智能变频双控车载燃油加热器及其控制方法与流程

本发明涉及一种驻车加热装置，具体的说是一种智能变频双控车载燃油加热器及其控制方法。

背景技术：

随着经济的快速发展，尤其是物流行业的运输量在逐年加大，商用车辆运输处于24小时不停歇的工作状态中，由于柴油型重卡等商用车辆的发动主要能量都用于行驶中，其发动机产生的热量不能满足驾驶室内取暖应用(正常状况下发动机的热量可以满足取暖的要求)，当车辆停车排队等待、装货等过程中，在温度急剧低下(极低)的情况下，驾驶室内温度均不足10℃，无法满足商用车司机工作、休息需求,随之而来车主对驻车加热器要求的越来越多、需求量也越来越大，故车载加热器需求量呈大量上升趋势。

据统计，中国重汽、东风、北方奔驰的部分中高档车型配置驻车加热器，主要用于内蒙古、东北等寒冷地区的矿山、油田等野外作业。房车、客车方面，随着乘客对乘坐舒适性的要求不断提高，宇通、金龙、金旅、中通、福田一些中高端车型已经装配了车载加热器。

据调查，在欧洲约76％的用户选择安装车载加热器，解决高寒地区冬季用车寒冷问题。在国内冬季运营的车辆中已有65％的车辆采购并使用车载加热器。

车载加热器是独立于汽车发动机的车载加热装置，有其自己的燃油、管路、电路、燃烧加热装置和控制装置，现有技术的汽车车载加热器有国外品牌质和国内产品，无论是国外品牌还是国内产品均存在一定的缺点和不足之处，具体表现在：①、通过档位来调节加热的温度与加热器的风速，以实现驻车时对汽车进行加热的目的，存在的问题是，不同档位之间的温差大，档位调节无法对驾驶室内的温度进行恒温控制，同时长时间高温加热容易造成加热器的部件损坏，燃烧室长时间使用容易产生积碳，降低热转化率，调节档位需要手动进行，操作不方便，特别是在驾驶过程中，容易产生危险。②、采用同一轴的单台电机带动控制两侧助燃叶轮和换热叶轮的同步、同速旋转，电机两侧输出的转速与扭矩相同，无法实现助燃和换热的分别控制，当室内温度达到设定值时，降低助燃叶轮的转速、换热叶轮也随之减速，即在低助燃模式下无法实现大送风模式，相反，在高助燃模式下无法实现小送风模式，更无法实现无助燃情况下的单送风模式。③、单电机结构的缺点还包括：无论在什么情况下都要以燃烧为主，否则会产生积炭；加热器每次启动时都会吹出“冷风”会给乘驾人员带来不舒适感；加热器出风口无法稳定在一个温度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种智能变频双控车载燃油加热器，该加热器能够智能的调节加热的温度与速度，实现助燃叶轮和换热叶轮的单独控制，最快速度达到加热和调节送风的目的，能够避免燃烧室积炭，降低能源消耗，提高热转化率，可适应极寒、高海拔等特殊工况条件下的使用要求，提高驾驶室内热感舒适度、操作便捷度与安全性。

本发明决技术问题的方案是：一种智能变频双控车载燃油加热器，它包括换热组件、燃烧室组件、蒸发器、风扇组件、外壳和控制组件，所述外壳内由冷气进口至热风出口依次设置风扇组件和换热组件并固连，风扇组件的一端置于换热组件内，所述燃烧室组件置于换热组件内并固连，蒸发器置于燃烧室组件内并固连，所述控制组件一端内置于外壳内并固连、另一端置于汽车上并固连；所述风扇组件包括第一电机主体、第二电机主体，换气叶轮和助燃叶轮，所述第一电机主体的一端设置第一电机轴，所述第二电机主体的一端设置第二电机轴，所述第一电机轴和第二电机轴的轴线在同一轴心线上，所述第二电机轴伸入换热组件的换热壳盖内，换气叶轮套接在第一电机轴上并固连，助燃叶轮置于换热组件的换热壳盖内、与第二电机轴固连，风扇组件置于壳体内并固连，其换气叶轮靠近壳体的冷气进口。

所述第一电机主体和第二电机主体结构相同，其中第一电机主体和第二电机主体包括电机轴、设置在电机轴上的端部轴承、设置在电机轴和上的内部轴承、设置在电机轴上端部轴承和内部轴承之间的转子、设置在转子外侧的定子、设置在机壳1左侧套装在端部轴承外侧的安装板、套装在电机轴上转子和定子两侧的垫片。

1、一种智能变频双控车载燃油加热器的控制方法，包括以下控制模式：

①、快速启动模式：当加热器内mcu收到开机指令时，首先进行自检，确认符合开机条件后，进入预热阶段，此时mcu将关闭带动换气叶轮转动的第一电机主体(外电机)，第二电机主体(内电机)带动助燃叶轮按预热阶段的低转速进行送风，并开启点火器，待点火器达到预定温度时，mcu控制油泵开始快速泵油，待成功点火后，退出此模式，mcu根据用户的设定进入传统模式、恒温模式或高送风模式；

②、传统模式：设定第一电机主体和第二电机主体具有相同转速，启动第一电机主体和第二电机主体使得车载燃油加热器正常运转，这时带动换气叶轮转动的第一电机主体随着机器的工作状态调整送风量，满足用户的需求；

③、高送风模式：当加热器内mcu接收到高送风模式指令后，mcu将第一电机主体转速调到最高，第一电机主体根据mcu所判断的不同燃烧状态自动调整转速，第一电机主体和第二电机主体相互独立运行；当需要低温除霜时，设定第二电机主体根据燃烧状态运行，设定带动换气叶轮的第一电机主体高速运转送风，实现快速除霜；

④、准确恒温模式：在加热器点火完毕进入正常燃烧运行状态后，为了使设备以尽可能小的功率运行，实现出风温度的恒定及节能，mcu根据用户设定的风速和温度及检测到的室内温度，第一电机主体保持固定风量，自动调整油泵及第二电机主体的转速，通过pid控制理论，达到加热器产生热的速度与室内温度散失速度一致，实现了温度的准确可控。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用在同一轴心线上的两个同轴电机分别带动两侧助燃叶轮和换热叶轮的旋转，电机两侧输出的转速与扭矩可以相同、还可以不同，实现了助燃和换热的分别控制，当室内温度达到设定值时，降低助燃叶轮的转速、换热叶轮不会随之减速，即在低助燃模式下能够实现大送风模式，相反，在高助燃模式下能够实现小送风模式，还可以实现无助燃情况下的单送风模式。

2、本发明的控制组件能够实时采集信息，并根据采集的信息调节电机主体、油泵和点火器的运行速度和频率，从而实现智能的调节加热的温度与速度，并且实现调节加热温度与速度的自动化，克服了不同档位之间温差大、档位调节无法对驾驶室内的温度进行恒温控制的缺点，解决了调节档位需要手动进行，操作不方便，特别是在驾驶过程中，容易产生危险的问题。

3、本发明的燃烧室组件的一级燃烧室与二级燃烧室通过底部设置的偏心通孔连通，一级燃烧室的燃烧筒、整流筒与燃烧筒壳呈偏心位置，燃烧筒侧壁上的三组通风孔呈不均匀设置，分配盘的第一通风槽和第二通风槽处于偏心位置、且呈不对称设置，其上述结构特点使得通过分配盘进入一级燃烧室的助燃空气进入燃烧筒与整流筒之间时，处于燃烧筒与整流筒之间的助燃空气不仅被切割成条状，而且已经产生压力差，再通过燃烧筒侧壁上不均匀设置的三组通风孔进入燃烧筒内时，助燃空气再次被切割成更细小的条状，从而进一步加大了助燃空气与燃油气的接触面积而使混合更加均匀，在燃烧筒壁处形成具有更大压力差和更大表面积的条状油气混合气团，油气混合气团沿燃烧筒壁旋转，点火器点燃油气混合气时，燃烧从油气混合气团的表面向内部进行，具有更大压力差的油气混合气团被点燃的同时产生涡旋，使火焰呈螺旋形移动，延长了燃烧路径，彻底燃烧了燃油，避免一级燃烧室和二级燃烧产生积炭，降低能源消耗，提高热转化率，可适应极寒、高海拔等特殊工况条件下的使用要求。

4、采用本发明双电机结构，加热器启动时不会吹出冷风，换气电机将检测热交换器的温度，可根据热交换器温度决定当前电机的转速；双电机可以恒定加热器的出风口温度，保证出口温度平均，不会忽冷忽热，让乘驾人员更舒适；双电机将助燃电机与换气电机分离，即保证了燃烧充分还能控制换气风扇的速度；双电机结构在加热器上使用可让加热器更灵活。

5、采用本发明双电机结构，当驾乘人员夜晚休息的时候更安静、舒适，双电机结构的噪音远远小于单电机结构，出风口温度均衡后夜晚睡觉不会在因为用加热器而“感冒”。

6、采用本发明双电机结构可以实现除霜模式，除霜模式启动后加热器换气电机将转速提至最大，助燃电机可以以最小转速运行，驾乘人员更安全。

7、本发明采用双电机主体结构形式实现了多种控制模式：①快速启动模式：在加热器启动时，mcu将外风机停转，内部风机按照点火程序快速供给空气，实现快速点火并预热；②传统模式：即内外电机转速相同，实现了原始单电机加热器的功能，即外风机随着机器的工作状态调整送风量，满足用户的需求；③高送风模式：本模式为双电机开创的新模式。如低温除霜时，内部风机根据燃烧状态运行，外风机高速送风，实现快速除霜；④准确恒温模式：本模式为双电机开创的新模式。在加热器点火完毕进入运行状态后，根据室内温度值及目标温度值，以尽可能小的功率运行，实现了出风温度的恒定及节能，而传统单电机加热器则无法实现出风温度的恒定，会因为燃烧状态不断调整风速，给用户造成不舒服的感觉。

附图说明

图1为本发明车载加热器的结构示意图；

图2是本发明风扇组件结构示意图。

图3为本发明车载加热器中固连有蒸发器的燃烧室组件的结构示意图；

图4为本发明车载加热器的蒸发器的结构示意图；

图5为图4的a-a剖视示意图；

图6为本发明车载加热器的一级燃烧室的主视示意图；

图7为图6的俯视示意图；

图8为本发明车载加热器的燃烧筒的主视示意图；

图9为图8的俯视示意图；

图10为图8的仰视示意图；

图11为图8的b-b剖视示意图；

图12为图8的c-c剖视示意图；

图13为图8的d-d剖视示意图；

图14为图8的燃烧筒侧壁展开示意图；

图15为本发明车载加热器的分配盘的结构示意图。

图16为本发明控制组件的结构框图。

图中：1换热组件，2燃烧室组件，3蒸发器，4助燃叶轮，5换热壳盖，6风扇组件，6-1第一电机主体，6-2第二电机主体，6-3第一电机轴，6-4第二电机轴，6-5端部轴承，6-6内部轴承，6-7转子，6-8定子，6-9安装板，6-10垫片，7主控板，8换气叶轮，9冷气进口，10外壳，11助燃空气进口，12燃烧废气出口，13热风出口，14一级燃烧室，15分配盘，16二级燃烧室17整流筒，18燃烧筒，19燃烧筒壳，20燃烧头，21固定套，22油管，23点火器，24油管保护室，25隔热体，26点火室，27第三组通风孔，28第二组通风孔，29第一组通风孔，30第一通风槽，31第二通风槽，32侧壁，33第一通孔，34第一个a形孔，35第一b形孔，36第二b形孔，37第三b形孔，38第四b形孔，39第五b形孔，40第六b形孔，41第一c形孔，42第二c形孔，43第三c形孔，44第四c形孔，45内周表面，46外周表面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1-图15，本实施例一种车载加热器，它包括外壳10、风扇组件6、换热组件1和蒸发器3，所述外壳10内由冷气进口9至热风出口13依次设置风扇组件6和换热组件1并固连，风扇组件6的一端置于换热组件1内，还包括燃烧室组件2和控制组件，所述燃烧室组件2置于换热组件1内并固连，蒸发器3置于燃烧室组件2内并固连，所述控制组件一端内置于外壳10内并固连、另一端置于汽车上并固连。

所述外壳10的结构是：外壳10的一端设置冷气进口9、另一端设置热风出口13，外壳10的中间设置助燃空气进口11和燃烧废气出口12。

所述换热组件1的结构是：它包括换热壳体和换热壳盖5，所述换热壳体设有一端开口的内腔，换热壳盖5置于换热壳体的内腔开口端并固连，固连有换热壳盖5的换热壳体置于外壳10内，换热壳体靠近外壳10的热风出口13并固连。

所述风扇组件6的结构是：它包括第一电机主体6-1、第二电机主体6-2，换气叶轮8和助燃叶轮4，所述第一电机主体6-1的一端设置第一电机轴6-3，所述第二电机主体6-2的一端设置第二电机轴6-4，所述第一电机轴6-3和第二电机轴6-4的轴线在同一轴心线上，所述第二电机轴6-4伸入换热组件1的换热壳盖5内，换气叶轮8套接在第一电机轴6-3上并固连，助燃叶轮4置于换热组件1的换热壳盖5内、与第二电机轴6-4固连，风扇组件6置于壳体内并固连，其换气叶轮8靠近壳体的冷气进口9。

所述第一电机主体6-1和第二电机主体6-2结构相同，其中第一电机主体6-1和第二电机主体6-2包括电机轴6-3和6-4、设置在电机轴6-3和6-4上的端部轴承6-5、设置在电机轴6-3和6-4上的内部轴承6-6、设置在电机轴6-3和6-4上端部轴承6-5和内部轴承6-6之间的转子6-7、设置在转子6-7外侧的定子6-8、设置在机壳1左侧套装在端部轴承6-5外侧的安装板6-9、套装在电机轴6-3和6-4上转子6-7和定子6-8两侧的垫片6-10。

所述蒸发器3的结构是：它包括油管22、点火器23，固定套21、燃烧头20和隔热体25，所述燃烧头20呈盘状，盘状的燃烧头20由下至上依次分为点火室26、隔热室和油管保护室24，点火室26开口向下、油管保护室24开口向上，隔热室开口向下与点火室26连通，隔热室上端与油管保护室24通过轴向通孔连通；所述隔热室内填充隔热体25，所述油管22一端伸入油管保护室24内、穿装在轴向通孔内与隔热室连通，油管22的另一端与油泵连通，所述固定套21穿装在燃烧头20的点火室26的侧壁上并固连，点火器23穿装在固定套21内并固连。

所述燃烧室组件2的结构是：它包括一级燃烧室14和二级燃烧室16，所述一级燃烧室14内置蒸发器3，所述二级燃烧室16呈杯状，杯状的二级燃烧室16底部与一级燃烧室14底部接触并固连，一级燃烧室14和二级燃烧室16通过底部设置的偏心通孔连通。

所述一级燃烧室14的结构是：它包括燃烧筒壳19、燃烧筒18、整流筒17、分配盘15，所述燃烧筒壳19为带凸缘的杯状体，杯状体的燃烧筒壳19其底部设置第一偏心孔，所述燃烧筒18置于燃烧筒壳19内并固连，燃烧筒18底部的第一通孔33与燃烧筒壳19设置的第一偏心孔相对应，第一偏心孔、第一通孔33与二级燃烧室16底部的第二偏心孔相互对应，构成连通的偏心通孔，所述整流筒17置于燃烧筒壳19与燃烧筒18之间、套在燃烧筒18外并固连，所述分配盘15置于燃烧筒壳19内、整流筒17的口部、套接在燃烧筒18上并固连，蒸发器3置于燃烧筒壳19内、燃烧筒18的口部并固连，蒸发器3的点火室26与燃烧筒18连通。

所述燃烧筒18为杯状体，杯状体的燃烧筒18底部设置第一通孔33，第一通孔33与燃烧筒18的侧壁32同轴，燃烧筒18的侧壁32上、由口部至底部依次设置第一组通风孔29、第二组通风孔28和第三组通风孔27，第一组通风孔29、第二组通风孔28和第三组通风孔27均分别位于同一平面。

所述第一组通风孔29为11个a形孔，11个a形孔均布在圆心角α＝60°范围外的燃烧筒18侧壁32上，相邻的a形孔之间的圆心角为β＝(360°-60°)/(11-1)＝30°。

所述第二组通风孔28为逆时针设置的第一b形孔35～第六b形孔40，第一b形孔35位于第一个a形孔34外侧，第一b形孔35与第一个a形孔34之间的圆心角为β/2＝15°，第一b形孔35与第二b形孔36、第二b形孔36与第三b形孔37、第五b形孔39与第六b形孔40之间的圆心角均分别为β＝30°，第四b形孔38与第三b形孔37或第五b形孔39之间的圆心角均分别为2β＝60°。

所述第三组通风孔27为逆时针设置的第一c形孔41～第四c形孔44，第一c形孔41与第一个a形孔34的圆心位置相同，第二c形孔42与第一c形孔41的圆心角为2β＝60°、与第三c形孔43的圆心角为β＝30°，第三c形孔43与第四c形孔44的圆心角为5β＝150°。

所述整流筒17为轴向开口的管状体，整流筒17与燃烧筒18同轴、套在燃烧筒18外，整流筒17的轴向开口端分别与燃烧筒壳19固连。

所述分配盘15为偏心的环状体，其结构是：分配盘15外周表面46与燃烧筒壳19内壁相同、内周表面45与燃烧筒18外壁相同，分配盘15的内周表面45相对外周表面46的偏心位置与燃烧筒壳19的第一偏心孔位置相一致，分配盘15的环状最窄处与顺时针之间的内周圆心角δ＝98°、分配盘15的环状最窄处与逆时针之间的内周圆心角θ＝94°之间设置九个第一通风槽30，分配盘15的环状最宽处设置一个第二通风槽31，第一通风槽30与第二通风槽31的槽口朝向内周圆心。

由附图16所示：控制组件结构：包括主控板7、控制器、室内温度传感器、室外温度传感器、外壳温度传感器，所述主控板7置于外壳10内并固连在换热壳盖5上，控制器置于汽车上并固连，主控板7与控制器通过线束信号连接，所述室内温度传感器置于汽车内并固连，所述室外温度传感器置于线束上并固连，所述外壳温度传感器置于换热组件1中的换热壳体上并固连，所述室内温度传感器、室外温度传感器、外壳温度传感器均分别与控制器信号连接，电机、油泵和点火器均分别与主控板7信号连接。

本实施例采用现有技术制造，所述控制器、室内温度传感器、室外温度传感器、外壳温度传感器、电机、油泵和点火器23均为现有技术的市售产品。

本实施例的工作过程是：

①、快速启动模式：当加热器内mcu(主控板7)收到开机指令时，首先进行自检，确认符合开机条件后，进入预热阶段，此时mcu将关闭带动换气叶轮8转动的第一电机主体6-1(外电机)，第二电机主体6-2(内电机)带动助燃叶轮4按预热阶段的低转速进行送风，并开启点火器23，待点火器23达到预定温度时，mcu控制油泵开始快速泵油，待成功点火后，退出此模式，mcu根据用户的设定进入传统模式、恒温模式或高送风模式；

②、传统模式：设定第一电机主体6-1和第二电机主体6-2具有相同转速，启动第一电机主体6-1和第二电机主体6-2使得车载燃油加热器正常运转，这时带动换气叶轮8转动的第一电机主体6-1随着机器的工作状态调整送风量，满足用户的需求；

③、高送风模式：当加热器内mcu接收到高送风模式指令后，mcu将第一电机主体6-1转速调到最高，第一电机主体6-1根据mcu所判断的不同燃烧状态自动调整转速，第一电机主体6-1和第二电机主体6-2相互独立运行；当需要低温除霜时，设定第二电机主体6-2根据燃烧状态运行，设定带动换气叶轮8的第一电机主体6-1高速运转送风，实现快速除霜；

④、准确恒温模式：在加热器点火完毕进入正常燃烧运行状态后，为了使设备以尽可能小的功率运行，实现出风温度的恒定及节能，mcu根据用户设定的风速和温度及检测到的室内温度，第一电机主体6-1保持固定风量，自动调整油泵及第二电机主体6-2的转速，通过pid控制理论，达到加热器产生热的速度与室内温度散失速度一致，实现了温度的准确可控。

⑤、燃烧部分工作过程：控制组件的室内温度传感器、室外温度传感器、外壳温度传感器和点火器实时采集信息并传递到控制器，控制器根据收到的信息将控制信号传递到主控板7，由主控板7控制第二电机主体6-2、油泵和点火器23分别运行，第二电机主体6-2上的助燃叶轮4转动，将空气经过助燃空气进口11吸入燃烧室组件2的一级燃烧室，再通过分配盘进入一级燃烧室14的助燃空气进入燃烧筒18和整流筒之间、再通过燃烧筒28侧壁上不均匀设置的三组通风孔进入燃烧筒18内；而柱塞式油泵将燃油通过油管22打入到蒸发器3上，通过设置在蒸发器3内的纤维棉及烧结毡的气化，使得燃油形成雾状，雾化的燃油气体与燃烧筒18内的助燃空气进行混合，并燃烧，燃烧产生的高温传递到换热组件1，将吸入外壳10内、流过换热组件1的冷气加热为热风后，由外壳10的热风出口13流出，将汽车内的温度升高，达到对汽车进行加热的目的。

⑤、风控部分工作过程：当控制器上调节风量(风速)的旋钮的信号发生变化时，该信号被传递到主控板7上，主控板7控制第一电机主体6-1上换气叶轮8转动，将空气通过外壳的冷气进口9吸入外壳10内。

上述风控部分与燃烧部分的工作过程不互相干涉，两部分可以独立进行工作。