環(huán)保節(jié)能型汽車發(fā)動機暖機裝置設(shè)計

何 琨

（湖北黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車系，湖北 黃岡 438002）

0 引言

市面上在用的所有內(nèi)燃機汽車都是以怠速運行的方式來預(yù)熱發(fā)動機（暖機），以這種方式來預(yù)熱發(fā)動機需要排放出大量的尾氣，而且暖機過程中的有害氣體排放要比正常怠速嚴(yán)重得多，同時也增加了燃油消耗。本文結(jié)合汽車維修企業(yè)的實際情況自主研制了一套簡單、環(huán)保、節(jié)能的發(fā)動機暖機裝置。

1 環(huán)保節(jié)能型發(fā)動機暖機裝置設(shè)計方案

通過認真研究與分析，確定的環(huán)保節(jié)能型發(fā)動機暖機裝置的具體設(shè)計方案如下：

（1）結(jié)合冬天發(fā)動機暖機時間長、暖機過程油耗高、排放污染物多的特點，現(xiàn)設(shè)計一種輔助發(fā)動機暖機裝置，它可以直接讓發(fā)動機氣缸周圍（水套）溫度快速上升，達到快速暖機效果。

（2）考慮到發(fā)動機艙結(jié)構(gòu)緊湊、空間小等問題，決定直接在發(fā)動機小循環(huán)水管上安裝一套結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小的發(fā)動機暖機裝置，其具體安裝位置示意圖如圖1所示。

圖1 典型轎車發(fā)動機暖機裝置安裝位置示意圖

（3）加熱器主要由12V-300W加熱管（2根）、加熱管襯套、加熱器水管、水管轉(zhuǎn)換接頭和12V電源插頭等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（4）加熱器控制電路應(yīng)具有遙控、溫控、延時（3min）和電瓶電壓過低保護等功能，確保該加熱裝置使用方便、工作可靠。

設(shè)計完成的發(fā)動機暖機裝置由12V-300W加熱管2根、加熱器套管1個、加熱器水管1根、水管轉(zhuǎn)換接頭2個、12V電源插頭、發(fā)動機冷卻水管卡箍2個、樹脂密封膠1支、12V繼電器1個、延時控制模塊1個、遙控器1個和導(dǎo)線若干組成，其控制電路如圖3所示。

圖2 發(fā)動機暖機裝置的加熱器結(jié)構(gòu)

圖3 環(huán)保節(jié)能型發(fā)動機暖機裝置控制電路圖

2 理論計算與實車試驗

以別克凱越轎車發(fā)動機為例，往空的發(fā)動機水套里灌水測得的發(fā)動機冷卻系水套容積V≈0.8L，水的質(zhì)量m=0.8kg。已知水的比熱容c=4.2×103J／（kg·℃），加熱器發(fā)熱功率P=600W，假設(shè)發(fā)動機冷態(tài)溫度為0℃，啟動本文設(shè)計的暖機裝置3min后，發(fā)動機冷卻液溫度的變化量ΔT為：

其中：t為暖機裝置開啟時間。經(jīng)計算得ΔT=32.14℃。

按公式對沒有安裝本加熱器、安裝本加熱器、提前啟動本加熱器情況下的暖機過程分別進行理論計算，并繪制出溫度變化曲線，如圖4所示。

圖4 計算得到的發(fā)動機暖機過程溫度變化曲線

在環(huán)境溫度為0℃時，對本環(huán)保節(jié)能型發(fā)動機暖機裝置進行性能試驗，試驗檢測的數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果基本吻合（實測的暖機初始的1min左右水溫上升速度相對快些）。實測的發(fā)動機暖機過程溫度變化情況如圖5所示。

圖5 實車試驗的發(fā)動機暖機過程溫度變化曲線

由圖5實車試驗的溫度變化曲線可知：使用該暖機裝置可使發(fā)動機暖機時間由原來的4min縮短為2.5min，暖機過程縮短了37.5%，如果提前3min觸發(fā)該裝置可以使發(fā)動機暖機時間進一步縮短至1.5min，暖機過程縮短了62.5%，明顯可以達到節(jié)能減排的效果。

3 環(huán)保節(jié)能型發(fā)動機暖機裝置設(shè)計的創(chuàng)新點

環(huán)保節(jié)能型發(fā)動機暖機裝置設(shè)計的創(chuàng)新點如下：

（1）利用蓄電池或發(fā)電機的部分電能轉(zhuǎn)換成熱能提供給發(fā)動機，加快了發(fā)動機的暖機過程，提高了發(fā)動機的工作效率，達到了節(jié)能減排效果，特別是為汽車發(fā)動機在冬天快速暖機提供了新的思路。

（2）將加熱器的電熱管安裝在小循環(huán)水管內(nèi)部，使得其加熱效率高、占用空間小。

（3）采用結(jié)構(gòu)簡單的接入式安裝的方法使得裝置安裝使用方便、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、易于拆裝、易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

［1］ 張杰.簡述發(fā)動機冷卻系統(tǒng)設(shè)計及散熱量的計算［J］.裝備制造技術(shù)，2004（6）：21-24.

［2］ 徐兆坤.汽車發(fā)動機原理［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［3］ 成曉北，潘立，鞠洪玲.現(xiàn)代車用發(fā)動機冷卻系統(tǒng)研究進展［J］.車用發(fā)動機，2008（2）：173-176.