工程機械車輛排氣系統熱量利用裝置及其控制系統的製作方法

2023-10-10 00:25:59

本發明屬於工程機械車輛技術領域，具體涉及一種工程機械車輛排氣系統熱量利用裝置及其控制系統。

背景技術：

工程機械車輛動力系統全部使用柴油發動機。柴油發動機全部安裝在車輛尾部（例如挖掘機、裝載機和平地機等）。柴油機普遍使用廢氣渦輪增加裝置，且整個排氣系統結構緊湊。工程機械車輛在在低溫和寒冷條件下工作，由於氣候原因將會導致柴油的流動性降低，柴油黏度增大，增加燃油系統供油阻力，導致高壓泵油系統的精密偶件磨損，影響噴油器霧化；在極端嚴寒溫度下，柴油會凝固，燃油系統不能供油，柴油機不能工作，工程機械車輛不能使用，無法完成施工作業。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足之處，本發明提供一種工程機械車輛排氣系統熱量利用裝置及其控制系統，對工程機械柴油機排氣系統的主要熱量產生區域排氣歧管的廢氣渦輪增壓器處和排氣淨化裝置與消聲器處的熱量加以回收利用。

本發明是通過如下技術方案實現的：一種工程機械車輛排氣系統熱量利用裝置，在油箱的下方設有潤滑油散熱器以及冷卻液散熱器，所述的潤滑油散熱器上設有儲油器，潤滑油散熱器的進油管和回油管均與廢氣渦輪增壓器的主軸相連，所述的進油管上設有進油閥門，所述的回油管上設有回油閥門，在進油管上還設有油泵和潤滑油溫度傳感器，油泵由電動機Ⅰ驅動，所述的潤滑油溫度傳感器用於控制潤滑油散熱器下方風扇Ⅰ的轉速；所述的冷卻液散熱器的進水管和回水管均與冷卻液交換器相連，所述的冷卻液交換器套裝在排氣管上，冷卻液交換器與排氣管間使用若干支架連接使得冷卻液交換器與排氣管間留有間隙，所述的進水管上設有水泵、冷卻液溫度傳感器和節溫器，所述的水泵由電動機Ⅱ驅動，所述的冷卻液溫度傳感器用於控制冷卻液散熱器下方的風扇Ⅱ的轉速，當進水管內的冷卻液達到特定值時，節溫器打開儲液器進行降溫。

進一步地，還包含有導風罩，所述的導風罩將油箱、潤滑油散熱器和冷卻液散熱器包含在其內部，導風罩與油箱、潤滑油散熱器和冷卻液散熱器間的間隙形成熱氣通道。

進一步地，所述的冷卻液交換器使用四根支架固定在排氣管上。

進一步地，所述的冷卻液交換器與排氣管間的間隙為10mm～20mm。

進一步地，所述的排氣管上設有尾氣淨化裝置。

進一步地，所述的排氣管上設有消聲器。

一種工程機械車輛排氣系統熱量利用裝置的控制系統，蓄電池的正極通過保險絲Ⅰ與電源開關的一端和主控繼電器常開觸點的一端相連，電源開關的另一端與主控繼電器線圈觸點一端相連，主控繼電器線圈觸點的另一端與蓄電池的負極相連，主控繼電器常開觸點的另一端與保險絲Ⅱ、保險絲Ⅲ、保險絲Ⅳ、保險絲Ⅴ的一端相連，保險絲Ⅱ的另一端與電動機Ⅰ的一端相連，電動機Ⅰ的另一端與蓄電池負極相連，保險絲Ⅲ的另一端與電動機Ⅱ的一端相連，電動機Ⅱ的另一端與蓄電池負極相連，潤滑系統控制繼電器線圈觸點的一端、潤滑系統控制繼電器常開觸點的一端、潤滑系統風扇低溫控制開關的一端、潤滑系統風扇高溫控制開關的一端與保險絲Ⅳ的另一端相連，潤滑系統控制繼電器線圈觸點的另一端與蓄電池負極相連，潤滑系統風扇低溫控制開關的另一端與電阻Ⅰ的一端相連，潤滑系統控制繼電器常開觸點的另一端、潤滑系統風扇高溫控制開關的另一端、電阻Ⅰ的另一端與潤滑油散熱器風扇電機的一端相連，潤滑油散熱器風扇電機的另一端與蓄電池負極相連，冷卻液風扇控制繼電器線圈觸點的一端、冷卻液風扇控制繼電器常開觸點的一端、冷卻液風扇低溫控制開關的一端、冷卻液風扇高溫控制開關的一端與保險絲Ⅴ的另一端相連，冷卻液風扇控制繼電器線圈觸點的另一端與蓄電池負極相連，冷卻液風扇低溫控制開關的另一端與電阻Ⅱ的一端相連，冷卻液風扇控制繼電器常開觸點的另一端、冷卻液風扇高溫控制開關的另一端、電阻Ⅱ的另一端與冷卻液散熱器風扇電機的一端相連，冷卻液散熱器風扇電機的另一端與蓄電池負極相連。

本發明的有益效果是：在油箱下安裝渦輪增壓器潤滑油散熱器和排氣系統冷卻液散熱器，利用高速電動風扇對兩個散熱器進行空氣冷卻，冷卻後產生熱風，在油箱周圍安裝空氣導流裝置，散熱器產生熱風通過油箱底部和四周，通過熱空氣對柴油箱進行加熱，完成熱量轉換，提高了柴油流動性，避免柴油凝固。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明油箱加熱示意圖；

圖3為本發明冷卻液交換器與排氣管配合示意圖；

圖4為本發明控制系統圖；

圖中，1、主軸，2、廢氣渦輪增壓器，3、柴油機，4、柴油機潤滑系統進油閥門，5、進油閥門，6、進油管，7、尾氣淨化裝置，8、油泵，9、電動機Ⅰ，10、冷卻液交換器，11、排氣管，12、回水管，13、進水管，14、消聲器，15、水泵，16、電動機Ⅱ，17、冷卻液溫度傳感器，18、節溫器，19、儲液器，20、潤滑油散熱器，21、風扇Ⅱ，22、風扇Ⅰ，23、冷卻液散熱器，24、油箱，25、導風罩，26、儲油器，27、潤滑油溫度傳感器，28、回油管，29、回油閥門，30、柴油機潤滑系統回油閥門，31、蓄電池，32、潤滑油散熱器風扇電機，33、冷卻液散熱器風扇電機，34、保險絲Ⅰ，35、電源開關，36、主控繼電器，37、保險絲Ⅱ，38、保險絲Ⅲ，39、保險絲Ⅳ，40、潤滑系統控制繼電器，41、潤滑系統風扇低溫控制開關，42、潤滑系統風扇高溫控制開關，43、電阻Ⅰ，44、冷卻液風扇控制繼電器，45、冷卻液風扇低溫控制開關，46、冷卻液風扇高溫控制開關，47、電阻Ⅱ，48、保險絲Ⅴ。

具體實施方式

下面根據附圖和實施例對本發明進一步說明。

如圖1至圖3所示，一種工程機械車輛排氣系統熱量利用裝置，在油箱24的下方設有潤滑油散熱器20以及冷卻液散熱器23，所述的潤滑油散熱器20上設有儲油器26，潤滑油散熱器20的進油管6和回油管28均與廢氣渦輪增壓器2的主軸1相連，所述的進油管6上設有進油閥門5，所述的回油管28上設有回油閥門28，在進油管6上還設有油泵8和潤滑油溫度傳感器27，油泵8由電動機Ⅰ9驅動，所述的潤滑油溫度傳感器27用於控制潤滑油散熱器20下方風扇Ⅰ22的轉速；所述的冷卻液散熱器23的進水管13和回水管12均與冷卻液交換器10相連，所述的冷卻液交換器10套裝在排氣管11上，冷卻液交換器10與排氣管11間使用若干支架連接使得冷卻液交換器10與排氣管11間留有間隙，所述的進水管13上設有水泵15、冷卻液溫度傳感器17和節溫器18，所述的水泵15由電動機Ⅱ16驅動，所述的冷卻液溫度傳感器17用於控制冷卻液散熱器23下方的風扇Ⅱ21的轉速，當進水管13內的冷卻液達到特定值時，節溫器18打開儲液器19進行降溫。

還包含有導風罩25，所述的導風罩25將油箱24、潤滑油散熱器20和冷卻液散熱器23包含在其內部，導風罩25與油箱24、潤滑油散熱器20和冷卻液散熱器23間的間隙形成熱氣通道，使油箱24四周均勻加熱。

所述的冷卻液交換器10使用四根支架固定在排氣管11上，保證冷卻液交換器10能牢靠的固定在排氣管11上。

所述的冷卻液交換器10與排氣管11間的間隙為10mm～20mm，在保護冷卻液交換器10的同時又能使冷卻液交換器10內的冷卻液得到足夠的熱能。

進一步地，所述的排氣管11上設有尾氣淨化裝置7對尾氣進行處理。

進一步地，所述的排氣管11上設有消聲器14以消除噪聲影響。

如圖4所示，一種工程機械車輛排氣系統熱量利用裝置的控制系統，蓄電池31的正極通過保險絲Ⅰ34與電源開關35的一端和主控繼電器36常開觸點的一端相連，電源開關35的另一端與主控繼電器36線圈觸點一端相連，主控繼電器36線圈觸點的另一端與蓄電池31的負極相連，主控繼電器36常開觸點的另一端與保險絲Ⅱ37、保險絲Ⅲ38、保險絲Ⅳ39、保險絲Ⅴ48的一端相連，保險絲Ⅱ37的另一端與電動機Ⅰ9的一端相連，電動機Ⅰ9的另一端與蓄電池31負極相連，保險絲Ⅲ38的另一端與電動機Ⅱ16的一端相連，電動機Ⅱ16的另一端與蓄電池31負極相連，潤滑系統控制繼電器40線圈觸點的一端、潤滑系統控制繼電器40常開觸點的一端、潤滑系統風扇低溫控制開關41的一端、潤滑系統風扇高溫控制開關42的一端與保險絲Ⅳ39的另一端相連，潤滑系統控制繼電器40線圈觸點的另一端與蓄電池31負極相連，潤滑系統風扇低溫控制開關41的另一端與電阻Ⅰ43的一端相連，潤滑系統控制繼電器40常開觸點的另一端、潤滑系統風扇高溫控制開關42的另一端、電阻Ⅰ43的另一端與潤滑油散熱器風扇電機32的一端相連，潤滑油散熱器風扇電機32的另一端與蓄電池31負極相連，冷卻液風扇控制繼電器44線圈觸點的一端、冷卻液風扇控制繼電器44常開觸點的一端、冷卻液風扇低溫控制開關45的一端、冷卻液風扇高溫控制開關46的一端與保險絲Ⅴ48的另一端相連，冷卻液風扇控制繼電器44線圈觸點的另一端與蓄電池31負極相連，冷卻液風扇低溫控制開關45的另一端與電阻Ⅱ47的一端相連，冷卻液風扇控制繼電器44常開觸點的另一端、冷卻液風扇高溫控制開關46的另一端、電阻Ⅱ47的另一端與冷卻液散熱器風扇電機33的一端相連，冷卻液散熱器風扇電機33的另一端與蓄電池31負極相連。

工程機械車輛普遍使用24V直流電源，當工程機械車輛柴油機3起動時，接通電源開關35，潤滑系統電機9帶動油泵8工作，潤換油循環，冷卻系統電機16帶動水泵15旋轉工作，冷卻系統循環。潤滑油溫度傳感器27和冷卻液溫度傳感器17實時監控液體溫度，各溫度傳感器獨立控制各系統散熱器風扇，當溫度分別達到40℃時，接通潤滑系統風扇低溫控制開關41和冷卻液風扇低溫控制開關45，風扇Ⅱ21和風扇Ⅰ22開始工作，向散熱器吹風，經過散熱器的冷空氣被加熱成熱空氣吹向油箱24底部，通過導風罩在流向油箱24四周，油箱24被均勻加熱。當油溫和冷卻也溫度達到90℃時，接通潤滑系統風扇高溫控制開關42和冷卻液風扇高溫控制開關46，散熱器風扇風扇Ⅱ21和風扇Ⅰ22高轉速旋轉，能產生更大氣流吹向散熱器，經散熱器能產生更大熱空氣吹向油箱，油箱內的柴油溫度能進一步提高，保證柴油正常流動。兩個獨立冷卻風扇，由各自溫度傳感器控制，能有效保整個系統的可靠有效工作。

一、本發明設計原理

工程機械柴油機排氣系統裝置主要熱量產生區域在排氣歧管的廢氣渦輪增壓器處和尾氣淨化裝置與消聲器處。

1、工程機械車輛柴油機普遍採用廢氣渦輪增壓器，廢氣渦輪增壓器的主軸需要潤滑，增壓器主軸的潤滑是依靠柴油機潤滑系統來完成的。通過優化設計，廢氣渦輪增壓器的主軸潤滑採用一套獨立的潤滑裝置，增壓器產生的熱量通過潤滑油帶走，送至潤滑油散熱器將熱量傳遞給油箱，對油箱進行加熱。

2、在工程機械柴油機排氣系統中，由於柴油機排氣量大，排氣系統緊湊，整個排氣管短而粗。通過優化設計，對尾氣進化裝置與消聲器之間排氣管的熱量加以回收，通過冷卻液散熱器將排氣熱量傳遞給油箱，對柴油進行加熱。

二、本發明工作流程

廢氣渦輪增壓器熱量轉換裝置：在低溫或嚴寒條件下使用這套系統對油箱進行加熱。通過關閉柴油機潤滑系統進油閥門4和柴油機潤滑系統回油閥門30將柴油機3的潤滑系統與廢氣渦輪增壓器2的主軸1斷開，打開進油閥門5和回油閥門29，進油管6上安裝油泵8和驅動油泵的電動機9來提供潤滑油的循環。潤滑油溫度傳感器27來檢測潤滑油溫度，進而控制潤滑油散熱器20下面的風扇Ⅰ22的轉速來調節散熱量，風扇Ⅰ22產生的高速氣流吹向潤滑油散熱器20片間的間隙，將潤滑油散熱器20內高溫潤滑油的熱量帶走，同時空氣被加熱，熱空氣吹向油箱24底部，使油箱24底部均勻加熱，按照導風罩25的導向作用，熱空氣繼續吹向油箱24四周，油箱24四周也均勻被加熱。

排氣管熱量轉換裝置：冷卻液交換器10套裝在排氣管11上不予排氣管11接觸，進水管13上安裝驅動冷卻液循環的水泵15，水泵由電機帶動16；進水管16上安裝一個節溫器18，用來控制冷卻液的循環溫度，當溫度超過90℃時，節溫器18自動打開讓儲液器19裡面的冷卻液流入循環系統來降低冷卻液溫度；進水管上安裝冷卻液溫度傳感器17，用來檢測冷卻液溫度，控制冷卻液散熱器23下面的風扇Ⅱ21轉速，適時改變散熱強度，風扇Ⅱ21產生的高速氣流吹向冷卻液散熱器23片間的間隙，將冷卻液散熱器23內高溫冷卻液的熱量帶走，同時空氣被加熱，熱空氣吹向油箱24底部，使油箱24底部均勻加熱，按照導風罩25的導向作用，熱空氣繼續吹向油箱24四周，油箱24四周也均勻被加熱。