电设备的能源，可根据汽车具体条件选用太阳能，氢能，锂电池等。

作为冷却***的控制核心，单片机要选汽车用单片机。因为电脑生产商已考虑到汽车的环境因素，如高温，震动，尘埃，电磁干扰，智能化等。有多个厂商可选，如摩托罗拉，西门子，比迪亚，Delphi等。检测温度，压力等参数的传感器与近年来汽车上用的基本相同。这里所说的发动机排气管周围高温区设置测温点，目的是为单片机提供超前信号，因为它最直接而快速地感知发动机温度变化。

Claims (5)

1.一种发动机安全运行的冷却***，其特征在于：设计专门组件通过管道连接水泵及电磁阀门，它作为冷源向发动机和润滑油调温器输送冷却水，为发动机作功过程散热；在发动机冷启动或者在冷却环境启动时，它又作为热源向发动机和润滑油调温器输送热水进行预热。

2.根据权利要求1所述的发动机安全运行的冷却***，其特征在于：所述的专门组件制作时要符合一定的要求，它的冷却室内储存水，以坚固抗震保温性材料制作；它的半导体制冷器件冷端置于冷却室内而热端置于室外，紧贴热端装有热超导材料制作的带有细管的散热壁，管内流经冷却水。

3.根据权利要求1所述的发动机安全运行的冷却***，其特征在于：根据不同工况，单片机通过电磁阀门控制，可选择冷却水的三条循环回路中不同回路运行；并根据发动机排气管周围高温区的传感器温度值，参照发动机出水口水温度作为最佳运行的超前信号进行控制。

4.根据权利要求1所述的发动机安全运行的冷却***，其特征在于：所述专门组件的冷却室同样结构可做成大、小两个，并装置成一个整体，共用一个散热壁和一个风扇；在发动机需要预热时只需改变小冷却室中半导体制冷器件的两端电压极性，使冷端变为热端，就能制造出热水预热；预热结束再改变其电压极性恢复制冷状态，并与大冷却室一起进行循环。

5.根据权利要求1所属的发动机安全运行的冷却***，其特征在于：在现有冷却***基础上，只需增加所述的专门组件取代原有散热器，不用单片机而由节温器控制循环***；节温器的副阀门由管道连接于水泵入口，其出口连到发动机，此循环回路小，能使发动机快速升温；而节温器的主阀门由管道连接于组件的散热壁和冷却室入口，其出口连接水泵，水泵连发动机，这是大循环回路；也可以用大、小两个组件，这时节温器副阀门连到小冷却室而主阀门连到大冷却室，两室出口并联再连水泵，水泵出口连发动机。

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