CN107559065A - 一种环保节能型车用发动机及其暖机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保节能型车用发动机及其暖机控制方法，包括气缸体、冷却液水泵、风扇、散热器、上水管、散热管道、水套、暖机辅助装置、下水管、气缸盖、节温器，分水管，气缸体上方有气缸盖，气缸盖上方有散热管道，气缸体左侧有冷却液水泵，冷却液水泵与分水管相连接，冷却液水泵上方有节温器，节温器上方有上水管，冷却液水泵左侧有风扇，风扇左侧有散热器，冷却液水泵下方有下水管，气缸体下方有暖机辅助装置，气缸体四周有水套，暖机时间的长短与环境温度有很大关系，发动机温度低，混合气形成不均匀，燃烧不充分，油耗增加，本发明给汽车发动机加装暖机辅助装置，快速提高发动机冷却液的温度，缩短暖机时间，减少有害气体排放。

Description

一种环保节能型车用发动机及其暖机控制方法

技术领域

本发明涉及汽车发动机领域，尤其涉及一种环保节能型汽车发动机及其暖机控制方法。

背景技术

汽车发动机进行冷启动时，发动机冷却液和润滑油从较低的温度达到正常值时的运行过程称为发动机暖机。汽车发动机润滑***就是将润滑油不断地输送给各零件的摩擦表面，减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，提高发动机运行的可靠性和耐久性。然而发动机润滑效果的好坏，主要与机油的温度有关。若机油温度过低，其粘稠度就会增大，流通性变差，机油在润滑***中的循环变慢，导致机械部件的摩擦阻力增加，发动机负荷就会增。因此，在气温比较低的时候，特别是冬天的早上起动发动机时，需要先对发动机进行暖机。汽车在暖机过程中，通常会因为发动机负荷比较大，对发动机的性能及使用寿命产生很大影响。同时，汽油燃烧不充分，尾气中CO和NO化合物等有害气体的含量偏高，严重影响空气的质量，增加了PM2.5的排放，对环境造成很大污染。

中国发明专利CN 104832267 A公开了一种用于发动机的暖机装置及具有其的汽车，发动机具有冷却循环***，暖机装置包括：副水箱、第一水泵和控制器。副水箱适于与冷却循环***相连。第一水泵分别与副水箱和冷却循环***相连以将冷却循环***内的冷却液泵入到副水箱内且将副水箱内的冷却液泵入到冷却循环***内。控制器与第一水泵相连以控制第一水泵的运行状态。根据本发明实施例的用于发动机的暖机装置，实现了发动机热量的回收再利用，保证发动机在不同工况下工作在最佳温度范围内。又由于发动机在低温状态下能够快速加热和启动，使得发动机内机油的温度迅速上升，从而降低机油粘度，减少低温状态下发动机的机械摩擦损失，进而达到减少消耗和降低污染物的排放的目的，但是，此发明将发动机热量的回收再利用，达到暖机效果，这种方法特别在低温情况下，暖机效果不明显，导致机油温度过低，其粘稠度就会增大，流通性变差，机油在润滑***中的循环变慢，导致机械部件的摩擦阻力增加，使发动机短时间内无法达到需要的转速，甚至有可能发动机发动失败，而且在暖机过程不充分，发动机负荷大，对发动机的性能及使用寿命产生很大影响。同时，汽油燃烧不充分，尾气中CO和NO化合物等有害气体的含量偏高，增加了PM2.5的排放，不利于环保。

发明内容

本发明公开了一种环保节能型车用发动机及其暖机控制方法，通过加装暖机辅助装置，快速提高发动机冷却液和润滑油的温度，缩短暖机时间，减少有害排放。

本发明是这样实现的，一种环保节能型车用发动机，包括气缸体、冷却液水泵、风扇、散热器、散热管道、水套、暖机辅助装置，水套环绕气缸体设置，所述冷却液水泵通过分水管与水套相连通，风扇和散热器依次设置在冷却液水泵的左侧，散热器的上端通过上水管与水套连接，散热器的下端通过下水管与冷却液水泵连通，水套上设置有节温器，且节温器与上水管相连通，上水管通过节温器实现与水套的通断；暖机辅助装置设置在气缸体的下方，暖机辅助装置的两端通过水管转换接头连接有冷却液循环水管，其中一侧的冷却液循环水管与下水管汇合后与冷却液水泵连通，另一侧的冷却液循环水管通过通气散热模块与水套连通。

具体地，所述冷却液循环水管环绕水套设置，且通气散热模块位于汽缸体上方，所述通气散热模块包括转换管道，转换管道两端的接口孔径与冷却液循环水管的孔径大小一致，但转换管道的内腔直径大于冷却液循环水管的直径；转换管道的顶部开设有若干散热孔，散热孔上设置有电动阀门。

进一步地，所述暖机辅助装置包括外壳体、冷却液加热管道、电源线、加热管套管、电加热器，所述冷却液加热管道设置在外壳体的内部，冷却液加热管道的两端穿过外壳体并通过水管转换接头与冷却液循环水管连接，，电加热器设置在外壳体内侧，并通过加热管套管固定在外壳体内部位于冷却液加热管道的下方，加热器与电源线连接。

再进一步地，所述暖机辅助装内部设置用于控制有电加热器电流的控制电路，所述控制电路包括继电器、控制器、温度传感器、保险丝、电源，其中电源、保险丝、继电器与电加热器依次组成一个串联回路，且电源的负极接地，控制器与温控开关串联后设置在在保险丝与继电器之间。

优选地，所述控制器所接收的信号包括由节温器采集的温度信号、车遥控钥匙信号以及发动机启动信号。

优选地，所述冷却液水泵水泵中冷却液是水与防冻液的混合物，所述水为软水，所述防冻液为乙二醇。

本发明还提供了上述环保节能型车用发动机的暖机控制方法，包括以下步骤：

S1：装置启动，通气散热模块上的电控阀门打开，保证装置内压强稳定，冷却液水泵通过分水管将冷却液打入水套中；

S2：水套中的冷却液将可燃混合气燃烧后的余热吸收；

S3：冷却液经过节温器，节温器根据温度控制循环路线；

S4：水循环路线一：水温高于80℃，冷却液由冷却液水泵打入水套进行冷却，冷却液经由暖机辅助装置，由上水管进入散热器，风扇工作，冷却后经下水管重新吸入冷却液水泵；水循环路线二：水温低于70℃，冷却液由冷却液水泵打入水套进行冷却，经由暖机辅助装置直接又重新吸入冷却液水泵；水温在70℃与80℃之间，水循环路线一与水循环路线二同时进行；

S5：当遥控钥匙开启车门且发动机温度低于50℃时，控制器使继电器的线圈带电，继电器的动触点闭合，电加热器采用10kW的功率给冷却液加热；当温度上升至80℃但没有起动发动机时或当发动机温度小于80℃大于50℃，但接收发动机启动信号时，控制器使电加热器部分投入，电加热器只用2kW的功率给冷却液进行辅助加热，使冷却液保持在80℃左右；当温度达到80℃或遥控钥匙发出锁车信号时，控制器使继电器线圈断电，电加热器停止加热。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过为汽车发动机加装暖机辅助装置，与传统的利用发动机热量的回收再利用来完成暖机工作，通过加装电控暖机辅助装置，同时利用发动机热量回收来共同实现暖机工作，给发动机提供良好的起动环境，使发动机的表面温度在最短时间内达到正常值，因为发动机的表面温度足够高时，机油的流通性得到了改善，可以有效地减少机械部件的磨损，降低了发动机的负荷；另外，当发动机的表面温度足够高时，散热管道的温度和三元催化器的人口温度都得到了提高，这样既提高了燃烧室的壁温、减少了冷激效应的影响、改善了混合气的形成，减少了启动过程中NO和CO在缸内的产量，又保证了发动机在冷启动的开始阶段，催化器快速地达到起燃温度，对三种有害排放进行高效率的转化，实现节能环保的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种环保节能型车用发动机的结构示意图；

图2为本发明暖机辅助装置结构示意图；

图3为本发明暖机辅助装置的控制电路原理图。

其中，2、继电器，3、控制器，4、温度传感器，5、保险丝，6、电源，10、气缸体，20、冷却液水泵，30、风扇，40、散热器，50、上水管，60、转换管道，70、水套，80、暖机辅助装置，90、下水管，100、气缸盖，110、节温器，120、分水管，130、散热孔，81、外壳体，82、水管转换接头，83、卡箍，84、冷却液循环水管，85、电源线，86、加热管套管，87、加热器，88、冷却液加热管道，89、保温层。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚和详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都述于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，一种环保节能型车用发动机，其特征在于，包括气缸体10、冷却液水泵20、风扇30、散热器40、上水管50、水套70、暖机辅助装置80、下水管90、气缸盖100、节温器110、分水管120，其中，气缸体10上方连接有气缸盖100，气缸体10与气缸盖100四周环绕有水套70，气缸体10左侧设置有冷却液水泵20，冷却液水泵20通过分水管120与水套70相连通，水套70上设置有节温器110，且节温器110与上水管50相连通，节温器是一种利用热胀冷缩原理的开关，控制冷却液流动路径的阀门，含有感温组件，借着热胀或冷缩来开启、关掉阀门，上水管50通过节温器110实现与水套70的通断，且节温器110位于冷却液水泵20的上方，冷却液水泵20下方连接有下水管90，气缸体10下方设置有暖机辅助装置80，冷却液水泵20左侧连接有风扇30，风扇30左侧设置有散热器40，上水管50、下水管90分别与散热器40的上端、下端相连通，暖机辅助装置80的两端通过水管转换接头82连接有冷却液循环水管84，一侧的冷却液循环水管与下水管90汇合后与冷却液水泵20连通，另一侧的冷却液循环水管84通过通气散热模块与水套70连通，冷却液循环水管84环绕水套70设置，且通气散热模块位于汽缸盖100的上方；通气散热模块包括转换管道60，转换管道60两端的接口孔径与冷却液循环水管84的孔径大小一致，但转换管道60的内腔直径大于冷却液循环水管84的直径，且转换管道60的顶部开设有若干散热孔130，散热孔130的设置有利于冷却液循环水管84内部的压强保持稳定，确保冷却液循环流动的顺畅，并及时将冷却液中的热量及时散发；散热孔130上设置有电动阀门，暖机辅助装置80不使用时，散热孔130上的电动阀门处于关闭状态，防止冷却液的挥发。同时位于水套70右侧的冷却液循环水管84也连通有散热器40，进一步提高冷却液循环流动过程中的散热能力。冷却液水泵20通过分水管120将冷却液打入水套70中，水套70中的冷却液对气缸体100内的余热进行吸收，冷却液经过节温器110时，节温器110根据当前冷却液的实时温度控制循环路线。

如图2所示，所述暖机辅助装置80包括有外壳体81、冷却液加热管道88、电加热器87，其中冷却液加热管道88设置在外壳体81的内部，冷却液加热管道88的两端穿过外壳体81并通过水管转换接头82与冷却液循环水管84连接，冷却液循环水管84与水管转换接头82的连接处通过卡箍83进行加固，且冷却液加热管道88的外侧包裹一层保温层89；电加热器87设置在外壳体81内侧，并通过加热管套管86固定在外壳体81内部位于冷却液加热管道88的下方，电加热器87右侧连接有电源线85，因为散热、阻力和发动机可靠性的因素，暖机辅助装置80设计成一个全封闭的管道，它的两端分别设置了两个法兰式的水管转换接头82，以便与冷却液循环水管84连接；电加热器87固定在外壳体81的内侧，其电流由设置在暖机辅助装置80内部的控制电路提供。

如图3所示，所述控制电路包括继电器2、控制器3、温度传感器4、保险丝5、电源6，其中电源6、保险丝5、继电器2、电加热器87依次组成一个串联回路，且电源6的负极接地，控制器3与温控开关4串联后设置在在保险丝5与继电器2之间，且控制器3同时与散热孔130上的电控阀门电性连接；电加热器87的功率有8kW和2kW两档，根据发动机不同的起动方式由控制3输出PWM信号自动切换加热档位，电加热器87连接在继电器2的动触点上，继电器2线圈的电流由控制器3进行控制，控制器3的控制信号来自于温度传感器4、遥控钥匙和发动机起动信号。当遥控钥匙开启车门且发动机温度低于50℃时，控制器3使继电器2的线圈带电，继电器2的动触点闭合，电加热器87采用10kW的功率给冷却液加热；当温度上升至80℃但没有起动发动机时或当发动机温度小于80℃大于50℃，但接收发动机启动信号时，控制器3使电加热器87部分投入，电加热器87只用2kW的功率给冷却液进行辅助加热，使冷却液保持在80℃左右；当温度达到80℃或遥控钥匙发出锁车信号时，控制器3使继电器2线圈断电，电加热器87停止加热。本发明的发动机暖机辅助装置控制电路具有结构简单、控制方便、运行稳定等优点，可以灵活地对电加热器87进行控制，完全不会影响汽车电路的结构，也不会给蓄电池带来较大的负荷。

所述冷却液水泵20中的冷却液是水与防冻液的混合物，所述水为软水，所述防冻液为乙二醇，所述防冻液中添加有防锈剂、泡沫抑制剂与着色剂，纯净水在0℃结冰，为降低冷却液凝固点必须加入防冻液乙二醇，同时加入防锈剂延缓和阻止水套70壁和散热器40的锈蚀，所以要定期更换冷却液，在冷却液中加入着色剂，方便识别。

本发明的环保节能型车用发动机的暖机控制方法为：

S1：冷却液水泵20通过分水管120将冷却液打入水套70中；

S2：水套70中的冷却液将气缸内可燃混合气燃烧后的余热吸收；

S3：冷却液经过节温器110，节温器110根据温度控制循环路线；

S4：水循环路线一：冷却液温度高于80℃，冷却液由冷却液水泵20打入水套70进行冷却，冷却液经由暖机辅助装置80，由上水管50进入散热器40，风扇工作，冷却后经下水管90重新吸入冷却液水泵20；水循环路线二：冷却液温度温低于70℃，冷却液由冷却液水泵20打入水套进行冷却，经由暖机辅助装置80直接又重新吸入冷却液水泵20；冷却液温度温在70℃与80℃之间，水循环路线一与水循环路线二同时进行；

S5：暖机辅助装置80中，冷却液温度低于50℃，控制器3使继电器2的线圈带电，动触点闭合，电加热器1全部投入，电加热器1用10kW的功率给冷却液加热；水温在50℃与80℃之间，控制器3使电加热器1部分投入，电加热器1用2kW的功率给发动机冷却液进行辅助加热，使冷却液保持在80℃；水温在大于80℃，车遥控钥匙发出锁车信号时，控制器使继电器线圈断电，加热器停止加热，实现暖机工作。

综上所述，本发明提供了一种环保节能型车用发动机及其暖机控制其方法，通过加装电控暖机辅助装置，同时利用发动机热量回收来共同实现暖机工作，给发动机提供良好的起动环境，使发动机的表面温度在最短时间内达到正常值，因为发动机的表面温度足够高时，机油的流通性得到了改善，可以有效地减少机械部件的磨损，降低了发动机的负荷；另外，当发动机的表面温度足够高时，通气散热模块的温度和三元催化器的入口温度都得到了提高，这样既提高了燃烧室的壁温、减少了冷激效应的影响、改善了混合气的形成，避免了汽油燃烧不充分，从而减少了启动过程中NO和CO在缸内的产量，又保证了发动机在冷启动的开始阶段，催化器快速地达到起燃温度，对三种有害排放进行高效率的转化，实现节能环保的目的。

以上对本发明所提供的一种环保节能型车用发动机及其暖机控制方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种环保节能型车用发动机，包括气缸体(10)、冷却液水泵(20)、风扇(30)、散热器(40)、散热管道(60)、水套(70)、暖机辅助装置(80)，其特征在于：水套(70)环绕气缸体(10)设置，所述冷却液水泵(20)通过分水管(120)与水套(70)相连通，风扇(30)和散热器(40)依次设置在冷却液水泵(20)的左侧，散热器(40)的上端通过上水管(50)与水套(70)连接，散热器(40)的下端通过下水管(90)与冷却液水泵(20)连通，水套(70)上设置有节温器(110)，且节温器(110)与上水管(50)相连通，上水管(50)通过节温器(110)实现与水套(70)的通断；暖机辅助装置(80)设置在气缸体(10)的下方，暖机辅助装置(80)的两端通过水管转换接头(82)连接有冷却液循环水管(84)，其中一侧的冷却液循环水管(84)与下水管(90)汇合后与冷却液水泵(20)连通，另一侧的冷却液循环水管(84)通过通气散热模块与水套(70)连通。

2.根据权利要求1所述的一种环保节能型车用发动机，其特征在于：所述冷却液循环水管(84)环绕水套(70)设置，且通气散热模块位于汽缸体(10)上方，所述通气散热模块包括转换管道(60)，转换管道(60)两端的接口孔径与冷却液循环水管(84)的孔径大小一致，但转换管道(60)的内腔直径大于冷却液循环水管(84)的直径；转换管道(60)的顶部开设有若干散热孔(130)，散热孔(130)上设置有电动阀门。

3.根据权利要求1所述的一种环保节能型车用发动机，其特征在于：所述暖机辅助装置(80)包括外壳体(81)、冷却液加热管道(88)、电源线(85)、加热管套管(86)、电加热器(87)，所述冷却液加热管道(88)设置在外壳体(81)的内部，冷却液加热管道(88)的两端穿过外壳体(88)并通过水管转换接头(82)与冷却液循环水管(84)连接，冷却液循环水管(84)与水管转换接头(82)的连接处通过卡箍(83)进行加固，电加热器(87)设置在外壳体(81)内侧，并通过加热管套管(86)固定在外壳体(81)内部位于冷却液加热管道(88)的下方，加热器(87)与电源线(85)连接。

4.根据权利要求3所述的一种环保节能型车用发动机，其特征在于：所述暖机辅助装(80)内部设置用于控制有电加热器(87)电流的控制电路，所述控制电路包括继电器(2)、控制器(3)、温度传感器(4)、保险丝(5)、电源(6)，其中电源(6)、保险丝(5)、继电器(2)与电加热器(87)依次组成一个串联回路，且电源(6)的负极接地，控制器(3)与温控开关(4)串联后设置在在保险丝(5)与继电器(2)之间。

5.根据权利要求4所述的一种环保节能型车用发动机，其特征在于：所述控制器(3)所接收的信号包括由节温器(110)采集的温度信号、车遥控钥匙信号以及发动机启动信号。

6.根据权利要求1所述的一种环保节能型车用发动机，其特征在于：所述冷却液水泵(20)水泵中冷却液是水与防冻液的混合物，所述水为软水，所述防冻液为乙二醇。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种环保节能型车用发动机的暖机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：装置启动，通气散热模块上的电控阀门打开，保证装置内压强稳定，冷却液水泵(20)通过分水管(120)将冷却液打入水套(70)中；

S2：水套(70)中的冷却液将可燃混合气燃烧后的余热吸收；

S3：冷却液经过节温器(110)，节温器(110)根据温度控制循环路线；

S4：水循环路线一：水温高于80℃，冷却液由冷却液水泵(20)打入水套进行冷却，冷却液经由暖机辅助装置(80)，由上水管(50)进入散热器(40)，风扇工作，冷却后经下水管(60)重新吸入冷却液水泵(20)；水循环路线二：水温低于70℃，冷却液由冷却液水泵(20)打入水套进行冷却，经由暖机辅助装置(80)直接又重新吸入冷却液水泵(20)；水温在70℃与80℃之间，水循环路线一与水循环路线二同时进行；

S5：当遥控钥匙开启车门且发动机温度低于50℃时，控制器(3)使继电器(2)的线圈带电，继电器(2)的动触点闭合，电加热器(87)采用10kW的功率给冷却液加热；当温度上升至80℃但没有起动发动机时或当发动机温度小于80℃大于50℃，但接收发动机启动信号时，控制器(3)使电加热器(87)部分投入，电加热器(87)只用2kW的功率给冷却液进行辅助加热，使冷却液保持在80℃左右；当温度达到80℃或遥控钥匙发出锁车信号时，控制器(3)使继电器(2)线圈断电，电加热器(87)停止加热。