环保节能型汽车发动机暖机装置的设计

刘江南

摘 要：利用蓄电池或发电机的部分电能转换成热能给发动机冷却液进行加热，可以减少发动机暖机时间，提高发动机的经济性，延长发动机机械系统的使用寿命。加快发动机的暖机过程，提高发动机的工作效率，有利于降低起动阶段的发动机污染物，起到了节能减排效果，特别是为汽车发动机在冬天快速暖机提供了新的思路。

关键词：暖机过程；辅助装置；节能环保

中图分类号：U464.142 文献标识码：A

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。暖机时间的长短跟环境温度有很大的关系，因为发动机温度较低时，进气和燃烧系统的表面温度不足，则混合气的形成不够均匀，导致燃烧也不充分，油耗就会增加。在这种情况下，如果给汽车发动机加装一个电控暖机辅助装置，可以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。

一、暖机辅助装置的设计

汽车发动机润滑系统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，流通性会变差，机油在润滑系统中的循环速度变慢之后，将会导致机械部件的摩擦阻力增加，发动机负荷就会增加。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有很大的影响。又因为，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PH2.5的排放，对环境造成很大的污染。为了改变这一工作现象，经过多次实验验证，提出了一种发动机电控暖机辅助装置的设计思路，如图1所示。

图1所示的汽车发动机电控暖机辅助装置是由热水管、转换接头、电加热器、以及自动控制电路组成。考虑到散热、阻力和发动机可靠性等因素，将暖机辅助装置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转换接头，以便与冷却液循环管连接；电加热器是固定在暖机辅助装置的内侧，它的电流是由控制电路提供。

暖机辅助装置安装在汽车发动机冷却系的小循环水管上。安装时，先将水套内的冷却液排完，根据暖机辅助装置的大小在冷却液小循环管道上截开合适的长度，在转换接头处打上密封胶，按照管道原来的走向进行妥善地连接，安装好了以后，检查密封是否良好，再加装卡箍或其他锁紧装置进行稳固，最后，按照要求给发动机水套注入冷却液，检验其承受的工作压力是否符合要求。发动机暖机辅助装置的安装示意图如图2所示。

二、电控暖机辅助装置控制电路的设计

汽车发动机电控暖机辅助装置的控制电路是由电加热器、继电器、控制器、温控开关、保险丝和电源组成，暖机辅助装置的控制电路如图3所示。

考虑到发动机排气温升的影响，在图3所示电控暖机辅助装置控制电路中，将电热器的功率设计为10KW和2KW两档，根据发动机不同的起动方式自动切换加热档位。电加热器连接在继电器的动触点上，继电器线圈的电流是由控制器进行控制，控制器的动作信号取自于温控开关、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500C时，控制器使继电器的线圈带电，动触点闭合，加热器全部投入，加热器用10KW的功率给冷却液加热；当发动机温度上升至800C但没有起动发动机时，控制器使加热器部分投入，加热器只用2KW的功率给发动机冷却液进行辅助加热，使冷却液保持在800C左右。当温度达到800C或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。

发动机电控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。

三、发动机暖机辅助装置的调试

汽车发动机电控暖机辅助装置的加热方式分为预热和辅热两种。当发动机进行冷启动时，蓄电池通过控制电路对电加热器通电，暖机辅助装置开始对管内冷却液进行加热，在这种加热方式称为预热，加热器的功率为10kw，当冷却液温度达到800C时，温控开关自动断开，电加热器停止工作；当发动机进入起动准备时，电加热器的功率为2KW，对冷却水进行辅助加热，使冷却液温度保持在800C左右。

通常情况下，发动机冷起动的暖机时间（即：冷却液温度升高到正常值）需要1000S，如果将电加热器的功率设计的越高，其预热时间越短。但在实际中，不能设计的太高，那样会造成局部温差太大，对机械部件产生负面的影响。经过多次试验证明，将电加热器的功率设计为10KW最为适宜，其预热时间可以缩短为300S，只是原来的1/3，暖机效果非常明显。

不管是哪一种加热方式，在发动机起动后，在冷却液水泵的驱动下，高温的冷却液在水套内循环，其热量迅速传递到发动机壳体，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，进气管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、改善了混合气形成，减少启动过程中HC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，三元催化器对三种有害排放进行了高效率的转化，现实节能环保的目的。

四、结论

针对汽车发动机在外界环境温度过低时启动过程中存在严重的环境污染等问题，利用常见加热器及温度控制电路的原理，提出了一种结构简单合理、安装快捷方便的汽车发动机电控暖机辅助装置的设计思路，缩短暖机时间，达到了节能、环保的目的。

参考文献：

[1] 刘震涛，韩松，尹旭.发动机冷起动暖机过程改善措施的试验研究汽车工程[J].汽车工程，2012（7）.

[2] 李晶华，高俊华.汽油车低温冷起动和常温冷起动排放特性的对比分析[J].汽车技术，2007（4）.