柴油机燃用高粘度燃油的预热系统

摘要

本发明公开了一种柴油机燃用高粘度燃油的预热系统，涉及直接燃用高粘度燃油的柴油机技术领域。包括热交换器（11）、温度传感器（8）、排气控制阀（12）、控制器（13），发动机（1）的排气口连接排气管（2）排出废气，排气管（2）设支管，通过热交换器进气管（4）连接热交换器（11），排气控制阀（12）设在热交换器进气管（4）上；热交换器出气管（5）连接尾气处理装置；油箱（10）通过油管（6）连接热交换器（11）的进油口，热交换器（11）的出油口通过油管（6）连接喷油泵（9），通入发动机（1）。本发明利用燃烧室排气热能的热交换器来加热小桐子油等油料，使其粘度，改善流动性，改善喷油嘴的喷雾情况。

说明书

技术领域

本发明涉及直接燃用高粘度燃油的柴油机技术领域，具体的讲，是一种柴油机燃用高粘度燃油的预热系统。

背景技术

作为内燃机的代用燃料，当前的生物质能源利用中，最为常见的就是利用生物质制取液体燃料和气体燃料。目前，利用植物油或改性植物油作为柴油机燃料或与柴油掺和使用已越来越受到人们的重视。

植物油主要是由不溶于水的甘油三酸脂组成，其化学结构比柴油复杂，其中脂肪酸通过脂与甘油连接。同柴油相比，植物油具有如下特点：其分子比柴油分子大3倍，物理、化学性质都和柴油不一样；粘度高，挥发性差、喷雾液滴直径大、喷注贯穿距离大；闪点、密度、残炭值、灰分、硫含量等指标均符合轻柴油标准；热值略低，但因密度大，体积热值较接近；十六烷值在37～45之间，略小于轻柴油标准要求值，但可以满足柴油机燃烧的要求；浊点一般在-3.9～10℃之间，可以满足-20号以上柴油的指标要求。

其中，小桐子油就是一种有望成为柴油机替代燃料的植物油。但是由于小桐子油的粘度较高，在常温下柴油机直接燃用时会带来以下问题：在柴油机燃料系统中输送时阻力大，在相同条件下燃料供应减少；较高的粘度会影响燃料经过喷嘴后的雾化效果，导致燃烧不安全度提高；较多的燃料沉积在喷嘴上，将导致喷嘴堵塞严重化；不完全燃烧的燃料混入柴油机润滑系统，导致润滑油污染，产生油泥。

有研究表明，包括小桐子油在内的高粘度油在经过预热后，其粘度会逐渐下降。试验表明，当小桐子油被加热到150℃时，其粘度与常温下的柴油相当。降低粘度后的小桐子油，其流动性提高，可以作为柴油机的燃料。此外，粘度降低也可防止在滤清器中由于粘度过高而造成滤清器阻力过大或堵塞。

目前市场上多采用燃烧器等对燃料进行预热，其缺点在于：1、加热效率不高；2、消耗额外的能源。只适用于高纬度地区发动机冷启动，不适合小桐子油等高粘度燃油的加热。

另外，发动机的排气一般为400℃～650℃的温度，离排气门越远温度越低。这一部分热量往往随发动机废气排出，而白白浪费，既不节能也不环保。

因此，为了加热小桐子、减小其粘度，如果能采用利用发动机排气的热交换器进行加热，则可以大幅度地降低加热燃料的成本，并且，由于热交换器能吸收排气中的热能，所以能降低排气的温度，余热得到利用。

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种利用发动机排气对小桐子油等高粘度燃用进行预热的装置。为了采用粘度大、挥发性差的小桐子油等高粘度燃油作为燃料，该装置中，采用利用燃烧室排气热能的热交换器来加热高粘度燃油，使其粘度减小，改善流动性，改善喷油嘴的喷雾情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，采用利用发动机排气的热交换器来加热高粘度燃油，降低粘度、改善其流动性，改善发动机喷雾。降低发动机排气的温度。

本发明所采取的技术方案是，利用发动机的高温排气作为热源，制造热交换器。发动机的排气温度高，且在发动机的稳定工况下，有较稳定的流量。而且利用发动机排气制造热交换器，不会对发动机的动力性、经济性产生明显的影响。因此, 采用发动机排气通入热交换器, 提高油管中的高粘度燃油的温度，降低其粘度，改善其流动性，并使发动机的喷雾情况得到改善，从而改善发动机的燃烧性能及排放性能。

本发明的具体技术方案是，发动机的排气口连接排气管排出废气，排气管设支管，通过热交换器进气管连接热交换器，排气控制阀设在热交换器进气管上；热交换器出气管连接尾气处理装置；油箱通过油管连接热交换器的进油口，热交换器的出油口通过油管连接电热塞，油再进入喷油泵加压后，通入发动机。电热塞和排气控制阀与控制器分别连接。

本发明所有益效果是，植物油的粘度高，流动性不良正制约着植物油在发动机上的使用。在不改变发动机原机的供油系统的前提下，对高粘度燃油进行预热，以降低其粘度，提高流动性对于植物油作为发动机燃料有着重要的意义。本发明采用发动机排气通入热交换器, 对油管中的高粘度燃油进行加热，降低其粘度，改善其流动性，最终对发动机的运行带来有利的影响。小桐子适宜在贫瘠的山地生长，种子含油率高,是一种很好的可再生能源。在其生长过程中吸收二氧化碳，成本低。加强对小桐子油的利用可减少对环境的污染，还可减少对石油资源的依赖及减少二氧化碳总的排放量，是一种可持续发展的绿色能源，节能环保。

附图说明

图1利用发动机排气对小桐子油进行预热的装置示意图

图2 热交换器内部构造示意图

图3 电热塞内部示意图。

图中，1发动机，2排气管，3排气后管，4热交换器进气管，5热交换器出气管，6油管，7电热塞，8温度传感器，9喷油泵，10油箱，11热交换器，12排气控制阀，13控制器，14螺旋管，15热交换器壳体，16电热丝。

具体实施方式

发动机拟采用一般的柴油机。小桐子油的性质和柴油比较接近，可以在不改变柴油机供油系统的前提下，只需要在小桐子油进入柴油机喷油器前进行一定程度的预热，即可在柴油机上直接以小桐子油作为燃料运行。

发动机1的排气温度较高（一般为400℃～650℃）。在排气过程中，随着发动机活塞的上行，发动机1开始排气，排气有一定的压力。在不需要用风机的条件下，排气可以很顺利的进入热交换器，提高了整个系统的效率。发动机1中的高温排气沿着排气管2排出，经由排气控制阀12调节后，一部分的排气沿着热交换器进气管4进入热交换器11，并对热交换器11中的高黏度的小桐子油进行加热后，沿着热交换器出气管5排向尾气处理装置。而高粘度的小桐子油储存在油箱10中，通过油管6进入热交换器11中，并被热交换器11中的加热后，再沿着油管6进入电热塞7，再进入喷油泵9加压后，通入发动机1。

排气后管3在排气量过大时，将剩余的高温排气直接排向尾气处理装置，这样可以起到平衡排气管中压力的作用。

热交换器11为壳管式换热器，管内流动的是高粘度燃油。高温排气沿着热交换器进气管4进入热交换器11，其入口位置在热交换器的中部，而热交换器出气管5的进气口位置较高，因为高温气体会上升，而当温度降低就下降。这样的布置，会使热交换器中的气流形成一定程度的涡流，增加换热效率，使高温排气的充分换热。油管在热交换器11内部采用螺旋式布置，这样，在有限的空间里尽量地提高换热的表面积。燃油在螺旋管14中流动，螺旋管可以在有限的空间里尽量地提高换热的表面积，并且使得燃油在热交换器11的流动时间延长，使得高粘度的小桐子油被充分加热。热交换器壳体15有良好的密封性，并且耐高温。并且，热交换器壳体15的体积远大于排气管内的体积，这样，整个热交换器壳体还起到了类似于储气罐的作用，使热交换进行地更充分。另一方面，大容积的壳体也起到了一定程度的消声作用。

热交换器出气管5的管径要大于热交换器进气管4的管径，这样会使排气的流动更流畅。同样，热交换器出气管5的管径也要大于排气管3的管径，也是为了减小排气在管道内的流动阻力。

在热交换器和喷油泵之间的油管上，增设一个电热塞7。电热塞可在发动机1启动时或小桐子油的温度不能满足使用要求时供电，以加热燃油。电热塞7内的电热丝16缠绕在油管6上，当电热塞7通电时，电热丝16就会加热油管6里的小桐子油，起到辅助加热的作用。

在电热塞7与喷油泵9之间安装一个温度传感器8，温度传感器8连接控制器13对油管6里的小桐子油进行测温。当油温低于设定温度时，温度信号传入控制器13，控制器13发出指令排气控制阀12开度增大，进入热交换器11的高温气体增多；当油温高于设定温度时，排气控制阀12开度关小，进入热交换器11的气体流量减小，多余的排气通过排气后管3排出。对整个预热装置实行“闭环”控制。

在排气通过热交换器11后，再由热交换器出气管5将冷却了的排气排出，也可以达到降低排气温度的目的。