專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)，特別是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，冷卻系統(tǒng)對于保障發(fā)動(dòng)機(jī)安全正常工作具有重要作用。具體來說，冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和冷卻水循環(huán)過程以及溫度的檢測控制是冷卻系統(tǒng)達(dá)到高效性能指標(biāo)的關(guān)鍵。也是發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行實(shí)現(xiàn)高效率、減少摩擦損耗、延長壽命、節(jié)約能源和降低排放的重要保障。
背景技術(shù)：
近年來汽車發(fā)動(dòng)機(jī)雖有了很大改進(jìn)，電子化程度有很大提高，但就冷卻系統(tǒng)尚未被重視，至今還是靠散熱器、水泵、水、節(jié)溫器和風(fēng)扇來為發(fā)動(dòng)機(jī)散熱維持其運(yùn)行的。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中它的燃燒系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)保障了將燃料能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能來驅(qū)動(dòng)汽車行駛。而其冷卻系統(tǒng)的任務(wù)是散去燃燒作功產(chǎn)生的大量熱，目的使發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)安全正常的環(huán)境和最合適的溫度運(yùn)行，使它發(fā)揮最好的效率、減少磨損、延長壽命、節(jié)約能源和降低排放。由于現(xiàn)有技術(shù)的不足，冷卻系統(tǒng)存在以下缺陷。1. 一直以來發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)都是按照全部負(fù)荷運(yùn)行的散熱要求設(shè)計(jì)的。這是考慮在高速行駛及路況不好和炎熱夏天，如果冷卻系統(tǒng)不能滿足散熱要求將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過熱而報(bào)廢。然而在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，比如在市區(qū)行駛或怠速狀態(tài)等，它所提供的冷卻量會過剩， 存在著冷卻系統(tǒng)功率損失。2.發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)，以及在低溫環(huán)境啟動(dòng)，缺乏有效的預(yù)熱措施。因冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)燃燒不充分，熱效率低，產(chǎn)生排放物多，油耗大；再者因溫度低潤滑油粘度高，尚未到達(dá)潤滑的部位，會產(chǎn)生干摩擦，產(chǎn)生污物多。所以要求盡量減少冷啟動(dòng)時(shí)間，就是因?yàn)闆]有有效的預(yù)熱手段。3.檢測調(diào)節(jié)手段不完善。發(fā)動(dòng)機(jī)工作中溫度變化比較快而冷卻水通過發(fā)動(dòng)機(jī)水套吸熱有個(gè)導(dǎo)熱過程，存在反應(yīng)滯后；另外采用節(jié)溫器調(diào)節(jié)冷卻水也比較粗糙，難以實(shí)現(xiàn)精確控制和最佳運(yùn)行。4.現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)體積大，維護(hù)量大，效率低。發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量靠冷卻水吸收，冷卻水的熱量靠散熱器吸收，散熱器的熱量靠風(fēng)扇吹，風(fēng)就是冷源，顯然系統(tǒng)也存在滯后。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)。它具有創(chuàng)新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想和控制理念。系統(tǒng)采用最新的散熱材料和制冷技術(shù)，結(jié)合專門的工藝，通過計(jì)算機(jī)控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)安全環(huán)境工作，以實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的高溫分布特征，設(shè)計(jì)一種專門組件，它包括制冷模塊，冷卻室和散熱壁。該專門組件具有的特性是可作為冷源，將水冷卻，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生大量熱的降溫要求；又可作為熱源，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)，或在寒冷環(huán)境啟動(dòng)時(shí)為發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱暖機(jī)。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。所述的專門組件，
3其含有的制冷模塊采用高效半導(dǎo)體制冷器件，加電后它兩端產(chǎn)生的溫差達(dá)90-100度。將其冷端置于冷卻室的水里，而將熱端置于冷卻室外，并且緊貼所述散熱壁。冷卻室密封良好， 使熱端的熱量不能向室內(nèi)的水?dāng)U散和傳導(dǎo)。通常降溫時(shí)冷卻室的水被冷卻經(jīng)由水泵向發(fā)動(dòng)機(jī)輸送，水吸熱后由發(fā)動(dòng)機(jī)流出，再經(jīng)過閥門2或閥門3或閥門4進(jìn)行循環(huán)。至于流經(jīng)哪一個(gè)循環(huán)回路，與發(fā)動(dòng)機(jī)流出口水溫有關(guān)。如果水溫低，例如低于80度，則閥門3、4和9關(guān)閉， 閥門2打開，使發(fā)動(dòng)機(jī)快速升溫。如果水溫高于80度而低于90度，則閥門2、4關(guān)閉，閥門 3、9打開，讓水流入冷卻室再被冷卻。如果水溫高于90度，表明發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大，升溫快溫度高，此時(shí)打開閥門3和4，關(guān)閉閥門2，讓高溫的水一部分流經(jīng)散熱壁，再流回冷卻室冷卻，并打開風(fēng)扇幫助快速散熱。因?yàn)樵诶鋮s室內(nèi)，水冷卻的速度取決于所述半導(dǎo)體制冷器件的效率，與其熱端散熱條件有關(guān)。當(dāng)汽車處于寒冷環(huán)境時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)需進(jìn)行預(yù)熱暖機(jī)。這只要改變半導(dǎo)體制冷器件兩端電壓的極性，就能把原來的冷端變?yōu)闊岫?，而原來熱端變?yōu)槔涠?。從而冷卻室的水被加熱，由水泵輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)和潤滑油調(diào)溫器進(jìn)行預(yù)熱，為啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)做準(zhǔn)備。這時(shí)系統(tǒng)中閥門 2和9打開而3和4關(guān)閉。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出口水溫升到80度時(shí)，再改變半導(dǎo)體制冷器件兩端電壓極性恢復(fù)制冷水的工作狀態(tài)，又進(jìn)入冷卻循環(huán)過程。同樣地，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不是處于寒冷環(huán)境，在平時(shí)冷啟動(dòng)也最好執(zhí)行預(yù)熱程序，盡量減少冷態(tài)啟動(dòng)的時(shí)間，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損耗，節(jié)約能源，降低排放。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)專門組件時(shí)作成兩個(gè)的組合，其冷卻室可做成一大一小，比如大室容水量為3升，小室的容水量為2升。它們各自獨(dú)立，但又緊密的安裝成一個(gè)整體，共用一個(gè)風(fēng)扇。當(dāng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱時(shí)，就讓小室制出熱水輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)，等到發(fā)動(dòng)機(jī)出口水溫升到80度要進(jìn)行冷卻循環(huán)時(shí)，再改變其兩端電壓極性，使其變?yōu)橹评渌疇顟B(tài)。同時(shí)讓大室也進(jìn)入制冷水狀態(tài)，即兩個(gè)冷卻室都制冷且并聯(lián)工作，供給循環(huán)系統(tǒng)冷卻水。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還可以通過以下技術(shù)方案進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)專門組件時(shí)，其冷卻室采用堅(jiān)固抗震保溫性材料，以免其中的水受環(huán)境溫度影響。所述半導(dǎo)體制冷器件被密封在冷卻室內(nèi)那一端，即冷端可加裝薄鋁片以增大傳導(dǎo)面積。而將另一端即熱端，暴露在冷卻室外，可對它加裝由熱超導(dǎo)材料做成的散熱壁，它含有細(xì)管，以便流過冷卻水加快散熱。另外也可安置一個(gè)小風(fēng)扇，提高散熱壁散熱速度。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況、溫度分布和熱量平衡關(guān)系，考慮到冷卻水吸熱的時(shí)滯時(shí)間常數(shù)，以及循環(huán)速度等參數(shù)， 建立適合于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的數(shù)學(xué)模型，作為計(jì)算機(jī)控制規(guī)律的依據(jù)。而作為過程控制的參數(shù)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管周圍高溫區(qū)的溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水出口的水溫，潤滑油溫度，水泵轉(zhuǎn)速，冷卻室水位，閥門開關(guān)條件以及風(fēng)扇開關(guān)時(shí)間等。計(jì)算機(jī)的控制目標(biāo)是保持發(fā)動(dòng)機(jī)始終在一個(gè)安全的運(yùn)行環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)最佳溫度運(yùn)行。對于發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度上限值、冷卻水溫度上限值、冷卻室水位下限值、潤滑油溫度等設(shè)有報(bào)警信號。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)中，拆去散熱器，代之以所述的專門組件，其結(jié)構(gòu)不變。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中它作為冷源給發(fā)動(dòng)機(jī)降溫，而在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)它作為熱源給發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱暖機(jī)。循環(huán)過程與原來的基本相同專門組件的冷卻室里冷卻水經(jīng)水泵輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)，吸熱后流出來又送到節(jié)溫器，如果水溫低， 比如低于76度，則節(jié)溫器主閥門不通，便經(jīng)副閥門流回水泵，進(jìn)行小循環(huán)。如果水溫在76 度與86度之間，則節(jié)溫器主、副閥門均打開一部分，所以就有一部分水流入專門組件的冷卻室被冷卻，然后流入水泵，這就是大循環(huán)和小循環(huán)并聯(lián)。如果水溫再高，則節(jié)溫器主閥門全通而副閥門關(guān)閉，由它流出來的水流入冷卻室及其散熱壁，水溫達(dá)到90度，可以打開小風(fēng)扇幫助散熱。也可以用兩個(gè)專門組件并聯(lián)，其兩個(gè)冷卻室一大、一小，小的冷卻室入口連接節(jié)溫器副閥門，出口與大冷卻室并聯(lián)接到水泵入口。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)，或者在寒冷環(huán)境啟動(dòng)時(shí)，通過改變半導(dǎo)體器件兩端電壓極性，使所述專門組件的冷卻室變?yōu)橹茻崴敵鼋o水泵供發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱暖機(jī)。這樣就可以減少以至避免發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損耗，延長壽命，節(jié)約能源，降低排放。這種系統(tǒng)雖然不用單片機(jī)難以實(shí)現(xiàn)精確控制，但比現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)已有很大改
業(yè)
口 ο


圖1是本發(fā)明冷卻系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。圖中1-發(fā)動(dòng)機(jī) 2、3、4、9_電磁閥門 5_專門組件冷卻室6-水泵 7-散熱壁 8-潤滑油調(diào)溫器 10-小風(fēng)扇 11-電池圖2是不用單片機(jī)由節(jié)溫器和大、小兩個(gè)組件組成的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。圖中1-發(fā)動(dòng)機(jī)2-節(jié)溫器4、3_組件冷卻室5-散熱壁6_水泵7_潤滑油調(diào)溫器
具體實(shí)施例方式所述專門組件外殼采用輕質(zhì)抗震保溫性材料制作，如玻璃鋼碳纖維復(fù)合材料。其中的半導(dǎo)體制冷器件采用PV-2F型80x70x26 (mm)將冷端密封在冷卻室內(nèi)，可在冷端加裝薄鋁片增大傳導(dǎo)面積。其熱端置于冷卻室外，在熱端加裝散熱壁，尺寸104X80X30 (mm)，可采用熱超導(dǎo)材料制作，內(nèi)部為小的細(xì)管，以流過冷卻水。冷卻室總?cè)萘堪窗l(fā)動(dòng)機(jī)排量確定，一般在4-5升水。當(dāng)要配置兩個(gè)專門組件時(shí)，則用大、小兩個(gè)冷卻室。它們?nèi)萘勘瓤蛇x3 2或1.5 2.5。原則上預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)利用小冷卻室制熱水，能使水熱得快又要夠用。電磁閥門2、3、4、9為開關(guān)型，可按管道通徑DN 選定。水泵為離心泵。潤滑油調(diào)溫器用鋁材做成管狀環(huán)繞在油底殼的潤滑油集濾器周圍。 循環(huán)系統(tǒng)的管道選用堅(jiān)固抗震材料。作為供電設(shè)備的能源，可根據(jù)汽車具體條件選用太陽能，氫能，鋰電池等。作為冷卻系統(tǒng)的控制核心，單片機(jī)要選汽車用單片機(jī)。因?yàn)殡娔X生產(chǎn)商已考慮到汽車的環(huán)境因素，如高溫，震動(dòng)，塵埃，電磁干擾，智能化等。有多個(gè)廠商可選，如摩托羅拉， 西門子，比迪亞，Delphi等。檢測溫度，壓力等參數(shù)的傳感器與近年來汽車上用的基本相同。這里所說的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管周圍高溫區(qū)設(shè)置測溫點(diǎn)，目的是為單片機(jī)提供超前信號，因?yàn)樗钪苯佣焖俚馗兄l(fā)動(dòng)機(jī)溫度變化。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)，其特征在于設(shè)計(jì)專門組件通過管道連接水泵及電磁閥門，它作為冷源向發(fā)動(dòng)機(jī)和潤滑油調(diào)溫器輸送冷卻水，為發(fā)動(dòng)機(jī)作功過程散熱；在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)或者在冷卻環(huán)境啟動(dòng)時(shí)，它又作為熱源向發(fā)動(dòng)機(jī)和潤滑油調(diào)溫器輸送熱水進(jìn)行預(yù)熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述的專門組件制作時(shí)要符合一定的要求，它的冷卻室內(nèi)儲存水，以堅(jiān)固抗震保溫性材料制作；它的半導(dǎo)體制冷器件冷端置于冷卻室內(nèi)而熱端置于室外，緊貼熱端裝有熱超導(dǎo)材料制作的帶有細(xì)管的散熱壁，管內(nèi)流經(jīng)冷卻水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)不同工況，單片機(jī)通過電磁閥門控制，可選擇冷卻水的三條循環(huán)回路中不同回路運(yùn)行；并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管周圍高溫區(qū)的傳感器溫度值，參照發(fā)動(dòng)機(jī)出水口水溫度作為最佳運(yùn)行的超前信號進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述專門組件的冷卻室同樣結(jié)構(gòu)可做成大、小兩個(gè)，并裝置成一個(gè)整體，共用一個(gè)散熱壁和一個(gè)風(fēng)扇；在發(fā)動(dòng)機(jī)需要預(yù)熱時(shí)只需改變小冷卻室中半導(dǎo)體制冷器件的兩端電壓極性，使冷端變?yōu)闊岫耍?就能制造出熱水預(yù)熱；預(yù)熱結(jié)束再改變其電壓極性恢復(fù)制冷狀態(tài)，并與大冷卻室一起進(jìn)行循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所屬的發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)，其特征在于在現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)基礎(chǔ)上，只需增加所述的專門組件取代原有散熱器，不用單片機(jī)而由節(jié)溫器控制循環(huán)系統(tǒng)； 節(jié)溫器的副閥門由管道連接于水泵入口，其出口連到發(fā)動(dòng)機(jī)，此循環(huán)回路小，能使發(fā)動(dòng)機(jī)快速升溫；而節(jié)溫器的主閥門由管道連接于組件的散熱壁和冷卻室入口，其出口連接水泵，水泵連發(fā)動(dòng)機(jī)，這是大循環(huán)回路；也可以用大、小兩個(gè)組件，這時(shí)節(jié)溫器副閥門連到小冷卻室而主閥門連到大冷卻室，兩室出口并聯(lián)再連水泵，水泵出口連發(fā)動(dòng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的冷卻系統(tǒng)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)大多以水來吸收熱量再經(jīng)散熱器和風(fēng)扇散去。本發(fā)明基于創(chuàng)新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想和控制理念而提出的冷卻系統(tǒng)，即設(shè)計(jì)一種專門組件包括制冷模塊、冷卻室和散熱壁。它既能制冷水來吸熱又能制熱水預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)，由水泵與發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成循環(huán)回路運(yùn)行。用單片機(jī)控制電磁閥門，在發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況，根據(jù)其高溫區(qū)溫度和其出口的冷卻水溫度，可自動(dòng)選擇不同的冷卻回路。使發(fā)動(dòng)機(jī)在全部負(fù)荷工況或在部分負(fù)荷工況均能實(shí)現(xiàn)安全、最佳運(yùn)行。特別在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)及寒冷環(huán)境啟動(dòng)時(shí)能快速預(yù)熱。從而減少甚至避免了發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損耗，延長壽命，節(jié)約能源，減少排放。本冷卻系統(tǒng)可用太陽能，氫能，鋰電池等新能源。
文檔編號F01P7/16GK102418585SQ201110058638
公開日2012年4月18日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者梁理奧, 王功炘, 趙景臺, 趙鵬 申請人:趙景臺