CN111664039B - 一种发动机进气预热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机进气预热系统，包括控制器、空气加热装置和与发动机进气连通的管道，外界空气经过所述空气加热装置升温后通过管道将高温空气输入至所述发动机进气管内，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；预热方法主要包括其中燃烧器工作、换热器的工作和发动机进气的预热三个步骤。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的高效预热，提升了发动机冷启动时缸内压缩终了温度。
Description
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预热系统及其预热方法。
背景技术
发动机启动时缸内压缩气体必须达到燃油着火温度，才能使得发动机顺利启动。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，再加上低温导致蓄电池亏电，发动机启动更为困难。目前，常见改善发动机冷启动措施多数是加装缸内预热塞、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。因此，采用进气系统预热装置，能够快速提升进气温度，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预热系统，在发动机启动之前，进气预热装置通过燃烧燃油，利用燃烧火焰及高温排气的热量经过换热器为发动机提供大流量热空气，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，为混合气能够顺利燃烧提供条件。
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预热系统，包括控制器、空气加热装置和与发动机进气连通的管道，外界空气经过所述空气加热装置升温后通过管道将高温空气输入至所述发动机进气管内，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，所述空气加热装置设置为分体结构，包括燃烧器、控制器、换热器和连接管路，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与发动机进气管连接。
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发动机油箱相连，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出气口连接，所述内腔的排气口与外界空气连通，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换热器出气管与所述发动机进气管连接。
优选的，所述发动机进气管上连接有空气滤清器(，发动机未启动前时间段内，高温气体通过发动机进气管进入空气滤清器，并通过其进气口排出。
优选的，所述空气加热装置设置为整体结构，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与发动机进气管连接。
一种利用如上所述的曲轴箱预热系统的预热方法，包括以下几个过程：
过程一、燃烧器工作：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，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，通过换热器出气管进入到发动机进气管中，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，并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：
本发明发动机进气预热系统，首先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℃，实现发动机进气的高效预热，迅速提升进气温度，进而提高缸内压缩终了温度，使发动机在苛刻的低温条件下顺利启动。此外，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；再有，与现有技术相比，常规进气预热多是采用进气格栅加热进气，其缺点为，格栅热表面积有限，且发热功率低，加热空气总量少，难以满足发动机启动时需求的空气量。传统采用火焰预热进气系统，其缺点为，燃烧排气直接进入进气管，一方面占据进气空气总量，使得进入气缸的混合气中氧气不足，另一方面，燃烧排气中含有大量水蒸气，在极低温度下，会凝结成水进入气缸，稀释缸壁机油。而该发明预热装置，进入发动机进气管的为100～150℃的热空气，且流量可根据发动机排量调整，满足启动时需求的空气量。
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，便可以实现发动机进气高效预热，被加热的空气进入进气支管，为发动机提供大流量热空气，进而提高缸内压缩终了温度，为混合气顺利启燃提供温度条件，且启动时间由原来的30分钟以上，降低为10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的高效预热，提升了发动机冷启动时缸内压缩终了温度。
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预热系统工作原理图一；
图2为本发明发动机进气预热系统工作原理图二；
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、炉膛；15、气体腔。
具体实施方式
如图1、2所示，一种发动机进气预热系统，包括控制器6、空气加热装置和与发动机进气连通的管道，外界空气经过所述空气加热装置升温后通过管道将高温空气输入至所述发动机进气管12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。
实施例一：
如图1所示，所述空气加热装置设置为分体结构，包括燃烧器1、控制器6、换热器7和连接管路，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与发动机进气管12连接。此外，所述空气加热装置还可以采用整体式的空气加热器，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发动机油箱相连，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，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出气口4连接，所述内腔的排气口11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换热器出气管10与所述发动机进气管12连接。该换热器7设计为气气换热器，具体可采用管壳式换热器。
具体的，所述发动机进气管12上连接有空气滤清器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，并通过其进气口排出。
该实施例的工作过程如下：
首先，发动机进气预热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℃，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)发动机进气预热：换热器7外腔中被加热的高温气体在风机8的驱动作用下，通过换热器出气管10进入到发动机进气管12中，在发动机未启动前时间段内，高温气体出口为空气滤清器13的进气口，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。该冷启动的时间可以缩短为10分钟以下，大大提高了启动效率。
实施例二：
如图2所示，所述空气加热装置设置为整体结构，包括燃烧器1、炉膛14、气体腔15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14内，所述气体腔15包裹设置在所述炉膛14的外部；所述炉膛14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15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15的出口端通过换热器出气管10与发动机进气管12连接。
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600～1000℃的火焰和高温排气，火焰及高温排气绕过所述炉膛14热交换后通过排气口11排出；通过风机8进入的冷空气在气体腔15内吸热升温后通过换热器出气管10进入发动机进气管12中。
本发明的工作过程如下：
首先，发动机进气预热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)换热过程：具体的，燃烧器1燃烧产生的火焰及高温排气进去炉膛14中，气体腔15包裹在所述炉膛14上，二者之间形成热交换，通过风机8进入的冷空气在气体腔24内不断吸热升温成高温空气，冷空气的温度为-40℃以下，加热后的温度提升至100～150℃；换热后炉膛内的气体温度降低至50～120℃，然后，炉膛内降温后的气体通过排气口11排放到大气中。
3)发动机进气预热：气体腔15内的高温气体在风机8的驱动作用下，通过换热器出气管10直接进入到发动机进气管12中，在发动机未启动前时间段内，高温气体出口为空气滤清器13的进气口，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。该冷启动的时间可以缩短为10分钟以下，大大提高了启动效率。
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 (1)
1.一种发动机进气预热系统，其特征在于：包括控制器(6)、空气加热装置和与发动机进气连通的管道，外界空气经过所述空气加热装置升温后通过管道将高温空气输入至所述发动机进气管(12)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；
所述空气加热装置设置为整体结构，包括燃烧器(1)、炉膛(14)、气体腔(15)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(14)内，所述气体腔(15)包裹设置在所述炉膛(14)的外部；
所述炉膛(14)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(15)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(15)的出口端通过换热器出气管(10)与发动机进气管(12)连接；
所述发动机进气管(12)上连接有空气滤清器(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)，并通过其进气口排出。
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