加热装置和车辆发动机系统、控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种加热装置。本发明还涉及一种车辆发动机系统，车辆发动机系统控制方法及车辆。

背景技术

在汽车冷启动和暖机过程中，发动机转速很低，进气管的真空度很高，进气流速和温度均很低，导致汽油雾化不良，蒸发差，难以与空气形成均匀的可燃混合气，为了顺利启动，必须增加喷油量，向汽油机提供很浓的混合气。

另外，缸内残余废气浓度高，燃烧室的温度低，发动机的燃烧很不稳定，容易出现失火等不正常燃烧现象，造成大量的碳氢化合物和一氧化碳排放。由于排气温度低于催化剂的起燃温度(250℃～350℃)，三效催化转化器还不起作用，因而造成大量的碳氢化合物的排放。

研究表明，冷启动和暖机工况测试阶段内碳氢化合物排放量占整个测试循环总排放量的60％-80％。浓混合气、低的压缩温度和壁面温度等，都会使得燃烧不完全，碳氢化合物和一氧化碳的排放增加。

在汽车发动机冷启动时，由于在前一个工作状态时供给摩擦副的润滑机油几乎全部回落到机油底盘中，因此，其主要摩擦副处于干摩擦或临界摩擦状态，这种干摩擦(无润滑油下金属与金属之间的摩擦)是普遍存在的，并且有资料表明发动机磨损的80％来自于干摩擦。

干摩擦的结果造成燃油、机油消耗量增加，尾气有害排放物增加，最终还导致发动机过早报废。在冬季低温，特别是零下几十度环境下发动机冷启动，比一般意义上的冷启动产生的干摩擦更加严重，原因在于低温下机油粘度大增，流动性极差，系统阻力，尤其是滤清器中的阻力大增，机油难以顺畅均匀进入各摩擦副，启动发动机时，必然造成干摩擦时间增加，磨损程度加大，而且发动机难以启动。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种加热装置，以实现对气道的加热。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种加热装置，包括：储液器，内部形成有容纳腔，所述储液器上设有连通所述容纳腔的进液口和出液口；气体输送管，套设在所述储液器的外部；在所述气体输送管和所述储液器的外表面之间形成有气道，所述气体输送管上形成有连通所述气道的进气口和出气口；加热部，作用在所述气体输送管上，所述加热部在得电状态下加热流经所述气道的气流。

进一步的，所述加热部为缠绕在所述气体输送管上的电磁线圈。

进一步的，构成所述加热部电量供给的供电部包括电源，控制供电部开启的电磁开关，连接在电磁开关上的转换器，以及连接在所述转换器和所述加热部之间的逆变器。

进一步的，在所述加热部的外部套设有电磁屏蔽罩。

进一步的，在所述储液器的外表面上，设置有位于所述气道内的散热片。

进一步的，在所述加热装置内设有套设在所述气体输送管外部的绝缘隔热层。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的加热装置，加热部能够对流经气道的气流进行加热，而气流的温度提高便能够将热量传递给储液器内部的液体，进而实现气体和液体的共同预热。

另外，电磁线圈能够利用交变电流产生磁场，使用磁场中产生的电磁感应热量对气道内的气体以及储液器内的液体进行加热，实现气体和液体的快速预热。

本发明的储液器外表面上连接有位于气道内的散热片，散热片结构能够对热量进行传导，热能量由气道内被加热的气体传导给储液器内的液体，以对液体进行加热。

此外，绝缘隔热层的设置，能够将电磁感应产生的热量封锁在气体输送管内部，以减少热量损失。

本发明的另一目的在于提出一种车辆发动机系统，包括发动机，经由导通可控的第一进气通道连接在所述发动机进气端口，连接在所述发动机出气端口上的催化器，设置在所述发动机的冷却液进口的泵送装置，顺次连接在所述发动机冷却液出口处的温控阀门和散热装置，在所述发动机进气端口、冷却液进口的上游连接有如上所述的加热装置；

所述加热装置的进气口导通可控的连接在所述空气滤清器上，所述出气口上连通设有导通可控的第二进气通道，所述第二进气通道连接在所述发动机的进气端口上；所述加热装置的出液口连接在所述泵送装置的进液端，所述进液口上连通设有第一进液通道，所述第一进液通道连接在所述散热装置的出液端。

进一步的，所述出气口上并联有导通可控的第三进气通道，所述第三进气通道连接在所述催化器的进气端。

进一步的，所述出气口上并联有导通可控的第三进气通道，所述第三进气通道连接在所述催化器的进气端。

本发明的车辆发动机系统，当发动机正常启动时，加热装置不启动，此时由空气滤清器进入的空气经第一进气通道进入到发动机内参与燃烧，第一当发动机进气温度较低时，加热装置对由空气滤清器进入的冷空气进行加热并从第二进气通道和第三进气通道进入到发动机参与燃烧，同时，加热装置也对第一进液通道内的液体进行加热，提高发动机的温度以缩短发动机预热时间，从而实现发动机的快速预热。

另外，本发明还提出了一种车辆发动机系统的控制方法，该控制方法基于如上所述的车辆发动机系统，包括如下步骤：

启动发动机；

控制加热装置启动加热；

控制第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道导通；同时控制第一进液通道导通；

当所述发动机冷却液出口的温度达到目标阈值时，控制所述加热装置停止加热的同时，关闭所述第二进气通道、所述第三进气通道和所述第一进液通道，并控制所述第二进液通道导通。

进一步的，所述车辆发动机系统经由控制器控制。

相对于现有技术，本发明的车辆发动机系统的控制方法，启动发动机并开启加热装置，加热装置对液体和气体进行加热，并分别从第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道和第二进液通道进入发动机，提高发动机缸套的温度，可实现发动机的快速预热。当发动机冷却液出口的温度到达目标阈值时，加热装置停止加热，利用第一进液通道上的散热装置对冷却液进行降温，完成冷启动阶段的预热。而本发明的控制方法能够针对于发动机的不同工况来开启或关闭进气通道或者进液通道，从而实现对发动机的快速暖机。

此外，本发明提供了一种车辆，该车辆上配置有如上所述的车辆发动机系统。本发明的车辆通过配置有如上所述的车辆发动机系统，能够降低发动机干摩擦，以减少发动机的磨损并提高发动机的使用寿命。

附图说明

构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的加热装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一所述的加热装置的结构示意图；

图3为本发明实施例一所述的加热装置的原理示意图；

图4为本发明实施例一所述的加热装置供电部的原理图；

图5为本发明实施例二所述的车辆发动机系统的结构示意图；

图6为本发明实施例二所述的第一进气通道的原理图；

图7为本发明实施例二所述的第二进气通道的原理图；

图8为本发明实施例二所述的第三进气通道的原理图；

图9为本发明实施例二所述的第一进液通道的原理图；

图10为本发明实施例二所述的第二进液通道的原理图；

图11为本发明实施例三所述的方法流程图。

附图标记说明：

1、空气滤清器；2、发动机；3、催化器；4、消声器；51、电源；52、电磁开关；53、转换器；54、逆变器；55、加热装置；551、气体输送管；552、储液器；553、散热片；554、电磁线圈；555、绝缘隔热层；556、电磁屏蔽罩；61、第一电磁阀门；62、第二电磁阀门；63、第三电磁阀门；64、第四电磁阀门；71、水泵；72、第五电磁阀门；73、温控阀门；74、散热装置；8、控制器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种加热装置，整体结构上，该加热装置55包括内部形成有容纳腔的储液器552，储液器552上设有连通容纳腔的进液口和出液口，气体输送管551套设在储液器552的外部，在气体输送管551和储液器552的外表面之间形成有气道，气体输送管551上形成有连通气道的进气口和出气口，加热部作用在气体输送管551上，加热部在得电状态下加热流经气道的气流。

如上结构，加热部能够对流经气道的气流进行加热，而气流的温度提高便能够将热量传递给储液器522内部的液体，进而实现气体和液体的共同预热.

基于如上整体设计，本实施例的加热装置的一种示例性结构如图1和图2所示，需要说明的是，本实施例的加热装置可应用在发动机2上，当然，加热装置也可应用在其他需要加热气体或液体的部件或设备上。

若加热装置55应用在发动机2，那么上述的储液器552内的液体则可采用冷却液。具体而言，气体由气道的进气口进入，经加热后从出气口流出进入到发动机2内，使发动机2快速达到暖机条件。被加热的储液器552内的液体和气道内的气体进入发动机2内，提高发动机2的温度以缩短发动机2预热时间，从而实现发动机2的快速预热。

其中，气道的进气口和出气口具体分布在储液器552的径向两侧，并分置在轴向两端，并如图2中示出的AB气道的示意位置，也就是说，A处即为气道的进气口，B处即为气道的出气口，当然，A处也可以为出气口，B处为进气口。另外，图2中示出的CD是为冷却液的液体通路。

此外，在储液器552的外表面上，设置有位于气道内的散热片553，本实施例中，具体的，散热片553为平行间隔布置在储液器552的外表面的多片，并在散热片553远离储液器552的端部与气体输送管551内壁之间具有间距，而散热片553与气体输送管551之间的间距则形成上述的AB气道。值得一提的是，加热部对气道内的气体进行加热，此时气体的温度便可通过散热片553传导给冷却液，以加热冷却液，另外，热能量还可由冷却液传导给气体，以对冷却液进行降温。

参照图3，本实施例的加热部具体为缠绕在气体输送管551上的电磁线圈554，电磁线圈554均匀的缠绕在气体输送管551外。另外，结合图4，构成加热部电量供给的供电部包括电源51，控制供电部开启的电磁开关52，连接在电磁开关52上的转换器53，以及连接在转换器53和加热部之间的逆变器54。

具体而言，电源51、电磁开关52、转换器53以及逆变器54均为车辆现有部件，电源51作为电量来源，可为电磁线圈554感应加热提供电力，电磁开关52用于执行电磁线圈554是否开启，转换器53分别与电磁线圈554的正负极相连，转换器53用于对电源51电压进行变换，并根据实际使用工况来判定是否进行升压或降压，逆变器54则用于将直流电转换为交流电，以产生用于加热冷却液和气体的电磁场。

由此可以理解的，开启电磁开关52，电磁线圈554便开始工作，电磁线圈554能够利用交变电流产生磁场，使用磁场中产生的电磁感应热量对储液器552内的冷却液以及气道内的气体进行加热。

作为本实施例优选的实施方式，在加热部的外部套设有电磁屏蔽罩556，可将电磁场屏蔽以免影响车辆其他部件。进一步的，在加热装置55内设有套设在气体输送管551外部的绝缘隔热层555。绝缘隔热层555能够将电磁感应产生的热量封锁在气体输送管551内部，以减少热量损失。其中，绝缘隔热层555可采用陶瓷纤维、玻璃纤维棉毡等。

本实施例的加热装置，应用在发动机2上，能够利于电磁感应原理对气道内的气体进行加热，同时散热片553将气道内的热量传导给储液器552内的液体，实现液体和气体的共同预热，便能够提高发动机2的温度以缩短发动机2预热时间。

实施例二

本发明涉及一种车辆发动机系统，包括发动机2，经由导通可控的第一进气通道连接在发动机2进气端口，连接在发动机2出气端口上的催化器3，设置在发动机2的冷却液进口的泵送装置，顺次连接在发动机2冷却液出口处的温控阀门73和散热装置74，在发动机2进气端口、冷却液进口的上游联接有如上的加热装置55。

另外，加热装置55的进气口导通可控的连接在空气滤清器1上，出气口上连通设有导通可控的第二进气通道，第二进气通道连接在发动机2的进气端口上。此外，在加热装置55的出气口上并联有导通可控的第三进气通道，第三进气通道连接在催化器3的进气端。

加热装置55的出液口连接在泵送装置的进液端，进液口上连通设有第一进液通道第一进液通道连接在散热装置74的出液端。另外，进液口上还并联有第二进液通道，第二进液通道导通可控的连接在发动机2的冷却液出口上。采用不同的进气通道和进液通道，能够依据发动机2差异工况来选择不同的气路路径和液路路径。

此外，在催化器3一端还顺次连接有消声器4。其中，催化器3是安装在车辆排气系统中的机外净化装置，它可将汽车尾气中的有害气体进行转化，变成无毒无害排放物。而消声器4则是利用声波叠加干涉原理来消除空气动力性噪声和阻止动力性噪声。

具体而言，结合图5和图6所示，值得一提的是，本实施例中的泵送装置采用水泵71，并且发动机2、水泵71、空气滤清器1、温控阀门73、催化器3和散热装置74均为车辆现有零部件。

需要说明的是，在空气滤清器1进入到加热装置55的通路上设有第一电磁阀门61，空气滤清器1进入到发动机2的通路上设有第二电磁阀门62，加热装置55进入到发动机2的通路上设有第三电磁阀门63，加热装置55进入到催化器3的通路上设有第四电磁阀门64。

参照图6，具体而言，第一进气通道是由空气滤清器1排出的空气通过第二电磁阀门62进入到发动机2内部，而后经过催化器3，最后达到消声器4处。能够知道的是，第一进气通道不经过加热装置55，所以在发动机2处于常规工况时，由空气滤清器1进入的空气则通过第一进气通道进入到发动机2内参与发动机2燃烧。

也就是说，在发动机2处于正常工作状态下，加热装置55、第一电磁阀门61、第三电磁阀门63和第四电磁阀门64均处于关闭状态。

此外，参照图7所示，第二进气通道是由空气滤清器1排出的空气通过第一电磁阀门61进入到加热装置55内进行加热，而后空气从加热装置55排出并通过第三电磁阀门63进入到发动机2内，最后经过催化器3到达消声器4处。

结合图8，第三进气通道是由空气滤清器1排出的空气通过第一电磁阀门61进入到加热装置55内进行加热，而后空气从加热装置55排出并通过第四电磁阀门64依次到达催化器3和消声器4处。

当进气温度较低也即发动机2处于冷启动工况时，第一进气通道、第二进气通道和第三进气通道均开启，也就是说，此时第一电磁阀门61、第二电磁阀门62、第三电磁阀门63、第四电磁阀门64和加热装置55均处于开启的状态，空气分别从第一进气通道、第二进气通道和第三进气通道流出。

而基于上述气路的布置，第二进气通道内的空气经由加热装置55加热后进入发动机2，以对发动机2进行温度调节，防止因进入发动机2内的空气温度较低而引发的爆震问题。另外，从空气滤清器1中排出的气体一部分进入到第三进气通道内，第三进气通道内的空气经加热装置55加热后进入到催化器3内，以对催化器3内的催化剂进行加热，使催化剂尽快达到催化反应温度，从而实现控制反应温度，同时持续不断的气体能够为氧化还原反应提供充足的氧气，减少有害气体的排放，避免冷启动阶段有害气体的排放超标。

除此之外，还需结合图9说明的是，在前述的第一进液通道中发动机2与加热装置55的通路上设有第五电磁阀门72，第一进液通道具体是由加热装置55中的冷却液流经水泵71进入到发动机2中，而后冷却液经过第五电磁阀门72回流到加热装置55中完成循环。

而参照图10，第二进液通道具体是由加热装置55中的冷却液流经水泵71进入到发动机2中，而后部分冷却液经过温控阀门73进入到散热装置74中进行降温，最后回流到加热装置55中完成循环。

值得一提的是，水泵71用于将加热装置55内的冷却液输送至发动机2缸套内，实现对发动机2壁面温度和润滑剂的温度的提升，另外，温控阀门73用于判定发动机2缸套是否达到目标阈值，以判定是否完成冷启动暖机过程。

具体而言，结合图5所示，第一进液通道用于发动机2的冷启动阶段，通过加热装置55对冷却液进行加热，持续加热后的冷却液不断为发动机2提供热源供应，以便对发动机2缸套进行持续性加热，而发动机2缸套的低温能量和冷却液循环至加热装置55内，以对回流到加热装置55中的温度较低的冷却液进行循环加热，以此缩短发动机2缸套预热时间，使发动机2尽快到达适宜温度，实现快速暖机，避免冷启动阶段有害气体超标。

此外，第二进液通道用于在冷启动阶段发动机2缸套温度已达到预设温度，即已完成冷启动暖机过程，此时温控阀门73开启，并利用散热装置74对循环至此的冷却液进行降温，同时电磁开关52断开，完成冷启动阶段的预热。

本实施例的车辆发动机系统，发动机2通过针对冷启动阶段或正常启动的工况，可通过不同的液路和气路对进入发动机2内的气体和冷却液进行加热，运用气路和液路交汇处实现热量的再分配，由发动机2工况差异识别热量传递路径，实现发动机2的快速预热，减少发动机2冷启动阶段过程中有害气体的排放量。

实施例三

本实施例涉及一种车辆发动机系统的控制方法，该控制方法基于如实施例二所述的车辆发动机系统，包括如下步骤：

S1、启动发动机2；

S2、控制加热装置55启动加热；

S3、控制第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道导通；同时控制第一进液通道导通；

S4、当发动机2冷却液出口的温度达到目标阈值时，控制加热装置55停止加热的同时，关闭第二进气通道、第三进气通道和第一进液通道，并控制第二进液通道导通。

可以理解的是，发动机2启动后，结合实施例二中的车辆发动机系统中对第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道、第一进液通道和第二进液通道的说明。能够知晓的是，发动机2启动后，电源51开启为加热部供电，也就是加热装置55启动后，第一进气通道、第二进气通道和第三进气通道同时导通，第一进液通道也导通，冷却液和气体经加热装置55加热后对发动机2进行预热。

而当发动机2的冷却液经温控阀门73检测到冷却液的温度已经达到目标阈值时，加热装置55停止加热，此时只有第一进气通道和第二进液通道为导通状态，第二进液通道对冷却液进行降温处理，从而完成发动机2的冷启动阶段的预热。

具体而言，上述车辆发动机系统经由控制器8控制。也就是说，第一进气通道、第二进气通道、第三进气通道、第一进液通道和第二进液通道的导通和关闭均是由控制器8来控制的，具体则是由控制器8控制电磁开关52、第一电磁阀门61、第二电磁阀门62、第三电磁阀门63、第四电磁阀门64和第五电磁阀门72的启闭来实现的。

实施例四

本发明涉及一种车辆，该车辆配置有如实施例二所述的车辆发动机系统。本发明的车辆通过配置有如实施例二所述的车辆发动机系统，能够降低发动机2干摩擦，以减少发动机2的磨损并提高发动机2的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。