CN212202166U - 一种换热装置及发动机起动润滑加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发动机技术领域，公开了一种换热装置及发动机起动润滑加热系统。所述换热装置包括燃烧室组件，所述燃烧室组件包括燃烧室，所述燃烧室燃烧燃油以产生热量；冷却腔体，环设于所述燃烧室的外周，且能够与所述燃烧室进行热交换；机油腔体，环设于所述冷却腔体的外周，且能够与所述冷却腔体进行热交换。使用本实用新型的换热装置对发动机润滑油进行加热，能够降低润滑油粘度，提高润滑油的流动性，从而降低低温起动的阻力。

Description

一种换热装置及发动机起动润滑加热系统

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种换热装置及发动机起动润滑加热系统。

背景技术

柴油机的低温起动性能、可靠性能被视为柴油机的重要性能。柴油机在低温环境下，完成低温起动后，需要经过较长时间的暖机，发动机才具备大负荷功率输出的条件。

特殊用途车辆要求在环境温度-40℃条件下，从发动机起动到具备全功率输出，需要在3分钟内完成。发动机起动到全功率输出3分钟以内，润滑油流动性不能满足发动机全功率输出的要求。如果润滑油流动性低的情况下，发动机全功率输出，会造成发动机零部件低温磨损、润滑油压力过高，情况严重会直接造成发动机零部件损坏不能正常工作。

目前，常用的加热方式为电热管润滑油加热器，工作原理是电热管本身为加热电阻，供电后，产生热量后与低温润滑油进行热交换，从而实现润滑油加热的目的。电热管润滑油加热器一般安装在油底壳上，浸在润滑油中。上述加热方式存在的缺点是，电热管润滑油加热器的加热能量来自于电能，车辆上电能只能来自于蓄电池，如果使用电热管润滑油加热器消耗大量的电能，发动机有无法起动的风险。

电热管润滑油加热器工作时，表面温度很高，润滑油与加热器表面直接接触形成局部高温，容易导致润滑油变质。

电热管润滑油加热器的常见功率为0.1kW-1kW，电热管润滑油加热器的加热功率比较小，在较短的时间内无法完成对大量的润滑油进行加热。电热管润滑油加热器工作时与润滑油相对静止，导致润滑油不能被均匀加热。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种换热装置，使用该换热装置对发动机油底壳内的机油进行加热，以供发动机起动时润滑使用，降低机油的粘度，提高机油的流动性，从而降低低温起动阻力。

本实用新型的另一目的在于提供一种发动机起动润滑加热系统，利用上述换热装置，以减少发动机的起动时间，能够尽快达到全功率输出状态。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种换热装置，包括：

燃烧室组件，所述燃烧室组件包括燃烧室，所述燃烧室燃烧燃油以产生热量；

冷却腔体，环设于所述燃烧室的外周，且能够与所述燃烧室进行热交换；

机油腔体，环设于所述冷却腔体的外周，且能够与所述冷却腔体进行热交换。

优选地，所述换热装置还包括机油泵，所述机油泵用于向所述机油腔体泵取机油。

优选地，所述机油腔体的底部设置有机油出油管，所述机油腔体的机油经所述机油出油管回流至发动机的油底壳。

优选地，所述冷却腔体的冷却进液管与发动机上的冷却介质的出口连通，所述冷却腔体的冷却出液管与所述发动机上的冷却介质的入口连通。

优选地，还包括冷却液温度传感器，所述冷却液温度传感器被配置为检测冷却腔体内的温度。

优选地，还包括冷却液泵，所述冷却液泵被配置为向所述冷却腔体泵送冷却液。

优选地，所述燃烧室组件还包括燃油泵，所述燃油泵被配置为向所述燃烧室泵送燃油。

优选地，所述燃烧室组件还包括：

喷射点火组件，设置于所述燃烧室的上端，且与所述燃油泵的出口连通，所述喷射点火组件将所述燃油喷射进入所述燃烧室，并点燃；

进气组件，所述进气组件被配置为向所述燃烧室提供洁净空气。

优选地，所述进气组件包括

进气风扇，被配置为向所述燃烧室提供空气；

进气滤芯，被配置为过滤进入所述进气风扇的空气。

本实用新型中还提供了一种发动机起动润滑加热系统，包括发动机、电控组件和所述的换热装置，所述发动机和所述换热装置均电连接于所述电控组件。

本实用新型的有益效果：本实用新型中，在发动机在起动阶段，以冷却介质作为热传递的中间传递介质，保证加热过程中，燃烧室产生的热量不会直接与机油接触。此外，冷却腔体内的冷却介质以及机油腔体内的机油均为循环流动状态。综合上述两因素，上述换热装置能够改善低温下机油的流动性，避免机油的局部过热，导致机油变质，使机油快速均匀加热。

燃烧室利用燃油产生热量，不需要消耗车辆上的蓄电池的电量，延长蓄电池的使用寿命，避免发动机出现无法起动的风险。使用冷却介质加热机油的能量最终来源于燃烧室内的机油的燃烧，对于车辆，这种加热方式更加实际，不受电能限制。

附图说明

图1是本实用新型的发动机起动润滑加热系统的示意图；

图2是本实用新型的换热装置的内部结构示意图；

图3是本实用新型的换热装置的正视图；

图4是本实用新型的换热装置的侧视图。

图中：1、进气滤芯；2、进气风扇；3、喷射点火组件；4、燃烧室；5、冷却腔体；6、机油腔体；7、燃油进油管；8、燃油泵；9、冷却液温度传感器；10、冷却液泵；11、冷却进液管；12、机油出油管；13、排气管；14、冷却出液管；15、机油泵；16、机油进油管；18、电控组件；19、发动机。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

图1为发动机起动润滑加热系统的工作原理。本实施例中提供一种发动机起动润滑加热系统，主要应用于工程机械上，还能够用于武器，尤其是军用武器上。

上述发动机起动润滑加热系统，包括发动机、电控组件18和换热装置，发动机和换热装置均电连接于电控组件18，电控组件18被配置为控制加热装置和发动机配合工作，以快速加热发动机的油底壳内的机油，从而减少发动机的起动时间，能够尽快达到全功率输出状态。

图2为换热装置的内部结构示意图，图3为换热装置的正视图，图4为换热装置的侧视图，以下结合图1-图4，对换热装置、以及换热装置与发动机、电控组件18的具体关系进行详细说明。

上述换热装置包括燃烧室组件、冷却腔体5和机油腔体6，其中，燃烧室组件包括燃烧室4，燃烧室4燃烧燃油以产生热量。冷却腔体5环设于燃烧室4的外周，且能够与燃烧室4进行热交换，燃烧室4产生的热量与冷却腔体5内的冷却介质热交换以使冷却介质升温。机油腔体6环设于冷却腔体5的外周，且能够与冷却腔体5进行热交换，冷却介质将热量传递至机油腔体6内的机油，以达到加热机油的目的。

本实施例中，燃烧室4的燃油由安装有换热装置机械的油箱(如上述的工程机械或武器)供给，发动机起动阶段，发动机的油底壳内的机油泵送至机油腔体6内，燃烧室4燃烧燃油产生的热量，经冷却介质传递至机油腔体6内的机油，机油被加热后，回流至油底壳，以作为发动机起动时的润滑油使用。此过程循环重复进行，使油底壳内的机油在短时间内快速升温，发动机能够快速达至全功率工作状态。

具体地，机油腔体6的上端设置有机油进油管16，底端设置有机油出油管12。换热装置还包括机油泵15，机油泵15经机油进油管16连通于油底壳，机油泵15向机油腔体6泵取机油，机油腔体6内被加热的机油经机油出油管12后回流至油底壳。

本实施例中冷却腔体内的冷却介质为冷却液，冷却腔体5上设置有冷却进液管11和冷却出液管14，冷却进液管11与发动机上的冷却介质出口的连通，冷却腔体5的冷却出液管14与发动机上的冷却介质的入口连通。换热装置还包括冷却液泵10，冷却液泵10设置于冷却腔体5的冷却进液管11，冷却液泵10被配置为发动机内的冷却液泵送至冷却腔体5。冷却介质在发动机和换热装置之间循环。在其他实施例中，冷却腔体内的冷却介质还能够为其他能够流动且具有耐低温的特性的介质。

发动机在起动阶段，以冷却介质作为热传递的中间传递介质，保证加热过程中，燃烧室4产生的热量不会直接与机油接触。此外，冷却腔体5内的冷却介质以及机油腔体6内的机油均为循环流动状态。综合上述两因素，上述换热装置能够改善低温下机油的流动性，避免机油的局部过热，导致机油变质，使机油快速均匀加热，提高润滑油的流动性，从而降低低温起动的阻力。

燃烧室利用燃油产生热量，不需要消耗车辆上的蓄电池的电量，延长蓄电池的使用寿命，避免发动机出现无法起动的风险。使用冷却介质加热机油的能量最终来源于燃烧室4内的机油的燃烧，对于车辆，这种加热方式更加实际，不受电能限制。

本实施例中，冷却腔体5贴设于燃烧室4，冷却腔体5与燃烧室4直接接触。机油腔体6贴设于冷却腔体5，机油腔体6与冷却腔体5直接接触。

具体地，上述燃烧室4为底部为圆柱体，顶部为圆锥体的结构，圆锥体连接于圆柱体，圆锥体的上端为小径端，且上端开口。上述冷却腔体5和机油腔体6均为圆柱形腔体，以增加相互接触的两者之间的换热面积，从而加快换热速度。

具体的技术方案中，燃烧室4的顶部设置有燃油进油管7，底部设置有排气管13，燃油进油管7连通油底壳与燃烧室4，排气管13用于排出燃烧后的废气。

燃烧室组件还包括被配置为向燃烧室4泵送燃油的燃油泵8。具体地，燃油泵8安装在燃油进油管7上，且位于机油腔体6和冷却腔体5的上方，燃油泵8泵取油底壳内的机油至燃烧室4。进一步具体地，燃油泵8安装在冷却腔体5和机油腔体6的顶部。

燃烧室组件还包括喷射点火组件3和进气组件，其中，喷射点火组件3安装在燃烧室4的上端，且与燃油泵8的出口连通，喷射点火组件3将燃油喷射进入燃烧室4，并点燃。进气组件设置于喷射点火组件3的上方，进气组件向燃烧室4提供洁净空气，即燃烧所需的氧气。

具体地，换热装置还包括位于燃烧室4上方的安装壳，为了便于安装燃油泵8、机油泵15和冷却液泵10，从而减小换热装置的整体结构体积，使结构更紧凑，安装壳设计为锥形，锥形的安装壳的小径端朝下设置。喷射点火组件3位于安装壳内的小径端，且部分穿过安装壳伸入位于燃烧室4内。

喷射点火组件3包括安装于安装壳内的点火喷嘴，点火喷嘴的点火端自燃烧室4的上端开口处伸入燃烧室4内，点火端将燃油泵8供给的燃油以喷雾的形式喷射进燃烧室4内，并点燃燃油喷雾。

进气组件包括进气风扇2和进气滤芯1，进气风扇2被配置为向燃烧室4提供空气。进气滤芯1被配置为过滤进入进气风扇2的空气，保证进气风扇2向燃烧室供给的空气为洁净空气，防止杂质进入燃烧室4，影响燃烧效率。

具体地，本实施例中，为使换热装置整体结构紧凑，减小整体结构体积。进气风扇2安装在安装壳的内部，且位于安装壳的大径端。进气滤芯1位于进气风扇2的上方，并安装在安装壳上。在其他实施例中，进气风扇2和进气滤芯1的位置根据实际需要进行确定，只要保证进入进气风扇2内的空气为洁净空气即可。

优选地，换热装置还包括冷却液温度传感器9，冷却液温度传感器9设置于冷却腔体5上，冷却液温度传感器9探测温度的结构深入冷却腔体5内部，冷却液温度传感器9用于检测冷却腔体5内的温度，从而决定燃烧室4内的机油是否继续燃烧加热冷却介质，以控制冷却介质的温度，从而保证机油处于合适的加热温度。

进一步优选地，上述冷却介质的温度范围为105℃-120℃。本实施例中，冷却介质的最高温度不超过120℃，这样不会因高温导致机油变质和气化。

发动机起动润滑加热系统的工作原理如下：

低温环境下，发动机在起动阶段，燃烧室燃烧燃油以产生热量。同时，冷却液循环，机油泵15泵取油底壳的机油泵送至机油腔体6内，此部分的机油在机油腔体6和发动机的油底壳之间循环，循环过程中，燃油燃烧产生的热量经热交换依次传递至冷却液和机油，以加热机油。

上述冷却液泵10、机油泵15和燃油泵8均为电控泵，且均电连接于电控组件18。具体地，电控组件18控制冷却液泵10开始工作，将冷却液泵送到冷却腔体5内，然后点燃燃油，消耗燃油过程中产生热量对冷却液进行加热。同时，电控组件18控制电动机油泵15开始工作，机油被吸入到机油腔体6内与冷却腔体5进行热交换，最终机油被加热，直至机油被加热至目标温度。电控组件18可以根据机油具体量控制电动机油泵15的转速进而控制机油泵15流量。

此换热装置只在发动机在起动阶段工作，当发动机在正常工作阶段，此换热装置停止工作。

本实施例中的电控组件18能够连接至车辆的ECU，电控组件18还能够集成在车辆的ECU。另外，本实施例中的电控组件18为常规的控制系统。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热装置，其特征在于，包括：

燃烧室组件，所述燃烧室组件包括燃烧室(4)，所述燃烧室(4)燃烧燃油以产生热量；

冷却腔体(5)，环设于所述燃烧室(4)的外周，且能够与所述燃烧室(4)进行热交换；

机油腔体(6)，环设于所述冷却腔体(5)的外周，且能够与所述冷却腔体(5)进行热交换。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述换热装置还包括机油泵(15)，所述机油泵(15)用于向所述机油腔体(6)泵取机油。

3.根据权利要求2所述的换热装置，其特征在于，所述机油腔体(6)的底部设置有机油出油管(12)，所述机油腔体(6)的机油经所述机油出油管(12)回流至发动机的油底壳。

4.根据权利要求1-3任一项所述的换热装置，其特征在于，所述冷却腔体(5)的冷却进液管(11)与发动机上的冷却介质的出口连通，所述冷却腔体(5)的冷却出液管(14)与所述发动机上的冷却介质的入口连通。

5.根据权利要求4所述的换热装置，其特征在于，还包括冷却液温度传感器(9)，所述冷却液温度传感器(9)被配置为检测冷却腔体(5)内的温度。

6.根据权利要求5所述的换热装置，其特征在于，还包括冷却液泵(10)，所述冷却液泵(10)被配置为向所述冷却腔体(5)泵送冷却液。

7.根据权利要求1-3任一项所述的换热装置，其特征在于，所述燃烧室组件还包括燃油泵(8)，所述燃油泵(8)被配置为向所述燃烧室(4)泵送燃油。

8.根据权利要求7所述的换热装置，其特征在于，所述燃烧室组件还包括：

喷射点火组件(3)，设置于所述燃烧室(4)的上端，且与所述燃油泵(8)的出口连通，所述喷射点火组件(3)将所述燃油喷射进入所述燃烧室(4)，并点燃；

进气组件，所述进气组件被配置为向所述燃烧室(4)提供洁净空气。

9.根据权利要求8所述的换热装置，其特征在于，所述进气组件包括

进气风扇(2)，被配置为向所述燃烧室(4)提供空气；

进气滤芯(1)，被配置为过滤进入所述进气风扇(2)的空气。

10.一种发动机起动润滑加热系统，其特征在于，包括发动机、电控组件(18)和权利要求1-9任一项所述的换热装置，所述发动机和所述换热装置均电连接于所述电控组件(18)。

Images