CN116025497A - 一种螺旋线圈加热式火焰预热塞及柴油发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺旋线圈加热式火焰预热塞及柴油发动机，属于发动机冷起动辅助***技术领域，该螺旋线圈加热式火焰预热塞的组成包括火焰罩、壳体、电磁感应蒸发网、进油管以及电磁感应螺旋线圈，其中，火焰罩的壁面设置有通风孔，且同轴设置于壳体下部的内腔；电磁感应蒸发网夹设于壳体的内壁与火焰罩的外壁之间；进油管的一端与电磁感应蒸发网连接，另一端能够与油泵连接；电磁感应线螺旋线圈以螺旋形缠绕于壳体外壁与电磁感应蒸发网对应的位置；壳体上部的内腔形成混合气腔。该螺旋线圈加热式火焰预热塞可显著提升柴油机在极寒恶劣环境下的冷启动性能。
Description
技术领域
本发明属于发动机冷起动辅助***技术领域，具体涉及一种螺旋线圈加热式火焰预热塞及柴油发动机。
背景技术
柴油机在低温环境下冷机起动过程时，由于进气温度、机体温度与机油温度低、机油粘度大、漏气量大等原因使得压缩终了的缸内温度和压力远低于常规工况，燃油雾化效果差，导致缸内混合气形成及燃烧过程恶化，引起柴油机启动时间长，甚至造成柴油机启动困难、动力性差、排放污染严重等问题。
常用的一种柴油机冷启动辅助装置为进气预热装置，通过将进气预热装置安装在柴油发动机进气管前端，对进气进行预热，提高进气温度，使在压缩上止点时的缸内温度超过柴油喷雾的临界自燃温度，以改善燃油雾化、缩短滞燃期、从而提升柴油机的冷启动性能。
然而，已有的火焰进气预热装置大多通过电加热棒或电热丝点燃表面的柴油进而加热进气。但是在低温环境下，汽车的车载电源蓄电池的电解质活跃性低、性能差且容易亏电，而电加热棒或电热丝加热对启动电压要求更高，这对蓄电池消耗大；并且，电热棒或电热丝与柴油接触面积小、接触时间短，导致柴油气化效果差，进而引发进气预热的效率低，使柴油发动机在低温环境下的着火概率小。上述缺陷大大降低了预热塞不同低温环境下的适用性与发动机在低温恶劣环境下的冷启动性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种螺旋线圈加热式火焰预热塞，能够保证柴油发动机在低温条件下正常冷机启动。
本发明采用以下技术方案：
一种螺旋线圈加热式火焰预热塞，包括火焰罩、壳体、电磁感应蒸发网、进油管以及电磁感应螺旋线圈；
所述火焰罩的壁面设置有通风孔，且同轴设置于所述壳体下部的内腔；
所述电磁感应蒸发网夹设于所述壳体的内壁与所述火焰罩的外壁之间；
所述进油管的一端与所述电磁感应蒸发网连接，另一端能够与油泵连接；
所述电磁感应线螺旋线圈以螺旋形缠绕于所述壳体外壁与所述电磁感应蒸发网对应的位置；
所述壳体上部的内腔形成混合气腔。
进一步地，还包括空气旋流器；
所述空气旋流器同轴安装于所述壳体和所述火焰罩的底面端部，用于将空气导流进所述火焰罩。
进一步地，所述火焰罩为铁磁性材料。
进一步地，在所述壳体的内腔同轴设置有环形的稳焰板；
所述稳焰板位于所述火焰罩的顶部，用于使火焰产生旋涡。
进一步地，所述火焰罩的顶部与所述稳焰板之间夹设有电磁感应蒸发网。
进一步地，所述通风孔为条形通风孔。
此外，本发明还提供一种柴油发动机，在该柴油发动机的进气管路中安装有上述的螺旋线圈加热式火焰预热塞，所述螺旋线圈加热式火焰预热塞的轴向与所述进气管路中的空气来流方向平行。
有益效果：
1、火焰罩的壁面设置有通风孔，且同轴设置在壳体下部的内腔；电磁感应蒸发网夹设在壳体的内壁与火焰罩的外壁之间；进油管的一端与电磁感应蒸发网连接，另一端能够与油泵连接；电磁感应螺旋线圈以螺旋形缠绕于壳体外壁与电磁感应蒸发网对应的位置；壳体的上部内腔形成混合气腔。
如此，对电磁感应螺旋线圈施加交流电，使电磁感应蒸发网形成涡流而发热，高频电流的趋肤效应和邻近效应使电磁感应蒸发网表面温度快速升高，一方面，可以对通入电磁感应螺旋线圈交变电流的频率设计实现对加热功率的有效控制，缩短加热时间，提高加热温度，提高预热塞不同低温环境下的适用性；另一方面，通过电磁感应螺旋线圈加热可以有效降低对蓄电池的消耗，延长极寒环境下的蓄电池使用时间；而且，采用电磁感应蒸发网作为加热元件可以使电磁感应蒸发网在储存柴油的同时，提升与混合气的接触面积，促进柴油的气化。综合来看，该预热塞优化了油气混合过程，可有效对进气进行预热，提高进气温度，改善燃油气化效果、缩短滞燃期、显著提升柴油机在极寒恶劣环境下的冷启动性能。
2、空气旋流器同轴安装在壳体和火焰罩的底面端部，能够将空气导流进火焰罩，进一步优化了空气的预热效果。
3、火焰罩为铁磁性材料，如此，火焰罩也能产生涡流，可进一步促进混合气的形成，进一步优化了空气的预热效果。
4、在壳体的内腔同轴设置有环形的稳焰板，且稳焰板位于火焰罩的顶部。如此，柴油经燃烧后形成的部分已燃高温产物经稳焰板后产生回流作用，进而使火焰在稳焰板附近形成旋涡，即形成具有自动补偿能力的持续点火源，以不断点燃新鲜未燃的可燃混合物，从而达到稳定火焰的作用。
5、火焰罩的顶部与稳焰板之间夹设有电磁感应蒸发网，增大了柴油与空气的接触面积，进一步提高了空气预热效果。
6、螺旋线圈加热式火焰预热塞的轴向与柴油发动机进气管路中的空气来流方向平行，能够使空气更加顺畅地进入火焰罩内被预热，并且避免火焰被吹熄。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种螺旋线圈加热式火焰预热塞的剖面图；
图2为本发明实施例一提供的一种螺旋线圈加热式火焰预热塞的外部结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的一种柴油发动机的结构示意图。
其中，1－空气旋流器，2－进油嘴，3－进油管，4－电磁感应螺旋线圈，5－电磁感应蒸发网，6－火焰罩，7－通风孔，8－混合气腔，9－稳焰板，10－壳体，11－预热塞，12－进气管，13－气缸。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例一：
如图1～图2所示，一种螺旋线圈加热式火焰预热塞11，其组成包括火焰罩6、壳体10、电磁感应蒸发网5、进油管3以及电磁感应螺旋线圈4，其中:
火焰罩6的壁面设置有条形的通风孔7，通风孔7的形状和数量以及位置可根据需求与实际情况设定，且火焰罩6同轴设置在壳体10下部的内腔，且在壳体10的内壁与火焰罩6的外壁之间夹设有铁磁性的电磁感应蒸发网5，在壳体10和火焰罩6的底面端部同轴安装有空气旋流器1，空气旋流器1可以起到对空气导流的作用，引导空气流入预热塞壳体10中，提高空气流速并且增大预热塞11的进气量，而且空气旋流器1与火焰罩6及壳体10可通过焊接的方式连接在一起，使之成为整体。在空气旋流器1的侧边开孔形成进油嘴2，进油管3的一端能够与油泵连接，另一端深入进油嘴2中，进油嘴2通向电磁感应蒸发网5，使进油管3喷出的柴油可经供油嘴2的通道流向电磁感应蒸发网5。电磁感应螺旋线圈4以螺旋形缠绕于壳体10外壁与蒸发网5对应的位置，缠绕圈数及螺距可根据实际情况灵活调整。壳体10上部的内腔形成混合气腔8。
如此，利用电磁感应螺旋线圈4加热的方法使电磁感应蒸发网5形成涡流而发热，高频电流的趋肤效应和邻近效应使电磁感应蒸发网5表面温度快速升高，一方面，可以对通入电磁感应螺旋线圈4交变电流的频率设计实现对加热功率的有效控制，缩短加热时间，提高加热温度，提高预热塞11不同低温环境下的适用性；另一方面，通过电磁感应螺旋线圈4加热可以有效降低对蓄电池的消耗，延长极寒环境下的蓄电池使用时间。而且，采用电磁感应蒸发网5作为加热元件可在储存柴油的同时，提升与混合气的接触面积，促进柴油的气化。综合来看，该预热塞11优化了油气混合过程，可有效对进气进行预热，提高进气温度，改善燃油气化效果、缩短滞燃期、显著提升柴油机在极寒恶劣环境下的冷启动性能。
更具体地，火焰罩6的顶部封闭，如此，使空气只能先与电磁感应蒸发网5上气化的柴油混合并预热后才能流出电磁感应蒸发网5，进一步优化了空气的预热效果。而且，火焰罩6为铁磁性材料，如此，火焰罩6也能产生涡流，可进一步促进柴油气化以及混合气的形成，优化空气的预热效果。
作为改进，在壳体10的内腔靠近火焰罩6的顶部同轴设置有环形的稳焰板9，如此，柴油经燃烧后形成的部分已燃高温产物经稳焰板9后产生回流作用，进而使火焰在稳焰板9附近形成旋涡，即形成具有自动补偿能力的持续点火源，以不断点燃新鲜未燃的可燃混合物，从而达到稳定火焰的作用。
在本实施例中，火焰罩6的顶部与稳焰板9之间也夹设有电磁感应蒸发网5，如此，增大了柴油与空气的接触面积，进一步提高了空气预热效果。
该预热塞的工作原理为：打开车载电源，电磁感应螺旋线圈4外接逆变器后与车载蓄电池相连，使车载蓄电池产生的直流电逆变为高频交流电，高频交流电通过在电磁感应螺旋线圈4中建立高频磁场，此时沿电磁感应螺旋线圈4半径方向会产生闭合的磁力线，磁力线经电磁感应螺旋线圈4与电磁感应蒸发网5以及铁铁磁性的火焰罩6构成的磁回路耦合作用于电磁感应蒸发网5和火焰罩6，由于高频电流的趋肤效应和邻近效应，电磁感应蒸发网5靠近电磁感应螺旋线圈4的表面，电流密度大，可在短时间内被快速加热，同时火焰罩6也在一定程度上被加热，加热一定时间后柴油在一定流量下通过进油管3经由进油嘴2喷入蒸发网5中并伴随着气化，气化后的柴油蒸气与从通风孔7出来的空气混合形成可燃混合气，当电磁感应蒸发网5的温度达到可燃混合气的燃点时，可点燃混合气在混合气腔8中形成高温火焰，柴油经燃烧后形成的部分已燃高温产物经稳焰板9后产生回流作用，火焰在稳焰板9的突变截面附近形成旋涡，形成具有自动补偿能力的持续点火源，以不断点燃新鲜未燃的可燃混合物，从而达到稳定火焰的目的。火焰可以快速提高进气温度，提高在压缩上止点时的缸内温度和缸内压力，保证发动机在极寒环境下的正常启动。
而且，可通过逆变器中的开关控制电磁感应螺旋线圈4的电流，根据电流的大小确定开关的通断时间，由此可控制调节电磁感应蒸发网5的加热温度。电磁感应蒸发网5在储存柴油的同时增大空气与柴油的接触面积，可促进柴油的气化，被电磁感应螺旋线圈4加热后的电磁感应蒸发网5以及火焰罩6温度快速升高，可进一步促进柴油气化以及混合气的形成。
实施例二：
本实施例在实施例一的基础上，提供一种柴油发动机，如图3所示，该柴油发动机在进气管路上安装有实施一中的螺旋线圈加热式火焰预热塞11，而且，螺旋线圈加热式火焰预热塞11的火焰罩6的轴向与进气管12中的空气来流方向平行。
本实施中螺旋线圈加热式火焰预热塞11的火焰罩6的轴向与柴油发动机进气管12中的空气来流方向平行，火焰罩6内的火焰不容易被吹灭，且能够使空气更加顺畅地进入火焰罩6内被预热，并流出火焰罩6，进入发动机的气缸13。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种螺旋线圈加热式火焰预热塞，其特征在于，包括火焰罩、壳体、电磁感应蒸发网、进油管以及电磁感应螺旋线圈；
所述火焰罩的壁面设置有通风孔，且同轴设置于所述壳体下部的内腔；
所述电磁感应蒸发网夹设于所述壳体的内壁与所述火焰罩的外壁之间；
所述进油管的一端与所述电磁感应蒸发网连接，另一端能够与油泵连接；
所述电磁感应线螺旋线圈以螺旋形缠绕于所述壳体外壁与所述电磁感应蒸发网对应的位置；
所述壳体上部的内腔形成混合气腔。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋线圈加热式火焰预热塞，其特征在于，还包括空气旋流器；
所述空气旋流器同轴安装于所述壳体和所述火焰罩的底面端部，用于将空气导流进所述火焰罩。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋线圈加热式火焰预热塞，其特征在于，所述火焰罩为铁磁性材料。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋线圈加热式火焰预热塞，其特征在于，在所述壳体的内腔同轴设置有环形的稳焰板；
所述稳焰板位于所述火焰罩的顶部，用于使火焰产生旋涡。
5.根据权利要求4所述的一种螺旋线圈加热式火焰预热塞，其特征在于，所述火焰罩的顶部与所述稳焰板之间夹设有电磁感应蒸发网。
6.根据权利要求1－5任一项所述的一种螺旋线圈加热式火焰预热塞，其特征在于，所述通风孔为条形通风孔。
7.一种柴油发动机，其特征在于，在进气管路中安装有权利要求1－6任意一项所述的螺旋线圈加热式火焰预热塞。
8.根据权利要求7所述的一种柴油发动机，其特征在于，所述螺旋线圈加热式火焰预热塞的轴向与所述进气管路中的空气来流方向平行。
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