CN2190164Y

CN2190164Y - 内燃机冷却系调温装置

Info

Publication number: CN2190164Y
Application number: CN 94225456
Authority: CN
Inventors: 范博学
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2004-03-09

Abstract

本实用新型是对汽车拖拉机内燃机冷却系的改进。采用水冷却的内燃机，小循环水靠内燃机机体传热提高水温，大循环水过分冷却使小循环水增加，结果使内燃机在低温下运行的时间增长，燃烧不良，磨损加重。由自动调温装置和废气加热管组成的本实用新型，可对大循环水自动调温对小循环水迅速加热，控制冷却水温度确保内燃机在最佳温度工况下运行，因此可改善和提高内燃机的动力性能和经济指标，减少磨损延长使用寿命约0.5倍。

Description

本实用新型涉及汽车拖拉机内燃机冷却系统。

目前，国内外汽车拖拉机内燃机，一般均采用以水为冷却介质的冷却系统。系统中普遍采用节温器调节水温。例如：解放CA141型汽车在冷却系出水口处装有蜡式节温器，当水温低于76℃时，节温器使冷却水直接返回水泵进入体内进行小循环，当水温超过86℃时，节温器使冷却水全部流入散热器散热，即进行大循环，当水温在76℃至86℃之间时，冷却水即进行大循环又进行小循环，达到调温目的。

冷却水的小循环，不仅发生在起动之后的暖机过程中，而且在其他工况下也时有发生。特别在冬季，在低温高速低负荷下运行时，内燃机往往出现“过冷”现象，在一些说明书中，常常提到“为了避免这种现象发生，冬季时，必须在散热器前安装上保温罩。”

冷却水在小循环之时，正是内燃机低温运行之际，亦是内燃机燃烧不良（低温下燃油雾化不良）摩擦副磨损较重（低温下润滑油粘度较大）之时。当冷却水温度低于一定值之后，水蒸汽在气缸壁上凝结成水，与燃烧生成物中的二氧化碳、二氧化硫等溶于水形成酸性物质，造成腐蚀性磨损，此时内燃机急需提高温度改善运行状态，但是恰在此时，小循环的冷却水使已经处在低温下的运行的内燃机还要付出过多的热量分担冷却水的温升。其后果必将延长内燃机在低温下的运行时间，加重摩擦副磨损，降低内燃机动力性能和经济指标。

与此同时，内燃机还将大量的高温废气一约占燃料总热量四分之一的热能排出体外。显然热量的如此分配是不够合理的。

在大循环中，冷却水的散热强度受风扇的影响极大，对于没有装用风扇离合器这类机构的内燃机，依靠百页窗等落后手段，几乎无法控制冷却系的散热能力，因此在大循环中的冷却水，不管散去多少热量，不管水温降至何种程度，一律进入体内循环，对于过多的散热（冷却系主要是根据汽车在炎热夏季大负荷运行时的散热需要而设计的，而在其他工况下冷却系的散热能力则显得过强），则以小循环的形式弥补热量，实质上，则是以降低内燃机性能为代价换回热量的过多损失，显然是不合理的；对于装用风扇离合器的内燃机，以变化的风扇转速调节冷却系的散热能力。比如解放CA141型汽车，EQ－140型汽车，装用硅油式风扇离合器，但是，由于这种离合器的“离合”是靠双金属片感温器实现的，与一般的温度控制元件相比。控温精度较低，控温误差较大，调节散热能力效果不佳。

本实用新型的目的在于解决内燃机冷却水的合理调温以确保内燃机在最佳温度下运行与内燃机低温运行时热量的不合理分配问题。

本实用新型是在内燃机冷却系基础上，增设一套冷却水调温装置和废气加热的管路，该装置由设置在进水口处的温度传感器传出温度电压信号，由电压比较电路判断由控制电路控制分水阀阀门的开度，以分配流入散热器和直接流入下水槽内两股冷却水流量的比例，获得适宜水温，为内燃机在最佳温度下运行提供保障；对于小循环冷却水，则将原回水胶管改为可以加热的蛇形回水管，以废气传热提高小循环冷却水水温。

本实用新型是在内燃机冷却系基础上，仅增加一套冷却水自动调温装置及废气加热管路，便可作到：

1、由于自动调温装置可将内燃机进水口处冷却水温度控制在最佳温度范围之内，因此，为内燃机在最佳温度工况下运行提供了保障；

2、由于小循环冷却水可从废气加热管路中吸收热量提高水温，从而改变了内燃机在低温工况下运行时热量的不合理流向问题；

3、显著减少冷却水小循环流量；

4、由于废气的热量得到利用，从而提高了内燃机的热效率；

5、缩短了暖机时间。

以上各条综合作用的结果，可改善和提高内燃机的动力性能和经济指标，减少磨损，延长内燃机使用寿命约0.5倍。

结合如下附图给出实施例：

图1为解放牌CA141型汽车CA6102型内燃机安装本实用新型的示意图，其中下水槽（101），散热器（103）、进水管（104），出水管（108），排气歧管（116），蓄电池GB（118）和排气管（119）为CA6102型内燃机原有件，本实用新型由温度传感器（102），调温水管（105），蛇形回水管（106）、分水阀（107）、分水阀提拉杆（109），线圈Ⅰ（110），线圈Ⅱ（111）、电磁铁YA（112），回位弹簧（113）、电磁铁芯（114），废气加热管（115），按钮开关SB（117），继电器KR2（120），继电器KR1（121）和集成电路板（122）组成。图中带箭头的实线表示冷却水流动方向，带箭头的虚线表示废气流动路线。

图2为本实用新型电路图，该电路由蓄电池GB（118），按钮开关SB（117）和稳压电路、温度－电压转换电路、电压比较电路、控制电路组成。

稳压电路由三端集成稳压器7806和电容C1、C2、C3组成，温度－电压转换电路由温度传感器（102）和电阻R0、R1、R2组成，电压比较电路由运算放大器（以下简称四运放）LM124和三组分压电阻R3与R4、R5与R6、R7与R8组成，控制电路由分压电阻R9、R10、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、双时基电路556，继电器KRI（121）、KR2（120）、KR3、KR4和电磁铁YA（112）组成。虚线框内为集成电路板（122）。

图3（a）为窗口比较器传输特性曲线，图中U_OH代表窗口比较器输出端高电平，U_OL代表输出端低电平，（b）为双时基电路556的管脚排列图，（c）为时基电路555真值表，其中“※”符号代表任意值。

本实用新型，对小循环冷却水增加了废气加热管路，对大循环冷却水增设了自动调温装置。现分述如下：

在小循环回路中：

在小循环出水口与入水口之间，安装有一支可以加热的蛇形回水管（106），在蛇形回水管（106）的外部，套装有一支废气加热管（115），该管一端开口插入排气岐管（116）内，将部分高温废气引出，当废气从管中通过时，其内部的蛇形回水管（106）被加热，由于废气加热管（115）常将废气引入，即蛇形回水管（106）经常处在一定的加热状态下，因此，只要有冷却水流过，便可迅速被加热。而废气由该管上端流出，转入排气管（119）内随之排出管外。

关于废气加热管（115）引入废气量的多少，蛇形回水管（106）换热面积的大小，冷却水升高几度，主要按传热基本方程式和冷热流体的热平衡方程式（详见《机械工程手册》2第6篇）计算，并结合出水口等处具体结构给予确定。

在大循环回路中：

本实用新型，以CA6102型内燃机进水口冷却水最佳水温为依据，对大循环冷却水进行分流，一部分冷却水经散热器（103）散热后进入下水槽（101）内，另一部冷却水不经过散热器（103）散热直接流入下水槽（101）内，使这两部分有温差的冷却水混合调温，得到符合内燃机要求的最佳温度冷却水进入体内循环。其结构，工作过程等情况如下：

在下水槽（101）出水口处，安装有一个温度传器（102），以该处水温代表冷却水进入机体之前的进水口水温，温度传感器（102）是一个LM134型三端可调电流源，与其他元件按图2电路图连接，按动按钮开关SB（117）接通蓄电池GB（118）电源，则温度传感器（102）受水温作用，便从1端（图2）有电流I₀输出，该电流I₀与冷却水的热力学温度T（K）成正比，计算公式为：

I₀＝ (227μv/k)/(R₁) T （1）

当R1＝227 Ω，R2＝10 kΩ时，在b、c两点间的电压为：

Vbc＝（10mv／k）T （2）

即在b、c两点间的电压降是一个与进水口处冷却水的热力学温度T成正比的温度电压信号Vbc。

根据CA6102型内燃机对进口冷却水温度的要求，设T1为冷却水进水口适宜水温（K），T2为冷却水进水口第一种不适宜水温（K），T3为冷却水进水口第二种不适宜水温（K），且T1＞T2＞T3，按公式（2）相应求出三种电压，即适宜温度电压Vbc1，第一种不适应温度电压Vbc2，第二种不适宜温度电压Vbc3。在图2稳压电路中，三端集成稳压器7806输出6伏稳定电压，经三组分压电阻R3与R4、R5与R6、R7与R8分压。将三种电压分成两组Vbc1与Vbc2和Vbc2与Vbc3，分别加到四运放LM124的A1反相输入端，A2同相输入端，A3反相输入端，A4同相输入端，将冷却水动态温度电压信号Vbc加在A1和A3同相输入端，A2和A4反相输入端，如图2所示，构成两组窗口比较器，其传输特性曲线如图3（a）所示。

在散热器（103）上方冷却水进水口处，安装有一个分水阀（107），在分水阀（107）与下水槽（101）之间，安装有一支调温水管（105），其末端贯穿下水槽（101）全长。根据CA6102型内燃机冷却系性能，当出水口水温达到（86±3）℃时，冷却水全部进入大循环，即冷却水经出水管（108），进入散热器（103）散热，经下水槽（101）流入进水管（104）进入体内循环，此时，温度传感器（102）将进水口冷却水水温转换成动态温度电压信号Vbc，送入两窗口比较器比较，当进水口冷却水温度T在T2与T3之间时即Vbc2＞Vbc＞Vbc3，由四运放LM124的A3、A4和分压电阻R5与R6、R7与R8组成的第二组窗口比较器，其输出端为低电平，接成滞后比较器的双时基电路556，管脚8、12为低电平，由于双时基电路556是由两个555时基电路组成，所以输出端9为高电平（参见图3（b）556管脚图，（c）555真值表），继电器KR4吸合，常开触点Kr4闭合，继电器KR2（120）吸合，主电路上常开触点Kr2闭合，电磁铁YA（112）线圈Ⅱ（111）得电，吸动电磁铁芯（114）克服回位弹簧（113）力左移，电磁铁芯（114）前端斜面使分水阀提拉杆（109）上升，牵动分水阀（107）上升一段行程，分水阀（107）阀门将出水管（108）与调温水管（105）沟通，即将通往散热器（103）的冷却水分流（见图1左上角），一部分（约 2/3 ）冷却水由分水阀（107）阀门经调温水管（105）直接流入下水槽（101）内，在槽内全长上以淋浴方式流出，与另一部分（ 1/3 ）流入散热器（103）内散热之后进入下水槽（101）的冷却水混合调温。若调温后水温T升高，且T＞T2时，即动态温度电压信号Vbc略大于Vbc2又小于Vbc1时，一方面第二组窗口比较器输出端由低电平变为高电平，双时基电路556的管脚8、12为高电平，输出端9变为低电平，继电器KR4、KR2（120）相继释放，常开触点Kr4、Kr2断开，电磁铁YA（112）线圈Ⅱ（111）失电，电磁铁芯（114）在回位弹簧（113）弹力作用下右移，使分水阀提拉杆（109）和分水阀（107）一同下移，另一方面由四运放LM124的A1、A2和分压电阻R3与R4、R5与R6组成的第一组窗口比较器输出端为低电平，双时基电路556管脚2、6为低电平，输出端5为高电平（参见图3），继电器KR3吸合，常开触点Kr3闭合，继电器KR1（121）吸合，主电路上常开触点Kr1闭合，电磁铁YA（112）线圈Ⅰ（110）得电，吸动电磁铁芯（114）左移，使分水阀提拉杆（109）牵动分水阀（107）上升，分水阀（107）阀门将出水管（108）与调温水管（105）沟通，将通往散热器（103）的冷却水分流（见图1左上角），一部分（约 1/3 ）冷却水由分水阀（107）阀门经调温水管（105）直接流入下水槽内（101）内，在槽内全长上以淋浴方式流出，与另一部分（ 2/3 ）流入散热器（103）散热后进入下水槽（101）内的冷却水混合调温。若冷却水水温T继续上升，且T＞T1时，即相应的动态温度电压信号Vbc＞Vbc1时，则第一组窗口比较器的输出端为高电平，双时基电路556的管脚2、6为高电平，输出端5为低电平，继电器KR3释放，常开触点Kr3断开，继电器KR1（121）释放，主电路上常开触点Kr1断开，电磁铁YA（112）线圈Ⅰ（110）失电，电磁铁芯（114）在回位弹簧（113）作用下右移，分水阀提拉杆（109）和分水阀（107）一同下移复位，切断调温水管（105）与出水管（108）的通路，出水管（108）内的冷却水全部流入散热器（103）内散热，使冷却水水温T下降。如若冷却水温度T下降到T1、T2之间，则由第一组窗口比较器比较之后，按上述方法调节水温，如若下降到T2、T3之间，则由第二组窗口比较器比较并按上述方法调节。如若冷却水水温T低于T3，则冷却水转入小循环阶段。

四运放LM124，双时基电路556和继电器KR3、KR4的电源由蓄电池GB（118）经分压电阻R9与R10分压提供，为防止电磁线圈反电动势的冲击，设置保护二极管D5、D6，为保证四运放LM124的可靠传输，在A1、A2、A3和A4的输出端分别配置了二极管D1、D2、D3和D4。集成电路板（122）中继电器KR3、KR4为中间继电器，主线路上的继电器KR1（121）、KR2（120）为传输电磁铁YA（112）所需功率的主继电器，电磁铁YA（112）和分水阀（107）可合为一体，即电磁阀。

温度传感器（102）第1脚为电流设定端，第2脚接电源正极，第3脚接电源负极，电阻R1为外部设定电阻，实取230Ω（系列值），电阻R2为温度传感器（102）的负载电阻，它把温度传感器（102）输出的电流信号转换为电压信号，电阻R0为温度传感器（102）的补偿电阻，适当选值可使温度传感器（102）输出电阻接近于零，按图串接补偿电阻R0之后，温度传感器（102）的灵敏度不变。

本装置始终跟踪大循环冷却水温度的变化，自动改变分水阀（107）位置分流调温，将进水口冷却水温度控制在最佳温度范围内，供内燃机使用。

以CA6102型内燃机冷却系为例，选定三个温度点，看本实用新型调温效果：

进水口适宜水温T1选为（273＋77）K，进水口第一种不适宜水温T2为（273＋67）K，进水口第二种不适宜水温T3为（273＋57）K，当进水口冷却水水温在摄氏67℃－77℃之间，按上述方法调节，进水口水温可提高到72℃－79℃之间，平均提高水温3℃以上，当进水口冷却水水温在摄氏57℃－67℃之间时，按上述方法调节，进水口水温可提高到73℃－80℃之间，平均提高水温12℃以上。

当一部分冷却水进行大循环时，按上述方法调节，也可收到基本相同的效果。

Claims

1、汽车拖拉机内燃机冷却系调温装置，其特征是在冷却系中增加一套自动调温装置和加热管路。

2、根据权利要求1所述的冷却系调温装置，其特征在于调温装置包括分水阀（107），电磁铁YA（112），调温水管（105），温度传感器（102）和集成电路板（122）。

3、根据权利要求1所述的冷却系调温装置，其特征在于集成电路板（122）由三端集成稳压器与电容C1、C2、C3组成的稳压电路，电阻R0、R1、R2组成的部分温度－－电压转换电路，运算放大器与分压电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8组成的电压比较电路，双时基电路556与二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，分压电阻R9、R10、继电器KR3、KR4组成的部分控制电路组成。

4、根据权利要求1所述的冷却系调温装置，其特征在于在散热器（103）上方的进水口处，安装有一个分水阀（107），在分水阀（107）与下水槽（101）之间，安装有一支调温水管（105）。

5、根据权利要求1所述的冷却系加热管路，其特征在于加热管路包括蛇形回水管（106）和废气加热管（115）。

6、根据权利要求1所述的冷却系加热管路，其特征在于在小循环出水口与入水口之间，安装有一支可以加热的蛇形回水管（106），在蛇形回水管（106）的外部，套装有一支废气加热管（115）。