專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)，具體涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管路的噴水系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)汽車尾氣污染物排放量限定的標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，各國(guó)競(jìng)相開(kāi)展了降低氮氧化合物及碳煙排放控制技術(shù)方面的研究。其中包括對(duì)燃燒室內(nèi)摻水以降低燃燒溫度方法的研究，例如水乳化燃料，燃燒室內(nèi)噴水，進(jìn)氣管噴水等。實(shí)驗(yàn)表明對(duì)部分發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷工況，在燃燒室內(nèi)適當(dāng)?shù)膿饺胨?，可以有效吸收缸?nèi)的熱量，降低燃燒溫度，同時(shí)水蒸氣可以稀釋局部過(guò)濃的氧氣。高溫和高氧濃度是生成NOx主要條件，通過(guò)適當(dāng)摻水可以遏制不良條件的產(chǎn)生；而局部燃料的富聚、高溫以及缺氧則是形成碳煙的條件，通過(guò)水蒸氣高比熱容吸熱，降低燃燒溫度同樣可以達(dá)到控制碳煙生成的目的。由此可見(jiàn)，在燃燒室內(nèi)摻入部分水分，可以同時(shí)對(duì)NOx和碳煙都起到一定的控制作用，實(shí)現(xiàn)低污染物排放的低溫燃燒。而在燃燒室內(nèi)加水的不同方案中各有優(yōu)劣。水乳化燃料的技術(shù)，是通過(guò)將水與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料混合乳化后，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的供油系統(tǒng)送入氣缸參與燃燒。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)改動(dòng)較小，摻水量可以通過(guò)水乳化比率進(jìn)行調(diào)節(jié)，技術(shù)難度較小。但是其缺點(diǎn)是1.水乳化燃料的相分離問(wèn)題一直無(wú)法解決，乳化燃料隨著存放時(shí)間的推移，容易出現(xiàn)渾濁、破乳等問(wèn)題。2.乳化劑成本較高，大規(guī)模使用經(jīng)濟(jì)性差。3.水乳化燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給系統(tǒng)及供油系統(tǒng)有一定的腐蝕性，并且在燃用高比率水乳化燃料時(shí)會(huì)引起高壓油泵或者是噴油器針閥的潤(rùn)滑不良。4.水的摻入要占用原本燃料的通道，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率密度。缸內(nèi)直接噴水技術(shù)，通過(guò)類似噴油噴嘴對(duì)缸內(nèi)直噴。優(yōu)點(diǎn)是供水時(shí)刻、供水量可以隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況及時(shí)調(diào)整，供水效果良好，能夠通過(guò)供水策略的實(shí)時(shí)調(diào)整將水分在缸內(nèi)的效率發(fā)揮到最大。但是其缺點(diǎn)是1.對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改動(dòng)難度較大，對(duì)噴水設(shè)備的要求很高， 尚需增加發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元類似的一套系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本過(guò)高。進(jìn)氣管噴水的技術(shù)，在進(jìn)氣管內(nèi)設(shè)置水霧化噴嘴，隨進(jìn)氣向燃燒室內(nèi)供水。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)改動(dòng)相對(duì)較小，不占用供油份額，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)無(wú)額外要求。但缺點(diǎn)是1.加水霧化及燃燒溫度等如果控制不好效果較差。2.如果優(yōu)化不好則有可能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣產(chǎn)生影響。綜上所述可以看出，采用進(jìn)氣管噴水對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)改動(dòng)相對(duì)較小，因?yàn)椴慌c燃料相混合，所以不存在乳化劑特有的缺陷以及乳化燃料穩(wěn)定性等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外對(duì)進(jìn)氣管噴水燃燒有許多實(shí)驗(yàn)研究，然而對(duì)不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)及其不同工況，在燃燒室內(nèi)可添加的水分含量是不相同的，需要根據(jù)具體情況制定供水策略并進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。關(guān)鍵是要解決進(jìn)氣管噴水結(jié)構(gòu)優(yōu)化、供水策略的匹配問(wèn)題，尤其是提高摻水霧化與蒸發(fā)，使水蒸氣與進(jìn)氣充分混合，避免水滴在進(jìn)氣管內(nèi)壁面的匯聚等。這些問(wèn)題如能解決，采用進(jìn)氣管噴水達(dá)到的效果顯然優(yōu)于其他兩種方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室摻水量可控制，能夠根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工況采用不同的摻水策略，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在重載大負(fù)荷時(shí)的低溫燃燒和低NOx、碳煙排放。解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)，包括內(nèi)凸式蒸發(fā)帶、格柵式液滴蒸發(fā)器、進(jìn)氣溫度傳感器、電磁高壓水霧化噴嘴、進(jìn)氣流量傳感器、高壓水泵、儲(chǔ)水箱、壓氣機(jī)、主控芯片、手/自切換開(kāi)關(guān)、冷卻水溫度傳感器、功率傳感器、燃油消耗傳感器、排氣溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等。通往燃燒室的每個(gè)進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)有凸式蒸發(fā)帶，進(jìn)氣道總管依次設(shè)有格柵式液滴蒸發(fā)器、進(jìn)氣溫度傳感器、電磁高壓水霧化噴嘴和進(jìn)氣流量傳感器。電磁高壓水霧化噴嘴依次串接高壓水泵和儲(chǔ)水箱。進(jìn)氣道總管進(jìn)口端設(shè)有壓氣機(jī)。進(jìn)氣管噴水電控子系統(tǒng)中的主控芯片通過(guò)線束分別接至電磁高壓水霧化噴嘴、進(jìn)氣溫度傳感器、格柵式液滴蒸發(fā)器、高壓水泵、進(jìn)氣流量傳感器手/自動(dòng)噴水切換開(kāi)關(guān)、冷卻水溫度傳感器、功率傳感器、燃油消耗傳感器、排氣溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器以及每個(gè)凸式蒸發(fā)帶中的繼電器。其中由主控芯片、高壓水泵、電磁高壓水霧化噴嘴、手/自切換開(kāi)關(guān)以及相應(yīng)的線束控制電路構(gòu)成進(jìn)氣管噴水電控子系統(tǒng)以及噴射子系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)供水策略調(diào)節(jié)高壓水泵，不需要噴水的時(shí)高壓水泵關(guān)閉，節(jié)約發(fā)動(dòng)機(jī)功率。該供水策略以程序代碼形式儲(chǔ)存于主控芯片MCU內(nèi)的Flash 存儲(chǔ)器內(nèi)，根據(jù)I/O 口接受到的信號(hào)進(jìn)行反饋控制。由主控芯片控制電磁高壓水霧化噴嘴的噴射時(shí)機(jī)和噴射量，使不同的工況都能得到較好的噴水量；水霧化噴嘴的安裝位置緊靠于壓氣機(jī)的后端，經(jīng)過(guò)增壓后的高壓、高速氣體與水霧相撞，不但降低了氣體溫度，還保證了水霧的霧化效果。本發(fā)明的原理依據(jù)為Ν0χ是發(fā)動(dòng)機(jī)的兩種主要排氣污染物之一。在不斷的提升發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒溫度不斷攀升，而作為對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的NOx形成貢獻(xiàn)最大的熱力型NOx其生產(chǎn)的三個(gè)基本條件為高溫、富氧以及一定的反應(yīng)時(shí)間。在這三個(gè)條件內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間是隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化，沒(méi)有辦法直接控制，而可以加以干預(yù)的就是燃燒時(shí)的高溫和局部的富氧。通過(guò)進(jìn)氣管內(nèi)摻水，水分進(jìn)入燃燒室后將會(huì)吸收燃燒室內(nèi)的高溫，使得燃料燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)溫度下降，小水滴在吸熱后會(huì)變?yōu)樗魵猓㈦S缸內(nèi)的氣體流動(dòng)而與霧化的燃油及空氣進(jìn)行混合，這樣的稀釋作用有利于控制在局部出現(xiàn)氧氣富集的現(xiàn)象，因此在燃燒室內(nèi)適當(dāng)摻入水分對(duì)于NOx的抑制有明顯效果。發(fā)動(dòng)機(jī)的碳煙形成條件為高溫、局部缺氧及燃料的富集。在進(jìn)氣管內(nèi)噴水，水分隨空氣進(jìn)入燃燒室，不但可以抑制形成碳煙的高溫，水蒸氣還能對(duì)局部的燃料富集產(chǎn)生一定的稀釋作用，因此在燃燒過(guò)程中摻入水分對(duì)碳煙的形成能起到明顯的抑制作用。主控芯片通過(guò)各個(gè)傳感器連接感知發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的工況，并根據(jù)與各個(gè)不同工況相互匹配的MAP數(shù)據(jù)進(jìn)行噴水策略的調(diào)控，MAP 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于主控芯片的Flash存取器內(nèi)。進(jìn)氣管噴水電控子系統(tǒng)可以通過(guò)手動(dòng)/自動(dòng)噴水切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣道噴水的人工切換控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是，提出了在一套進(jìn)氣管供水設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況的供水量、供水策略及霧化程度可調(diào)，自動(dòng)供水與人工手動(dòng)切換可控。通過(guò)進(jìn)氣管噴水電控子系統(tǒng)控制高壓水泵、電磁高壓水霧化噴嘴實(shí)現(xiàn)了不同工況調(diào)節(jié)進(jìn)氣管噴水參數(shù)，并且可以隨發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)進(jìn)氣流量和溫度，自動(dòng)控制格柵式液滴蒸發(fā)器、內(nèi)凸式蒸發(fā)帶的蒸發(fā)霧化策略。在盡量不提高進(jìn)氣溫度的情況下保證進(jìn)氣管噴水的霧化與進(jìn)氣的混合良好，以達(dá)到進(jìn)入燃燒室后的最佳溫度控制效果。本發(fā)明可以全自動(dòng)控制也可以手動(dòng)切換，易于在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)上改裝，控制精度高，可隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況適時(shí)調(diào)整進(jìn)氣管噴水策略。


所示附圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)及工作原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是敘述性的， 不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的系統(tǒng)連接為通往燃燒室的每個(gè)進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)有凸式蒸發(fā)帶1，進(jìn)氣道總管2依次設(shè)有格柵式液滴蒸發(fā)器3、進(jìn)氣溫度傳感器4、電磁高壓水霧化噴嘴5和進(jìn)氣流量傳感器6 ；電磁高壓水霧化噴嘴5依次串接高壓水泵7和儲(chǔ)水箱8 ；進(jìn)氣道總管進(jìn)口端設(shè)有壓氣機(jī)9。進(jìn)氣管噴水電控子系統(tǒng)中的主控芯片10通過(guò)線束分別接至電磁高壓水霧化噴嘴5、進(jìn)氣溫度傳感器4、格柵式液滴蒸發(fā)器3、高壓水泵7、進(jìn)氣流量傳感器6、手/自動(dòng)噴水切換開(kāi)關(guān)11、冷卻水溫度傳感器12、功率傳感器13、燃油消耗傳感器14、排氣溫度傳感器15、轉(zhuǎn)速傳感器16以及每個(gè)凸式蒸發(fā)帶1中的繼電器端。主控芯片的控制信號(hào)均連接至格柵式液滴蒸發(fā)器、內(nèi)凸式蒸發(fā)帶的繼電器端，當(dāng)控制信號(hào)傳遞至繼電器后，繼電器觸發(fā)與蒸發(fā)器及蒸發(fā)帶內(nèi)的加熱電阻與汽車電瓶的連接開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器及蒸發(fā)帶的加熱切換控制。壓氣機(jī)2通過(guò)法蘭接口與進(jìn)氣道總管2連接固定。手/自動(dòng)噴水切換開(kāi)關(guān)11安裝于汽車駕駛室儀表板上。由主控芯片、進(jìn)氣流量傳感器、格柵式液滴蒸發(fā)器、內(nèi)凸式蒸發(fā)帶、進(jìn)氣溫度傳感器，組成進(jìn)氣管噴水的霧化及蒸發(fā)系統(tǒng)。內(nèi)凸式蒸發(fā)帶1安裝進(jìn)入所述進(jìn)氣歧管后，內(nèi)凸式蒸發(fā)帶尾端所在之處的進(jìn)氣歧管直徑縮減2mm。即在進(jìn)氣歧管的盡頭(靠近發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的位置)設(shè)置一個(gè)小微縮段，長(zhǎng)約5mm。目的是防止附著在進(jìn)氣歧管內(nèi)壁面的水膜“爬”進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口，通過(guò)該炙熱的微縮段對(duì)水膜層進(jìn)行阻擋與延滯，使得水膜在爬過(guò)高2mm、長(zhǎng)5mm的微縮段時(shí)，將水分再次蒸發(fā)，并隨進(jìn)氣均勻的吸入發(fā)動(dòng)機(jī)。格柵式液滴蒸發(fā)器3和內(nèi)凸式蒸發(fā)帶1的外周與管道間設(shè)有隔熱耐溫材料?？墒顾鼈?cè)谕娂訜釙r(shí)不會(huì)將過(guò)多熱量傳遞給進(jìn)氣管使進(jìn)氣管過(guò)熱，因?yàn)檫M(jìn)氣管會(huì)將熱量傳遞給空氣，從而導(dǎo)致進(jìn)氣溫度升高，進(jìn)氣的密度下降，進(jìn)氣充量下降，降低發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率進(jìn)而對(duì)燃燒產(chǎn)生負(fù)面影響。電磁高壓水霧化噴嘴5的安裝位置距離壓氣機(jī)9出口(法蘭接口處)5mm?？諝饨?jīng)過(guò)壓縮后，溫度和流速都會(huì)急劇增加，此時(shí)高速氣流與電磁高壓水霧化噴嘴內(nèi)噴出的水霧相撞，不但可以進(jìn)一步增加水霧的破碎與霧化效果，氣體內(nèi)的較高溫度同時(shí)會(huì)加熱小液滴使其霧化徹底；另一方面，水霧會(huì)降低進(jìn)氣的溫度，這樣也就可以增加進(jìn)氣的密度，加大了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣充量，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作有促進(jìn)作用。本實(shí)施例所用主控芯片采用16位MCU，S12X CPU，最高總線速度40MHz。進(jìn)氣管噴水電控子系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)氣流量，噴水量及進(jìn)氣溫度，判斷并選擇加熱與霧化策略；在進(jìn)氣流量小，噴水量相對(duì)較大，進(jìn)氣溫度偏低的情況下，將會(huì)使格柵式液滴蒸發(fā)器、內(nèi)凸式蒸發(fā)帶同時(shí)工作，并且將使其溫度適當(dāng)增加。在進(jìn)氣量大、噴水量不大，進(jìn)氣溫度偏高的情況下，則關(guān)閉格柵式液滴蒸發(fā)器，只是打開(kāi)內(nèi)凸式蒸發(fā)帶，并可根據(jù)不同的情況， 調(diào)節(jié)兩個(gè)蒸發(fā)器的開(kāi)閉及其工作溫度。格柵式液滴蒸發(fā)器其功能是將水霧經(jīng)過(guò)進(jìn)氣總管輸運(yùn)后，重新凝結(jié)的空間小液滴和在管壁上匯集，并隨進(jìn)氣前行的薄液面重新蒸發(fā)霧化。位于進(jìn)氣歧管的內(nèi)凸式蒸發(fā)帶的功能是將經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)大角度偏轉(zhuǎn)后的濕空氣在進(jìn)氣歧管內(nèi)壁面匯集的液面重新蒸發(fā)，使得水分在進(jìn)入燃燒室的時(shí)候更加均勻，霧化更好，并且保證不出現(xiàn)較大水滴，順進(jìn)氣口滴落燃燒室對(duì)活塞及氣門等高速運(yùn)動(dòng)部件造成損害。
權(quán)利要求
1.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)，包括內(nèi)凸式蒸發(fā)帶、格柵式液滴蒸發(fā)器、進(jìn)氣溫度傳感器、 電磁高壓水霧化噴嘴、進(jìn)氣流量傳感器、高壓水泵、儲(chǔ)水箱、壓氣機(jī)、主控芯片、手/自切換開(kāi)關(guān)、冷卻水溫度傳感器、功率傳感器、燃油消耗傳感器、排氣溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于通往燃燒室的每個(gè)進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)有凸式蒸發(fā)帶(1)，進(jìn)氣道總管( 依次設(shè)有格柵式液滴蒸發(fā)器(3)、進(jìn)氣溫度傳感器G)、電磁高壓水霧化噴嘴( 和進(jìn)氣流量傳感器 (6)，電磁高壓水霧化噴嘴( 依次串接高壓水泵(7)和儲(chǔ)水箱(8)，進(jìn)氣道總管進(jìn)口端設(shè)有壓氣機(jī)(9)，進(jìn)氣管噴水電控子系統(tǒng)中的主控芯片(10)通過(guò)線束分別接至電磁高壓水霧化噴嘴( 、進(jìn)氣溫度傳感器(4)、格柵式液滴蒸發(fā)器( 、高壓水泵(7)、進(jìn)氣流量傳感器 (6)手/自動(dòng)噴水切換開(kāi)關(guān)(11)、冷卻水溫度傳感器(12)、功率傳感器(13)、燃油消耗傳感器(14)、排氣溫度傳感器(15)、轉(zhuǎn)速傳感器(16)以及每個(gè)凸式蒸發(fā)帶⑴中的繼電器端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)，其特征是所述壓氣機(jī)( 通過(guò)法蘭接口與所述進(jìn)氣道總管( 連接固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)，其特征是所述內(nèi)凸式蒸發(fā)帶(1)安裝進(jìn)入所述進(jìn)氣歧管后，內(nèi)凸式蒸發(fā)帶尾端所在之處的進(jìn)氣歧管直徑縮減2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)，其特征是所述格柵式液滴蒸發(fā)器(3)和內(nèi)凸式蒸發(fā)帶(1)的外周與管道間設(shè)有隔熱耐溫材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)，其特征是所述電磁高壓水霧化噴嘴 (5)的安裝位置距離所述壓氣機(jī)(9)出口法蘭5-10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)，其特征是所述手/自動(dòng)噴水切換開(kāi)關(guān)(11)安裝于汽車駕駛室儀表板上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管噴水系統(tǒng)。通往燃燒室的每個(gè)進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)有凸式蒸發(fā)帶，進(jìn)氣道總管依次設(shè)有格柵式液滴蒸發(fā)器、進(jìn)氣溫度傳感器、電磁高壓水霧化噴嘴和進(jìn)氣流量傳感器。電磁高壓水霧化噴嘴依次串接高壓水泵和儲(chǔ)水箱。進(jìn)氣道總管進(jìn)口端設(shè)有壓氣機(jī)。進(jìn)氣管噴水電控子系統(tǒng)中的主控芯片通過(guò)線束分別接至上述部件，以及手/自動(dòng)噴水切換開(kāi)關(guān)、冷卻水溫度傳感器、功率傳感器、燃油消耗傳感器、排氣溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等。在盡量不提高進(jìn)氣溫度的情況下保證進(jìn)氣具有良好的水霧化，達(dá)到最佳溫度控制效果。本發(fā)明可以全自動(dòng)控制也可以手動(dòng)切換，易于在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)上改裝，控制精度高，可隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況適時(shí)調(diào)整進(jìn)氣管噴水策略。
文檔編號(hào)F02M25/028GK102269081SQ20111023477
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者衛(wèi)海橋, 張韋, 徐彪, 梁興雨, 舒歌群 申請(qǐng)人:天津大學(xué)