一種發動機電加熱系統及控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及汽車發動機預熱技術領域，特別涉及一種發動機電加熱系統及控制方 法。
【背景技術】
[0002] 我國東北、西北高原寒區冬季時間長，氣溫、氣壓低，空氣含氧量少，在這種低溫低 氧環境下，重載車輛發動機冷啟動困難或不能啟動。因此啟動前必須進行預加熱，確保發動 機具備良好的啟動條件，保證發動機順利啟動，減少啟動磨損，延長車輛的使用壽命。
[0003] 目前寒區重載車輛上都裝有加溫器，用于啟動前的預熱加溫，但這些加溫器沿用 傳統結構，加溫模式固定，效率低，加熱效果差，加溫時間長，環境適應性差。從目前使用的 情況看，目前的加溫裝置存在很多問題，可以歸納為：1)加溫時間長。一般預熱加溫時間約 為30分鐘，隨著氣溫的降低，加溫時間將延長，在高原高寒地區，如新疆、西藏地區，由于空 氣氧含量低，加溫時間在50分鐘左右，甚至更長。2)加溫效果差。由于加溫器結構簡單，加 溫器熱燃燒效率低，加溫熱循環效果差，加溫系統不同部件受熱不均，局部容易過熱，發動 機加熱效果差，不利于發動機啟動。3)加溫操作不便，故障率高，加熱模式固定，加熱過程 不受控，環境適應性差。分析以上問題的原因，首先在結構上，現有加溫器燃油泵、風泵和水 泵由同一個電機經聯動裝置拖動，結構大體相似。燃油霧化和工作介質熱交換條件固定，加 溫器以固定的空燃比和熱交換速率工作，當環境溫度、氣壓變化時，加溫加熱效率降低，難 于滿足寒區典型環境加溫需求。其次在控制上，目前加溫器的加溫過程不可控，加溫模式固 定，不能根據車輛所處溫度環境和海拔氣壓環境變化調節加溫器的工作模式，自動調節加 溫器的噴油燃燒和熱交換速率。第三在操作上，目前的加溫器采用手動操作，不能對加溫過 程進行實時監控，在低溫低氧環境下加溫器積碳嚴重，故障較多。
[0004] 因此，針對目前加溫器存在的問題，需要提供一種更智能、高效的加溫器，以提高 發動機的啟動條件。
【發明內容】
[0005] 本發明設計開發了一種發動機電加熱系統，能夠單獨為發動機每個氣缸進行加 熱，使預熱過程發動機受熱均勻，能源利用率高。
[0006] 本發明提供的技術方案為：
[0007] 一種發動機電加熱系統，包括：
[0008] 氣缸水套，其設置在發動機氣缸外側，所述氣缸水套內裝有冷卻水，以與發動機進 行換熱，發動機每個氣缸外側獨立設置一個所述氣缸水套，相鄰兩個所述氣缸水套之間通 過電控閥門連接，所述電控閥門的開啟或關閉能夠使相鄰所述氣缸水套內的冷卻水連通或 隔絕；
[0009] 發動機水箱，其分別與設置在發動機兩側的兩個氣缸水套連接，所述發動機水箱 與氣缸水套的連接處設置有電控閥門，所述電控閥門的開啟或關閉能夠使所述發動機水箱 與氣缸水套內的冷卻水連通或隔絕；
[0010] 電加熱管，其設置在所述氣缸水套內，所述電加熱管通電后能產生熱量時所述氣 缸水套內的冷卻水加熱；
[0011] 水溫傳感器，其設置在所述氣缸水套內，以檢測所述氣缸水套內冷卻水的水溫，同 一氣缸水套內設置的所述水溫傳感器數量為至少2個；
[0012] 發動機溫度探測器，其設置在發動機每個氣缸上，以檢測每個氣缸的溫度；
[0013] 控制器，其與所述水溫傳感器、發動機溫度探測器和電加熱管連接，所述控制器能 夠根據所述水溫傳感器、發動機溫度探測器測量的溫度控制所述電加熱管的加熱量。
[0014] 優選的是，所述氣缸水套內設置有葉輪，其轉動能夠帶動所述氣缸水套內的冷卻 水強制對流。
[0015] 優選的是，每個所述氣缸水套內設置的葉輪為2個，并且所述葉輪的轉動方向相 反。
[0016] 優選的是，所述電加熱管呈蛇形布置。
[0017] 優選的是，所述電加熱管呈螺旋狀布置。
[0018] 優選的是，所述氣缸水套外壁涂有絕熱材料，以減少熱量耗散。
[0019] 優選的是，每個所述氣缸水套內設置有5個水溫傳感器，所述水溫傳感器在所述 氣缸水套空間內呈均布設置。
[0020] 一種發動機電加熱控制方法，使用上述的發動機電加熱系統，并包括以下步驟：
[0021] 步驟一：利用設置在同一氣缸水套內的m個水溫傳感器得到m個水溫值Tsl、 Ts2、……、Tsm，利用發動機溫度探測器得到該氣缸水套所冷卻的氣缸的表面溫度Tg;
[0022] 步驟二：控制電加熱管的電流I，使其滿足
【主權項】
1. 一種發動機電加熱系統，其特征在于，包括： 氣缸水套，其設置在發動機氣缸外側，所述氣缸水套內裝有冷卻水，W與發動機進行 換熱，發動機每個氣缸外側獨立設置一個所述氣缸水套，相鄰兩個所述氣缸水套之間通過 電控閥口連接，所述電控閥口的開啟或關閉能夠使相鄰所述氣缸水套內的冷卻水連通或隔 絕； 發動機水箱，其分別與設置在發動機兩側的兩個氣缸水套連接，所述發動機水箱與氣 缸水套的連接處設置有電控閥口，所述電控閥口的開啟或關閉能夠使所述發動機水箱與氣 缸水套內的冷卻水連通或隔絕； 電加熱管，其設置在所述氣缸水套內，所述電加熱管通電后能產生熱量時所述氣缸水 套內的冷卻水加熱； 水溫傳感器，其設置在所述氣缸水套內，W檢測所述氣缸水套內冷卻水的水溫，同一氣 缸水套內設置的所述水溫傳感器數量為至少2個； 發動機溫度探測器，其設置在發動機每個氣缸上，W檢測每個氣缸的溫度； 控制器，其與所述水溫傳感器、發動機溫度探測器和電加熱管連接，所述控制器能夠根 據所述水溫傳感器、發動機溫度探測器測量的溫度控制所述電加熱管的加熱量。
2. 根據權利要求1所述的發動機電加熱系統，其特征在于，所述氣缸水套內設置有葉 輪，其轉動能夠帶動所述氣缸水套內的冷卻水強制對流。
3. 根據權利要求2所述的發動機電加熱系統，其特征在于，每個所述氣缸水套內設置 的葉輪為2個，并且所述葉輪的轉動方向相反。
4. 根據權利要求1所述的發動機電加熱系統，其特征在于，所述電加熱管呈蛇形布置。
5. 根據權利要求1所述的發動機電加熱系統，其特征在于，所述電加熱管呈螺旋狀布 置。
6. 根據權利要求4或5所述的發動機電加熱系統，其特征在于，所述氣缸水套外壁涂有 絕熱材料，W減少熱量耗散。
7. 根據權利要求6所述的發動機電加熱系統，其特征在于，每個所述氣缸水套內設置 有5個水溫傳感器，所述水溫傳感器在所述氣缸水套空間內呈均布設置。
8. -種發動機電加熱控制方法，其特征在于，使用權利要求1-8中任一項所述的發動 機電加熱系統，并包括W下步驟： 步驟一：利用設置在同一氣缸水套內的m個水溫傳感器得到m個水溫值Td、T,2、……、Lm，利用發動機溫度探測器得到該氣缸水套所冷卻的氣缸的表面溫度Tg; 步驟二；控制電加熱管的電流I，使其滿足
其中，m。為氣缸水套內冷卻水的質量，CY為水的比熱容，R為電加熱管電阻，a為常數，e為自然對數的底數，T為氣缸水套內水溫平均值，即
步驟當相鄰兩氣缸的表面溫度差大于預設溫度值時，則控制其中表面溫度較高的 氣缸的氣缸水套內電加熱管斷電，直到該溫度差小于等于預設溫度值時再將斷電的電加熱 管通電。
9. 根據權利要求8所述的發動機電加熱控制方法，其特征在于，還包括如下步驟： 控制所述氣缸水套內的兩個葉輪向相反的方向旋轉，并使轉速V滿足
其中，V。為葉輪的最大轉速，S2為氣缸水套內m個水溫傳感器測量的m個水溫值的方 差，即
10. 根據權利要求9所述的發動機電加熱控制方法，其特征在于，所述葉輪的最大轉速 v〇 為 1000巧m。
【專利摘要】本發明公開了一種發動機電加熱系統，包括在發動機每個氣缸外側獨立設置的氣缸水套、設置在氣缸水套內的電加熱管、發動機水箱、水溫傳感器、發動機溫度探測器以及控制器。水溫傳感器設置在氣缸水套內，以檢測所述氣缸水套內冷卻水的水溫，發動機溫度探測器設置在發動機每個氣缸上，以檢測每個氣缸的溫度，控制器能夠根據所述水溫傳感器、發動機溫度探測器測量的溫度控制所述電加熱管的加熱量。本發明提供的發動機電加熱系統，采用直接在氣缸水套內安裝電加熱管的方式來加熱冷卻水，減少了中間換熱環節，大大提高了能源的利用效率。氣缸水套單獨布置，從而使發動機受熱均勻，減少發動機的溫度梯度，起到保護發動機的作用。
【IPC分類】F02F1-16, F02N19-10
【公開號】CN104847562
【申請號】CN201510267498
【發明人】王加雪, 張建國, 陳永和, 黃永生, 楊柏春, 余正根, 秦寶站, 周鑫, 張洪才, 宋咸斌, 唐雪松
【申請人】中國人民解放軍裝甲兵技術學院
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月22日