环保节能型汽车发动机暖机装置设计

何 琨

（湖北黄冈职业技术学院 汽车系，湖北 黄冈 438002）

0 引言

市面上在用的所有内燃机汽车都是以怠速运行的方式来预热发动机（暖机），以这种方式来预热发动机需要排放出大量的尾气，而且暖机过程中的有害气体排放要比正常怠速严重得多，同时也增加了燃油消耗。本文结合汽车维修企业的实际情况自主研制了一套简单、环保、节能的发动机暖机装置。

1 环保节能型发动机暖机装置设计方案

通过认真研究与分析，确定的环保节能型发动机暖机装置的具体设计方案如下：

（1）结合冬天发动机暖机时间长、暖机过程油耗高、排放污染物多的特点，现设计一种辅助发动机暖机装置，它可以直接让发动机气缸周围（水套）温度快速上升，达到快速暖机效果。

（2）考虑到发动机舱结构紧凑、空间小等问题，决定直接在发动机小循环水管上安装一套结构紧凑、占据空间小的发动机暖机装置，其具体安装位置示意图如图1所示。

图1 典型轿车发动机暖机装置安装位置示意图

（3）加热器主要由12V-300W加热管（2根）、加热管衬套、加热器水管、水管转换接头和12V电源插头等组成，其结构如图2所示。

（4）加热器控制电路应具有遥控、温控、延时（3min）和电瓶电压过低保护等功能，确保该加热装置使用方便、工作可靠。

设计完成的发动机暖机装置由12V-300W加热管2根、加热器套管1个、加热器水管1根、水管转换接头2个、12V电源插头、发动机冷却水管卡箍2个、树脂密封胶1支、12V继电器1个、延时控制模块1个、遥控器1个和导线若干组成，其控制电路如图3所示。

图2 发动机暖机装置的加热器结构

图3 环保节能型发动机暖机装置控制电路图

2 理论计算与实车试验

以别克凯越轿车发动机为例，往空的发动机水套里灌水测得的发动机冷却系水套容积V≈0.8L，水的质量m=0.8kg。已知水的比热容c=4.2×103J／（kg·℃），加热器发热功率P=600W，假设发动机冷态温度为0℃，启动本文设计的暖机装置3min后，发动机冷却液温度的变化量ΔT为：

其中：t为暖机装置开启时间。经计算得ΔT=32.14℃。

按公式对没有安装本加热器、安装本加热器、提前启动本加热器情况下的暖机过程分别进行理论计算，并绘制出温度变化曲线，如图4所示。

图4 计算得到的发动机暖机过程温度变化曲线

在环境温度为0℃时，对本环保节能型发动机暖机装置进行性能试验，试验检测的数据与理论计算结果基本吻合（实测的暖机初始的1min左右水温上升速度相对快些）。实测的发动机暖机过程温度变化情况如图5所示。

图5 实车试验的发动机暖机过程温度变化曲线

由图5实车试验的温度变化曲线可知：使用该暖机装置可使发动机暖机时间由原来的4min缩短为2.5min，暖机过程缩短了37.5%，如果提前3min触发该装置可以使发动机暖机时间进一步缩短至1.5min，暖机过程缩短了62.5%，明显可以达到节能减排的效果。

3 环保节能型发动机暖机装置设计的创新点

环保节能型发动机暖机装置设计的创新点如下：

（1）利用蓄电池或发电机的部分电能转换成热能提供给发动机，加快了发动机的暖机过程，提高了发动机的工作效率，达到了节能减排效果，特别是为汽车发动机在冬天快速暖机提供了新的思路。

（2）将加热器的电热管安装在小循环水管内部，使得其加热效率高、占用空间小。

（3）采用结构简单的接入式安装的方法使得装置安装使用方便、结构简单、制造成本低、易于拆装、易于实现产业化。

［1］ 张杰.简述发动机冷却系统设计及散热量的计算［J］.装备制造技术，2004（6）：21-24.

［2］ 徐兆坤.汽车发动机原理［M］.北京：清华大学出版社，2010.

［3］ 成晓北，潘立，鞠洪玲.现代车用发动机冷却系统研究进展［J］.车用发动机，2008（2）：173-176.