CN105041517A - 一种微型内燃机的进气增压加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型内燃机的进气增压加热系统，属于微型内燃机领域。包括增压装置、加热装置、电加热控制器热电偶传感器和废气导管。加热装置的电热丝可对空气进行直接加热，同时增压装置对新鲜空气进行加压，以弥补由于空气受热膨胀引起的微型内燃机的进气量不足；加热控制器根据由热电偶传感器监测的微型发动机的排气温度开关电热丝电源，废气导管将微型内燃机的高温废气输送到加热装置以对空气进行间接加热。该系统可在微型发动机启动阶段电热丝加热新鲜空气，正常运行阶段，电热丝电源关闭，由废气加热新鲜空气，既解决了微型内燃机发动起始时刻的进气加热问题，又对微型内燃机稳定运行工况下的废气能量进行有效利用，提高内燃机的总效率。

Description

一种微型内燃机的进气增压加热系统

技术领域

本发明涉及一种微型内燃机的进气增压加热系统，属于微型内燃机领域。

背景技术

随着微电子机械系统(MEMS)的发展和多种微型化军事装备概念的提出，研制体积小、质量轻、能量密度高、能持续运行的微能量系统已成为各国关注的焦点。与常规的便携式电源相比，采用碳氢燃料的微型内燃机其能量密度要高的多，电压也能保持稳定。此外微型内燃机还具有成本低廉的优点。因此微型内燃机将广泛应用于工业、农业、环境保护、医疗卫生等各行各业的电子器件中，还可直接为微型汽车、微型飞机、微型泵等微型机械提供动力。

但随着微型内燃机尺寸的减小，其大面容比导致散热量的急剧增大，使燃烧室内温度低于燃料的最低燃烧点；同时由于微型内燃机缸径尺寸与火焰燃烧极限尺寸相当，极易发生火焰猝熄，以上因素导致微型内燃机工作效率极低甚至不能稳定工作，因此需要辅助设备来适当增加微型内燃机的进气压力及温度，以在一定程度上缓解以上问题。而当前绝大多数研究集中在微型内燃机的结构方面，忽视了对微型内燃机的辅助设备的研究。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术大面容比导致散热量的急剧增大，使燃烧室内温度低于燃料的最低燃烧点；同时由于微型内燃机缸径尺寸与火焰燃烧极限尺寸相当，极易发生火焰猝熄，进而导致微型内燃机工作效率极低甚至不能稳定工作的问题，提供一种微型内燃机的进气增压加热系统。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种用于微型内燃机的进气增压加热系统，包括增压装置、加热装置、电加热控制器、热电偶温度传感器、微型内燃机和废气导管；

增压装置、加热装置与微型内燃机依次连接；热电偶温度传感器采集微型内燃机的排气温度，然后传递给电加热控制器；电加热控制器控制加热装置中电热丝是否工作；微型内燃机排出的废气通过废气导管排到加热装置中；

所述的进气增压加热系统还包括稳压阀，安装在加热装置和微型内燃机的化油器之间，为微型内燃机提供更为稳定的进气压力。

所述的加热装置包括高温废气进气口，高温废气排气口，增压空气进气口，前端盖，加热器主体，后端盖，增压空气排气口，废气通道，空气通道，电热丝。

加热器主体内部开设有空气通道和与空气通道隔离开的废气通道；空气通道与废气通道平行布置，平行后的两通道以螺旋形式布置于加热器主体内部；加热器主体的侧面设置有增压空气进气口，前端盖的盖体上设置有高温废气进气口；

电热丝附着在空气通道的内壁上，用于直接加热新鲜的空气；

前端盖的盖体上设置有高温废气进气口，前端盖靠近加热器主体的一侧加工有凹槽，废气从高温废气进气口进入，通过所述凹槽进入到废气通道中；

后端盖的盖体上设置有增压空气排气口，后端盖的侧面设置有高温废气排气口；

工作过程

经过增压装置增压的压缩空气由加热器主体上的增压空气进气口进入到加热装置中的空气通道；通过电热丝对空气进行加热；加热的空气在空气通道内呈螺旋方式流动，由增压空气排气口排出；排出的空气进入稳压阀；稳压阀用于保持空气压力稳定；然后进入微型内燃机，此时启动微型内燃机；微型内燃机排出的废气经废气导管通过前端盖的高温废气进气口进入加热装置中，废气沿废气通道流动后通过后端盖的高温废气排气口排出；废气在流动过程中即可实现对空气的加热；

热电偶温度传感器采集微型内燃机的排气温度，然后传递给电加热控制器；电加热控制器控制加热装置中电热丝停止工作；

增压装置的出口连接加热装置的增压空气进气口，用于为加热装置提供具有压力的空气，以弥补由于对进气加热导致的微型内燃机的进气量不足；

热电偶传感器设置在微型内燃机的排气口处，用于监测微型内燃机的排气温度并将所监测到的温度信号传递给电加热控制器；

电加热控制器分别与热电偶温度传感器和电热丝电连接，用于接收热电偶传感器所传递的温度信号以及控制电热丝电源的打开和关闭；废气导管的两端分别连接微型内燃机的排气口和加热装置的高温废气进气口，用于将微型内燃机所排出的高温废气输送到加热装置的废气通道。

电加热控制器根据所接收到的热电偶传感器的温度信号的大小来控制电热丝的电源的打开和关闭。

增压装置包括气泵及高压储气罐，其中气泵持续向高压储气罐中泵入新鲜空气，并且高压储气罐进行加压后输出压力高于大气压力的增压空气。

有益效果

本发明的进气增压加热系统将增压装置与加热装置同时使用，避免了由于对空气加热而引起的微型内燃机的进气不足；同时电加热与废气加热配合使用，既解决了微型内燃机发动起始时刻的进气加热问题，又对微型内燃机稳定运行工况下的废气能量进行有效利用，提高内燃机的总效率。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图；

图2是加热装置外部结构示意图；

图3是加热装置内部结构示意图；

图4是加热装置主体结构示意图；

图5是图4的A-A剖视结构示意图；

图6是加热装置前端盖结构示意图；

图7是图6的B-B剖视结构示意图；

图8是加热装置后端盖结构示意图；

图9是图8的C-C剖视结构示意图。

图中，1.增压装置，2.加热装置，3.电加热控制器，4.热电偶温度传感器，5.稳压阀，6.微型内燃机，7.废气导管，8.高温废气进气口，9.高温废气排气口，10.增压空气进气口，11.前端盖，12.加热器主体，13.后端盖，14.增压空气排气口，15.废气通道，16.空气通道，17.电热丝。

具体实施方式

现在结合附图对本发明进行进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

一种用于微型内燃机的进气增压加热系统，如图1所示，包括增压装置1、加热装置2、电加热控制器3、热电偶温度传感器4和废气导管7。增压装置1的出口与加热装置2的增压空气进气口10相连，加热装置的增压空气排气口14与微型内燃机6的化油器相连。热电偶温度传感器4设置在微型内燃机6的排气口处，并且微型内燃机6的排气口通过废气导管7与加热装置2的高温废气进气口8相连。电加热控制器3与热电偶温度传感器4电连接，以接收热电偶温度传感器4所监测并传输的温度信号。加热控制器3还与加热装置2的电热丝17电连接，以控制电热丝17的开关。增压装置1可以包括气泵及高压储气罐，其中气泵可以持续向高压储气罐中泵入新鲜空气，由高压储气罐进行加压后输出压力高于大气压力的增压空气。

在图2至图9所示，加热装置2包括前端盖11，加热器主体12，后端盖13和电热丝17，增压空气进气口10位于加热器主体12的侧面，增压空气排气口14位于后端盖13的盖体上，高温废气进气口8位于前端盖11的盖体上，高温废气排气口9位于后端盖13的侧面，电热丝17位于加热器主体12的螺旋形的空气通道16的内壁上。

工作过程

经过增压装置1增压的压缩空气由加热器主体12上的增压空气进气口10进入到加热装置2中的空气通道16；通过电热丝17对空气进行加热；加热的空气在空气通道16内呈螺旋方式流动，由增压空气排气口14排出；排出的空气进入微型内燃机6，此时启动微型内燃机6；微型内燃机6排出的废气经废气导管7通过前端盖11的高温废气进气口8进入加热装置2中，废气沿废气通道15流动后通过后端盖13的高温废气排气口9排出；废气在流动过程中即可实现对空气的加热；

热电偶温度传感器4采集微型内燃机6的排气温度，然后传递给电加热控制器3；当热电偶温度传感器4采集的温度达到500K时，电加热控制器3控制加热装置2中电热丝17停止工作；

所述微型内燃机6为排量为5cc的微型转子内燃机；

实施例2

一种用于微型内燃机的进气增压加热系统，包括增压装置1、加热装置2、电加热控制器3、热电偶温度传感器4、微型内燃机6和废气导管7；

增压装置1、加热装置2与微型内燃机6依次连接；热电偶温度传感器4采集微型内燃机6的排气温度，然后传递给电加热控制器3；电加热控制器3控制加热装置2中电热丝17是否工作；微型内燃机6排除的废气通过废气导管7排到加热装置2中；

所述的进气增压加热系统还包括稳压阀5，安装在加热装置2和微型内燃机的化油器之间，为微型内燃机提供更为稳定的进气压力。

所述的加热装置2包括高温废气进气口8，高温废气排气口9，10.增压空气进气口10，11.前端盖11，12.加热器主体12，13.后端盖13，增压空气排气口14，废气通道15，空气通道16，电热丝17。

加热器主体12内部开设有空气通道16和与空气通道16隔离开的废气通道15；空气通道16与废气通道15平行布置，平行后的两通道以螺旋形式布置于加热器主体12内部；加热器主体12的侧面设置有增压空气进气口10，前端盖11的盖体上设置有高温废气进气口8；

电热丝17附着在空气通道16的内壁上，用于直接加热新鲜的空气；

前端盖11的盖体上设置有高温废气进气口8，前端盖11靠近加热器主体12的一侧加工有凹槽，废气从高温废气进气口8进入，通过所述凹槽进入到废气通道15中；

后端盖13的盖体上设置有增压空气排气口14，后端盖13的侧面设置有高温废气排气口9；

工作过程

经过增压装置1增压的压缩空气由加热器主体12上的增压空气进气口10进入到加热装置2中的空气通道16；通过电热丝17对空气进行加热；加热的空气在空气通道16内呈螺旋方式流动，由增压空气排气口14排出；排出的空气进入稳压阀5；稳压阀5用于保持空气压力稳定；然后进入微型内燃机6，此时启动微型内燃机6；微型内燃机6排出的废气经废气导管7通过前端盖11的高温废气进气口8进入加热装置2中，废气沿废气通道15流动后通过后端盖13的高温废气排气口9排出；废气在流动过程中即可实现对空气的加热；

热电偶温度传感器4采集微型内燃机6的排气温度，然后传递给电加热控制器3；当热电偶温度传感器4采集的温度达到500K时，电加热控制器3控制加热装置2中电热丝17停止工作；

所述微型内燃机6为排量为5cc的微型转子内燃机；

增压装置1的出口连接加热装置2的增压空气进气口10，用于为加热装置提供高于大气压力的增压空气，以弥补由于对进气加热导致的微型内燃机的进气量不足；

热电偶传感器4设置在微型内燃机6的排气口处，用于监测微型内燃机6的排气温度并将所监测到的温度信号传递给电加热控制器3；

电加热控制器3分别与热电偶温度传感器4和电热丝17电连接，用于接收热电偶传感器4所传递的温度信号以及控制电热丝17电源的打开和关闭；废气导管7的两端分别连接微型内燃机6的排气口和加热装置2的高温废气进气口10，用于将微型内燃机5所排出的高温废气输送到加热装置2的废气通道15。

电加热控制器3根据所接收到的热电偶传感器的温度信号的大小来控制电热丝的电源的打开和关闭。

增压装置包括气泵及高压储气罐，其中气泵持续向高压储气罐中泵入新鲜空气，并且高压储气罐进行加压后输出压力高于大气压力的增压空气。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。

Claims (3)

1.一种用于微型内燃机的进气增压加热系统，包括增压装置(1)、电加热控制器(3)、热电偶温度传感器(4)、微型内燃机(6)和废气导管(7)其特征在于：还包括加热装置(2)；

增压装置(1)、加热装置(2)与微型内燃机(6)依次连接；热电偶温度传感器(4)采集微型内燃机(6)的排气温度，然后传递给电加热控制器(3)；电加热控制器(3)控制加热装置(2)中电热丝(17)是否工作；微型内燃机(6)排出的废气通过废气导管(7)排到加热装置(2)中；

所述的加热装置(2)包括高温废气进气口(8)，高温废气排气口(9)，增压空气进气口(10)，前端盖(11)，加热器主体(12)，后端盖(13)，增压空气排气口(14)，废气通道(15)，空气通道(16)，电热丝(17)；

加热器主体(12)内部开设有空气通道(16)和与空气通道(16)隔离开的废气通道(15)；空气通道(16)与废气通道(15)平行布置，平行后的两通道以螺旋形式布置于加热器主体(12)内部；加热器主体(12)的侧面设置有增压空气进气口(10)，前端盖(11)的盖体上设置有高温废气进气口(8)；

电热丝(17)附着在空气通道(16)的内壁上，用于直接加热新鲜的空气；

前端盖(11)的盖体上设置有高温废气进气口(8)，前端盖(11)靠近加热器主体(12)的一侧加工有凹槽，废气从高温废气进气口(8)进入，通过所述凹槽进入到废气通道(15)中；

后端盖(13)的盖体上设置有增压空气排气口(14)，后端盖(13)的侧面设置有高温废气排气口(9)。

2.如权利要求1所述的一种用于微型内燃机的进气增压加热系统，其特征在于：所述的进气增压加热系统还包括稳压阀(5)，稳压阀(5)安装在加热装置(2)和微型内燃机的化油器之间。

3.如权利要求1所述的一种用于微型内燃机的进气增压加热系统，其特征在于：工作过程如下：

经过增压装置(1)增压的压缩空气由加热器主体(12)上的增压空气进气口(10)进入到加热装置(2)中的空气通道(16)；通过电热丝(17)对空气进行加热；加热的空气在空气通道(16)内呈螺旋方式流动，由增压空气排气口(14)排出；排出的空气进入稳压阀(5)；稳压阀(5)用于保持空气压力稳定；然后进入微型内燃机(6)，此时启动微型内燃机(6)；微型内燃机(6)排出的废气经废气导管(7)通过前端盖(11)的高温废气进气口(8)进入加热装置(2)中，废气沿废气通道(15)流动后通过后端盖(13)的高温废气排气口(9)排出；废气在流动过程中即可实现对空气的加热。