專利名稱：內(nèi)燃機(jī)高效節(jié)能冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種內(nèi)燃機(jī)的冷卻，具體地說是一種內(nèi)燃機(jī)高效節(jié)能冷卻裝置。
背景技術(shù)：
一般車用內(nèi)燃機(jī)(或稱發(fā)動(dòng)機(jī))的冷卻裝置主要包括有液體冷卻的冷卻水箱和空氣冷卻的冷卻風(fēng)扇。冷卻水箱通過循環(huán)管路接內(nèi)燃機(jī)，在循環(huán)管路中接有循環(huán)水泵。在冷卻水箱的前部設(shè)置有冷卻風(fēng)扇。循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇均是通過同一個(gè)皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相接，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同步工作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高轉(zhuǎn)速時(shí)，曲軸轉(zhuǎn)速快，循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也快。從而使循環(huán)冷卻水的流速加快，冷卻風(fēng)量加大，冷卻裝置的冷卻效果就好。反之，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低速時(shí)，則冷卻水的流速變緩，冷卻風(fēng)量減弱，冷卻裝置的冷卻效果就差。也就是說，不論內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在何種環(huán)境溫度和散熱條件下，冷卻裝置的冷卻運(yùn)行模式都是一成不變的，冷卻效果取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
為改變冷卻裝置這種不盡合理的冷卻模式，人們?cè)趦?nèi)燃機(jī)冷卻裝置中加裝了節(jié)溫閥和冷卻風(fēng)扇溫控離合器等部件，以在環(huán)境溫度很低時(shí)，停止冷卻風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)，或者降低循環(huán)冷卻水的流速，從而減弱冷卻裝置的冷卻效果，使內(nèi)燃機(jī)保持一定的工作溫度。這種改進(jìn)方式可從一定程度上實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的溫度調(diào)節(jié)和適量的節(jié)能，但冷卻裝置總體上仍然是一個(gè)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，只要發(fā)動(dòng)機(jī)一經(jīng)啟動(dòng)，整個(gè)冷卻裝置即投入運(yùn)行，帶動(dòng)這部分運(yùn)轉(zhuǎn)的能量消耗也就隨之產(chǎn)生。尤其是在環(huán)境溫度較高、而發(fā)動(dòng)機(jī)又工作在低速大負(fù)荷輸出的情況下，盡管發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不高，但其發(fā)熱量卻很大。而此時(shí)由同一皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速卻不高，冷卻裝置的冷卻能力很差。這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)將很快過熱停機(jī)，但此時(shí)循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇也就同時(shí)停止了運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻裝置不能將發(fā)動(dòng)機(jī)過高的熱量帶走，從而既不能使發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，又給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來了故障隱患。另外，在冬季的寒冷地區(qū)行車，內(nèi)燃機(jī)僅需適度的散熱或者不需散熱而要保溫運(yùn)行。而現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)冷卻裝置，由于其上述的結(jié)構(gòu)缺陷，則不能滿足這一要求，即只要發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻裝置就持續(xù)工作。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提供一種可依據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工況和環(huán)境溫度條件來工作的內(nèi)燃機(jī)高效節(jié)能冷卻裝置，以減少冷卻裝置的能量消耗，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)在各種工況條件下的正常工作。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的內(nèi)燃機(jī)冷卻裝置仍然包括有冷卻水箱和冷卻風(fēng)扇，冷卻水箱通過循環(huán)管路接內(nèi)燃機(jī)，在循環(huán)管路中接有循環(huán)水泵，在冷卻水箱的前部設(shè)置有冷卻風(fēng)扇。本實(shí)用新型的關(guān)鍵點(diǎn)就是去掉原有冷卻裝置中的皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇從內(nèi)燃機(jī)體上分離開來，再將循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇改由各自附帶的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并對(duì)該兩電機(jī)進(jìn)行數(shù)控?zé)o級(jí)調(diào)速控制。
通過將循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇的運(yùn)行與內(nèi)燃機(jī)相分離，則不論內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速高低和運(yùn)轉(zhuǎn)與否，循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇均可進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)節(jié)，從而在內(nèi)燃機(jī)不同的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境溫度條件下，均可實(shí)現(xiàn)冷卻工作與內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的最佳配合。即當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作在低速大負(fù)荷輸出且環(huán)境溫度很高的情況下，盡管內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速不高，發(fā)熱量很大，但循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇均可加速運(yùn)行，提高了冷卻裝置的冷卻效果，使內(nèi)燃機(jī)盡快散熱，避免了內(nèi)燃機(jī)因過熱引發(fā)故障而停機(jī)的現(xiàn)象出現(xiàn)。當(dāng)在冬季寒冷地區(qū)行車時(shí)，可使冷卻風(fēng)扇和循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速降低直至停機(jī)，以不過多散熱。這樣就可以使內(nèi)燃機(jī)達(dá)到適度散熱或者在保溫狀態(tài)下運(yùn)行，從而避免了內(nèi)燃機(jī)在低溫工況下增加的耗油量。
由于本冷卻裝置的運(yùn)行與內(nèi)燃機(jī)相分離，并且僅在內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行需要時(shí)，才投入運(yùn)行和適量散熱，因此可以節(jié)省相當(dāng)?shù)倪\(yùn)行能量消耗，達(dá)到了節(jié)能的目的。
本實(shí)用新型可以使內(nèi)燃機(jī)冷卻裝置中的循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速運(yùn)行，以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)冷卻水的循環(huán)量和送風(fēng)量，從而最大限度地緩解和縮小了冷卻循環(huán)水的水溫波動(dòng)幅度，使內(nèi)燃機(jī)可以穩(wěn)定工作在最佳工作溫度點(diǎn)上。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的調(diào)速控制系統(tǒng)程序流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，冷卻水箱4和其前部的冷卻風(fēng)扇2為本冷卻裝置的兩個(gè)主要散熱機(jī)構(gòu)。冷卻水箱4上部的進(jìn)水口通過循環(huán)管路51與內(nèi)燃機(jī)3上的出水口31相連通。冷卻水箱4下部的出水口連接循環(huán)管路53后接循環(huán)水泵1。在循環(huán)水泵1和內(nèi)燃機(jī)3的進(jìn)水口32之間連接有循環(huán)管路52，其中的循環(huán)水泵1和冷卻風(fēng)扇2均為由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)水泵和電動(dòng)風(fēng)扇。
為實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)燃機(jī)3的準(zhǔn)確散熱，循環(huán)水泵1和冷卻風(fēng)扇2的兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)共用一個(gè)數(shù)控調(diào)速控制系統(tǒng)。數(shù)控調(diào)速控制系統(tǒng)可采用常規(guī)的單片機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)。這樣，在同一個(gè)調(diào)速控制系統(tǒng)控制下，可對(duì)風(fēng)扇電機(jī)和水泵電機(jī)進(jìn)行二者兼顧的準(zhǔn)確無級(jí)調(diào)速，以使循環(huán)水泵1提供適當(dāng)?shù)睦鋮s水循環(huán)流量，使冷卻風(fēng)扇2提供準(zhǔn)確的散熱風(fēng)量，從而保證了內(nèi)燃機(jī)在最佳工作溫度點(diǎn)上的穩(wěn)定工作，使內(nèi)燃機(jī)達(dá)到最佳的工作效率。兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)由同一調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，還可以簡(jiǎn)化控制程序，如給定一個(gè)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以調(diào)整風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速；或者是給定一個(gè)風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
在本實(shí)用新型中，在內(nèi)燃機(jī)3的機(jī)體上和內(nèi)燃機(jī)冷卻水的進(jìn)水口32上，分別裝有向數(shù)控調(diào)速控制系統(tǒng)傳輸溫度信號(hào)的溫度傳感器。這樣調(diào)速控制系統(tǒng)就可直接根據(jù)冷卻循環(huán)水的溫度變化，及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整水泵電機(jī)或風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使冷卻裝置的冷卻工作更加精確。
本實(shí)用新型的工作過程(結(jié)合圖2)是為樣的開始工作后，首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢和網(wǎng)絡(luò)連接檢查。如三次不正常，則報(bào)警。如果正常，則通過機(jī)體上的溫度傳感器檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的機(jī)體溫度(該溫度為內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作溫度)，看其是否超過某個(gè)設(shè)定值(該設(shè)定值為所對(duì)應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的最佳工作溫度值)。在未超過這個(gè)溫度值以前，整個(gè)冷卻裝置不工作。此時(shí)，內(nèi)燃機(jī)可能是運(yùn)行在低溫環(huán)境下的保溫工作狀態(tài)。當(dāng)超過設(shè)定溫度值后，啟動(dòng)循環(huán)水泵1，冷卻水箱4開始散熱，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)水口上的溫度傳感器為調(diào)速控制系統(tǒng)提供工作參數(shù)。如果內(nèi)燃機(jī)工作環(huán)境溫度較低或者冷卻條件較好(如在冬季行車)，則循環(huán)水泵1只需進(jìn)行低速工作即可。如果內(nèi)燃機(jī)3的機(jī)體溫度上升，則可提高循環(huán)水泵1的轉(zhuǎn)速，加大循環(huán)流量，使內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定工作在最佳溫度點(diǎn)。如果溫度繼續(xù)上升，超過了限定的溫度值，則啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇2，并根據(jù)水溫調(diào)整風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使內(nèi)燃機(jī)保持在正常的工作狀態(tài)。一旦機(jī)體溫度過熱，超過限定溫度值后，一方面調(diào)速控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出超溫報(bào)警，內(nèi)燃機(jī)則因過熱而停機(jī)；另一方面冷卻裝置還可以繼續(xù)循環(huán)工作，并以最大工作能力進(jìn)行散熱，使內(nèi)燃機(jī)盡快降溫，以消除因高溫過熱給內(nèi)燃機(jī)帶來的故障隱患。
在本實(shí)用新型中，內(nèi)燃機(jī)冷卻液的更換也是十分方便的，即只要啟動(dòng)循環(huán)水泵即可，而無需啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)。此時(shí)，循環(huán)水泵的高速工作，還可以清洗冷卻裝置內(nèi)的沉積物，以保障冷卻裝置的換熱效率。本實(shí)用新型中的散熱水箱由于不必與內(nèi)燃機(jī)一體化，因而可根據(jù)車上的位置空間而設(shè)置，以利于噪聲控制和產(chǎn)熱區(qū)的控制。
在某種130KW的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車上，其循環(huán)水泵的功耗為3KW，冷卻風(fēng)扇的功耗為6-7KW。由于發(fā)動(dòng)機(jī)一經(jīng)啟動(dòng)，循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇的功耗就一直存在，再加上傳動(dòng)皮帶的損耗，這部分的能耗是十分顯著的。采用本實(shí)用新型后，電動(dòng)水泵的功耗最大為250W，電動(dòng)風(fēng)扇的功耗最大為500W，電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的功耗僅為10W。由此可見，采用本實(shí)用新型后，冷卻裝置在最大冷卻工作狀態(tài)下的功耗，還不及原有冷卻裝置的十分之一，因而節(jié)能效果是十分顯著的。取消循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇的皮帶傳動(dòng)后，內(nèi)燃機(jī)的軸向長(zhǎng)度還可縮短至少120mm，這對(duì)于汽車的改進(jìn)設(shè)計(jì)，有著重要的意義。
本實(shí)用新型中的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可選用稀土永磁無刷電動(dòng)機(jī)。它具有體積小、重量輕、效率高、耗電低、調(diào)速特性好和過載能力大等特點(diǎn)。一旦冷卻裝置超負(fù)荷工作，這種電動(dòng)機(jī)可在過載一倍以上的條件下，穩(wěn)定工作一定時(shí)間。相應(yīng)地就是使冷卻裝置的冷卻能力擴(kuò)大了許多，這就為減少冷卻水箱的容量和體積帶來了可能，從而可減少整個(gè)冷卻裝置的重量和體積。
在現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)冷卻風(fēng)扇傳動(dòng)皮帶上，還帶動(dòng)有一臺(tái)發(fā)電機(jī)。采用本實(shí)用新型取消冷卻風(fēng)扇的傳動(dòng)皮帶后，發(fā)電機(jī)可通過另設(shè)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與內(nèi)燃機(jī)曲軸相接；也可直接取消原發(fā)電機(jī)，將原有內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)機(jī)改成起動(dòng)發(fā)電機(jī)，并在原起動(dòng)機(jī)的位置上安裝和使用，以分時(shí)完成起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電這兩項(xiàng)任務(wù)，保證內(nèi)燃機(jī)的正常運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)燃機(jī)高效節(jié)能冷卻裝置，冷卻水箱(4)通過循環(huán)管路接內(nèi)燃機(jī)(3)，在循環(huán)管路中接有循環(huán)水泵(1)，在冷卻水箱(4)的前部設(shè)有冷卻風(fēng)扇(2)，其特征在于循環(huán)水泵(1)和冷卻風(fēng)扇(2)由各自附帶的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)高效節(jié)能冷卻裝置，其特征在于循環(huán)水泵(1)和冷卻風(fēng)扇(2)的兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)共用一個(gè)數(shù)控調(diào)速控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)高效節(jié)能冷卻裝置，其特征在于在內(nèi)燃機(jī)(3)的機(jī)體上和內(nèi)燃機(jī)冷卻水的進(jìn)水口上，分別裝有向數(shù)控調(diào)速控制系統(tǒng)傳輸溫度信號(hào)的溫度傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種內(nèi)燃機(jī)高效節(jié)能冷卻裝置，為解決現(xiàn)有冷卻裝置的冷卻效果取決于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的問題而設(shè)計(jì)。本高效節(jié)能冷卻裝置包括有冷卻水箱和冷卻風(fēng)扇，冷卻水箱通過循環(huán)管路接內(nèi)燃機(jī)，在循環(huán)管路中接有循環(huán)水泵，在冷卻水箱前部設(shè)有冷卻風(fēng)扇。其關(guān)鍵是去掉原有冷卻裝置中的皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇從內(nèi)燃機(jī)體上分離開來，將循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇改由各自附帶的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并對(duì)該兩電機(jī)進(jìn)行數(shù)控?zé)o級(jí)調(diào)速控制。不論內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速高低和運(yùn)轉(zhuǎn)與否，均可對(duì)循環(huán)水泵和冷卻風(fēng)扇進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)冷卻工作與內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的最佳配合。
文檔編號(hào)F01P5/00GK2641293SQ0326976
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月5日
發(fā)明者原澤, 原亮 申請(qǐng)人:原澤