车用燃油加热系统的设计

车用燃油加热系统的设计（精选2篇）

篇1：车用燃油加热系统的设计

车用燃油加热系统的设计

为解决车辆在低温环境下的冷启动问题,设计开发了基于AT89S52单片机的车用燃油加热系统.本文从设计思路和工作原理上对该系统的.硬件、软件进行了介绍.

作 者：尹政 胡永梅 黄万友 纪少波 程勇 YIN Zheng HU Yong-mei HUANG Wan-you JI Shao-bo CHENG Yong 作者单位：尹政,黄万友,纪少波,程勇,YIN Zheng,HUANG Wan-you,JI Shao-bo,CHENG Yong(山东大学,能源与动力工程学院,山东,济南,250061)

胡永梅,HU Yong-mei(济南柴油机股份有限公司,山东,济南,250306)

刊 名：内燃机与动力装置英文刊名：INTERNAL COMBUSTION ENGINE & POWER PLANT年，卷(期)：“”(1)分类号：U472.5关键词：车用加热系统 冷启动 数据采集

篇2：车用燃油加热系统的设计

由于加热器在预热发动机的同时,还具有降低低温冷起动过程发动机排放和磨损的作用[2,3],故其市场需求量愈来愈大。我国北方地区在豪华大巴上已应用较广,部分工程车上也有应用。随着人们对舒适、节能、环保等要求的日益提高,我国部分轿车厂家已有加热器装车意向。为对加热器用燃烧器有一个深入的了解,以求进一步提高燃油加热器的性能,笔者以国产YJP-Q30型液体燃油加热器为研究对象,对该加热器燃烧器温度场分布进行了试验分析。

1 试验方法

为了获得车用燃油加热器的燃烧器内温度分布情况,将若干HD-WRNK-186热电偶从加热器的热交换器尾端插入(见图1),并以一定的半径按照图2所示均匀分布。各热电偶依靠焊接在热交换器尾端上的套管和热电偶推拉板定位。两块推拉板通过夹紧螺栓将热电偶夹紧形成整体。推拉过程中由固定在前推拉板并套装在滑杆上的滑板起负重和导向作用,且可通过刻度尺显示轴向位移距离。

热电偶组可一直插入到导流体大端面。测试时以此为起始0点,轴向每向外拉出30 mm为一个端面测点,待显示温度稳定后,测取该端面所有测点温度值。由此便可绘出燃烧器不同半径R上的平均温度随轴向离导流体大端距离D的变化曲线图,也可绘出同一截面同一半径周向温度的变化曲线图。

试验所用喷油嘴为丹佛斯(Danfoss)产,公称喷油量0.75 USgal/h,喷油锥角80°,油雾锥体为空心。所用燃油为-10#柴油。试验时控制加热器水流量为3 600 kg/h;加热器进水口温度由恒温水箱控制在70℃;每个测点均待加热器排气温度基本稳定不变时开始数据采集。

1.喷油嘴2.喇叭筒3.导流体4.进水口5.燃烧室外筒6.燃烧室内筒7.燃烧室8.测温热电偶9.散热片10.环形燃气道11.出水口12.刻度尺13.滑板14.限位块15.滑杆16.夹紧螺栓17.锁紧螺母18.推拉板19.热交换器外堵20.套管21.热交换器内堵22.热交换器外套23.热交换器内套24.锥形罩25.热交换器水套26.螺旋导流片27.导流体大端28.排气口29.导流体切向进气口30.导流体轴向进气孔31.喇叭筒进气槽32.挡盘

2 试验结果及分析

2.1 轴向温度分布

图3为加热器进气调风板60°,90°和180°(全开)三种开度下测温半径R分别为0 mm(R1即中心),23 mm(R2),46.5 mm(R3)和79.5 mm(R4)时燃气温度随D的变化关系。其中R2,R3和R4温度值均为同一半径上周向所有测点温度的平均值,但R2和R3温度是在燃烧室之内,而R4是在燃烧室之外。高温燃气自燃烧室外筒尾端流出燃烧室,折转180°经热交换器吸热后由排气口流入大气中。燃气在流出的过程中,其温度变化为图3中(1)→(7)(→排气口)走向。

由图3曲线可看出,在至导流体大端距离D为60~90 mm时燃气温度最高,这表明油嘴喷出的燃油至此已基本燃尽。之后随着燃烧室内、外筒的热传导和热幅射其温度逐渐下降。在燃气流出燃烧室后,由于空间增大,燃气膨胀和热交换器的吸热使燃气温度进一步快速下降。在燃气折转180°进入环形燃气道流动的过程中,(5)至(6)段温度直线下降,在(6)处温度出现拐点并以小于前段的斜率下降。初步分析,(6)之后因处在螺旋水道靠近进水口和排气口段,且水道螺距较宽,水流速度低,而不利于换热所致。

图3中(5)到(4)段,也就是图1中所示燃烧室外筒尾端至热交换器内堵内壁面的距离。(5)处,即燃烧室外筒尾端,距导流体大端为254 mm,此处为燃气流出燃烧室的出口。为了了解高温燃气流出燃烧室口后的走向,试验时特意加密了测点,增加了255,260,265,280 mm等测点。由试验曲线图4知,在R4=79.5 mm的圆环上,D=255 mm处温度高于D>254 mm之后各处的温度。这说明燃气由燃烧室外筒尾端一经流出便向排气口方向流去,很少有燃气流向热交换器内堵。因此,为了增加高温燃气的有效换热面积和换热时间,燃烧室外筒尾端至热交换器内堵壁面之间的距离不宜过大。

从图3还可看出,在加热器调风板开度为60°时,其燃烧室温度最高,此时由排放仪根据排气化学成份所测空气过量系数λ=1.14;而调风板开度为180°时燃烧室温度最低,此时对应λ=1.57。可见,随着过量空气系数λ的增大,由于空气冷却作用的加强而使燃气温度降低,相应的加热器热功率和热效率也下降(见图6)。但在燃烧室最高温度处,λ值高者,其不同测温半径R之间的温差相对较大,反之则较小。且由图3知,在λ=1.57时,燃烧室中最高温度处所对应的半径温度分布是半径大处温度高,亦即中心处温度最低,自中心向外温度越来越高。而略小的λ=1.33则R2(23 mm)已与R3(46.5 mm)处温度相当。对于最小的λ=1.14,其温度则变为最大半径R3处温度最低,R2温度最高。这可能是空气量较多(λ较大)时,由导流体切向进气道所进气流的旋转作用加强,在离心力的作用下有较多的燃油被甩到外围燃烧之故。

另外,空气量的大小,还会影响到燃烧室中火焰的形状和排气背压。为此,笔者对加热器加装油耗仪和涡街式空气流量计,根据所测流量人为控制不同空燃比,在计算所得过量空气系数α=1.15,α=1.35,α=1.57三种工况下分别连续运转2 h,然后停机查看燃烧室积炭分布情况。图5为所测三种α下的燃烧室积炭分布示意图。由图可见,随着α的增大,因气流旋转作用加强且流速加快,从而对积炭的冲刷效应增强,其结果是燃烧室中积炭环缩口的直径加大,且至导流体大端面的距离也加大。由此可从侧面说明,现加热器配用喷油量为0.75 USgal/h的油嘴,其燃烧室内筒直径略有偏大。

由图3知,燃烧室中温度低的燃气,进入热交换器环形燃气道中的初始温度((5)处)也较低,因此其温压也低,这将影响热交换器对热量的吸收。另外,由上述已知,因空气量大对燃气的冷却作用会使燃气温度降低,其实同时空气量大还加快了燃气在环形燃气道中的流出,致使减少了换热时间而使排气温度相对要高。以上因素综合的结果,使加热器的热功率和热效率均下降,而排气温度却呈上升趋势,见图6。

2.2 周向温度分布

为了了解燃烧器同一截面不同同心圆及不同截面上温度的变化情况,以图2中所示热电偶编号末位数为1的位置为角度起点,顺时针一周将所在同一半径上的热电偶所测温度绘出随角度A而变的曲线图。还可以此绘出燃烧器同一半径不同截面上的周向温度分布图。

图7为R2=23 mm时不同截面周向温度变化曲线图。由图可看出,同一截面、同一半径的圆周上其温度基本相等。而以D=60 mm处温度最高,燃烧室之外的尾部D=290 mm处温度最低。图8所示,R3=46.5mm时不同截面周向温度变化曲线的规律基本与R2=23 mm时相同,也就是说,在燃烧室之内,等圆上的温度是一致的。但在燃烧室之外的尾部D=290 mm处,R3=46.5 mm时,其曲线图显示180°所对应燃气温度最低,这说明此圆上有部分燃气由燃烧室外筒底部流向排气口。

图9为燃烧室外不同截面R4=79.5 mm周向温度变化曲线。由图可见,在D=240 mm和D=270 mm处温度最高,且二曲线基本为直线。当D<240 mm后,各曲线呈现出180°位置的温度比较低的趋势。这说明自D<240 mm,环形燃气道顶部的燃气,不是全部径直流到左端后,再垂直向下由排气口流出(见图1),而是部分燃气由燃烧器外筒顶部斜插向排气口方向流出,从而导致热短路损失。这或许也是图3、图4中温度曲线在(6)处出现拐点,并使(6)至(7)段斜率小于前段的原因之一。由此可见,应对环形燃气道采取措施,使自燃烧室外筒尾部出口至加热器排气口,其环形燃气通道各个方向至排气口的沿程阻力应基本相等,以使各个方向所流燃气均等,避免燃气短路。

3 结论

a.设计的热电偶组沿燃烧器轴向位移测温法方便、快捷,能较准确地反映出燃烧器温度分布状况。

b.燃烧器在距大端60 mm至90 mm处燃气温度最高,表明油嘴喷出的燃油至此已基本燃尽。

c.在燃烧室最高温度处,过量空气系数较高时,其不同测温半径R之间的温差相对较大,且R大者温度高。当过量空气系数较小时温度基本趋于一致。

d.过量空气系数大,燃气温度低,致使热功率与热效率下降。

e.燃气一流出燃烧室外筒,即折转180°向排气口方向流动。因此,为了提高热效率,外筒至热交换器内堵距离不宜过大。

f.燃气流出燃烧室外筒后,因环形燃气道各路径的沿程阻力有差异(阻力下小上大),故存在部分高温燃气短路逃逸现象。

参考文献

[1]毛华永,李国祥,王伟,等.车用燃油加热器燃烧性能的试验研究[J].汽车工程,2006,28(12):1136-1138.

[2]姚春德,倪培永,姚广涛.进气预热降低汽油机冷起动排放的研究[J].内燃机学报,2006,24(6):494-499.