CN111997808B - 一种柴油发动机及其火焰预热塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油发动机及其火焰预热塞。该火焰预热塞包括壳体、进油嘴、火焰罩、电磁感应加热元件、电磁感应线圈以及电极；壳体的顶端设置有电极，底部设置有腔体；进油嘴固定安装于壳体的外侧，并与腔体的顶部连通；火焰罩固定连接于壳体的底端，并设置有多个通风孔；电磁感应加热元件固定安装于腔体内，底端凸出于壳体并伸入火焰罩内；在壳体与电磁感应加热元件之间形成有气化导流通道，气化导流通道用于对进入腔体内的柴油进行导流和加热气化；电磁感应线圈为螺旋状结构，安装于气化导流通道内，并与电极电连接，用于形成电磁场；火焰罩的内部形成混合气腔。火焰预热塞能够保证柴油发动机在极寒条件下正常冷机启动。

Description

一种柴油发动机及其火焰预热塞

技术领域

发明涉及发动机冷起动辅助系统技术领域，具体涉及一种柴油发动机及其火焰预热塞。

背景技术

柴油发动机在低温环境下冷机起动过程时，由于低转速、高漏气量和高传热损失等原因使得在压缩上止点时刻缸内环境无法达到柴油喷雾的自燃条件而造成燃烧不稳定现象，甚至发生失火，造成柴油发动机起动困难。柴油发动机的冷起动问题是限制其应用领域的一个主要原因。为了提高柴油发动机在低温环境下的冷起动性能，在柴油发动机进气歧管前端增加火焰预热塞是一种有效的方法。通过火焰预热塞燃烧少量柴油对进气管路中的空气进行预热，以提高在柴油发动机压缩上止点时缸内的温度，从而达到柴油发动机能够快速平稳冷起动的目的。

现有的火焰预热塞均采用电加热的方式提高发热元件表面温度，进而引燃柴油。目前应用的电加热引燃方式存在两方面的弊端：一方面消耗电功率较大，在低温环境下，车载电源的性能也大幅度降低，在保证启动电机正常工作的条件下车载电源能够为火焰预热塞提供的功率较小，并且由于对发热预热元件直接通电加热的方法是依靠发热元件自身电阻，温升效率较低，从而造成发热元件升温较慢和温度不足等问题；另一方面，现有预热塞的柴油流道中均未增加导流装置，使得柴油受发热元件的加热时间较短，柴油的气化水平较差，燃烧加热效果不佳。

因此，现有预热塞在极寒条件下无法保证柴油发动机正常冷机起动。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种柴油发动机及其火焰预热塞，能够保证柴油发动机在极寒条件下正常冷机启动。

一种柴油发动机用火焰预热塞，该火焰预热塞包括壳体、进油嘴、火焰罩、电磁感应加热元件、电磁感应线圈以及电极；

所述壳体的顶端设置有用于连接电源的电极，底部设置有带开口的腔体；

所述进油嘴固定安装于所述壳体的外侧，并与所述腔体的顶部连通；

所述火焰罩固定连接于所述壳体的底端，并设置有多个通风孔；

所述电磁感应加热元件固定安装于所述腔体内，底端凸出于所述壳体并伸入所述火焰罩内；

在所述壳体与所述电磁感应加热元件之间形成有气化导流通道，所述气化导流通道用于对进入所述腔体内的柴油进行导流和加热气化；

所述电磁感应线圈为螺旋状结构，安装于所述气化导流通道内，并与所述电极电连接，用于形成电磁场；

所述火焰罩的内部形成混合气腔。

更进一步地，所述电磁感应加热元件采用金属材料制成。

更进一步地，所述电磁感应加热元件为圆柱体结构。

更进一步地，所述电极为接电螺栓。

更进一步地，所述壳体设置有与所述进油嘴位置对应、且用于连通所述进油嘴和所述腔体的进油道。

更进一步地，所述壳体与所述火焰罩为整体结构。

更进一步地，还包括用于固定连接所述柴油发动机的进气管路的固定螺母。

更进一步地，多个所述通风孔沿周向均匀分布于所述火焰罩上。

更进一步地，所述通风孔为圆孔。

一种柴油发动机，包括进气管路，还包括上述技术方案提供的任意一种火焰预热塞，所述火焰预热塞固定连接于所述进气管路。

有益效果：

上述火焰预热塞由于在壳体的腔体内安装有电磁感应加热元件，并在壳体与电磁感应加热元件之间的气化导流通道内安装有电磁感应线圈，当电磁感应线圈连接交流电时产生交变磁场，在交变磁场的作用下，电磁感应加热元件的内部产生于电磁感应线圈中交流电频率相同且方向相反的感应电流，感应电流沿电磁感应加热元件的表面形成涡流，产生集肤效应，并使其表面温度迅速升高，从而能够将流经气化导流通道的柴油以及混合气腔内的混合气体进行加热、点燃，高温火焰能够使柴油发动机的进气管路中的空气快速升温，从而获得高热量的进气，保证在压缩上止点时达到柴油喷雾的自燃条件；同时，电磁感应线圈在气化导流通道内起到导流作用，增加了柴油在气化导流通道内的加热时间，促进了柴油的气化，能够使柴油发动机在极寒条件下实现快速、平稳的冷起动。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种火焰预热塞的结构示意图；

图2为图1中火焰预热塞在A向的结构示意图；

图3为图1中火焰预热塞的电磁感应线圈与壳体和电磁感应加热元件之间的装配结构示意图。

其中，1-壳体，2-进油嘴，3-火焰罩，4-电磁感应加热元件，5-电磁感应线圈，6-电极，7-气化导流通道，8-固定螺母，11-进油道，31-通风孔，41-端部高温表面

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

在本发明中，极寒条件指的是环境气温等于-32℃或低于-32℃的场合。

本发明提供了一种柴油发动机用火焰预热塞，如图1和图2结构所示，该火焰预热塞包括壳体1、进油嘴2、火焰罩3、电磁感应加热元件4、电磁感应线圈5以及电极6；

壳体1的顶端设置有用于连接电源的电极6，底部设置有带开口的腔体；壳体1为整个火焰预热塞的基础部件，并且壳体1的顶部封闭、底部开口；

进油嘴2固定安装于壳体1的外侧，并与腔体的顶部连通；如图1和图2结构所示，进油嘴2安装于壳体1的上部，用于外接供油泵，为火焰预热塞提供柴油；

火焰罩3固定连接于壳体1的底端，并设置有多个通风孔31；壳体1与火焰罩3之间可以为整体结构，也可以为分体结构，即，火焰罩3与壳体1之间可以通过一体制造成型，也可以在分别制备以后再固定连接到一起，如，通过焊接连接等方法将火焰罩3固定连接到壳体1的底部；通风孔31用于空气进入；

如图3结构所示，电磁感应加热元件4固定安装于腔体内，底端凸出于壳体1并伸入火焰罩3内；在实际装配过程中，电磁感应加热元件4的顶部可以固定连接于壳体1，底部伸出壳体1的腔体，并进入火焰罩3内；电磁感应加热元件4伸入火焰罩3内的部分形成端部高温表面41，从而将进入火焰罩3内的柴油蒸汽与通过火焰罩3的通风孔31进入的空气形成的可燃混合气点燃；

在壳体1与电磁感应加热元件4之间形成有气化导流通道7，气化导流通道7用于对进入腔体内的柴油进行导流和加热气化；图3简单示意了壳体1、电磁感应加热元件4与电磁感应线圈5的装配位置关系，即，电磁感应加热元件4安装于壳体1的腔体内，在壳体1与电磁感应加热元件4之间形成用于将进油嘴2喷入的柴油进行气化的气化导流通道7，通过气化导流通道7将柴油进行导流和加热气化；

电磁感应线圈5为螺旋状结构，安装于气化导流通道7内，并与电极6电连接，用于形成电磁场；如图3结构所示，在壳体1与电磁感应加热元件4之间的气化导流通道7内安装有螺旋状结构的电磁感应线圈5，在工作过程中，电磁感应线圈5与车载的交流电源连接，交流电源可以通过车载电源连接逆变器获得；

火焰罩3的内部形成混合气腔，如图1和图2结构所示，火焰罩3的顶部固定连接在壳体1的底部，通过进油嘴2喷入的柴油在经过气化导流通道7气化之后进入火焰罩3内部，与通过火焰罩3的通风孔31进入的空气混合，形成可燃混合气，并在电磁感应加热元件4的端部高温表面41的高温作用下被点燃。

上述火焰预热塞的工作过程为：电磁感应线圈5通过电极6与逆变器相连，逆变器与车载电源相连，可以根据需求控制交流电的频率和强度；进油嘴2与油泵相连，可以通过油泵控制进油量；火焰罩3上开有多个通风孔31；电磁感应加热元件4的端部高温表面41位于火焰罩3内的混合气腔中；打开蓄电池等车载电源，车载电源的直流电经逆变器转换为交流电，电磁感应线圈5中通过一定频率的交流电时，在其内外产生与电流变化频率相同的交变磁场；电磁感应加热元件4在交变磁场的作用下，其内部产生与电磁感应线圈5中交流电频率相同、方向相反的感应电流，感应电流沿电磁感应加热元件4表面形成涡流，并使其表面温度迅速升高，加热一定时间后柴油在一定流量下通过进油嘴2进入气化导流通道7，在狭窄的气化导流通道7中柴油受电磁感应线圈5的导流作用，在气化导流通道7中螺旋向下流动，并伴随着气化，气化后的柴油蒸汽与经过通风孔31的空气混合形成可燃混合气，可燃混合气在混合气腔中被电磁感应加热元件4的端部高温表面41点燃，高温火焰从混合气腔和通风孔31中喷出，使柴油发动机的进气管路中的空气快速升温，从而获得高热量的进气，保证在压缩上止点时达到柴油喷雾的自燃条件，保证柴油发动机在极寒条件下正常起动运行。

上述火焰预热塞利用电磁感应的方法使壳体1内的电磁感应加热元件4内部产生感应电流，使表面温度迅速升高，从而通过气化导流通道7对柴油进行预热，并点燃混合气腔内的可燃混合气，通过高温火焰对柴油发动机的进气管路中的空气进行加热，从而获得温度较高的进气，保证在压缩上止点时达到柴油喷雾的自燃条件；电磁感应线圈5同时具有对柴油进行导流和加热的作用，促进了柴油的气化，能够使柴油发动机在极寒条件下实现快速、平稳的冷起动。

一种具体的实施方式中，电磁感应加热元件4可以采用铜、铁等金属材料制成，如图3结构所示，电磁感应加热元件4为圆柱体结构。

具体地，如图1和图2结构所示，电极6可以为固定安装于壳体1顶部的接电螺栓。在使用过程中，电极6的正极与电磁感应线圈5连接，电极6的负极与壳体1连接。

更进一步地，如图3结构所示，壳体1设置有与进油嘴2位置对应、且用于连通进油嘴2和腔体的进油道11。

为了便于实现火焰预热塞与柴油发动机的进气管路的连接和固定，如图3结构所示，上述火焰预热塞还包括用于固定连接柴油发动机的进气管路的固定螺母8。

在上述火焰预热塞的各种实施例的基础上，如图1和图2结构所示，在火焰罩3上设置有多个通风孔31，并且多个通风孔31沿周向均匀分布于火焰罩3上，通风孔31可以为圆孔，也可以为其它形状的孔，通风孔31的形状和大小可根据实际需求设定。

为了进一步提高气化导流通道7对柴油的导流作用，还可以在气化导流通道7内设置有导流板(图中未示出)，导流板可以固定连接在壳体1的腔体内壁上，也可以固定连接在电磁感应加热元件4的外周面，在制备过程中，导流板可以与壳体1或电磁感应加热元件4一体成型，也可以先分体制造然后再进行固定连接；导流板可以由弧形板、弧形凸起、螺旋形板或螺旋形凸起形成。

本发明提供了一种柴油发动机，该柴油发动机包括进气管路以及上述实施例提供的任意一种火焰预热塞，火焰预热塞固定连接于进气管路，对进气管路中的气体进行加热。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柴油发动机用火焰预热塞，其特征在于，包括壳体、进油嘴、火焰罩、电磁感应加热元件、电磁感应线圈以及电极；

所述壳体的顶端设置有用于连接电源的电极，底部设置有带开口的腔体；

所述进油嘴固定安装于所述壳体的外侧，并与所述腔体的顶部连通；

所述火焰罩固定连接于所述壳体的底端，并设置有多个通风孔；

所述电磁感应加热元件固定安装于所述腔体内，底端凸出于所述壳体并伸入所述火焰罩内；

在所述壳体与所述电磁感应加热元件之间形成有气化导流通道，所述气化导流通道用于对进入所述腔体内的柴油进行导流和加热气化；

所述电磁感应线圈为螺旋状结构，安装于所述气化导流通道内，并与所述电极电连接，用于形成电磁场；

所述火焰罩的内部形成混合气腔。

2.如权利要求1所述的火焰预热塞，其特征在于，所述电磁感应加热元件采用金属材料制成。

3.如权利要求2所述的火焰预热塞，其特征在于，所述电磁感应加热元件为圆柱体结构。

4.如权利要求1所述的火焰预热塞，其特征在于，所述电极为接电螺栓。

5.如权利要求1所述的火焰预热塞，其特征在于，所述壳体设置有与所述进油嘴位置对应、且用于连通所述进油嘴和所述腔体的气化导流通道进油道。

6.如权利要求1所述的火焰预热塞，其特征在于，所述壳体与所述火焰罩为整体结构。

7.如权利要求1-6任一项所述的火焰预热塞，其特征在于，还包括用于固定连接所述柴油发动机的进气管路的固定螺母。

8.如权利要求1-6任一项所述的火焰预热塞，其特征在于，多个所述通风孔沿周向均匀分布于所述火焰罩上。

9.如权利要求1-6任一项所述的火焰预热塞，其特征在于，所述通风孔为圆孔。

10.一种柴油发动机，包括进气管路，其特征在于，还包括如权利要求1-9任意一项所述的火焰预热塞，所述火焰预热塞固定连接于所述进气管路。

Images