一种采用高凝点柴油的柴油发动机防凝结方法与流程

本发明涉及柴油车技术领域，尤其是涉及一种采用高凝点柴油的柴油发动机防凝结方法。

背景技术：

柴油是应用于柴油发动机的专用燃料，划分柴油标号的依据是柴油的凝固点，凝点表示柴油的低温流动性，具体是指柴油遇冷开始凝固而失去流动性的最高温度，不同标号的柴油分别适用于不同的最低环境温度。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，但是其凝点也较高。因为在柴油凝固前，先析出石蜡晶体，析出的石蜡晶体往往会堵塞柴油机的滤网等，导致供油中断。因此，使用柴油发动机的汽车要注意根据使用地的环境温度来选择适当标号的油品。

在一些环境温度较低的地区和季节，人们只能使用一些低凝点的柴油，但是低凝点柴油的十六烷值低，燃烧性较差，动力差，耗油多，还容易产生爆燃，并且油价也贵。为此，人们发明了很多使柴油车的燃油箱内的柴油提高温度的方法，以便在环境温度较低时仍然可正常使用高凝点柴油。

例如，一种在中国专利文献上公开的“柴油发动机燃油电加热装置”，其公告号为cn88201567u，利用原油箱中的油管，在油管外用电磁线绕成加热线圈，在油路中用电磁线绕成加热线束，整个电路系统为并联电路，用车上蓄电池、发电机作电源，加热元件功率大，预热速度快，时间短，耗电省，适用于各种柴油汽车以及各种工程动力机械燃油预热。另外，也有人想到了用发动机排气管排出的废气的余热对燃油进行加热。

然而，现有的柴油发动机的柴油加热方式存在如下缺陷：首先，电加热装置需要消耗车载蓄电池的大量电能，从而增加发动机发电的油耗，并影响蓄电池的使用寿命。其次，用排气管的废气直接加热柴油需要改变排气管或油管的安装位置，并且燃油温度不易控制，可靠性差，同时存在一定的安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的柴油发动机的柴油加热方式所存在的耗电量大、影响蓄电池的使用寿命、需要改变车辆原有结构和布置、并且安全性差的问题，提供一种采用高凝点柴油的柴油发动机防凝结方法，既可显著地降低电耗和油耗，同时对车辆现有结构的改动少，并且安全性高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种采用高凝点柴油的柴油发动机防凝结方法，包括如下步骤：

a.驻车加热阶段，通过蓄电池供电的电加热元件对燃油箱内的柴油进行加热升温；

b.用燃油泵将加热后的柴油注入燃油系统的供油通道内，并通过供油通道进入柴油发动机内，实现柴油发动机的冷车启动；

c.发动机的排气管内的废气通过与排气管相连的加热管道向外排出，加热管道内的废气加热一热传导元件的加热端，热传导元件的加热端吸收废气的热量，并传导至热传导元件的冷却端，在燃油系统的供油通道内流动的柴油吸收冷却端的热量而温度上升；

d.当温度传感器检测到进入柴油发动机前的柴油到达设定的温度时，电加热元件停止工作；

e.当温度传感器检测到燃油箱内的柴油到达设定的温度时，切换装置关闭加热管道，并开启与加热通道并联的旁通管道，此时排气管内的废气通过旁通管道向外排出。

本发明先通过车载的蓄电池以及相应的电加热元件使燃油箱内的部分柴油加热升温，然后将加热后的柴油注入供油通道内，从而实现柴油发动机的正常启动。然后利用热传导元件将发动机的排气管内废气的预热传导给供油通道内的柴油，以有效地提高柴油的温度，实现发动机的正常工作。当温度传感器检测到进入柴油发动机前的柴油到达设定的温度时，即可使电加热元件停止工作，从而减少蓄电池的耗电。此时的发动机已进入正常工作状态，发动机排出的废气足够加热供油通道内的柴油，以便使发动机能连续正常运转。特别是，本发明通过一个热传导元件将现有的排气管废气的热量传导给供油通道内的柴油，从而可极大地方便车辆整体结构的设计，也就是说，我们可在保持现有车辆整体结构的前提下方便地利用废气的预热去加热柴油，既有效地利用了废气的预热，有利于节省能耗，又可使发动机在寒冷的环境下有效地使用高凝点柴油，从而有利于提高发动机的动力性能，并降低油耗，减少燃油费用。

作为优选，所述热传导元件包括出液管和回液管，出液管和回液管的一端通过螺旋状的连接管相连通，从而构成热传导元件的冷却端，出液管和回液管的另一端通过u形的连通管相连接，在连通管上设有若干吸热翅片，从而构成热传导元件的加热端，在热传导元件内充注有液态的传热介质，所述传热介质的体积与所述热传导元件内的总容积之比在80%至95%之间，在冷却端外罩设有放热壳体，所述放热壳体上分别设有串接在供油通道上的进油口和出油口，在加热端外罩设有吸热壳体，所述吸热壳体上分别设有串接在加热管道上的进气口和出气口。

当加热管内的废气使加热端温度上升时，即可在出液管的加热端与冷却端之间的传热介质内形成一个温度梯度，加热端内的传热介质受热后膨胀，从而使压力上升而形成压力波，一方面，压力波沿着出液管迅速向前传递至冷却端，冷却端内的传热介质接受压力波后温度上升，另一方面压力波产生一个类似活塞的效果从而驱动传热介质沿着出液管向前移动，并最终在热传导元件内形成传热介质的循环流动，此时传热介质沿着出液管从加热端流动至冷却端，然后通过连接管从冷却端沿着回液管再流回至加热端。液态的传热介质可吸收、传递大量的热量，而压力波则可形成传热介质的无动力循环流动，进而可避免加热端和冷却端之间的高低落差造成热量传输的困难。特别是螺旋状的连接管有利于和供油通道内的柴油进行充分的热交换，而连通管上的吸热翅片则有利于加热端快速充分地吸收加热管道内废气的热量。

作为优选，所述热传导元件包括一两端封闭的传热管体，所述传热管体的一端设有若干在轴向上间隔排列的圆形传热片，从而构成热传导元件的冷却端，所述传热管体的另一端设有若干在圆周方向上间隔排列的搅动片，从而构成热传导元件的加热端，在供油管道上设有放热壳体，所述热传导元件的冷却端位于所述放热壳体内，所述加热管道上设有吸热壳体，所述热传导元件的加热端位于所述吸热壳体内，所述传热管体的两端分别设有轴承座，传热管体通过传动机构与一驱动电机相关联，所述传热管体的内腔直径从加热端至冷却端逐步缩小，从而使传热管体的内腔呈圆锥形，所述传热管体内充注有液态的传热介质，所述传热介质的体积与所述传热管体内的总容积之比在10%至20%之间，所述传热管体内的气压在0.0013pa至0.13pa之间，所述传热管体的内侧壁设有烧结层。

当传热管体的加热端吸收废气的热量后，其内部的传热介质受热后蒸发成气态而快速地膨胀并充满冷却端，从而使冷却端的温度快速上升，供油通道内的柴油吸收冷却端的热量后温度上升，此时冷却端内气态的传热介质并冷凝成液态，并沿着传热管体的内侧壁流回加热端，进而形成一个传热介质的循环流动。我们知道传热介质在右液态转变为气态的相变过程中可吸收大量的热量，相应地，在由气态转变为液态的相变过程中会释放出大量的热量，从而可快速地传递热量，实现柴油的迅速升温。由于传热管体内为负压状态，因此，有利于传热介质的快速气化，而传热管体内侧壁的烧结层具有大量细小的孔洞，从而可形成毛细作用，进而吸附冷却端液态的传热介质向加热端流动。特别是，在热传导元件工作时，驱动电机可通过传动机构驱动传热管体转动，此时吸附在传热管体内侧壁上的传热介质即可产生一个径向的离心力。由于传热管体的内腔呈圆锥形，因此，此时传热管体的内侧壁即可对传热介质形成一个轴向的分力，从而驱动传热介质沿着传热管体的内侧壁从冷却端自动流回到加热端，一方面可加快传热介质在传热管体内的循环速度，另一方面可避免因加热端和冷却端之间的高低落差造成传热介质在传热管体内传输的困难。

作为优选，所述加热管道、旁通管道与排气管连接成y形，所述切换装置包括可转动地设置在加热管道和旁通管道的连接处内部的阀门，在加热管道和旁通管道的连接处外侧设有与阀门相关联的电机，当电机驱动阀门转动至一侧的旁通位置时，阀门封闭加热管道，废气从旁通管道向外排出，此时热传导元件的加热端停止吸收废气的热量；当电机驱动阀门转动至另一侧的加热位置时，阀门封闭旁通管道，废气从加热管道向外排出，热传导元件的加热端吸收废气的热量。

本发明通过电机驱动阀门转动，使阀门具有封闭加热管道的旁通位置以及封闭旁通管道的加热位置，因此，排气管内的废气即可选择性地从加热管道或旁通管道向外排出。当发动机工作较长时间时，或者环境温度较高时，我们可通过切换废气的排出通道，有效地避免因供油通道内柴油温度的过度上升而出现安全隐患。

作为优选，在步骤e后增加步骤f：当发动机停止工作时，将压缩空气送入燃油系统的供油通道，从而将供油通道内的柴油吹回到燃油箱内。

利用车载的压缩空气将供油通道内残留的柴油吹回燃油箱内，从而可避免发动机停止工作后残留在供油通道内的柴油因温度降低而再次凝结，从而堵塞供油通道。这样，本发明无需在供油通道上设置相应的加热元件，在驻车启动阶段，只需对燃油箱内的部分柴油加热即可，既有利于简化加热系统的结构和布置，同时利于节省加热用的电能。

作为优选，所述燃油箱内设有隔离腔，所述隔离腔的横截面面积从隔离腔的下端至上端逐步减小，隔离腔的底部设有单向阀，在步骤a中，电加热元件对隔离腔内的柴油进行加热升温；在步骤b中，用燃油泵将隔离腔内加热后的柴油注入燃油系统的供油通道内，并通过供油通道进入柴油发动机内，此时隔离腔内柴油的液面下降，从而在燃油箱和隔离腔之间形成压力差，并驱动单向阀打开，燃油箱内的柴油通过单向阀进入隔离腔内。

隔离腔可采用隔热效果好的材料制成，这样，在步骤a中，电加热元件只需对容积较小的隔离腔内的部分柴油加热即可。当发动机开始工作时，隔离腔内的柴油被燃油泵送出，此时隔离腔内的柴油液面下降，从而在燃油箱和隔离腔之间形成压力差，进而使单向阀打开，燃油箱内的柴油即可通过单向阀进入隔离腔内。特别是，隔离腔的横截面面积从隔离腔的下端至上端逐步减小，一方面有利于减小隔离腔的容积，使隔离腔内的柴油可迅速升温，另一方面，当发动机正常工作时，隔离腔内的柴油液面可迅速下降，从而在燃油箱和隔离腔之间形成足够的压力差，以确保单向阀的快速打开。

作为优选，所述单向阀包括设置在隔离腔底部竖直向下的导通管，在导通管的下端设有逐步缩小的圆锥管，所述导通管内设有单向阀柱，所述单向阀柱的下端设有和圆锥管适配的圆锥形的密封头，在单向阀柱的圆周面上设有若干沿轴向延伸贯通密封头的过液槽，所述过液槽在圆周方向均匀分布。

当圆锥形的密封头贴靠圆锥管时，即可阻止隔离腔内温度较高的柴油通过导通管反向进入燃油箱内；当发动机开始工作、燃油箱和隔离腔之间形成足够的压力差时，燃油箱内的柴油即可推动密封头以及单向阀柱向上移动，此时燃油箱内的柴油即可通过密封头和圆锥管之间的缝隙以及轴向的过液槽进入隔离腔内。特别是，单向阀柱适配在导通管内，从而对单向阀柱形成良好的导向定位作用。因此，当单向阀柱连同密封头一起上升时，可确保密封头和圆锥管之间缝隙的均匀。当发动机停止工作时，单向阀柱则可连同密封头一起可靠地下移复位，从而使隔离腔和燃油箱之间保持隔离状态。

因此，本发明具有如下有益效果：既可显著地降低电耗和油耗，同时对车辆现有结构的改动少，并且安全性高。

附图说明

图1是本发明燃油箱的一种结构示意图。

图2是热传导元件和排气管、供油通道的一种连接结构示意图。

图3是热传导元件的一种结构示意图。

图4是热传导元件和排气管、供油通道的另一种连接结构示意图。

图中：1、燃油箱11、隔离腔12、导通管13、圆锥管14、导向阀柱141、过液槽15、密封头2、排气管21、加热管道22、旁通管道23、阀门3、供油通道41、出液管42、回液管43、连接管44、连通管441、吸热翅片51、放热壳体52、吸热壳体6、传热管体61、圆形传热片62、搅动片63、轴承座。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种采用高凝点柴油的柴油发动机防凝结方法，该发动机作为柴油车的动力装置，具体包括如下步骤：

a.驻车加热阶段，通过蓄电池供电的电加热元件对燃油箱内的柴油进行加热升温。为了提高柴油的加热速度，如图1所示，我们可在燃油箱1内设置一个隔离腔11，相应地，电加热元件设置在隔离腔内，隔离腔的底部设置一个单向阀，燃油箱内的柴油可通过单向阀进入隔离腔内，而隔离腔内的柴油则无法通过单向阀进入燃油箱内。隔离腔可采用不锈钢制成，并采用诸如保温杯的双层真空结构，从而可有效地阻止燃油箱和隔离腔之间的热交换。这样，电加热元件可对隔离腔内的少量柴油进行加热，从而使隔离腔内的柴油快速升温。

b.用燃油泵将隔离腔内加热后的柴油注入燃油系统的供油通道内，并通过供油通道进入柴油发动机内，实现柴油发动机的冷车启动。此时隔离腔内的柴油液位下降，从而在燃油箱和隔离腔之间形成一个压力差，从而使单向阀打开，燃油箱内的柴油即可通过单向阀补充道隔离腔内。另外，隔离腔可制成上小下大的圆锥形，从而使隔离腔的横截面面积从隔离腔的下端至上端逐步减小。这样，当发动机开始工作时，隔离腔内的柴油液面可迅速下降，从而在燃油箱和隔离腔之间形成足够的压力差，以确保单向阀的快速打开。

进一步地，单向阀包括设置在隔离腔底部竖直向下的导通管12，在圆柱形的导通管的下端连接有逐步缩小的圆锥管13，导通管内设置可上下移动的单向阀柱14，单向阀柱的下端设置和圆锥管适配的圆锥形的密封头15，在单向阀柱的圆周面上设置12-16条沿轴向延伸贯通密封头的过液槽141，过液槽在圆周方向上均匀分布。当单向阀柱连同密封头一起上移时，导通管对单向阀柱形成良好的导向定位作用，从而确保密封头和圆锥管之间形成均匀的缝隙。

这样，在发动机不工作时，单向阀柱和密封头一起依靠自身的重量自行下落，密封头贴靠圆锥管，从而可阻止隔离腔内的柴油通过导通管反向进入燃油箱内。当发动机开始工作时，燃油泵使隔离腔内温度升高的柴油通过供油通道进入发动机内，此时圆锥形的隔离腔内的柴油的页面会迅速下降，从而在燃油箱和隔离腔之间形成足够的压力差，燃油箱内的柴油即可推动密封头以及单向阀柱向上移动，燃油箱内的柴油即可通过密封头和圆锥管之间的缝隙以及轴向的过液槽进入隔离腔内。当发动机停止工作时，隔离腔内的柴油不再被输送到供油通道内，燃油箱和隔离腔的压力差逐步缩小，直至单向阀柱连同密封头一起下移复位，从而使隔离腔和燃油箱之间保持隔离状态。

c.如图2所示，发动机的排气管2内的废气通过与排气管相连的加热管道21向外排出，加热管道内的废气加热一热传导元件的加热端，该热传导元件的加热端吸收废气的热量，并将热量传导至热传导元件的冷却端，在燃油系统的供油通道3内流动的柴油则吸收热传导元件的冷却端的热量而温度上升。为了提高热传导效率，如图3所示，本发明的热传导元件包括并排布置的出液管41和回液管42，出液管的一端和回液管的一端通过螺旋状的连接管43相连通，从而构成热传导元件的冷却端，出液管的另一端和回液管的另一端通过u形的连通管44相连接，并在连通管上设置若干间隔分布的吸热翅片441，从而构成热传导元件的加热端。出液管、回液管、连接管、连通管连接成封闭的管路。

此外，在热传导元件的管路内充注有液态的传热介质，传热介质可以是丙酮、甲醇、乙醇等，传热介质的体积与热传导元件的管路内的总容积之比在80%至95%之间，其优选值为90%。另外，在冷却端外设置一个放热壳体51，也就是说，冷却端螺旋状的连接管位于放热壳体内。放热壳体上分别设置串接在供油通道上的进油口和出油口，并且与冷却端的连接管相连接的出液管和回液管应和放热壳体之间形成密封连接，从而使供油通道内的柴油在流过放热壳体时不会产生泄漏。还有，我们需要在加热端外设置一个吸热壳体52，也就是说，加热端设有吸热翅片的连通管位于吸热壳体内。吸热壳体上分别设置串接在加热管道上的进气口和出气口，并且与加热端的连通管相连接的出液管和回液管应和吸热壳体之间形成密封连接，从而使加热管道内的废气在流过吸热壳体时不会产生泄漏。

当加热管内的废气流过吸热壳体时，加热端设有吸热翅片的连通管充分吸收废气的预热，从而使加热端内的传热介质温度上升，即可在出液管的加热端与冷却端之间的传热介质内形成一个从高到低的温度梯度，加热端内的传热介质受热后膨胀并使压力上升而形成压力波，一方面，压力波沿着出液管迅速向前传递至冷却端，冷却端内的传热介质接受压力波后温度上升，另一方面压力波产生一个类似活塞的效果从而驱动传热介质沿着出液管向前移动，并最终在热传导元件的管路内形成传热介质的循环流动，此时传热介质沿着出液管从加热端流动至冷却端，然后通过连接管从冷却端沿着回液管再流回至加热端。液态的传热介质可吸收、传递大量的热量，而压力波则可使传热介质形成无动力循环流动，进而可避免加热端和冷却端之间的高低落差造成热量传输的困难。为了确保传热介质具有正确的流动方向和路径，我们可在回液管与连通管连接处设置一个单向阀，该单向阀的导通方向从回液管至连通管。这样，当连通管内的传热介质受热膨胀时，单向阀可阻止传热介质从连通管进入回液管，也就是说，此时的传热介质只能沿着出液管流动。而回液管内的传热介质则可通过单向阀进入连通管内，从而在热传导元件的管路内形成传热介质的循环流动。

当然，本发明的热传导元件也可采用如图4所示的结构，具体地，热传导元件包括一根两端封闭的传热管体6，传热管体内充注有液态的传热介质，传热介质的体积与传热管体内的总容积之比在10%至20%之间，并且传热管体内的气压在0.0013pa至0.13pa之间，从而在传热管体内形成一个负压。此外，还需在传热管体的内侧壁上设置一层烧结层。传热管体的一端设置若干在轴向上间隔排列的圆形传热片61，从而构成该热传导元件的冷却端；传热管体的另一端设置若干径向的搅动片62，搅动片在传热管体的圆周方向上均匀分布，从而构成该热传导元件的加热端。此外，在供油管道上设置一个放热壳体，而热传导元件的冷却端位于放热壳体内。在加热管道上设置一个吸热壳体，热传导元件的加热端则位于吸热壳体内。当然，传热管体应和放热壳体、吸热壳体之间分别形成密封连接，从而使供油通道内的柴油在流过放热壳体时不会产生泄漏，而加热管道内的废气在流过吸热壳体时同样不会产生泄漏。

当传热管体的加热端吸收废气的热量后，加热端内部的传热介质受热后蒸发成气态而快速地膨胀并充满冷却端，从而使冷却端的温度快速上升，供油通道内的柴油吸收冷却端的热量后温度上升，此时冷却端内气态的传热介质冷凝成液态，冷凝成液态的传热介质吸附在具有毛细作用的烧结层上，并沿着传热管体的内侧壁流回加热端，进而形成一个传热介质的循环流动。

为了有利于冷凝成液态的传热介质在传热管体内的快速流动，我们可在传热管体的两端分别设置用以支承传热管体的轴承座63，传热管体通过齿轮传动机构与一驱动电机相关联，从而使驱动电机可驱动传热管体转动。此外，传热管体的内腔直径从加热端至冷却端逐步缩小，从而使传热管体的内腔呈圆锥形。这样，在热传导元件工作时，驱动电机可通过传动机构驱动传热管体转动，此时吸附在传热管体内侧壁上的传热介质即可产生一个径向的离心力。由于传热管体的内腔呈圆锥形，因此，此时传热管体的内侧壁即可对传热介质形成一个轴向的分力，从而驱动传热介质沿着传热管体的内侧壁从冷却端自动流回到加热端，一方面可加快传热介质在传热管体内的循环速度，另一方面可避免因加热端和冷却端之间的高低落差造成传热介质在传热管体内传输的困难，从而有利于柴油车整体结构的布置。

d.当温度传感器检测到进入柴油发动机前的柴油到达设定的温度时，电加热元件停止工作，从而减少蓄电池的耗电。也就是说，此时可完全利用发动机工作时排出的废气的余热对柴油进行加热。

e.当环境温度较高，或者发动机工作一定时间后，燃油箱内的柴油温度会相应地上升，此时，如果温度传感器检测到燃油箱内的柴油到达设定的温度时，切换装置关闭加热管道，并开启与加热通道并联的旁通管道，此时排气管内的废气通过旁通管道向外排出。也就是说，此时热传导元件的加热端不再接收废气的热量，从而可避免因供油通道内柴油温度的过度上升而出现安全隐患，有利于柴油温度的控制。

如图2所示，为了便于切换，加热管道21、旁通管道22与排气管2连接成y形，切换装置则包括可转动地设置在加热管道和旁通管道的连接处内部的阀门23，在加热管道和旁通管道的连接处外侧设置与阀门相关联的电机。这样，当电机驱动阀门转动至一侧的旁通位置时，阀门封闭加热管道，此时废气从旁通管道向外排出，而热传导元件的加热端即停止吸收废气的热量；当电机驱动阀门转动至另一侧的加热位置时，阀门封闭旁通管道，废气从加热管道向外排出，热传导元件的加热端即可吸收废气的热量。

可以理解的是，我们可通过柴油车的车载电脑等控制系统控制电加热元件、切换装置等机构的工作。

当发动机在环境温度较低的环境中工作时，当发动机停止工作时，供油通道内残留的柴油会降低温度而产生凝结，从而不利于发动机再一次的驻车加热。为此，我们可在步骤e后增加步骤f：当发动机停止工作时，将压缩空气送入燃油系统的供油通道，从而将供油通道内残留的柴油吹回到燃油箱内，避免残留在供油通道内的柴油因温度降低而再次凝结并堵塞供油通道。当然，我们可在车上配置相应的气泵和用于储存压缩空气的储气罐，以便于将压缩空气送入燃油系统的供油通道。