CN107503872B - 一种汽车发动机并联式预热装置及其控制方法 - Google Patents

一种汽车发动机并联式预热装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽车发动机预热装置及其控制方法,特别是涉及一种汽车发动机并联式预热装置及其控制方法。它是针对低温环境条件下汽车经过较长时间的停放后发动机通常起动困难，从起动成功至冷却液温度上升到适合水平的时间段内其油耗和排放急剧恶化、磨损加剧、动力不足，以及驾驶室内的低温影响行车舒适性等问题，通过采用该装置将上次发动机工作过程中存储于绝热容器内的高温冷却液适时按需输送至发动机、暖风水箱，或者仍保留在绝热容器内部，实现低温环境条件下发动机的冷起动前预热、停车供暖、行车蓄热等工作模式，达到提高其可靠性、动力性，行车舒适性、冷起动性能，以及节能减排等目的。

Description

一种汽车发动机并联式预热装置及其控制方法
技术领域
本发明属于汽车发动机节能减排技术领域。
背景技术
冬季特别是在北方、室外环境温度低时，汽车经过一夜或较长时间的停放后通常难以起动；并且发动机起动成功至冷却液温度上升到适合水平的时间段内，其油耗和排放急剧恶化、磨损加剧、动力不足；同时，驾驶室内的低温也严重影响了行车舒适性。这是因为低温导致了气缸内可燃混合气的形成困难、不易燃烧、燃烧不完全，并且附在气缸壁上的未燃燃油沿气缸壁流入曲轴箱后与润滑油混合，降低其润滑性能；因较长时间的停放发动机各相对运转零部件接触表面上的残余润滑油压力消失、低温环境下的润滑油黏度变大，增加了接触表面上的保护油膜形成难度和发动机的运转阻力；另外，发动机起动后冷却液温度的上升速度决定了暖风水箱对驾驶室内空气的加热进程；此外，环境的低温还导致蓄电池性能下降，起动机的拖动转速降低，缸内气体因被压缩而升温的幅度降低等。所以，低温环境条件下经过较长时间停放的汽车应在行驶前进行发动机预热。
目前，国内外的发动机预热技术比较成熟，主要可以分成电加热和火焰加热两种类型。电加热，通常是在起动发动机之前，靠安装在进气管上的电加热器实现对进气的预热；或者是靠安装在气缸内部的电热塞实现对缸内气体的加热。火焰加热，通常是靠火焰喷射式加热器产生的火焰加热进气管内的空气或水套内的冷却液，实现对进气或整机的预热。而电加热的本质是电阻加热，存在浪费能源、进一步恶化蓄电池性能、以及降低起动可靠性等缺点。火焰喷射式加热器主要由燃油雾化喷嘴、炽热塞等组成，炽热塞通电升温后点燃雾化喷嘴喷出的燃油，在低温环境下形成火焰，这种预热方式存在浪费能源和污染环境等缺点。此外，上述发动机预热技术均无法解决低温环境条件下发动机冷起动后冷却液温升较慢等问题。
发明内容
本发明提供一种汽车发动机并联式预热装置及其控制方法，意在解决当前汽车发动机预热技术存在的浪费能源、污染环境、低温环境条件下发动机冷起动后冷却液温升较慢，以及可能降低冷起动可靠性等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案具体如下：
一种汽车发动机并联式预热装置，主要包括如下部件：电磁阀A1、电磁阀B2、分流器A3、分流器B4、暖风进水管5、暖风水箱6、暖风出水管7、绝热容器水温传感器8、绝热电磁阀B9、电子水泵10、绝热容器11、蓄电池12、点火开关13、绝热电磁阀A14、电加热器15、继电器16、控制器17和液晶显示屏18；电磁阀A1和电磁阀B2安装于暖风水箱6上，绝热电磁阀A14和绝热电磁阀B9安装于绝热容器11上，电加热器15安装于绝热容器11内；
其中，电磁阀A1、电磁阀B2和暖风水箱6通过水管串联连接，绝热电磁阀A14、绝热容器11、绝热电磁阀B9和电子水泵10通过水管串联连接，上述两个串联连接的组件的通过分流器A3和分流器B4并联连接后分别与暖风进水管5、暖风出水管7串联连接；控制器17分别与电磁阀A1、电磁阀B2、绝热容器水温传感器8、绝热电磁阀B9、绝热电磁阀A14、电子水泵10、蓄电池12、点火开关13、继电器16、液晶显示屏18、暖风开关，以及发动机水温、转速、进气温度传感器电气连接；电加热器15与继电器16电气连接。
本发明的具体控制过程即控制步骤如下：
步骤一，点火开关13接通为控制器17上电后发动机尚未起动，控制器17首先进行信息采集：控制器17根据发动机进气温度传感器信号是否低于发动机需要预热的门限温度值来判定外界是否为低温环境；根据发动机水温传感器信号来判定发动机自身是否处于冷态；根据绝热容器水温传感器8的信号来判定绝热容器内的冷却液是否处于冷态。
步骤二，控制器17根据步骤一所采集的进气温度、发动机水温和绝热容器水温信号来判定接下来所要进入的工作模式，具体如下：
1)当控制器17根据发动机进气温度传感器信号判定外界不是低温环境时，无论发动机和绝热容器内的冷却液是否处于冷态，控制器17都将控制本预热装置进入工作模式①；工作模式①即不需预热发动机可以直接起动。控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2、绝热电磁阀A14、绝热电磁阀B9、电子水泵10、电加热器15均处于非工作的关闭状态，并通过液晶显示屏18告知驾驶员可以直接起动发动机；暖风机则根据暖风开关的状态接通或者断开。
2)当控制器17根据发动机进气温度传感器信号判定外界是低温环境时，如果发动机内的冷却液不处于冷态，无论绝热容器内的冷却液是否处于冷态，控制器17也将控制本预热装置进入工作模式①；
3)当控制器17根据发动机进气温度传感器信号判定外界是低温环境时，如果发动机内的冷却液处于冷态，但是绝热容器内的冷却液不处于冷态，控制器17将控制本预热装置进入工作模式②；工作模式②即需要利用绝热容器的储热预热发动机后才可以起动。控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2关闭，绝热电磁阀A14、绝热电磁阀B9开启，并启动电子水泵10，使得绝热容器11内的高温冷却液进入发动机。如果在电子水泵10启动后的规定时间段内，发动机冷却液温度达不到需要预热发动机的门限温度值，则控制器17启动电加热器15，直至发动机冷却液温度达到需要预热发动机的门限温度值。当发动机水温达到需要预热发动机的门限温度值后，控制器17通过液晶显示屏18告知驾驶员可以起动发动机，并在发动机起动后冷却液温度上升到规定值时提示驾驶员可以接通暖风开关利用暖风机取暖。注意，若因电加热器15耗电导致蓄电池电压降低到规定的门限值时，控制器17将停止其工作并通知驾驶员立刻起动发动机。
4)当控制器17判定外界是低温环境时，如果发动机内的冷却液处于冷态，绝热容器内的冷却液也处于冷态，控制器17将控制本预热装置进入工作模式③。工作模式③：需要利用绝热容器电加热器预热发动机后才可以起动。控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2关闭，绝热电磁阀A14、绝热电磁阀B9开启，并启动电子水泵10和电加热器15，使得绝热容器11内的被加热的冷却液进入发动机，直至发动机冷却液温度达到需要预热发动机的门限温度值，此后，控制器17通过液晶显示屏18告知驾驶员可以起动发动机。注意，若因电加热器15耗电导致蓄电池电压降低到规定的门限值时，控制器17将停止其工作并通知驾驶员立刻起动发动机。当发动机起动后冷却液温度上升到规定值时控制器17通过液晶显示屏18提示驾驶员可以接通暖风开关利用暖风机取暖。
步骤三，如果驾驶员在规定的时间段内并未按照液晶显示屏18的提示起动发动机时，根据暖风开关接通情况判断要进入的工作模式：若暖风开关接通，则控制器17将控制本预热装置进入工作模式④；若暖风开关未接通，则进入等待模式继续等待驾驶员起动发动机；
如果驾驶员在规定的时间段内按照液晶显示屏18的提示起动发动机，并且当发动机内的冷却液温度低于绝热容器内的冷却液温度时，控制器17将控制本预热装置进入工作模式⑤。
工作模式④：停车供暖模式。控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2关闭，绝热电磁阀A14、绝热电磁阀B9、电子水泵10开启，并通过实时读取的绝热容器8水温传感器信号，决定是否开启电加热器15，并通过液晶显示屏18将工作状态告知驾驶员。注意，若因电加热器15耗电导致蓄电池电压降低到规定的门限值时，通知驾驶员起动发动机进入工作模式⑤。
工作模式⑤：行车蓄热模式。若发动机的冷却液温度高于绝热容器11内的冷却液温度，控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2、绝热电磁阀A14和绝热电磁阀B9均处于开启状态，否则使电磁阀A1、电磁阀B2处于关闭状态，并通过液晶显示屏18告知驾驶员。
本发明的有益效果:
将发动机工作状态下、本应散发至外界环境的部分高温冷却液热量收集至绝热容器，用于低温环境条件下冷起动前对发动机进行预热，或者用于停机状态下向驾驶室供暖等。由于仅在极低的外界环境温度、绝热容器内冷却液的热能过度散失、以及长时间停车供暖等极端条件下，需要启动绝热容器内的电加热器，因此与现有的电加热和火焰加热等发动机预热技术相比，本申请对于节能减排、提高发动机的冷起动性能和行车舒适性等具有显著的进步。
附图说明
图1.一种汽车发动机并联式预热装置示意图；
图2.预热装置工作模式选择逻辑流程图。
图中：1.电磁阀A，2.电磁阀B，3.分流器A，4.分流器B，5.原车的暖风进水管，6.原车的暖风水箱，7.原车的暖风出水管，8.绝热容器水温传感器，9.绝热电磁阀B，10.电子水泵，11.绝热容器，12.原车蓄电池，13.点火开关，14.绝热电磁阀A，15.电加热器，16.继电器，17.控制器，18.液晶显示屏。
具体实施方式
参阅附图1，图中的虚线表示电气连接、实线表示水管连接。
一种汽车发动机并联式预热装置，主要包括如下部件：电磁阀A1、电磁阀B2、分流器A3、分流器B4、暖风进水管5、暖风水箱6、暖风出水管7、绝热容器水温传感器8、绝热电磁阀B9、电子水泵10、绝热容器11、蓄电池12、点火开关13、绝热电磁阀A14、电加热器15、继电器16、控制器17和液晶显示屏18；电磁阀A1和电磁阀B2安装于暖风水箱6上，绝热电磁阀A14和绝热电磁阀B9安装于绝热容器11上，电加热器15安装于绝热容器11内；
其中，电磁阀A1、电磁阀B2和暖风水箱6通过水管串联连接，绝热电磁阀A14、绝热容器11、绝热电磁阀B9和电子水泵10通过水管串联连接，上述两个串联连接的组件的通过分流器A3和分流器B4并联连接后分别与暖风进水管5、暖风出水管7串联连接；控制器17分别与电磁阀A1、电磁阀B2、绝热容器水温传感器8、绝热电磁阀B9、绝热电磁阀A14、电子水泵10、蓄电池12、点火开关13、继电器16、液晶显示屏18、暖风开关，以及发动机水温、转速、进气温度传感器电气连接；电加热器15与继电器16电气连接。
控制器17接收来自发动机的水温传感器、进气温度传感器、转速传感器、暖风开关、以及点火开关13和绝热容器水温传感器8等的信号，经处理后通过输出控制电磁阀A1、电磁阀B2、绝热电磁阀A14、绝热电磁阀B9、电子水泵10、继电器16等，实现低温环境条件下的发动机冷起动前预热、停车供暖、行车蓄热等工作模式，同时将该装置的工作状态输出至液晶显示屏。
其中，暖风进水管5、暖风水箱6、暖风出水管7、蓄电池12和点火开关13均为车辆原有部件。
该装置的主要工作过程(控制方法)为：
步骤一，点火开关13接通为控制器17上电后发动机尚未起动，控制器17首先进行信息采集：控制器17根据发动机进气温度传感器信号是否低于发动机需要预热的门限温度值来判定外界是否为低温环境；根据发动机水温传感器信号来判定发动机自身是否处于冷态；根据绝热容器水温传感器8的信号来判定绝热容器内的冷却液是否处于冷态。
步骤二，控制器17根据步骤一所采集的进气温度、发动机水温和绝热容器水温信号来判定接下来所要进入的工作模式，具体如下：
1)当控制器17根据发动机进气温度传感器信号判定外界不是低温环境时，无论发动机和绝热容器内的冷却液是否处于冷态，控制器17都将控制本预热装置进入工作模式①；工作模式①即不需预热发动机可以直接起动。控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2、绝热电磁阀A14、绝热电磁阀B9、电子水泵10、电加热器15均处于非工作的关闭状态，并通过液晶显示屏18告知驾驶员可以直接起动发动机；暖风机则根据暖风开关的状态接通或者断开。
2)当控制器17根据发动机进气温度传感器信号判定外界是低温环境时，如果发动机内的冷却液不处于冷态，无论绝热容器内的冷却液是否处于冷态，控制器17也将控制本预热装置进入工作模式①；
3)当控制器17根据发动机进气温度传感器信号判定外界是低温环境时，如果发动机内的冷却液处于冷态，但是绝热容器内的冷却液不处于冷态，控制器17将控制本预热装置进入工作模式②；工作模式②：需要利用绝热容器的储热预热发动机后才可以起动。控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2关闭，绝热电磁阀A14、绝热电磁阀B9开启，并启动电子水泵10，使得绝热容器11内的高温冷却液进入发动机。如果在电子水泵10启动后的规定时间段内，发动机冷却液温度达不到需要预热发动机的门限温度值，则控制器17启动电加热器15，直至发动机冷却液温度达到需要预热发动机的门限温度值。当发动机水温达到需要预热发动机的门限温度值后，控制器17通过液晶显示屏18告知驾驶员可以起动发动机，并在发动机起动后冷却液温度上升到规定值时提示驾驶员可以接通暖风开关利用暖风机取暖。注意，若因电加热器15耗电导致蓄电池电压降低到规定的门限值时，控制器17将停止其工作并通知驾驶员立刻起动发动机。
4)当控制器17判定外界是低温环境时，如果发动机内的冷却液处于冷态，绝热容器内的冷却液也处于冷态，控制器17将控制本预热装置进入工作模式③。工作模式③：需要利用绝热容器电加热器预热发动机后才可以起动。控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2关闭，绝热电磁阀A14、绝热电磁阀B9开启，并启动电子水泵10和电加热器15，使得绝热容器11内的被加热的冷却液进入发动机，直至发动机冷却液温度达到需要预热发动机的门限温度值，此后，控制器17通过液晶显示屏18告知驾驶员可以起动发动机。注意，若因电加热器15耗电导致蓄电池电压降低到规定的门限值时，控制器17将停止其工作并通知驾驶员立刻起动发动机。当发动机起动后冷却液温度上升到规定值时控制器17通过液晶显示屏18提示驾驶员可以接通暖风开关利用暖风机取暖。
步骤三，如果驾驶员在规定的时间段内并未按照液晶显示屏18的提示起动发动机时，根据暖风开关接通情况判断要进入的工作模式：若暖风开关接通，则控制器17将控制本预热装置进入工作模式④；若暖风开关未接通，则进入等待模式继续等待驾驶员起动发动机；
如果驾驶员在规定的时间段内按照液晶显示屏18的提示起动发动机，并且当发动机内的冷却液温度低于绝热容器内的冷却液温度时，控制器17将控制本预热装置进入工作模式⑤。
工作模式④：停车供暖模式。控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2关闭，绝热电磁阀A14、绝热电磁阀B9、电子水泵10开启，并通过实时读取的绝热容器8水温传感器信号，决定是否开启电加热器15，并通过液晶显示屏18将工作状态告知驾驶员。注意，若因电加热器15耗电导致蓄电池电压降低到规定的门限值时，通知驾驶员起动发动机进入工作模式⑤。
工作模式⑤：行车蓄热模式。若发动机的冷却液温度高于绝热容器11内的冷却液温度，控制器17输出信号控制电磁阀A1、电磁阀B2、绝热电磁阀A14和绝热电磁阀B9均处于开启状态，否则使电磁阀A1、电磁阀B2处于关闭状态，并通过液晶显示屏18告知驾驶员。
判定外界环境、发动机内的冷却液、绝热容器内的冷却液是否处于冷态的温度门限值，以及判定蓄电池电压降低到极限的规定门限值，可由本领域技术人员根据实际车辆发动机需求进行调整。

Claims (1)

1.一种汽车发动机并联式预热装置的控制方法，所述汽车发动机并联式预热装置，主要包括如下部件：电磁阀A（1）、电磁阀B（2）、分流器A（3）、分流器B（4）、暖风进水管（5）、暖风水箱（6）、暖风出水管（7）、绝热容器水温传感器（8）、绝热电磁阀B（9）、电子水泵（10）、绝热容器（11）、蓄电池（12）、点火开关（13）、绝热电磁阀A（14）、电加热器（15）、继电器（16）、控制器（17）和液晶显示屏（18）；电磁阀A（1）和电磁阀B（2）安装于暖风水箱（6）上，绝热电磁阀A（14）和绝热电磁阀B（9）安装于绝热容器（11）上，电加热器（15）安装于绝热容器（11）内；
其中，电磁阀A（1）、电磁阀B（2）和暖风水箱（6）通过水管串联连接，绝热电磁阀A（14）、绝热容器（11）、绝热电磁阀B（9）和电子水泵（10）通过水管串联连接，上述两个串联连接的组件的通过分流器A（3）和分流器B（4）并联连接后分别与暖风进水管（5）、暖风出水管（7）串联连接；控制器（17）分别与电磁阀A（1）、电磁阀B（2）、绝热容器水温传感器（8）、绝热电磁阀B（9）、绝热电磁阀A（14）、电子水泵（10）、蓄电池（12）、点火开关（13）、继电器（16）、液晶显示屏（18）、暖风开关，以及发动机水温、转速、进气温度传感器电气连接；电加热器（15）与继电器（16）电气连接；
其特征在于，该控制方法的具体步骤如下：
步骤一，点火开关（13）接通为控制器（17）上电后发动机尚未起动，控制器（17）首先进行信息采集：控制器（17）根据发动机进气温度传感器信号是否低于发动机需要预热的门限温度值来判定外界是否为低温环境；根据发动机水温传感器信号来判定发动机自身是否处于冷态；根据绝热容器水温传感器（8）的信号来判定绝热容器内的冷却液是否处于冷态；
步骤二，控制器（17）根据步骤一所采集的进气温度、发动机水温和绝热容器水温信号来判定接下来所要进入的工作模式，具体如下：
1）当控制器（17）根据发动机进气温度传感器信号判定外界不是低温环境时，无论发动机和绝热容器内的冷却液是否处于冷态，控制器（17）都将控制本预热装置进入工作模式①；工作模式①即不需预热发动机可以直接起动；控制器（17）输出信号控制电磁阀A（1）、电磁阀B（2）、绝热电磁阀A（14）、绝热电磁阀B（9）、电子水泵（10）、电加热器（15）均处于非工作的关闭状态，并通过液晶显示屏（18）告知驾驶员可以直接起动发动机；暖风机则根据暖风开关的状态接通或者断开；
2）当控制器（17）根据发动机进气温度传感器信号判定外界是低温环境时，如果发动机内的冷却液不处于冷态，无论绝热容器内的冷却液是否处于冷态，控制器（17）也将控制本预热装置进入工作模式①；
3）当控制器（17）根据发动机进气温度传感器信号判定外界是低温环境时，如果发动机内的冷却液处于冷态，但是绝热容器内的冷却液不处于冷态，控制器（17）将控制本预热装置进入工作模式②；工作模式②即需要利用绝热容器的储热预热发动机后才可以起动；控制器（17）输出信号控制电磁阀A（1）、电磁阀B（2）关闭，绝热电磁阀A（14）、绝热电磁阀B（9）开启，并启动电子水泵（10），使得绝热容器（11）内的高温冷却液进入发动机；如果在电子水泵（10）启动后的规定时间段内，发动机冷却液温度达不到需要预热发动机的门限温度值，则控制器（17）启动电加热器（15），直至发动机冷却液温度达到需要预热发动机的门限温度值；当发动机水温达到需要预热发动机的门限温度值后，控制器（17）通过液晶显示屏（18）告知驾驶员可以起动发动机，并在发动机起动后冷却液温度上升到规定值时提示驾驶员可以接通暖风开关利用暖风机取暖；若因电加热器（15）耗电导致蓄电池电压降低到规定的门限值时，控制器（17）将停止其工作并通知驾驶员立刻起动发动机；
4）当控制器（17）判定外界是低温环境时，如果发动机内的冷却液处于冷态，绝热容器内的冷却液也处于冷态，控制器（17）将控制本预热装置进入工作模式③；工作模式③：需要利用绝热容器电加热器预热发动机后才可以起动；控制器（17）输出信号控制电磁阀A（1）、电磁阀B（2）关闭，绝热电磁阀A（14）、绝热电磁阀B（9）开启，并启动电子水泵（10）和电加热器（15），使得绝热容器（11）内的被加热的冷却液进入发动机，直至发动机冷却液温度达到需要预热发动机的门限温度值，此后，控制器（17）通过液晶显示屏（18）告知驾驶员可以起动发动机；若因电加热器（15）耗电导致蓄电池电压降低到规定的门限值时，控制器（17）将停止其工作并通知驾驶员立刻起动发动机；当发动机起动后冷却液温度上升到规定值时控制器（17）通过液晶显示屏（18）提示驾驶员可以接通暖风开关利用暖风机取暖；
步骤三，如果驾驶员在规定的时间段内并未按照液晶显示屏（18）的提示起动发动机时，根据暖风开关接通情况判断要进入的工作模式：若暖风开关接通，则控制器（17）将控制本预热装置进入工作模式④；若暖风开关未接通，则进入等待模式继续等待驾驶员起动发动机；
如果驾驶员在规定的时间段内按照液晶显示屏（18）的提示起动发动机，并且当发动机内的冷却液温度低于绝热容器内的冷却液温度时，控制器（17）将控制本预热装置进入工作模式⑤；
工作模式④：停车供暖模式；控制器（17）输出信号控制电磁阀A（1）、电磁阀B（2）关闭，绝热电磁阀A（14）、绝热电磁阀B（9）、电子水泵（10）开启，并通过实时读取的绝热容器（8）水温传感器信号，决定是否开启电加热器（15），并通过液晶显示屏（18）将工作状态告知驾驶员；若因电加热器（15）耗电导致蓄电池电压降低到规定的门限值时，通知驾驶员起动发动机进入工作模式⑤；
工作模式⑤：行车蓄热模式；若发动机的冷却液温度高于绝热容器（11）内的冷却液温度，控制器（17）输出信号控制电磁阀A（1）、电磁阀B（2）、绝热电磁阀A（14）和绝热电磁阀B（9）均处于开启状态，否则使电磁阀A（1）、电磁阀B（2）处于关闭状态，并通过液晶显示屏（18）告知驾驶员。
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