CN101135280A - 4冲程汽油机缸内喷水装置 - Google Patents

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肖庆钊
聂伦
王永伍
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Abstract

一种4冲程汽油机缸内喷水装置，包括：电控单元，其特征是还包括：水箱，由电控单元控制的水泵、水轨和喷水嘴；水泵的出水口通过水管与水轨的进水口连通；喷水嘴分别通过水管与水轨的出水口、水箱及水泵相连通，喷水嘴的喷水口伸入汽油机燃烧室内。采用本发明，在燃烧冲程的某阶段喷水入缸，温度控制在汽油燃点以上，不影响汽油继续燃烧；水瞬时汽化增大缸压，从而增加有效扭矩和功率输出；水汽化做功消耗掉大量热能，减轻冷却系统的负荷和功率损耗；缸内温度下降降低了爆震风险，使汽油机可使用更高的压缩比；从而达到节油的目的；此外，缸内燃烧温度下降，可抑制氮氧化合物生成，减少有害物的排放，利于环保。

Description

4冲程汽油机缸内喷水装置
技术领域
本发明属于燃烧发动机的附件，涉及一种4冲程汽油机缸内喷水装置。
背景技术
现有技术中，汽油机工作时，一般是将空气、汽油混合气吸入气缸，或在吸气冲程，将汽油喷入缸内混合，压缩冲程结束前，用火花塞点燃混合气，混合气燃烧，缸内气体的温度升高，压强增加，推动活塞运动做功。由于汽油机的做功介质只包含汽油与空气燃烧产物，不再增加其它的膨胀介质，缸内温度高，容易生成氮氮化合物等有害物质；冷却系统负担大；爆震可能性增加，不利于实现更大的压缩比；尾气温度高，对靠近燃烧室的排气道材质耐高温和强度要求较高；大量热能通过排气和冷却系统散发，不仅未转化为动力，反而会消耗动力(须使用消耗功率更大的风扇和水泵)。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种4冲程汽油机缸内喷水装置，从而使汽油机有效节油和降低排放。
本发明系采用一套与现有技术中汽油机缸内直喷系统类似的水喷射装置，即通过电控单元(ECU或ECM)采集发动机转速、喷油量(利用电喷系统电控单元的现成数据)和排气温度(增加排气温度传感器)等参数，选择合适的时间、适当的喷射速率、合理的喷射量，将水喷入气缸，水在缸内高温环境下瞬时汽化，增大对活塞顶部的有效压力，达到节油和降低排放的目的。
本发明的内容是：一种4冲程汽油机缸内喷水装置，包括：电控单元(与现有技术中汽油机缸内直喷系统的电控单元结构组成和功能相似)，其特征是还包括：水箱(1)，由所述电控单元(5)控制的水泵(2)、水轨(3)(与现有技术汽油机中的油轨结构和功能相似)和喷水嘴(4)(与现有技术汽油机中的油嘴结构和功能相似)；所述水泵(2)的进水口与水箱(1)相连通、出水口通过水管与水轨(3)的进水口连通；所述喷水嘴(4)分别通过水管与水轨(3)的出水口、水箱(1)及水泵(2)相连通，喷水嘴(4)的喷水口伸入汽油机燃烧室内。
本发明的内容中：还可以包括一个与所述电控单元(5)电连接的排气温度传感器(6)；排气温度传感器(6)安装在排气道，将信号反馈给电控单元(5)(ECU或ECM)，由电控单元(5)根据排气温度控制喷水量。
本发明的内容中：所述水泵(2)还可以设置于水箱(1)内。
与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
(1)采用本发明，喷水嘴安装在汽油机燃烧室内，在燃烧冲程的某阶段喷水入缸，温度控制在汽油燃点以上，不影响汽油继续燃烧；水瞬时汽化增大缸压，从而增加有效扭矩和功率输出；水汽化做功消耗掉大量热能，减轻冷却系统的负荷和功率损耗；缸内温度下降降低了爆震风险，使汽油机可使用更高的压缩比；从而达到节油的目的；此外，缸内燃烧温度下降，可抑制氮氧化合物生成，减少有害物的排放，利于环保，对连接缸盖的排气管材质要求也相应下降；
(2)由于缸内喷水不适用于所有工况，例如冷起动时、特别是在寒冷的北方冬季，喷水不利于汽油机和三元催化器预热，甚至影响汽油机顺利启动；通过采用排气温度传感器，利用电控单元根据排气温度控制喷水量(个别工况不喷水)以趋利避害，使本发明的实际运用更为可靠；
(3)本发明充分利用现有汽油机结构，利用汽油机余热做功，达到节油的目的；本发明装置可借用较成熟的现有技术、在现有汽油机缸内直喷系统的基础上改造，简便易行；利用电控单元(ECU或ECM)控制喷水量，冷起动及暖机过程中不喷水，避免了缸内喷水在个别工况对发动机性能造成负面影响；根据排气温度控制喷水量，算法简单易行；具备通过标定实现调整喷水时间、多次喷水达到排放最佳、油耗最省的潜力；
(4)结构简单，成本低，生产安装使用方便，实用性强。
附图说明
图1是本发明实施例原理结构示意图；
图2-4是本发明实施例中喷水嘴安装位置及工作状态结构示意图。
图中：1—水箱、2—水泵、3—水轨、4—喷水嘴、5—电控单元(ECU或ECM)、6—排气温度传感器、7—汽缸盖、8—燃烧室、9—汽缸、10—活塞、11—曲轴。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：参见各附图。
一种4冲程汽油机缸内喷水装置，主要由：电控单元5(与现有技术中汽油机缸内直喷系统的电控单元结构组成和功能相似，或称ECU或ECM)，水箱1，由所述电控单元5控制的水泵2、水轨3(与现有技术汽油机中的油轨结构和功能相似)和喷水嘴4(与现有技术汽油机中的油嘴结构和功能相似)，以及一个与电控单元5电连接的排气温度传感器6等组成；所述水泵2的进水口与水箱1相连通、出水口通过水管与水轨3的进水口连通；所述喷水嘴4分别通过水管与水轨3的出水口、水箱1及水泵2相连通，喷水嘴4的喷水口伸入汽油机燃烧室8内。
使用时，水箱1安装在汽车底盘上或发动机机舱内(根据整车设计需要布置)，水泵2放置在水箱1内或安装在水箱1上，水轨3安装在汽缸羔7上，喷水嘴4安装在汽缸盖7上、尾部与水轨3相联，喷水口伸入燃烧室8内；使用电控单元(ECU或ECM)进行喷水时间和喷水量管理；可使用单独一个ECU(或ECM)，也可以与管理进气和供油的ECU(或ECM)共用。
工作时，排气温度传感器6将测量的信号传递给电控单元(ECU或ECM)提供信号输入：排气温度低于设定值时，系统不启动，水嘴不工作；排气温度等于或高于设定温度值时，在燃烧工况某设定曲轴转角，系统起动，高压水泵2开始工作、将水从水箱1泵入水轨3，在燃烧(做功)冲程，发动机点火(参见图2)后，曲轴11转角达到一定角度时，喷水嘴4根据ECU(或ECM)5的指令喷水(参见图3)，喷水量(持续时间)根据喷油量按比例确定，并根据排气温度调整，随排气温度的升高而增加；喷入缸内的水在高温下瞬进汽化，提高气缸爆发压力，增大缸压辅助做功，同时降低气缸温度(参见图4)，在不增加喷油量的前提下，可有效提高输出扭矩和功率。
本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。

Claims (2)

1.一种4冲程汽油机缸内喷水装置，包括：电控单元，其特征是还包括：水箱(1)，由所述电控单元(5)控制的水泵(2)、水轨(3)和喷水嘴(4)；所述水泵(2)的进水口与水箱(1)相连通、出水口通过水管与水轨(3)的进水口连通；所述喷水嘴(4)分别通过水管与水轨(3)的出水口、水箱(1)及水泵(2)相连通，喷水嘴(4)的喷水口伸入汽油机燃烧室内。
2.按权利要求1所述的4冲程汽油机缸内喷水装置，其特征是：还包括一个与电控单元(5)电连接的排气温度传感器(6)。
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