一种兼有泵功能的发动机低温冷启动用电热预热器

一种兼有泵功能的发动机低温冷启动用电热预热器

本实用新型是关于一种兼有泵功能的机动车低温冷启动用电热预 热器，主要用于机动车发动机及其它内燃机在低温环境下的预热，属 机动车电热器领域。

在北方寒冷地区，冬季气温可达零下20-30℃甚至更低。而一般 情况下，当气温低于零下10℃时，发动机冷启动就会发生困难，这主 要是因为，低温时机油粘度增大致使发动机起动阻力增大，发动机达 不到最低的起动转数，及燃油如汽油、柴油在低温下凝结而不能雾化 燃烧等原因。在低温下发动机即使能够启动也需要较长时间(一般要 10-20分钟)的怠速运转预热，耗时耗油；特别是低温下冷启动由于 润滑不好，及转数忽高忽低会加剧发动机的磨损，已有研究资料表明， 在5℃时冷启动一次发动机，发动机的磨损量相当于行车几十公里， 所以低温下发动机冷启动要预热。

传统的预热方法是用汽油喷灯加热，这种方法很不安全，而且现 代机动车(特别是小型车)结构日益紧凑已使这种方法无法使用。 近年来，随着电热技术的进步，在各个领域大量使用了电热器，它使 用一般民用电通过电热器来产生热量，具有方便、省力、安全的优点， 完全可以应用于发动机低温冷启动的预热，近年来出现的发动机电热 预热器已有好几种，有些已申请了中国专利，如88215278 93203842 94205459 94229371等，其实它们的结构差别很小，基本是在装有电 热元件的腔体上设有两个口用于进出水，靠对流循环实现对发动机加 热。从理论上讲，由于微、小、中型机动车发动机的重量一般均在80 -150kg之间，而其主要材料钢、铸铁和铝的比热在0.15-0.17之间， 所以通过容量1500W的电热元件完全可以在30分的时间内把它从零下 20℃左右加热到足够高的温度，如10-20℃以上，以实现较高温度下 的冷启动。但目前已有的这类预热装置还过于简陋，有明显的缺陷和 问题，因此在实际使用中还不能达到很好地预热发动机的目的。

现代机动车发动机的冷却系统一般由水泵、节温器、出、回水管、 散热器和旁通管等组成，冷却水的循环方式由节温器控制，水温低时， 节温器关闭，冷却水走旁通管在发动机内小循环，减小散热；当水温 升高到一定温度(一般80-90℃)时，节温器才遂渐打开，冷却水走 散热器大循环而散热。发动机的另一个冷却水回路是暧风回路，它是 为驾驶室暖风空调系统提供热源而设置的，一般独立于冷却系统。

由于散热器和节温器的存在，电热预热器不能装于大循环上；由 于小循环管径小，各种发动机的小循环地结构又很大的差别，所以也 不能装在小循环上。由于暖风回路是独立的回路，各种发动机暖风回 路的结构又基本相间，所以，近年来所出现的电热预热器均装于暖风 回路上，靠对流循环传热，而安装的方法或是串联或是并联。

通过对现代机动车发动机冷却及暖风回路的分析，就会明显地发 现近年来所出现的各种电热预热器的缺陷和问题。当预热器与暧风回 路串联联接时，由于暖风管路较长，而对流压头又很小，至多10-20 mm水柱，所以冷却水循环速率很低，一方面预热器端已沸腾，而发动 机端并不热，甚至对有些发动机，流过的有限的热水，由于温度过高 还会使节温器打开，热水流向散热器，完全达不到加热发动机的目的。 当预热器与暧风回路并联联接时(预热器出水口通过三通联发动机暧 风出水管，预热器进水口或联发动机放水口，或联散热器放水口)。 并联联接虽缩短了循环回路的长度，改进了传热的效果，但由于对流 压头并没有增加，所以这种改进是非常有限的，实际使用表明，一方 面预热器端还会沸腾，节温器仍会打开，另一方面，还会产生新问题， 即，当发动机正常运行以后，原来不通水的发动机放水口和散热器放 水口成了新的冷却水通道——从发动机放水口出来的冷却水没有冷却 发动机因而是凉的，并混入暧风回路，或，从发动机出来的热的冷却 水会直接进入散热器放水口，而后又直接返回了发动机而没有经过散 热器散热。这样的预热器(及其联接方式)会带来较严重的问题，用 户或不明白或没有引起重视，这些问题的表现是，暖风不热，而发动 机水温又会过高沸腾，即俗称的“开锅”；而发动机内部冷却水循环 方式的破坏，会使某些机件冷却不良，引起较严重的磨损。

本实用新型的目的是提出一种兼有泵功能的发动机低温冷启动用 电热预热器，它是为消除上述的预热器的缺陷和问题面提出，其中的 泵的功能的引入使其能直接串联联接在暖风回路上，并能提供足够高 的压头来提高冷却水的循环速率。由于其压头大大高于对流压头，因 此这种强制循环传热，既可以高效、快速地加热发动机，而当发动机 正常运行以后，又完全不改变发动机冷却水的循环方式，这样就可以 消除目前各种电热预热器的一切缺陷和问题。

本实用新型通过下述的技术方案来实现其目的。这个预热器由端 面板、筒、进水口、出水口、电热元件、电热元件接线端子、叶轮、机械 密封、机械密封座、轴及电机等构成，其中叶轮、机械密封、机械密封 座、轴和电机是本实用新型所增加的。本方案的特征是，两个相对并 分开一定距离的端面板及联接这两个端面板的一段筒围成一个壳体， 一个端面板上安装机械密封座及安装在机械密封座上的机械密封，轴 穿过机械密封，其在壳体内侧一端安装叶轮，外侧的一端安装电机， 轴也是电机的轴，端面板、筒、机械密封座、机械密封和轴构成密闭壳 体，只有壳体上的进水口、出水口与外界相通，其中进水口设在另一 侧端面板上并正对着轴的中心也即叶轮的中心，出水口设在筒的上部， 也可以设在靠近筒的上部的端面板上，从轴的中心开始轴的外侧是叶 轮和机械密封，再向外侧与筒之间是围绕叶轮和机械密封布置的并与 其有一定间隙的电热元件，再向外是筒，电热元件可以是半环状、环 状或螺旋状等形状的，可以是一圈至几圈，电热元件的接线端子从筒 上部或靠近筒上部的端面板处引出。以上方案说明，本方案不是泵与 预热器的简单的串联组合，而是有机的组合。

下面结合附图来具体说明本实用新型的结构，图1是其沿轴中心 线剖开的结构示意图，共由11部分组成，1筒、2端面板、3进水口、 4出水口、5电热元件、6电热元件引出端(接线柱)、7叶轮、8机 械密封、9机械密封座、10电机及11轴。

本实用新型的工作原理为，接通预热器电源后电热管和电机开始 工作，电机通过轴驱动叶轮转动，冷却水被叶轮从进水口吸入，经叶 轮被离心力(如果采用离心式叶轮的话)甩向筒形成泵的压头，在经 过电热元件表面时，冷却水被加热，被加热的冷却水在泵的压头的推 动下由出水口排出而流向发动机，因而也把热量传给了发动机，经过 这样不断的连续过程即可完成发动机的预热。

本实用新型可以产生的积极效果包括，1、安装简便，可直接串 联在发动机暖风管上，而不再需要做其它的改动；2、冷却水循环速 率加快，预热器端不再因循环不畅而沸腾；3、出水温度降低，预热 过程中热损失减小；4、节温器在预热过程中一直关闭，冷却水不会 流向散热器，提高了发动机的预热效果；5、发动机各部位温升均衡； 6、消除了前述的暖风不热，而发动机水温又会过高的问题。

下面说明一个实施例，这个实施例是根据本实用新型的结构原理 为中、小、微型汽车设计制作的。

图2是其沿轴中心线剖开的结构示意图，主要由1筒、2端面板、 3进水口、4轴、5叶轮、6机械密封、7机械密封座、8电机、9电 热管、10电热管接线端子及11出水口组成。其筒的形状为圆形， 其中的电热管为螺旋两圈结构。入水口垂直于端面板，出水口在筒上 部，垂直于筒，另外增加了接线合，其中有12双向电源线用插座、 13热保护器等，接线合由安装机械密封座的端面板与14后盖板圈 成，后盖板同时也把电机和机械密封座顺序压在端面板上固定，端面 板和机械密封座之间用O形圈密封，螺钉15用于把整个预热器固定 在机动车上。双向电源线用插座会使预热器使用方便，热保护器在电 机出现故障或暖风回路不通时自动断开电源，起保护作用。

实施例的主要参数为，筒的直径114mm，筒的长度45mm；其电热管 额定电压220V(交流)，额定功率1300W；电机额定电压220V(交 流)，额定输出功率15W，转数1500转/分；热保护器的断开温度80 ℃。预热器的性能参数为，热功率约1200W，泵压头150mm水柱，流量 约4升/分。

这个预热器被装在一台天津夏利TJ7100U轿车上试用，发动机重 量92kg。在零下20℃的气温环境中将汽车放置10小时，测得此时冷却 水(不冻液)的温度为零下20℃，表明发动机的温度为零下20℃。接 通预热器电源进行预热，连续测量预热器进、出水口温度差，平均约 为5℃，表明冷却液循环传热良好，发动机加热均匀。随后进出水口 温度同时逐渐升高，25分钟后分别达到25和30℃，断开预热器电源起 动发动机，一次起动成功，1分钟后即可平稳怠速运转。发动机水温 表指示水温已升高，并达到平时发动机冷起动并中低速运转10-15分 钟后的水平，证明使用本预热器达到了预热的目的。此过程中，散热 器温度没有明显升高，证明节温器是关闭的、并此部分的热损失很小。 在随后进行的汽车道路行驶试验中，凭试验人员的主观感觉，没有体 验出暖风热量有减小，表明安装预热器对暖风系统没有明显的影响。

实施例证明，本实用新型可以达到其发明目的和积极效果。