基本信息
- 项目名称：
- 蒸发混合式轿车用燃油加热器优化设计与开发
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 蒸发混合式轿车用燃油加热器优化设计与开发作品是在原蒸发混合式汽车加热器的基础上进行优化设计，提升理论、强化功能、改善性能、拓宽应用范围。该作品提出了蒸发混合式轿车用燃油加热器设计的蒸发预燃三阶段理论；开发了具有自主知识产权的新型锥盖形蒸发混合式燃烧器；对原加热器控制系统进行优化设计，优化后的加热器能在平原和高原正常使用，拓宽了加热器的使用范围；对加热器进行可视化研究，通过观察燃烧器的燃烧状况，对加热器的燃烧策略进行优化调整。优化设计开发后的加热器产品性能全面超过了GB10908—89《燃油加热器技术条件》规定的要求，达到了同类产品的国际先进水平。
- 详细介绍：
- 新型蒸发混合式轿车用燃油加热器，是利用汽油或柴油在燃烧器中燃烧产生热量，通过介质（空气或水）吸收，然后释放到加热空间的独立加热装置。 该项目是在原蒸发混合式加热器的基础上进行优化设计，提升理论、强化功能、改善性能、拓宽应用范围。 原加热器功能： （1）解决发动机低温起动问题，保证发动机在-40℃低温环境下快速起动； （2）车辆采暖，低温环境下车厢内供暖； （3）除霜，加热器给除霜器供热。 优化设计后，在保持原有功能的基础上，加热器新增如下功能： （1）节能，比仅靠发动机自身运行来达到热机状态，节省燃料消耗50％以上； （2）减排，利用加热器与汽油机联合运行降低冷启动阶段排放的方法，降低汽油机HC，CO和NOX的排放； （3）延长发动机寿命，对发动机进行起动前预热，减轻了冲击磨损对发动机的损害； （4）高原平原可以两用，根据不同大气压力，调节加热器燃烧时的供风电压和供油频率，拓宽了使用范围； 该作品的主要创新点： （1）提出了蒸发混合式轿车用燃油加热器设计的蒸发预燃三阶段理论； （2）开发了具有自主知识产权的新型锥盖形蒸发混合式燃烧器； （3）对原加热器控制系统进行优化设计，优化后的加热器在平原和高原都能正常使用，拓宽了加热器的使用范围； （4）对加热器进行可视化研究，通过观察燃烧器的燃烧状况，对加热器的燃烧策略进行优化调整。 项目获奖情况： 作者作为第一作者分别于 2007年8月，获山东省大学生机电产品创新设计竞赛省一等奖；2009年3月，获山东省首届“潍柴动力杯”汽车产品设计大赛一等奖；2009年6月，获第十一届“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 优化设计开发的蒸发混合式轿车加热器产品性能全面超过了GB10908—89《燃油加热器技术条件》规定的要求，达到了同类产品的国际先进水平。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的： 在原蒸发混合式燃油加热器基础上进行优化设计，提升理论、改善性能、拓宽应用范围。 基本思路： 在对国外同类产品燃烧理论和燃烧器分析比较的基础上，建立指导优化燃烧器燃烧理论；在理论指导下对燃烧器结构、控制器进行优化；最后采用实机测试方法，对优化前后加热器进行比较，评价优化效果。 创新点： （1）提出了蒸发混合式轿车用燃油加热器设计的蒸发预燃三阶段理论；（2）开发了具有自主知识产权的新型锥盖形蒸发混合式燃烧器；（3）优化后的加热器在平原和高原都能正常使用，拓宽了加热器的使用范围；（4）对加热器进行了可视化研究，通过观察燃烧器的燃烧状况，对加热器的燃烧策略进行优化调整。 技术关键：（1）燃烧理论的建立；（2）加热器燃烧器的优化设计；（3）加热器可视化研究的试验设计；（4）控制系统的优化设计。 主要技术指标： 优化设计的新型蒸发混合式轿车用加热器产品性能全面超过了GB10908—89《燃油加热器技术条件》规定的要求，达到了同类产品的国际先进水平。经试验，加热器易起动，工作柔和稳定，热效率为86%，排气温度240℃，CO排放为200×10-6，NOX排放为80×10-6，HC排放为3×10-6。 利用加热器与汽油机联合运行降低冷启动阶段排放的方法，试验表明该方法使汽车按国III标准检测循环运行的有害排放显著降低，其中HC排放降低42.7%，CO排放降低12.2%，NOX排放降低72.3%。
科学性、先进性
- 优化前后的加热器性能比较： 原加热器功能：（1）解决发动机低温起动问题；（2）车辆采暖；（3）除霜。 优化设计后加热器的功能：（1）节能；（2）减排；（3）延长发动机寿命；（4）高原平原两用；（5）解决发动机低温起动问题；（6）车辆采暖；（7）除霜。 从上述比较可以看出优化设计后的蒸发混合式轿车燃油加热器的性能有很大提高，能在更宽的范围和更恶劣的环境下使用。 该作品提出了指导优化蒸发混合式轿车燃油加热器设计的蒸发预燃三阶段理论，据此优化设计了新型蒸发式燃烧器，与国外产品结构完全不同；与国内同类技术比较，适应于高原平原的加热器产品以及提出的利用轿车燃油加热器降低汽油机冷启动过程排放的方法，国内外未见报导；运用可视化研究方法指导控制器的优化设计，国内外也未见同类报导。 优化设计开发的蒸发混合式轿车加热器产品性能全面超过了GB10908—89《燃油加热器技术条件》规定的要求，达到了同类产品的国际先进水平。
获奖情况及鉴定结果
- 2007年8月，获山东省大学生机电产品创新设计竞赛省一等奖； 2009年3月，获山东省首届“潍柴动力杯”汽车产品设计大赛一等奖。 2009年6月，获第十一届“挑战杯”山东省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。
作品所处阶段
- 应用阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品；现场演示；图片；录像；样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 产品特点和优势、推广范围： 产品的功能主要有：（1）节能；（2）减排；（3）延长发动机寿命；（4）高原平原两用；（5）解决发动机低温起动问题；（6）车辆采暖；（7）除霜等七大功能。 与国外同类产品的不同之处在于：（1）价格优势，价格是德国加热器公司产品的60%。（2）在功能上，加热器平原、高原均能使用。 前景、市场分析、经济效益预测： 新型蒸发混合式轿车加热器特别适合于轿车等乘用车的配备，按我国08年的轿车生产水平，年产轿车600万辆以上，如保守估计其中仅10%的车辆配装加热器则市场需求将达60万台以上。该产品已由河北宏业机械股份有限公司试验成功并进入应用阶段，预计到2009年底将形成年产20万台的能力，按每台加热器2500元计算，每年可创作产值5亿多元，实现利税1亿元以上，经济效益显著。另外，加热器用于军事车辆可改善和提高我军装备水平，其社会效益也非常显著。
同类课题研究水平概述
- 车用加热器在国外具有广阔的市场，在欧美，在装有加热器的车辆上工作是保证司乘人员（劳动者）工作的基本权力，故而汽车生产大国如德国、美国、日本等都有专业的加热器公司及系列产品。例如德国Eberspacher公司和Webasto公司，日本的三国等。 以著名加热器生产厂家德国的Webasto公司为例，它是一家具有百年历史的跨国企业，是世界汽车零部件百强企业之一，建有专门的研究中心，在燃烧技术，噪音控制，温度自动化控制及排放水平等方面具有很多成熟的经验和成果。在加热器小型化方面，其产品也很成功。公司新推出的Thermo Top中，由于采用了新型燃烧室“Venturi Burner”和陶瓷喷嘴,以及新的换热器材料和结构，不仅使加热器的启动时间由原来的90s缩短到不足30s，而且其热效率达到了75％以上。面对中国巨大的市场，Webasto公司2001年将其产品推向了中国。 我国的车用燃油加热器与欧美相比起步较晚，1965年才开始国内第一台加热器的研制。经过了40余年的发展，国内已经形成系列化的多品种、多用途加热器产品，广泛应用于客车、工程机械、军用车辆等的室内取暖、挡风玻璃除霜和预热发动机等方面。 目前国内主要是河北宏业，北京京威和河北南风三家企业在生产和销售车用加热器，主要供应国内的客车，公交车以及军事车辆等配套使用。虽然我国加热器企业积极学习和引进德国与日本先进技术，在产品的技术水平方面和生产条件上取得了长足的进步，但是在燃油供给、燃烧技术、电气控制和排放水平方面国内企业的产品仍与国外同类产品之间存在着一定的差距，这主要是由于国内企业和合作单位在车用加热器的基础性研究方面投入不足造成的。另外，由于市场方面的原因，我国的加热器产品主要集中在热功率较大的喷雾式和离心式燃油加热器方面。在小型蒸发式加热器发面，国内企业还鲜有作为。目前我国的轿车产品已进入快速发展时期，随着经济的发展和生活水平的提高，人们对乘车舒适性要求不断提高，加热器也将逐渐走进国内轿车市场，因此小型蒸发式加热器将具有广阔的应用前景。 目前国内企业为了提高自身的技术水平和研发能力，不断地开展与国内高校的合作，譬如**大学、**大学，共同进行车用加热器的开发与研究，并取得了一定的成绩。
