专利名称：储热式汽车驻车加热系统及其启动方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车的加热装置，具体地说是一种储热式汽车驻车加热系统以及储热式汽车驻车加热系统的启动方法。
背景技术：
汽车的启动分为冷启动和热启动。由于冷启动时汽车的润滑系统不能完全正常润滑，会给汽车发动机带来较大的磨损，在特别寒冷的季节和地带甚至会造成汽车点火后无法启动。在冷启动时，为了让发动机正常工作，通常在启动后要让发动机怠速运转10-300秒，甚至更长的时间，以便让发动机温度接近正常工作的温度，从而保证油料在汽缸里面的雾化程度和燃烧充分度，以及润滑系统的正常工作。在暖车期间，行车电脑会从汽车的各个温度探测器中读取发动机各个部位的工作温度，并控制喷油嘴加大喷油量，以使汽车尽快达到正常工作温度。通常冷启后汽车的怠速油耗是发动机正常温度状态下怠速油耗的3-4 倍。就I. 0-2. O升排量的家庭轿车来说，冷启动比热启动一般多消耗O. 15-0. 20升油料。除了增加发动机磨损和油耗，冷启动后汽车暖风机还不能马上向驾驶室提供暖风。暖风机靠冷动液提供热量，冷启动时冷却液温度很低时，不但从暖风机出口吹出的风不是暖风，而且会影响发动机的升温。所以，在寒冷地区或者季节，冷启动时驾驶者的舒适度大大降低。部分车型使用电加热装置解决这一问题，但电加热装置耗电量巨大，如使用车上的电瓶会很快亏电，汽车难以启动。如使用汽车外部电源供电，需要专门车库或者专门的加热电源，不适用于大多数用户。部分车型提供有驻车加热器，可以定时或者遥控启动加热器，从汽车油箱中抽取油料，燃烧后加热冷却液。但这种模式的驻车加热器，制造成本较高，而且受体积限制，热效率不高，每次工作所消耗的油料比发动机冷启动增加的油耗没有明显的降低。高昂的售价，复杂的安装，不菲的油料消耗，并不适用于普通用户。专利200420039863. I提供了一种储能式汽车热启动系统，在停车后，发动机内的冷却液进入保温器。若干时间后，启动汽车时，保温器内的高温冷却液进入发动机，完成对发动机的预热。这种方案的电子控制相对复杂，而且一般汽车发动机的冷却液只有5升左右，储热不足以预热100公斤的发动机。更主要的是，冷却液的热容值和水接近，极不适合做储热材料，所以即使将冷却液的质量提高到20公斤，所存储的热量也非常有限。因此这种方案不是一种理想的储热式驻车保温和加热方案。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供一种利用储热材料吸收发动机余热，并把热量储存在保温箱，在下次冷启动时预热发动机和驾驶室的储热式汽车驻车加热系统。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是一种储热式汽车驻车加热系统，其通过利用储热材料吸收发动机余热，把热量储存在保温箱，用于在汽车驻车之后的下次启动前，对汽车的发动机和驾驶室进行预热；其特征在于，该储热式汽车驻车加热系统包括保温箱、导管、水泵、电磁阀、第一温度探测器、第二温度探测器及控制电路；保温箱的保温层由真空保温材料制成，保温箱还设有防止热量向外辐射的防辐射层；保温箱内有热交换管和储热材料，并设置了第一温度探测器，用于供控制电路读取保温箱内储热材料的温度；保温箱的箱壁上分别有一个进液口和一个出液口，进液口和出液口都用于在箱内连接热交换管，在箱外连接导管；进液口和出液口的开闭由所述电磁阀控制；保温箱通过导管与水泵串联，保温箱置于暖风水箱的一侧；所述的电磁阀设置在暖风水箱的出液口和发动机的进液口之间的导管上；发动机内还设置有第二温度探测器，用于监测发动机内的冷却液温度，第二温度探测器的读数通过所述控制电路读取。
汽车的冷却液循环系统中的节温器的原始开启温度为K1，全开温度为K2，在安装储热式汽车驻车加热系统后，开启温度要适度调高至Kl+D，K2的值不变。其中
15°C，且Kl+D < K2，D的具体数值根据储热箱对热量的吸收效率等情况设定。当汽车启动后，冷却液的温度低于节温器的原始开启温度Kl时，发动机处于正常的小循环状态。而当冷却液温度继续上升，冷却液的温度达到Ki时，保温箱两端的电磁阀打开，储热式汽车驻车加热系统自带的水泵开始运转，冷却液进入保温箱，加热保温箱内的储热材料，即储热式汽车驻车加热系统的储热过程在发动机冷却液达到正常工作时才进行。当发动机内的冷却液温度继续上升，到达节温器的开启温度K1+D时，节温器开启，从发动机流出的冷却液有小部分冷却液流入到散热水箱，但仍有从发动机流出的冷却液流入保温箱。当发动机内冷却液温度继续上升，到达节温器的全开温度K2时，更多的冷却液流入到散热水箱，但仍有从发动机流出的冷却液流入保温箱。这样就保证发动机的冷却液尽快升温到正常的工作温度，保温箱储热过程不影响发动机升温，又能使发动机的冷却系统正常工作，保证冷却液温度不至于过高。直至发动机熄火，驻车加热系统的储热过程停止。当发动机熄火后，驾驶员可以通过驻车加热系统上的控制电路设定下次启动前的驻车加热方式。控制电路默认的驻车加热模式被设置为保温模式，即储热式驻车加热系统在尽量长的时间内自动保持汽车冷却液温度在[T1，T2]的范围内。这是因为热传导和温度梯度成正比，如果一次把保温箱内的热能用完，尽管可以把发动机加热到较高的温度，但很快会冷却下来，影响驻车加热系统的保温时间。保温模式可以让汽车在长时间内保持热车状态，适合提车后若干时间内任何时间都可能启动汽车行驶的情况。在保温模式下，储热式驻车加热系统的工作步骤如下(I)储热式驻车加热系统的控制电路通过读取放置在汽车发动机内侧或出口处冷却液内的温度计所提供的温度信号Τ3 ；(2)如果Τ3 < Tl，则进入下一步动作；如Tl < Τ3 < Τ2，判断驻车加热系统是否在加热状态，如果是在加热状态，即保温箱电磁阀在打开状态，则说明此时冷却液正在被加热，但还没有加热到Τ2，所以也进入下一步动作，如果保温箱电磁阀在关闭状态，则说明发动机内冷却液还没有降低至Tl，所以进入步骤(7);如果Τ3>Τ2，则关闭或继续关闭保温箱进出液口的电磁阀以及所述储热式驻车加热系统的水泵，至步骤(7)；(3)控制电路读取保温箱内储热物质的温度探头提供的温度Τ4。如果Τ4 > Τ3，则进行下一步动作；否则，通过仪表或者指示灯显示储热箱热能耗尽，循环过程结束。(4)在所述控制电路的控制下，开启或保持开启保温箱两端导管进出冷却液的电磁阀，同时启动水泵或保持水泵启动状态启动，让保温箱内的储热物质加热流入的冷却液，再把流出的冷却液流入发动机腔体，加热发动机缸体和发动机内的机油。(5)如果暖风机的开关打开，这种状态下被加热的冷却液也流入暖风水箱。(6)如果从保温箱内流出的冷却液进入发动机的导管上的阀门被关闭，则此时被加热的冷却液只流入暖风水箱。(7)持续若干时间。(8)循环至步骤(I)。
(9)循环结束。 除了保温模式，用户还可以设定储热式驻车加热系统在定时模式下启动，即本次熄火后的一个设定的时刻对冷却液进行加热。驻车加热系统的启动由控制电路内的定时器或时钟触发。另外，还可以采用手动或遥控模式，这个模式不需要设定，用户可以在熄火后任意时间通过手动或遥控模式启动储热式驻车加热系统。定时模式和手动或遥控模式下，储热式驻车加热系统的工作步骤如下(I)控制电路读取放置在汽车发动机内侧或出口处冷却液内的温度计所提供的温度信号T3，和保温箱内储热物质的温度探头提供的温度T4。(2)如果T4 <= T3，循环结束；如果T4 > T3，则开启或保持开启保温箱两端导管进出冷却液的电磁阀，同时启动水泵或保持水泵启动状态启动，让保温箱内的储热物质加热流入的冷却液，再把流出的冷却液流入发动机腔体，加热发动机缸体和发动机内的机油。(3)如果暖风机的开关打开，这种状态下被加热的冷却液也流入暖风水箱。(4)如果从保温箱内流出的冷却液进入发动机的导管上的阀门被关闭，则此时被加热的冷却液只流入暖风水箱。(5)持续若干时间。(6)循环至步骤(I)。(7)循环结束。所用储热材料在保证安全的前提下，可以是相变储热材料，或者化学储热材料。优选的，所述的保温箱的放置位置可以是车内座椅下或者后备箱。优选的，所述的保温箱的数量为一个或多个。下面给出一组具体的数据，来体现出保温箱用于储热所存在的优势。以造价低廉的石蜡为例，30公斤的石蜡在从55度降低到40度时，放出的热量为1935千卡热量，相当于129公斤的水从55度降低到40度所放出的热量。1935千卡相当于2. 24度电，如果30公斤石蜡从80度降低到40度，放出的热量相当于2. 85度。而48V60AH即放电量为2. 88度电的磷酸铁锂电池组的重量是26公斤,价格是6000元,使用寿命是1500次。石腊的成本为300元，使用寿命几乎无限次，而且石蜡可回收，无污染。而锂电池使用后很难回收。综上，本发明的储热式驻车加热系统和现有技术相比，具有延长发动机使用寿命、提供发动机冷启动性能、降低燃油消耗、节约能源、成本低廉、结构简单、效果显著等特点，对寒冷地区的用户，以及需要频繁冷启动汽车的用户会有明显的效果。因而，具有很好的推广使用价值。
图I为加装了储热式驻车加热系统的汽车在冷启动后发动机内冷却液未达到Kl时正常的小循环状态下的工作示意图。图2为加装了储热式驻车加热系统的汽车在发动机内冷却液升温到Kl但未到K1+D时，冷却液对保温箱内蓄热材料加热状态下的工作示意图。图3为加装了储热式驻车加热系统的汽车在发动机内冷却液达到K1+D后，冷却系统低效率主动散热同时冷却液也对保温箱内蓄热材料加热状态下的工作示意图。图4为加装了储热式驻车加热系统的汽车在发动机内冷却液达到K2后，冷却系统高效率主动散热同时冷却液也对保温箱内蓄热材料加热状态下的工作示意图。图5为加装了储热式驻车加热系统的汽车在驻车加热状态下的工作示意图。 图6为驻车加热系统内的保温箱的结构示意图。
具体实施例方式以下，参照附图，对本实用新型的储热式驻车加热系统进行具体的说明。附图I中，储热式汽车驻车加热系统，包括保温箱8、导管5、水泵10、电磁阀9、温度探测器13及控制电路11。保温箱内有热交换管和储热材料，并放置了温度探测器13供控制电路11读取保温箱内储热材料的温度。热交换管在箱壁上有一个进液口和一个出液口，进液口和出液口的开闭由电磁阀9控制。保温箱的进液口和出液口通过导管串联了一个水泵10后，并联在暖风水箱7的两侧。在暖风水箱7的出液口和发动机的进液口之间的导管上加装一个电磁阀14。发动机内的监测冷却液温度的温度探测器12的读数也能够被控制电路11读取。汽车在冷启动状态下，冷却液的温度低于节温器的原始开启温度Kl时，发动机I内的冷却液通过水泵2，由于节温器3未开启，电磁阀9也都关闭，冷却液全部回流到发动机腔体内，这种状态可以让发动机尽快升温。此时发动机的散热系统处于正常的小循环状态。附图2中，而当冷却液温度继续上升，冷却液的温度达到Kl时，控制箱11读取到这个温度，控制保温箱8两端的电磁阀9打开，同时控制水泵10开始运转，冷却液进入保温箱8，加热保温箱内的储热材料。此时冷却液并不会流向散热水箱4，以保持冷却液的正常工作温度。如果暖风开关6被开启，驾驶室内的空气也被冷却液通过暖风水箱7带来的热量加热。即储热式汽车驻车加热系统的储热过程在发动机冷却液达到正常工作时才进行。附图3中，冷却液温度逐渐升高，当达到了节温器3的开启温度K1+D时，节温器3开启，发动机I流出的冷却液部分流向暖风水箱7和驻车加热系统内的保温箱8，部分流向散热水箱4。同时保温箱8的进液口和出液口的电磁阀9继续打开，水泵10继续工作。此时发动机的散热系对处于对在对保温箱内蓄热材料加热并同时低效率主动散热的状态。附图4中，当冷却液温度继续升高到节温器3的全开温度K2时，节温器3全开，有更多的冷却液流向散热水箱4，主动散热功能到最高强度。散热水箱4能对冷却液进行更有效的降温，保证发动机内的冷却液始终保持在适宜的温度。同时仍有部分从发动机I流出冷却液流向保温箱8和暖风水箱7的方向，对驻车加热系统的保温箱8内的蓄热材料加热。此时发动机的散热系对处于对在对保温箱内蓄热材料加热并同时高效率主动散热的状态。
附图5中，驻车加热系统的启动和关闭，可以保温模式、定时模式和手动或遥控模式三种模式所控制。系统的默认模式保温模式。无论是哪种模式启动，加热时都是开启保温箱8两端导管进出冷却液的电磁阀9，同时启动水泵10或保持水泵10的启动状态，让保温箱8内的储热 物质加热流入的冷却液，再把流出的冷却液流入发动机I的腔体，加热发动机I的缸体和发动机I内的机油。如果开启暖风水箱开关6，也可以用来加热驾驶室内的空气。如果关闭电磁阀14，并且开启暖风水箱开关6，可以不加热发动机，只加热驾驶室内的空气。附图6中，保温箱8的保温层是真空保温材料。保温箱内有热交换管和储热材料。热交换管在箱壁上有一个进液口和一个出液口，进液口和出液口的开闭由电磁阀9控制。
权利要求
1.一种储热式汽车驻车加热系统，其通过利用储热材料吸收发动机余热，把热量储存在保温箱，用于在汽车驻车之后的下次启动前，对汽车的发动机和驾驶室进行预热；其特征在于，该储热式汽车驻车加热系统包括保温箱、导管、水泵、电磁阀、第一温度探测器、第二温度探测器及控制电路；保温箱的保温层由真空保温材料制成，保温箱还设有防止热量向外辐射的防辐射层；保温箱内有热交换管和储热材料，并设置了第一温度探测器，用于供控制电路读取保温箱内储热材料的温度；保温箱的箱壁上分别有一个进液口和一个出液口，进液口和出液口都用于在箱内连接热交换管，在箱外连接导管；进液口和出液口的开闭由所述电磁阀控制；保温箱通过导管与水泵串联，保温箱置于暖风水箱的一侧；所述的电磁阀设置在暖风水箱的出液口和发动机的进液口之间的导管上；发动机内还设置有第二温度探测器，用于监测发动机内的冷却液温度，第二温度探测器的读数通过所述控制电路读取。
2.如权利要求I所述的储热式汽车驻车加热系统，其特征在于，汽车的冷却液循环系统中的节温器的原始开启温度为K1，全开温度为K2，在安装所述的储热式汽车驻车加热系统后，节温器的开启温度要适度调高至Kl+D，K2的值不变；其中O彡D彡15°C，且K1+D< K2，D的具体数值根据储热箱对热量的吸收效率设定。
3.如权利要求2所述的储热式汽车驻车加热系统，其特征在于，当汽车启动后，冷却液的温度低于节温器的原始开启温度Kl时，发动机处于正常的小循环状态；而当冷却液温度继续上升，冷却液的温度达到Kl时，保温箱两端的电磁阀打开，储热式汽车驻车加热系统自带的水泵开始运转，冷却液进入保温箱，加热保温箱内的储热材料；即储热式汽车驻车加热系统的储热过程在发动机冷却液达到正常工作时才进行。
4.如权利要求3所述的储热式汽车驻车加热系统，其特征在于，当发动机内的冷却液温度继续上升，到达节温器的开启温度K1+D时，节温器开启，从发动机流出的冷却液有小部分冷却液流入到散热水箱，但仍有从发动机流出的冷却液流入保温箱；当发动机内冷却液温度继续上升，到达节温器的全开温度K2时，更多的冷却液流入到散热水箱，但仍有从发动机流出的冷却液流入保温箱；这样就保证发动机的冷却液尽快升温到正常的工作温度，保温箱储热过程不影响发动机升温，又能使发动机的冷却系统正常工作，保证冷却液温度不至于过高；直至发动机熄火，驻车加热系统的储热过程停止。
5.如权利要求4所述的储热式汽车驻车加热系统，其特征在于，当发动机熄火后，驾驶员能够通过驻车加热系统上的控制电路设定下次启动前的驻车加热方式；控制电路默认的驻车加热模式被设置为保温模式，即储热式驻车加热系统在尽量长的时间内自动保持汽车冷却液温度在[Tl，T2]的范围内；这是因为热传导和温度梯度成正比，如果一次把保温箱内的热能用完，尽管能把发动机加热到较高的温度，但很快会冷却下来，影响驻车加热系统的保温时间；保温模式能够让汽车在长时间内保持热车状态，适合提车后若干时间内任何时间都可能启动汽车行驶的情况。
6.如权利要求I所述的储热式汽车驻车加热系统，其特征在于，所述的保温箱设置保温层，该保温层由真空保温材料制成。
7.如权利要求I所述的储热式汽车驻车加热系统，其特征在于，所述的保温箱的位置设置在汽车的车内座椅下或者后备箱内。
8.如权利要求I所述的储热式汽车驻车加热系统，其特征在于，所述保温箱的数量为一个或多个。
9.一种如权利要求I所述的储热式驻车加热系统的启动方法，其特征在于，由预先设定的发动机冷却液的保温温度范围[Tl，T2]中的Tl和T2作为启动和关闭的温度上下限、或者由预先设定的汽车熄火后的时间或时刻、或者由用户手动或遥控触发，对储热式驻车加热系统进行启动，使保温箱内的储热物质对冷却液进行加热。
10.如权利要求9所述的启动方法，系统的默认模式为由预先设定的发动机冷却液的保温温度范围T1-T2作为启动和关闭的温度上下限来触发所述的储热式驻车加热系统的启动和关闭。
11.如权利要求10所述的启动方法，所述的由预先设定的发动机冷却液的温度范围的上下限作为储热式驻车加热系统启动和关闭的触发信号，包括如下步骤 (1)储热式驻车加热系统的控制电路通过读取放置在汽车发动机内侧或出口处冷却液内的温度计所提供的温度信号T3 ； (2)如果T3<T1，则进入下一步动作；否则，则关闭或继续关闭保温箱进出液口的电磁阀以及所述储热式驻车加热系统的水泵，至步骤(7)； (3)控制电路读取保温箱内储热物质的温度探头提供的温度Τ4;如果Τ4 > Tl，则进行下一步动作；否则，通过仪表或者指示灯显示储热箱热能耗尽，循环过程结束； (4)在所述控制电路的控制下，开启保温箱两端导管进出冷却液的电磁阀，同时启动水泵，让保温箱内的储热物质加热流入的冷却液，再把流出的冷却液流入发动机腔体，加热发动机缸体和发动机内的机油； (5)如果暖风机的开关打开，这种状态下被加热的冷却液也流入暖风水箱； (6)如果从保温箱内流出的冷却液进入发动机的导管上的阀门被关闭，则此时被加热的冷却液只流入暖风水箱； (7)持续若干时间； (8)循环至步骤⑴； O)循环结束。
12.如权利要求9所述的启动方法，所述的由预先设定的汽车熄火后的时间或时刻、或者由用户手动或遥控触发，包括如下步骤 (1)控制电路读取放置在汽车发动机内侧或出口处冷却液内的温度计所提供的温度信号Τ3，和保温箱内储热物质的温度探头提供的温度Τ4 ； (2)如果Τ4<= Τ3，循环结束；如果Τ4 > Τ3，则开启或保持开启保温箱两端导管进出冷却液的电磁阀，同时启动水泵或保持水泵启动状态启动，让保温箱内的储热物质加热流入的冷却液，再把流出的冷却液流入发动机腔体，加热发动机缸体和发动机内的机油； (3)如果暖风机的开关打开，这种状态下被加热的冷却液也流入暖风水箱； (4)如果从保温箱内流出的冷却液进入发动机的导管上的阀门被关闭，则此时被加热的冷却液只流入暖风水箱； (5)持续若干时间； (6)循环至步骤⑴； (7)循环结束。
全文摘要
本发明公开了一种利用储热材料吸收发动机余热，并把热量储存在保温箱，在下次冷启动前预热发动机和驾驶室的储热式汽车驻车加热系统以及储热式汽车驻车加热系统的启动方法，属于汽车预加热装置。储热式汽车驻车加热系统包括储热材料、保温箱、导管、水泵、电磁阀、温度探测器及控制电路。本发明的储热式驻车加热系统和现有技术相比，具有延长发动机使用寿命、提供发动机冷启动性能、降低燃油消耗、节约能源、成本低廉、结构简单、效果显著等特点，对寒冷地区的用户，以及需要频繁冷启动汽车的用户会有明显的效果。
文档编号F02N19/10GK102878001SQ20111019621
公开日2013年1月16日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者郭应中 申请人:郭应中