CN111664038B - 一种发动机进气及曲轴箱预热组合系统及其预热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机进气及曲轴箱预热组合系统，包括控制器、冷空气预热组件和连通用的管道，外界空气经过所述冷空气预热组件升温后通过两条并连管道分别输入到发动机进气管、曲轴箱上的曲轴箱进气通道内，所述空气加热装置与所述控制器电连接，所述控制器与车辆上的蓄电池相连实现供电。本发明结构布局合理，管道连接顺畅，换热器的设计实现了发动机进气和曲轴箱的高效预热，在发动机低温启动时，提高发动机进气温度的同时减小发动机运动件之间的摩擦阻力，降低初始启动扭矩，使发动机能够快速启动。

Description

一种发动机进气及曲轴箱预热组合系统及其预热方法
技术领域
本发明涉及汽车动力系统技术领域，尤其涉及一种发动机进气及曲轴箱预热组合系统及其预热方法。
背景技术
发动机顺利启动时需要满足两个条件，一是缸内压缩气体必须达到燃油着火温度，才能使得燃油混合气顺利起燃，第二，发动机转速必须达到设定要求。但是在极寒地区，缸内空气温度极低，如果不采用辅助加热措施，发动机缸内压缩终了温度不能满足要求，目前常见提升进气温度的措施是加装缸内预热塞、进气预热电阻丝等，但是进气预热电阻丝受蓄电池亏电影响发热功率低，且与空气接触面积小，很难在短时间提升进气温度达到启动要求。另外，低温时，润滑机油粘度增加,发动机运动件之间的摩擦阻力增大，再加上因低温导致的蓄电池亏电，启动机功率不足，造成发动机启动转速降低，难以顺利启动。因此，采用恒定温度热空气的进气及曲轴箱预热组合装置对发动机进气系统及曲轴箱进行预热，能够快速提升进气温度，降低启动扭矩，使得发动机在极寒地区也能顺利启动。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机进气及曲轴箱预热组合系统，在发动机启动之前，进气及曲轴箱预热组合装置通过燃烧燃油，利用燃烧排气热量经过换热器为发动机提供大流量热空气，加热进气系统及曲轴箱，实现在低温时大幅增加进气温度，继而提升缸内压缩终了温度，同时加热曲轴箱中曲轴各个摩擦副及缸套和活塞，降低启动扭矩，为发动机顺利启动提供条件。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种发动机进气及曲轴箱预热组合系统，包括控制器、冷空气预热组件和连通用的管道，外界空气经过所述冷空气预热组件升温后通过两条并连管道分别输入到发动机进气管、曲轴箱上的曲轴箱进气通道内，所述空气加热装置与所述控制器电连接，所述控制器与车辆上的蓄电池相连实现供电。
优选的，所述冷空气预热组件设置为分体结构，包括燃烧器、换热器、和控制器，所述燃烧器与所述控制器电连接，所述燃烧器的出气口与所述换热器通过管道连通，所述换热器通过换热器出气管上的两条并连管道分别与发动机进气管、曲轴箱上的曲轴箱进气通道连通。
优选的，所述燃烧器上设置有电源线、进气口、出气口和油管，所述电源线的另一端与车辆上的蓄电池相连实现供电，所述进气口通过管道与车辆上的空气滤清器相连，所述油管的另一端与车辆上的油箱相连，所述出气口通过管道与所述换热器的内腔进气口连接。
优选的，所述换热器上设置有换热器进气管、换热器出气管和排气口，所述换热器进气管的一端与所述换热器的进气口连通，另一端与风机连通；所述换热器出气管的输入端连接在所述换热器上，所述换热器出气管的输出端同时与所述发动机进气管、所述曲轴箱进气通道并连；所述风机的进气口通过管道与车辆上的空气滤清器相连。
优选的，所述换热器出气管通过进气管进气连接管与所述发动机进气管连通，所述进气管进气连接管上设置有进气管进气阀门；所述换热器出气管通过曲轴箱进气连接管与所述曲轴箱进气通道相连接，所述曲轴箱进气连接管上设置有曲轴箱进气阀门；所述进气管进气阀门和曲轴箱进气阀门均与所述控制器电连接。
优选的，所述换热器具体采用双腔结构，包括内腔和外腔，所述内腔的进气口通过管道与所述燃烧器的所述出气口连接，所述排气口的一端与所述内腔连通，排气口的另一端与外界空气连通；所述外腔的空气进气口与所述换热器进气管连接，所述外腔的出气口通过与所述换热器出气管连接输出预热空气。
优选的，所述发动机进气管上连接有空气滤清器；所述曲轴箱上还设置有呼吸器，所述呼吸器通过管道与发动机曲轴箱上的出气孔相互连通，所述呼吸器通过呼吸器出气口与外界空气连通。
优选的，所述冷空气预热组件设置为整体结构，包括燃烧器、炉膛、气体腔和连接管路，所述燃烧器的一端上设置有电源线、进气口和油管，所述电源线的另一端与车辆上的蓄电池相连实现供电，所述进气口通过管道与车辆上的空气滤清器相连，所述油管的另一端与车辆上的油箱相连，所述燃烧器的另一端伸入到所述炉膛内，所述气体腔包裹设置在所述炉膛的外部；
所述炉膛上设置有排气口，所述排气口与外界空气连通；所述气体腔上设置有换热器进气管，所述换热器进气管的另一端与风机连通，所述风机的进气口通过管道与车辆上的空气滤清器相连，所述气体腔的出口端通过换热器出气管分别与所述曲轴箱上的曲轴箱进气通道、发动机进气管相连接；其中，所述换热器出气管通过曲轴箱进气连接管与所述曲轴箱进气通道相连接；所述换热器出气管通过进气管进气连接管与所述发动机进气管连通。
一种利用如上所述的发动机进气及曲轴箱预热组合系统的预热方法，包括以下几个过程：
过程一、燃烧器工作：通过打开预热系统的启动开关，该启动开关设置在驾驶室的控制面板或受控于发动机控制器上电开关，在控制器的控制下燃烧器开始正常工作，生产出高温排气，所述高温排气通过所述出气口排出；
过程二、换热器工作：所述过程一中产生的高温排气通过与出气口连通的管道进入所述换热器的内腔中，冷空气在所述风机的作用下通过所述换热器进气管进入到所述换热器的外腔中，所述高温排气的热量传递给外腔中的冷空气，冷空气升温成高温气体；降温后的排气通过排气口排放到大气中；
过程三、发动机进气和曲轴箱的预热：所述过程二中换热器的外腔中的高温气体在风机的驱动作用下，通过换热器出气管分为两条支路输出；
其中一路通过曲轴箱进气阀门、曲轴箱进气连接管及曲轴箱进气通道进入发动机的曲轴箱内部，对曲轴箱内的各个摩擦副及缸套活塞进行加热到设定时间后，通过发动机的缸盖罩、呼吸器从呼吸器出气口或者专用通道排出；
另一路通过进气管进气阀门、进气管进气连接管进入发动机进气管中，发动机启动时，高温气体进入气缸内部，使得混合气顺利着火，完成发动机冷启动；发动机未启动前时间段内，高温气体通过空气滤清器的进气口中排出。
优选的，所述燃烧器的内部设置有点火装置、油泵和动力风机，所述油泵通过油管与车辆上的油箱连通，所述动力风机与所述进气口连通，所述点火装置将所述油管输送的燃油与所述进气口输入空气形成的混合气点燃形成火焰及高温排气，热交换后的排气通过所述出气口排出。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明发动机进气及曲轴箱预热组合系统，通过燃烧器和换热器的设计实现了冷空气转变为高温热源的一个过程，可以将-40℃以下的冷空气升温至100～150℃，高温气体对曲轴箱内曲轴各个摩擦副及活塞和缸套进行快速预热，有效减小发动机启动阻力；冷空气进入时均通过车辆上的空气滤清器进行过滤，清洁度更高，更加有利于维护设备本身的工作环境，延长设备的使用寿命；此外，与现有技术相比，常规预热的燃烧排气中含水量很高，占排气的5％以上，大量的水汽会对零部件之间的润滑油产生稀释作用，会进一步增加高速运转作业的零部件间的摩擦力，从而降低设备的使用寿命，该预热系统的自然空气热交换升温后，含水量大大降低，占高温排气的0.05％以下，低于机油要求含水量，不会造成机油稀释，有效保证了设备的使用寿命。
总的来说，该装置独立于车辆，通过换热器与燃烧器的巧妙连接，仅利用车辆上蓄电池少量供电和油箱少量供油，通过两个并连管道的设计，同步实现发动机进气和曲轴箱的高效预热，当组合系统运行达到预定时间后，减小曲轴箱内曲轴和轴瓦之间，以及活塞与缸套之间的摩擦阻力，大幅降低启动扭矩；同时，热空气充满发动机的进气系统，在发动机启动时，被吸入气缸，使得混合气顺利着火，完成发动机冷启动；增加该系统后，启动时间由原来的30分钟以上，降低为12分钟以下，提高了启动效率。本发明结构布局合理，管道连接顺畅，换热器的设计实现了发动机进气和曲轴箱的高效预热，在发动机低温启动时，提升了进气温度的同时减小发动机运动件之间的摩擦阻力，降低初始启动扭矩，使发动机能够快速启动。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
图1为本发明发动机进气及曲轴箱预热组合系统工作原理示意图一；
图2为本发明发动机进气及曲轴箱预热组合系统工作原理示意图二；
附图标记说明：1、燃烧器；2、电源线；3、进气口；4、出气口；5、油管；6、控制器；7、换热器；8、风机；9、换热器进气管；10、换热器出气管；11、排气口；12、发动机进气管；13、空气滤清器14、曲轴箱进气阀门；15、进气管进气阀门；16、曲轴箱进气连接管；17、进气管进气连接管；18、曲轴箱进气通道；19、曲轴箱；20、缸盖罩；21、呼吸器；22、呼吸器出气口；23、炉膛24、气体腔。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，一种发动机进气及曲轴箱预热组合系统，包括控制器6、冷空气预热组件和连通用的管道，外界空气经过所述冷空气预热组件升温后通过两条并连管道分别输入到发动机进气管12、曲轴箱19上的曲轴箱进气通道18内，所述空气加热装置与所述控制器6电连接，所述控制器6与车辆上的蓄电池相连实现供电。
所述冷空气预热组件设置为分体结构，包括燃烧器1、换热器7、和控制器6，所述燃烧器1与所述控制器6电连接，所述燃烧器1的出气口4与所述换热器7通过管道连通，所述换热器7通过换热器出气管10上的两条并连管道分别与发动机进气管12、曲轴箱19上的曲轴箱进气通道18连通。
具体的，所述燃烧器1上设置有电源线2、进气口3、出气口4和油管5，所述电源线2的另一端与车辆上的蓄电池相连实现供电，所述进气口3通过管道与车辆上的空气滤清器相连，所述油管5的另一端与车辆上的油箱相连，所述出气口4通过管道与所述换热器7的内腔进气口连接。具体的，该燃烧器1可采购其他设备厂的现有设备，燃烧器的结构不拘泥于一种，也可以采用能满足该功能的其它燃烧器。
所述换热器7上设置有换热器进气管9、换热器出气管10和排气口11，所述换热器进气管9的一端与所述换热器7的进气口连通，另一端与风机8连通；所述换热器出气管10的输入端连接在所述换热器7上，所述换热器出气管10的输出端同时与所述发动机进气管12、所述曲轴箱进气通道18并连。所述风机8的进气口通过管道与车辆上的空气滤清器相连，可以进一步净化进入的空气，保证发动机内部的清洁度，延长其使用寿命。具体的，该换热器7设计为气气换热器，具体可采用管壳式换热器。
所述换热器出气管10通过进气管进气连接管17与所述发动机进气管12连通，所述进气管进气连接管17上设置有进气管进气阀门15；所述换热器出气管10通过曲轴箱进气连接管16与所述曲轴箱进气通道18相连接，所述曲轴箱进气连接管16上设置有曲轴箱进气阀门14；所述进气管进气阀门15和曲轴箱进气阀门14均与所述控制器6电连接。
所述换热器7具体采用双腔结构，包括内腔和外腔，所述内腔的进气口通过管道与所述燃烧器1的所述出气口4连接，所述排气口11的一端与所述内腔连通，排气口11的另一端与外界空气连通；所述外腔的空气进气口与所述换热器进气管9连接，所述外腔的出气口通过与所述换热器出气管10连接输出预热空气。
所述发动机进气管12上连接有空气滤清器13；具体的，所述发动机进气管12上连接空气滤清器13，发动机未启动前时间段内，高温气体通过发动机进气管12进入空气滤清器13，并从其进气口中排出。所述曲轴箱19上还设置有呼吸器21，所述呼吸器21通过管道与发动机曲轴箱上的出气孔相互连通，所述呼吸器21通过呼吸器出气口22与外界空气连通；发动机上设置有缸盖罩20。本实施例的工作过程如下：
首先，发动机进气及曲轴箱预热组合系统根据设计将燃烧器和换热器组装连接到一起；具体的在低温情况下，即一般是指温度低于-40℃，发动机进气及曲轴箱预热的方法包括以下几个过程：
1)燃烧器1的工作：通过打开预热系统的启动开关，该启动开关设置在驾驶室的控制面板或受控于发动机控制器上电开关，系统在控制器6的控制下，所述燃烧器1的内部设置有点火装置、油泵和动力风机，所述油泵通过油管5与车辆上的油箱连通，所述动力风机与所述进气口3连通，所述点火装置将所述油管5输送的燃油与所述进气口3输入空气形成的混合气点燃形成火焰及高温排气，并通过所述出气口4排出，其中高温排气的温度可达到600～1000℃。
2)换热器的工作：换热过程，具体的，燃烧器1燃烧产生的高温排气，通过与出气口4连通的管道进入换热器7的内腔中，换热器的内腔和外腔形成热交换，对外腔的冷空气进行加热，冷空气的温度为-40℃以下，加热后的温度提升至100～150℃；换热后内腔中的气体温度降低至50～120℃，然后降温后的内腔气体通过排气口11排放到大气中。
3)发动机进气和曲轴箱的预热：所述过程二中换热器7的外腔中的高温气体在风机8的驱动作用下，通过换热器出气管10分为两条支路输出；
其中一路通过曲轴箱进气阀门14、曲轴箱进气连接管16及曲轴箱进气通道18进入发动机的曲轴箱19内部，对曲轴箱内的各个摩擦副及缸套活塞进行加热到设定时间后，通过发动机的缸盖罩20、呼吸器21从呼吸器出气口22或者专用排气口排出；该加热过程中，加热时间为6-12分钟，加热后的曲轴箱内组件可以预热到10～50℃，根据距离的远近预热升温存在差异。
另一路通过进气管进气阀门15、进气管进气连接管17进入发动机进气管12中，发动机启动时，高温气体进入气缸内部，使得混合气顺利着火，完成发动机冷启动；发动机未启动前时间段内，高温气体通过空气滤清器13的进气口中排出；该冷启动的时间可以缩短为12分钟以下，大大提高了启动效率。
实施例二：
如图2所示，所述冷空气预热组件设置为整体结构，包括燃烧器1、炉膛23、气体腔24和连接管路，所述燃烧器1的一端上设置有电源线2、进气口3和油管5，所述电源线2的另一端与车辆上的蓄电池相连实现供电，所述进气口3通过管道与车辆上的空气滤清器相连，所述油管5的另一端与车辆上的油箱相连，所述燃烧器1的另一端伸入到所述炉膛23内，所述气体腔24包裹设置在所述炉膛23的外部；
所述炉膛23上设置有排气口11，所述排气口11与外界空气连通；所述气体腔24上设置有换热器进气管9，所述换热器进气管9的另一端与风机8连通，所述风机8的进气口通过管道与车辆上的空气滤清器相连，所述气体腔24的出口端通过换热器出气管10分别与所述曲轴箱19上的曲轴箱进气通道18、发动机进气管12相连接；其中，所述换热器出气管10通过曲轴箱进气连接管16与所述曲轴箱进气通道18相连接；所述换热器出气管10通过进气管进气连接管17与所述发动机进气管12连通。
具体的工作时，燃烧器1的的内部设置有点火装置、油泵和动力风机，所述油泵通过油管5与车辆上的油箱连通，所述动力风机与所述进气口3连通，所述点火装置将所述油管5输送的燃油与所述进气口3输入空气形成的混合气点燃形成火焰及高温排气，火焰及高温排气绕过所述炉膛23热交换后通过排气口11排出，其中高温排气的温度可达到600～1000℃；通过风机8进入的冷空气在气体腔24内吸热升温后通过与换热器出气管10并连的曲轴箱进气连接管16、进气管进气连接管17分别进入曲轴箱19内、发动机进气管12内。
此外，所述空气加热装置还可以采用其他结构形式的空气加热器，能满足将冷空气加热到100～150℃的条件，具体的可以采用电加热、燃烧加热等多种方式。
具体的，所有动力部件均与控制器6电连接，控制器内放置有微处理器，该微处理器可以根据设定控制各个部件的运行时间，也可根据设定温度或其他感应设备信号传递发出相应的控制指令。对于该装置的应用可以采用任何合适的微处理器，并且根据输入给微处理器的各种信号进行发动机启动所要求的程序编程，对于熟知计算机和发动机技术的人员来说，是比较轻松的事。
由此可见，该预热装置工作时，运行达到预设时间后，通过控制器6内设定的微处理器停止运行，即完成发动机的预加热过程，然后进入发动机启动阶段。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种发动机进气及曲轴箱预热组合系统，其特征在于：包括控制器(6)、冷空气预热组件和连通用的管道，外界空气经过所述冷空气预热组件升温后通过两条并连管道分别输入到发动机进气管(12)、曲轴箱(19)上的曲轴箱进气通道(18)内，所述冷空气预热组件与所述控制器(6)电连接，所述控制器(6)与车辆上的蓄电池相连实现供电；
所述冷空气预热组件设置为分体结构，包括燃烧器(1)、换热器(7)、和控制器(6)，所述燃烧器(1)与所述控制器(6)电连接，所述燃烧器(1)的出气口(4)与所述换热器(7)通过管道连通，所述换热器(7)通过换热器出气管(10)上的两条并连管道分别与发动机进气管(12)、曲轴箱(19)上的曲轴箱进气通道(18)连通；
所述燃烧器(1)上设置有电源线(2)、进气口(3)、出气口(4)和油管(5)，所述电源线(2)的另一端与车辆上的蓄电池相连实现供电，所述进气口(3)通过管道与车辆上的空气滤清器相连，所述油管(5)的另一端与车辆上的油箱相连，所述出气口(4)通过管道与所述换热器(7)的内腔进气口连接；
所述换热器(7)上设置有换热器进气管(9)、换热器出气管(10)和排气口(11)，所述换热器进气管(9)的一端与所述换热器(7)的进气口连通，另一端与风机(8)连通；所述换热器出气管(10)的输入端连接在所述换热器(7)上，所述换热器出气管(10)的输出端同时与所述发动机进气管(12)、所述曲轴箱进气通道(18)并连；所述风机(8)的进气口通过管道与车辆上的空气滤清器相连；
所述换热器出气管(10)通过进气管进气连接管(17)与所述发动机进气管(12)连通，所述进气管进气连接管(17)上设置有进气管进气阀门(15)；所述换热器出气管(10)通过曲轴箱进气连接管(16)与所述曲轴箱进气通道(18)相连接，所述曲轴箱进气连接管(16)上设置有曲轴箱进气阀门(14)；所述进气管进气阀门(15)和曲轴箱进气阀门(14)均与所述控制器(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的发动机进气及曲轴箱预热组合系统，其特征在于：所述换热器(7)具体采用双腔结构，包括内腔和外腔，所述内腔的进气口通过管道与所述燃烧器(1)的所述出气口(4)连接，所述排气口(11)的一端与所述内腔连通，排气口(11)的另一端与外界空气连通；所述外腔的空气进气口与所述换热器进气管(9)连接，所述外腔的出气口通过与所述换热器出气管(10)连接输出预热空气。
3.根据权利要求1所述的发动机进气及曲轴箱预热组合系统，其特征在于：所述发动机进气管(12)上连接有空气滤清器(13)；所述曲轴箱(19)上还设置有呼吸器(21)，所述呼吸器(21)通过管道与发动机曲轴箱上的出气孔相互连通，所述呼吸器(21)通过呼吸器出气口(22)与外界空气连通。
4.根据权利要求1所述的发动机进气及曲轴箱预热组合系统，其特征在于：所述冷空气预热组件设置为整体结构，包括燃烧器(1)、炉膛(23)、气体腔(24)和连接管路，所述燃烧器(1)的一端上设置有电源线(2)、进气口(3)和油管(5)，所述电源线(2)的另一端与车辆上的蓄电池相连实现供电，所述进气口(3)通过管道与车辆上的空气滤清器相连，所述油管(5)的另一端与车辆上的油箱相连，所述燃烧器(1)的另一端伸入到所述炉膛(23)内，所述气体腔(24)包裹设置在所述炉膛(23)的外部；所述炉膛(23)上设置有排气口(11)，所述排气口(11)与外界空气连通；所述气体腔(24)上设置有换热器进气管(9)，所述换热器进气管(9)的另一端与风机(8)连通，所述风机(8)的进气口通过管道与车辆上的空气滤清器相连，所述气体腔(24)的出口端通过换热器出气管(10)分别与所述曲轴箱(19)上的曲轴箱进气通道(18)、发动机进气管(12)相连接，其中，所述换热器出气管(10) 通过曲轴箱进气连接管(16)与所述曲轴箱进气通道(18)相连接: 所述换热器出气管(10)通过进气管进气连接管(17) 与所述发动机进气管(12)连通。
5.一种利用如权利要求1-4任一项所述的发动机进气及曲轴箱预热组合系统的预热方法，其特征在于：包括以下几个过程：
过程一、燃烧器(1)工作：通过打开预热系统的启动开关，该启动开关设置在驾驶室的控制面板或受控于发动机控制器上电开关，在控制器(6)的控制下燃烧器(1)开始正常工作，生产出高温排气，所述高温排气通过所述出气口(4)排出；
过程二、换热器(7)工作：所述过程一中产生的高温排气通过与出气口(4)连通的管道进入所述换热器(7)的内腔中，冷空气在所述风机(8)的作用下通过所述换热器进气管(9)进入到所述换热器(7)的外腔中，所述高温排气的热量传递给外腔中的冷空气，冷空气升温成高温气体；降温后的排气通过排气口(11)排放到大气中；
过程三、发动机进气和曲轴箱的预热：所述过程二中换热器(7)的外腔中的高温气体在风机(8)的驱动作用下，通过换热器出气管(10)分为两条支路输出；
其中一路通过曲轴箱进气阀门(14)、曲轴箱进气连接管(16)及曲轴箱进气通道(18)进入曲轴箱(19)内部，对曲轴箱内的各个摩擦副及缸套活塞进行加热到设定时间后，通过发动机的缸盖罩(20)、呼吸器(21)从呼吸器出气口(22)或者专用排气口排出；
另一路通过进气管进气阀门(15)、进气管进气连接管(17)进入发动机进气管(12)中，发动机启动时，高温气体进入气缸内部，使得混合气顺利着火，完成发动机冷启动；发动机未启动前时间段内，高温气体通过空气滤清器(13)的进气口中排出。
6.根据权利要求5所述的发动机进气及曲轴箱预热组合系统的预热方法，其特征在于：所述燃烧器(1)的内部设置有点火装置、油泵和动力风机，所述油泵通过油管(5)与车辆上的油箱连通，所述动力风机与所述进气口(3)连通，所述点火装置将所述油管(5)输送的燃油与所述进气口(3)输入空气形成的混合气点燃形成火焰及高温排气，热交换后的排气通过所述排气口(11)排出。
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