CN112253342B - 发动机冷启动预热控制***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机冷启动技术领域，具体涉及一种发动机冷启动预热控制***，包括发动机预热***、电池预热***和电气控制***，电气控制***用于根据环境温度和发动机启动条件确定发动机***中的燃油预热***和冷却预热***，以及电池预热***各自的工作时间，并在发动机启动前根据各预热***的工作时间分别对发动机的燃油、冷却水和蓄电池进行初级预热，以及，根据发动机运转过程中的燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度判断是否进行次级预热，通过控制对应的预热***进行次级预热，直至燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度满足发动机正常运转要求。本发明方案中的预热操作的自动化程度高，方便快捷且便于控制。

Description

发动机冷启动预热控制***和方法
技术领域
本发明涉及发动机冷启动技术领域，具体地涉及一种发动机冷启动预热控制***和方法。
背景技术
目前起重机发动机在极寒地区由于进气温度过低、蓄电池低温亏电、燃油结腊等现象出现无法启动的状况。
为解决极寒条件下重型车辆大功率柴油机冷启动问题，必须为车辆加装冷启动辅助措施，例如加注启动液、冷却介质加热、润滑油加热或蓄电池保温等，试验表明上述措施虽然在一定程度上能够较为明显的改善大功率柴油机低温启动效果，但只能满足-30℃以上环境温度的冷启动，不同环境温度下对所使用的柴油的牌号也有要求，使得用户成本偏高，另外，辅助发动机冷启动的预热时间一般由人工控制，用户无法准确把握发动机启动的时间点。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种发动机冷启动预热控制***和方法。
技术方案如下：
一种发动机冷启动预热控制***，包括发动机预热***、电池预热***和电气控制***；
所述发动机预热***包括用于对进入发动机的燃油进行预热的燃油预热***和用于对发动机内的冷却水进行预热的冷却预热***；
所述电气控制***分别与所述燃油预热***、所述冷却预热***和所述电池预热***电连接，用于根据环境温度和发动机启动条件确定所述燃油预热***、所述冷却预热***和所述电池预热***各自的工作时间，并在发动机启动前根据各预热***的工作时间分别对发动机的燃油、冷却水和蓄电池进行初级预热，以及，根据发动机运转过程中的燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度判断是否进行次级预热，通过控制对应的预热***进行次级预热工作，直至燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度满足发动机正常运转要求。
优选地，所述燃油预热***包括带加热功能且通过油管依次连通的燃油传感器、第一油管加热器、燃油滤清器和第二油管加热器；
其中，所述燃油传感器安装于油箱的出油口，所述燃油传感器内置有PTC发热体，通电时用于对吸出油箱的燃油进行加热；
油管加热器包括电热线和温控元件，其中，所述第一油管加热器通过第一预热油管与所述燃油滤清器连通，所述第一油管加热器的电热线***所述第一预热油管，通电时利用其电热线对所述第一预热油管中的燃油进行加热，并利用其温控元件实时采集所述第一预热油管中的燃油温度；
所述燃油滤清器内置有PTC发热体和温度传感器，通电时用于对流经所述燃油滤清器的燃油进行加热，并采集所述燃油滤清器中的燃油温度；
所述第二油管加热器通过第二预热油管与发动机连通，所述第二油管加热器的电热线***所述第二预热油管，通电时利用其电热线对所述第二预热油管中的燃油进行加热，并利用其温控元件实时采集所述第二预热油管中的燃油温度。
优选地，所述燃油滤清器的进油端还设置有油温传感器，所述油温传感器与所述第一预热油管平行安装于所述燃油滤清器的同一侧面上，所述油温传感器用于在发动机启动后采集流动燃油的温度。
优选地，所述冷却预热***用于对发动机中的冷却水循环加热，包括：
液体加热器，通过带电预热功能的油管与油箱的出油口连通，所述液体加热器通电时利用燃油泵吸入燃油并燃烧燃油来加热内部的冷却液，还通过水泵控制冷却液的流向；
出水管，一端与所述液体加热器的出水口连接，另一端与发动机的进水口连接，用于将经过液体加热器加热后的冷却液导入发动机，与发动机中的冷却水进行热交换；
回水管，一端与所述发动机的出水口连接，另一端与所述液体加热器的回水口连接，用于将进行热交换后的冷却液送回所述液体加热器中循环使用。
优选地，所述电池预热***用于对蓄电池模块进行循环加热，包括：
气体加热器，通过带电预热功能的油管与油箱的出油口连通，所述气体加热器通电时利用燃油泵吸入燃油并燃烧燃油来加热内部的气体，还通置气压泵控制气体的流向；
出气管，一端与所述气体加热器的出气口连接，另一端与蓄电池模块的进气口连接，用于将经过气体加热器加热后的气体导入蓄电池模块，与蓄电池模块进行热交换；
回气管，一端与所述蓄电池模块的出气口连接，另一端与所述其他加热器的回气口连接，用于将进行热交换后的气体送回所述气体加热器中循环使用。
优选地，所述电气控制***包括：
主控制器，通过CAN总线与发动机电子控制单元ECU连接，用于采集环境温度和发动机温度，所述主控制器还分别与所述燃油传感器、所述第一油管加热器、所述燃油滤清器、所述第二油管加热器、所述油温传感器、所述液体加热器和所述气体加热器电连接，在蓄电池模块的供电作用下，所述主控制器实时采集来自上述元件的温度传感信号，并根据环境温度、发动机温度以及预存的发动机启动/运转相关信息控制上述元件的通电和断电；
显示器，与所述主控制器连接，用于显示所述燃油预热***、所述冷却预热***和所述电池预热***的工作状态，包括：以所述燃油传感器、所述第一油管加热器、所述燃油滤清器和所述第二油管加热器的通电状态为输入，输出所述燃油预热***的工作状态信号；根据所述液体加热器的通电状态输出所述冷却预热***的工作状态信号；根据所述气体加热器的通电状态输出所述电池预热***的工作状态信号；以及，
冷启动预热开关，与所述主控制器连接，用于一键开启/关闭发动机冷启动功能。
优选地，所述主控制器实时采集来自上述元件的温度传感信号，并根据环境温度、发动机温度以及预存的发动机启动/运转相关信息控制上述元件的通电和断电，具体包括：
初级预热阶段，根据环境温度、发动机温度以及预存的发动机温度与冷启动预热时间的对应关系，确定所述冷却预热***、所述电池预热***和所述燃油预热***各自的工作时间，并根据所述冷却预热***的工作时间对所述液体加热器通电，根据所述电池预热***的工作时间对所述气体加热器通电，根据所述燃油预热***的工作时间同时对所述燃油传感器、所述第一油管加热器、所述燃油滤清器和所述第二油管加热器通电，实现对发动机的燃油、冷却水和蓄电池的初级预热；
次级预热阶段，采集发动机运转过程中的冷却水温度、燃油温度和蓄电池温度，并根据预设的冷却水温度阈值判断所述冷却预热***是否继续通电工作，根据预设的燃油温度阈值判断所述燃油预热***是否继续通电工作，根据预设的蓄电池温度阈值判断所述电池预热***是否继续通电工作，通过控制对应的预热***进行次级预热工作，使得冷却水温度、燃油温度和蓄电池温度不小于各自的阈值。
另一方面，本发明还提供了一种发动机冷启动预热控制方法，包括：
根据环境温度和发动机启动条件确定发动机的燃油预热***、冷却预热***和电池预热***各自的工作时间，并根据各预热***的工作时间分别对发动机的燃油、冷却水和蓄电池进行初级预热；
启动发动机，在发动机运转过程中根据实时采集的燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度判断是否进行次级预热，通过控制对应的预热***进行次级预热工作，直至燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度满足发动机正常运转要求。
优选地，所述发动机冷启动预热控制方法具体包括：
步骤S1、在发动机未启动前，获取环境温度T1，并且，
当环境温度T1≤冷启动环境温度T0时，执行步骤S2；
当环境温度T1>冷启动环境温度T0时，执行步骤S4；
步骤S2、获取发动机内的冷却水初始水温T2，根据预存的冷却水初始水温与冷启动预热时间的对应关系，确定所述冷却预热***和所述电池预热***的工作时间t1、所述燃油预热***的工作时间t2；
步骤S3、对所述冷却预热***、所述电池预热***和所述燃油预热***通电，并根据步骤S2中确定的各预热***的工作时间分别对发动机的冷却水、蓄电池和燃油进行初级预热，初级预热结束后对各预热***断电；
步骤S4、启动发动机，并且，
若发动机正常运转，则执行步骤S5；
若启动不成功，则返回执行步骤S2；
步骤S5、实时采集发动机中的冷却水温度、燃油温度和蓄电池温度，根据预设的各温度阈值判断是否进行次级预热，并控制待进行次级预热的预热***继续通电工作。
优选地，所述根据预设的各温度阈值判断是否进行次级预热，并控制待进行次级预热的预热***继续通电工作，具体包括：
步骤S51、比较发动机中的冷却水温度与预设的冷却水温度阈值，
当发动机中的冷却水温度不小于冷却水温度阈值时，控制所述冷却预热***断电，同时调整其工作状态为预热结束状态；
当发动机运转过程中的冷却水温度小于冷却水温度阈值时，控制所述冷却预热***继续通电工作，同时调整其工作状态为预热进行状态，直至发动机中的冷却水温度达到所述冷却水温度阈值；
步骤S52、比较蓄电池温度与预设的蓄电池温度阈值，
当蓄电池温度不小于蓄电池温度阈值时，控制所述电池预热***断电，同时调整其工作状态为预热结束状态；
当蓄电池温度小于电池温度阈值时，控制所述电池预热***继续通电工作，同时调整其工作状态为预热进行状态，直至蓄电池温度达到所述蓄电池温度阈值；
步骤S53、比较燃油温度与预设的燃油温度阈值，
当燃油温度不小于燃油温度阈值时，控制所述燃油预热***断电，同时
调整其工作状态为预热结束状态；
当燃油温度小于燃油温度阈值时，控制所述燃油预热***继续通电工作，同时调整其工作状态为预热进行状态，直至燃油温度达到所述燃油温度阈值。
上述技术方案与现有技术相比，具有以下优点：
(1)由电气控制器自动控制燃油预热***、冷却预热***和电池预热***的工作时间，分别对发动机的燃油、冷却水和蓄电池进行预热，预热操作的自动化程度高，方便快捷且便于控制；
(2)在发动机运转过程中，还能通过燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度调节各预热***的工作状态，确保发动机在更适宜的温度条件下工作，提升发动机可靠性；
(3)利用本***辅助发动机冷启动时，发动机的柴油牌号的选择范围更大，从而降低了用户使用成本。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是发动机冷启动预热控制***的结构示意图；
图2是燃油滤清器的结构示意图；
图3是发动机冷启动预热控制方法的流程示意图；
图4是发动机冷启动预热控制方法的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本发明第一方面提供了一种发动机冷启动预热控制***，包括发动机预热***、电池预热***和电气控制***。
所述发动机预热***包括用于对进入发动机的燃油进行预热的燃油预热***和用于对发动机内的冷却水进行预热的冷却预热***。
所述电气控制***分别与所述燃油预热***、所述冷却预热***和所述电池预热***电连接，用于根据环境温度和发动机启动条件确定所述燃油预热***、所述冷却预热***和所述电池预热***各自的工作时间，并在发动机启动前根据各预热***的工作时间分别对发动机的燃油、冷却水和蓄电池进行初级预热，以及，根据发动机运转过程中的燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度判断是否进行次级预热，通过控制对应的预热***进行次级预热工作，直至燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度满足发动机正常运转要求。
进一步地，如图1所示，所述燃油预热***包括带加热功能且通过油管依次连通的燃油传感器3、第一油管加热器5、燃油滤清器8和第二油管加热器9。该燃油预热***中设置有普通油管4，以及第一预热油管6、第二预热油管10。
其中，所述燃油传感器3安装于油箱2的出油口，所述燃油传感器3内置有PTC发热体，通电时用于对吸出油箱2的燃油进行加热。在本发明中，燃油传感器3中的PTC发热体长度为200mm，从传感器底部滤网往上延伸安装。该PTC发热体采用PTC陶瓷作为发热材料，该发热材料具有随着温度的上升，电阻值急剧增加的特性，当环境温度低于-15℃时，燃油传感器3通电4-10分钟后，PTC发热体对其周边的燃油进行加热，可以让燃油温度提升5-10℃；当PTC发热体的温度达到设定温度值(远低于柴油的燃点220℃)时接近于断电状态，因此具有很好的安全性。
油管加热器包括电热线和温控元件。其中，所述第一油管加热器5通过第一预热油管6与所述燃油滤清器8连通，所述第一油管加热器5的电热线***所述第一预热油管6，通电时利用其电热线对所述第一预热油管6中的燃油进行加热，并利用其温控元件实时采集所述第一预热油管6中的燃油温度。
所述燃油滤清器8内设置有PTC发热体和温度传感器，通电时用于对流经所述燃油滤清器8的燃油进行加热，并采集所述燃油滤清器8中的燃油温度。燃油滤清器8的作用是除去燃油中的氧化铁、粉尘等固体杂物，防止燃油预热***堵塞，同时减少机械磨损，确保发动机稳定运行，提高可靠性。本发明中的燃油滤清器8以PTC陶瓷作为内置式的加热材料，将PTC陶瓷加热材料放置在燃油滤清器8中部油路通道之中(如图2所示)，用于对流过燃油滤清器8的燃油进行加热。
所述第二油管加热器9通过第二预热油管10与发动机连通，所述第二油管加热器9的电热线***所述第二预热油管10，通电时利用其电热线对所述第二预热油管10中的燃油进行加热，并利用其温控元件实时采集所述第二预热油管10中的燃油温度。
在本发明中，油管加热器中采用一根高阻值铁氟龙绝缘层的耐油加热线，通电后加热线发热来实现加热功能，绝缘层极限耐受温度达200℃，安全可靠。***第一预热油管6和第二预热油管10中的加热线的长度与油管长度相同。当环境温度低于-15℃时，第一油管加热器5和第二油管加热器9通电3-10分钟，使油管内的燃油温度提升10-15℃；一旦燃油温度超过预先设定的燃油温度阈值时，通过温度传感器向电气控制***发送传感信号。
进一步地，所述燃油滤清器8的进油端还设置有油温传感器7，所述油温传感器7与所述第一预热油管6平行安装于所述燃油滤清器8的同一侧面上，所述油温传感器7用于在发动机启动后采集流动燃油的温度。
进一步地，所述冷却水预热装置用于对发动机中的冷却水循环加热，包括：液体加热器13、出水管14、回水管15。
液体加热器13通过带电预热功能的油管(即图1中的11和12)与油箱2的出油口连通，所述液体加热器13通电时利用燃油泵吸入燃油并燃烧燃油来加热内部的冷却液，还通过水泵控制冷却液的流向。该冷却液可选为水。
出水管14的一端与所述液体加热器的出水口连接，另一端与发动机的进水口连接，用于将经过液体加热器13加热后的冷却液导入发动机，与发动机中的冷却水进行热交换，从而对发动机中的冷却水进行预热。
回水管15的一端与所述发动机的出水口连接，另一端与所述也太加热器的回水口连接，用于将进行热交换后的冷却液送回所述液体加热器13中循环使用。
在实际应用中，蓄电池的容量是随着环境温度和放电电流而变化的，即环境温度越低，电池容量越小；放电电流越大，电池容量越小。因此，环境温度越低，蓄电池的电量越容易流失。对蓄电池进行预热，使其电解液的温度提高，就能够成倍地提高蓄电池的容量，对发动机冷启动非常必要。
进一步地，所述电池预热***用于对蓄电池模块进行循环加热，包括：气体加热器17、出气管18和回气管19。
气体加热器17通过带电预热功能的油管(图1中的11和16)与油箱2的出油口连通，所述气体加热器17通电时利用燃油泵吸入燃油并燃烧燃油来加热内部的气体，还通过气压泵控制气体的流向。
出气管18的一端与所述气体加热器的出气口连接，另一端与蓄电池模块20的进气口连接，用于将经过气体加热器17加热后的气体导入蓄电池模块20，与蓄电池模块进行热交换，从而对蓄电池模块20进行预热。
回气管19的一端与所述蓄电池模块20的出气口连接，另一端与所述气体加热器的回气口连接，用于将进行热交换后的气体送回所述气体加热器17中循环使用。
在本发明中，蓄电池模块20由密闭的电瓶框、设置于电瓶框底部隔层内的加热气管、设置于电瓶框底部的底板，以及贴合于该底板的蓄电池等元件组成。气体加热器17通电时启动，加热后的气体经过出气管18进入蓄电池模块20的加热气管，高温气体的热量经蓄电池框底板传递给蓄电池，完成热交换后的气体经回气管19返回气体加热器17，形成一个气体加热循环，从而达到不断加热蓄电池的目的。
所述气体加热器17的回气端还装有温度传感器，该温度传感器用于实时采集气体温度，并发送给电气控制***。
进一步地，所述电气控制***包括：主控制器21、显示器24和冷启动预热开关23。
主控制器21通过CAN总线22与发动机电子控制单元ECU25连接，用于采集环境温度和发动机温度，所述主控制器21还分别与所述燃油传感器3、所述第一油管加热器5、所述油温传感器7、所述燃油滤清器8、所述第二油管加热器9、所述液体加热器13和所述气体加热器17电连接，在蓄电池模块20的供电作用下，所述主控制器21实时采集来自上述元件的温度传感信号，并根据环境温度、发动机温度以及预存的发动机启动/运转相关信息控制上述元件的通电和断电，具体包括：
初级预热阶段，根据环境温度、发动机温度，以及预存的发动机温度与冷启动预热时间的对应关系，确定所述冷却预热***、所述电池预热***和所述燃油预热***各自的工作时间，并根据所述冷却预热***的工作时间对所述液体加热器13通电，根据所述电池预热***的工作时间对所述气体加热器17通电，根据所述燃油预热***的工作时间同时对所述燃油传感器3、所述第一油管加热器5、所述燃油滤清器8和所述第二油管加热器9通电，实现对发动机的燃油、冷却水和蓄电池的初级预热；
次级预热阶段，采集发动机中的冷却水温度、蓄电池温度和燃油温度，并根据预设的冷却水温度阈值判断所述冷却预热***是否继续通电工作，根据预设的蓄电池温度阈值判断所述电池预热***是否继续通电工作，根据预设的燃油温度阈值判断所述燃油预热***是否继续通电工作，通过控制对应的预热***进行次级预热工作，使得冷却水温度、蓄电池温度和燃油温度不小于各自的阈值。
并且，显示器24与所述主控制器21连接，用于显示所述燃油预热***、所述冷却预热***和所述电池预热***的工作状态，包括：
以所述燃油传感器3、所述第一油管加热器5、所述燃油滤清器8和所述第二油管加热器9的通电状态为输入，输出所述燃油预热***的工作状态信号；根据所述液体加热器13的通电状态输出所述冷却预热***的工作状态信号；根据所述气体加热器17的通电状态输出所述电池预热***的工作状态信号。
根据一个具体的实施方式，显示器上设置有分别对应于燃油预热***、冷却预热***和电池预热***的三个显示灯，通过显示灯的颜色显示各预热***的工作状态，例如，当显示灯颜色变为绿色代表对应的预热***处于通电状态，变为黄色代表处于断电状态。
冷启动预热开关23与所述主控制器21连接，用于一键开启/关闭发动机冷启动功能。
如图3所示，本发明还提供了一种发动机冷启动预热控制方法：
S100、根据环境温度和发动机启动条件确定发动机的燃油预热***、冷却预热***和电池预热***各自的工作时间，并根据各预热***的工作时间分别控制发动机的燃油、冷却水和蓄电池进行初级预热；
S200、启动发动机，在发动机运转过程中根据实时采集的燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度判断是否进行次级预热，通过控制对应的预热***进行次级预热，直至燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度满足发动机正常运转要求。
具体地，所述发动机冷启动预热控制方法包括：
步骤S1、在发动机未启动前，获取环境温度T1，并且，
当环境温度T1≤冷启动环境温度T0时，执行步骤S2；
当环境温度T1>冷启动环境温度T0时，执行步骤S4；
在环境温度高于冷启动环境温度T0(一般为-15℃)时，发动机基本可正常启动；当环境温度低于-15℃但不低于-40℃时，可以通过预热***辅助发动机冷启动；
步骤S2、获取发动机内的冷却水初始水温T2，根据预存的冷却水初始水温与冷启动预热时间的对应关系，确定所述冷却预热***和所述电池预热***的工作时间t1、所述燃油预热***的工作时间t2；
例如：当-40℃≤T2<-35℃时，t1＝25min，t2＝10min；
当-35℃≤T2<-25℃时，t1＝21min，t2＝9min；
当-25℃≤T2<-20℃时，t1＝18min，t2＝6min；
当-20℃≤T2<-10℃时，t1＝15min，t2＝4min；
步骤S3、对所述冷却预热***、所述电池预热***和所述燃油预热***通电，根据步骤S2中确定的各预热***的工作时间分别对发动机的冷却水、蓄电池和燃油进行初级预热；
一般地，t1>t2，通常先将冷却预热***和电池预热***通电(t1-t2)时间后，再对燃油预热***通电t2时间，直至同时预热完毕；
步骤S4、启动发动机，并且，
若发动机正常运转，则执行步骤S5；
若启动不成功，则返回步骤S2；
步骤S5、实时采集发动机运转过程中的冷却水温度、蓄电池温度和燃油温度，根据预设的温度阈值判断是否进行次级预热，并控制待进行次级预热的预热***继续通电工作。
具体地，该冷却水温度为发动机中的冷却水水温，燃油温度为进油管内的燃油温度。
进一步地，所述根据预设的温度阈值判断是否进行次级预热，并控制待进行次级预热的预热***继续通电工作，具体包括：
步骤S51、比较燃油温度与预设的燃油温度阈值，
当燃油温度不小于燃油温度阈值时，控制所述燃油预热***断电，同时调整其工作状态为预热结束状态；
当燃油温度小于燃油温度阈值时，控制所述燃油预热***继续通电工作，同时调整其工作状态为预热进行状态，直至燃油温度达到所述燃油温度阈值；
具体地，根据GB19147-2016车用柴油标准，车用柴油按凝点分为六个牌号：5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号，柴油适用的环境温度一般高于柴油凝点4-6℃，如-20号车用柴油适用于风险率为10％的最低气温在-14℃以上的地区适用。因此，本发明中所述的燃油温度阈值＝所用牌号柴油的凝点+(4-6℃)；
步骤S52、比较蓄电池温度与预设的蓄电池温度阈值，示例性的，蓄电池温度阈值不小于0℃；
当蓄电池温度不小于蓄电池温度阈值时，控制所述电池预热***断电，同时调整其工作状态为预热结束状态；
当蓄电池温度小于电池温度阈值时，控制所述电池预热***继续通电工作，同时调整其工作状态为预热进行状态，直至蓄电池温度达到所述蓄电池温度阈值。
为保证车辆暖风效果，还包括：
步骤S53、比较发动机中的冷却水温度与预设的冷却水温度阈值，冷却水温度阈值为80℃～85℃；
当发动机中的冷却水温度不小于冷却水温度阈值时，控制所述冷却预热***断电，同时调整其工作状态为预热结束状态；
当发动机中的冷却水温度小于冷却水温度阈值时，控制所述冷却预热***继续通电工作，同时调整其工作状态为预热进行状态，直至发动机中的冷却水温度达到所述冷却水温度阈值。
上述技术方案与现有技术相比，具有以下优点：
(1)由电气控制器自动控制燃油预热***、冷却预热***和电池预热***的工作时间，分别对发动机的燃油、冷却水和蓄电池进行预热，预热操作的自动化程度高，方便快捷且便于控制；
(2)在发动机运转过程中，还能通过燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度调节各预热***的工作状态，确保发动机在更适宜的温度条件下工作，提升发动机可靠性；
(3)利用本***辅助发动机冷启动时，发动机的柴油牌号的选择范围更大，从而降低了用户使用成本。
结合图1和图4，本发明中通过一个具体的实施例描述动机冷启动预热及控制***的工作流程：
第1步，利用车钥匙旋转上电；
第2步，一键打开冷启动预热开关(件23)；
第3步，主控制器(件21)利用CAN总线(件22)从发动机传感器上读取环境温度T1，并比较环境温度T1与冷启动环境温度T0(一般为-15℃)；
当T1≤T0且发动机未启动时，执行第4步；
当T1>T0且发动机未启动时，执行第6步；
当发动机启动并处于运转状态时执行第8步；
第4步，主控制器(件21)从CAN总线(件22)上读取发动机中的冷却水水温T2，并根据预先保存的冷却水水温与冷启动时间的对应关系确定需要冷却预热***和蓄电池预热***的工作时间t1、燃油预热***的工作时间t2；
t1、t2一般通过多次实验获得，示例性的，当-40℃≤T2<-35℃时，t1＝25min，t2＝10min；
第5步，主控制器(件21)立即给液体加热器(件13)和气体加热器(件17)通电，同时，冷却预热***指示灯和电池预热***指示灯显示为黄色；
当液体加热器(件13)和气体加热器(件17)通电工作(t1-t2)时间后，同时给燃油传感器(件3)、第一油管加热器(件5)、燃油滤清器(件8)和第二油管加热器(件9)通电，燃油预热***指示灯显示为黄色；
第6步，液体加热器(件13)和气体加热器(件17)通电t1时间，且燃油传感器(件3)、第一油管加热器(件5)、燃油滤清器(件8)和第二油管加热器(件9)通电t2时间后，三个指示灯同时变绿色；
示例性的，当-40℃≤T2<-35℃时，先对液体加热器(件13)和气体加热器(件17)通电，冷却预热***和电池预热***开始工作，其指示灯均变为黄色，15min后给燃油传感器(件3)、第一油管加热器(件5)、燃油滤清器(件8)和第二油管加热器(件9)通电，让燃油预热***开始工作，燃油预热***指示灯变为黄色，25min后(冷却预热***、电池预热***和燃油预热***同时工作10分钟)，三个指示灯变绿；
第7步，启动发动机；
若发动机正常运转，则执行第8步；
若发动机启动不成功，则关闭冷启动预热开关(件23)，返回执行第2步；
第8步，主控制器(件21)采集电池预热***、燃油预热***和冷却预热***的各温度传感信号，并判断是否进行次级预热，包括：
(1)通过气体加热器(件17)的回气端传感器采集气体温度A17，并将其作为蓄电池温度，将气体温度A17与预设的蓄电池温度阈值T17(一般为0℃)比较；
当A17≥T17时，气体加热器(件17)断电，电池预热***的指示灯为绿色；
当A17<T17时，主控制器(件21)控制气体加热器(件17)继续通电工作，同时电池预热***的指示灯变为黄色，气体加热器(件17)持续通电到电池预热***的指示灯变为绿色；
(2)读取第一油管加热器(件5)的传感器温度值A5，并将其与预设的燃油温度阈值T7(一般为高于所用牌号柴油的凝点4-6℃)比较；
当A5≥T7时，第一油管加热器(件5)断电；
当A5<T7时，主控制器(件21)控制第一油管加热器(件5)继续通电工作，同时燃油预热***的指示灯变为黄色；
(3)读取油温传感器(件7)的传感温度值A7，并将其与预设的燃油温度阈值T7比较；
当A7≥T7时，燃油传感器(件3)断电；
当A7<T7时，主控制器(件21)控制燃油传感器(件3)继续通电工作，同时燃油预热***的指示灯变为黄色；
(4)读取燃油滤清器(件8)的传感器温度值A8，并将其与预设的燃油温度阈值T7比较；
当A7≥T7时，燃油滤清器(件8)断电；
当A7<T7时，主控制器(件21)控制燃油滤清器(件8)继续通电工作，同时燃油预热***的指示灯变为黄色；
(5)读取第二油管加热器(件9)的传感器温度值A9，并将其与预设的燃油温度阈值T7比较；
当A9≥T7时，第二油管加热器(件9)断电；
当A9<T7时，主控制器(件21)控制第二油管加热器(件9)继续通电工作，同时燃油预热***的指示灯变为黄色；
(6)读取发动机的冷却水水温T2，并将其与预设的冷却水温度阈值T13(为保证暖风效果，一般为80℃～85℃)比较；
当T2≥T13时，液体加热器(件13)断电，冷却预热***的指示灯为绿色；
当T2<T13时，主控制器(件21)控制液体加热器(件13)继续通电工作，同时冷却预热***的指示灯变为黄色，液体加热器(件13)持续通电到冷却预热***的指示灯变为绿色。
需要说明的是，在(2)-(5)中，第一油管加热器(件5)、油温传感器(件7)、燃油滤清器(件8)和第二油管加热器(件9)共用燃油预热***指示灯，四个元件只要有一个通电工作，燃油预热***指示灯都显示黄色，均断电时显示为绿色。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机冷启动预热控制***，其特征在于，包括发动机预热***、电池预热***和电气控制***；
所述发动机预热***包括用于对进入发动机的燃油进行预热的燃油预热***和用于对发动机内的冷却水进行预热的冷却预热***；
所述电气控制***分别与所述燃油预热***、所述冷却预热***和所述电池预热***电连接，用于根据环境温度和发动机启动条件确定所述燃油预热***、所述冷却预热***和所述电池预热***各自的工作时间，并在发动机启动前根据各预热***的工作时间分别对发动机的燃油、冷却水和蓄电池进行初级预热，以及，根据发动机运转过程中的燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度判断是否进行次级预热，通过控制对应的预热***进行次级预热工作，直至燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度满足发动机正常运转要求，其中，所述发动机启动条件包括预存的冷却水初始水温与冷启动预热时间的对应关系。
2.根据权利要求1所述的发动机冷启动预热控制***，其特征在于，所述燃油预热***包括带加热功能且通过油管依次连通的燃油传感器、第一油管加热器、燃油滤清器和第二油管加热器；
其中，所述燃油传感器安装于油箱的出油口，所述燃油传感器内置有PTC发热体，通电时用于对吸出油箱的燃油进行加热；
油管加热器包括电热线和温控元件，其中，所述第一油管加热器通过第一预热油管与所述燃油滤清器连通，所述第一油管加热器的电热线***所述第一预热油管，通电时利用其电热线对所述第一预热油管中的燃油进行加热，并利用其温控元件实时采集所述第一预热油管中的燃油温度；
所述燃油滤清器内置有PTC发热体和温度传感器，通电时用于对流经所述燃油滤清器的燃油进行加热，并采集所述燃油滤清器中的燃油温度；
所述第二油管加热器通过第二预热油管与发动机连通，所述第二油管加热器的电热线***所述第二预热油管，通电时利用其电热线对所述第二预热油管中的燃油进行加热，并利用其温控元件实时采集所述第二预热油管中的燃油温度。
3.根据权利要求2所述的发动机冷启动预热控制***，其特征在于，所述燃油滤清器的进油端还设置有油温传感器，所述油温传感器与所述第一预热油管平行安装于所述燃油滤清器的同一侧面上，所述油温传感器用于在发动机启动后采集流动燃油的温度。
4.根据权利要求3所述的发动机冷启动预热控制***，其特征在于，所述冷却预热***用于对发动机中的冷却水循环加热，包括：
液体加热器，通过带电预热功能的油管与油箱的出油口连通，所述液体加热器通电时利用燃油泵吸入燃油并燃烧燃油来加热内部的冷却液，还通过水泵控制冷却液的流向；
出水管，一端与所述液体加热器的出水口连接，另一端与发动机的进水口连接，用于将经过液体加热器加热后的冷却液导入发动机，与发动机中的冷却水进行热交换；
回水管，一端与所述发动机的出水口连接，另一端与所述液体加热器的回水口连接，用于将进行热交换后的冷却液送回所述液体加热器中循环使用。
5.根据权利要求4所述的发动机冷启动预热控制***，其特征在于，所述电池预热***用于对蓄电池模块进行循环加热，包括：
气体加热器，通过带电预热功能的油管与油箱的出油口连通，所述气体加热器通电时利用燃油泵吸入燃油并燃烧燃油来加热内部的气体，还通过气压泵控制气体的流向；
出气管，一端与所述气体加热器的出气口连接，另一端与蓄电池模块的进气口连接，用于将经过气体加热器加热后的气体导入蓄电池模块，与蓄电池模块进行热交换；
回气管，一端与所述蓄电池模块的出气口连接，另一端与所述气体加热器的回气口连接，用于将进行热交换后的气体送回所述气体加热器中循环使用。
6.根据权利要求5所述的发动机冷启动预热控制***，其特征在于，所述电气控制***包括：
主控制器，通过CAN总线与发动机电子控制单元ECU连接，用于采集环境温度和发动机温度，所述主控制器还分别与所述燃油传感器、所述第一油管加热器、所述燃油滤清器、所述第二油管加热器、所述油温传感器、所述液体加热器和所述气体加热器电连接，在蓄电池模块的供电作用下，所述主控制器实时采集来自上述元件的温度传感信号，并根据环境温度、发动机温度以及预存的发动机启动/运转相关信息控制上述元件的通电和断电；
显示器，与所述主控制器连接，用于显示所述燃油预热***、所述冷却预热***和所述电池预热***的工作状态，包括：以所述燃油传感器、所述第一油管加热器、所述燃油滤清器和所述第二油管加热器的通电状态为输入，输出所述燃油预热***的工作状态信号；根据所述液体加热器的通电状态输出所述冷却预热***的工作状态信号；根据所述气体加热器的通电状态输出所述电池预热***的工作状态信号；以及，
冷启动预热开关，与所述主控制器连接，用于一键开启/关闭发动机冷启动功能。
7.根据权利要求6所述的发动机冷启动预热控制***，其特征在于，所述主控制器实时采集来自上述元件的温度传感信号，并根据环境温度、发动机温度以及预存的发动机启动/运转相关信息控制上述元件的通电和断电，具体包括：
初级预热阶段，根据环境温度、发动机温度以及预存的发动机温度与冷启动预热时间的对应关系，确定所述冷却预热***、所述电池预热***和所述燃油预热***各自的工作时间，并根据所述冷却预热***的工作时间对所述液体加热器通电，根据所述电池预热***的工作时间对所述气体加热器通电，根据所述燃油预热***的工作时间同时对所述燃油传感器、所述第一油管加热器、所述燃油滤清器和所述第二油管加热器通电，实现对发动机的燃油、冷却水和蓄电池的初级预热；
次级预热阶段，采集发动机运转过程中的冷却水温度、燃油温度和蓄电池温度，并根据预设的冷却水温度阈值判断所述冷却预热***是否继续通电工作，根据预设的燃油温度阈值判断所述燃油预热***是否继续通电工作，根据预设的蓄电池温度阈值判断所述电池预热***是否继续通电工作，通过控制对应的预热***进行次级预热工作，使得冷却水温度、燃油温度和蓄电池温度不小于各自的阈值。
8.一种发动机冷启动预热控制方法，应用于上述权利要求1至7任意一项所述的***中，其特征在于，包括：
根据环境温度和发动机启动条件确定发动机的燃油预热***、冷却预热***和电池预热***各自的工作时间，并根据各预热***的工作时间分别对发动机的燃油、冷却水和蓄电池进行初级预热；
启动发动机，在发动机运转过程中根据实时采集的燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度判断是否进行次级预热，通过控制对应的预热***进行次级预热工作，直至燃油温度、冷却水温度和蓄电池温度满足发动机正常运转要求，其中，所述发动机启动条件包括预存的冷却水初始水温与冷启动预热时间的对应关系。
9.根据权利要求8所述的发动机冷启动预热控制方法，其特征在于，所述发动机冷启动预热控制方法具体包括：
步骤S1、在发动机未启动前，获取环境温度T1，并且，
当环境温度T1≤冷启动环境温度T0时，执行步骤S2；
当环境温度T1>冷启动环境温度T0时，执行步骤S4；
步骤S2、获取发动机内的冷却水初始水温T2，根据所述预存的冷却水初始水温与冷启动预热时间的对应关系，确定所述冷却预热***和所述电池预热***的工作时间t1、所述燃油预热***的工作时间t2；
步骤S3、对所述冷却预热***、所述电池预热***和所述燃油预热***通电，并根据步骤S2中确定的各预热***的工作时间分别对发动机的冷却水、蓄电池和燃油进行初级预热，初级预热结束后对各预热***断电；
步骤S4、启动发动机，并且，
若发动机正常运转，则执行步骤S5；
若启动不成功，则返回执行步骤S2；
步骤S5、实时采集发动机运转过程中的冷却水温度、燃油温度和蓄电池温度，根据预设的各温度阈值判断是否进行次级预热，并控制待进行次级预热的预热***继续通电工作。
10.根据权利要求8所述的发动机冷启动预热控制方法，其特征在于，所述根据预设的各温度阈值判断是否进行次级预热，并控制待进行次级预热的预热***继续通电工作，具体包括：
步骤S51、比较燃油温度与预设的燃油温度阈值，
当燃油温度不小于燃油温度阈值时，控制所述燃油预热***断电，同时调整其工作状态为预热结束状态；
当燃油温度小于燃油温度阈值时，控制所述燃油预热***继续通电工作，同时调整其工作状态为预热进行状态，直至燃油温度达到所述燃油温度阈值；
步骤S52、比较蓄电池温度与预设的蓄电池温度阈值，
当蓄电池温度不小于蓄电池温度阈值时，控制所述电池预热***断电，同时调整其工作状态为预热结束状态；
当蓄电池温度小于电池温度阈值时，控制所述电池预热***继续通电工作，同时调整其工作状态为预热进行状态，直至蓄电池温度达到所述蓄电池温度阈值；
步骤S53、比较发动机中的冷却水温度与预设的冷却水温度阈值，
当发动机中的冷却水温度不小于冷却水温度阈值时，控制所述冷却预热***断电，同时调整其工作状态为预热结束状态；
当发动机中的冷却水温度小于冷却水温度阈值时，控制所述冷却预热***继续通电工作，同时调整其工作状态为预热进行状态，直至发动机中的冷却水温度达到所述冷却水温度阈值。
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GR01 Patent grant
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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210122

Assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co.,Ltd.

Assignor: ZOOMLION HEAVY INDUSTRY SCIENCE&TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980044881

Denomination of invention: Engine cold start preheating control system and method

Granted publication date: 20220412

License type: Common License

Record date: 20231030

Application publication date: 20210122

Assignee: Hunan ZOOMLION Crawler Crane Co.,Ltd.

Assignor: ZOOMLION HEAVY INDUSTRY SCIENCE&TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980044887

Denomination of invention: Engine cold start preheating control system and method

Granted publication date: 20220412

License type: Common License

Record date: 20231030

Application publication date: 20210122

Assignee: Hunan Zoomlion engineering hoisting equipment Co.,Ltd.

Assignor: ZOOMLION HEAVY INDUSTRY SCIENCE&TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980044882

Denomination of invention: Engine cold start preheating control system and method

Granted publication date: 20220412

License type: Common License

Record date: 20231030

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