进气加热器系统和方法
【专利说明】进气加热器系统和方法 发明领域
[0001] 本发明一般而言涉及用于加热内燃机的进气的进气加热器。
【背景技术】
[0002] 许多内燃机系统利用进气加热器系统，以根据内燃机的进气温度和运行条件在进 气与燃料一起燃烧之前对进气加热。
[0003] 随着内燃机系统变得越来越复杂，进气流到内燃机系统的汽缸所经过的路径变得 越来越复杂。通常，现有技术的进气加热器系统的加热元件不会在气流穿过加热元件行进 时使气流重定向。由于复杂的气流和在发动机舱内的制约，空气加热器的位置可能并非最 佳，使得空气的直通流动可能并非所期望的。
[0004] 电动的进气加热器系统可操作地联接到电源，且通到加热元件的电流是由包含继 电器的控制器控制的，所述继电器用于可操作地接通或关断供向加热元件的电力。这些电 动加热器通常会消耗很大的电流。进气加热器系统的控制器因此将控制很大的电流，且可 能产生大量的热。另外，这些控制器通常紧邻电接头，所述电接头将电阻带入到电路中，使 得带来了附加的热量释放。从控制器移除或减少这一热量对于避免低热效率以及消除对控 制器的潜在损坏是重要的。
[0005] 期望减少这些进气加热器系统的部件数量和成本。许多内燃机具有由不同公司制 造的各种部件，这些部件随后被组装起来。因此，期望简化整个内燃机系统的组装。
[0006] 这些进气加热器系统通常被安装至用于比如汽车、拖拉机等车辆或其他机构的内 燃机，所述车辆或机构经受或以其他方式产生显著数量的振动。因此，期望减少这些振动可 能对将各个部件中的任一个安装到内燃机或者将进气加热器系统的各个部件固定在一起 所造成的影响。
[0007] 这些进气加热器系统需要在启动发动机之前进行预热，以便允许对用于发动机启 动的初始进气进行预热。当发动机开始转动时，进气加热器系统被关闭，以便具有足够的电 池电力使启动马达能够转动发动机。因此，进气加热器系统的加热带通常被设计为相对较 大，以便在加热到大约900摄氏度时在加热带中保留有足够的热量，使得在发动机启动期 间，所累积的热量可被传递给穿过进气加热器系统进入到汽缸内的空气。
[0008] 这具有三个问题。首先，在一些情况下，对进气加热器系统进行预热可能花费长达 20秒的时间。然而，当人们进入车辆或机器时，他们并不想等待以启动该装置。而是，操作者 希望尽可能快地启动发动机。其次，加热元件为累积用于发动机启动的热量而所需的大量 材料增加了进气加热器系统的成本。然而，在发动机运行时，几乎不再需要热累积，因为车 辆的电系统不存在阻碍进气加热器系统以较高电力运行的电负荷，比如发动机启动期间使 启动马达运行的电负荷。因此，相对于进气加热器系统的正常运行所需的尺寸而言，加热带 的尺寸过大，仅为了解决发动机启动问题。第三个问题与较长的预热时间相关联。在进行长 时间预热时，在一些情况下，相当部分的能量(估计大于30% )从加热带传递到发动机的相 邻部件，比如传递到进气管外壳或进气歧管，然后从那里传递到围绕发动机和进气系统的 发动机舱内的空气。
[0009] 因此，期望减少在发动机启动之前对进气加热器系统进行预热所必需的时间量， 以及使加热带的尺寸最小化。
【发明内容】
[0010] 在一个实施例中，提供了一种进气加热器，所述进气加热器提供了改进的气流导 向能力，例如气流重定向。所述进气加热器包含加热元件。所述加热元件包含多个纵向延伸 区段。每一纵向延伸区段具有入口端和出口端且限定了延伸于所述入口端和所述出口端之 间的引导面。所述引导面通常至少部分地面向上游，使得气流喷在引导面上。所述多个纵向 延伸区段的入口端的组合大体上限定了入口面。所述多个纵向延伸区段的出口端的组合大 体上限定了出口面。所述纵向延伸区段中的每一个的所述引导面的至少所述出口端相对于 所述入口面和所述出口面以非垂直和/或非平行的角度延伸。
[0011] 在一个实施例中，所述加热元件还包含多个弯曲连接部分。每一连接部分连接了 相邻的一对所述纵向延伸区段。
[0012] 在一个实施例中，每一弯曲连接部分限定了延伸于所述连接部分的邻近所述入口 面的顶端与所述连接部分的邻近所述出口面的底端之间的槽底。所述槽底相对于所述入口 面和所述出口面成非垂直的角度。
[0013] 在更具体的实施例中，所述空气加热器包含第一绝缘体和第二绝缘体。所述加热 元件被安装在所述第一绝缘体和所述第二绝缘体之间，其中所述纵向延伸区段延伸于所述 第一绝缘体和所述第二绝缘体之间，其中每一弯曲连接部分由所述第一绝缘体或所述第二 绝缘体中的一个支撑或者插入到所述第一绝缘体或所述第二绝缘体中的一个中。
[0014] 在甚至更具体的实施例中，所述第一绝缘体和所述第二绝缘体限定大体上矩形的 容纳腔以容纳所述弯曲连接部分。所述容纳腔相对于所述入口面和所述出口面旋转一角 度，使得所述矩形腔的四个侧面相对于所述入口面和所述出口面以非平行且非垂直的角度 延伸。
[0015] 在一个实施例中，所述矩形的容纳腔包含顶侧和底侧。所述顶侧邻近所述纵向延 伸区段的所述入口端，且所述底侧邻近所述纵向延伸区段的所述出口端。所述顶侧彼此平 行但偏置，使得所述顶侧并不对准，且所述底侧彼此平行但偏置，使得所述底侧并不对准。
[0016] 在一个实施例中，所述纵向延伸区段和所述连接部分是由单个连续材料带形成 的。
[0017] 在一个实施例中，每一弯曲连接部分限定了延伸于所述连接部分的顶端与所述连 接部分的底端之间的槽底。所述槽底相对于所述入口面和所述出口面垂直地延伸。
[0018] 在一个实施例中，所述弯曲连接部分包含一对扭曲区段，所述扭曲区段过渡到对 应的所述纵向延伸区段中。
[0019] 在一个实施例中，所述加热元件包含第一绝缘体和第二绝缘体。所述加热元件被 安装在所述第一绝缘体和所述第二绝缘体之间，其中所述纵向延伸区段延伸于所述第一绝 缘体和所述第二绝缘体之间，每一弯曲连接部分由所述第一绝缘体或所述第二绝缘体中的 一个支撑或者插入到所述第一绝缘体或所述第二绝缘体中的一个中。所述第一绝缘体和所 述第二绝缘体限定用于容纳所述弯曲连接部分的大体上矩形的容纳腔。所述容纳腔被相对 于所述入口面和所述出口面确定方位，使得所述矩形腔的两个侧面垂直于所述入口面和所 述出口面延伸，且所述矩形腔的两个侧面平行于所述入口面和所述出口面延伸。
[0020] 在一个实施例中，提供了一种包含波浪形加热元件的进气加热器。所述波浪形加 热元件包含由弯曲连接部分连接的多个纵向延伸区段。每一纵向延伸区段具有入口端和出 口端且限定了延伸于所述入口端和所述出口端之间的引导面。每一弯曲部分具有入口端和 出口端以及延伸于所述入口端和所述出口端之间的槽底。所述多个纵向延伸区段的所述入 口端大体上限定了入口面，且所述多个纵向延伸区段的出口端大体上限定了出口面。所述 槽底相对于所述入口面和所述出口面以非垂直且非平行的角度延伸。优选地，所述角度介 于约45度与90度之间，使得任何气流重定向均介于约0度与45度之间。
[0021] 在另一实施例中，提供了一种包含加热元件的空气加热器。所述加热元件包含多 个纵向延伸区段。每一纵向延伸区段具有入口端和出口端且限定了延伸于所述入口端所述 出口端之间的引导面。所述多个纵向延伸区段的所述入口端大体上限定了入口面，且所述 多个纵向延伸区段的所述出口端大体上限定了出口面。所述纵向延伸区段中的每一个的所 述引导面在所述入口端和所述出口端之间是弯曲的。
[0022] 在一个实施例中，所述加热元件还包含多个弯曲连接部分。每一连接部分连接了 相邻的一对所述纵向延伸区段。在更具体的实施例中，所述纵向延伸区段和所述连接部分 是由单个连续材料带形成的。
[0023] 在一个实施例中，每一弯曲连接部分限定了延伸于所述连接部分的顶端与所述连 接部分的底端之间的槽底。所述槽底相对于所述入口面和所述出口面垂直地延伸。
[0024] 在一个实施例中，提供了一种形成进气加热器的方法。所述方法包含:将加热元件 材料带弯曲成通过弯曲连接部分连接的多个纵向延伸区段，所述纵向延伸区段通常是平行 的。所述纵向延伸区段具有入口端和出口端以及延伸于所述入口面和所述出口面之间的引 导面。所述多个纵向延伸区段的所述入口端大体上限定了入口面，且所述多个纵向延伸区 段的所述出口端大体上限定了出口面。所述方法还包含:使所述弯曲的加热元件材料带变 形，使得所述纵向延伸区段中的每一个的所述引导面至少在所述引导面的所述出口端处相 对于所述入口面和所述出口面以非垂直的角度延伸。
[0025] 在更具体的实施例中，所述变形步骤发生在所述弯曲步骤之后。
[0026] 在一个实施例中，每一弯曲连接部分限定了延伸于所述连接部分的顶端与所述连 接部分的底端之间的槽底。所述变形步骤包含使所述加热材料带弯曲，使得每一弯曲连接 部分的所述槽底相对于所述入口面和所述出口面成非垂直且非平行的角度。
[0027] 在一个实施例中，所述方法还包含:将所述加热材料带安装于一对绝缘体之间，其 中所述弯曲连接部分被设置在矩形腔内。所述矩形腔相对于所述入口面和所述出口面旋转 一角度，使得所述矩形腔的四个侧面相对于所述入口面和所述出口面以非平行且非垂直的 角度延伸。
[0028] 在一个实施例中，每一弯曲连接部分限定了延伸于所述连接部分的顶端与所述连 接部分的底端之间的槽底。所述变形步骤包含使所述加热材料带弯曲，使得每一弯曲连接 部分的槽底相对于所述入口面和所述出口面保持垂直。此方法可导致在所述变形步骤期间 仅使所述纵向延伸区段弯曲。
[0029] 在一个实施例中，提供了 一种空气加热器组件，所述空气加热器组件包含内燃机 部件和空气加热器，所述内燃机部件可以是进气部件。所述进气部件将进气流引导至包含 入口和出口的发动机内。所述进气部件限定了基本上平坦的安装表面。所述空气加热器被 安装至所述进气部件。所述空气加热器包含具有多个纵向延伸区段的加热元件。每一纵向 延伸区段具有入口端和出口端且限定了延伸于所述入口端和所述出口端之间的引导面。所 述纵向延伸区段中的每一个的所述引导面相对于所述平坦的安装表面以非垂直的角度延 伸。
[0030] 在一个实施例中，所述引导面在所述入口端和所述出口端之间是平坦的。
[0031] 在一个实施例中，所述纵向延伸区段中的每一个与所述安装表面间隔开不同的偏 置距离。在这一实施例中，整个空气加热器可以相对于安装表面成一角度。
[0032] 在一个实施例中，所述多个纵向延伸区段的所述入口端大体上限定了入口面，且 所述多个纵向延伸区段的所述出口端大体上限定了出口面。所述入口面和所述出口面可相 对于所述安装表面以非平行且非垂直的角度延伸。
[0033] 在一个实施例中，提供了一种进气加热器系统。所述系统包含内燃机的发动机部 件，所述发动机部件限定了进气流路的至少一部分。所述系统包含被可操作地安装至所述 发动机部件的空气加热器，所述空气加热器与所述进气流路的由所述发动机部件限定的所 述部分流体连通。电子控制装置电联接至所述空气加热器以控制所述空气加热器。所述电 子控制装置被永久性地联接至所述发动机部件。
[0034]在一个实施例中，所述发动机部件限定了所述电子控制装置的多个电子部件被永 久地固定于其中的腔。
[0035]在一个实施例中，所述电子控制装置的所述多个电子部件借助热粘胶被永久地固 定于所述发动机部件的所述腔内。
[0036]在一个实施例中，所述发动机部件限定了用于电子控制装置的电子部件的外壳， 其中无法从所述电子控制装置移除所述电子部件。
[0037] 在一个实施例中，所述发动机部件具有大体上矩形的外周边，且所述发动机部件 的限定所述电子部件的外壳的一部分延伸于所述矩形的外周边之外，以便在安装至发动机 时将所述外壳的下侧暴露至围绕所述发动机部件的周围空气。
[0038] 在一个实施例中，所述发动机部件是进气歧管盖。
[0039]在一个实施例中，提供了一种用于内燃机的空气加热器的控制装置，所述空气加 热器具有加热元件。所述控制装置包含被配置成用于接通和关断供向所述空气加热器的电 力的电子控制器。还提供了一种输出电接触件，所述输出电接触件限定了用于容纳连接件 的通孔以将所述空气加热器的电引线固定到所述电子控制器。
[0040] 在一个实施例中，所述电子控制器是固态继电器。
[0041 ]在一个实施例中，所述输出电接触件限定了围绕所述孔、在轴向端部上的邻接表 面。在一个实施例中，所述连接件是延伸穿过所述孔的螺栓。螺母安装至所述螺栓且邻接所 述输出电接触件的邻接表面。
[0042]在一个实施例中，所述电子控制器和所述输出电接触件被永久地固定至所述外 壳。
[0043]在一个实施例中，提供了一种用于内燃机的空气加热器的控制装置，所述空气加 热器具有加热元件。所述控制装置包含被配置成用于接通和关断供向所述空气加热器的电 力的电子控制器，以及包含螺纹螺柱轴的输出电接触件，以将所述空气加热器的电引线固 定到所述电子控制器。
[0044] 在一个实施例中，所述电子控制器是固态继电器。
[0045] 在一个实施例中，所述电子控制器包含限定了底部安装表面的外壳。所述螺柱轴 轴向向外延伸超出所述安装表面。
[0046] 在一个实施例中，所述输出电接触件包含附接至所述螺柱轴的增大的头部。所述 外壳限定了与所述底部安装表面相反的顶部表面。所述外壳限定了通孔，所述通孔延伸穿 过所述底部安装表面和所述顶部表面。所述增大的头部大于所述通孔。
[0047] 在一个实施例中，所述电子控制器和所述输出电接触件被永久地固定至所述外 壳。
[0048] 在另一实施例中，提供了一种用于内燃机的空气加热器装置。所述装置包含发动 机部件、空气加热器、控制器、热电偶电路和电压表。所述空气加热器具有加热元件，所述加 热元件适于加热穿过其中的用于内燃机的进气。所述加热元件被可操作地电联接至所述发 动机部件。所述发动机部件和所述加热元件是由不同的导电材料形成的。所述控制器被配 置成控制对所述空气加热器的电力供应。所述热电偶电路具有在第一电接点处联接到所述 加热元件的第一引线以及在第二电接点处联接到所述发动机部件的第二引线。电压表被配 置成感测所述第一电接点和所述第二电接点之间的电压差。
[0049] 在一