柴油汽車發(fā)動機(jī)油路防凍系統(tǒng)設(shè)計

盧厚元　張斌

摘 要： 本文設(shè)計一種柴油汽車發(fā)動機(jī)油路防凍系統(tǒng)，針對柴油發(fā)動機(jī)低壓油路，采取電渦流加熱方式對柴油加熱，并在微控制器的控制下，實(shí)現(xiàn)防凍加熱的智能化。本設(shè)計做成的防凍產(chǎn)品，具有加熱效率高，安全穩(wěn)定、使用壽命長等特性，能高效地解決在低溫環(huán)境中柴油汽車的運(yùn)行問題。同時，該防凍產(chǎn)品的使用，能節(jié)約燃油，減少尾氣排放，可降標(biāo)號使用柴油，節(jié)約運(yùn)營成本。

關(guān)鍵詞： 電渦流加熱，柴油汽車，柴油，油路，溫度，防凍

中圖分類號： TN70 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-8153（2017）02-0103-03

0 引言

在低溫環(huán)境下，柴油汽車發(fā)動機(jī)只有采取防凍措施才能正常工作。我們知道柴油的凝點(diǎn)和冷濾點(diǎn)都較高，例如0#柴油的凝點(diǎn)為0℃，冷濾點(diǎn)是4℃；-10#柴油的凝點(diǎn)為-10℃，冷濾點(diǎn)是-6℃。柴油在凝點(diǎn)時會凝結(jié)成大分子，俗稱結(jié)蠟，結(jié)蠟后的柴油會阻塞發(fā)動機(jī)整個供油系統(tǒng)，使發(fā)動機(jī)無法正常工作。而柴油在冷濾點(diǎn)時，雖然沒有蠟質(zhì)析出，也會造成濾清器的阻塞，供油不會暢通，發(fā)動機(jī)也不能正常工作。因此，柴油汽車在低溫環(huán)境中工作，首先要把柴油加熱到冷濾點(diǎn)以上，以解決其啟動（或維持運(yùn)行）的問題。為節(jié)省運(yùn)營成本，柴油汽車通常要配備加熱防凍裝置，目前這些防凍裝置主要是以電熱絲加熱的方式對油路的某個部分（多半是柴油油箱）進(jìn)行加熱，存在著加熱效率低，能量消耗大，加熱可控性差，使用壽命短等問題。本文設(shè)計的一種“電渦流加熱防凍系統(tǒng)”，利用電渦流加熱的方式，對溫度采取智能化控制，針對整個低壓供油系統(tǒng)進(jìn)行加熱。其效率高，安全性強(qiáng)，控制程度高，使用壽命長，能夠較好地解決柴油汽車發(fā)動機(jī)在低溫環(huán)境下的啟動與運(yùn)行等問題。

1 電渦流加熱防凍系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

電渦流加熱防凍系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對柴油汽車發(fā)動機(jī)整個低壓供油系統(tǒng)的加熱防凍管理。低壓供油系統(tǒng)的防凍加熱系統(tǒng)由柴油油箱加熱部分，油管加熱部分，粗濾器和精濾器加熱部分組成[1]，各部分溫度控制與電源管理相匹配，都實(shí)行獨(dú)立控制，并以總線傳輸方式將各部分工作信息傳輸給中央控制器進(jìn)行管理。

柴油油箱內(nèi)電渦流加熱裝置如圖1所示，它由電渦流加熱模塊、油量傳感器和加熱控制電路（板）組成。此加熱裝置的幾何尺寸可做得與油箱大小相匹配。電渦流加熱模塊放在油箱的底部（加熱控制電路板處于油箱的頂部），模塊中內(nèi)置溫度傳感器以檢測油箱內(nèi)柴油的溫度，在吸油管口接上電渦流加熱用發(fā)熱管，發(fā)熱管由具有抗柴油腐蝕性、電阻小、熱傳導(dǎo)系數(shù)大的合金材料制成，其上繞制感應(yīng)加熱線圈，感應(yīng)線圈與加熱控制電路板和電源相連，當(dāng)線圈通以交變電流時，產(chǎn)生交變磁場，處于此交變磁場中的發(fā)熱管會迅速發(fā)熱，使流經(jīng)發(fā)熱管的柴油快速吸收熱量而升溫[2]。與傳統(tǒng)的電熱絲加熱方式相比，電渦流加熱方式發(fā)熱迅速，特別是電渦流加熱過程中感應(yīng)線圈不發(fā)熱，能量消耗小，熱轉(zhuǎn)換效率高，感應(yīng)線圈及電路都與柴油完全隔離，線圈不易損壞，使用壽命很長。

柴油濾清器（包括粗濾器和精濾器）電渦流加熱裝置（包括勵磁線圈、保溫套）如圖2所示，濾清器加熱裝置設(shè)計為電渦流加熱保溫套（套內(nèi)安放勵磁線圈）與濾清器外殼的組合。電渦流加熱保溫套貼緊包裝在柴油汽車原裝濾清器的外殼上，當(dāng)線圈通入高頻交流電時，產(chǎn)生的高頻交變電磁場作用在濾清器的鐵制外殼上，使濾清器迅速發(fā)熱[2]。濾清器的熱傳導(dǎo)系數(shù)高，熱量很快傳遞給殼內(nèi)部的柴油，而殼外緊貼的保溫裝置，使熱量不往外散失。實(shí)踐證明，這種對濾清器實(shí)行的電渦流加熱方式，其效率比電熱絲加熱方式高70%左右。為使濾清器整體受熱且受熱均勻，加熱保溫套內(nèi)感應(yīng)線圈采用兩個線圈對稱繞制，每個線圈都繞制成較大的平面面積（與濾清器大小相對應(yīng)），兩線圈串聯(lián)，繞制方向相反，使產(chǎn)生的磁場疊加，增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，增大電渦流強(qiáng)度，提高電熱轉(zhuǎn)換效率。為便于安裝和拆卸，電渦流加熱保溫套在結(jié)構(gòu)上設(shè)計成開口形式，能夠匹配于各種規(guī)格車輛的濾清器。濾清器加熱裝置由內(nèi)置的MCU控制，它能夠根據(jù)柴油的溫度確定加熱的啟動與停止，還可根據(jù)環(huán)境與柴油的溫度參數(shù)調(diào)整加熱功率的大小，為柴油發(fā)動機(jī)正常工作，保障了最佳溫度狀態(tài)的柴油供給[3]。

輸油管采用內(nèi)置電熱保溫裝置，獨(dú)立工作，并受MSU控制。

2 電渦流加熱防凍系統(tǒng)的電路設(shè)計

電渦流加熱系統(tǒng)的電路如圖3所示，它由直流穩(wěn)壓電源（附有抗干擾電路），高頻信號產(chǎn)生電路，微控制器電路（附有傳感器、反饋、檢測及顯示電路）以及功率驅(qū)動電路四個主要部分組成。

功率驅(qū)動電路由場效應(yīng)管VT2及電渦流加熱線圈RL與CL組成的并聯(lián)諧振電路組成[4]，由IC1及其對應(yīng)連接電路構(gòu)成的高頻信號產(chǎn)生電路，產(chǎn)生符合頻率要求的高頻方波信號，經(jīng)由功率驅(qū)動電路提升功率后去驅(qū)動負(fù)載即電渦流加熱線圈，產(chǎn)生的高頻電磁場，就會使處于電磁場中的緊貼線圈的濾清器外殼（或油箱內(nèi)的電渦流發(fā)熱金屬管）產(chǎn)生電渦流，使外殼（或發(fā)熱管）迅速發(fā)熱，使柴油快速升溫。電磁線圈緊貼著濾清器外殼（或發(fā)熱管），要想外殼（或發(fā)熱管）發(fā)熱，只有形成反射式電渦流才能實(shí)現(xiàn)，因此作用于感應(yīng)線圈的勵磁信號必須是高頻信號[2]。

高頻方波信號的頻率值設(shè)定在RL與CL的并聯(lián)諧振頻率上，這樣就能在加熱線圈上產(chǎn)生最大的功率，加熱效率為最高[4]。

功率驅(qū)動電路和高頻信號產(chǎn)生電路的工作狀態(tài)受微控制器IC2控制，主要控制電渦流加熱的啟動、停止和加熱功率的大小。外接的溫度檢測電路，利用傳感器檢測到的環(huán)境溫度以及柴油溫度進(jìn)行對比分析，由事先設(shè)定的程序決定振蕩是否產(chǎn)生，從而確定是啟動加熱還是停止加熱。加熱啟動后，根據(jù)油路中各個部分的油溫及環(huán)境溫度差確定各個部分加熱功率的大小，其方式是由輸入的環(huán)境溫度及柴油溫度之差改變振蕩信號的頻率或方波信號的脈沖寬度，調(diào)整激勵線圈中電流的大小，從而控制電渦流加熱的功率，確保進(jìn)入高壓油路的柴油溫度穩(wěn)定在使發(fā)動機(jī)工作的最適宜范圍[5]。

直流電源設(shè)置了抗干擾處理電路，再經(jīng)降壓、穩(wěn)壓及濾波處理，為各個部分電路提供穩(wěn)定的工作條件，同時保障信號能量的高效率轉(zhuǎn)換[6]。

3 結(jié)語

本文描述的是柴油發(fā)動機(jī)油路防凍系統(tǒng)在硬件結(jié)構(gòu)及電路方面的設(shè)計，在此基礎(chǔ)上再輸入控制程序，就能制成實(shí)用的柴油汽車發(fā)動機(jī)油路防凍裝置成品。由該防凍裝置制成的樣件，首先經(jīng)歷了實(shí)驗室的檢測試驗，符合設(shè)計要求后，再加裝在客車和卡車上試用，其性能都達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。表現(xiàn)在：此防凍裝置的熱效率高，性能安全穩(wěn)定，使用壽命長；在相同的低溫環(huán)境中，柴油汽車對使用柴油的標(biāo)號要求降低了，從而使客戶的運(yùn)營成本降低；程序化的溫度控制，使進(jìn)入高壓油路時的柴油溫度為最佳狀態(tài)，使噴入汽缸的柴油充分霧化，燃燒效果更理想，節(jié)約了能源，減少了尾氣排放；該防凍裝置受微控制器控制，還設(shè)置了對車輛運(yùn)行、電池充放電及發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的檢測或故障報警功能。

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