[发明专利]发动机进气管喷水系统

说明书

技术领域

本发明属于内燃机结构，具体涉及一种发动机进气管路的喷水系统。

背景技术

近年来，对汽车尾气污染物排放量限定的标准不断提高，各国竞相开展了降低氮氧化合物及碳烟排放控制技术方面的研究。其中包括对燃烧室内掺水以降低燃烧温度方法的研究，例如水乳化燃料，燃烧室内喷水，进气管喷水等。实验表明对部分发动机高负荷工况，在燃烧室内适当的掺入水分，可以有效吸收缸内的热量，降低燃烧温度，同时水蒸气可以稀释局部过浓的氧气。高温和高氧浓度是生成NOx主要条件，通过适当掺水可以遏制不良条件的产生；而局部燃料的富聚、高温以及缺氧则是形成碳烟的条件，通过水蒸气高比热容吸热，降低燃烧温度同样可以达到控制碳烟生成的目的。由此可见，在燃烧室内掺入部分水分，可以同时对NOx和碳烟都起到一定的控制作用，实现低污染物排放的低温燃烧。而在燃烧室内加水的不同方案中各有优劣。

水乳化燃料的技术，是通过将水与发动机的燃料混合乳化后，通过发动机的供油系统送入气缸参与燃烧。其优点是：对发动机本身结构改动较小，掺水量可以通过水乳化比率进行调节，技术难度较小。但是其缺点是：1.水乳化燃料的相分离问题一直无法解决，乳化燃料随着存放时间的推移，容易出现浑浊、破乳等问题。2.乳化剂成本较高，大规模使用经济性差。3.水乳化燃料对发动机燃料供给系统及供油系统有一定的腐蚀性，并且在燃用高比率水乳化燃料时会引起高压油泵或者是喷油器针阀的润滑不良。4.水的掺入要占用原本燃料的通道，影响发动机的功率密度。

缸内直接喷水技术，通过类似喷油喷嘴对缸内直喷。优点是：供水时刻、供水量可以随发动机工况及时调整，供水效果良好，能够通过供水策略的实时调整将水分在缸内的效率发挥到最大。但是其缺点是：1.对发动机结构改动难度较大，对喷水设备的要求很高，尚需增加发动机电控单元类似的一套系统，结构复杂，成本过高。

进气管喷水的技术，在进气管内设置水雾化喷嘴，随进气向燃烧室内供水。优点是：对发动机本身结构改动相对较小，不占用供油份额，对发动机燃油供给系统无额外要求。但缺点是：1.加水雾化及燃烧温度等如果控制不好效果较差。2.如果优化不好则有可能对发动机进气产生影响。

综上所述可以看出，采用进气管喷水对发动机本身结构改动相对较小，因为不与燃料相混合，所以不存在乳化剂特有的缺陷以及乳化燃料稳定性等问题。国内外对进气管喷水燃烧有许多实验研究，然而对不同型号发动机及其不同工况，在燃烧室内可添加的水分含量是不相同的，需要根据具体情况制定供水策略并进行相应的优化。关键是要解决进气管喷水结构优化、供水策略的匹配问题，尤其是提高掺水雾化与蒸发，使水蒸气与进气充分混合，避免水滴在进气管内壁面的汇聚等。这些问题如能解决，采用进气管喷水达到的效果显然优于其他两种方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机进气管喷水系统，实现对发动机燃烧室掺水量可控制，能够根据不同的发动机工况采用不同的掺水策略，保证发动机在重载大负荷时的低温燃烧和低NOx、碳烟排放。

解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

发动机进气管喷水系统，包括内凸式蒸发带、格栅式液滴蒸发器、进气温度传感器、电磁高压水雾化喷嘴、进气流量传感器、高压水泵、储水箱、压气机、主控芯片、手/自切换开关、冷却水温度传感器、功率传感器、燃油消耗传感器、排气温度传感器、转速传感器等。通往燃烧室的每个进气歧管内设有凸式蒸发带，进气道总管依次设有格栅式液滴蒸发器、进气温度传感器、电磁高压水雾化喷嘴和进气流量传感器。电磁高压水雾化喷嘴依次串接高压水泵和储水箱。进气道总管进口端设有压气机。进气管喷水电控子系统中的主控芯片通过线束分别接至：电磁高压水雾化喷嘴、进气温度传感器、格栅式液滴蒸发器、高压水泵、进气流量传感器手/自动喷水切换开关、冷却水温度传感器、功率传感器、燃油消耗传感器、排气温度传感器、转速传感器以及每个凸式蒸发带中的继电器。其中由主控芯片、高压水泵、电磁高压水雾化喷嘴、手/自切换开关以及相应的线束控制电路构成进气管喷水电控子系统以及喷射子系统。该系统可以根据供水策略调节高压水泵，不需要喷水的时高压水泵关闭，节约发动机功率。该供水策略以程序代码形式储存于主控芯片MCU内的Flash存储器内，根据I/O口接受到的信号进行反馈控制。由主控芯片控制电磁高压水雾化喷嘴的喷射时机和喷射量，使不同的工况都能得到较好的喷水量；水雾化喷嘴的安装位置紧靠于压气机的后端，经过增压后的高压、高速气体与水雾相撞，不但降低了气体温度，还保证了水雾的雾化效果。