CN103075282B - 内置式柴油汽车滤清器感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种内置式柴油汽车滤清器感应加热方法及装置，属于柴油滤清器加热装置领域。其特征在于：在滤清器油杯中心的钢制螺栓柱和滤芯内壁之间设置励磁线圈，感应加热电路将汽车蓄电池中的直流电逆变成高频交流电流，高频交流电流通过励磁线圈时产生高频磁场，高频磁场在钢制螺栓柱中感应出涡流，使钢制螺栓柱发热，加热滤清器中的柴油，使得柴油升温。本装置采用感应加热技术，加热速度快，热效率高，耗电量低。采用从中心向外传热的方式，热效率高，加热效果明显。本装置设置的油温控制电路，可保证油温始终被控制在合理的范围内，使发动机运转在最佳状态。本装置特殊的结构和安装位置，不会对滤清器的日常维护造成不便和影响。

Description

内置式柴油汽车滤清器感应加热装置

技术领域

本发明属于柴油滤清器加热装置领域，尤其提供一种内置式柴油汽车滤清器感应加热方法，以及实现该方法的内置式柴油汽车滤清器感应加热装置。

背景技术

在冬季或者高寒地区，当气温降至4℃左右时，柴油中的蜡质就会析出，滤清器中的滤芯被阻塞，柴油发动机因供油不畅而起动困难。为了解决这一技术难题，许多科技工作者设计出了多种加热装置来对滤清器进行加热，比较典型的有以下3种：

1)利用加热丝作为加热元件。这种加热器的主要构造是在滤清器油杯中心的螺栓柱上缠绕一段电热丝，在汽车发动之前，利用蓄电池为加热器供电。实践证明，这种加热器确实有一定的效果，其突出的优点是体积小，结构简单，可直接安装在滤清器的内部，基本不会对滤清器的通油造成影响。但这种加热器也存在不足，由于电热丝的表面积极小，散热效果不理想，尤其是电热丝外裹的一层绝缘材料，大大降低了热传导效果，这些都说明了这种加热器的效率是极低的。为了达到必需的加热效果，这种加热方式会对蓄电池电能造成过多的消耗，尤其在气温较低的环境中，蓄电池的有效供电容量降低，加热完成后，很容易造成蓄电池对发动机起动电流供应不足。

2)利用大功率电热管加热。电热管呈倒U状，浸在油中，加热效果较好，但缺点是功率太大，必须加装可靠的温控装置，才能保证安全运行。

3)利用PTC电阻作为发热元件。这种加热器充分利用了PTC元件通过电流时会发出热量和自身具有恒温控制的特点，但是因为油温的加热区段较窄，难以兼顾PTC在低温时较大的起动电流和在温度上限具有自动控温的矛盾，更由于PTC发热元件的功率、体积、使用寿命，以及安装等其他因素，这种加热装置的温控效果较差，而且在滤清器内部占用了一定空间，尤其对小型滤清器的过油影响较大。

中国发明专利申请CN102300350A公开了一种用来加热滤清器罐体的电磁感应线圈绕制结构，通过感应加热方式加热滤清器罐体，这种采用由外及内的加热方式，难以实现对滤清器内腔中的油进行快速升温，而且罐体加热由于存在外侧散热效应，导致加热效率低。

中国实用新型专利ZL201020140969.6公开了一种感应式滤清器加热套，通过电磁线圈感应加热滤清器外壳，并且设置了外侧的保护套，阻止外部散热，但是这种由外及内的加热方式产生的加热效果依然不好，会造成热量损失，并且设置复杂，成本高。

中国实用新型专利ZL201120386374.3公开了一种内置感应式加热柴油滤清器，螺旋感应线圈缠绕在滤芯上，整体置于滤芯外壳中。该技术感应线缠绕在滤芯上，靠弹簧或者外壳加热，由于是内置式加热，提高了加热效率，但是螺旋感应线圈不能更换，只能随滤清器一起换掉，使用成本高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种特别适用于低气温环境使用，使用简单方便，热效率高的内置式柴油汽车滤清器感应加热方法，以及实现该方法的体积小、可重复使用的内置式柴油汽车滤清器感应加热装置。

实现上述目的的技术方案是：一种内置式柴油汽车滤清器感应加热方法，其特征在于：在滤清器油杯中心的钢制螺栓柱和滤芯内壁之间设置励磁线圈，感应加热电路将汽车蓄电池中的直流电逆变成高频交流电流，高频交流电流通过励磁线圈时产生高频磁场，高频磁场在钢制螺栓柱中感应出涡流，使钢制螺栓柱发热，加热滤清器中的柴油，使得柴油升温。

当环境温度较低时，通过该方法可以高效、快速地对滤清器中的柴油进行加热升温，防止滤清器被蜡堵塞。通过全桥逆变器产生的高频交流电高达数十千赫兹，通过励磁线圈在钢质螺栓柱中形成涡流，产生的热量用于加热周围的柴油。采用感应加热技术，加热速度快，热效率高，耗电量低。这种采用以滤清器内部的钢制螺栓柱作为发热主体，由内及外的传热方式，可进一步防止热量流失，提高热效率，加热效果明显。

其中优选的方案是：

所述的柴油升温后，进行温度控制，当柴油温度达到设定的温度上限时，感应加热电路停止工作；当柴油温度降低到设定的温度下限时，感应加热电路会再次启动，继续加热升温。设定温度为26℃-36℃，通过温度控制保证油温始终被控制在合理的范围内，使发动机运转在最佳状态。

所述的柴油升温后，进行超限温度控制，柴油温度超限后断电保护，柴油温度异常升高时，切断感应加热电路与汽车蓄电池的电气连接，滤清器照常工作。正常情况下，柴油温度被控制在合理范围内，但如果温控失常，导致油温异常升高时，切断感应加热电路与汽车蓄电池的电气连接，提高安全性，在这种情况下，滤清器的基本功能仍保持正常。

所述的感应加热电路设置短路保护，当感应加热电路出现异常发生短路时，切断感应加热电路与电源的电气连接，滤清器照常工作。防止感应加热电路过流损坏，保证该电路正常工作，提高使用寿命，降低维护成本，防止故障的进一步扩大。

一种实现上述方法的内置式柴油汽车滤清器感应加热装置，包括滤清器油杯中心的钢制螺栓柱，其特征在于：钢制螺栓柱外围和滤芯内壁之间设置骨架式线路板，骨架式线路板上设置感应加热电路，感应加热电路的输出端连接励磁线圈，励磁线圈缠绕在骨架式线路板底部，骨架式线路板的电源线通过滤清器进/出/备用油孔连接汽车蓄电池。

在现有滤清器的结构上设置骨架式线路板，感应加热电路安装在骨架式线路板上，励磁线圈安装在骨架的底部。骨架整体套装固定在滤清器的滤座上，钢制螺栓柱从骨架的内孔穿过，然后装入滤芯，与滤座、油杯构成内置式感应加热滤清器。利用油杯中心的螺栓柱作为感应加热的发热体，可以实现：1、螺栓柱属钢质材料，导磁性能优良，由于材料的电阻率适中，在相同的励磁电流条件下，能获得较大的发热功率；2、螺栓柱表面积较大，而且与柴油直接接触，传热效率高。励磁线圈直接绕制在钢制螺栓柱上，加热效率最大，但是线圈与螺栓柱一体，线圈连线妨碍着滤芯的更换，增加了维护更换的困难。为了克服这个缺点，本发明将励磁线圈绕制在骨架式线路板，将励磁线圈与钢制螺栓柱分开，骨架式线路板固定在滤清器的滤座上，这种结构保证了更换滤芯时的操作与普通滤清器完全一样，即使非专业人员也能轻松完成。

其中优选方案是：

所述的骨架式线路板为四片式卯榫结构，相互固定，整体上呈井型，骨架式线路板的翼片长度与滤清器滤芯内腔直径相适应。四片线路板之间通过卯榫结构固定，固定牢固，支撑稳定。钢制螺栓柱穿过井型骨架的中间通孔，翼片的设置是以滤清器滤芯的内壁作支撑，防止行车过程中加热装置因震动产生过度的横向位移，造成脱落，进一步提高稳定性。骨架式线路板采用立式放置，与柴油的流出方向一致，降低了阻力。

所述的骨架式线路板的相邻两个单片之间的线路交合点位置设置焊盘。上锡后，既保证相邻两块单片骨架式线路板之间的电气连接，还能增强架构机械强度，省去了复杂的导线，进一步节省了空间。

所述的感应加热电路包括高频振荡电路和全桥逆变器，高频振荡电路的输入端连接汽车蓄电池，高频振荡电路的输出端连接全桥逆变器，全桥逆变器的输出端连接励磁线圈，高频振荡电路包括振荡器、驱动器和控制电路，振荡器的电源端通过控制电路连接汽车蓄电池，振荡器的输出端通过驱动器连接全桥逆变器。全桥逆变器可以提高转换效率。桥臂开关选用新一代高频MOSFET，MLP33封装。感应加热电路的电路元件采用贴片集成电路，采用小封装贴片分立元件，进一步节省空间。工作时，桥臂开关交替导通，负载电流是交变的，线圈产生的磁场也是交变的，交变的磁场在钢制螺栓柱产生变化的磁通，感应出涡流使钢制螺栓柱发热。

所述的感应加热电路设置温度控制器，温度控制器检测滤清器内的柴油温度，温度控制器输出端连接控制电路，温度控制器的上限动作温度为26℃-36℃。温度控制器采用双金属片温度开关，串接在高频振荡电路的电源输入端。当油温达到其断开动作温度时，开关断开，高频振荡电路因断电而中止，全桥逆变器停止工作，油温不再继续升高。当油温低至开关复位温度时，复位温度为20℃-30℃，开关变为接通状态，高频振荡电路再次工作，输出高频脉冲，使全桥逆变器恢复工作；通过这种简单的控制方式保证柴油温度被控制在合理的范围内。

所述的感应加热电路设置过热保护器和短路保护器，过热保护器和短路保护器串联在控制电路和汽车蓄电池之间，过热保护器的熔断温度为70℃-90℃，短路保护器的熔断电流为10A。用于在油温失控等异常情况下自动断电。过热保护器采用聚合物热熔断器，当电路发生意外故障，导致油温异常升高时，热熔断器及时熔断，断开感应加热电路的电源。根据安全要求，选用熔断动作温度优选79℃。由于MOSFET开关管的寿命终止于其D、S极间的击穿短路，而这种故障对电源的影响非常大，尤其在以电池供电的系统中，开关管短路造成的电能损耗，十分巨大，在电路中必须设置可靠的短路保护器，电路中一旦出现短路，能够立即动作，切断电源。在本发明中，短路保护器采用熔断器进行短路保护，根据感应加热电路的功率、电流峰值等因素考虑，采用速断型的熔断器。其优选熔断电流为10A。

本发明的有益效果是：当环境温度较低时，启动本装置，可以高效、快速地对滤清器中的柴油进行加热升温，防止滤清器被蜡堵塞。本装置采用感应加热技术，加热速度快，热效率高，耗电量低。采用从中心向外传热的方式，热效率高，加热效果明显。本装置设置的油温控制电路，可保证油温始终被控制在合理的范围内，使发动机运转在最佳状态。

附图说明

图1是本发明的骨架式线路板的结构式示意图；

图2是本发明的感应加热电路的原理方框图；

图3是本发明的测试波形图；

图4是本发明的升温曲线图；

图中：1、线路板 2、挡板 3、线圈缠绕区 4、翼片 5、孔 6、焊盘。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

内置式柴油汽车滤清器感应加热方法：在滤清器油杯中心的钢制螺栓柱和滤芯内壁之间设置励磁线圈，感应加热电路将汽车蓄电池中的直流电逆变成高频交流电流，高频交流电流通过励磁线圈时产生高频磁场，高频磁场在钢制螺栓柱中感应出涡流，使钢制螺栓柱发热，加热滤清器中的柴油，使得柴油升温。

当环境温度较低时，通过该方法可以高效、快速地对滤清器中的柴油进行加热升温，防止滤清器被蜡堵塞。高频交流电流高达数十千赫兹，通过采用感应加热技术，加热速度快，热效率高，耗电量低。由于是滤清器内部的钢制螺栓柱从中心向外传热的方式，进一步防止热量流失，提高热效率，加热效果明显。

实施例2：

在实施例1的基础上，柴油升温后，进行温度控制，当柴油温度达到设定的温度上限时，感应加热电路停止工作；当柴油温度降低到设定的温度下限时，感应加热电路会再次启动，继续加热升温。设定温度上限为26℃-36℃，复位温度为20℃-30℃，通过温度控制保证油温始终被控制在合理的范围内，使发动机运转在最佳状态。

实施例3：

在实施例1与实施例2的基础上，柴油升温后，进行超限温度控制，柴油温度超限后断电保护，柴油温度异常升高时，切断感应加热电路与汽车蓄电池的电气连接，滤清器照常工作。防止柴油的油温过热，损害发动机，提高安全性。

实施例4：

在以上实施例的基础上，感应加热电路设置短路保护，当感应加热电路出现异常发生短路时，切断感应加热电路与电源的电气连接，滤清器照常工作。防止感应加热电路过流损坏，保证该电路正常工作，提高使用寿命，降低维护成本。

实施例5：

实现上述方法的内置式柴油汽车滤清器感应加热装置，包括滤清器油杯中心的钢制螺栓柱，钢制螺栓柱外围和滤芯内壁之间设置骨架式线路板，骨架式线路板上设置感应加热电路，感应加热电路的输出端连接励磁线圈，励磁线圈缠绕在骨架式线路板底部，骨架式线路板的电源线通过滤清器进/出/备用油孔连接汽车蓄电池。

在现有滤清器的结构上设置骨架式线路板。感应加热电路安装在骨架式线路板上，励磁线圈安装在骨架的底部。骨架整体固定在滤清器的滤座，钢制螺栓柱从骨架内孔中穿过，然后装入滤芯，与滤座、油杯构成内置式感应加热滤清器。利用油杯中心的螺栓柱作为感应加热的发热体，可以实现：1、螺栓柱属钢质材料，导磁性能优良，由于材料的电阻率适中，在相同的励磁电流条件下，能获得较大的发热功率；2、螺栓柱表面积较大，而且与柴油直接接触，传热效率高。励磁线圈与螺栓柱直接贴合时，加热效率最大，但是线圈与螺栓柱一体妨碍着滤芯的更换，增加了维护更换的困难。为了克服这个缺点，本发明将励磁线圈绕制在骨架式线路板底部将励磁线圈与钢制螺栓柱分开，这样更换滤芯时的操作与普通滤清器完全一样，即使非专业人员也能轻松完成。线圈绕制完毕后应进行密封处理，保证线圈的绝缘漆不与柴油接触。

井型架构设置的多个孔，例如方孔、圆孔等。方便了螺栓周围温度较高的油与架构外温度较低的油进行对流，提高了换热效率。滤芯的金属网和滤清器外壳还可对电路产生的高频干扰有一定的屏蔽作用，并将这些干扰能量转化为热能，提高了整个装置的加热效率。

实施例6：

整个装置的电源进线从滤清器的备用出油口引入，以机架为地。进线规格不应低于3.5mm²。可外接一电气开关作为本装置的电源开关(额定电流不低于12A)。

实施例7：

在实施例5、6的基础上，如图1所示，骨架式线路板1为四片式卯榫结构相互固定，整体上呈井型，骨架式线路板1的翼片4长度与滤清器滤芯内腔直径相适应。四片线路板采用卯榫结构，固定牢固，支撑稳定。钢制螺栓柱穿入井型的中间通孔，翼片4的设置可以与滤清器滤芯的内壁支撑，进一步提高稳定性。骨架式线路板采用立式放置，与柴油的流出方向一致，降低了阻力。线路板1根据需要设置各种形状的孔5，如方形、圆形等。

骨架式线路板1的相邻两个单片之间的线路交合点位置设置焊盘6。上锡后，既保证相邻两块单片骨架式线路板之间的电气连接，还能增强架构机械强度，省去了复杂的导线，进一步节省了空间。

励磁线圈设置在线圈缠绕区3，下部设置挡板2固定。

实施例8：

在实施例6与实施例7的基础上，如图2所示，进一步感应加热电路包括高频振荡电路和全桥逆变器，高频振荡电路的输入端连接汽车蓄电池，高频振荡电路的输出端连接全桥逆变器，全桥逆变器的输出端连接励磁线圈，高频振荡电路包括振荡器、驱动器和控制电路，振荡器的输入端通过控制电路连接汽车蓄电池，振荡器的输出端通过驱动器连接全桥逆变器。全桥逆变器可以提高转换效率。桥臂开关选用新一代高频MOSFET，MLP33封装。感应加热电路的电路元件采用贴片集成电路，采用小封装贴片分立元件，进一步节省空间。励磁线圈包括谐振电感和谐振电容，工作时，桥臂开关交替导通，负载电流是交变的，线圈产生的磁场也是交变的，交变的磁场在钢制螺栓柱产生变化的磁通，感应出涡流使钢制螺栓柱发热。

为尽可能地减少本装置对滤清器滤芯内腔空间的挤占，本装置所用的振荡器是一款功能综合的PWM控制器，它集控制、驱动与保护于一体，大大减少了元器件的数目。所有元器件均采用贴片元件。线路板1基板厚度不超过1mm。

感应加热电路设置温度控制器，温度控制器检测滤清器内的柴油温度，温度控制器输出端连接控制电路，温度控制器的上限动作温度为26℃-36℃，复位温度为20℃-30℃。温度控制器采用双金属片温度开关，当油温达到其断开动作温度时，开关断开。当油温低于开关的复位温度时，开关处于接通状态；当油温达到规定值后，温度开关断开，全桥逆变器停止工作，通过这种简单的控制方式保证柴油温度被控制在合理的范围内。柴油受热后体积膨胀，鉴于目前电喷发动机的喷油以体积作为计量单位，本装置设置的油温上限是36℃，这样可有效避免发动机高功率时的出力不足。在极端寒冷环境中，如此高的油温可有效补偿油路的热量损失，保证进入发动机的油温正常。复位温度设定为

感应加热电路设置过热保护器和短路保护器，过热保护器和短路保护器串联在控制电路和汽车蓄电池之间，过热保护器的熔断温度为70℃-90℃，短路保护器的熔断电流为10A。用于在油温失控等异常情况下自动断电。过热保护器采用聚合物热熔断器，当电路发生意外故障，导致油温异常升高时，热熔断器及时熔断，断开感应加热电路的电源。根据安全要求，选用熔断动作温度优选79℃。由于MOSFET开关管的寿命终止于其D、S极间的击穿短路，而这种故障对电源的影响非常大，尤其在以电池供电的系统中，开关管短路造成的电能损耗，十分巨大，在电路中必须设置可靠的短路保护器，电路中一旦出现短路，能够立即动作，切断电源。在本发明中，短路保护器采用熔断器进行短路保护，根据感应加热电路的功率、电流峰值等因素考虑，采用速断型的熔断器。其优选熔断电流为10A。

无论是油温出现异常升高，或者是电路方面出现故障，保护器件均能可靠动作，切断电源。

实验效果：

如图3所示，是感应加热电路正常工作时测得的波形，上面的波形是开关管的驱动脉冲，下面的波形是全桥逆变器直流母线的电流，可以看出，电流波形平滑，无尖峰脉冲，开关管基本工作在零压开关状态(ZVS)，此时开关管的各种损耗在很低的水平，加热器的效率较高。

如图4所示，是根据实际工况测出的滤清器内的升温曲线。在初始阶段，由于油温较低，柴油的流动性较差，导热性能欠佳，升温较慢。随着温度的提高，柴油的流动性提高，导热性能变好，升温速度加快。从曲线的变化轨迹可以看出，油温达到10℃以上后，可明显提高升温速度。在气温0℃，柴油的初始温度为1.8℃时开始加热，第一次达到控制温度上限的时间约为8min。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种内置式柴油汽车滤清器感应加热装置，包括滤清器油杯中心的钢制螺栓柱，其特征在于：钢制螺栓柱外围和滤芯内壁之间设置骨架式线路板，骨架式线路板上设置感应加热电路，感应加热电路的输出端连接励磁线圈，励磁线圈缠绕在骨架式线路板底部，骨架式线路板的电源线通过滤清器进/出油孔连接汽车蓄电池，骨架式线路板固定在滤清器的滤座上；所述的骨架式线路板为四片式卯榫结构，相互固定，整体上呈井型，骨架式线路板的翼片长度与滤清器滤芯内腔直径相适应。

2.根据权利要求1所述的内置式柴油汽车滤清器感应加热装置，其特征在于：所述的骨架式线路板的相邻两个单片之间的线路交合点位置设置焊盘。

3.根据权利要求1所述的内置式柴油汽车滤清器感应加热装置，其特征在于：所述的感应加热电路包括高频振荡电路和全桥逆变器，高频振荡电路的输入端连接汽车蓄电池，高频振荡电路的输出端连接全桥逆变器，全桥逆变器的输出端连接励磁线圈，高频振荡电路包括振荡器、驱动器和控制电路，振荡器的电源端通过控制电路连接汽车蓄电池，振荡器的输出端通过驱动器连接全桥逆变器。

4.根据权利要求1或3所述的内置式柴油汽车滤清器感应加热装置，其特征在于：所述的感应加热电路设置温度控制器，温度控制器检测滤清器内的柴油温度，温度控制器输出端连接控制电路，温度控制器的上限动作温度为26℃-36℃。

5.根据权利要求1或3所述的内置式柴油汽车滤清器感应加热装置，其特征在于：所述的感应加热电路设置过热保护器和短路保护器，过热保护器和短路保护器串联在控制电路和汽车蓄电池之间，过热保护器的熔断温度为70℃-90℃，短路保护器的熔断电流为10A。