基于急热与缓热策略的柴油机燃油预热器及其预热方法
【技术领域】
[0001]本发明属于内燃机工程领域，燃油配套装置技术领域，具体涉及基于急热与缓热策略的柴油机燃油预热器及其加热方法。
【背景技术】
[0002]我国北方及西部高海拔地域，一年中低气温时间较长，柴油机机械在低温情况下都存在冷起动困难，燃油消耗增加的问题。燃油预热技术是当前应用最普遍，已经公认为与进气预热同等重要的发动机冷起动改善技术。燃油预热改善内燃机低温起动性能的方法，在近10年得到很好地推广应用。该方式通过加热燃油，能直接改善燃油的雾化质量，对改善发动机冷起动性能的改进作用非常明显。目前，我国北方很多地方的大型车辆一般都配有燃油加热装置。当气温低至发动机不易起动时，燃油加热器就对燃油实施加热，可以将燃油温度提高至30-50°C，发动机低温起动问题基本能得到了解决。
[0003]燃油加热方法有直接加热和间接加热两种。直接加热一般采用电加热或者燃油加热器，直接将电能或者燃油燃烧热量对燃油实施预热。间接加热有水浴加热、气体加热等形式，其特征是热源不对燃油直接加热，而是对介质(比如水、气体)进行加热，然后介质将热量传递给燃油，实现燃油加热的目的。
[0004]燃油预热采用的热源可以是电能产生，也有的来自燃油燃烧器或者发动机。对于大型柴油发动机而言，目前应用最多的燃油加热热源来自发动机，通过水流或气流管路设计，利用水浴法或气体加热法，将发动机机体尾气或冷却水的热量传递给更低温度的燃油，起到提升燃油温度，改善燃油流动性能和雾化质量，最终起到改善柴油机燃烧的作用。对于小型柴油机，由于机体结构较紧凑，水浴或气流流道设计较难，水浴和气体加热燃油方法较少采用。水浴和气体加热燃油方法也有采用燃油或电加热方式，其实现原理基本与利用柴油机尾气或冷却水热量加热相似。
[0005]由于柴油机起动时尾气和冷却水温度都较低，利用柴油机尾气及自然冷却水的热量对起动前燃油加热是不现实的问题，电加热方式燃油、进气或电加热冷却水介质对燃油预热是解决低温起动问题最常用方法。相对电热水浴燃油方法，电能直接加热燃油更为有效，一是因为电加热装置较为简单，二是电能直接加热，效率更高。目前市面已有很多陶瓷加热产品用于发动机燃油电加热器，已经在大型柴油机上得到广泛的应用。
[0006]目前所用的绝大部分燃油加热方法是对整个燃油箱(或额外的油罐)进行加热，存在加热效率低下及蓄电池负荷加大的问题，有降低蓄电池寿命及低温使用效能的风险。
【发明内容】
[0007]本发明针对上述问题，提出集急热和缓热策略的柴油机燃油预热方法，一并解决发动机低温起动困难和因低温而造成的燃烧恶化问题，有效提升柴油机低温环境下的工作性能。
[0008]本发明的技术方案:基于急热与缓热策略的柴油机燃油预热器，其燃油预热器连接在油箱油路上，包括缓热燃油室、急热燃油室和ECU电子控制单元。所述的急热燃油室安装在缓热燃油室内，急热燃油室上设置有进油口，通过进油口与缓热燃油室连通，急热燃油室顶部设置出油管，急热燃油室内安装电加热器；所述的缓热燃油室外表面由水浴加热器紧密包裹，缓热燃油室上设置有进油管。所述的ECU电子控制单元连接有若干个热电偶，热电偶布置在缓热燃油室和急热燃油室内，用于测量燃油温度。
[0009]所述的电加热器的控制电路与ECU电子控制单元连接，由ECU电子控制单元控制其运行状态。
[0010]所述的水浴加热器的出水管上设置有微型水栗，微型水栗控制电路与ECU电子控制单元连接，由ECU电子控制单元控制其运行状态。
[0011]在低温环境下，将柴油机燃油油箱油管接入燃油预热器的缓热燃油室中，缓热燃油室与急热燃油室通过进油口相通，发动机运转过程中燃油充盈满了整个燃油预热器。
[0012]急热燃油室采用中空制作，以减小急热时该室内燃油向周围低温燃油的散热。急热燃油室净容积为柴油机怠速运转30秒消耗燃油。急热燃油室内置于缓热燃油室内。
[0013]缓热燃油室净容积为柴油机经济工况下运转10分钟燃油量。水浴加热器采用板式散热器。板翅式循环水加热器围在缓热燃油室外表面，柴油、循环水分离，以防止冷却水套破裂对燃油系统的破坏。
[0014]水浴预热采用板式散热器。为防止在极低温度环境下，水浴管道内冷水对整个燃油加热器的冷却，水浴预热开启前，管道内无循环水。当柴油机冷却水温度达到规定值后，水循环才开启。
[0015]基于急热与缓热策略的柴油机燃油预热方法，包括急热和缓热两部分。
[0016]所述的急热加热方法为:ECU电子控制单元通过对燃油温度进行测量，以0°C为限，判定急热电加热器是否对燃油进行预热。当燃油温度高于0°C，燃油预热器不工作，燃油直通流过，柴油机直接正常起动；燃油温度低于0°C，燃油预热器对急热燃油室内燃油进行加热，当温度达到预设值(初始值为60°C )后，ECU电子控制单元给出信号指示，此时柴油机开始起动；若柴油机起动不成功，预设燃油加热温度值增加10°C，等待燃油温度达到设定温度，柴油机再次尝试起动，当柴油机成功起动后，急热燃油室内电加热器停止工作。柴油机起动成功标志为发动机起动转速超过600转份，且转速波动率不超过15%。
[0017]所述的缓热加热方法是:在环境温度低于10°C时，当发动机冷却水温达到50°C后，EOT电子控制单元开启水浴加热器，柴油机高温冷却水进入燃油加热器开始循环，实现对燃油加热，水浴加热过程中，ECU电子控制单元实时对油温进行监测，通过调整冷却水循环的微型水栗的功率实现不同水浴加热强度，确保整个燃油室燃油平均温度在30-40°C区间。
[0018]ECU电子控制单元需要实时监控燃油温度和柴油机状态。柴油初始温度作为急热加热方式是否开启的判据；柴油机起动后的转速、转速波动率作为急热加热方式结束的依据；环境温度为是否采用水浴燃油预热的条件；柴油机冷却水温作为水浴缓热方式开启和运行强度调整的依据。
[0019]本发明通过加热燃油，降低燃油粘度和表面张力，有效改善燃油雾化质量，提升柴油机在低温下的工作性能。“急热”方式快速预热少量柴油到较高温度，提升柴油机低温起动性能，“缓热”方式平稳加热正常供油，以利于低温环境下柴油机燃烧优化，降低发动机燃油消耗。急热与缓热两种燃油加热方式都起到改善柴油机低温下工作性能的作用。
【附图说明】
[0020]图1为燃油预热器结构示意图。
[0021]图2为急热与缓热策略的柴油机燃油预热方法控制流程图。
[0022]其中附图标记，1——缓热燃油室，2——急热燃油室，3——电加热器，4——水浴加热器，5——EOT电子控制单元，6——微型水栗，7——油路阀门，8——进油管，9——出水管，10——热电偶，11——出油管，12——进油口，13——进水阀门。
【具体实施方式】
[0023]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0024]实施例:基于急热与缓热策略的柴油机燃油预热方法，包括急热和缓热两种加热方式，要求燃油预热器应同时兼具急热和缓热加热功能。根据要求设计具有急热加热室和缓热加热室的燃油预热器，其结构如图1所示。急热燃油室2安装在缓热燃油室1内，急热燃油室2上设置有进油口 12，通过进油口 12与缓热燃油室1连通，燃油灌入缓热燃油室1后，再流过进油口 12灌入急热燃油室2内。在急热燃油室2的顶部设置出油管11，将燃油连接到采油机。在急热燃油室2内部安装电加热器3，利用电加热器对室内燃油进行快速加热。缓热燃油室1设置有进油管8，连接油路管道，将燃油接入室内，进油管道上还设置有油路阀门7。缓热燃油室1的外表面由水浴加热器4紧密包裹，利用水浴加热器4的管道内热水进行热交换，对缓热燃油室1内的燃油进行加热。
[0025]在缓热燃油室1和急热燃油室2内，还分别设置有热电偶10，用于测量燃油温度。热电偶10与ECU电子控制单兀5连接，由ECU电子控制单兀5完成温度测量并根据测量结果进行加热控制。
[0026]所述的电加热器3的控制电路与EOT电子控制单元5连接，由EOT电子