本发明属于内燃发动机燃油供给技术领域，具体涉及一种废气热能发动机燃油雾化加热装置，还涉及具有该燃油雾化加热装置的雾化系统。
背景技术：
目前，内燃发动机的热工转换主要是采用高压油泵将燃油通过喷油器喷射雾化，与缸内空气形成可燃混合气燃烧做功，由于燃油雾化粒度和可燃混合气浓度对发动机点火性能，燃烧特性及尾气排放和发动机热效率都有极大影响。为此，普遍采用提高喷油压力以及进气涡流，进气滚流等辅助技术强化雾化，但效果不大，雾化粒度一直维持在10μm-20μm左右，由此造成柴油发动机扩散燃烧速率低，排放中pm2.5超标。对于汽油发动机由于点燃式的火焰传播燃烧特性，现有雾化浓度远低于燃烧时氧气与碳氢化合物分子间化合反应要求，则造成两大明显不足：一是稀混合气时很难点火燃烧，燃油消耗高，经济性能差；二是浓混合气时容易爆燃，压缩比只能维持在10：1左右。因此，汽油发动机热效率远低于柴油发动机。
为解决汽油发动机的不足，以日本马自达公司为代表正在研发hcci汽油压燃技术，其燃油经济性能和热效率预计可接近柴油发动机水平，但由于点火及燃烧可控性差，电器匹配复杂，不能满足极端工况需求，目前还在进行技术完善，没有进入量产。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种废气热能发动机燃油雾化加热装置，目的是将供给喷油器之前的燃油加热到跨临界或超临界状态，以增加燃油分子内能，降低液体燃油分子间表面张力和汽化潜热，使其更容易被雾化，以解决内燃发动机尤其是汽油发动机存在的不足。
本发明的另一目的是提供具有该燃油雾化加热装置的雾化系统。
本发明所采用的技术方案是，一种废气热能发动机燃油雾化加热装置，包括加热壳体，加热壳体为两端开口的中空筒状，加热壳体上设置有燃油进口和燃油出口，加热壳体内部设置有两端开口的中空筒状加热芯体，加热芯体内设置有集热翅片；加热芯体上设有多个圆环形的油槽隔板，油槽隔板最顶端和最底端设有开口，相邻油槽隔板之间形成环形导油槽，油槽隔板与加热芯体上半部的空腔形成上导油槽，与加热芯体下半部的空腔形成下导油槽，环形导油槽、上导油槽和下导油槽形成燃油通路；燃油进口与下导油槽一端连通，燃油出口与下导油槽另一端连通。
进一步地，下导油槽中间设置有导向隔板，导向隔板将下导油槽分为相互隔绝的若干部分。
进一步地，导向隔板设置1～2个。
进一步地，加热芯体外壁正对燃油进口的位置处设置环形的进口调压室，正对燃油出口的位置处设置环形的出口调压室，进口调压室和出口调压室分别与下导油槽两端连通。
进一步地，油槽隔板沿轴向等距离排列设置。
进一步地，集热翅片沿加热芯体内壁围绕成中空筒形。
本发明的另一个技术方案是一种废气热能发动机燃油雾化系统，包括上述任一项燃油雾化加热装置，燃油雾化加热装置位于发动机排气管中段，其燃油进口和燃油出口与燃油管路连接。
进一步地，所述雾化系统还包括燃油箱、高压油泵、燃油共轨系统及喷油器，所述燃油箱、高压油泵、燃油雾化加热装置、燃油共轨系统及喷油器通过燃油管路依次连接。
进一步地，所述燃油雾化加热装置的燃油进口位于排气管废气流出方向一侧，燃油出口位于排气管废气流入方向一侧。
进一步地，所述燃油加热温度在400℃以内。
本发明的有益效果是，本发明雾化加热装置依靠发动机排气管中高温废气加热燃油，燃油加热后内能增加，表面张力和汽化潜热降低，由喷油器喷入气缸后很容易雾化为纳米级的燃油颗粒。其循环喷油时的可燃混合气浓度可提高500万倍以上，尤其是对于汽油发动机可保持40：1较稀混合气时稳定点火燃烧，比现有雾化技术节油30％-50％，压缩比提高到14：1左右，发动机热效率提高6％以上，在低温富氧燃烧环境下，尾气排放中nox和pm2.5颗粒明显减少。而且本发明还具有结构简单，成本低廉，各种工况下操作实现连续无缝衔接的特点。
附图说明
图1是本发明燃油雾化加热装置的主视图；
图2是图1中a-a部的右视图；
图3是本发明燃油雾化系统的系统连接示意图。
图中，01.燃油箱，02.高压油泵，03.加热装置，04.燃油共轨，05.喷油器，06.排气管；
1.加热壳体，2.加热芯体，3.圆环形油槽，4.油槽隔板，5.下导油槽，6.导向隔板，7.上导油槽，8.进口调压室，9.出口调压室，10.燃油进口，11.燃油出口，12.废气通道，13.集热翅片，14.排气管进口，15.排气管出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。
如图1所示，本发明的废气热能发动机燃油雾化加热装置包括加热壳体1，所述的加热壳体1为两端开口的中空圆筒状，设置在废气排气管06管路中部，与废气排气管06同轴。加热壳体1内部轴向布置有加热芯体2，加热壳体1外圆周面上部两侧设置有燃油进口10和燃油出口11，所述燃油进口10位于排气管废气流出方向一侧，所述燃油出口11位于排气管废气流入方向一侧。
如图2所示，所述加热芯体2具有中空圆筒结构，圆筒结构内壁沿径向均匀排布有长方形集热翅片13，长方形集热翅片13组成圆筒形，圆筒两端开口，圆筒中心为废气通道，两端开口与左右两边的废气排气管相通，供废气流通，当高温废气通过时依靠所述集热翅片13将热能传导到加热芯体2上。
如图2所示，所述加热芯体2外壁围绕废气通道设置有多个圆环形的油槽隔板4，沿轴向等距离排列，油槽隔板外缘与加热壳体内壁紧密接触密封，仅在最顶端和最底端开设供燃油流通的开口，相邻油槽隔板之间形成环形导油槽3，油槽隔板与加热芯体上半部形成的空腔为上导油槽7，与加热芯体下半部形成的空腔为下导油槽5，环形导油槽3、上导油槽7和下导油槽5形成燃油通路；所有油槽隔板在轴向上的位置位于燃油进口10和燃油出口11之间。燃油进口10与下导油槽5最右端相连通，燃油出口11与下导油槽5最左端相连通。
为了缓冲进入导油槽的燃油压力，进一步增设了调压室，在加热芯体2外壁正对燃油进口10的位置处围绕废气通道设置有环形的进口调压室8，正对燃油出口11的位置处废气通道设置有环形的出口调压室9。环形进口调压室8底部与下导油槽5最右端相连通，环形出口调压室9底部与下导油槽5最左端相连通。
由于燃油的热导率非常低，大约是紫铜类热导材料的1/4000左右，燃油多次折返可增加燃油流动的紊流度，因此在下导油槽7中间设置有导向隔板6，由导向隔板6将下导油槽7分为相互隔绝的左右两部分。导向隔板6可以设置1-2个，以缩短热传导距离，提高加热效率。排量在1.5升以下的发动机，导向隔板6可以设置1个，排量在1.5升以上的发动机，导向隔板6可以设置2个，但若过多，会影响燃油流通效率。
上述燃油加热装置通过发动机排气管中高温废气加热燃油，加热过称为：当排气管中的高温废气通过加热芯体中心的废气通道时，依靠集热翅片13将废气热能传导到加热芯体2上，燃油从加热壳体的燃油进口10首先进入加热芯体的进口调压室8，然后从进口调压室8的环形通道进入底部的下导油槽5右半部分，由于导向隔板6阻隔，燃油转向90°沿所连通的圆环形油槽3向上进入上导油槽7，随后通过上导油槽7引导进入圆环形油槽3的上部，然后进入下导油槽5左半部分，最后从出口调压室9底部向上通过加热壳体的燃油出口11流出。燃油在经过各种导油槽的过程中得到加热，内能增加，表面张力和汽化潜热降低，使其更容易被雾化。该结构中，燃油流动方向与高温废气流通方向相反。
如图3所示，为包含上述燃油雾化加热装置的雾化系统包括通过燃油管路由右向左依次连接的燃油箱、高压油泵、燃油雾化加热装置、燃油共轨系统及喷油器，燃油雾化加热装置位于发动机排气管中段，其燃油进口10和燃油出口11与燃油管路连接。燃油储存在燃油箱01，通过高压油泵02输送给燃油雾化加热装置03，依靠排气管高温废气加热燃油，将加热后的燃油送入燃油共轨04和喷油器05，进入气缸雾化燃烧。该系统连接方式在较高的压力下足以克服燃油雾化加热装置03中高温燃油所产生的气阻，依靠发动机排气管中高温废气对加热装置中燃油进行加热，不消耗发动机其它额外能量，且排气管废气温度、被加热的燃油温和发动机燃油消耗实现自动匹配，降低电器控制的难度。
本发明将燃油最高加热温度控制在400℃以内，以消除燃油高温下产生的氧化结焦现象，提高燃油能量利用率。在常温下燃油呈液体状态，其液体表面分子的引力大于斥力，很难从液相到气相的转化即蒸发，当燃油温度升高时，燃油分子内能增加，开始加快蒸发过程，当燃油温度超过临界点时，就从液态转换到超临界状态，在超临界状态下，气液之间的分界面消失，因而没有表面张力，气化潜热为零，密度比一般气体要大两个数量级，与液体相近，它的粘度比液体小，扩散速度比液体快，所以有较好的流动性和传递性能。本发明的加热装置的燃油温度控制400℃以下的跨临界和超临界区域，在喷油器将压力能转变为喷射动能的作用下，燃油将快速雾化成50nm左右的油粒，尤其对于汽油发动机每循环喷油浓度可比现有雾化技术提高500万倍左右，极大改善缸内燃烧特性。
尤其是对于汽油发动机可保持40：1较稀混合气时稳定点火燃烧，比现有雾化技术节油30％-50％，压缩比提高到14：1左右，发动机热效率提高6％以上，在低温富氧燃烧环境下，尾气排放中nox和pm2.5颗粒明显减少。而且本发明还具有结构简单，成本低廉，各种工况下操作实现连续无缝衔接的特点。
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，对于熟悉本领域的人员而言，可容易实现另外的修改，例如，为了简化设计可以不设置调压室；燃油进口10和燃油出口11的位置也可以互换，即燃油进口位于排气管废气流入方向一侧，燃油出口11位于排气管废气流出方向一侧；集热翅片除了方形，还可采用常见的其他类型和形状的集热片。总之，本发明并不限定特定的细节和本文示出与描述的图例。