CN201916081U - 车用柴油加热装置 - Google Patents

Abstract

一种利用汽车尾气热量对柴油加温的车用柴油加热装置。它是由箱体内呈交叉设置的散热鳍片、箱体外侧面具有热管散热端安装弧形基座结构的长方形箱体，以及由热管采热端与箱体构成的长方形尾气热量采集箱顺序机械连接成为装置的主体；并与以两块对称设置的具有导流和阀门作用能同步在90°范围内相对转动的调节板为主件的尾气流量调节控制箱连接组成了车用柴油加热装置。结构形成了柴油和排气道尾气之间两道隔离，使该装置运行安全可靠。可手动或近距离手动控制调节板的旋转角度达到对尾气流向、流量的无级调控，完成在运行中控制油温、装置的投入或退出运行的操作。使加热装置安全性能高、加热温度加热时间可控。该车用柴油加热装置可成为车辆的正常配置设施，达到夏季不用拆卸、冬季可继续使用高凝点标号柴油的目的。

Description

车用柴油加热装置

技术领域

这是一种装置在以柴油发动机为动力的车辆上的、利用柴油发动机工作时排出的高温尾气中的热量来加热提高车载燃油-柴油温度的车用柴油加热装置。使车辆在冬季时仍可使用夏季使用的燃油、大幅降低运输燃油成本的设想得以实现。

背景技术

相关常识：柴油的燃烧性能主要是以十六烷值来表示的。十六烷值越高，柴油的燃烧性能越好，但相应的凝点也高。凝点的高低是表征柴油在低温状态下的流动性能的一个重要参数。我们熟悉的柴油的标号就是该品种柴油的凝点。达到凝点的柴油将逐渐失去流动性。而且即将到达凝点的柴油将因为低温引起油中石蜡析出结晶，它们往往会堵塞柴油机的滤网而使供油中断。因此使用柴油发动机的车辆必须根据当时气候温度及时调整燃油的标号，以保证车辆的正常运行。但是，低凝点的柴油其十六烷值也低。因此其燃烧性能较差。低凝点柴油由于生产成本大，所以价格也相应较高。造成冬季以柴油发动机为动力的车辆出现‘动力差耗油多花钱多的’状态。期望有一种安全可靠的办法来改变这种情况。

相关技术：要让冬季可以使用凝点高一些的柴油，目前来说比较简便的办法就是给车载燃油加温，提高柴油自身的温度。不管环境气温如何变化，能使其保持良好的流动状态。查找相关资料，目前加温技术尚有以下几类：利用车载直流电源(蓄电池、充电发电机)提供的能量有限的电能对供油通道进行加温的电加热技术；利用柴油发动机机体冷却***中冷却液的余热对柴油加温的加热技术，但对原有的冷却***改动较大并会影响发动机燃油的燃烧性能；利用发动机排气管的高温环境或排放的尾气的热量，或将柴油输油管直插或制成螺旋状伸进排气管道；或改变排气管走向，将发动机排放的尾气直接对着柴油储油箱排放的加热技术；或采用较先进的热管传导技术，利用热管散热端直接对一个小型箱体内的柴油进行加温，但由于热管与柴油直接接触，热管本身可能出现的故障、热 管与箱体壁的密封可靠性及制作复杂性给合理利用热管技术留下了隐患等等。这些加热技术在不同程度上均存在可靠性差、加热温度无法动态控制、发动机排气道与柴油管路无法彻底隔离并有重大的安全隐患等不足。

发明内容

为了克服现有各种技术方案存在的不足和安全隐患问题，本实用新型设计提供的车用柴油加热装置，由加热箱体、采热箱体组成的车用柴油加热装置主体与尾气流量控制箱体顺序机械连接成一体，不仅能利用发动机排气道排放的尾气余热对柴油进行不间断的连续加热，而且从结构上确保柴油通道与发动机排气通道充分隔离，提高了整个加热***的安全性、可靠性。简单实用的尾气流量调节控制环节，为加热装置增添了柴油加温温度动态无级调节功能和投入退出功能，使柴油加热***成为车辆的正常配置并随时可以投入或退出使用成为现实。并且可以通过改变尾气控制箱体与装置主体部件-尾气采热箱体的连接位置：底面或右侧面时，车用柴油加热装置可以有I形、L形两种连接组合形式，可适应不同安装空间环境。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：重视热传导过程的客观规律(傅里叶定律)。热从温度高的物体传到温度低的物体；或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。热传递是自然界普遍存在的一种自然现象。只要物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差，就会有热传递现象发生，并将一直继续到温度相同为止。发生热传递的唯一条件是存在温度差，与物体的状态、物体间是否接触都无关。热传递的三种方式就是：传导、对流和辐射。传导热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分叫做传导。热传导是固体中热传递的主要方法。靠气体或液体的流动来传热的方式叫对流。热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下不需要接触就能够发生热交换的传递方式，是以波的形式达到热交换的目的。任何具有散热性质的器件也都会同时利用这三种热传递方式。只是侧重有所不同。车用柴油加热装置必须尽可能的提高传导和对流的热传递效果、减少热辐射的损失。充分利用发动机尾气提供的热能就是目的。热学知识告诉我们：在热传导中，热量传递能力的大小同材料的热传递系数、热传递面积(或是两物体的接触面积)成正比，同距离成反比。热传递系数越高，热传递面积越大，传输距离越短则热传导的能量就越高，也就容易带走热量。在 热对流传递中，热量传递的数量同热对流系数、有效接触面积和温度差有关。热对流系数越高、有效接触面积越大、温度差越高，则所能带走的热量也就越多。

为此，采用成熟的热管应用技术：利用热管来完成从尾气中采集热量(热管工作原理在相关文献中已有阐述，本文不予详述)的任务，在高效率采集热量的同时实现第一道柴油与排气道尾气隔离的措施；采用散热器设计技术要求完成对柴油加热箱体的设计：因为对热管的散热端来说，加热箱体就像是它的散热器一样，热管从尾气中吸收的热量必须通过与加热箱体的热传递来释放，利用这部分热量来提高柴油温度。该散热器的散热介质就是在发动机输油泵的推动下流动的柴油。对于性能优越的散热器应该具备和满足的是：吸热快；储热多；热阻小；去热快这四个条件。加热箱体对热管来说，重要的是其散热底座能否具有在短时间内尽可能多的吸收热管释放的热量的能力，同时还具备‘体积比热容’高的储热性能，以及具备迅速将基座热量传递到散热鳍片通过对流形式散发的特性。对于金属材料而言，热传导系数和比热是二个重要参数。在考虑选择材质时，除了热传导系数外，还得考虑装置的热容量。由于材料的热传导系数值与它的比热容大小成反比，但是材料的比热容数值越大代表物体容纳热量的能力越大。如纯铜热传导系数为396.4；而其比热则为0.39。纯铝的热传导系数为237；比热为217。综合这两项参数，利用铝合金材料制作的加热箱体，就能呈现良好的吸热储热性能和导热快的优越性。

当热量流过两个相接触的固体的交界面时，界面本身对热流呈现出明显的热阻，称为接触热阻。产生接触热阻的主要原因是，任何外表上看来接触良好的两物体，直接接触的实际面积只是交界面的一部分，其余部分都是缝隙。热量依靠缝隙内气体的热传导和热辐射进行传递，而它们的传热能力远不及一般的固体材料。接触热阻使热流流过交界面时，沿热流方向温度T发生突然下降，这是工程应用中需要尽量避免的现象。减小热管散热端管壁与加热箱体间的接触热阻的措施是：在提高热管安装基座的加工制作精度的同时，增加两者接触面之间的压力，利用金属的弹性形变特性使管壁与基座交界面上的突出部分变形，从而减小缝隙增大接触面。同时在两物体交界面涂上有较高导热能力的胶状物体-导热脂。从而达到尽可能使热阻减小的目的。

加热箱体内部设置散热鳍片。在加热箱体内交叉设置的散热鳍片，因其与功 能似吸热座的箱体安装基座紧密一体的连接，形成了良好的热传导通道使热量迅速的传递到散热片上。鳍片形成的大面积散热面能与对流介质——柴油充分接触，减少了对流接触热阻，利于热量的释放。同时因其散热鳍片呈交叉设置，在内部形成一个迂回通道，柴油在发动机输油泵的推动下由加热箱体的一端流进另一端流出的过程中，在该迂回通道间流动能延长热交换时间，热量得到充分的吸收，柴油温度得到提高。在该热交换环节再次实现了柴油与热管完全隔离的目的。从而在整体结构上保证了柴油与排气道尾气之间具有两道隔离，保证装置运行安全可靠。

在发动机排气通道与热管采热箱体环节间设置了由两个对称设置、能在90°范围内转动、具有导流和阀门功能的导流板组成的尾气流量调节控制装置，使流进热管采热箱体的尾气流量随着调节板的角度变动而变动，实现柴油加热温度可控可调的技术措施。在导流板转动的极限(0°、90°)位置可关闭或开启采热箱体的尾气进、出口通道，并具有令可使车用柴油加热装置投入或退出运行的控制功能。可以采用手动或近距离手动操作实现这些功能。

改变尾气控制箱体与尾气热量采集箱体的连接部位(底面或右侧面)时，车用柴油加热装置可以有I形、L形两种连接组合形式，以适应不同车辆的安装空间环境。

本实用新型的有益效果是：可以安全有效的充分利用发动机工作时产生的尾气热量为柴油进行加温，为冬季使用高凝点标号柴油成为现实。可控的加温、控制装置，使采用这套车用柴油加热装置为主件组成的柴油加温***可以成为车辆的固定配置并随时可以将车用柴油加热装置投入或退出运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方案对本实用新型进一步说明。

图1是本车用柴油加热装置的主立面视图；

图2是本车用柴油加热装置的侧立面视图；

图3是沿图2中I-I线的剖面图；反映了该车用柴油加热装置的内部基本结构。

图4是沿图1中II-II线的剖面图；从侧面反映了该车用柴油加热装置的内 部基本结构。

图1、图2也是该车用柴油加热装置的三个功能区(柴油加热功能区、尾气热量采集区、尾气流量调节控制区)呈(丨)型组装形式的外观视图。其外形尺寸(Max)为：长240mmX宽105mmX高305mm

图5、图6是该车用柴油加热装置的三个功能区呈L型组装形式的外观视图。图5是主视图，图6是侧视图。其外形尺寸(Max)为：长240mmX宽235mmX高195mm；

采用两种组合形式是为尽可能的适应各种不同车型不同安装空间的需要。整个装置结构紧密合理，安装只对排气道相应部位有所改动，不影响车辆的结构与性能。

图7是由加热箱体1、热管加压板2、上顶盖4等部件和热管8的散热端组成的柴油加热功能区剖面图。是热交换的重要环节。

图8是由尾气热量采集箱体11、热管8的采热端、热管翅片8.1组成的尾气热量采集吸收功能区的剖面图。是热管采集尾气热量的重要环节。箱体底面的12(X向)或右侧面的13(Y向)接口是尾气进出热量采集箱体的通道口(可以根据现场安装位置需要选择使用)与尾气流量调节控制箱体18机械连接。

图9是由控制箱壳体18、导流用调节板19、调节板驱动齿轮副21、排气管进出口法兰20组成的尾气流量调节控制功能区的剖面图。是发动机尾气进出车用柴油加热装置流量的控制环节。图示导流用控制调节板19处于将尾气热量采集箱体11的尾气进、出口通道12(或13)关闭的工作状态，排气道尾气不能进入尾气热量采集箱体11，车用柴油加热装置退出工作；在导流用控制调节板19转动90°后(虚线画出的调节板19处于的位置)排气道内的尾气将全部流经尾气热量采集箱体11后排出，车用柴油加热装置处于采热最强工作的状态；当导流用控制调节板19转动处于大于0°小于90°之间任意位置时(图9中没有画出)处于流量调节控制，排气道进入的尾气气流被调节板分流车用柴油加热装置进入加热温度调节控制状态。

图10是加热箱体和热管加压板的俯视图。展示了箱体内由内置式散热鳍片16组成的迂回通道结构以及箱体外侧面具有弧形接合面热管基座15的结构。

图11是图10中的A向视图，展示了加热箱体外侧立面的热管安装基座结构。

图12是图10中沿B-B线的剖视图。

图13是加热箱体与热管加压板的组装示意图。

图14是沿图11中C-C线的剖视图。展示了加热箱体的内部基本结构。

图15是加热箱上顶盖4的俯视图。

图16是沿图15中D-D线的剖视图。

图中各构件编号：1.加热箱体；2.热管加压板；3.加压板螺孔；3-1.加压板螺栓；3-2.加压板螺栓；4.上顶盖；5.顶盖固定螺孔；5-1.顶盖固定螺栓；6.排气口(测温口)螺栓；7.顶盖密封胶圈；8.热管；8.1热管翅片；9.隔离固定板；10.石棉板垫；11.尾气热量采集箱体；12.(丨)型组合尾气进出口；13.(L)型组合尾气进出口；14.厚膜加热器；15.弧形接合面热管基座；16.内置式散热鳍片；17.油管接口；18.控制箱壳体；19.导流用控制调节板；20.排气管进出口法兰；21.调节板驱动齿轮副；

具体实施方式、

在图4中，在加热箱体1沿长度方向两侧带有弧形接合面15的热管基座部位(参见图14)，热管8上部的散热端在热管加压板2的夹持下(参见图10、图11、图12、图13)，依靠压板螺栓3.1的作用力被紧紧的固定在加热箱体弧形接合面基座上(如图7所示)。使热管与箱体弧形面紧密接触，其间涂抹导热脂改善导热性能。热管8下部安置在尾气采热箱体内的采热端(参见图8)从发动机尾气中获得的热量迅速的传递给加热箱体1的热管基座，并迅速的由基座部位传导到加热箱体的内置式散热鳍片16上，由于交叉设置的散热鳍片16组成了一条迂回通道(参见图14所示)，延长了冷却介质-柴油的流通距离(从进口至出口需要1.57秒时间)，增加了柴油与散热片的接触时间和接触面积(散热面积可达592.41平方厘米，是热管散热端表面积的2.678倍)。散热面积的增多为热量通过对流形式与作为冷却介质的柴油充分进行热传递创造了有利条件。从而加热箱主体1的热量得以迅速释放，柴油的温度得以提高，达到对柴油加温的目的。同时在结构上做到了热管8与柴油互不接触，进一步强化实施了排气道与供油管道相互隔离的安全技术措施。上顶盖4是加热箱体的盖子(参见图7、图15、图 16)，螺栓5.1与螺孔5将顶盖紧紧的固定在加热箱体1的上口，顶盖密封胶圈7保证了加热箱体的可靠密封。顶盖固定后其内侧与散热鳍片的顶端仅留少许缝隙，便于排除内部空气并避免柴油从进口到出口走捷径的现象出现。在加热箱体出油接口17一侧的顶盖上设有排气(测温)孔6。在加热箱体的外底部设置了具有温控自动开关功能的厚膜加热板14(参见图7)。加热装置在发动机预热状态时由电加热来提高加热箱体腔内柴油的油温，使柴油供油通道能保持通畅。厚膜加热板在油温达到设置上限时自动退出运行，油温低于设置下限时可以自动投入运行。可以起到气温突变情况时的应急辅助作用。加热箱主体1固定在由耐温工程塑料制作的隔离固定基板9上，一来满足热管需要有隔离段的技术要求，二来将加热箱体1与尾气热量采热区箱体11进行热隔离(参见图8)。石棉板垫10起到了对尾气的密封和热隔离作用。隔离固定基板的外形尺寸因车型差异，将由具体实施安装部位的条件来决定(包括与车体连接的支架)。热量采集区箱体11固定在隔离固定基板9的下方。热量采集箱体11与尾气流量调节控制箱壳体18直接连接。连接位置根据组合形式来决定。图8所示的尾气进、出口12(X向)是(丨)型组合时的位置。13(Y向)是(L)型组合形式时的尾气进出口位置。

在图9中，尾气流量调节控制箱的壳体18内，对称安装了两块相同尺寸的导流用控制调节板19，它们各自可以围绕自己的转轴在90°范围内通过同步驱动机构-调节板驱动齿轮副21作相对旋转活动，使尾气的流动方向和流量在调节板的旋转活动中得以改变。当导流用调节板与箱体壁夹角为0°(极限)时，通向尾气热量采集箱体的进、出口处于关闭状态(图示位置)，排气道尾气通过控制箱体直接经排气道排放至外界，车用柴油加热装置不投入工作。当调节板转动夹角大于0°、小于90°范围时，一部分尾气经调节板导流后从尾气进口流进尾气热量采集箱体、从出口流回到控制箱体后经排气道排放至外界，一部分尾气直接经排气道排放至外界，车用柴油加热装置处于柴油加热温度调控状态。当调节板转动夹角至90°(极限)位置时发动机排放的尾气将全部流经尾气热量采集箱体后再经由控制箱体至排气道排放至外界，车用柴油加热装置处于采热最强状态。因此通过转动改变调节板的位置可以关闭或开启尾气热量采集区的尾气进、出口通道，任意分配尾气进入尾气热量采集区的流量，从而达到温度调节、运行状态控制的目的。调节板驱动齿轮副21的驱动可以采用手动、近距离手动或自 动操作。本例实施近距离(在驾驶室内)通过软钢丝绳手动操作、弹簧复位方式驱动。

Claims (4)

1.一种利用汽车尾气热量完成对柴油加温的车用柴油加热装置，由加热箱体、采热箱体组成的车用柴油加热装置主体与尾气流量控制箱体顺序机械连接成一体，其特征是：车用柴油加热装置内的柴油与排气道完全隔离，流经加热箱体内的柴油加热温度可以调节控制，车用柴油加热装置主体与尾气流量控制箱可以有二种组合形式。

2.根据权利要求1所述的车用柴油加热装置，其特征是：加热箱体的内部是由一组内置的呈交叉排列的散热鳍片形成柴油流动的迂回通道，加热箱体外部沿长度方向两侧分布有热管弧形安装基座，柴油与采热热管、排气道尾气完全隔离。

3.根据权利要求1所述的车用柴油加热装置，其特征是：在尾气流量调节控制箱体内具有两块对称布置的尾气导流用控制调节板及调节板驱动齿轮副。

4.根据权利要求1所述的车用柴油加热装置，其特征是：改变尾气控制箱体与装置主体部件-尾气采热箱体的连接位置：底面或右侧面时，车用柴油加热装置可以有I形、L形二种连接组合形式，可适应不同的安装空间环境。 

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