CN103807059A - 循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置，热交换器设有内管，内管两端分别构成循环水入口和循环水出口，内管设有分流管，每根分流管共用入口和出口分别构成燃油入口和燃油出口，燃油入口和燃油出口分别设置于内管两端部，燃油出口和循环水出口位于同一侧，热交换器的循环水入口与发动机冷却系统的循环水热水出口连接，热交换器的循环水出口连接发动机冷却系统的循环水冷水入口，热交换器的燃油出口通过管道连接油气分离器的燃油油气入口，油气分离器的出气口连接发动机的吸气入口，油气分离器的燃油液体出口连接发动机的喷油嘴。增加发动机的燃油利用率，节约用油，节约5%~20%，回收利用发动机产生的废热，节约能源。

Description

循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置

技术领域

本发明涉及发动机的燃油预热技术领域，具体涉及一种循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置，适用于汽油、柴油机的发动机的燃油预热。

背景技术

街头公汽后面排出浓浓的黑烟和小汽车产生刺鼻的汽油味，既污染环境又浪费资源，汽车的尾气一部分是没有来得及燃烧的汽油或柴油，一部分是未完全燃烧的燃油及其他废气。所以，现在的发动机的燃烧方式有必要改进。

1份质量的汽油（或柴油）燃烧后，大约有30%的有效做功、10%克服机械摩擦、20%热能损失（通过水箱散热排气管排出）、20%没有燃烧直接排出去产生汽油味、20%的没有完全燃烧冒黑烟，要使物质充分燃烧必须满足两个条件：①充足的氧气，②物质要和空气最大面积的接触，而燃油首先是吸热汽化后再燃烧，汽化的目的就是为了和氧气有最大面积充分的接触。液体蒸发（汽化）具有三个特点①蒸发面积越大（雾化越好），蒸发（汽化）越快②温度越高，蒸发（汽化越快）③风速越大（高压直喷），蒸发（汽化）越快。

汽油（或柴油）不仅是一种燃料，还是一种溶剂，汽油（或柴油）从石油里面提炼出来的时候，石油中有一定量的胶性物质溶解在里面，胶性物质的黏性致使汽油或柴油低温时流动性差，从发动机的喷油嘴喷出的时候雾化效果不好，在特定时间内汽化的质量少，发动机的燃油燃烧效果不好，耗油。燃油经过预热加温后，温度越高，流动性越好。

因为温度高的柴油从喷油嘴喷出的时候，雾化的效果会更好些，汽化的时间更短，汽化的质量会更多，而发动机做功的时间又非常有限，因此，温度高的柴油会燃烧的更充分，做功会更大，要使同条件下燃油燃烧的更充分就需要对燃油进行预热。

发动机的燃油需要预热，而废气涡轮增压器和发动机的循环热水需要散热，利用发动机自身产生的废热对燃油进行预热是节能的趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置，以汽油、柴油为媒介，一方面给发动机需要散热的循环热水降温，另一方面给发动机的废气涡轮增压器散热，循环吸收再利用发动机的废热，给准备进入发动机喷油嘴的燃油预热，让燃油更快更充分的燃烧，从而节能减排，节油5%—20%左右。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置，包括发动机，发动机装有水冷系的冷却系统，还包括热交换器和油气分离器，热交换器设有一根内管，内管的两端分别构成循环水入口和循环水出口，内管的内部设有一根以上的分流管，每根分流管并联，每根分流管共用一个入口和一个出口分别构成燃油入口和燃油出口，燃油入口和燃油出口分别设置于内管两端部的管壁上，燃油入口和循环水入口位于同一侧，燃油出口和循环水出口位于同一侧，

热交换器的循环水入口与发动机冷却系统的循环水热水出口连接，热交换器的循环水出口连接发动机冷却系统的循环水冷水入口，热交换器的燃油出口通过管道连接油气分离器的燃油油气入口，油气分离器的出气口连接发动机的吸气入口，油气分离器的燃油液体出口连接发动机的喷油嘴。

所述的发动机的冷却系统的循环水热水出口和循环水冷水入口处于大循环中。

所述的油气分离器包括：储液罐、通气室、固定浮力支架、浮子、气门及回力弹簧，出气口位于通气室壁上，通气室的底部与储液罐的顶部连通，且通气室与储液罐连通处设有气门，燃油油气入口设置于储液罐的中部，燃油液体出口设置于储液罐的底端，储液罐底部固定连接固定浮力支架，固定浮力支架包含3至5根竖直立柱，竖直立柱的长度与储液罐的高度相同，3至5根竖直立柱与储液罐底部构成放置浮子的升降空间，浮子位于升降空间内，气门位于升降空间的顶部，浮子可随储液罐中液体液面的升降而上升下降，浮子上升到预定高度后顶住气门底部的气门塞，气门的顶部用铁卡或螺丝连接回力弹簧的一端，回力弹簧的另一端固定在通气室的顶部，通气室的底部安装气门底座。

所述的气门为通用的汽车发动机气门。

所述的油气分离器的液体出口连接发动机的涡轮增压器散热装置的入口端，涡轮增压器上散热出口处的燃油出口连接油气分离器的燃油油气入口，油气分离器的出气口连接发动机导气管，燃油液体出口连接发动机的喷油嘴。

当混有少许气体的汽油进入油气分离器后，气体会自动跟液体汽油分离开来。随着油气分离器里的液面高度上升，浮子会被托起。当浮子上升到一定的高度时，会顶住上面的气门塞使气门闭合。气门闭合后油气分离器内由于不断有燃油气体产生，浮子会慢慢下降。当浮子下降到一定高度时，气门由于不受外力影响，在回力弹簧的作用下，气门打开。此时，气体会从出气口逸出，由于压力的作用，油气分离器里液面的高度回升，浮子被托起顶住气门闭合。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、增加发动机的燃油利用率，节约用油，节约5%~20%左右；

2、回收利用发动机产生的废热，节约能源。

附图说明

图1为一种循环吸收发动机（涡轮增压发动机）的废热进行燃油预热的装置示意图。

图2为热交换器内部结构示意图。

图3为油气分离器放大结构示意图。

图4为一种循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置示意图。

图中：1—发动机，2—喷油嘴，3—热交换器，4—循环水入口，5—油气分离器，6—出气口（油气出口进入发动机的进气导管），7—排气管，8—涡轮增压器，9—废气排放出口，10—（发动机）吸气入口，11—循环水出口，12—燃油入口，13—燃油出口。14—固定浮力支架，15—浮子，16—燃油油气入口， 17—气门塞，18—回力弹簧，19—燃油液体出口，20—气门，21—储液罐，22—通气室。

具体实施例

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置，包括发动机1，发动机1装有水冷系的冷却系统，还包括热交换器3和油气分离器5；

如图2所示热交换器3设有一根内管，内管的两端分别构成循环水入口4和循环水出口11，内管的内部设有一根以上的分流管，各根分流管并联，每根分流管共用一个入口和一个出口分别构成燃油入口12和燃油出口13，燃油入口12和燃油出口13分别设置于内管两端部的管壁上，燃油入口12和循环水入口4位于同一侧，燃油出口13和循环水出口11位于同一侧；

如图1所示热交换器3的循环水入口4与发动机1冷却系统的循环水热水出口连接，热交换器3的循环水出口11连接发动机1冷却系统的循环水冷水入口，热交换器3的燃油出口13通过管道连接油气分离器5的燃油油气入口16，油气分离器5的出气口6连接发动机1的吸气入口10，油气分离器5的燃油液体出口19连接发动机1的涡轮增压器8散热装置的入口端，涡轮增压器8上散热出口处的燃油出口连接油气分离器5的燃油油气入口16，油气分离器5的出气口6连接发动机1的吸气入口10，油气分离器5的燃油液体出口19连接发动机1的喷油嘴2。

如图3所示油气分离器5包括：储液罐21、通气室22、燃油油气入口16、燃油液体出口19、出气口6、固定浮力支架14、浮子15、气门20及回力弹簧18，出气口6位于通气室22壁上，通气室22的底部与储液罐21的顶部连通，且通气室22与储液罐21连通处设有气门20，燃油油气入口16设置于储液罐21的中部，燃油液体出口19设置于储液罐21的底端，储液罐21底部固定连接固定浮力支架14，固定浮力支架14包含3根或4根或5根竖直立柱，竖直立柱的长度与储液罐21的高度相同，3根或4根或5根竖直立柱与储液罐21底部构成放置浮子15的升降空间，浮子15位于升降空间内，气门20位于升降空间的顶部，浮子15随储液罐21中液体液面的升降而上升下降，浮子15上升后顶住气门20底部的气门塞17，气门20顶部用铁卡或螺丝连接回力弹簧18的一端，回力弹簧18的另一端固定在通气室22的顶部。

涡轮增压器8中的排气侧转子与进气侧转子是同轴异室，从废气排放出口9出来的废气驱动排气侧转子，进气侧转子引进外来的新鲜空气，经过压缩倒入进气歧管内，进气歧管连通发动机1的吸气入口10。

实施例2：

如图4所示循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置，热交换器3的循环水入口4与发动机1冷却系统的循环水热水出口连接，热交换器3的循环水出口11连接发动机1冷却系统的循环水冷水入口，热交换器3的燃油出口13通过管道连接油气分离器5的燃油油气入口16，油气分离器5的出气口6连接发动机1的吸气入口10，油气分离器5的燃油液体出口19连接发动机1的喷油嘴2。

等待进入发动机喷油嘴的汽油、柴油会跟热交换器里的循环水逆向而行。从常温水端口进，从热水端口出。为了使常温的汽油、柴油更快接近高温的热水温度，必须选择导热比较好的金属材料（如：铜管铝管）。增加和热水的接触面积（如：扁片状）。延长接触时间（如：接触的管道在被允许的条件下尽量长一些）。如果一个单元的效果不好，可以多个热交换器串联。

因为柴油的沸点是180℃—370℃，所以经过热交换器出来的柴油可以直接进入柴油机里的喷油嘴。另外，燃油通过热交换器后，燃油能够完全连续不断的将发动机里的循环热水，需要散去的废热回收。例如：大公交就不需要大风扇扇热了，既节省了大扇子的一套装置费用，又能降噪，也为发动机省去了带动大风扇10%左右的额外能源成本。当然，此装置适用于任何燃油发动机。

因为汽油的沸点是30℃—205℃，致使汽油经过热交换后，会有少许的汽油气体产生。如果不加以分离，进入发动机后会因为气阻掉缸致使发动机工作不稳定，所以汽油通过热交换器后，还需要通过空气分离器将已经汽化的汽油分离出去，分离出去的汽油气体经过导管进入发动机的吸气入口。如果发动机有废气涡轮增压器，可以将从热交换器里出来的燃油作为冷媒，继续为涡轮降温，同时也是直接为燃油预热加温。如果是柴油直接进入喷油嘴，如果是汽油可通过空气分离器离后进入喷油嘴。 

节油示例计算

常温下的汽油、柴油的温度为15℃左右，由于汽油、柴油在发动机里首先是吸热汽化后再燃烧，而汽化的过程有一个吸热的过程加之汽化又需要汽油、柴油达到一定额温度条件。汽油的沸点是30℃—205℃。柴油的沸点是180℃—370℃。

汽油的膨胀系数：B1=0.12%(1/℃)，柴油的膨胀系数B2=0.13%(1/℃)

由于B1≈B2=0.12%(1/℃)

某型汽车的油箱为70升，把整个油箱的油从15℃加热到85℃得到：

70×0.12%×70=5.88（升）

5.88÷70=8.4%

得到的结论是汽车可能节油8%左右。

由于燃油经过预热后，从发动机喷油嘴喷出的时候，雾化的效果会成倍的提升，如10%~50%左右。汽化的质量数也相应提升10%~50%（如20%），由于发动机每次做功的时间有限，会有20%左右的燃油有些没有燃烧（直接排除）有20%左右的燃油不完全燃烧，那么

（20%+20%）×20%=8%

从上可以看出发动机经过预热后，每次做功会有多出8%左右的燃油被充分燃烧，也就是说节油8%。

Claims (3)

1.一种循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置，包括发动机（1），发动机（1）装有水冷系的冷却系统，其特征在于：还包括热交换器（3）和油气分离器（5），热交换器（3）设有一根内管，内管的两端分别构成循环水入口（4）和循环水出口（11），内管的内部设有一根以上的分流管，每根分流管并联，每根分流管共用一个入口和一个出口分别构成燃油入口（12）和燃油出口（13），燃油入口（12）和燃油出口（13）分别设置于内管两端部的管壁上，燃油入口（12）和循环水入口（4）位于同一侧，燃油出口（13）和循环水出口（11）位于同一侧，热交换器（3）的循环水入口（4）与发动机（1）冷却系统的循环水热水出口连接，热交换器（3）的循环水出口（11）连接发动机（1）冷却系统的循环水冷水入口，热交换器（3）的燃油出口（13）通过管道连接油气分离器（5）的燃油油气入口（16），油气分离器（5）的出气口（6）连接发动机（1）的吸气入口（10），油气分离器（5）的燃油液体出口（19）连接发动机（1）的喷油嘴（2）。

2.根据权利要求1所述的一种循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置，其特征在于：所述的油气分离器（5）包括：储液罐（21）、通气室（22）、固定浮力支架（14）、浮子（15）、气门（20）及回力弹簧（18），出气口（6）位于通气室（22）壁上，通气室（22）的底部与储液罐（21）的顶部连通，通气室（22）与储液罐（21）连通处设有气门（20），燃油油气入口（16）设置于储液罐（21）的中部，燃油液体出口（19）设置于储液罐（21）的底端，储液罐（21）内底部固定连接固定浮力支架（14），固定浮力支架（14）包含3至5根竖直立柱，竖直立柱的长度与储液罐（21）的高度相同，3至5根竖直立柱与储液罐（21）底部构成放置浮子（15）的升降空间，浮子（15）位于升降空间内，气门（20）位于升降空间的顶部，气门（20）顶端用铁卡或螺丝连接回力弹簧（18）的一端，回力弹簧（18）的另一端固定在通气室（22）的顶部，通气室（22）的底部安装气门底座。

3.根据权利要求1所述的一种循环吸收发动机的废热进行燃油预热的装置，其特征在于：所述的油气分离器（5）的燃油液体出口（19）连接发动机（1）的涡轮增压器（8）散热装置的入口端，涡轮增压器（8）上散热出口处的燃油出口连接油气分离器（5）的燃油油气入口（16），油气分离器（5）的出气口（6）连接发动机（1）的吸气入口（10），油气分离器（5）的燃油液体出口（19）连接发动机（1）的喷油嘴（2）。

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