CN1048431A - 内燃机高压水雾喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进的活塞式内燃机的高压水 雾喷射系统。它提供一种用于内燃机气缸内喷水的 装置，以产生蒸汽，辅同燃料燃烧后所产生的压力，增 大了气缸活塞的作功能力。同时因对气缸内喷水，使 气缸内热燃气的高温未向内燃机各部件传导时，即被 水吸收，所以使内燃机的有关部件的热负荷大为下 降，从而延长了内燃机的使用寿命，又因气缸内温度 的下降，加以蒸汽又能过滤、吸附一部分有害气体，则 使用本系统能使内燃机的废气中所含的有害成分大 大降低。它是由水箱、输水泵、过滤器、高压水泵、喷 水器构成的。

Description

本发明涉及一种改进的活塞式内燃机的高压水雾喷射系统。

现有的内燃机是依靠燃料在气缸中燃烧，产生高温高压的热燃气，来推动气缸活塞运动的。这种作功过程，常使气缸的燃烧室、工作室散发出相当一部分热量，通过部件的热传导和废气排放中散失，所以真正用于作功的能量，约占其总发热量的30-40%，使能源造成很大的浪费。

本发明的目的是要提供一种用于内燃机的高压水雾喷射系统，使内燃机在燃料燃烧生成的燃气过程结束时，可对气缸内喷水雾，以产生蒸汽压力，辅同燃气压力使气缸活塞的推动力大为提高，从而提高了作功效率，使其热效率提高至70%，达到了节能之目的。

本发明是这样实现的：

本发明在内燃机的机械系统中增设一高压水雾喷射系统，当燃料在气缸内燃烧刚结束时，即通过高压水雾喷射系统喷入一定量的水雾，此水雾在气缸内大量吸收热燃气所含的热量后汽化，同时产生热微爆炸，从而使气缸内由燃气与水蒸汽、热微爆炸所产生的压力同时推动气缸活塞运动，从而提高了作功效率。因水雾汽化是吸收气缸内的热燃气的热量，所以降低了气缸壁的受热，使内燃机的机械系统的热负荷大为降低，从而延长了内燃机本身的使用寿命;又因水雾可以吸附一部分有毒气体，所以减少了废气中的有毒成分。此外因有了喷雾系统，则可以取消原有的内燃机的冷却设备，起到节省设备投资和降低维修费用的作用。

本发明的高压水雾喷射系统由水箱、水泵、过滤器、凸轮轴、凸轮、顶头、顶头螺钉、高压水泵（柱塞泵）、高压水管、喷水器（液力启闭式）来组成的。

其工作过程是这样的：水箱中的水，经过过滤器到输水泵后分两路，一路经发动机内的换热器，使水温升至50°-70℃，通过输水管到达高压水泵;另一路是从输水泵直接进入高压水泵。高压水泵上装有水量调节齿条，此调节齿条与发动机的调速装置相接，当发动机以最低转速或怠速运转时，可将高压水泵的喷水量调整至零位，此时若启动发动机，不会使高压水泵喷水。在发动机加速时，调速器拉动高压水泵的调节齿条，使水泵柱塞转动，根据发动机的负荷来调整喷水量。当燃料在气缸中燃烧结束后，凸轮带动滚轮转动，又通过顶头与顶头螺钉使柱塞上移，使充满柱塞套筒里的水被挤压，此水通过排水阀进入高压水管到喷水器;在水压超过喷水器的针阀启闭压力时，针阀克服弹簧的压力，使高压水进入喷水孔，在气缸内高速雾化，水雾与高温的燃气接触后即吸热汽化，同时发生微爆炸，此时燃气的温度下降，气缸内的压力升高，起到缸内热燃气的内冷作用，又增大了气缸活塞的推动力。这个过程由于气缸内燃气过程刚结束，所产生的热量大部分未向气缸四周作热传导，就被水雾吸收，使水汽化，燃气的气温即刻下降，所以未给气缸的金属部件带来因温差变化而形成的热应力，使气缸可在较低的温度下工作，从而延长了机件的使用寿命。

正确地调节喷水量将会有效地控制气缸内的温度和排气温度，从而使内燃机的受热部件能控制在最佳工作温度范围内，降低排气温度，又能最大限度地提高热效率。因此操作时，向气缸喷水的时刻应选择燃料燃烧刚结束时为最佳，此时内燃机曲柄转角为上死点后20°-40°;其喷水量为加油量的2-3倍为最佳。采用本系统后，内燃机的热效率可提高达70%。

燃烧后排出的废气以NOx为主，一般以NO形式出现。NO的生成量与燃烧室内的氮、氧浓度，燃烧室的温度以及高温持续时间有关，一般是燃烧温度越高，高温持续时间越长，则废气中NOx含量就高。而在喷水之后，缩短了燃烧室内的高温持续时间，所以也降低了NOx的含量，加以水蒸汽的过滤、吸附作用，使排出废气中的有害成分大为减少。

为了防止喷水设备的锈蚀，可在水中加入防锈剂或用不锈耐酸钢制作柱塞、针阀以及其它与水接触的部件。

以下结合附图对发明作进一步的详细描述。

图1、是本发明的高压喷雾系统示意图。

一种内燃机高压喷雾系统的水箱（1）中的水，经过滤网（2）进入输水泵（3）通过控制阀（4、4′）分成两路，一路由阀（4）进入发动机（6）的机油换热器（5），再进入发动机机体，可使水温提高到50°-70℃后进入高压水泵（9）;另一路由阀（4′）直接进入高压水泵（9）。高压水泵（9）上有一水量调节齿条（10），此齿条（10）与发动机的调速装置（8）相接，当发动机以低速或怠速运转时，可将高压水泵（10）的喷水量调整至零位。当发动机加速时，调速装置（8）拉动调节齿条（10），使高压水泵（9）的柱塞（14）转动，此时可根据发动机的负荷来调整喷水量。当燃料在气缸中燃烧过程将结束后，此时内燃机曲柄转角为上死点后20°-40°。同时凸轮轴（11）带动凸轮（12）、使滚轮（13）上升并转动，并使柱塞（14）上升，使充满套筒（14′）里的水被柱塞（14）挤压而通过排水阀（15），进入高压水管（16），再进入喷水器（17）。当压力超过喷水器（17）的针阀（20）启闭压力时，针阀（20）克服弹簧（18）的压力，针阀（20）抬起，使高压水进入喷水孔（21），则高压水即成雾化状态进入气缸（在发动机内）之中，此水量为燃油加入量的2-3倍。由于水雾进入缸体后即吸收燃气中的热量，形成水蒸汽，又因同时发生的微爆炸现象，使气缸中的气压增大，而温度下降，达到了缸内热燃气的内冷增压的目的。这样推动活塞作出了比单纯燃气时作出更大的功，此时内燃机的热效率达70%。同时因缸内温度的降低，相应使缸体金属部件受热应力的影响减小，从而延长了内燃机的使用寿命。又因气缸的温度降低和水蒸汽的吸附过滤作用，使内燃机排出废气的有害成分有很大的降低。

喷水系统的各种与水接触的部件，为了防止锈蚀，可以用不锈耐酸钢加工;也可以在水中加入防锈剂。

Claims (5)

1、一种内燃机高压水雾喷射系统，其特征在于此系统包括水箱(1)、滤网(2)、输水泵(3)、控制阀(4、4′)，凸轮轴(11)、凸轮(12)、高压水泵(8)、高压水管(16)、和喷水器(17)。

2、根据权利要求1所述的高压水雾喷射系统，其特征在于其高压水泵（9）是由调节齿条（10）、凸轮轴（11）、凸轮（12）、滚轮（13）、柱塞（14）、排水阀（15）构成。

3、根据权利要求1所述的高压水雾喷射系统，其特征在于其高压水雾喷系统的喷水器（17）是由弹簧（18）、针阀（20）、喷水孔（21）构成，此喷水器（17）是装在气缸盖（19）上的。

4、根据权利要求1-3所述的高压水雾喷射系统的操作，其特征在于向气缸喷水的最佳时刻应选择燃料燃烧刚结束时，此时气缸的曲柄转角为上死点后20°-40°，喷水量应是燃油加入量的2-3倍。

5、根据权利要求1-3所述的高压水雾喷射系统，其特征在于一些与水接触的部件，如柱塞（14）、针阀（20）可用不锈耐酸钢制作。