一种盘型线圈加热式火焰预热塞及柴油发动机

技术领域

本发明属于发动机冷起动辅助系统技术领域，具体涉及一种盘型线圈加热式火焰预热塞及柴油发动机。

背景技术

柴油机在低温环境下冷机起动过程时，由于进气温度、机体温度与机油温度低、机油粘度大、漏气量大等原因使得压缩终了的缸内温度和压力远低于常规工况，燃油雾化效果差，导致缸内混合气形成及燃烧过程恶化，引起柴油机启动时间长，甚至造成柴油机启动困难、动力性差、排放污染严重等问题。

常用的一种柴油机冷启动辅助装置为进气预热装置，通过将进气预热装置安装在柴油发动机进气管前端，对进气进行预热，提高进气温度，使在压缩上止点时的缸内温度超过柴油喷雾的临界自燃温度，以改善燃油雾化、缩短滞燃期、从而提升柴油机的冷启动性能。

然而，已有的火焰进气预热装置大多通过电加热棒或电热丝点燃表面的柴油进而加热进气。但是在低温环境下，汽车的车载电源蓄电池的电解质活跃性低、性能差且容易亏电，而电加热棒或电热丝加热对启动电压要求更高，这对蓄电池消耗大；并且，电热棒或电热丝与柴油接触面积小、接触时间短，导致柴油气化效果差，进而引发进气预热的效率低，使柴油发动机在低温环境下的着火概率小。上述缺陷大大降低了预热塞不同低温环境下的适用性与发动机在低温恶劣环境下的冷启动性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种盘型线圈加热式火焰预热塞，能够保证柴油发动机在低温条件下正常冷机启动。

本发明采用以下技术方案：

一种盘型线圈加热式火焰预热塞，包括火焰罩、盘形电磁感应线圈、盘形电磁感应加热元件、蒸发网以及通油管；

所述火焰罩的壁面设置有通风孔，且所述火焰罩的底部同轴设置有所述盘形电磁感应线圈；

所述盘形电磁感应加热元件同轴设置于所述盘形电磁感应线圈的顶面；

所述蒸发网同轴设置于所述盘形电磁感应加热元件的顶面；

所述通油管的一端穿过所述火焰罩后插入所述蒸发网，另一端能够与油泵连接；

所述火焰罩的内腔形成混合气腔。

进一步地，所述盘形电磁感应加热元件的顶面设置有储油槽。

进一步地，还包括壳体，所述壳体同轴设置于所述火焰罩的外部，空气流入所述壳体与所述火焰罩之间的筒状空间后通过所述通风孔进入所述火焰罩。

进一步地，还包括空气旋流器，所述空气旋流器同轴安装于所述火焰罩的底部，且空气通过所述空气旋流器后进入所述筒状空间。

进一步地，所述火焰罩的顶部同轴设置有环形的稳焰板。

进一步地，所述火焰罩的底部设置有带通孔的支撑平台；

所述盘形电磁感应线圈承载于所述支撑平台的顶面，且能够通过所述通孔与车载电源电连接。

进一步地，所述盘形电磁感应加热元件为铁磁性加热板。

此外，本发明还提供一种柴油发动机，在该柴油发动机的进气管路内安装有上述的盘型线圈加热式火焰预热塞。

进一步地，所述盘型线圈加热式火焰预热塞的轴向与所述进气管路中的空气来流方向平行。

有益效果：

1、火焰罩的壁面设置有通风孔，且火焰罩的底部同轴设置有盘形电磁感应线圈；盘形电磁感应加热元件同轴设置于盘形电磁感应线圈的顶面；蒸发网同轴设置于盘形电磁感应加热元件的顶面；通油管的一端穿过火焰罩后插入蒸发网，另一端能够与油泵连接；火焰罩的内腔形成混合气腔。

如此，对电磁感应线圈施加交流电，使电磁感应加热元件形成涡流而发热，高频电流的趋肤效应和邻近效应使电磁感应加热元件表面温度快速升高，一方面，可以对通入电磁感应线圈交变电流的频率设计实现对加热功率的有效控制，缩短加热时间，提高加热温度，提高预热塞不同低温环境下的适用性；另一方面，通过电磁感应线圈加热可以有效降低对蓄电池的消耗，延长极寒环境下的蓄电池使用时间。而且，采用盘形电磁感应加热元件作为加热元件可有效提升与柴油及其混合气的接触面积。综合来看，该预热塞优化了油气混合过程，可有效对进气进行预热，提高进气温度，改善燃油气化效果、缩短滞燃期、显著提升柴油机在极寒恶劣环境下的冷启动性能。

2、盘形电磁感应加热元件的顶面设置有储油槽，能够在储存未及时气化柴油的同时增大与未气化柴油的接触面积，促进柴油的进一步气化。

3、壳体同轴设置于火焰罩的外部，空气流入壳体与火焰罩之间的筒状空间后通过通风孔进入火焰罩，如此，能够避免进气直接进入火焰罩，引起吹熄。

4、空气旋流器同轴安装于火焰罩的底部，且空气通过空气旋流器后进入筒状空间，如此，空气旋流器起到引流作用，使空气更好地进入筒状空间，再通过通风孔进入火焰罩被预热。

5、在火焰罩的顶部同轴设置有环形的稳焰板，如此，柴油经燃烧后形成的部分已燃高温产物经稳焰板后产生回流作用，进而使火焰在稳焰板附近形成旋涡，即形成具有自动补偿能力的持续点火源，以不断点燃新鲜未燃的可燃混合物，从而达到稳定火焰的作用。

6、盘型线圈加热式火焰预热塞的轴向与柴油发动机进气管路中的空气来流方向平行，能够使空气更加顺畅地进入火焰罩内被预热，并流出火焰罩，进入发动机气缸。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种盘型线圈加热式火焰预热塞的剖面图；

图2为图1中沿B－B线的剖面图；

图3为图1中沿C－C线的剖面图；

图4为本发明实施例提供的一种盘型线圈加热式火焰预热塞的外部结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明实施例提供的一种柴油发动机的结构示意图。

其中，1－空气旋流器，2－接线孔，3－盘形电磁感应线圈，4－盘形电磁感应加热元件，5－储油槽，6－蒸发网，7－进油道，8－通油管，9－火焰罩，10－通风孔，11－混合气腔，12－稳焰板，13－壳体，14进气管，15－预热塞，16－气缸。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例一：

如图1～图5所示，一种盘型线圈加热式火焰预热塞15，其组成包括火焰罩9、盘形电磁感应线圈3、盘形电磁感应加热元件4、蒸发网6以及通油管8，其中：

火焰罩9的壁面设置有通风孔10，通风孔10的形状和数量以及位置可根据需求与实际情况设定，在火焰罩9的底部设置有带通孔的支撑平台，通孔作为接线孔2使用，盘形电磁感应线圈3承载于支撑平台的顶面，且盘形电磁感应线圈3与火焰罩9同轴设置，并能够通过接线孔2与车载电源如蓄电池保持电连接，盘形电磁感应加热元件4为铁磁性加热板，铁磁性加热板同轴设置于盘形电磁感应线圈3的顶面；蒸发网6同轴设置于盘形电磁感应加热元件4的顶面，并在蒸发网6中通过打孔生成进油道7；通油管8的一端穿过火焰罩9后经由进油道7插入蒸发网6，另一端能够与油泵连接，使柴油可直接喷入蒸发网6中，通过高温铁磁性加热板4的加热进行有效气化；蒸发网6的上部火焰罩9内腔形成混合气腔11。

如此，对盘形电磁感应线圈3通以交流电，使盘形电磁感应加热元件4形成涡流而发热，高频电流的趋肤效应和邻近效应使盘形电磁感应加热元件4表面温度快速升高，一方面，可以对通入盘形电磁感应线圈3交变电流的频率设计实现对加热功率的有效控制，缩短加热时间，提高加热温度，提高预热塞15不同低温环境下的适用性；另一方面，通过盘形电磁感应线圈3加热可以有效降低对蓄电池的消耗，延长极寒环境下的蓄电池使用时间。而且，采用盘形电磁感应加热元件4作为加热元件可有效提升与柴油及其混合气的接触面积。综合来看，该预热塞15优化了油气混合过程，可有效对进气进行预热，提高进气温度，改善燃油气化效果、缩短滞燃期、显著提升柴油机在极寒恶劣环境下的冷启动性能。

作为改进，盘形电磁感应加热元件4的顶面设置有储油槽5，储油槽5能够在储存未及时气化柴油的同时增大与未气化柴油的接触面积，促进柴油的进一步气化。

实施例二：

在实施例一的基础上，火焰罩9的外部同轴设置壳体13，火焰罩9位于壳体13的下部内腔，此时，空气流入壳体13与火焰罩9之间的筒状空间后通过通风孔10进入火焰罩9，如此，能够避免进气直接进入火焰罩9引起吹熄的问题。而且，在火焰罩9的底面端部同轴安装空气旋流器1，使空气通过空气旋流器1后进入筒状空间，具体来说，空气旋流器1与火焰罩9及壳体13通过固定螺母固定在一起，如此，空气旋流器1起到导流作用，使空气以较高的流速和较大的进气量进入筒状空间，再通过通风孔10进入火焰罩9内促进油气混合过程，并被预热。

作为进一步改进，在火焰罩9的顶部同轴设置环形的稳焰板12，而且稳焰板12将壳体13的内壁与火焰罩9的顶部连接，如此，柴油经燃烧后形成的部分已燃高温产物经稳焰板12后产生回流作用，进而使火焰在稳焰板12附近形成旋涡，即形成具有自动补偿能力的持续点火源，以不断点燃新鲜未燃的可燃混合物，从而达到稳定火焰的作用。

该预热塞的工作原理为：打开车载电源，电磁感应线圈3通过接线孔2外接逆变器后与车载蓄电池相连，使车载蓄电池产生的直流电逆变为高频交流电，高频交流电通过在盘形电磁感应线圈3中建立高频磁场，此时沿盘形电磁感应线圈3的半径方向会产生闭合的磁力线，磁力线经盘形电磁感应线圈3与铁磁性加热板构成的磁回路耦合作用于铁磁性加热板，在铁磁性加热板中形成涡流而发热，由于高频电流的趋肤效应和邻近效应，铁磁性加热板靠近盘形电磁感应线圈3的表面，电流密度大，可在短时间内被快速加热。加热一定时间后柴油在一定流量下通过通油管8经由进油道7喷入蒸发网6中并伴随着气化，气化后的柴油蒸汽与从通风孔10进入火焰罩9的空气混合形成可燃混合气，混合气在混合气腔11中形成高温火焰，高温火焰可以快速提高进气温度，提高在压缩上止点时的缸内温度和缸内压力，保证发动机在极寒环境下的正常启动。而且，可以通过逆变器中的开关控制盘形电磁感应线圈3中的电流，根据电流的大小确定开关的通断时间，即PWM信号空占比，由此可控制调节铁磁性加热板4的加热温度。

实施例三：

本实施例在实施例一或实施例二的基础上，提供一种柴油发动机，该柴油发动机在进气管路上安装有实施一中的盘型线圈加热式火焰预热塞15，而且，盘型线圈加热式火焰预热塞15的火焰罩9的轴向与进气管路14中的空气来流方向平行。

本实施中盘型线圈加热式火焰预热塞15的火焰罩9的轴向与柴油发动机进气管路14中的空气来流方向平行，火焰罩9内的火焰不容易被吹灭，且能够使空气更加顺畅地进入火焰罩内被预热，并流出火焰罩，进入发动机的气缸16。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。