CN104863692B - 一种发动机的制冷片传热系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机的制冷片传热系统及控制方法，传热装置包括热电制冷片、转动轴、同心齿轮和传动齿条：热电制冷片，其冷面能够冷却发动机、其热面能够加热发动机，汽缸前后壁分别连接1列热电制冷片；转动轴，其与热电制冷片的侧面固定连接，转动轴带动热电制冷片转动使其冷面、热面轮流与发动机贴合；同心齿轮，所述同心齿轮与转动轴固定连接并于转动轴同心设置；传动齿条，其与同心齿轮相啮合，由发动机的传动轴带动传动齿条左右平移，从而带动同心齿轮转动。本发明具有在能够给发动机进行供热，利于发动机在低温下启动；发动机工作时，配合发动机的冷却系统对发动机进行冷却。

Description

一种发动机的制冷片传热系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种发动机的制冷片传热系统及控制方法。更具体地说，本发明涉及发动机在低温情况下加热和高温下冷却的制冷片传热系统。

背景技术

我国东北、西北高原寒区冬季时间长，在这种低温环境下，重载车辆发动机冷启动困难或不能启动。因此启动前必须进行预加热，确保发动机具备良好的启动条件，保证发动机顺利启动，减少启动磨损，延长车辆的使用寿命。

目前寒区重载车辆上都装有加温器，用于启动前的预热加温，现有加温器燃油泵、风泵和水泵由同一个电机经联动装置拖动，雾化和工作介质热交换条件固定，加温器以固定的空燃比和热交换速率工作，当环境温度、气压变化时，加温加热效率降低，难于满足寒区典型环境加温需求。其次在控制上，目前加温器的加温过程不可控，加温模式固定，不能根据车辆所处温度环境和海拔气压环境变化调节加温器的工作模式，自动调节加温器的喷油燃烧和热交换速率。

热点制冷片是一个热传递的工具，由一块N型半导体材料和一块P型半导体材料及其中间的绝缘层组成，N型半导体材料为冷面，P型半导体材料为热面，其联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。

因此，针对目前加温器存在的问题，需要提供一种更智能、高效的加温器，以提高发动机的启动条件。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种发动机制冷片传热系统，在低温下给发动机供热，并在发动机正常工作时进行降温散热。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种发动机的制冷片传热系统，其特征在于，包括：

传热装置，其包括热电制冷片、转动轴、同心齿轮和传动齿条；

所述热电制冷片，由冷面、热面及绝缘层组成，其冷面能够冷却发动机、其热面能够加热发动机，所述发动机两侧分别连接1列热电制冷片；

所述转动轴，其与热电制冷片的侧面固定连接，转动轴带动热电制冷片转动使其冷面、热面选择性的与发动机贴合；

所述同心齿轮，所述同心齿轮与与转动轴固定连接并于转动轴同心设置；

所述传动齿条，其与同心齿轮相啮合，由发动机的传动轴带动传动齿条左右平移，从而带动同心齿轮转动；

温度探测器，其包括第一温度探测器和第二温度探测器，所述第一温度探测器设置在发动机气缸上检测每个气缸的温度；所述第二温度探测器分别与热电制冷片冷、热面连接以检测热电制冷片的冷、热面温度；

控制器，其与所述发动机温度探测器和传热装置连接，所述控制器根据温度探测器输出的温度控制的传热装置的开启、热电制冷片的通电电流的大小。

优选的是，其中，所述传热装置包含6-10列热电制冷片，每列由18-22个热电制冷片相互串联组成。

优选的是，其中，所述传热装置的热电制冷片与电源相连，通电后产生热量迁移从而形成冷面和热面。

优选的是，其中，所述热电制冷片热面与发动机散热片连接，利用散热片进行散热。

优选的是，其中，所述传热装置对称贴附在发动机前后壁。

本发明的目的还可以进一步由发动机制冷片传热系统的控制方法来实现，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：发动机第一温度探测器测量发动机气缸的表面温度T_g，第二温度探测器测量热电制冷片热端的m列温度值T_s1、T_s2、……、T_sm和热电制冷片冷端的m列温度值T_y1、T_y2、……、T_ym；

步骤二：当T_g≤5时，控制器控制传热装置转动，热电制冷片的热端连接汽缸；控制器同时控制热电制冷片的电流I，使其满足：

其中，m为热电制冷片的列数，T_s1、T_s2、……、T_sm分别为热电制冷片热端的m列温度，单位为℃；T_g为发动机气缸的表面温度，单位为℃；R为热电制冷片的电阻，n为每列的热电制冷片的个数，A为第一电流控制系数；

步骤三：当T_g≥30时,控制器控制传热装置转动，热电制冷片的冷端连接汽缸；控制器同时控制传热装置与散热片连接，控制器控制热电制冷片的电流I，使其满足：

其中，m为热电制冷片的列数，T_y1、T_y2、……、T_ym分别为热电制冷片冷端的m列温度，单位为℃；T_g为发动机气缸的表面温度，单位为℃；R为热电制冷片的电阻，单位为欧；n为每列的热电制冷片的个数，B为第二电流控制系数；

步骤四：当5＜T_g＜30时,控制器控制热电制冷片的电流I＝0。

优选的是，其中，所述步骤2中的第一电流控制系数A为：

其中，m为热电制冷片的列数，n为每列中热电制冷片的个数，20，a₀为温差电动势率，T_g为探测的汽缸温度，为T_s1、T_s2、……、T_sm的平均温度。

优选的是，其中，所述步骤3中的第二电流控制系数B为：

其中，m为热电制冷片的列数，n为每列中热电制冷片的个数，20，b₀为温差电动势率，T_g为探测的汽缸温度，为T_y1、T_y2、……、T_ym的平均温度。

本发明至少包括以下有益效果：1、在低温下，发动机的传热系统能够给发动机进行供热，利于发动机在低温下启动；2、发动机正常工作时，配合发动机的冷却系统对发动机进行冷却；3、发动机的传热系统的控制方法，可对发动。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的发动机制冷片传热系统的结构示意图。

图2为本发明的发动机制冷片传热系统与发动机连接的结构示意图。

图3为本发明的发动机制冷片传热系统的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种实现形式，其中包括：

传热装置100包括传动齿轮101、同心齿轮102，转动轴103和热点制冷片104。

热电制冷片104为薄型双面半导体材质的热传递工具，由一块N型半导体材料和一块P型半导体材料及其中间的绝缘层组成，N型半导体材料为冷面，P型半导体材料为热面，绝缘层物为陶瓷片，当有电流通过时，两面之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热面；18-22个热电制冷片互相串联构成一列，每列热电制冷片104的长度优选为与汽缸的长度相同，每列热电制冷片104的宽度为气缸宽度的一半。

转动轴103为金属材质圆柱体，长度大于热电制冷片104长度，其上端高于热点制冷片104上表面；所述转动轴103用固定件与热电制冷片104的侧面固定连接。

同心齿轮102与转动轴103同心设置，其内圆表面与转动轴103上端固定连接。

传动齿条101为长型单边齿条，其长度大于发动机汽缸的宽度；所述同心齿轮102与传动齿条101相啮合。

如图2所示，发动机200的传动轴带动传动齿条101的水平位移，从而带动与传动齿条101相啮合的同心齿轮102转动，进而带动转动轴103转动，当控制器判断T_g≤5时，热电制冷片104通过转动其热面与发动机200的外壁连接，其热面的温度可高达40-100摄氏度，可在寒冷环境下给发动机提供热量易于发动机的启动；当控制器判断T_g≥30，发动机已正常启动，热电制冷片104通过转动其冷面与发动机200的外壁连接，其冷面的温度可达到零下30度，冷面通过与发动机连接对发动机进行冷却，同时其热面与散热片连接来降温以维持冷面的低温。

以下控制步骤以每列制冷片由20个相互串联的制冷片组成，且包含8列热点制冷片的传热装置为例进行说明。

如图3所示，本发明所述发动机电加热系统的控制方法包括如下步骤：

步骤一：发动机第一温度探测器测量发动机气缸的表面温度T_g，第二温度探测器测量热电制冷片热端的8列温度值T_s1、T_s2、……、T_s8和热电制冷片冷端的m列温度值T_y1、T_y2、……、T_y8；

步骤二：当T_g≤5℃时，控制器控制传动齿条101带动同心齿轮102转动，热电制冷片101的热面与发动机200连接；控制器同时控制热电制冷片101的通电电流I，通电电流I随着热电制冷片热面与发动机的温度差T_S-T_g增大而增大，但增大趋势逐渐减缓；通电电流I受热电制冷片自身电阻的消耗，与电流成反比，第一温差电动势率A影响电流的大小使其满足：

其中，m为热电制冷片的列数，T_s1、T_s2、……、T_sm分别为热电制冷片热端的m列温度，单位为℃；T_g为发动机气缸的表面温度，单位为℃；R为热电制冷片的电阻，单位为欧；n为每列的热电制冷片的个数，A为第一电流控制系数；

其中第一电流控制系数A为温差对电流的影响因子：

其中，m为热电制冷片的列数，n为每列中热电制冷片的个数，a₀为温差电动势率，通常取a₀＝17.85μV/℃；T_g为探测的汽缸温度，为T_s1、T_s2、……、T_sm的平均温度。

步骤三：当T_g≥30℃时,控制器控制传动齿条带动同心齿轮转动，发动机200与热电制冷片101的冷面连接；控制器控制热电制冷片101的热面与散热片101连接，同时控制器控制热电制冷片101的通电电流I，通电电流I随着发动机与热电制冷片冷面的温度差T_g-T_y增大而增大，但增大趋势逐渐减缓；通电电流I受热电制冷片自身电阻的消耗，与电流成反比，第二电流控制系数B影响电流的大小使其满足：

其中，m为热电制冷片的列数，T_y1、T_y2、……、T_ym分别为热电制冷片冷端的m列温度，单位为℃；T_g为发动机气缸的表面温度，单位为℃；R为热电制冷片的电阻，单位为欧；n为每列的热电制冷片的个数，B为第二电流控制系数；

其中，步骤3中的第二电流控制系数B为：

其中，m为热电制冷片的列数，n为每列中热电制冷片的个数，20，b₀为温差电动势率，通常取b₀＝27.5μV/℃，T_g为探测的汽缸温度，为T_y1、T_y2、……、T_ym的平均温度。

步骤四：当5＜T_g＜30时,控制器控制热电制冷片不工作，其通电电流I＝0。

如上所述，根据本发明，本发明至少包括以下有益效果：1、在低温下，发动机的传热系统能够给发动机进行供热，利于发动机在低温下启动；2、发动机正常工作时，配合发动机的冷却系统对发动机进行冷却；3、发动机的传热系统的控制方法，可通过控制通电电流的大小控制热电制冷片的冷热面的温度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种发动机制冷片传热系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：发动机第一温度探测器测量发动机气缸的表面温度T_g，第二温度探测器测量热电制冷片热端的m列温度值T_s1、T_s2、……、T_sm和热电制冷片冷端的m列温度值T_y1、T_y2、……、T_ym；

步骤二：当T_g≤5时，控制器控制传热装置转动，热电制冷片的热端连接汽缸；控制器同时控制热电制冷片的电流I，使其满足：

$I=\frac{A}{m}ln\[\frac{(T_{S1}-T_g)(T_{S2}-T_g)...(T_{Sm}-T_g)}{R\×n}+1\]$

其中，m为热电制冷片的列数，T_s1、T_s2、……、T_sm分别为热电制冷片热端的m列温度，单位为℃；T_g为发动机气缸的表面温度，单位为℃；R为热电制冷片的电阻，单位为欧；n为每列的热电制冷片的个数，A为第一电流控制系数；

步骤三：当T_g≥30时,控制器控制传热装置转动，热电制冷片的冷端连接汽缸；控制器同时控制传热装置与散热片连接，控制器控制热电制冷片的电流I，使其满足：

$I=\frac{B}{m}ln\[\frac{(T_g-T_{y1})(T_g-T_{y2})...(T_g-T_{ym})}{R\×n}+1\]$

其中，m为热电制冷片的列数，T_y1、T_y2、……、T_ym分别为热电制冷片冷端的m列温度，单位为℃；T_g为发动机气缸的表面温度，单位为℃；R为热电制冷片的电阻，单位为欧；n为每列的热电制冷片的个数，B为第二电流控制系数；

步骤四：当5＜T_g＜30时,控制器控制热电制冷片的电流I＝0。

2.如权利要求1所述的发动机制冷片传热系统的控制方法，其特征在于，步骤2中的第一电流控制系数A为：

$A={({\stackrel{\‾}{T}}_S-T_g)}^{m{\left({\mathrm{na}}_0\right)}^{-1}}$

其中，m为热电制冷片的列数，n为每列中热电制冷片的个数，a₀为温差电动势率；T_g为汽缸温度，℃，为T_s1、T_s2、……、T_sm的平均温度。

3.如权利要求1所述的发动机制冷片传热系统的控制方法，其特征在于，步骤3中的第二电流控制系数B为：

$B={(T_g-{\stackrel{\‾}{T}}_y)}^{m{\left({\mathrm{nb}}_0\right)}^{-1}}$

其中，m为热电制冷片的列数，n为每列中热电制冷片的个数，b₀为温差电动势率，T_g为探测的汽缸温度，为T_y1、T_y2、……、T_ym的平均温度。