CN111677614A - 燃油加热器进气预加热系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃油加热器进气预加热系统及车辆，包括排气换热器和用于对进气系统中气体进行加热的预加热器，排气换热器的一端用于排气管路的通过，排气换热器的另一端用于进气系统的通过；预加热器用于在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时关闭或降低工作功率。当预加热器在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时，关闭预加热器仅利用排气管路对进气进行加热；或者降低预加热器的工作功率，利用排气管路和预加热器一起对进气进行加热。通过上述加热方式，在合理利用燃油加热器排出的尾气的热量的同时，解决了现有燃油加热器进气预加热需要在高寒情况下持续开启导致能源消耗过大和降低排放污染的问题。

Description

燃油加热器进气预加热系统及车辆

技术领域

本发明涉及燃油加热器启动技术领域，具体涉及燃油加热器进气预加热系统及车辆。

背景技术

汽车的加热器最早产生于20世纪40年代的欧洲，主要用于冬季预热发动机并供货车驾驶室取暖，或用于客车车室取暖以及挡风玻璃除霜。

目前，燃油加热器的油气混合和着火燃烧，都要求进入燃烧室的空气有较高的温度，因此当环境温度较低时，燃油加热器存在启动困难的问题，此时如果不采取辅助启动措施，燃油加热器甚至无法启动，传统的辅助启动方式一般选择添加助燃剂、设置加热器或人工加热等方法。在燃油加热器启动后，针对高寒地区，为了防止出现燃油加热器燃烧不充分冒黑烟的现象，需要持续对燃油加热器进气进行预加热。但是这种加热方式会导致燃油加热器持续开启，导致能源消耗过大以及会产生排放污染的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供燃油加热器进气预加热系统，用于解决现有燃油加热器进气预加热需要在高寒情况下持续开启导致能源消耗过大和降低排放污染的问题；本发明还提供一种车辆，用于解决现有车辆中燃油加热器进气预加热需要在高寒情况下持续开启导致能源消耗过大和降低排放污染的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种燃油加热器进气预加热系统，包括用于对进气系统中气体进行加热的预加热器，还包括排气换热器，所述排气换热器的一端用于排气管路的通过，所述排气换热器的另一端用于进气系统的通过；所述预加热器用于在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时关闭或降低工作功率。

有益效果：

利用设置在进气系统中的预加热器和排气换热器，先通过进气系统中的预加热器对输入燃油加热器的气体进行加热，进气系统和排气管路均通过排气换热器，因排气管路温度较高，还可利用燃油加热器排出的尾气对进气系统进行再次加热，使进入燃油加热器的气体温度升高。当预加热器在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时，关闭预加热器仅利用排气管路对进气进行加热；或者降低预加热器的工作功率，利用排气管路和预加热器一起对进气进行加热。通过上述加热方式，在合理利用燃油加热器排出的尾气的热量的同时，解决了现有燃油加热器进气预加热需要在高寒情况下持续开启导致能源消耗过大和降低排放污染的问题。另外，多次点火不成功后最后点着火的情况会带来一系列隐患，点火不成功时喷出的燃油积聚，影响后续点火时的油气比，导致更加点不着(恶性循环)，即使后续偶尔点着，也会导致燃烧不充分，冒黑烟、浪费燃油、减短点火装置的工作寿命，通过对进气系统的预加热，可有效消除或减少点燃式加热器的点着火的效率问题，也就是规避点火不成功的问题。

进一步的，所述预加热器为电加热器；电加热器加热效率高，有利于进气的快速加热。

本发明还提供了一种车辆，包括车辆本体以及设置在车辆本体上的燃油加热器、进气系统、排气管路和燃油加热器进气预加热系统，所述燃油加热器进气预加热系统包括用于对进气系统中气体进行加热的预加热器，所述进气系统连接所述燃油加热器的进气口，所述燃油加热器的排气口连接所述排气管路，所述燃油加热器进气预加热系统还包括排气换热器，所述排气管路通过所述排气换热器的一端，所述进气系统通过所述排气换热器的另一端；所述预加热器用于在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时关闭或降低工作功率。

有益效果：

利用设置在进气系统中的预加热器和排气换热器，先通过进气系统中的预加热器对输入燃油加热器的气体进行加热，进气系统和排气管路均通过排气换热器，因排气管路温度较高，还可利用燃油加热器排出的尾气对进气系统进行再次加热，使进入燃油加热器的气体温度升高。当预加热器在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时，关闭预加热器仅利用排气管路对进气进行加热；或者降低预加热器的工作功率，利用排气管路和预加热器一起对进气进行加热。通过上述加热方式，在合理利用燃油加热器排出的尾气的热量的同时，解决了现有燃油加热器进气预加热需要在高寒情况下持续开启导致能源消耗过大和降低排放污染的问题。

进一步的，所述车辆本体上还设置有供油管路，所述预加热器连接所述供油管路用于对供油管路中的油进行加热；对进入燃油加热器的燃油进行加热，预防进气温度过低点不着或多次点火的隐患，且能够预防启动时尾气冒黑烟；有利于燃油加热器在高寒情况下的顺利启动。

进一步的，所述预加热器为电加热器；电加热器加热效率高，有利于进气的快速加热。

附图说明

图1是本发明的燃油加热器进气预加热系统示意图；

图2是本发明的油气预加热系统示意图；

图3是本发明的油气预加热系统控制示意图；

图4是本发明的油气预加热系统工作流程示意图；

图5是本发明的带供水系统的油气预加热系统示意图；

图6是本发明的带供水系统的油气预加热系统工作流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。

本发明的车辆实施例一：

本发明提供了一种车辆，包括车辆本体以及设置在车辆本体上的燃油加热器、进气系统、排气管路和燃油加热器进气预加热系统。

本发明的重点在于燃油加热器进气预加热系统，包括用于对进气系统中气体进行加热的预加热器，进气系统连接燃油加热器的进气口，燃油加热器的排气口连接排气管路，燃油加热器进气预加热系统还包括排气换热器，排气换热器具有两条管路，其中一条管路接在进气系统中以用于进气通过排气换热器，另一条管路接在排气管路中以用于经燃烧后的尾气通过排气换热器，排气换热器用于进气系统和排气管路进行热交换；当预加热器在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时，关闭预加热器仅利用排气管路对进气进行加热；或者降低预加热器的工作功率，利用排气管路和预加热器一起对进气进行加热。其中进气系统可以是进气管路，也可以不是管路的形式，为一种异形结构，满足气流通过即可，例如风扇直接从环境中引风送入点火系统。

燃油加热器进气预加热系统如图1所示，包括用于对进气系统中气体进行加热的预加热器(图中为油气加热器)，还包括用于进气系统和排气管路进行热交换的排气换热器(图中为排气/进气换热系统)，排气换热器的一端用于排气管路(图中为排气系统)的通过，排气换热器的另一端用于进气系统的通过；图中进气系统包括风扇电机和进气系统(图中为进气系统的气流通道)，进气系统经过预加热器后通入排气换热器，然后经排气换热器连接点火系统，最后通入燃烧加热系统的燃烧室。经燃烧室燃烧后，通过排气管路将尾气排出，尾气经排气管路排出燃烧加热系统后，经排气管路接入排气换热器，经排气换热器后排出。

在极度寒冷条件下，由于燃油加热器的启动需要油气具备足够的热量，需要对进气进行预加热。燃油加热器进气预加热系统在工作时有两种方式对进气进行预加热，分别为通过进气预加热1和通过进气预加热2，进气预加热1是在进气系统通过预加热器时，预加热器对进气系统中的气体进行加热；进气预加热2是在进气系统的气体经进气预加热1后，通入排气换热器，因为在排气换热器中，排气管路中气体经燃烧室燃烧后使排气管路的温度很高，利用排气管路的热量对进气系统的气体进行再次加热，然后气体再经点火系统与雾化的燃油混合，并进行点火等操作，然后进行温度判断，若燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时，降低预加热器工作功率以达到降低能耗的目的，否则保持预加热器对进气的加热状态。判断后，将进气通入燃烧室燃烧。

在两次进气预加热过程中，充分利用了经燃烧室燃烧后尾气的余热，在合理利用燃油加热器排出的尾气的热量的同时，解决了现有燃油加热器进气预加热需要在高寒情况下持续开启导致能源消耗过大的问题。

本实施例中，在判断温度时，若燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时，降低预加热器工作功率。预加热器的功率可降低至零即关闭预加热器。

本实施例中，燃油加热器温度温度设定值和排气管路温度设定值均视实际情况而确定，其设定值可进行调整。

本实施例中，预加热器采用加热效率高的电加热器。作为其他实施方式，可以采用其他本领域技术人员所知晓的加热器。

本发明的车辆实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于，车辆中还设置有供油管路，预加热器连接所述供油管路用于对供油管路中的油进行加热。

具体如图2所示，供油系统包括供油管路(图中为供油系统的油管及附件)和油泵，供油系统将燃油经供油管路连接预加热器(图中为油气加热器)。在极度寒冷条件下，由于需要为燃油加热器提供足够温度的燃油，供油管路中的燃油经预加热器加热，然后连接点火系统进行雾化，与进气混合，并进行点火等过程，最后通入燃烧室燃烧。对进入燃烧室的燃油进行加热，进一步提升燃油加热器温度，有利于燃油加热器在寒冷情况下的顺利启动。

在燃油加热器进气预加热系统加入上述供油管路等器件，构成如图3所示的油气预加热控制系统，工作方式分为对进气预加热和对燃油预加热，具体过程已在上述实施例中给出，在此不再赘述。

油气预加热系统的控制示意图如图4所示，操作开关(该操作开关由司机操作或由车辆中控制器经检测温度达到阈值后控制启动)控制加热器控制器，通过加热器控制器控制点火系统、进气和燃油的预加热、进气系统和供油系统。

具体工作方式如图5所示，在极寒环境中，车辆需要进行燃油加热器辅助加热时，首先通过操作开关启动加热器控制器，加热器控制器启动油气加热器(即上述实施例中的预加热器)，油气加热器启动后，进气系统的风扇电机和供油系统的油泵均启动，预加热器进行燃油预热和进气预加热1。油泵将燃油推入点火系统(点火区)，同时风扇电机的启动将进气由进气系统经进气预加热1后通入点火系统，燃油经电喷后由雾化器雾化，然后与进气进行油气混合，最后进行点火操作。经点火操作后，进行燃烧温度判断，若温度不满足设定要求，则重新点火；若温度满足设定要求，则关闭点火。关闭点火后，进入启动阶段，将混合点火后的油气通入燃烧室燃烧，燃烧室燃烧后的尾气通过排气管路排出，作为进气预加热2的热源通过排气换热器(排气/进气换热系统)，再经排气管路将尾气排出。

从燃油加热器启动阶段到正常工作阶段，此时控制风扇电机提速，以增大供气量，同时使油泵提速，增大供油量，然后将燃油雾化后进行油气混合，最后在燃烧室中燃烧。当进入正常工作阶段后，关闭油气加热器，此时车辆启动完成。

下面进行具体说明：

上述过程中，风扇电机作为整个进气系统(包括进气、点火、燃烧、排气)的动力源，驱动气体如图1中从左到右的顺序流动(气流方向)。

在点火成功前气流的控制策略为：在油气加热器启动后，加热器控制器发出启动风扇电机的指令，风扇电机点火转速v1，v1为设定值，小于风扇电机正常工作转速v2，这样做的目的是为了在点火启动阶段时，产生相对较弱的气流，顺气流流向流动。由于油气加热器为预热进油和进气的装置(本实施例中采用电加热的方式)。在初始状态下，鉴于安全需要其加热功率设计值较小，所以采用相对较弱的气流，便于油气加热器快速对通过的气流进行加热。其次，还有利于在点火时防止冒黑烟。在点火启动时，油气混合比需达到最佳值，在初始点火阶段，初始燃油供给量小于正常工作供给量，采用相对较弱气流与初始燃油供给量匹配，既保证了启动需要，也防止了大剂量供给后初始燃烧不充分造成的冒黑烟隐患。另外，在点火初期，由于点火装置的点火温度有限，采用相对较弱气流通过点火系统(点火区)，可以防止点火火花的快速降温造成的点火失败。

风扇电机驱动气流通过油气加热器，气流被加热后，进入排气换热系统，此时排气换热系统无热源(因为还未点火，进气预加热1后通过例如燃烧室等后方区域，温度有所下降，所以排气温度为低于进气预加热1后温度)，进气预加热2不工作。

通过排气换热系统后，气流进入到点火系统，对点火系统进行预加热，此时提升了点火系统的温度，可以预防点火系统温度过低导致的点火失效的情况。气流通过点火系统后，依次通过燃烧室、排气换热系统排出。

在风扇电机启动后，启动油泵，为燃烧室燃烧提供油料来源，燃油依次通过燃油预加热、雾化、混合、点火、燃烧、排气换热多个阶段，转化为尾气排出燃油加热器。油气预加热系统启动t1(单位：秒)时间后，加热器控制器发出启动油泵的指令，采用点火前燃油供给延时，是因为在延时时间t1后，油气加热器功率达到正常工作值，可以对通过其的燃油进行加热，防止油气加热器功率未达到正常工作时，对燃油加热不充分，导致燃油预热不够以致于点火失效。其次，还可以防止燃油堵塞，由于燃油通过的油路在长时间未运行的情况下，部分位置存在结晶堵塞的隐患，通过预加热，可消除因低温、节流结晶造成的供油不足的情况。

点火时，加热器控制器同时发送点火指令和喷油指令，保证预热后的燃油油雾与空气进行混合后及时遇到高热源点着，若点火在喷油之后，则燃油雾化后有部分会随气流流入燃烧室同时沉降，在后期燃烧时导致燃烧不充分，排放出黑烟。可以通过对燃烧室温度监控，加热器控制器进行点火是否成功的判断，在点火成功后，输出关闭点火指令。

在工作过程中，还需判断燃油加热器温度和排气管路温度，若燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时，降低预加热器工作功率以达到降低能耗的目的，否则保持预加热器对进气的加热状态。

本实施例中，在判断温度时，若燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时，降低预加热器工作功率。预加热器的功率可降低至零即关闭预加热器。

本实施例中，燃油加热器温度温度设定值和排气管路温度设定值均视实际情况而确定，其设定值可进行调整。

本实施例中，预加热器采用加热效率高的电加热器。作为其他实施方式，可以采用其他本领域技术人员所知晓的加热器。

本发明提供的车辆，可以像车辆实施例一那样仅设置燃油加热器进气预加热系统，也可像车辆实施例二，在车辆实施例一的车辆的基础上加入通过预加热器的燃油管路，将燃油加热以进一步提升温度，这种设置在不增加过多器件的前提下，能有效提高温度提升效率。

并且，对燃油加热可以预防进气温度过低点不着或多次点火的隐患和预防启动时尾气冒黑烟，在多次点不着后，燃油相对进气量较多(油气混合比比例过大)，最后一次点着时，由于空气量不足且燃油过多，导致燃烧不充分，进而致使排气冒黑烟，只有将前几次喷出的多余燃油燃烧完全为止才能正常达标排气，因此将燃油加热后，可避免上述状况的发生。

本发明的车辆实施例三：

本实施例与实施例二的区别在于，车辆中还设置有供水系统，如图5所示，供水系统包括水泵、水管及附件。供水系统接入燃烧加热系统，燃烧加热系统中具有用于进行水循环加热的管路。通过利用燃烧室燃烧产生的热量，对流经燃烧加热系统的水进行加热，然后从燃烧加热系统的加热器出水口将经过水循环加热的水排出。

加热器控制器控制连接供水系统中的水泵。工作流程如图6所示，同步点火时，加热器控制器发出启动水泵的指令，使水开始循环。水泵提升水的扬程，从燃烧加热系统的进水口进入，通过燃烧室周边换热，从燃烧加热系统的加热器出水口排出，使水获得了燃油燃烧后的能量，提升了水温。这样做的好处是，在点火的同时，启动水泵，利用水的循环及时带走燃烧室的热量，防止燃烧室过热。

本实施例除上述供水系统外，其他部分均与实施例二相同，在此不再赘述。

本发明的燃油加热器进气预加热系统实施例：

本发明提供了一种燃油加热器进气预加热系统，包括用于对进气系统中气体进行加热的预加热器，还包括排气换热器，排气换热器的一端用于排气管路的通过，排气换热器的另一端用于进气系统的通过；预加热器用于在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时关闭或降低工作功率。

该系统即为本发明的车辆实施例一中的燃油加热器进气预加热系统(即图1所示系统)，具体结构及工作过程已在上述车辆实施例一中给出，在此不再赘述。

Claims (5)

1.一种燃油加热器进气预加热系统，包括用于对进气系统中气体进行加热的预加热器，其特征在于，还包括排气换热器，所述排气换热器的一端用于排气管路的通过，所述排气换热器的另一端用于进气系统的通过；所述预加热器用于在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时关闭或降低工作功率。

2.根据权利要求1所述的燃油加热器进气预加热系统，其特征在于，所述预加热器为电加热器。

3.一种车辆，包括车辆本体以及设置在车辆本体上的燃油加热器、进气系统、排气管路和燃油加热器进气预加热系统，所述燃油加热器进气预加热系统包括用于对进气系统中气体进行加热的预加热器，所述进气系统连接所述燃油加热器的进气口，所述燃油加热器的排气口连接所述排气管路，其特征在于，所述燃油加热器进气预加热系统还包括排气换热器，所述排气管路通过所述排气换热器的一端，所述进气系统通过所述排气换热器的另一端；所述预加热器用于在燃油加热器温度或排气管路温度大于设定值时关闭或降低工作功率。

4.根据权利要求3所述的车辆，其特征在于，所述车辆本体上还设置有供油管路，所述预加热器连接所述供油管路用于对供油管路中的油进行加热。

5.根据权利要求3或4所述的车辆，其特征在于，所述预加热器为电加热器。

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