CN106286069A - 工程车辆辅机电站寒区预热系统 - Google Patents

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王义春
贾润泽
张西龙
万锐
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/02—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • F02N19/04—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines
    • F02N19/10—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines by heating of engine coolants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/02—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating
    • F01M5/021—Conditioning lubricant for aiding engine starting, e.g. heating by heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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Abstract

本发明设计了一种可以在极寒条件下实现冷启动的工程车辆辅机电站寒区预热系统，属于工程车辆冷却传热技术领域。该系统利用动力舱内的辅机电站自带的压缩机产生高温高压的空气，在‑43℃低温环境下，通过系统内的气—液热交换器对机体内的全部冷却液和油箱内全部机油进行45分钟以内的预热以实现发动机的超低温启动。由于其加热迅速，使用范围广，结构紧凑，因此对工程车辆在寒区极寒条件的冷启动具有重要的使用价值。

Description

工程车辆辅机电站寒区预热系统
技术领域
本发明涉及一种适用于工程车辆发动机寒区启动的辅机电站寒区预热系统，属于工程车辆冷却传热技术领域，特别涉及动力系统冷却部件的强化冷却散热技术。
背景技术
工程车辆柴油机在冬季低温条件下能否迅速起动，是决定工程车辆机动性的一个重要指标，同时也是一个迫切需要得到解决的重要问题。多年来，世界各国都在减少低温起动时间上采取了各种措施，如发动机进气加热、电预热起动、利用起动液(乙醚或其他燃烧液为基础配制成的特殊液体)喷入进气管改善燃油着火条件等。
其中，发动机进气加热的原理是通过在柴油机的进气管内装有电热塞或者火焰加热器，部分车辆在柴油机的进气歧管内燃烧少量燃料来预热进气气流，提高柴油机压缩终点温度。这种方式需要人员专门的操作，自动化程度低，预热时间长，危险性高。电预热起动的工作原理是在柴油机冷却系中安装加热器，以加热柴油机的冷却液，使其整体温升，从而减少气缸与活塞之间、轴承等摩擦副的摩擦与磨损，减少柴油机冷启动时的启动阻力矩。但这种方式需要车辆新增专门的加热设备，且破坏原有冷却系统的安装布置。同时，对于只安装有机械水泵的传统工程车辆而言，冷却液的循环需要内燃机的驱动，因而在起动初期，燃油经济性差，机械损失大。最后，在寒区条件下，车辆的润滑油粘度增加，润滑效果变差，此时起动会给发动机带来极大的危害，使动力总成严重磨损，因而利用改善燃油条件的启动方法，往往弊大于利，因此很少使用。
液体加热器循环系统是近年来新采用的一种低温起动辅助方式，与电加热启动方法类似，该循环系统也是对冷却液进行加热，但加热方式和工作过程不尽相同。液体加热循环系统是通过液体加热器附带的水泵将发动机机体内的冷却液抽出，通过液体加热器将其加热后再循环至发动机机体内，使发动机机体温度均匀升高，达到低温条件下起动发动机的目的。相比于其它低温启动方法，此方法对原动力系统的破坏最小、冷启动时间较短，且循环加热使得动力系统整体均匀温升，有效的避免了局部热应力的产生，提高了系统的可靠性。然而，此方法往往需要增加新的加热设备(加热器)和循环设备(水泵)，因而成本较高，系统较为复杂，且动力舱空间紧促，布置困难。通过以上回顾不难发现，工程车辆寒区低温冷启动仍 面临着不少困难，因此迫切需要新的解决方案。
发明内容
针对工程车辆在寒区启动难的问题，本发明的目的是提出一种新的寒区预热系统，该系统利用动力舱内的辅助电站产生高温高压空气，对车辆动力系统中的所有机油和冷却液进行小于45分钟预热，从而实现发动机在-43℃超低温环境中正常启动。
具体工作原理是：辅机电站自带有空气压缩机和发电机，当压缩机产生的压缩空气用于低温启动发动机预热时，发电机空载，提高压缩空气量，压缩空气温度达到170～200℃，除少量压缩空气进入燃气轮机燃烧室内助燃外，大部分高温压缩空气通过专用管道分别进入气-液热交换器，经空-油、空-水热交换器将热量传给机油或冷却液，机油和冷却液受热并通过自然循环预热机体内全部冷却液和油箱内全部机油，压缩空气经气-液热交换器后，余热空气回到辅机电站室，压气机吸入余热空气再次压缩升温后，继续预热机油和冷却液，如此反复循环，直到机油和冷却液温度达到预设值为止。
本发明中的辅机电站寒区预热系统与传统的加温系相比，具有如下优点：
1、加热量大，冷启动速度快。辅机电站自带的压缩机能产生流量为934kg/h，热流量为36.5kW，温度高达170～200℃的高温高压气体，车辆冷启动只需要不到45分钟时间。
2、不需要电加热设备，可实现全工况启动。传统的电加热方式需要充足的车载电量，对车载电池的荷电状态依赖性高，而该预热系统无此约束，可实现工程车辆的全工况启动。
3、该系统中的气—液热交换器，结构紧凑，耐震性能好，换热效率高。热交换器采用的是气-液两侧换热效率都比较高的板翅式热交换器，该换热器气液两侧翅片采用相同高度，这样有利于空气传热和液体受热自然流动循环，且有利于提高换热器的抗震性。
本发明的具体结构由附图1给出。
附图说明
附图1为辅机电站低温预热工作原理图；
具体实施方式
如附图1所示，辅机电站自带的空气压缩机产生大量的高温高压气体，除少量进入燃气轮机燃烧室内助燃外，大部分通过专用管道分别进入气-液热交换器，经空-油、空-水热交换器将热量传给机油或冷却液，机油和冷却液受热并通过自然循环预热机体内全部冷却液和油 箱内全部机油，压缩空气经气-液热交换器后，余热空气回到辅机电站室，压气机吸入余热空气再次压缩升温后，继续预热机油和冷却液，如次反复循环，直到机油和冷却液温度达到预设值为止。

Claims (5)

1.一种辅助电站寒区预热系统，该系统利用动力舱内的辅助电站产生高温高压空气，对车辆动力系统中的所有机油和冷却液进行小于45分钟预热，从而实现工程车辆发动机在-43℃超低温环境中正常启动。
2.根据权利要求1所述的辅助电站寒区预热系统，其特征在于，该辅助电站为燃气轮机辅助电站，且自带有发电机和压缩机，当压缩机产生的压缩空气用于低温启动发动机预热时，发电机空载，提高压缩空气量，压缩空气温度达到170～200℃。
3.根据权利要求2所述的辅助电站寒区预热系统，其特征在于，产生的压缩空气除少量进入燃气轮机燃烧室内助燃外，大部分高温压缩空气通过专用管道分别进入气-液热交换器，经空-油、空-水热交换器将热量传给机油或冷却液，机油和冷却液受热并通过自然循环预热机体内全部冷却液和油箱内全部机油。
4.根据权利要求3所述的辅助电站寒区预热系统方案设计，其特征在于，压缩空气经过气-液热交换器后，余热空气回到辅机电站室，压气机吸入余热空气再次压缩升温后，继续预热机油和冷却液，如此反复循环，直到机油和冷却液温度达到预设值为止。
5.根据权利要求3所述的辅助电站寒区预热系统中的气-液热交换器，其特征在于，该气-液热交换器采用的是气-液两侧换热效率都比较高的板翅式热交换器，气液两侧翅片采用相同高度(例如：翅片高为6.8mm)，这样有利于空气传热和液体受热自然流动循环。气-液热交换器共4块，分别是：用于预热发动机机体内冷却液的气-液热交换器，用于预热发动机外油箱内机油的气-油热交换器，用于预热ch700b传动油的气-油热交换器，用于预热转向、风扇液压油的气-油热交换器。
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