CN205172767U - 用于发动机的燃气预热系统、发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发动机领域，公开了一种用于发动机的燃气预热系统、发动机及车辆，所述燃气预热系统包括冷却液循环管路(1)、用于向所述发动机供给燃气的进气管路(2)、用于使该冷却液循环管路(1)与进气管路(2)换热的第一热交换装置(3)以及用于使所述冷却液循环管路(1)与所述发动机的排气管路(5)换热的第二热交换装置(4)，该第二热交换装置(4)设置于所述冷却液循环管路(1)的位于所述第一热交换装置(3)和所述发动机的水套出口(61)之间的管路部分。本实用新型的燃气预热系统能够使发动机在寒冷条件下的发动机刚启动阶段避免燃气结晶，从而保证计量准确性和燃烧效率，且具有结构简单等优点。

Description

用于发动机的燃气预热系统、发动机及车辆

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，具体地，涉及一种用于发动机的燃气预热系统。在此基础上，本实用新型还涉及具有所述燃气预热系统的发动机及具有该发动机的车辆。

背景技术

随着经济的发展和人们生活水平的提高，以石油为燃料的传统能源车辆在给生产、生活带来便利的同时，也严重损害了人类赖以生存的环境，导致雾霾、光化学烟雾等恶劣天气的频繁出现。在此情形下，清洁能源车辆越来越受到人们的重视。所述清洁能源车辆包括混合动力汽车、电动汽车及以天然气、生物质燃料等为替代燃料的代用燃料汽车。其中，随着我国西气东输工程的不断推进，以压缩天然气(CNG)为燃料的新型发动机技术得到了空前的发展。

为保证天然气的充分燃烧，需在将其供给至燃烧室前进行预热，以免燃料在计量阀前或进气管路的其他位置结晶而影响计量准确性，且便于在进入燃烧室后适时燃烧，从而供给充足的动力。如图1所示为传统技术中一种燃气预热系统的连接示意图。其中，主要利用冷却液循环管路1输送的冷却液的热量加热将要输送至燃烧室的燃气，以达到上述目的。具体地，发动机本体6的水套出口61排出的冷却液进入冷却液循环管路1，并在第一热交换装置3内与由CNG罐8通过进气管路2向发动机供给的燃气换热，以预热该燃气，使之具有较好的计量准确性和燃烧效率。换热后的冷却液经水套入口62再次进入发动机本体6的水套内，以循环地进行冷却作业。

尽管上述燃气预热系统能够在一定程度上对燃气进行预热，但在某些工况下，这种系统并不能满足发动机正常运行的需要。例如，在高纬度地区的冬季，当发动机刚启动的一段时间内，冷却液升温缓慢，并不能给予燃气以足够的热量，进而导致燃气预热不足，无法良好地计量和燃烧。

在其他相关技术中，还提供了利用特别设置的生热装置(如加热器)对燃气预热的系统，尽管这能够在上述工况下提供充足热量，但这将导致发动机结构复杂，不便于布置，且需要相对较高的成本。

有鉴于此，有必要提供一种新型燃气预热系统，以解决上述现有技术存在的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种燃气预热系统，该燃气预热系统能够在寒冷条件下的发动机刚启动阶段内提供充足的热量预热燃气，且具有结构简单、成本较低的优点。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于发动机的燃气预热系统，该燃气预热系统包括冷却液循环管路、用于向所述发动机供给燃气的进气管路、用于使该冷却液循环管路与进气管路换热的第一热交换装置以及用于使所述冷却液循环管路与所述发动机的排气管路换热的第二热交换装置，该第二热交换装置设置于所述冷却液循环管路的位于所述第一热交换装置和所述发动机的水套出口之间的管路部分。

优选地，所述冷却液循环管路包括分别连接所述水套出口的第一支路和第二支路，且该冷却液循环管路设置有用于使所述第一热交换装置选择性连通所述第一支路或所述第二支路的切换阀，所述第二热交换装置设置于所述第二支路和所述排气管路上。

优选地，所述排气管路上设置有尾气处理装置，所述第二热交换装置安装于所述排气管路的位于所述尾气处理装置之后的管路部分。

优选地，所述第二热交换装置连接至所述尾气处理装置上。

优选地，所述第二热交换装置包括环绕所述排气管路设置并具有冷却液容腔的环形件。

优选地，所述第二热交换装置通过所述环形件的端壁连接至所述尾气处理装置的远离发动机本体的一端。

优选地，所述环形件的周壁上设置有用于向所述冷却液容腔通入来自所述水套出口的冷却液的进液管和用于将该冷却液容腔内的冷却液通入至所述第一热交换装置的出液管。

优选地，所述尾气处理装置包括催化转换器。

在此基础上，本实用新型还提供一种具有上述燃气预热系统的发动机。

此外，本实用新型还提供具有上述发动机的车辆。

通过本实用新型的上述技术方案，由水套出口进入冷却液循环管路的冷却液可以首先通过第二热交换装置与排气管路排出的尾气换热，以使冷却液具有较高的温度；进而，该冷却液通过第一热交换装置与进气管路输送的燃气换热，以加热该燃气。由于排气管路中的尾气即使在寒冷条件下的发动机刚启动阶段也具有相对较高的温度，这些能量通过与冷却液换热而被用于加热燃气，从而能够有效改善燃气的预热效果。同时，本实用新型的燃气预热系统结构简单，无需特别设置生热装置，成本较低。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是传统技术中一种燃气预热系统的连接示意图；

图2是根据本实用新型一种优选实施方式的燃气预热系统的连接示意图；

图3a和图3b分别是图2中燃气预热系统的第二热交换装置的连接示意图及其剖视结构示意图。

附图标记说明

1冷却液循环管路11第一支路

12第二支路12a进液管

12b出液管13切换阀

2进气管路3第一热交换装置

4第二热交换装置5排气管路

6发动机本体61水套出口

62水套入口7尾气处理装置

7a冷却液容腔8CNG罐

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

首先需要说明的是，尽管本实用新型主要以天然气作为发动机的燃料(即燃气)进行说明，并利用本实用新型提供的燃气预热系统为来自CNG罐8的天然气进行预热，但并不限于此。在适当情况下，所述燃气还可以为其他任意适宜的能够用于发动机的燃气。

另外，本实用新型所述的各类管路，如冷却液循环管路1、进气管路2等并不限定为仅可以由输送管构成，其还可以例如(通过铸造等)集成在发动机中或由输送管和相关部件中的腔室构成。

参照图2所示，根据本实用新型一种优选实施方式的用于发动机的燃气预热系统，包括冷却液循环管路1、进气管路2以及用于使该冷却液循环管路1与进气管路2换热的第一热交换装置3。可以理解的是，此处及以下所述管路与管路的换热，指的是能够使管路中的输送介质换热，以达到让其中一种输送管路中的介质升温、另一种输送管路中的介质降温的目的。

所述冷却液循环管路1用于循环输送冷却液，以使发动机保持适宜的工作温度。所述进气管路2用于向发动机供给燃气，例如，可以在一端连接至CNG罐8，另一端连接至发动机进气道，以向燃烧室供给燃烧所需的天然气等。所述冷却液循环管路1和进气管路2均经过第一热交换装置3，以通过该第一热交换装置3使得冷却液与燃气换热，即利用冷却液循环管路1中的热冷却液加热进气管路2中的燃气。

本实用新型的燃气预热系统还包括能够使冷却液循环管路1与发动机的排气管路5换热的第二热交换装置4，该第二热交换装置4设置于所述冷却液循环管路1的位于所述第一热交换装置3和所述发动机的水套出口61之间的管路部分。从而，从发动机的水套出口61排出的冷却液首先通过第二热交换装置4与排气管路5输送的尾气换热，以达到更高的温度；然后在第一热交换装置3加热燃气。由于排气管路5中的尾气即使在寒冷条件下的发动机刚启动阶段也具有相对较高的温度，这些能量通过与冷却液换热而被用于加热燃气，从而能够有效改善燃气的预热效果。同时，本实用新型的燃气预热系统结构简单，无需特别设置生热装置，成本较低。

在图示优选实施方式中，冷却液循环管路1包括第一支路11和第二支路12，二者均连接至水套出口61，且所述冷却液循环管路1设置有位于该第一支路11和第二支路12的远离所述水套出口61的一端的切换阀13，以能够使第一热交换装置3选择性地连通第一支路11或第二支路12。也就是说，水套出口61可以被选择为通过第一支路11或第二支路12连通第一热交换装置3。其中，第二热交换装置4设置于第二支路12和排气管路5上。因此，当通过切换阀13选择为使得水套出口61通过第二支路12(及其上的第二热交换装置4)向第一热交换装置3供给冷却液；或者，选择为使得水套出口61通过第一支路11向第一热交换装置3供给冷却液。在此情形下，本实用新型的燃气预热系统至少具有如下两种工作模式，以适应不同工况。

初始启动模式：在发动机刚启动的一段时间内，尤其是在寒冷环境下，通过切换阀13选择为使水套出口61通过第二支路12连通于第一热交换装置3。冷却液经水套出口61进入冷却液循环管路1后，首先通过第二支路12输送，当经过第二热交换装置4时，与排气管路5排放的尾气换热，从而使冷却液具有较高的温度。进而，在输送至第一热交换装置3时可以具有充足的热量提供给进气管路2输送的燃气，以避免结晶而影响计量准确性和燃烧效率。

正常工作模式：在发动机正常工作时(启动一段时间后)，或者，在处于温暖环境下，通过切换阀13选择为使水套出口61通过第一支路11连通于第一热交换装置3。冷却液经水套出口61进入冷却液循环管路1后，直接通过第一支路11输送至第一热交换装置3，以与进气管路2输送的燃气换热而对该燃气预热。由于在上述工况下冷却液具有相对较高的温度，因此无需与尾气换热即可满足预热燃气的需求。

通过上述设置，本实用新型的燃气预热系统可以在初始启动模式和正常工作模式间切换，以根据实际需要而选择其工作方式。基于此，可以避免预热燃气而带来的发动机冷却不足的问题。具体地，在正常工作模式下，从水套出口61排出的冷却液已然具有较高的温度，能够满足燃气预热需要。若仍使其经过第二热交换装置4与排气管路5输送的尾气换热，则将可能导致从水套入口62进入发动机水套内的冷却液温度过高而无法良好地冷却发动机。

通常地，排气管路5上需设置尾气处理装置7，以去除尾气中的有害物质，如一氧化碳、氮氧化物等。典型地，该尾气处理装置7可以包括催化转换器，但并不限于此。这些尾气处理装置7需要适当的反应温度，以有效去除上述有害物质。为此，根据本实用新型的优选实施方式，第二热交换装置4可以安装于所述排气管路5的位于尾气处理装置7之后的管路部分，以避免尾气与冷却液换热对于尾气处理的影响。从而，有排气管路5排放的尾气，首先在较高温度下被尾气处理装置7处理，以去除有害物质，且仍能保持相对较高的尾气温度；然后在第二热交换装置4与第二支路12输送的冷却液换热，将其热能传递至冷却液用于燃气预热。

在此基础上，本实用新型的第二热交换装置4可以设置为各种适当的结构并以多种方式安装在排气管路5上。结合图2至图3b所示，第二热交换装置4可以连接至尾气处理装置7上，从而可以使得整体结构更加紧凑，便于布置。

进一步地，第二热交换装置4可以包括环绕排气管路5设置的环形件，该环形件具有冷却液容腔7a，以当冷却液流经该冷却液容腔7a时与其环绕的排气管路5内输送的尾气换热。这种设置使得冷却液与排气管路5具有较大的接触面积，从而使得第二热交换装置4具有较高的换热效率。

如图示地，尾气处理装置7通常包括沿排气管路5的延伸方向的主体结构，因此，第二热交换装置4可以方便地通过该环形件的端壁连接至尾气处理装置7的远离发动机本体6的一端。

可选地，如图3a和图3b所示，环形件的周壁上可以设置有进液管12a和出液管12b，来自水套出口61的冷却液能够通过进液管12a通入冷却液容腔7a，且该冷却液容腔7a内的冷却液能够通过出液管12b排出并被输送至第一热交换装置3。可以看出，该进液管12a和出液管12b本质上属于冷却液循环管路1的第二支路12的组成部分。

以上详细说明了本实用新型提供的燃气预热系统，在此基础上，本实用新型还提供包括该燃气预热系统的发动机。此外本实用新型还提供包括所述发动机的车辆。从而，通过所述燃气预热系统，本实用新型的发动机和车辆能够在高纬度地区冬季、发动机刚启动的一段时间内等工况下良好地对燃气预热，以使发动机高效工作。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种用于发动机的燃气预热系统，该燃气预热系统包括冷却液循环管路(1)、用于向所述发动机供给燃气的进气管路(2)以及用于使该冷却液循环管路(1)与进气管路(2)换热的第一热交换装置(3)，其特征在于，所述燃气预热系统还包括用于使所述冷却液循环管路(1)与所述发动机的排气管路(5)换热的第二热交换装置(4)，该第二热交换装置(4)设置于所述冷却液循环管路(1)的位于所述第一热交换装置(3)和所述发动机的水套出口(61)之间的管路部分。

2.根据权利要求1所述的燃气预热系统，其特征在于，所述冷却液循环管路(1)包括分别连接所述水套出口(61)的第一支路(11)和第二支路(12)，且该冷却液循环管路(1)设置有用于使所述第一热交换装置(3)选择性连通所述第一支路(11)或所述第二支路(12)的切换阀(13)，所述第二热交换装置(4)设置于所述第二支路(12)和所述排气管路(5)上。

3.根据权利要求1或2所述的燃气预热系统，其特征在于，所述排气管路(5)上设置有尾气处理装置(7)，所述第二热交换装置(4)安装于所述排气管路(5)的位于所述尾气处理装置(7)之后的管路部分。

4.根据权利要求3所述的燃气预热系统，其特征在于，所述第二热交换装置(4)连接至所述尾气处理装置(7)上。

5.根据权利要求4所述的燃气预热系统，其特征在于，所述第二热交换装置(4)包括环绕所述排气管路(5)设置并具有冷却液容腔(7a)的环形件。

6.根据权利要求5所述的燃气预热系统，其特征在于，所述第二热交换装置(4)通过所述环形件的端壁连接至所述尾气处理装置(7)的远离发动机本体(6)的一端。

7.根据权利要求5所述的燃气预热系统，其特征在于，所述环形件的周壁上设置有用于向所述冷却液容腔(7a)通入来自所述水套出口(61)的冷却液的进液管(12a)和用于将该冷却液容腔(7a)内的冷却液通入至所述第一热交换装置(3)的出液管(12b)。

8.根据权利要求3所述的燃气预热系统，其特征在于，所述尾气处理装置(7)包括催化转换器。

9.发动机，其特征在于，该发动机具有根据权利要求1至8中任意一项所述的燃气预热系统。

10.车辆，其特征在于，该车辆具有根据权利要求9所述的发动机。