CN107781089B - 柴油发动机的预加热装置、***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电机组调试用发电机组及其柴油发动机的预热装置、启动控制方法，能够对柴油发动机进行有效预热，进而实现柴油发动机的低温启动，以保证调试在各种条件下均能够顺利进行。本发明预热装置包括中空的本体、内置在本体中的加热器和预热油箱，预热油箱具有与油源连通的进油口以及与柴油发动机的进油管连通的出油口；加热器通过冷却液将热量传递给预热油箱。本发明启动控制方法包括：当环境温度不满足柴油发动机的正常启动需求时，对柴油发动机的燃油进行预热；当预热执行预定时间后，控制柴油发动机正常启动。

Description

柴油发动机的预加热装置、***及方法

技术领域

本发明涉及风电机组技术领域，特别是涉及一种柴油发动机的预加热装置、***及方法。

背景技术

目前风电场建设过程中，由于风电机组安装的工期与风电场配套升压站的建设周期存在偏差，在机组吊装完成后，部分风电场的升压站并未建设完成，这就导致机组调试时现场没有电源。为了解决电源问题，在风力发电机组的调试过程中，采用了柴油发电机组进行供电。

柴油发电机组由柴油发动机、发电机及控制***等部分组成，柴油发动机为整个***提供动力。但是，在寒冷天气条件下，特别是在风电场类野外施工作业中，柴油发动机需要在零下25℃或更低的气温环境下启动，存在柴油发电机启动难的问题。

为了解决该问题，现有技术中主要采用设置双油箱的技术手段，在不同的油箱内分别存放不同标号的柴油(冬季中，一般使用负标号的冬季专用柴油；其他时间使用“0”号柴油)；在温度较低的环境中，先利用标号低的柴油启动发动机，同时利用加热装置对标号高的柴油进行加热，在油温达到工作标准时，再切换油路，以便使用成本更低的高标号柴油。这种方式在一定程度上能够解决上述技术问题，但是存在加热过程漫长，等待时间过长的技术问题。这是因为，现有技术的解决方案中仅仅考虑了油温这一因素，而忽略了空气温度或发动机机体本身温度对发动机启动的影响。因此，如何设计一种柴油发动机的预加热装置，以使柴油发动机能够快速预热，实现柴油发动机的低温快速启动，成为本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电机组调试用发电机组及其柴油发动机的预加热装置，能够对柴油发动机进行有效预热，进而实现柴油发动机的低温启动，以保证调试在各种条件下均能够顺利进行。

为实现上述目的，本发明提供了一种柴油发动机的预加热装置，包括中空的本体、内置在所述本体中的加热器和预热油箱，所述预热油箱具有与油源连通的进油口以及与柴油发动机的进油管连通的出油口；所述本体内还设有承载有冷却液的冷却箱，所述冷却箱与柴油发动机的冷却液循环***连通，所述加热器和所述预热油箱均置于所述冷却箱内，所述加热器对冷却液进行加热并通过冷却液对所述预热油箱进行加热。

本发明的预加热装置，设有预热油箱和加热器，通过加热器对预热油箱进行加热，进而将油温提升到便于柴油机启动的油温，然后将加热后的油通过预热油箱输送至柴油发动机的进油管，供给柴油发动机使用，为柴油发动机创造启动条件。

可选地，所述本体具有与气源连通的进气口以及与柴油发动机的进气管连通的出气口。

可选地，所述冷却箱具有与柴油发动机的冷却液进口管连通的冷却液出口。

可选地，所述加热器为设有燃油进气管和燃油排气管的燃油加热器，所述燃油进气管穿出所述冷却箱与所述本体的内部空腔连通，所述燃油排气管依次穿出所述冷却箱和所述本体而与外界连通。

可选地，还包括与油源连通的供油管路，所述供油管路具有并联的第一分路和第二分路，所述第一分路与所述预热油箱的进油口连通，所述第二分路与所述加热器的燃油进油口连通，所述第二分路设有单向阀。

可选地，还包括控制件，与所述加热器信号连接。

可选地，还包括内置在所述本体中的温度检测件，与所述控制件信号连接。

可选地，还包括为所述加热器和所述控制件供电的蓄电池。

可选地，所述本体的所述进气口设有风门，用于在不进气时封堵所述进气口。

可选地，还包括检修板，可拆卸地连接于所述本体，并通过密封件进行密封。

可选地，所述本体设有保温层。

本发明还提供了一种柴油发动机的预加热***，包括柴油发动机和与其连接的预加热装置，所述预加热装置为上述的预加热装置。

可选地，还包括判断环境温度是否满足所述柴油发动机的启动需求的环境温度判断模块，与所述柴油发动机的启动控制***信号连接。

本发明还提供一种柴油发动机的预加热方法，包括以下步骤：

当环境温度不满足柴油发动机的正常启动需求时，对与柴油发动机的冷却液循环***连通、并承载有冷却液的冷却箱进行加热，以预热冷却液；

通过内置在冷却箱中、并与柴油发动机的燃油循环***连通的预热油箱，对进入柴油发动机的燃油进行预热；

当预热执行预定时间后，控制柴油发动机正常启动。

可选地，当环境温度不满足正常启动需求时，将柴油发动机的进气引入内置有所述冷却箱的腔体内，以便对柴油发动机的进气进行预热后输出至柴油发动机的进气管。

可选地，同步执行对柴油发动机的燃油、进气和冷却液的预热。

可选地，当预热执行预定时间后，判断燃油、进气和/或冷却液的温度是否超过预定值，是则停止预热，控制柴油发动机正常启动，否则继续预热。

可选地，对环境温度进行检测，以判断当前的环境温度是否满足正常启动需求。

本发明至少具有以下有益效果：

相较现有技术，本方案无需在双油箱之间来回切换，避免安装阀门或开关，结构简单，可靠性高；此外，在冬季可以仅使用高标号的柴油，并实现快速启动；

本方案将预热油箱设置在冷却箱内，而冷却箱与发动机的冷却液循环***连通，当冷却液的温度升高时，能够使得发动机机体温度迅速上升，进而快速达到启动条件。同时还可以在对油和/或冷却液进行加热的基础上，进一步对柴油发动机的进气进行加热，进而实现更快速的启动。

附图说明

图1为本发明所提供预加热装置在一种具体实施方式中的结构示意图；

图2为图1所示预加热装置的外观结构示意图；

图3为柴油发动机的预加热方法示意图；

图4为图1所示预加热装置用于柴油发动机时，柴油发动机在启动过程中的控制原理示意图。

图1-4中：

本体1、加热器2、预热油箱3、进油管4、进气管5、冷却箱6、冷却液进口管7、燃油进气管8、燃油排气管9、供油管路10、第一分路11、第二分路12、单向阀13、控制件14、温度检测件15、蓄电池16、检修板17、供气管18、冷却液出口管19。

具体实施方式

本发明提供了一种柴油发动机的预加热装置以及***，能够对柴油发动机进行有效预热，进而实现柴油发动机的低温启动，以保证调试在各种条件下均能够顺利进行。

以下结合附图，对本发明进行具体介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。

如图1所示，本发明提供了一种柴油发动机的预加热装置，包括中空的本体1，该本体1中内置有加热器2和预热油箱3，预热油箱3具有进油口和出油口，其中，进油口与油源连通，出油口与柴油发动机的进油管4连通；加热器2与预热油箱3之间通过冷却液进行热交换，将加热器2产生的热量传递至预热油箱3，以便对预热油箱3中的油进行加热，将油温升高至柴油发动机启动时所需的温度值，然后通过出油口输送至柴油发动机的进油管4，供给柴油发动机使用。

同时，本体1还可以具有与气源连通的进气口和与柴油发动机的进气管5连通的出气口，通过进气口将气源引入本体1的内部空腔中，加热器2在工作过程中产生的热量还可以通过热辐射和热传导等方式传递给处于本体1的内部空腔中的气体，以使得气温升高，形成便于燃烧的气体，经由出气口输送至柴油发动机的进气管5，供给柴油发动机使用。

本体1内还设有承载有冷却液的冷却箱6，加热器2和预热油箱3均可以置于冷却箱6内，此时，冷却箱6内的冷却液即作为换热介质，实现加热器2与预热油箱3的热交换，将加热器2产生的热量传递给预热油箱3，以便对预热油箱3中的低温油液进行加热。

此时，本体1的内部空腔为处于冷却箱6外的部分，该部分空间作为气源的存储空间；由于被引入本体1内的气体处于冷却箱6外、本体1内的内部空腔中，能够与冷却箱6内的冷却液进行换热，以实现气体的加热，使得气体升温为可供燃烧的燃烧气。

并且，冷却箱6还可以设有冷却液出口，该冷却液出口与柴油发动机的冷却液进口管7连通。此时，冷却箱6内的冷却液起到了三重功能：一方面，承担了换热介质的功能，实现加热器2与预热油箱3的换热；另一方面，在换热过程中实现了冷却液自身的升温，该升温后的冷却液可以经由冷却也出口输送至柴油发动机的冷却液进口管7，该给柴油发动机使用，作为柴油发动机的冷却液；再者，起到了冷却加热器2的功能，对加热器2进行降温，以避免加热器2温升过高而无法正常工作。

可见，本发明的预加热装置，通过本体1以及加热器2的设置，实现了对柴油发动机的燃油、进气以及冷却液的预热，为柴油发动机在低温环境下的启动提供了条件。

具体而言，加热器2可以为燃油加热器，具有燃油进气管8和燃油排气管9，该燃油进气管8由冷却箱6穿出而与本体1的内部空腔连通，进而通过内部空腔与气源连通，将内部空腔中的气体输送至燃油加热器进行使用，提供燃油加热器燃烧所需的气体条件；燃油排气管9依次穿出冷却箱6和本体1而向外伸出，从而与外界连通，进而将燃油加热器产生的废气排出。

采用燃油加热器时，一方面，燃油进气管8可以直接与本体1的内部空腔连通，进而将内部空腔中的气体作为燃烧气；另一方面，燃油排气管9由冷却箱6穿出而置于本体1中，并由本体1穿出至与外界连通，燃油加热器所产生的废气温度较高，在废气经由燃油排气管9向外输送的过程中，能够与本体1的内部空腔中的气体进行换热，从而实现对内部空腔中气体的加热，提升气体的温度，不仅可以便于燃油加热器使用，还可以输送给柴油发动机，作为柴油发动机的进气。

再者，为实现对预热油箱3和燃油加热器的供油，本发明还可以设置供油管路10，该供油管路10与油源连通，并具有并联设置的第一分路11和第二分路12；第一分路11与预热油箱3连通，第二分路12与加热器2的燃油进油口连通。此时，通过供油管路10，同时实现了对加热器2和预热油箱3的供油，优化了管路设置，简化了预加热装置的结构。

同时，为避免油液倒流，还可以在第二分路12设置单向阀13，以实现第二分路12至燃油进油口的单向流通。

在上述基础上，本发明还可以包括控制件14，该控制件14与加热器2信号连接，从而根据外界温度启闭加热器2，实现柴油发动机的预热控制。所述信号连接是指以有线或者无线的方式实现信号交互的一种连接。

与此同时，还可以在本体1中设置温度检测件15，并将温度检测件15与控制件14信号连接，从而根据本体1中的温度判断是否需要关闭加热器2。

为实现加热器2和控制件14的正常运行，本发明还可以包括蓄电池16，以同时实现对加热器2和控制件14的供电。蓄电池16的电压可以根据加热器2和控制件14的型号进行选择，如可以选用24V的蓄电池16。

以下结合图1和图2，本发明的预加热装置进行具体说明。

如图2所示，本发明的预加热装置中，本体1的进气口可以通过供气管18与气源连通；冷却箱6可以设有用于引入冷却液的冷却液进口，冷却液进口具体可以通过冷却液出口管19与冷却液源连通，具体可以采用水作为冷却液。此时，供油管、冷却液出口管19和供气管18可以连通于本体1的一侧，具体还可以大致平行。

由于本体1主要用于实现对燃油、进气和冷却液的预热，然后输送给柴油发动机使用。因此，本体1还可以连通有柴油发动机的进油管4、进气管5以及冷却液进口管7，这些管路可以连接在本体1的另一侧，如图2所示，以供给柴油发动机使用。

由于本体1的内部空腔构成气体存储腔，用于实现对低温气源的加热，因此，本体1还可以设置保温层，以实现保温设置，使得内部空腔中的气体能够快速升温并维持在一定温度范围内。

此外，为提高本体1的保温性能，本体1还可以设置各种密封结构。

例如，可以在本体1的进气口处设置风门，在不进气的时候，风门在自身重力的作用下将进气口自动封闭，以封堵进气口，实现本体1的密封，辅助起到保温作用。

本体1还可以设置检修板17，以实现对预加热装置的检修和维护；检修板17可以采用可拆卸的连接方式固定于本体1，如螺接、卡接等连接方式，以便于检修维护。同时，检修板17与本体1之间可以通过密封胶垫等密封件实现密封连接，以起到保温作用。

以下结合图3和图4，对本发明预加热装置应用于柴油发动机的控制过程进行详细说明。

对于本发明的柴油发动机的预加热***，包括柴油发动机和与其连接的预加热装置。

诚如背景技术所述，由于风电场类野外施工作业的环境比较恶劣，当外界环境温度较低时，柴油发动机就需要在零下25℃或者更低的环境温度下启动。针对柴油发动机的低温启动难的问题，本发明为柴油发动机设置了预加热装置；由于柴油发动机启动成功与否与燃油是否能够有效雾化有关，而燃油雾化的关键因素包括：进气温度、燃油温度以及机体温度；针对这三个关键因素，本发明的预加热装置能够对柴油发动机的燃油、进气以及冷却液进行预热，以实现柴油发动机的低温启动。

为更好地实现控制，本发明所提供的柴油发动机的预加热***还可以包括环境温度判断模块，用于判断环境温度是否满足柴油发动机的启动需求；该环境温度判断模块可以与柴油发动机的启动控制***信号连接，该启动控制***根据判断结果控制预加热装置的启闭，进而通过预热与否的控制为柴油发动机创设启动条件。

在预加热装置设有控制件14的实施例中，该控制件14可以集成于柴油发动机的启动控制***，或者说，柴油发动机的启动控制***可以设有对预加热装置进行控制的控制件14。实际中，柴油发动机的启动控制***具体可以控制面板，预加热装置的控制件14可以为设于控制面板上的控制模块。

如图3所示，本发明还可以提供一种柴油发动机的预加热方法，在接收到启动指令后，具体可以按照下述步骤执行柴油发动机的启动：

S10：进行环境温度判断，以判断当前的环境温度是否满足柴油发动机正常启动的需求，否则执行步骤S20，是则执行步骤S40；

S20：执行预热程序，启动加热器2，对柴油发动机的燃油、进气以及冷却液进行预热，具体可以同步执行对燃油、进气和冷却液的预热，也可以根据需要依次进行，或者仅对三者中的任意一者或两者进行预热；

S30：判断预热程序是否执行预定时间，否则返回步骤S20继续执行预热，是则执行步骤S40和步骤S50；

S40：控制柴油发动机正常启动；

S50：判断燃油、进气和/或冷却液的温度是否过高，是则停止预热，具体可以通过判断预加热装置的本体1的内部空腔的温度是否过高，是则说明燃油、进气和/或冷却液的温度过高，此时可以关闭加热器2，以退出预热程序，停止预热，否则继续执行预热程序。

如图4所示，在步骤S10中，启动时，可以首先通过环境温度判断模块对环境温度进行检测和判断，具体可以设定一个标准值，当环境温度低于该标准值时，判断环境温度过低，不能满足柴油发动机正常启动的需求；反之，则判断环境温度足够，能够满足柴油发动机正常启动的需求；该标准值可以为零摄氏度，也可以根据环境情况进行区别设置。

如果环境温度足够，则按照步骤S40控制柴油发动机正常启动，如果环境温度过低，则按照步骤S20执行预热程序，具体可以启动加热器2，对燃油、进气以及冷却液等进行预热；当预热一段时间后(该一段时间可以标定为预定时间)，按照步骤S40控制柴油发动机正常启动；该预定时间可以根据需要进行调节和设置。

在执行预热程序的同时，还可以利用本体1内的温度检测件15对预加热装置进行监测，以避免本体1的内部空腔中的温度异常，如温度过高，说明燃油、进气和/或冷却液的温度过高，此时，可以直接关停加热器2，以停止预热，退出预热程序，避免过热而影响柴油发动机的启动。

对于燃油、进气和/或冷却液的温度是否过高，可以为三者设定相应的预定值，该预定值为柴油发动机正常启动时，三者所对应的温度值的正常范围内的最高值，则如果超过预定值，说明燃油、进气和/或冷却液的温度过高。同理，当利用本体1内的温度检测件15对预加热装置进行监测以判断燃油、进气和冷却液的温度时，可以为该本体1内的温度设定一个参考值，当达到该参考值时，燃油、进气和冷却液对应各自温度值正常范围内的最高值，则超过该参考值，说明燃油、进气和/或冷却液的温度过高。

以上对本发明所提供风电机组调试用发电机组及其柴油发动机的预加热装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (17)

1.一种柴油发动机的预加热装置，其特征在于，包括中空的本体(1)、内置在所述本体(1)中的加热器(2)和预热油箱(3)，所述预热油箱(3)具有与油源连通的进油口以及与柴油发动机的进油管(4)连通的出油口；所述本体(1)内还设有承载有冷却液的冷却箱(6)，所述冷却箱通过冷却液进口管(7)以及冷却液出口管(19)与柴油发动机的冷却液循环***连通，所述加热器(2)和所述预热油箱(3)均置于所述冷却箱(6)内，所述加热器(2)对冷却液进行加热并通过冷却液对所述预热油箱(3)进行加热；

所述本体(1)具有与供气管(18)连通的进气口以及与柴油发动机的进气管(5)连通的出气口。

2.如权利要求1所述的预加热装置，其特征在于，所述冷却箱(6)具有与柴油发动机的冷却液进口管(7)连通的冷却液出口。

3.如权利要求2所述的预加热装置，其特征在于，所述加热器(2)为设有燃油进气管(8)和燃油排气管(9)的燃油加热器，所述燃油进气管(8)穿出所述冷却箱(6)与所述本体(1)的内部空腔连通，所述燃油排气管(9)依次穿出所述冷却箱(6)和所述本体(1)而与外界连通。

4.如权利要求3所述的预加热装置，其特征在于，还包括与油源连通的供油管路(10)，所述供油管路(10)具有并联的第一分路(11)和第二分路(12)，所述第一分路(11)与所述预热油箱(3)的进油口连通，所述第二分路(12)与所述加热器(2)的燃油进油口连通，所述第二分路(12)设有单向阀(13)。

5.如权利要求1-4任一项所述的预加热装置，其特征在于，还包括控制件(14)，与所述加热器(2)信号连接。

6.如权利要求5所述的预加热装置，其特征在于，还包括内置在所述本体(1)中的温度检测件(15)，与所述控制件(14)信号连接。

7.如权利要求5所述的预加热装置，其特征在于，还包括为所述加热器(2)和所述控制件(14)供电的蓄电池(16)。

8.如权利要求5所述的预加热装置，其特征在于，所述本体(1)的所述进气口设有风门，用于在不进气时封堵所述进气口。

9.如权利要求8所述的预加热装置，其特征在于，还包括检修板(17)，可拆卸地连接于所述本体(1)，并通过密封件进行密封。

10.如权利要求9所述的预加热装置，其特征在于，所述本体(1)设有保温层。

11.一种柴油发动机的预加热***，包括柴油发动机和与其连接的预加热装置，其特征在于，所述预加热装置为上述权利要求1-10任一项所述的预加热装置。

12.如权利要求11所述的预加热***，其特征在于，还包括判断环境温度是否满足所述柴油发动机的启动需求的环境温度判断模块，与所述柴油发动机的启动控制***信号连接。

13.一种基于权利要求1-10任一项所述的柴油发动机的预加热装置的预加热方法，其特征在于，包括以下步骤：

当环境温度不满足柴油发动机的正常启动需求时，对与柴油发动机的冷却液循环***连通、并承载有冷却液的冷却箱进行加热，以预热冷却液；

通过内置在冷却箱中、并与柴油发动机的燃油循环***连通的预热油箱，对进入柴油发动机的燃油进行预热；

当预热执行预定时间后，控制柴油发动机正常启动。

14.如权利要求13所述的预加热方法，其特征在于，当环境温度不满足正常启动需求时，将柴油发动机的进气引入内置有所述冷却箱的腔体内，以便对柴油发动机的进气进行预热后输出至柴油发动机的进气管。

15.如权利要求14所述的预加热方法，其特征在于，同步执行对柴油发动机的燃油、进气和冷却液的预热。

16.如权利要求14所述的预加热方法，其特征在于，当预热执行预定时间后，判断燃油、进气和/或冷却液的温度是否超过预定值，是则停止预热，控制柴油发动机正常启动，否则继续预热。

17.如权利要求13-16任一项所述的预加热方法，其特征在于，对环境温度进行检测，以判断当前的环境温度是否满足正常启动需求。