发动机冷启动预热装置的制作方法

文档序号:5223216阅读:163来源:国知局
专利名称:发动机冷启动预热装置的制作方法
技术领域
本实用新型涉及发动机冷启动预热技术领域,具体讲是一种发动机冷启动预热装置。
背景技术
近年随着汽车保有量的不断增加,使得汽车尾气排放成为城市环境的一个重要污染源。燃料在内燃机中的燃烧过程是不完善的,不可避免产生HC、CO、CO2以及NOx等排放污染物。据统计,汽车尾气中排放的CO、HC和NOx的量已占到大气中这些污染物总量的20% -50%,而冷启动排放污染问题是汽车尾气排放污染的一个重要方面,且冷启动时无法用三效催化器解决这一问题,特别是寒冷地区,冬季气温零下几十摄氏度,多数车辆室外停放,启动温度很低,需花几分钟甚至十几分钟的时间轰油门来提高燃烧温度,结果产生大量未充分燃烧的烟气排出,不仅造成环境污染,而且增加燃油消耗,同时,发动机低温工作,会造成发动机机件磨损加大,降低发动机的使用寿命。目前,解决发动机冷启动问题的方法有多种,但都存在一些问题和不足。最原始的方法是司机利用汽油喷灯和其它引火方式直接对发动机底部加热,然后再点火启动,该方法效率低、劳动强度大、升温慢,还存在安全隐患;也有采用双电流强行启动的,这样会造成发动机缸体剧烈磨损,降低发动机寿命;国内专利技术资料中还介绍了采用电加热方式来预热发动机,这种方法明显是不节能的;还有一些专利提出采用发动机冷却水的热量储存到保温容器中,冷启动时再将储存的热量返回给发动机,虽然这些专利实现储热和放热的方式各有不同,但共同的不足是它们都是利用储存发动机冷却水的显热方式进行储热,显热储热的储热密度低、体积尺寸大、储热和放热过程不平稳,并且采用发动机冷却水来储热时,最高储热温度只能控制在85°C _90°C,这些都造成了这种储热方式的储热量小,储热时间长,对发动机的预热功能有限。

实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是,将先进的相变储能技术与发动机排气的高温余热相结合,充分发挥相变储能技术的优势,提供一种成本低、体积尺寸小巧、高效节能、便于大范围推广使用的发动机冷启动预热装置。本实用新型的技术方案是,本实用新型发动机冷启动预热装置,发动机排气管上并联一储热换热器,该储热换热器的进气端和出气端均设有第一电控阀门以控制发动机尾气是否通过所述储热换热器;储热换热器用于储存发动机排气余热,该储热换热器为一柱状结构,内部布置了多根储热单元,每根储热单元为包括内外两根管的同心套管,相变储热材料封装在内外两管之间的环形空间内,相变储热材料的封装量应小于该环形空间体积以使环形空间留有适当的相变储热材料熔化膨胀余量,内管的两端分别焊接在两块圆形导流盘上,且内管一端与进气端连通,内管另一端与出气端连通,所述两块导流盘及储热换热器的位于两块导流盘之间的内壁共同形成为供发动机冷却水流过的空腔,该空腔的进水端与发动机冷却水出水管连通,该空腔的出水端与发动机冷却水进水管连通,进水端与发动机冷却水出水管之间、出水端与发动机冷却水进水管之间均设有用于控制冷却水通断的第二电控阀门;各电控阀门与控制单元电连接。采用上述结构后,本实用新型与现有技术相比,具有以下优点:本实用新型发动机冷启动预热装置的特点在于使用相变储热材料来储存发动机排气的废热,发动机的排气烟温高(一般在300°C — 600°C范围),可快速将相变储热材料加热至熔化温度,并可使用高温相变材料;同时由于用相变储热来储热(而不是用专利文献中的冷却水),与冷却水显热储热相比,这种储热方式储热密度高,储热容器的体积大为减小,而且放热温度均衡,放热过程近似等温,使得系统具有稳定的发动机预热性能;本实用新型可实现较高温度储热,使得冷却水预热发动机时具有较高并且稳定的温度,使得发动机预热快、预热效果好;本实用新型结构紧凑、合理,自动化程度高,安装和操作都很方便;与现有专利技术相比,本实用新型改善发动机排放与冷启动性能更加明显,还可增强启动初期的除霜效果和暖风效果,更大程度减少发动机磨损,延长发动机寿命;本实用新型所提供的储热换热器中的相变储热材料可使用石蜡、无机盐类(如LiN03、ZnCl2, AlCl3等)、无机盐低共熔混合物(如AlCl3 - BaCl2, FeCl3-NH4Cl等低共熔系)等相变温度在85°C — 250°C附近、相变潜热值在150kJ/kg以上的相变材料,具体相变温度选择视发动机类型及使用地区的气候条件而定,这些材料导热系数、融解热、能量密度都较大,而且价格适中。作为改进,内管一端与进气端之间、内管另一端与出气端之间均制成喇机口,进气端和出气端均为喇叭口小端,这样,所述结构具有吸收振动噪音的效用,使得储热换热器同时具有消声功能。作为改进,进气端、出气端的管段均选用陶瓷管,这样,能够提高结构稳定性及保温作用。作为改进,储热换热器外表面包有真空隔热保温层,这样,确保停车较长时间内,相变材料的温度下降保持在一定范围内。作为改进,同心套管7的内外两根管均为不锈钢材料制成,这样,同心套管耐腐蚀,能够提高结构稳定性。作为改进,所述储热换热器与排气管的消声器并联在发动机排气管上,这样,方便改造现有汽车。作为改进,发动机排气管上设有用于控制尾气是否流入消声器的第三电控阀门,该第三电控阀门的安装位置为排气管的位于发动机排气管消声器之前、排气管与进气端连接处之后的部分,这样,当加热储热换热器时,关闭第三电控阀门使所有尾气通过储热换热器以快速加热储热换热器。作为改进,所述控制单元为汽车的控制单元,这样,直接利用现有汽车的控制单元,方便改造现有汽车,结构简化。作为改进,位于发动机和进水端之间的冷却水箱的进水口、位于发动机循环水泵进口和出水端之间的冷却水箱的入水口均设有第四电控阀门,该第四电控阀门用于控制冷却水进出冷却水箱的通断,这样,经储热换热器加热的冷却水均直接通入发动机中,而不会流入冷却水箱,提高了预热效率。[0016]作为改进,所述空腔设有用于排尽空腔内残余冷却水的第五电控阀门,这样,空腔内就无冷却水,避免残余冷却水对储热换热器造成不利影响。

图1是本实用新型发动机冷启动预热装置的结构示意图。图2是本实用新型发动机冷启动预热装置的储热换热器的半剖视图。图3是本实用新型发动机冷启动预热装置的储热换热器的A-A向剖视图。图中所不,1、发动机,2、排气管,3、储热换热器,4、进气端,5、出气端,6、第一电控阀门,7、同心套管,8、相变储热材料,9、导流盘,10、进水端,11、出水管,12、出水端,13、进水管,14、第二电控阀门,15、控制单元,16、喇叭口,17、真空隔热保温层,18、消声器,19、第三电控阀门,20、冷却水箱,21、第四电控阀门,22、循环水泵,23、第五电控阀门。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型发动机冷启动预热装置,发动机I排气管2上并联一储热换热器3,该储热换热器3的进气端4和出气端5均设有第一电控阀门6以控制发动机I尾气是否通过所述储热换热器3 ;储热换热器3用于储存发动机I排气余热,该储热换热器3为一柱状结构,内部布置了多根储热单元,每根储热单元为包括内外两根管的同心套管7,相变储热材料8封装在内外两管之间的环形空间内,相变储热材料8的封装量应小于该环形空间体积以使环形空间留有适当的相变储热材料8熔化膨胀余量,内管的两端分别焊接在两块导流盘9上,且内管一端与进气端4连通,内管另一端与出气端5连通,所述两块导流盘9及储热换热器3的位于两块导流盘9之间的内壁共同形成为供发动机I冷却水流过的空腔,该空腔的进水端10与发动机I冷却水出水管11连通,该空腔的出水端12与发动机I冷却水进水管13连通,进水端10与发动机I冷却水出水管11之间、出水端12与发动机I冷却水进水管13之间均设有用于控制冷却水通断的第二电控阀门14 ;各电控阀门与控制单元15电连接。所述柱状结构为圆柱,所述导流盘9为圆形,导流盘9起到分隔储热换热器3中尾气和冷却水两种流体的作用,使尾气在同心套管7的内管内流过,而冷却水在同心套管7外管的外侧流过,使得尾气和冷却水两种流体互不混流。内管一端与进气端4之间、内管另一端与出气端5之间均制成喇口八口 16,进气端4和出气端5均为喇叭口 16小端。进气端4、出气端5的管段均选用陶瓷管,该管段包括进气端4、出气端5上的法兰盘。储热换热器3外表面包有真空隔热保温层17。同心套管7的内外两根管均为不锈钢材料制成。所述储热换热器3与排气管2的消声器18并联在发动机I排气管2上。发动机I排气管2上设有用于控制尾气是否流入消声器18的第三电控阀门19,该第三电控阀门19的安装位置为排气管2的位于发动机I排气管2消声器18之前、排气管2与进气端4连接处之后的部分。[0030]所述控制单元15为汽车的控制单元。位于发动机I和进水端10之间的冷却水箱20的进水口、位于发动机I循环水泵22进口和出水端12之间的冷却水箱20的入水口均设有第四电控阀门21,该第四电控阀门21用于控制冷却水进出冷却水箱20的通断。所述空腔设有用于排尽空腔内残余冷却水的第五电控阀门23。在车辆行驶过程中,当汽车的控制单元的ECU检测到相变材料的温度低于控制温度,就会自动将储热换热器3的第一电控阀门6打开,此时第三电控阀门19自动关闭,发动机I排气管2的高温排气流经储热换热器3内的每个储热单元的内导流管后排出,逐步将相变材料加热熔化,相变材料高于控制温度后,ECU自动控制第三电控阀门19打开、第一电控阀门6自动关闭,发动机排气管2的排气通过车辆原来的消声器18排出,相变储热材料8被加热时,第二电控阀门14都处于关闭状态。当发动机I冷态启动时,汽车钥匙打在ACC位置时,在ECU控制下,第四电控阀门21自动关闭,第二电控阀门14自动打开,循环水泵22同时启动,将发动机I里的低温的冷却水打入储热换热器3,流经储热换热器3的储热单元外侧,温度升高后再经出水端12流入发动机I水夹套预热发动机1,发动机I达到适宜温度时,E⑶自动关闭第二电控阀门14,打开第四电控阀门21,冷却水箱20进入正常工作状态,同时第五电控阀门23自动开闭,将储热换热器3内的微量残余冷却水排尽。这些过程进行完后ECU发出发动机I预热完毕可以启动车辆的信号。
权利要求1.一种发动机冷启动预热装置,其特征在于,发动机(I)排气管(2)上并联一储热换热器(3),该储热换热器(3)的进气端(4)和出气端(5)均设有第一电控阀门(6)以控制发动机(I)尾气是否通过所述储热换热器(3 );储热换热器(3 )用于储存发动机(I)排气余热,该储热换热器(3 )为一柱状结构,内部布置了多根储热单元,每根储热单元为包括内外两根管的同心套管(7),相变储热材料(8)封装在内外两管之间的环形空间内,相变储热材料(8)的封装量应小于该环形空间体积以使环形空间留有适当的相变储热材料(8)熔化膨胀余量,内管的两端分别焊接在两块导流盘(9)上,且内管一端与进气端(4)连通,内管另一端与出气端(5)连通,所述两块导流盘(9)及储热换热器(3)的位于两块导流盘(9)之间的内壁共同形成为供发动机(I)冷却水流过的空腔,该空腔的进水端(10)与发动机(I)冷却水出水管(11)连通,该空腔的出水端(12 )与发动机(I)冷却水进水管(13 )连通,进水端(10 )与发动机(I)冷却水出水管(11)之间、出水端(12 )与发动机(I)冷却水进水管(13 )之间均设有用于控制冷却水通断的第二电控阀门(14);各电控阀门与控制单元(15)电连接。
2.根据权利要求1所述的发动机冷启动预热装置,其特征在于,内管一端与进气端(4)之间、内管另一端与出气端(5)之间均制成喇叭口( 16),进气端(4)和出气端(5)均为喇叭口(16)小端。
3.根据权利要求1所述的发动机冷启动预热装置,其特征在于,进气端(4)、出气端(5)的管段均选用陶瓷管。
4.根据权利要求1所述的发动机冷启动预热装置,其特征在于,储热换热器(3)外表面包有真空隔热保温层(17)。
5.根据权利要求1所述的发动机冷启动预热装置,其特征在于,同心套管(7)的内外两根管均为不锈钢材料制成。
6.根据权利要求1所述的发动机冷启动预热装置,其特征在于,所述储热换热器(3)与排气管(2)的消声器(18)并联在发动机(I)排气管(2)上。
7.根据权利要求6所述的发动机冷启动预热装置,其特征在于,发动机(I)排气管(2)上设有用于控制尾气是否流入消声器(18)的第三电控阀门(19),该第三电控阀门(19)的安装位置为排气管(2)的位于发动机(I)排气管(2)消声器(18)之前、排气管(2)与进气端(4)连接处之后的部分。
8.根据权利要求1所述的发动机冷启动预热装置,其特征在于,所述控制单元(15)为汽车的控制单元。
9.根据权利要求1所述的发动机冷启动预热装置,其特征在于,位于发动机(I)和进水端(10 )之间的冷却水箱(20 )的进水口、位于发动机(I)循环水泵(22 )进口和出水端(12 )之间的冷却水箱(20 )的入水口均设有第四电控阀门(21 ),该第四电控阀门(21)用于控制冷却水进出冷却水箱(20)的通断。
10.根据权利要求1所述的发动机冷启动预热装置,其特征在于,所述空腔设有用于排尽空腔内残余冷却水的第五电控阀门(23 )。
专利摘要本实用新型公开了一种成本低、体积尺寸小巧、高效节能、便于大范围推广使用的发动机冷启动预热装置,发动机(1)排气管(2)上并联一储热换热器(3);储热换热器(3)用于储存发动机(1)排气余热,该储热换热器(3)为一柱状结构,内部布置了多根储热单元,该储热单元为包括内外两根管的同心套管(7),相变储热材料(8)封装在内外两管之间的环形空间内,内管的两端分别焊接在两块导流盘(9)上,所述两块导流盘(9)及储热换热器(3)的位于两块导流盘(9)之间的内壁共同形成为供发动机(1)冷却水流过的空腔。
文档编号F02N19/10GK203022950SQ20122074207
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者王永川, 李建新, 胡长兴, 郑皎, 吴勇平 申请人:浙江大学宁波理工学院
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1