基于急熱與緩熱策略的柴油機(jī)燃油預(yù)熱器及其預(yù)熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)工程領(lǐng)域，燃油配套裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于急熱與緩熱策略的柴油機(jī)燃油預(yù)熱器及其加熱方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國北方及西部高海拔地域，一年中低氣溫時(shí)間較長，柴油機(jī)機(jī)械在低溫情況下都存在冷起動(dòng)困難，燃油消耗增加的問題。燃油預(yù)熱技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最普遍，已經(jīng)公認(rèn)為與進(jìn)氣預(yù)熱同等重要的發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)改善技術(shù)。燃油預(yù)熱改善內(nèi)燃機(jī)低溫起動(dòng)性能的方法，在近10年得到很好地推廣應(yīng)用。該方式通過加熱燃油，能直接改善燃油的霧化質(zhì)量，對改善發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能的改進(jìn)作用非常明顯。目前，我國北方很多地方的大型車輛一般都配有燃油加熱裝置。當(dāng)氣溫低至發(fā)動(dòng)機(jī)不易起動(dòng)時(shí)，燃油加熱器就對燃油實(shí)施加熱，可以將燃油溫度提高至30-50°C，發(fā)動(dòng)機(jī)低溫起動(dòng)問題基本能得到了解決。
[0003]燃油加熱方法有直接加熱和間接加熱兩種。直接加熱一般采用電加熱或者燃油加熱器，直接將電能或者燃油燃燒熱量對燃油實(shí)施預(yù)熱。間接加熱有水浴加熱、氣體加熱等形式，其特征是熱源不對燃油直接加熱，而是對介質(zhì)(比如水、氣體)進(jìn)行加熱，然后介質(zhì)將熱量傳遞給燃油，實(shí)現(xiàn)燃油加熱的目的。
[0004]燃油預(yù)熱采用的熱源可以是電能產(chǎn)生，也有的來自燃油燃燒器或者發(fā)動(dòng)機(jī)。對于大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言，目前應(yīng)用最多的燃油加熱熱源來自發(fā)動(dòng)機(jī)，通過水流或氣流管路設(shè)計(jì)，利用水浴法或氣體加熱法，將發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體尾氣或冷卻水的熱量傳遞給更低溫度的燃油，起到提升燃油溫度，改善燃油流動(dòng)性能和霧化質(zhì)量，最終起到改善柴油機(jī)燃燒的作用。對于小型柴油機(jī)，由于機(jī)體結(jié)構(gòu)較緊湊，水浴或氣流流道設(shè)計(jì)較難，水浴和氣體加熱燃油方法較少采用。水浴和氣體加熱燃油方法也有采用燃油或電加熱方式，其實(shí)現(xiàn)原理基本與利用柴油機(jī)尾氣或冷卻水熱量加熱相似。
[0005]由于柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)尾氣和冷卻水溫度都較低，利用柴油機(jī)尾氣及自然冷卻水的熱量對起動(dòng)前燃油加熱是不現(xiàn)實(shí)的問題，電加熱方式燃油、進(jìn)氣或電加熱冷卻水介質(zhì)對燃油預(yù)熱是解決低溫起動(dòng)問題最常用方法。相對電熱水浴燃油方法，電能直接加熱燃油更為有效，一是因?yàn)殡娂訜嵫b置較為簡單，二是電能直接加熱，效率更高。目前市面已有很多陶瓷加熱產(chǎn)品用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃油電加熱器，已經(jīng)在大型柴油機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。
[0006]目前所用的絕大部分燃油加熱方法是對整個(gè)燃油箱(或額外的油罐)進(jìn)行加熱，存在加熱效率低下及蓄電池負(fù)荷加大的問題，有降低蓄電池壽命及低溫使用效能的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對上述問題，提出集急熱和緩熱策略的柴油機(jī)燃油預(yù)熱方法，一并解決發(fā)動(dòng)機(jī)低溫起動(dòng)困難和因低溫而造成的燃燒惡化問題，有效提升柴油機(jī)低溫環(huán)境下的工作性能。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案:基于急熱與緩熱策略的柴油機(jī)燃油預(yù)熱器，其燃油預(yù)熱器連接在油箱油路上，包括緩熱燃油室、急熱燃油室和ECU電子控制單元。所述的急熱燃油室安裝在緩熱燃油室內(nèi)，急熱燃油室上設(shè)置有進(jìn)油口，通過進(jìn)油口與緩熱燃油室連通，急熱燃油室頂部設(shè)置出油管，急熱燃油室內(nèi)安裝電加熱器；所述的緩熱燃油室外表面由水浴加熱器緊密包裹，緩熱燃油室上設(shè)置有進(jìn)油管。所述的ECU電子控制單元連接有若干個(gè)熱電偶，熱電偶布置在緩熱燃油室和急熱燃油室內(nèi)，用于測量燃油溫度。
[0009]所述的電加熱器的控制電路與ECU電子控制單元連接，由ECU電子控制單元控制其運(yùn)行狀態(tài)。
[0010]所述的水浴加熱器的出水管上設(shè)置有微型水栗，微型水栗控制電路與ECU電子控制單元連接，由ECU電子控制單元控制其運(yùn)行狀態(tài)。
[0011]在低溫環(huán)境下，將柴油機(jī)燃油油箱油管接入燃油預(yù)熱器的緩熱燃油室中，緩熱燃油室與急熱燃油室通過進(jìn)油口相通，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中燃油充盈滿了整個(gè)燃油預(yù)熱器。
[0012]急熱燃油室采用中空制作，以減小急熱時(shí)該室內(nèi)燃油向周圍低溫燃油的散熱。急熱燃油室凈容積為柴油機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)30秒消耗燃油。急熱燃油室內(nèi)置于緩熱燃油室內(nèi)。
[0013]緩熱燃油室凈容積為柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘燃油量。水浴加熱器采用板式散熱器。板翅式循環(huán)水加熱器圍在緩熱燃油室外表面，柴油、循環(huán)水分離，以防止冷卻水套破裂對燃油系統(tǒng)的破壞。
[0014]水浴預(yù)熱采用板式散熱器。為防止在極低溫度環(huán)境下，水浴管道內(nèi)冷水對整個(gè)燃油加熱器的冷卻，水浴預(yù)熱開啟前，管道內(nèi)無循環(huán)水。當(dāng)柴油機(jī)冷卻水溫度達(dá)到規(guī)定值后，水循環(huán)才開啟。
[0015]基于急熱與緩熱策略的柴油機(jī)燃油預(yù)熱方法，包括急熱和緩熱兩部分。
[0016]所述的急熱加熱方法為:ECU電子控制單元通過對燃油溫度進(jìn)行測量，以0°C為限，判定急熱電加熱器是否對燃油進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)燃油溫度高于0°C，燃油預(yù)熱器不工作，燃油直通流過，柴油機(jī)直接正常起動(dòng)；燃油溫度低于0°C，燃油預(yù)熱器對急熱燃油室內(nèi)燃油進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值(初始值為60°C )后，ECU電子控制單元給出信號指示，此時(shí)柴油機(jī)開始起動(dòng)；若柴油機(jī)起動(dòng)不成功，預(yù)設(shè)燃油加熱溫度值增加10°C，等待燃油溫度達(dá)到設(shè)定溫度，柴油機(jī)再次嘗試起動(dòng)，當(dāng)柴油機(jī)成功起動(dòng)后，急熱燃油室內(nèi)電加熱器停止工作。柴油機(jī)起動(dòng)成功標(biāo)志為發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速超過600轉(zhuǎn)份，且轉(zhuǎn)速波動(dòng)率不超過15%。
[0017]所述的緩熱加熱方法是:在環(huán)境溫度低于10°C時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫達(dá)到50°C后，EOT電子控制單元開啟水浴加熱器，柴油機(jī)高溫冷卻水進(jìn)入燃油加熱器開始循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對燃油加熱，水浴加熱過程中，ECU電子控制單元實(shí)時(shí)對油溫進(jìn)行監(jiān)測，通過調(diào)整冷卻水循環(huán)的微型水栗的功率實(shí)現(xiàn)不同水浴加熱強(qiáng)度，確保整個(gè)燃油室燃油平均溫度在30-40°C區(qū)間。
[0018]ECU電子控制單元需要實(shí)時(shí)監(jiān)控燃油溫度和柴油機(jī)狀態(tài)。柴油初始溫度作為急熱加熱方式是否開啟的判據(jù)；柴油機(jī)起動(dòng)后的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速波動(dòng)率作為急熱加熱方式結(jié)束的依據(jù)；環(huán)境溫度為是否采用水浴燃油預(yù)熱的條件；柴油機(jī)冷卻水溫作為水浴緩熱方式開啟和運(yùn)行強(qiáng)度調(diào)整的依據(jù)。
[0019]本發(fā)明通過加熱燃油，降低燃油粘度和表面張力，有效改善燃油霧化質(zhì)量，提升柴油機(jī)在低溫下的工作性能。“急熱”方式快速預(yù)熱少量柴油到較高溫度，提升柴油機(jī)低溫起動(dòng)性能，“緩熱”方式平穩(wěn)加熱正常供油，以利于低溫環(huán)境下柴油機(jī)燃燒優(yōu)化，降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗。急熱與緩熱兩種燃油加熱方式都起到改善柴油機(jī)低溫下工作性能的作用。
【附圖說明】
[0020]圖1為燃油預(yù)熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為急熱與緩熱策略的柴油機(jī)燃油預(yù)熱方法控制流程圖。
[0022]其中附圖標(biāo)記，1——緩熱燃油室，2——急熱燃油室，3——電加熱器，4——水浴加熱器，5——EOT電子控制單元，6——微型水栗，7——油路閥門，8——進(jìn)油管，9——出水管，10——熱電偶，11——出油管，12——進(jìn)油口，13——進(jìn)水閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0024]實(shí)施例:基于急熱與緩熱策略的柴油機(jī)燃油預(yù)熱方法，包括急熱和緩熱兩種加熱方式，要求燃油預(yù)熱器應(yīng)同時(shí)兼具急熱和緩熱加熱功能。根據(jù)要求設(shè)計(jì)具有急熱加熱室和緩熱加熱室的燃油預(yù)熱器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。急熱燃油室2安裝在緩熱燃油室1內(nèi)，急熱燃油室2上設(shè)置有進(jìn)油口 12，通過進(jìn)油口 12與緩熱燃油室1連通，燃油灌入緩熱燃油室1后，再流過進(jìn)油口 12灌入急熱燃油室2內(nèi)。在急熱燃油室2的頂部設(shè)置出油管11，將燃油連接到采油機(jī)。在急熱燃油室2內(nèi)部安裝電加熱器3，利用電加熱器對室內(nèi)燃油進(jìn)行快速加熱。緩熱燃油室1設(shè)置有進(jìn)油管8，連接油路管道，將燃油接入室內(nèi)，進(jìn)油管道上還設(shè)置有油路閥門7。緩熱燃油室1的外表面由水浴加熱器4緊密包裹，利用水浴加熱器4的管道內(nèi)熱水進(jìn)行熱交換，對緩熱燃油室1內(nèi)的燃油進(jìn)行加熱。
[0025]在緩熱燃油室1和急熱燃油室2內(nèi)，還分別設(shè)置有熱電偶10，用于測量燃油溫度。熱電偶10與ECU電子控制單兀5連接，由ECU電子控制單兀5完成溫度測量并根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行加熱控制。
[0026]所述的電加熱器3的控制電路與EOT電子控制單元5連接，由EOT電子