一種客車低溫啟動系統的製作方法

2023-06-10 15:22:06

本實用新型涉及一種低溫啟動系統，具體涉及一種客車發動機在低溫下啟動的系統。

背景技術：

發動機低溫起動方法有很多，最常見的熱水預溫法：向冷卻系統加入 40℃～50℃的溫水，避免用開水，這樣會有水溫度太高使得散熱器芯管、氣缸蓋發生脹裂的威脅。用溫水慢慢的進行預熱，當流出的水溫度比較高時停止注水。這樣可以提升發動機的溫度，防止冬季溫度太低時，發送機起動困難且耗油量大的問題。

同樣適用柴油機冬季採用軟化水作為冷卻液的情況的蒸汽機預熱法，這個與用熱水預熱的原理差不多。讓蒸汽通過管道從水箱的下水管進入冷卻系統，或者直接進入柴油發動機的冷卻水套，用蒸汽的溫度來預熱。

或者，在柴油機內加入一種循環裝置，採用外置強制循環式燃油加熱器的方法。這種方法是利用一種隨機的燃料，把燃油加熱器附帶的水泵，然後將柴油機冷卻系統內的冷卻液先抽出來，把它加熱後再循環至柴油機機體內預熱柴油機，這時柴油機內部的氣缸、活塞、活塞環以及其它摩擦副之間的機油溫度就會隨之升高。當柴油機的機體達到 40℃～50℃的時候，柴油機的機油溫度也升高了，粘度就會降低了，這樣柴油機就可以很好的運行起來了；

還有就是採用低溫性能比較好的專用蓄電池。性能好的蓄電池都是運用了單元螺旋卷繞技術，它的極板之間的間隙非常小，採用固態酸，可以被玻璃纖維網吸附，在低溫時，也無液態酸冰凍現象 ，在－40℃環境條件依然可以正常工作。

熱管技術近年來在工程中的應用日益普及,不僅在傳統的傳熱傳質設備更新改造方面顯示出了強大的生命力,而且在餘熱回收、節能方面取得了顯著效果。熱管是一種新型的高效傳熱元件,由於其具有極好的傳熱性能、結構簡單、工作可靠、使用壽命長等優點,推廣應用於機械設備的冷卻等方面。熱管技術在柴油機排氣餘熱回收中的利用，眾所周知船用柴油機的熱效率一般只有30%~40%,其中30%燃料放出的熱量是從煙氣中排放掉了,利用熱管回收這部分熱量,回收的餘熱大多是產生低壓蒸汽,低壓蒸汽可以用來加熱生活用水,或作其它加熱熱源。柴油機用的熱管鍋爐有結構緊湊、體積小、重量輕、發汽快等優點。如船用柴油機是船舶的主要動力,其排氣餘熱約佔總效率的34%,利用這部分餘熱解決船員和旅客的生活用水等。為了節省運行費用，大型柴油機一般採用重油為燃料,但重油的粘度很高,必須蒸汽加熱才能保持良好流動性及燃燒效果。過去產生蒸汽必須專門配備鍋爐。採用熱管鍋爐回收柴油機的排氣餘熱，產生蒸汽用於加熱重油和對油庫進行保溫，大大節省燃料消耗，提高了柴油機的綜合熱效率並降低了運行費用。

Na2SO4·10H2O是一種典型的無機水合鹽相變儲能材料, 有較高的潛熱( 254kJ/kg)和良好的導熱性能、化學穩定性好、無毒、價格低廉, 並可多次重複使用。相變儲熱材料是指在升溫過程中發生相變的同時，從環境中吸收( 或放出) 大量的熱(冷) 量的一類物質，能一定程度上解決能量利用在時間和空間上不匹配的矛盾。相變材料具有儲熱量大，相變過程近似恆溫等特點，因合適的相變溫度, 能用於貯存各種廢熱, 與其它無機鹽( 如 NaCl) 形成的低共熔鹽的相變溫度可控制在 20～30℃範圍內。這一溫度範圍是人們生活和儀器、儀表正常工作的最佳溫度區間。Na2SO4·10H2O俗稱芒硝, 白色或無色透明晶體, 單斜晶系,呈芒狀或顆粒狀小晶體的集合體, 或呈硬殼狀和微密鹽塊狀, 密度 1.4～1.5g/cm3, 硬度莫氏標度 1.5～2.0 級, 具有玻璃光澤,溶於水, 不溶於乙醇。因此 Na2SO4·10H2O以其優越的性能, 成為很具吸引力的潛熱儲熱材料。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是現有空氣源熱泵空調系統在冬季低溫制熱時難以可靠運行、空調效率低、甚至不能工作，提供一種在低溫環境中利用尾氣餘熱保證客車熱泵技術高效率運行，在客車空調上安裝簡單、操作方便、熱泵系統運行效率高的帶有熱壓膜片氣囊管熱泵型客車空調頂置風機除冰系統。

為解決上述技術問題，本實用新型採用下述技術方案：一種客車低溫啟動系統，包括發動機、低溫啟動系統和餘熱利用系統，所述的低溫啟動系統包括蓄電池、儲存器、電熱塞，儲存器設置在發動機下方，儲存器與發動機的進氣管相連，蓄電池設置在發動機上方，蓄電池和電熱塞電連接，電熱塞卡接在進氣管上；所述的餘熱利用系統包括設置在發動機一側的餘熱收集管和尾氣管，餘熱收集管和尾氣管通過熱管與餘熱利用裝置相連通。

所述餘熱利用系統還包括與尾氣管相連的氣-液熱交換器和氣-氣熱交換器，氣-液熱交換器和氣-氣熱交換器並聯連接；發動機的低溫冷卻液通過管道與氣-液熱交換器連通，氣-液熱交換器中的高溫冷卻液通過管道進入駕駛室或回流至發動機；與氣-氣熱交換器通過管道相連還設有空濾器，氣-氣熱交換器中的熱風進入駕駛室或液壓工作系統鋼管外壁。

所述儲存器為Na2SO4·10H2O儲存器。

所述電熱塞有四個。

所述的餘熱利用裝置包括溫水器、除霧除霜裝置或小型烤麵包機。

所述的發動機餘熱收集管和尾氣管並聯後與熱管連接，熱管分為至少兩條支路與餘熱利用裝置連通。

所述的儲存器與發動機通過溫控轉換開關連接。

採用上述結構的本實用新型解決了冬季由於環境溫度較低，車用柴油機啟動困難的問題。這是由於機油粘度增高，起動阻力矩增大，蓄電池工作能力降低，以及燃油氣化性能變壞的緣故。為保證低溫條件下迅速可靠起動，在柴油機上設有低溫起動預熱裝置，以提高進入氣缸的空氣（或可燃混合氣）的溫度，改善混合氣的形成條件，降低啟動阻力矩，在保證順利啟動的同時，減少啟動過程中的零件磨損。

附圖說明

圖1是本實用新型客車低溫啟動系統原理圖；

圖2是本實用新型電熱塞進氣預熱裝置原理圖；

圖3是本實用新型電熱塞進氣預熱裝置的剖面結構示意圖；

圖4是本實用新型雙熱源進氣預熱裝置接線圖；

圖5是本實用新型低溫環境下發動機尾氣餘熱熱循環利用流程圖。

具體實施方式

如圖1至圖5所示，本實用新型包括發動機1、低溫啟動系統和餘熱利用系統，所述的低溫啟動系統包括蓄電池2、儲存器3、電熱塞6，儲存器3設置在發動機1下方，儲存器3與發動機的進氣管14相連，蓄電池2設置在發動機1上方，蓄電池2和電熱塞6電連接，電熱塞6卡接在進氣管14上；所述的餘熱利用系統包括設置在發動機1一側的餘熱收集管7和尾氣管8，餘熱收集管7和尾氣管8通過熱管5與餘熱利用裝置相連通。通過新型預熱方式實現客車在低溫下啟動，並對餘熱回收利用，實現能量最大效率的利用。電熱塞6在蓄電池2與發動機1之間，應用電熱塞進行尾氣預熱高效輔助發動機1冷啟動。

所述餘熱利用系統還包括與尾氣管8相連的氣-液熱交換器12和氣-氣熱交換器16，氣-液熱交換器12和氣-氣熱交換器16並聯連接；發動機1的低溫冷卻液通過管道與氣-液熱交換器12連通，氣-液熱交換器12中的高溫冷卻液通過管道進入駕駛室18或回流至發動機1；與氣-氣熱交換器16通過管道相連還設有空濾器15，新鮮空氣通過空濾器15進入氣-氣熱交換器16，氣-氣熱交換器16中的熱風進入駕駛室18或液壓工作系統19鋼管外壁。

所述儲存器3為Na2SO4·10H2O儲存器。

所述電熱塞6有四個。

所述的餘熱利用裝置包括溫水器9、除霧除霜裝置10或小型烤麵包機11。尾氣餘熱的可以進行加熱溫水、進行車窗除霧除霜、烤麵包等。

所述的發動機餘熱收集管7和尾氣管8並聯後與熱管5連接，熱管5分為至少兩條支路與餘熱利用裝置連通。

所述的儲存器3與發動機1通過溫控轉換開關4連接；

低溫啟動系統：柴油發動機啟動之前，先將啟動開關轉至「預熱」位置，使蓄電池的電流通向電熱塞6，約 30～40s後，電熱塞6內端頭溫度可達 900℃以上。然後將起動開關轉至起動位置，使電熱塞保持在熾熱狀態下起動發動機，進氣管內的進氣通過 4 個灼熱的電熱塞被加熱，從而可提高壓縮機壓縮終了時的溫度，使噴入氣缸的柴油容易著火，實現柴油發動機的順利啟動。

在發動機進氣系統設置具有一定質量的加熱儲能體，即Na2SO4·10H2O儲存器，啟動前用小電流將儲存器3加熱到設定溫度，啟動時儲存器3可以作為一個熱源不斷地向進氣管內空氣提供熱量。

在發動機進氣系統也可以設置一個雙熱源進氣預熱裝置，如圖4所示，圖中標號為：預熱開關41、保險絲42、易熔絲43、蓄電池2、預熱指示燈44、控制器45、預熱繼電器46、 PTC預熱器47，雙熱源進氣預熱裝置是一種儲能型電熱陶瓷進氣預熱加熱器，它採用正溫度係數熱敏陶瓷作為熱體。以儲熱－熱交換方式工作，結構為同心分布多級串聯散熱片形式。正溫度係數的 PTC 電熱陶瓷材料是屬於鐵鈦酸鋇類半導體，其電阻值可隨溫度變化而改變，使加熱器的電流發生變化，加熱溫度得到自動控制。當外界溫度為20℃時，其電阻僅為0.2－0.4Ω。電路一接通，即柴油機啟動開關一打開，瞬時加熱電流很大，溫度迅速升高，1min 內即可達到 60－80℃，3min 內即可達到200℃。 此時，電阻值趨向無窮大，電流趨於0，溫度不再升高，電路幾乎切斷。該裝置與常用的火焰塞、電熱塞相比，具有結構緊湊、熱量集中、熱效率高、功耗低、自動恆溫、耗比低、可靠性好、發熱體不氧化、壽命長、故障率低、適用溫度範圍廣、配套控制器具有聲光顯示等優點。能配裝各種柴油機，且無須改動原機零部件。

低溫環境下發動機尾氣餘熱循環系統如圖5所示：在低溫環境時利用發動機1小循環的小循環低溫冷卻液，通過一個氣-液熱交換器12與發動機高溫尾氣進行熱交換，使低溫冷卻液溫度迅速升高至理想值，從而縮短了低溫環境下暖機時間。低溫冷卻液溫度升至一定數值後，可將加溫後的高溫冷卻液來給駕駛室提供熱量；當冷卻液溫度超過某一設定值後，溫控轉換開關Ⅱ13自動切斷尾氣，尾氣繞過該氣-液交換器而直接排至大氣。

當駕駛室不需要加熱時，溫控轉換開關Ⅰ14使發動機低溫冷卻液直接流回發動機1，以減小低溫冷卻液流經通道形成的壓力損失。同時，在低溫環境時利用一個簡易空濾器15過濾環境的新鮮空氣，然後，過濾後的新鮮空氣通過一個氣-氣熱交換器16與發動機高溫尾氣進行熱交換，使新鮮空氣迅速被加熱，由風機17把熱風強制送到駕駛室18內，供駕駛室取暖。同時，一部分熱量通向液壓工作系統19的鋼管外壁，給液壓油加熱。