CN104847543A

CN104847543A - 一种发动机低温启动燃气加热器及其控制方法

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Publication number: CN104847543A
Application number: CN201510260903.8A
Authority: CN
Inventors: 王加雪; 金奕; 张建国; 黄永生; 齐凤军; 杨柏春; 王雪; 刘志敬; 谷海瑞; 刘研; 张洪才
Original assignee: PLA ARMOURED FORCE TECHNOLOGY COLLEGE
Current assignee: PLA ARMOURED FORCE TECHNOLOGY COLLEGE
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2035-05-20
Also published as: CN104847543B

Abstract

本发明公开了一种发动机低温启动燃气加热器及其控制方法，包括：燃烧室，其外部设置有燃气泵及空气泵，分别通过燃气节流阀与空气节流阀与燃烧室相连，在燃烧室外侧设有空气流通装置，燃烧室内部设置换热水管，换热水管进水口出设置流量阀，在换热水管进水口处及出水口处设置温度传感器，温度传感器连有控制器，通过控制器分别与燃气泵、空气泵、燃气节流阀、空气节流阀及流量阀相连，控制燃气量、空气量、液体流量及开关。由于控制器的设置，使本发明同时具有燃气量、空气量可控和开关可控的特点，从而也使本发明具有点火速度快，热损耗小，热能转换率高，节约能耗等特点。

Description

一种发动机低温启动燃气加热器及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车发动机预热技术领域，具体涉及一种发动机低温启动燃气加热器及其控制方法。

背景技术

在北方及西部高原地带的冬季，由于环境温度很低，对发动机启动造成很大影响。为了使发动机在不同温度的低温条件下快速启动，有必要安装改善启动的辅助装置，以促进燃料的充分利用和减少启动阻力，燃油加热器作为一种普遍通用的加热器，如中国发明专利申请201410625694.8中介绍了一种汽车发动机低温启动装置，通过对冷空气的限制，提供一种方便发动机低温启动的装置，但由于冬季气温低，燃油粘度增高，启动阻力矩增大，存在点火速度慢，热能转化时间长的问题，同时，由于现在人们对环保要求的不断提高，国内外油价的不断上涨，越来越多的安全、可靠、环保型燃气能源作为替代品也越来越受到大众的普遍接受，现今，有更多的机动车以选择用燃气替代燃油作为能源使用，但在使用过程中使用燃气加热器中燃气量未能随着外界环境温度变化而变化，断开与导通也不能及时操控，造成能源浪费，同时换热效率低，热损耗过大也是低温启动加热过程中不可避免的问题。

发明内容

本发明提供一种发动机低温启动燃气加热器及其控制方法，目的是解决发动机在低温条件下快速启动并且调节启动后燃气量及换热液体量的问题，提供一种点火速度快，热损耗小，热能转换率高，节约能耗，在不同温度下可调节加热器中燃气量及燃气开关，同时也可根据不同温差调节换热液体量的加热器。

本发明是这样实现的：

一种发动机低温启动燃气加热器，包括：

燃烧室，其外部设置有空气泵及燃气泵，分别通过空气节流阀及燃气节流阀与所述燃烧室相连，所述空气泵将空气经空气节流阀送入燃烧室内，所述燃气泵将燃气经燃气节流阀送入到燃烧室内，燃气与空气形成的混合气在燃烧室内进行燃烧，燃烧后的气体经由排气口排放到燃烧室外；

液体流动装置，其包括至少一根换热水管及发动机水套，所述换热水管设置在燃烧室内部，用于在燃烧室内与气流进行热交换，所述发动机水套设置在发动机外侧，通过水泵作用，所述换热水管与发动机水套相连构成封闭循环***；

空气流通装置，其设置在燃烧室外侧，包括加热空气入口、加热后暖空气出口及空气风扇，预加热空气通过所述空气风扇吸入作用，从加热空气入口流入通过燃烧室外侧，与燃烧室进行热交换后，从加热后暖空气出口流出；

温度传感器，其设置在换热水管进水口处及换热水管出水口处，用于测量水管进水口及水管出水口液体温度；

流量阀，其与所述换热水管进水口相连，用于开关所述换热水管；

控制器，其与所述温度传感器相连，根据所述换热水管进水口液体温度，控制燃气量、空气量及所述燃气泵、空气泵的开关，根据所述换热水管进出水口液体温度，控制流量阀的开关，根据所述换热水管进出水口液体温度控制水泵的进水量；

其中，所述燃气节流阀、空气节流阀及流量阀组成阀门装置，其与所述控制器相连，所述燃气泵、空气泵及水泵与所述控制器相连。

优选的是，所述空气流通装置中设有热传导片结构，用于增加燃烧室与所述空气流通装置内预加热空气的热交换。

优选的是，所述换热水管中具有内夹层结构，以用于填充防冻液。

优选的是，所述燃烧室内设有导流板，其用于将混合气产生回流，有助于混合气的进一步混合，促进充分燃烧。

优选的是，所述燃烧内部安装火焰检测器，用于检测燃气火焰。

优选的是，所述燃烧室内设置强制排气阀门，其用于燃烧室毒害气体过量时强制开启排气。

优选的是，所述加热后暖空气出口与驾驶室相连，用于驾驶室供暖需求。

一种发动机低温启动燃气加热器的控制方法，通过所述的控制器调节燃气节流阀燃气流速Q₀、空气节流阀空气流速Q₁及换热水管进水管数n，通过

Q_{0} = \frac{A \times C_{m} \times (T_{0} - T_{1}) \times m}{Δ_{C} H^{0} \times η \times ρ \times t_{0}} e^{- 0.024 T_{1}}

计算，其中T₀是所述发动机启动时发动机水套指定温度，T₁是加热器水套进水口液体温度，C_m是所述液体流动装置内液体比热容，m是液体流动装置内液体总质量，Δ_cH⁰是燃气燃烧热，η是燃烧室热能转化为水套内液体热能的转化效率，ρ是燃气密度，t₀是所述发动机达到启动时发动机水套指定温度的指定时间，A是常数；通过Q₁＝B×Q₀计算，当所需要的燃气充分燃烧时的空气流速，B是常数；调节水管进水管数n按如下方式调节：

步骤一：当

0 \leq | T_{2} - T_{1} | < \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N}

时，n＝1；

步骤二：当

\frac{| T_{2} - T_{1} |}{N} \leq | T_{2} - T_{1} | < 2 \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N}

时，n＝2；

步骤三：当

2 \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N} \leq | T_{2} - T_{1} | < 3 \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N}

时，n＝3；

……

步骤N：

(n - 1) \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N} \leq | T_{2} - T_{1} | \leq n \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N},

n＝N，此时进水管全部开放，其中T₂是换热水管出水口液体温度，N是所述换热水管的总水管数。

优选的是，当T₁达到T₀时，所述控制器关闭所述燃气泵及空气泵，当T₁未达到T₀时，所述控制器开启所述燃气泵及空气泵，其中T₀是发动机启动时所述发动机水套指定温度。

优选的是，所述水泵进水量按照以下方式调节：步骤一：当0≤|T₂-T₁|＜35时，所述水泵进水量调节至进水量低档；步骤二：当35≤|T₂-T₁|＜65时，所述水泵进水量调节至进水量高档。

附图说明

图1为本发明所述发动机低温启动燃气加热器的结构示意图。

图2为本发明所述发动机低温启动燃气加热器控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种实现形式，其中包括：加热器燃气泵161在电机带动下，燃气经燃气节流阀151吸入到燃烧室的前端混合室111内，同时在空气泵162的作用下，空气经空气节流阀152吸入到混合室111内，燃气与待燃烧空气在混合室111混合均匀后，形成的混合气沿着气流通过燃气嘴113被送入到燃烧室110内，在燃烧室110内经过点火塞114点火，在燃烧室110内充分燃烧后，产生的废气通过排气口112排放到燃烧室外，混合气燃烧后产生的热量传递到燃烧室壁上，在燃烧室外侧设置空气流通装置120，空气流通装置120包括预加热空气入口121、加热后暖空气出口122及空气风扇123，在空气风扇123的吸入作用下，空气经预加热空气入口121进入到空气流通装置120中，经过燃烧室壁加热作用，进行热交换使温度升高后经由加热后热空气出口122排出，在燃烧室内部设置有至少一根换热水管131，换热水管131内液体经过与燃烧室内热气流的加热作用，进行热交换温度升高后经由热水管131出水管流出，换热水管与发动机水套132入水口相连，进入到发动机水套132内的液体与发动机机体进行热交换，使发动机均匀持续升温，发动机水套132出水口管道连接水泵163，在发动机水套132内的流出的液体经过水泵163的作用回到换热水管131内，换热水管131和发动机水套132形成循环流体***。

图2示出了根据本发明控制方法的一种实现形式，其具体操作流程如下：

S210：通过温度传感器140采集所需要的温度T₀,T₁,T₂，其中T₀是发动机启动时发动机水套指定温度，T₁是换热水管入水口液体温度，T₂是换热水管出水口液体温度。

S220、S221、S222：在温度传感器140和燃气泵161、空气泵162及水泵163之间设置控制器150，通过控制器150预设程序判断，当换热水管入水口液体温度T₁达到发动机启动时发动机水套指定温度T₀时，控制器关闭燃气泵161及空气泵162，此时水泵继续工作，当换热水管入水口液体温度T₁未达到发动机启动时发动机水套指定温度T₀时，控制器控制燃气泵161及空气泵162开启，如此往复循环工作，直至发动机正常启动，低温启动时，根据换热水管入水口温度T₁，通过

Q_{0} = \frac{A \times C_{m} \times (T_{0} - T_{1}) \times m}{Δ_{C} H^{0} \times η \times ρ \times t_{0}} e^{- 0.024 T_{1}}

计算，其中C_m是所述液体流动装置内液体比热容，m是液体流动装置内液体总质量，Δ_cH⁰是燃气燃烧热，η是燃烧室热能转化为水套内液体热能的转化效率，ρ是燃气密度，t₀是所述发动机达到启动时发动机水套指定温度的指定时间，A是常数；通过Q₁＝B×Q₀计算，当所需要的燃气充分燃烧时的空气流速，Q₁是空气流速，B是常数；在本实施例中，A＝0.002，T₀＝35，t₀＝600，B＝1.07。

S230：根据热水管入水口温度T₁及换热水管出水口液体温度T₂，调节水管进水管数n按如下方式调节：

步骤一：当

0 \leq | T_{2} - T_{1} | < \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N}

时，n＝1；

步骤二：当

\frac{| T_{2} - T_{1} |}{N} \leq | T_{2} - T_{1} | < 2 \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N}

时，n＝2；

步骤三：当

2 \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N} \leq | T_{2} - T_{1} | < 3 \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N}

时，n＝3；

……

步骤N：

(n - 1) \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N} \leq | T_{2} - T_{1} | \leq n \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N},

n＝N，此时进水管全部开放，其中N是所述换热水管的总水管数，在本实施例中，N＝4。

S240、S250：当换热水管出水口液体温度与换热水管入水口液体温度满足如下关系时，控制器对水泵进水量进行控制，当0≤|T₂-T₁|＜35时，所述水泵进水量调节至进水量低档；当35≤|T₂-T₁|＜65时，所述水泵进水量调节至进水量高档。

在另一种实施例中，燃烧室内壁设置导流板116，混合气在混合室113混合均匀后进入一级燃烧室117，助燃空气分一次风与燃气混合和二次风与燃气混合实现扩散燃烧，混合气由导流板116的作用产生回流，有助于气体的进一步混合，然后混合气经导流板进入二级燃烧室118进行进一步燃烧，使得混合气混合更均匀，燃烧更充分彻底，该构件也可由多孔槽替代。

在另一种实施例中，在空气流通装置中设有热传导片结构119，燃气流经燃烧室壁时，可通过热传导片把大部分热量传递到空气流通装置120，使在燃烧室内产生的热量更好的与空气进行热交换。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此，在实施本发明是，可以根据使用者需求改变其结构形状大小等。

在另一种实施例中，换热水管内设有内夹层结构133，其内部可用来填充防冻液，在低温过低时，可以防止由于温度过低水箱内水冻结的问题。

在另一种实施例中，燃烧室内部安装了火焰检测器115，用于检测燃气火焰燃烧情况，当火焰未能燃烧时启动点活塞重新点火。

在另一种实施例中，燃烧室内设置强制排气阀门154，当燃烧室毒害气体超过所设置的限量时强制开启排放毒害气体至燃烧室外。

在另一种实施例中，空气流通装置的加热后暖空气出口122与驾驶室相连，加热后的暖空气可以用来提升驾驶室温度，在低温启动车辆满足驾驶室的供暖需求。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明中加热器的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，根据本发明，由于加热器中的控制器的设置，因此具有可调燃气节流阀及空气节流阀的开关，同时在加热器启动后根据不同温度进而燃气量及换热液体量，达到了点火速度快，热损耗小，热能转换率高，节约能耗的效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种发动机低温启动燃气加热器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的发动机低温启动燃气加热器，其特征在于，所述空气流通装置中设有热传导片结构，用于增加燃烧室与所述空气流通装置内预加热空气的热交换。

3.如权利要求1或2所述的发动机低温启动燃气加热器，其特征在于，所述换热水管中具有内夹层结构，以用于填充防冻液。

4.如权利要求1所述的发动机低温启动燃气加热器，其特征在于，所述燃烧室内设有导流板，其用于将混合气产生回流，有助于混合气的进一步混合，促进充分燃烧。

5.如权利要求1所述的发动机低温启动燃气加热器，其特征在于，所述燃烧内部安装火焰检测器，用于检测燃气火焰。

6.如权利要求5所述的发动机低温启动燃气加热器，其特征在于，所述燃烧室内设置强制排气阀门，其用于燃烧室毒害气体过量时强制开启排气。

7.如权利要求1、2、4-6中任一项所述的发动机低温启动燃气加热器，其特征在于，所述加热后暖空气出口与驾驶室相连，用于驾驶室供暖需求。

8.一种发动机低温启动燃气加热器的控制方法，其特征在于，通过如权利要求1-6中任一项所述的控制器；其进行调节燃气节流阀燃气流速Q₀、空气节流阀空气流速Q₁及换热水管进水管数n，通过计算，其中T₀是所述发动机启动时发动机水套指定温度，T₁是加热器水套进水口液体温度，C_m是所述液体流动装置内液体比热容，m是液体流动装置内液体总质量，Δ_cH⁰是燃气燃烧热，η是燃烧室热能转化为水套内液体热能的转化效率，ρ是燃气密度，t₀是所述发动机达到启动时发动机水套指定温度的指定时间，A是常数；通过Q₁＝B×Q₀计算，当所需要的燃气充分燃烧时的空气流速，B是常数；调节水管进水管数n按如下方式调节：

步骤一：当

0 \leq | T_{2} - T_{1} | < \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N}

时，n＝1；

步骤二：当

\frac{| T_{2} - T_{1} |}{N} \leq | T_{2} - T_{1} | < 2 \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N}

时，n＝2；

步骤三：当

2 \frac{| T_{2} - Y_{1} |}{N} \leq | T_{2} - T_{1} | < 3 \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N}

时，n＝3；

……

步骤N：

(n - 1) = \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N} \leq | T_{2} - T_{1} | \leq n \frac{| T_{2} - T_{1} |}{N},

9.如权利要求8所述的发动机低温启动燃气加热器的控制方法，其特征在于，当T₁达到T₀时，所述控制器关闭所述燃气泵及空气泵，当T₁未达到T₀时，所述控制器开启所述燃气泵及空气泵，其中T₀是发动机启动时所述发动机水套指定温度。

10.如权利要求8所述的发动机低温启动燃气加热器的控制方法，其特征在于，所述水泵进水量按照以下方式调节：步骤一：当0≤|T₂-T₁|＜35时，所述水泵进水量调节至进水量低档；步骤二：当35≤|T₂-T₁|＜65时，所述水泵进水量调节至进水量高。