CN111022223B - 一种用于发动机冷启动的进气加热装置及发动机 - Google Patents

Abstract

本说明书公开一种用于发动机冷启动的进气加热装置及发动机，该装置包括：进气喷油器、进气道、电瓶、加热器、反应器、电瓶正极、电瓶负极，其中：该反应器安装在该进气道靠近发动机一端的管道中，该反应器的中心轴与该进气道中心轴保持一致，该反应器的结构为具有多通道的柱状结构，该反应器每个内部通道的截面形状为六边形，每两个相邻内部通道之间的截面六边形共一条边，该内部通道表面涂覆贵金属材料；该进气喷油器通过该进气道上预留的孔安装该进气喷油器的喷孔，该喷孔的喷射方向指向该反应器的进口；该加热器设置在该反应器预留的空间中，且与该预留空间尺寸适配，该加热器一端连接该电瓶正极，该加热器另一端连接该电瓶负极。

Description

一种用于发动机冷启动的进气加热装置及发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体而言，涉及一种用于发动机冷启动的进气加热装置及发动机。

背景技术

目前柴油机在低温环境中，由于进气温度较低，发动机启动困难，柴油机在低温下的冷启动困难。在低温下，进气温度及柴油机缸套同环境温度，活塞压缩到上止点散热严重，压缩终点温度较低，柴油破碎雾化性差，难以压燃。现有技术中以进气道安装预热塞为主，由于柴油机的进气流量较大，但预热塞的加热区域较小，导致加热效果不明显，以及加热温升所需要的时间较长，而且加热能耗对整车配备电瓶容量提出更高要求，并且由于低温下电池的储电能力严重下降，导致该方案的实施性较差。

发明内容

本说明书提供一种用于发动机冷启动的进气加热装置及发动机，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。

为达到上述目的，本说明书提供了一种用于发动机冷启动的进气加热装置，包括：进气喷油器、进气道、电瓶、加热器、反应器、电瓶正极、电瓶负极，其中：所述反应器安装在所述进气道靠近发动机一端的管道中，所述反应器的中心轴与所述进气道中心轴保持一致，所述反应器的结构为具有多通道的柱状结构，所述反应器每个内部通道的截面形状为六边形，每两个相邻内部通道之间的截面六边形共一条边，所述内部通道表面涂覆贵金属材料；所述进气喷油器通过所述进气道上预留的孔安装所述进气喷油器的喷孔，所述喷孔的喷射方向指向所述反应器的进口；所述电瓶设置有电瓶正极和电瓶负极；所述加热器设置在所述反应器预留的空间中，且与所述预留空间尺寸适配，所述加热器一端连接所述电瓶正极，所述加热器另一端连接所述电瓶负极。

可选地，所述加热器为加热棒或加热带。

可选地，所述加热器为加热带，所述加热带设置在所述反应器壳体内并环绕一周。

可选地，所述加热器为加热棒，若所述加热棒为一个，则所述加热棒设置在所述反应器内通道中心处预留的空间，所述加热棒的尺寸与所述预留空间的尺寸适配。

可选地，所述加热器为加热棒，若所述加热棒为多个，则多个所述加热棒沿轴向均匀布置在所述反应器中预留的空间，所述加热棒的尺寸与所述预留空间的尺寸适配。

可选地，所述进气喷油器喷出的燃料为柴油、汽油、气态燃料中的任意一种。

可选地，所述反应器的材质为多孔陶瓷材料。

可选地，所述反应器的内部通道的内表面上涂覆的贵金属材料含有铂、铑、钯中的至少一种。

可选地，所述反应器的内部通道的截面形状为正六边形。

为达到上述目的，本发明书还提供了一种发动机，所述发动机的进气道中安装有上述的装置。

本说明书实施例的有益效果如下：

本说明书实施例中，在发动机启动过程中，所述电瓶向所述加热器供电，所述加热器发热从而对所述反应器进行预热，气流经过所述进气道，在所述进气道靠近发动机一端的管道中，与所述进气道喷油器中喷出的燃料相遇形成油气混合气，所述油气混合气进入已经预热的所述反应器的内部通道中，所述反应器的内部通道表面涂覆具有催化作用的贵金属材料，所述油气混合气中的燃料在所述内部通道表面的贵金属材料的催化作用下快速氧化并释放热量，所释放的热量将进气加热，使得进气快速升温，克服了进气温度低导致燃料难以压燃的问题；并且在贵金属的催化作用下，燃料氧化的活化能降低，从而降低了燃油起燃对进气温度的要求，进而降低了对加热器功率的需求，更进一步减少低温启动中对电瓶电量的需求，克服了现有技术中低温启动中电瓶储电能力严重下降而导致进气加热效果不明显、加热温升时间较长的问题，有利于发动机燃料在压缩终点实现压燃，从而实现发动机在低温环境下的快速启动。

本说明书实施例的创新点包括：

1、本说明书实施例中，在发动机启动过程中，所述电瓶向所述加热器供电，所述加热器发热从而对所述反应器进行预热，气流经过所述进气道，在所述进气道靠近发动机一端的管道中，与所述进气道喷油器中喷出的燃料相遇形成油气混合气，所述油气混合气进入已经预热的所述反应器的内部通道中，所述反应器的内部通道表面涂覆具有催化作用的贵金属材料，所述油气混合气中的燃料在所述内部通道表面的贵金属材料的催化作用下快速氧化并释放热量，所释放的热量将进气加热，使得进气快速升温，克服了进气温度低导致燃料难以压燃的问题；并且在贵金属的催化作用下，燃料氧化的活化能降低，从而降低了燃油起燃对进气温度的要求，进而降低了对加热器功率的需求，更进一步减少低温启动中对电瓶电量的需求，克服了现有技术中低温启动中电瓶储电能力严重下降而导致进气加热效果不明显、加热温升时间较长的问题，有利于发动机燃料在压缩终点实现压燃，从而实现发动机在低温环境下的快速启动。本说明书实施例中，采用通过反应器中燃料催化氧化释放的热量来对进气进行加热的方式，比起通过加热器直接对进气进行加热的方式，前者释放热量快速、加热区域大、加热效果明显，且在低温环境中对加热器供电电瓶的电量依赖程度低，在低温环境中工作更可靠，克服了现有技术中加热区域小、加热效果不明显、加热温升时间较长、对车辆配备电瓶要求高、低温下电瓶储电能力严重下降导致加热效果差等问题，是本说明书实施例的创新点之一。

2、本说明书实施例中，设计了一个材质为多孔陶瓷材料、具有多通道的柱状反应器，所述反应器的每个内部通道的截面形状为六边形，每两个相邻内部通道之间的截面六边形共一条边，所述内部通道表面涂覆贵金属材料，并且在所述内部通道中预留设置所述加热棒的空间或者在所述反应器的壳体内设置加热带，所述反应器在所述加热棒或加热带的作用下预热，使进入所述反应器的燃料在通道表面贵金属的催化下氧化放热，从而使进气管道中经过所述反应器所在管道段的进气受热快速升温，升温后的进气参与发动机启动，有助于发动机在低温环境下的快速启动。本实施例所述反应器的设计中，所述反应器的结构起到引流作用，将原本进气道中的进气通过多通道结构分成多股气流，改变了进气方式，使得进气受热面更大；六边形通道的设计增大贵金属材料与燃料的接触面积，使得燃料与催化剂接触更充分，从而使催化反应迅速充分地进行并释放大量热量；所述加热器的设置和贵金属材料的涂覆使得所述反应器兼具加热和催化的功能，实现了对进气的快速加热，有助于发动机在低温下的快速启动，是本说明书实施例的创新点之一。

3、本说明书实施例中，所述进气喷油器喷射的燃料可以是柴油、汽油、气态燃料中的任意一种，使得所述装置可以适应不同燃料发动机的需求，增加了所述装置的适用性，使得所述装置可以用于低温环境中各种燃料发动机的进气加热，从而快速实现发动机冷启动，是本说明书实施例的创新点之一。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例一种用于发动机冷启动的进气加热装置的结构示意图；

图中，1-进气喷油器；2-进气道；3-电瓶；4-加热器；5-反应器；6-电瓶正极；7-电瓶负极。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本说明书实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书实施例公开了一种用于发动机冷启动的进气加热装置。以下分别进行详细说明。

图1为本说明书一个实施例中一种用于发动机冷启动的进气加热装置的结构示意图。

如图所示，一种用于发动机冷启动的进气加热装置，包括：进气喷油器1、进气道2、电瓶3、加热器4、反应器5、电瓶正极6、电瓶负极7，其中：

所述反应器5安装在所述进气道2靠近发动机一端的管道中，所述反应器5的中心轴与所述进气道2中心轴保持一致，所述反应器5的结构为具有多通道的柱状结构，所述反应器5每个内部通道的截面形状为六边形，每两个相邻内部通道之间的截面六边形共一条边，所述内部通道表面涂覆贵金属材料。所述反应器5安装在靠近发动机一端的管道中，在进气到达发动机之前升高进气温度，有利于减少升温后的进气在管道中的热量损失；所述反应器5的中心轴与所述进气道2中心轴保持一致，以使得管道中流速最大处的进气流进入所述反应器5，从而达到最好的加热效果；所述反应器5的结构为具有多通道的柱状结构，所述反应器5每个内部通道的截面形状为六边形，每两个相邻内部通道之间的截面六边形共一条边，所述反应器5的每个通道设计为六边形柱形通道且每相邻两个通道之间共一个面，这种类似蜂窝结构的设计思路，能够最大限度地利用反应器的内部空间，增大通道的内表面积，从而增加贵金属材料与油气混合气的接触面积，使得燃料氧化充分，使得燃料氧化释放更多热量来加热进气，同时多通道机构的设计具有引流作用，将一股进气分成多个通道内的多股气流，便于快速有效地加热进气；所述内部通道表面涂覆贵金属材料，所述贵金属材料能够催化进气喷油器喷射出的燃料，降低所述燃料的氧化活化能，以使得燃料的氧化反应快速进行，同时燃料氧化活化能的降低，使得实现燃料压燃所需要的进气温度降低，进而降低了对加热进气的加热器的功率需求，从而降低了对车配电瓶电量的要求，克服了现有技术中低温下电瓶储电能力下降带来的问题，实现了在低温环境下快速可靠地加热进气，使得发动机在低温下可以快速完成启动。

所述进气喷油器1通过所述进气道2上预留的孔安装所述进气喷油器1的喷孔，所述喷孔的喷射方向指向所述反应器5的进口。通过进气道2上预留的孔将所述进气喷油器1的喷孔伸入所述进气道2内，并使所述进气喷油器1的喷射方向指向所述反应器5的进口，以确保所述进气喷油器1喷出的燃料与进气一起进入所述反应器5，进而在燃料催化氧化的同时实现对进气的快速加热。

所述电瓶3设置有电瓶正极6和电瓶负极7。所述加热器4两端分别与所述电瓶3的所述电瓶正极6、所述电瓶负极7相连，所述电瓶3为所述加热器4提供功率，所述加热器4自身发热，进而实现对安装所述加热器4的所述反应器5的预热以及对进入所述反应器5中的进气的加热。

所述加热器4设置在所述反应器5预留的空间中，且与所述预留空间尺寸适配，所述加热器4一端连接所述电瓶正极6，所述加热器4另一端连接所述电瓶负极7。所述加热器4适配于所述反应器5中预留出的设置加热器4的空间，在所述电瓶3的供电下，通过自身发热加热周围的所述反应器5的空间，对所述反应器5进行预热，从而为所述反应器5中的燃料催化氧化提供该反应所需的基本温度，同时为进入所述反应器5中的进气提供热量。

在一个具体实施例中，所述加热器4为加热棒或加热带。通过设置所述加热棒或加热带实现对所述反应器5的加热，同时为进气提供热量。

在一种实现方式中，所述加热器4为加热带，所述加热带设置在所述反应器5壳体内并环绕一周。通过在所述反应器5壳体内设置一周所述加热带，使得所述反应器5均匀受热并快速升温。

在一种实现方式中，所述加热器4为加热棒，若所述加热棒为一个，则所述加热棒设置在所述反应器5内通道中心处预留的空间，所述加热棒的尺寸与所述预留空间的尺寸适配。通过在所述反应器5内的通道中心处设置一个所述加热棒，实现了对所述加热棒周围通道的加热，从而实现对所述反应器5的预热。

在一种实现方式中，所述加热器4为加热棒，若所述加热棒为多个，则多个所述加热棒沿轴向均匀布置在所述反应器5中预留的空间，所述加热棒的尺寸与所述预留空间的尺寸适配。通过在所述反应器5沿轴向均匀分布的多个预留的空间中设置所述加热棒，使得所述反应器5内的通道均匀快速受热，从而实现对所述反应器5的预热。

在一个具体实施例中，所述进气喷油器1喷出的燃料为柴油、汽油、气态燃料中的任意一种。所述装置中进气喷油器1喷射燃料的多种选择，使得所述装置可以适应不同燃料发动机的需求，增加了所述装置的适用性，使得所述装置可以用于低温环境中各种燃料发动机的进气加热，从而快速实现发动机冷启动。

在一个具体实施例中，所述反应器5的材质为多孔陶瓷材料。所述多孔陶瓷材料具有气孔率高、耐高温、耐高压、耐腐蚀、物理和化学性质稳定等优点，适合应用于本说明书实施例所要解决的技术问题的环境中，有利于实现所述装置稳定可靠地工作。

在一个具体实施例中，所述反应器5的内部通道的内表面上涂覆的贵金属材料含有铂、铑、钯中的至少一种。所述贵金属材料具有稳定惰性、耐腐蚀、抗氧化、催化活性高等优点，适用于本说明书实施例所要解决的技术问题的环境中，能够催化进入所述反应器5中的燃料快速氧化，从而使得进气快速地升温，提高对进气的加热效率。

在一个具体实施例中，所述反应器5的内部通道的截面形状为正六边形。将所述反应器5的内部通道截面形状设计为正六边形，有效提高所述反应器5内部空间的利用率，并且增大贵金属材料与燃料的接触面积，使得燃料与催化剂接触更充分。

本实施例中，在发动机启动过程中，气流经过所述进气道2，在所述进气道2靠近发动机一端的管道中，与所述进气道喷油器1中喷出的燃料相遇并进入已经预热的所述反应器5的内部通道中，所述反应器5的内部通道表面涂覆具有催化作用的贵金属材料，燃料在所述内部通道表面的贵金属材料的催化作用下快速氧化并释放热量，所释放的热量将进气加热，使得进气快速升温，克服了进气温度低导致燃料难以压缩起燃的问题；并且在贵金属的催化作用下，燃料氧化的活化能降低，从而降低了燃油起燃对进气温度的要求，进而降低了对加热器功率的需求，更进一步减少低温启动中对电瓶电量的需求，克服了现有技术中低温启动中电瓶储电能力严重下降而导致进气加热效果不明显、加热温升时间较长的问题，有利于发动机燃料在压缩终点实现压燃，从而实现发动机在低温环境下的快速启动。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于发动机冷启动的进气加热装置，其特征在于，包括：进气喷油器、进气道、电瓶、加热器、反应器、电瓶正极、电瓶负极，其中：

所述反应器安装在所述进气道靠近发动机一端的管道中，所述反应器的中心轴与所述进气道中心轴保持一致，所述反应器的结构为具有多通道的柱状结构，所述反应器每个内部通道的截面形状为六边形，每两个相邻内部通道之间的截面六边形共一条边，所述内部通道表面涂覆贵金属材料；

所述进气喷油器通过所述进气道上预留的孔安装所述进气喷油器的喷孔，所述喷孔的喷射方向指向所述反应器的进口；

所述电瓶设置有电瓶正极和电瓶负极；

所述加热器设置在所述反应器预留空间中，且与所述预留空间尺寸适配，所述加热器一端连接所述电瓶正极，所述加热器另一端连接所述电瓶负极。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热器为加热棒或加热带。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加热器为加热带，所述加热带设置在所述反应器壳体内并环绕一周。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加热器为加热棒，若所述加热棒为一个，则所述加热棒设置在所述反应器内通道中心处预留的空间，所述加热棒的尺寸与所述预留空间的尺寸适配。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加热器为加热棒，若所述加热棒为多个，则多个所述加热棒沿轴向均匀布置在所述反应器中预留的空间，所述加热棒的尺寸与所述预留空间的尺寸适配。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进气喷油器喷出的燃料为柴油、汽油、气态燃料中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器的材质为多孔陶瓷材料。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器的内部通道的内表面上涂覆的贵金属材料含有铂、铑、钯中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器的内部通道的截面形状为正六边形。

10.一种发动机，其特征在于，所述发动机的进气道中安装有权利要求1-9中任意一项所述的装置。

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