環(huán)保節(jié)能型汽車發(fā)動機暖機裝置的設(shè)計

劉江南

摘 要：利用蓄電池或發(fā)電機的部分電能轉(zhuǎn)換成熱能給發(fā)動機冷卻液進(jìn)行加熱，可以減少發(fā)動機暖機時間，提高發(fā)動機的經(jīng)濟性，延長發(fā)動機機械系統(tǒng)的使用壽命。加快發(fā)動機的暖機過程，提高發(fā)動機的工作效率，有利于降低起動階段的發(fā)動機污染物，起到了節(jié)能減排效果，特別是為汽車發(fā)動機在冬天快速暖機提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：暖機過程；輔助裝置；節(jié)能環(huán)保

中圖分類號：U464.142 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

汽車發(fā)動機進(jìn)行冷啟動時，發(fā)動機冷卻液和潤滑油從較低的溫度達(dá)到正常值時的運行過程稱為發(fā)動機暖機。暖機時間的長短跟環(huán)境溫度有很大的關(guān)系，因為發(fā)動機溫度較低時，進(jìn)氣和燃燒系統(tǒng)的表面溫度不足，則混合氣的形成不夠均勻，導(dǎo)致燃燒也不充分，油耗就會增加。在這種情況下，如果給汽車發(fā)動機加裝一個電控暖機輔助裝置，可以快速提高發(fā)動機冷卻液和潤滑油的溫度，縮短暖機時間，減少有害排放。

一、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，主要與機油的溫度有關(guān)。若機油溫度過低，其粘稠度就會增大，流通性會變差，機油在潤滑系統(tǒng)中的循環(huán)速度變慢之后，將會導(dǎo)致機械部件的摩擦阻力增加，發(fā)動機負(fù)荷就會增加。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(jìn)行暖機。

汽車在暖機過程中，通常會因為發(fā)動機負(fù)荷比較大，對發(fā)動機的性能及使用壽命有很大的影響。又因為，汽油燃燒不充分，尾氣中CO和NO化合物等有害氣體的含量偏高，嚴(yán)重影響空氣的質(zhì)量，增加了PH2.5的排放，對環(huán)境造成很大的污染。為了改變這一工作現(xiàn)象，經(jīng)過多次實驗驗證，提出了一種發(fā)動機電控暖機輔助裝置的設(shè)計思路，如圖1所示。

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；電加熱器是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(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。

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是由電加熱器、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。

考慮到發(fā)動機排氣溫升的影響，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10KW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，繼電器線圈的電流是由控制器進(jìn)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500C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800C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(jìn)行輔助加熱，使冷卻液保持在800C左右。當(dāng)溫度達(dá)到800C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(jìn)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(fù)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(jìn)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(jìn)行加熱，在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800C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(jìn)入起動準(zhǔn)備時，電加熱器的功率為2KW，對冷卻水進(jìn)行輔助加熱，使冷卻液溫度保持在800C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)計的越高，其預(yù)熱時間越短。但在實際中，不能設(shè)計的太高，那樣會造成局部溫差太大，對機械部件產(chǎn)生負(fù)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(dá)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(fù)荷；另外，當(dāng)發(fā)動機的表面溫度足夠高時，進(jìn)氣管的溫度和三元催化器的入口溫度都得到了提高，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(dá)到起燃溫度，三元催化器對三種有害排放進(jìn)行了高效率的轉(zhuǎn)化，現(xiàn)實節(jié)能環(huán)保的目的。

四、結(jié)論

針對汽車發(fā)動機在外界環(huán)境溫度過低時啟動過程中存在嚴(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，提出了一種結(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，縮短暖機時間，達(dá)到了節(jié)能、環(huán)保的目的。

參考文獻(xiàn)：

[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汽車工程[J].汽車工程，2012（7）.

[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）.