CN107120222B - 一种汽车预热装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车预热装置，包括：第一电磁阀，其分别连接发动机的第一出水管、冷却水箱的出水管以及燃油加热器的第一进水管；第二电磁阀，其分别连接发动机的第二出水管、燃油加热器的出水管以及暖风装置的进水管；第三电磁阀，其分别连接暖风装置的出水管、燃油加热器的第二进水管以及油箱换热器的进水管；第四电磁阀，其设置燃油加热器的第二进水管上，并且同时通过管路与油箱换热器的出水管连接；电子控制器，其电联电磁阀；其中，冷却水箱的出水管与发动机的第一进水管相连，油箱换热器的出水管与发动机的第二进水管相连；以及电磁阀通过选择性的通电与断电对进水管以及出水管进行选择性的连通与断开。

Description

一种汽车预热装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及热管理技术领域，具体涉及一种汽车预热装置及其控制方法。

背景技术

由于冬季许多地方室外环境温度较低，使汽车在停放一段时间后难以启动。并且冷启动时，内燃机的机油受低温影响而粘稠，使待润滑的机械部件产生磨损，降低使用寿命；起动机、发电机等永磁设备受低温影响而磁导率下降，使启动力矩不足、发电量低；油箱内燃油受低温影响而雾化性能变差，使发动机燃烧效率降低，排放性能急剧下降。此外考虑到冬季人性化需求，车辆在熄火状态下需要为乘员舱内适时的提供热能以保证舒适性以及在长时间低温状态下汽车前挡风玻璃仅依靠发动机启动后的除霜较慢，高效的除霜以保证驾驶的安全性。

目前国内外已有部分的汽车驻车燃油加热器的利用，但是对于其预热的功能并不是十分全面，只是对于汽车的单一部件进行了预热，且大部分只针对发动机及暖风设备。对于车辆整体的系统化预热缺少研究，且难以形成较为精准、实时、系统的控制，对加热系统本身的能量利用率也有待提升。

发明内容

本发明设计开发了一种汽车预热装置，本发明的发明目的是将驻车燃油式加热器与原冷却循环管路进行高效的结合，并且灵活的扩展到其它受热设备上。

本发明设计开发了一种汽车预热装置的预热方法，本发明的发明目的是采用ECU对整个系统管路进行合理有效的控制管理，使车辆高效率预热、燃油高效率燃烧、能量高效率利用。

本发明提供的技术方案为：

一种汽车预热装置，包括：

第一电磁阀，其分别连接发动机的第一出水管、冷却水箱的出水管以及燃油加热器的第一进水管；

第二电磁阀，其分别连接发动机的第二出水管、燃油加热器的出水管以及暖风装置的进水管；

第三电磁阀，其分别连接暖风装置的出水管、燃油加热器的第二进水管以及油箱换热器的进水管；

第四电磁阀，其设置所述燃油加热器的第二进水管上，并且同时通过管路与所述油箱换热器的出水管连接；

电子控制器，其电联所述电磁阀，用于控制所述电磁阀选择性的通电与断电；

其中，所述冷却水箱的出水管与所述发动机的第一进水管相连，所述油箱换热器的出水管与所述发动机的第二进水管相连；以及

所述电磁阀通过选择性的通电与断电对所述进水管以及所述出水管进行选择性的连通与断开。

优选的是，还包括：

三元催化器，其同时连接所述燃油加热器和所述发动机的排气装置。

优选的是，还包括：

第一温度传感器，其设置在所述发动机和所述第一电磁阀之间；以及

第二温度传感器，其设置在油箱内部；

其中，所述电磁阀同时电联所述第一温度传感器和所述第二温度传感器。

优选的是，所述油箱换热器采用螺旋式管壳热交换器。

优选的是，所述暖风装置包括除霜装置和空调装置。

一种汽车预热装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤一、检测电量和空调温度；

步骤二、当电量值大于设定范围，空调温度值高于设定范围，燃油加热器与暖风机风扇停止工作；当电量值大于设定范围，空调温度值值低于设定范围，第一电磁阀、第四电磁阀通电，第二电磁阀、第三电磁阀断电，加热器与暖风机风扇工作形成独立的暖风加热装置；

当电量在设定范围内，循环检测电量值并等待中断响应；以及

当电量小于设定范围，停止工作。

优选的是，在所述步骤二中，所述中断响应包括：

当发动机温度与油箱温度均达到设定值，第三电磁阀、第四电磁阀断电，封闭管路，燃油加热器停止工作，第一电磁阀、第二电磁阀通电调节连通冷却水箱，燃油加热器被隔离；

当发动机温度达到设定值，油箱温度未达到设定值，第三电磁阀通电调节、第四电磁阀断电，使油箱预热管路接通，燃油加热器停止工作，第一电磁阀、第二电磁阀通电调节使发动机接入预热；

当发动机温度未达到设定值，油箱温度达到设定值，第三电磁阀断电停止对油箱预热，燃油加热器工作，第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀断电使燃油加热器预热管路接入；

当发动机温度与油箱温度均未达到设定值，第三电磁阀通电调节，燃油加热器工作，第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀断电使管路全负荷运作。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、在低温冷启动时，保证了发动机可靠、快速地启动；在发动机未启动时可使空调暖风持续作业，提高了驾驶的舒适性；快速除霜以保证车辆能迅速的进入行驶状态，提高驾驶安全性；

2、高效的利用了原车载设备，减少了加装的质量与改装的复杂性，管路的布置有效地利用到了原发动机大、小循环系统的装置，同时还保证使用的可靠性，不影响原装置的工作，并且冷却水箱可以为预热系统的冷却介质进行补液；可以根据需要进行预热系统的进一步扩展改装，具有较大的开发空间；系统所需部件结构简单，制造成本低廉；有效地降低了发动机启动时的机械部件磨损、燃油消耗率；进一步提高了排放性能、燃油效率；

3、加热器采用与原发动机暖风管路并联式的连接，方便其独立的展开工作，同时在加热器或发动机一方出现问题时，不影响对方的正常作业，提高其可靠性、实用性，并且在原暖风管路回路中接入油箱的预热管路，由二位三通的电磁阀连接，ECU通过控制电磁阀来调整预热系统的加热范围以及加热强度，在原发动机冷却系统及暖风系统基础上，利用管路的简单改造，油箱在预热时采用串联与暖风机之后的布置方式，即将油箱的预热子系统串联于暖风系统之后，并联入原暖风回路系统之中，有效地利用余热，也可以避免油箱温度过高；当油箱不需预热时，电磁阀换位使导热介质经原回路循环，实现燃油加热系统单独供暖的功能。

附图说明

图1为本发明装置及管路布置关系示意图。

图2为本发明的电子控制硬件组成图。

图3为本发明方法的控制总体流程图。

图4为本发明方法的中断程序的流程图。

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。

如图1所示，本发明是在原发动机与暖风机管路以及发动机大、小循环管路基础上，改造加装驻车燃油式加热器及附属管路而成，驻车燃油加热器通过自身的水泵将发动机的冷却循环介质引入预热器热交换器中，燃油加热器的油泵将油箱燃料供给至燃烧室内，经预热塞通电加热，配合空气供给，形成可燃雾化混合气并进行燃烧，其产生的热量由冷却循环介质传导至所需预热设备的热交换端，加热器进水管路与发动机出水管路相通，由二位三通电磁阀连接，并将节温器替代，置于冷却水箱的一侧，加热器出水管路与通向暖风机的原管路也由二位三通电磁阀连接。该电磁阀控制汽车冷却循环模式的切换以及加热强度的调整，在冷启动时，隔绝冷却水箱，使发动机的小循环或其它受热设备接入预热系统；在温度较高工况下，大循环开启，冷却水箱介入工作，加热器停止工作，因此在两种工况之间采用比例调节控制其电磁阀开合度来调节工作温度；具体而言，硬件连接及冷却介质流向依次为驻车燃油式加热器170、二位三通电磁阀112、除霜与空调的暖风设备120、二位三通电磁阀113、二位三通电磁阀114、发动机140；驻车燃油式加热器170的出水管路与发动机通向除霜与空调的暖风设备120的管路汇合，并由二位三通电磁阀112实现连接，在暖风设备120的出水管路回路中接入油箱130的预热管路，并由二位三通电磁阀113实现连接，接入的预热管路通向油箱130内的换热器，预热出水回路再接回暖风设备120出水回路中，暖风设备120与油箱130预热的共同回路连接至发动机140，暖风设备120的回水管路中由二位三通电磁阀114接出旁通支路，此支路直接返回至驻车燃油式加热器170进水管路接口，驻车燃油式加热器170的进水管路由发动机140与冷却水箱150的大循环管路中接出，并由二位三通电磁阀111在冷却水箱150与发动机140之间实现连接，驻车燃油式加热器170燃烧所产生的废气通向发动机排气系统的三元催化器160中。

在另一种实施例中，在二位三通电磁阀113、二位三通电磁阀114处接入支路，二位三通电磁阀113处支路经由油箱预热器130再返回发动机140，二位三通电磁阀114处支路直接返回加热器170回水管路；发动机140与冷却水箱150形成的单向循环管路中，由发动机140出水端接入二位三通电磁阀111，并置于冷却水箱150一侧与发动机140隔开，并将加热器170的进水管路接入，发动机140向除霜与空调的暖风设备120的原管路与加热器170呈并联布置接入二位三通电磁阀112，油箱、电瓶单独向加热器供给燃油、电量，加热器排放连入发动机排气系统，经三元催化器160排出。

以上管路布置形式，通过控制二位三通电磁阀111、112的切换与开度大小调节来改变冷却介质的循环模式，二位三通电磁阀111、112、113、114控制汽车冷却循环模式的切换以及加热强度的调整，具体包括：二位三通电磁阀111、112掉电时，发动机140与冷却水箱150的管路及原发动机供热管路封闭，而经由加热器170连通系统的预热管路，此时加热器工作预热；二位三通电磁阀111、112上电调节时，发动机140与冷却水箱150的管路连通而加热器管路封闭，发动机接入供暖加热；通过控制二位三通电磁阀113、114的切换和开度大小调节可调整加热范围，二位三通电磁阀113掉电时，油箱热交换器管路被封闭，油箱不受预热；二位三通电磁阀113上电调节时，油箱预热管路接通，油箱接受预热；二位三通电磁阀114上电调节时，加热器单独为暖风机供热；二位三通电磁阀114掉电时，暖风机与发动机共同预热。

在另一种实施例中，通过其在发动机140与二位三通电磁阀111之间的温度传感器、油箱内对油温度检测的温度传感器、将实时的温度信息传递到ECU中，经由ECU的计算，控制二位三通电磁阀112实现加热器与发动机两种供热模式供热的调节；控制二位三通电磁阀113、114实现对加热范围以及加热温度的调整；控制二位三通电磁阀111实现发动机循环模式的切换。

如图2、图3所示，由上所述电磁阀需要根据实时的系统环境反馈而切换。该控制系统硬件电路由单片机最小系统电路及扩展外接电路构成。单片机最小系统电路是控制系统的计算核心，由复位电路、时钟电路、电源电路及微处理器组成，负责信号信息的计算处理、控制信号的输出。扩展外接电路由A/D输入电路、通讯电路、各电磁阀驱动电路、加热器继电器电路、风扇暖风驱动模块组成，负责接收处理器的命令，驱动外界的温度传感器、电磁阀、暖风风扇及加热器工作。

该控制系统软件的控制流程为控制系统启动，执行主程序开始，完成初始化设定，首先检测电量值是否在允许范围内，根据电量的范围执行不同指令：一)电量大于设定范围，传感器检测空调温度，当检测值高于温度设定值，加热器与暖风机风扇停止工作，当检测值低于温度设定值，二位三通电磁阀111、114上电调节，二位三通电磁阀112、113掉电，加热器与暖风机风扇工作形成独立的暖风加热系统；二)电量在设定范围内，主程序循环检测电量值并等待中断响应；三)电量小于设定范围，此时电量接近危险值，该系统停止工作，剩余电量仅可用于发动机直接冷启动；在主程序执行过程中，可随时接收上位机信号打开中断。

中断程序开始，延时nms，再次检测空调的温度信号与设定值的关系，根据不同的温度值与设定值的关系控制暖风机风扇，通过发动机、油箱的传感器温度信号判断各管路的温度与设定的数值比较。

根据不同的判定结果分为四种情况分别对各二位三通电磁阀以及加热器进行不同的操作：一)发动机温度与油箱温度均达到设定值，二位三通电磁阀113、114掉电封闭管路，加热器停止工作，二位三通电磁阀111、112上电调节连通冷却水箱、加热器被隔离；二)发动机温度达到设定值，油箱温度未达到设定值，此时二位三通电磁阀113上电调节、二位三通电磁阀114掉电使油箱预热管路接通，加热器停止工作，二位三通电磁阀111、112上电调节使发动机接入预热；三)发动机温度未达到设定值，油箱温度达到设定值，二位三通电磁阀113掉电停止对油箱预热，加热器工作，二位三通电磁阀111、112、114掉电使加热器预热管路接入；四)发动机温度与油箱温度均未达到设定值，二位三通电磁阀113上电调节，加热器工作，二位三通电磁阀111、112、114掉电使管路全负荷运作。

上述系统管路在连接的过程中应在电磁阀与发动机之间加装温度传感器以实时监测发动机预热状态。该系统管路由冷却水箱中的膨胀水箱通过大循环回水管路进行补水、减压作业。油箱内安放螺旋式管壳热交换器，并且采用与燃油流向相反的逆流式热交换模式。驻车燃油加热器固定于发动机的出水管路附近；且在垂直方向上保持高于油箱燃油平面300mm方便排出油路的气体；还应保持低于发动机与冷却水箱的冷却介质平面。燃油加热器的排放系统应选用与发动机排气相同的材质，并将其与发动机排气在到达三元催化器前利用三通装置接入，使三元催化器能快速达到工作温度；利用螺钉与垫片实现密封；同时将排气道用卡箍固定，远离塑件等非内热部件。燃油加热器的燃油采用置于车底盘的电磁泵单独供给；位于油箱内的独立吸油管路应加装油滤装置以及温度传感器；系统的供油管路应远离热源、消声器等。驾驶舱暖风机风扇为原车辆风扇，相关的温度检测装置固定于暖风出口处。电量检测装置与汽车电池连接。由于冷却水箱在加热器介入加热工作时并不是完全的隔绝，其进水管路与发动机保持连同状态，此时冷却系中的膨胀水箱介入工作，利用系统压力的平衡对既定状态下的循环水路进行实时的补水、减压工作。

整体系统布置如上，应当注意其密封性能，通过在各连接环节加装密封圈、垫片等装置保证气密性；必要的位置采用橡胶弯头、软管等保证汽车振动、部件疲劳等因素不对系统可靠性造成影响。系统安装完毕，应多次试车，并持续一段时间以保证管路内的各部件工作正常、导热管路中气液分离。

同时，本发明在布置的过程中，在油箱之后还可加装更多的换热器，用于满足特种车辆改装需求，并且相应的传感器、控制通道也在ECU接口中预留，具体加装管路的布置方式根据需要预热设备所需热量而决定，此发明设计灵活，使更多的预热子系统具有互通性、独立性，为系统的扩展更新留有余地。

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 (2)

1.一种汽车预热装置的控制方法，其特征在于，

使用一种汽车预热装置，包括：

第一电磁阀，其分别连接发动机的第一出水管、冷却水箱的出水管以及燃油加热器的第一进水管；

第二电磁阀，其分别连接发动机的第二出水管、燃油加热器的出水管以及暖风装置的进水管；

第三电磁阀，其分别连接暖风装置的出水管、燃油加热器的第二进水管以及油箱换热器的进水管；

第四电磁阀，其设置所述燃油加热器的第二进水管上，并且同时通过管路与所述油箱换热器的出水管连接；

电子控制器，其电联所述电磁阀，用于控制所述电磁阀选择性的通电与断电；

其中，所述冷却水箱的出水管与所述发动机的第一进水管相连，所述油箱换热器的出水管与所述发动机的第二进水管相连；以及

所述电磁阀通过选择性的通电与断电对所述进水管以及所述出水管进行选择性的连通与断开；

包括如下步骤：

步骤一、检测电量和空调温度；

步骤二、当电量值大于设定范围，空调温度值高于设定范围，燃油加热器与暖风机风扇停止工作；当电量值大于设定范围，空调温度值值低于设定范围，第一电磁阀、第四电磁阀通电，第二电磁阀、第三电磁阀断电，加热器与暖风机风扇工作形成独立的暖风加热装置；

当电量在设定范围内，循环检测电量值并等待中断响应；以及

当电量小于设定范围，停止工作。

2.如权利要求1所述的汽车预热装置的控制方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述中断响应包括：

当发动机温度与油箱温度均达到设定值，第三电磁阀、第四电磁阀断电，封闭管路，燃油加热器停止工作，第一电磁阀、第二电磁阀通电调节连通冷却水箱，燃油加热器被隔离；

当发动机温度达到设定值，油箱温度未达到设定值，第三电磁阀通电调节、第四电磁阀断电，使油箱预热管路接通，燃油加热器停止工作，第一电磁阀、第二电磁阀通电调节使发动机接入预热；

当发动机温度未达到设定值，油箱温度达到设定值，第三电磁阀断电停止对油箱预热，燃油加热器工作，第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀断电使燃油加热器预热管路接入；

当发动机温度与油箱温度均未达到设定值，第三电磁阀通电调节，燃油加热器工作，第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀断电使管路全负荷运作。