CN107178440A - 一种高效节能环保安全的油水发动机及控制方法 - Google Patents

一种高效节能环保安全的油水发动机及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效节能环保安全的油水发动机及控制方法，油水发动机包括高压水射流系统；高压水射流系统包括水箱、高压水泵和高压水射流喷嘴，高压水射流喷嘴贯通设置在燃烧室上，高压水射流喷嘴通过注水管路与高压水泵的输出端连接，高压水泵的输入端与水箱连接。本高效节能环保安全的油水发动机在起动预热后根据缸体温度传感器实时反馈的缸体温度采用喷水冲程循环或喷油冲程循环，并对缸体进行保温、降低热量消耗，可以从根本上节省燃油；高压水射流瞬间汽化吸收大量的热量，可以降低发动机缸内温度、有效抑制爆震的产生；能够在改善缸内燃烧情况、减少有害尾气排放的前提下实现油耗量的大幅度降低，进而有效实现节能减排，且安全可靠。

Description

一种高效节能环保安全的油水发动机及控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽油发动机及控制方法，具体是一种可高效节能环保安全的油水发动机及控制方法，属于汽油发动机技术领域。
背景技术
汽车工业的快速发展给人类社会带来了巨大的便利，作为汽车主要动力源的内燃机通常分为活塞式发动机、冲压式发动机、火箭发动机和涡轮发动机，广泛应用于民用的以活塞式发动机为主，活塞式发动机的工作过程通常包括进气、压缩、膨胀做功和排气，即通过燃料在发动机缸体内燃烧将热能转换成机械能，利用活塞、曲轴带动发动机连杆做功，做功完成后的燃料废气直接排出发动机缸体。因此，汽车在给人类社会带来便利的同时也带来了消耗能源、污染环境等一系列负面影响。为此，世界各国都制定了严格的排放和油耗标准，节能减排是作为汽车主要动力源的内燃机行业的首要目标。
活塞式发动机的最大缺点就是能量利用率偏低，只有约为30％左右。为提高活塞式发动机效率，现有技术中常采用小型化技术，即将活塞式发动机小型化，小型化技术可以增加发动机常用工况的使用负荷，将发动机常用工况负荷向高效率负荷区移动，降低泵气损失，提高发动机燃油经济性，而且采用增压技术可以弥补由于发动机排量减小造成的动力性下降，小型高增压发动机可以有效提高发动机效率；现有技术中还有发动机缸内喷水技术，即利用液态水吸热形成的蒸汽优化内燃机工作过程，提高系统热效率，用水作废热回收工质，吸收尾气废热，然后在进气工作过程中同时向发动机缸内直喷尾气加热的高温高压水，水在发动机缸内吸热蒸发，可以降低发动机缸内温度，有效抑制爆震的产生，同时由于喷水降低爆震倾向，可以增加发动机压缩比、提前点火提前角、进而提高发动机效率。
也就是说，现有技术中大多是通过改善缸内燃烧情况的方式来实现提高发动机效率和节能减排。虽然，缸内燃烧情况的改善可以使发动机效率提高、在一定程度上减少尾气中有害气体的排放，但是，发动机的油耗量并没有实质性的改善，即在节能和环保方面并没有实质性的改善。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高效节能环保安全的油水发动机及控制方法，能够在改善缸内燃烧情况、减少有害尾气排放的前提下实现油耗量的大幅度降低，进而有效实现节能减排，并且安全可靠。
为实现上述目的，本高效节能环保安全的油水发动机包括气缸盖、气缸体、曲轴箱、进排气系统、燃油供给系统、高压水射流系统、润滑系统、起动系统和电控系统；
所述的气缸体内部至少设有一个圆柱形空腔的气缸，气缸的缸壁内设有缸体温度传感器，气缸内部设有与其配合的活塞；
所述的曲轴箱内部架设安装有曲轴，曲轴通过活塞连杆与活塞连接，曲轴上还设有曲轴正时齿轮；
所述的气缸盖通过气缸垫固定安装在气缸体的上方，气缸盖上对应气缸顶部的位置设有燃烧室，燃烧室上设有与其贯通连接的火花塞；
所述的进排气系统包括空气滤清器、进气通道、排气通道、进气门、排气门和排气管，进气通道和排气通道设置在气缸盖内部对应燃烧室的位置，进气通道与空气滤清器连通连接，排气通道与排气管连通连接，燃烧室分别通过进气门和排气门与进气通道和排气通道连通连接，进气门和排气门通过气门挺杆和凸轮轴及凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮连接形成配气机构；
所述的燃油供给系统包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器和喷油嘴，喷油嘴设置在气缸盖内部的进气通道上、且喷油嘴的喷射方向对应进气通道的进气方向，喷油嘴通过燃油管路与汽油泵的输出端连接，汽油泵的输入端与汽油箱连接；
所述的高压水射流系统包括水箱、高压水泵和高压水射流喷嘴，高压水射流喷嘴贯通设置在燃烧室上、且高压水射流喷嘴的喷射方向对应活塞的顶平面设置，高压水射流喷嘴通过注水管路与高压水泵的输出端连接，高压水泵的输入端与水箱连接；
所述的润滑系统包括机油泵、润滑油道、机油滤清器和机油散热器，润滑油道设置在气缸体内部，机油泵通过润滑油道、机油滤清器与机油散热器连通连接形成闭式循环；
所述的起动系统包括电力起动机，电力起动机通过飞轮与曲轴连接；
所述的电控系统包括电池组、PLC控制器、电源回路、起动回路、燃油控制回路、缸体温度检测回路、高压水射流控制回路、冷却控制回路和润滑控制回路，PLC控制器分别与电池组、电力起动机、汽油泵、喷油嘴、火花塞、缸体温度传感器、高压水泵、高压水射流喷嘴、机油泵电连接。
作为本发明的进一步改进方案，本高效节能环保安全的油水发动机还包括保温通道，保温通道围绕气缸贯通设置在气缸体以及气缸盖的内部，所述的排气通道通过保温通道与排气管连通连接。
作为本发明的进一步改进方案，所述的保温通道围绕气缸呈螺旋下降结构，螺旋下降结构的保温通道的上入口位置与排气通道连通连接、下出口位置与排气管连通连接。
作为本发明的进一步改进方案，所述的气缸的周向方向、保温通道的外围还设有环形真空保温腔。
作为本发明的进一步改进方案，所述的高压水射流喷嘴设置为多个、且多个高压水射流喷嘴在燃烧室上的位置不同。
作为本发明的进一步改进方案，所述的气缸体和活塞均采用铁合金材质。
作为本发明的进一步改进方案，所述的高压水射流系统的水箱内的水为蒸馏水。
一种高效节能环保安全的油水发动机的控制方法，具体包括以下步骤：
a.起动与预热：起动回路和燃油控制回路首先工作，PLC控制器控制电力起动机动作，电力起动机电动机旋转时产生的电磁转矩通过飞轮传递给曲轴使本高效节能环保安全的油水发动机起动，本高效节能环保安全的油水发动机即按照进气、压缩、膨胀做功和排气此四个工作冲程进行常规喷油冲程工作，同时缸体温度检测回路和润滑控制回路开始工作，PLC控制器控制汽油泵、缸体温度传感器、高压水泵和机油泵持续工作，PLC控制器控制喷油嘴和火花塞间歇工作；
进气冲程中曲轴带动活塞由上止点向下止点运动，同时进气门打开、排气门关闭、PLC控制器控制喷油嘴打开，活塞移动过程中空气和喷油嘴喷出的雾状汽油的混合燃气被吸入气缸，当活塞到达下止点时进气冲程结束，气缸内充满新鲜混合燃气以及上一个工作循环未排出的部分废气；压缩冲程中曲轴在惯性力作用下继续带动活塞由下止点向上止点运动，进气门和排气门均关闭，气缸内气体容积逐渐减小，混合燃气被压缩使其压力和温度升高，至活塞到达上止点，压缩冲程结束；膨胀做功冲程中PLC控制器控制高压电作用于火花塞，火花塞跳火点燃气缸内的混合燃气，混合燃气迅速膨胀做功推动活塞下行带动曲轴输出动力，活塞到达下止点时膨胀做功冲程结束；排气冲程中曲轴在惯性力作用下继续带动活塞由下止点向上止点运动，此时排气门打开，燃烧后的废气经排气门排出，排气冲程结束，活塞处于上止点，开始下一个冲程循环；
b.喷水冲程工作：缸体温度检测回路持续工作，缸体温度传感器实时反馈缸体温度；当缸体温度传感器反馈缸体温度提升至越过设定的可喷水温度数值下限、到达设定的可喷水温度数值上限时，燃油控制回路停止工作、高压水射流控制回路开始工作，在进气冲程中PLC控制器控制喷油嘴关闭，只有空气被吸入气缸，在压缩冲程中只有空气被压缩，在膨胀做功冲程中PLC控制器控制高压水射流喷嘴打开，设定剂量的高压水快速喷射在活塞的顶平面上被瞬间汽化、体积急剧增大做功，高压水射流的喷射冲击力和蒸发力推动活塞下行带动曲轴输出动力，同时吸收大量的热量、缸体降温，在排气冲程中汽化的水蒸气经排气门排出；
完成一次水射流冲程循环之后，当缸体温度传感器反馈缸体温度仍位于设定的可喷水温度数值下限之上时，则PLC控制器在下一个冲程循环中依然采用水射流冲程循环；
c.恢复常规喷油冲程工作：当缸体温度传感器反馈缸体温度降低至设定的可喷水温度数值下限以下时，高压水射流控制回路停止工作、燃油控制回路重新开始工作，PLC控制器控制本高效节能环保安全的油水发动机进行常规喷油冲程工作。
作为本发明的进一步改进方案，在一次水射流冲程循环之后若缸体温度传感器实时反馈的缸体温度仍位于设定的可喷水温度数值下限之上，则PLC控制器在下一个冲程循环继续采用水射流冲程循环，在膨胀做功冲程中PLC控制器控制高压水射流喷嘴打开、且本次水射流冲程循环打开的高压水射流喷嘴的位置与上一次水射流冲程循环打开的高压水射流喷嘴的位置不同。
作为本发明的进一步改进方案，所述的PLC控制器根据设定程序对位于可喷水温度数值下限和可喷水温度数值上限该范围内的、缸体温度传感器实时反馈的不同的缸体温度控制高压水射流喷嘴打开喷出不同剂量的高压水。
与现有技术相比，本高效节能环保安全的油水发动机不设置如传统发动机对气缸进行冷却的冷却系统，而是充分利用各部分运动零件之间摩擦和燃料燃烧致使缸体产生大量的热量，在起动预热后根据缸体温度传感器实时反馈的缸体温度采用喷水冲程循环或喷油冲程循环，不是在油水发动机工作过程中全部采用传统的喷油冲程循环，因此可以从根本上节省燃油使油耗量大幅度降低，以一次喷油冲程循环后紧跟一次喷水冲程循环该顺序为例，预热后的本油水发动机可以实现油耗量减少50％，若本油水发动机处于持续高速运转(模拟车辆在高速公路上的运行状态)的前提下缸体温度通常连续保持在较高的温度范围内，配合保温通道的情况下本油水发动机可以实现一次喷油冲程循环后紧跟多次喷水冲程循环的顺序，进而可以实现油耗量的进一步降低，节油率甚至可以达到80％以上；由于采用高压水射流技术，因此可以实现设定剂量的高压水快速喷射在高温的活塞上、提高瞬间汽化效果；同时高压水射流瞬间汽化吸收大量的热量，可以降低发动机缸内温度、有效抑制爆震的产生；由于设有保温通道，因此可以充分利用缸体温度实现降低油耗，且防止水射流冲程循环后气缸内温度过快地下降；另外高压水射流瞬间汽化的过程中可以吸附上一个工作循环未排出的部分废气，在排气冲程中汽化的水蒸气经排气门排出的过程中可以实现对气缸内部进行清洁，即喷水冲程循环的排气冲程中排出的气体只含有微乎其微的废气，进而实现减少有害尾气排放、改善后续进行喷油冲程循环时缸内的燃烧情况；由于设有环形真空保温腔，因此可进一步防止缸体内部的热量流失、并防止缸体外部的零部件因缸体温度过高造成的过热损伤，从而真正实现节能、环保、清洁、安全、可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是不同温度下水汽化蒸发力的变化曲线图。
图中：1、气缸，2、活塞，3、活塞连杆，4、曲轴，5、燃烧室，5-1、进气通道，5-2、排气通道，5-3、进气门，5-4、排气门，5-5、火花塞，6、喷油嘴，7、高压水射流喷嘴，8、保温通道，9、真空保温腔。
具体实施方式
发动机在工作时，由于各部分运动零件之间摩擦和燃料的燃烧，生成大量的热，虽然在气缸外围有冷却液和空气进行冷却，导出许多热量，润滑油也可以带走部分热量，但发动机的零件还有很高的温度，同时由于各部分工作情况不同、结构不同，其温度也有差异。
相关数据报道：发动机在工作时，气缸壁上部为120℃～370℃，气缸壁下部低于150℃，活塞顶部为210℃～425℃，活塞上部为105℃～315℃，活塞裙部为95℃～205℃，燃烧室为2000℃～2500℃。
还有数据报道：发动机在工作时，活塞压缩终了时汽缸内温度达300℃～500℃，汽油喷入汽缸后被点燃，汽缸内温度急剧上升，瞬间温度可达1800℃～2200℃。
上述数据显示的发动机在工作时的高温会使发动机整体温度升高，进而会造成发动机负荷增加、燃油燃烧不均匀、降低功率等问题，因此针对传统发动机而言，传统的做法是设置并通过冷却系统对发动机进行降温，然而上述数据显示的发动机在工作时的高温足以实现水的瞬间汽化(物质从液态转变为汽态的过程叫做汽化，汽化时物质分子平均距离加大、体积急剧增大，需克服分子间引力并反抗大气压力做功，因此汽化会吸收大量的热量)并吸收大量的热量。
如图2所示，初步试验数据表明：温度越高，水汽化的蒸发力越大。当温度在50℃～150℃时，蒸发力缓慢上升；到达200℃以上时，蒸发力上升较快；300℃～700℃时，蒸发力陡然上升，水的蒸发力特强。即，水的蒸发力与温度有关。只要设置合理的缸体材料即可实现减少温度变化致使缸体变形的前提下满足瞬间汽化的条件，由此提出本申请的技术方案。
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本高效节能环保安全的油水发动机包括气缸盖、气缸体、曲轴箱、进排气系统、燃油供给系统、高压水射流系统、润滑系统、起动系统和电控系统。
所述的气缸体内部至少设有一个圆柱形空腔的气缸1，气缸1的缸壁内设有缸体温度传感器，气缸1内部设有与其配合的活塞2。
所述的曲轴箱内部架设安装有曲轴4，曲轴4通过活塞连杆3与活塞2连接，曲轴4上还设有曲轴正时齿轮。
所述的气缸盖通过气缸垫固定安装在气缸体的上方，气缸盖上对应气缸1顶部的位置设有燃烧室5，燃烧室5上设有与其贯通连接的火花塞5-5。
所述的进排气系统包括空气滤清器、进气通道5-1、排气通道5-2、进气门5-3、排气门5-4和排气管，进气通道5-1和排气通道5-2设置在气缸盖内部对应燃烧室5的位置，进气通道5-1与空气滤清器连通连接，排气通道5-2与排气管连通连接，燃烧室5分别通过进气门5-3和排气门5-4与进气通道5-1和排气通道5-2连通连接，进气门5-3和排气门5-4通过气门挺杆和凸轮轴及凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮连接形成配气机构。
所述的燃油供给系统包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器和喷油嘴6，喷油嘴6设置在气缸盖内部的进气通道5-1上、且喷油嘴6的喷射方向对应进气通道5-1的进气方向，喷油嘴6通过燃油管路与汽油泵的输出端连接，汽油泵的输入端与汽油箱连接。
所述的高压水射流系统包括水箱、高压水泵和高压水射流喷嘴7，高压水射流喷嘴7贯通设置在燃烧室5上、且高压水射流喷嘴7的喷射方向对应活塞2的顶平面设置，高压水射流喷嘴7通过注水管路与高压水泵的输出端连接，高压水泵的输入端与水箱连接。
所述的润滑系统包括机油泵、润滑油道、机油滤清器和机油散热器，润滑油道设置在气缸体内部，机油泵通过润滑油道、机油滤清器与机油散热器连通连接形成闭式循环。
所述的起动系统包括电力起动机，电力起动机通过飞轮与曲轴4连接。
所述的电控系统包括电池组、PLC控制器、电源回路、起动回路、燃油控制回路、缸体温度检测回路、高压水射流控制回路和润滑控制回路，PLC控制器分别与电池组、电力起动机、汽油泵、喷油嘴6、火花塞5-5、缸体温度传感器、高压水泵、高压水射流喷嘴7、机油泵电连接。
本高效节能环保安全的油水发动机不设置如传统发动机对气缸进行冷却的冷却系统，而是通过缸体温度传感器的反馈来控制是否向燃烧室5内注入燃油或高压水射流注水以实现节油、节能减排的目的，其具体工作原理如下：
起动回路和燃油控制回路首先工作，PLC控制器控制电力起动机动作，电力起动机的电动机旋转时产生的电磁转矩通过飞轮传递给曲轴4使本高效节能环保安全的油水发动机起动，本高效节能环保安全的油水发动机即按照进气、压缩、膨胀做功和排气此四个工作冲程进行常规喷油冲程工作，同时缸体温度检测回路和润滑控制回路开始工作，PLC控制器控制汽油泵、缸体温度传感器、高压水泵和机油泵持续工作，PLC控制器控制喷油嘴6和火花塞5-5间歇工作，缸体温度传感器实时反馈缸体温度；进气冲程中曲轴4带动活塞2由上止点向下止点运动，同时进气门5-3打开、排气门5-4关闭、PLC控制器控制喷油嘴6打开，活塞2移动过程中上方的容积增大、气缸1内的气体压力下降形成一定的真空度，空气和喷油嘴6喷出的雾状汽油的混合燃气被吸入气缸1，当活塞2到达下止点时进气冲程结束，气缸1内充满了新鲜混合燃气以及上一个工作循环未排出的部分废气；压缩冲程中曲轴4在惯性力作用下继续带动活塞2由下止点向上止点运动，进气门5-3和排气门5-4均关闭，气缸1内气体容积逐渐减小，混合燃气被压缩使其压力和温度升高，至活塞到达上止点，压缩冲程结束；膨胀做功冲程中PLC控制器控制高压电作用于火花塞5-5，火花塞5-5跳火点燃气缸1内的混合燃气，混合燃气迅速膨胀做功推动活塞2下行带动曲轴4输出动力，活塞2到达下止点时膨胀做功冲程结束；排气冲程中曲轴4在惯性力作用下继续带动活塞2由下止点向上止点运动，此时排气门5-4打开，燃烧后的废气经排气门5-4排出，排气冲程结束，活塞2处于上止点，开始下一个冲程循环。
当缸体温度传感器反馈缸体温度提升至越过设定的可喷水温度数值下限、到达设定的可喷水温度数值上限时，燃油控制回路停止工作、高压水射流控制回路开始工作，在进气冲程中PLC控制器控制喷油嘴6关闭，只有空气被吸入气缸1，在压缩冲程中只有空气被压缩，在膨胀做功冲程中PLC控制器控制高压水射流喷嘴7打开，设定剂量的高压水快速喷射在高温的活塞2的顶平面上，由于缸体和活塞2的温度较高，撞击在活塞2上的高压水被瞬间汽化、体积急剧增大做功，高压水射流的喷射冲击力和蒸发力推动活塞2下行带动曲轴4输出动力，同时吸收大量的热量实现缸体降温，在排气冲程中汽化的水蒸气经排气门5-4排出。
完成一次水射流冲程循环之后，当缸体温度传感器反馈缸体温度仍位于设定的可喷水温度数值下限之上时，则PLC控制器在下一个冲程循环中依然采用水射流冲程循环。
当缸体温度传感器反馈缸体温度降低至设定的可喷水温度数值下限以下时，高压水射流控制回路停止工作、燃油控制回路重新开始工作，PLC控制器控制本高效节能环保安全的油水发动机进行常规喷油冲程工作。
为了充分利用缸体温度实现降低油耗，且防止水射流冲程循环后气缸1内温度过快地下降，作为本发明的进一步改进方案，本高效节能环保安全的油水发动机还包括保温通道8，保温通道8围绕气缸1贯通设置在气缸体以及气缸盖的内部，所述的排气通道5-2通过保温通道8与排气管连通连接；水射流冲程循环后汽化的水蒸气经排气门5-4排入排气通道5-2、流经保温通道8后自排气管排出，汽化的水蒸气带走的部分热量再次被气缸1吸收，不仅实现防止水射流冲程循环后气缸1内温度过快地下降，而且对排出的热量进行二次利用，从而充分利用缸体温度实现降低油耗。
为了实现更好的保温效果，作为本发明的进一步改进方案，所述的保温通道8围绕气缸1呈螺旋下降结构，螺旋下降结构的保温通道8的上入口位置与排气通道5-2连通连接、下出口位置与排气管连通连接；螺旋下降结构的保温通道8可以使流经的汽化水蒸气围绕气缸1自上盘旋而下，进而实现更好的保温效果，而且既使汽化水蒸气经过时有水凝结现象，水滴也会向下流淌经排气管排出。
为了进一步增加保温效果、降低油耗，作为本发明的进一步改进方案，所述的气缸1的周向方向、保温通道8的外围还设有环形真空保温腔9；环形真空保温腔9可直接铸造成型后抽真空即可，环形真空保温腔9可进一步防止缸体内部的热量流失、并防止缸体外部的零部件因缸体温度过高造成的过热损伤，进而实现一次喷油冲程循环后紧跟更多次的喷水冲程循环，从而实现进一步降低油耗。
为了进一步充分利用缸体温度实现降低油耗，防止因一次水射流之后活塞2的顶平面的局部温度不均造成二次水射流的汽化效果不佳等问题，作为本发明的进一步改进方案，所述的高压水射流喷嘴7设置为多个、且多个高压水射流喷嘴7在燃烧室5上的位置不同；一次水射流冲程循环之后若缸体温度传感器实时反馈的缸体温度仍位于设定的可喷水温度数值下限之上，则PLC控制器在下一个冲程循环继续采用水射流冲程循环，PLC控制器在膨胀做功冲程中控制高压水射流喷嘴7打开、且本次水射流冲程循环打开的高压水射流喷嘴7的位置与上一次水射流冲程循环打开的高压水射流喷嘴7的位置不同，即每次水射流冲程循环时不同位置的高压水射流喷嘴7交替打开，进而实现防止因一次水射流之后活塞2的顶平面的局部温度不均造成二次水射流的汽化效果不佳等问题。
为了保证水射流注水的瞬间汽化效果，防止注入过多的水造成未完全汽化和注入过少的水造成汽化膨胀体积较小无法完成做功，作为本发明的进一步改进方案，所述的PLC控制器根据设定程序对位于可喷水温度数值下限和可喷水温度数值上限该范围内的、缸体温度传感器实时反馈的不同的缸体温度控制高压水射流喷嘴7打开喷出不同剂量的高压水。
在设定剂量的高压水快速喷射在活塞2的顶平面上进行汽化过程中为了防止活塞2和缸体因局部温度骤变造成开裂损伤，作为本发明的进一步改进方案，所述的气缸体和活塞2均采用铁合金材质。
为了防止因高压水射流喷出的高压水内存在杂质造成汽化后杂质对气缸1造成活塞2的运动损伤，作为本发明的进一步改进方案，所述的高压水射流系统的水箱内的水为蒸馏水。
通过初步试验测试表明，本高效节能环保安全的油水发动机预热后进入高速运转状态时，缸内温度可达到1000℃以上，此时设置合理的可喷水温度数值上限后节油率如下表所示：
本高效节能环保安全的油水发动机不设置如传统发动机对气缸进行冷却的冷却系统，而是充分利用各部分运动零件之间摩擦和燃料燃烧致使缸体产生大量的热量，在起动预热后根据缸体温度传感器实时反馈的缸体温度采用喷水冲程循环或喷油冲程循环，不是在油水发动机工作过程中全部采用传统的喷油冲程循环，因此可以从根本上节省燃油使油耗量大幅度降低，以一次喷油冲程循环后紧跟一次喷水冲程循环该顺序为例，预热后的本油水发动机可以实现油耗量减少50％，若本油水发动机处于持续高速运转(模拟车辆在高速公路上的运行状态)的前提下缸体温度通常连续保持在较高的温度范围内，配合保温通道8的情况下本油水发动机可以实现一次喷油冲程循环后紧跟多次喷水冲程循环的顺序，进而可以实现油耗量的进一步降低，节油率甚至可以达到80％以上；由于采用高压水射流技术，因此可以实现设定剂量的高压水快速喷射在高温的活塞2上、提高瞬间汽化效果；同时高压水射流瞬间汽化吸收大量的热量，可以降低发动机缸内温度、有效抑制爆震的产生；由于设有保温通道8，因此可以充分利用缸体温度实现降低油耗，且防止水射流冲程循环后气缸1内温度过快地下降；另外高压水射流瞬间汽化的过程中可以吸附上一个工作循环未排出的部分废气，在排气冲程中汽化的水蒸气经排气门5-4排出的过程中可以实现对气缸1内部进行清洁，即喷水冲程循环的排气冲程中排出的气体只含有微乎其微的废气，进而实现减少有害尾气排放、改善后续进行喷油冲程循环时缸内的燃烧情况；由于设有环形真空保温腔9，因此可进一步防止缸体内部的热量流失、并防止缸体外部的零部件因缸体温度过高造成的过热损伤，从而真正实现节能、环保、清洁、安全、可靠。

Claims (10)

1.一种高效节能环保安全的油水发动机，包括气缸盖、气缸体、曲轴箱、进排气系统、燃油供给系统、高压水射流系统、润滑系统、起动系统和电控系统；其特征在于，
所述的气缸体内部至少设有一个圆柱形空腔的气缸(1)，气缸(1)的缸壁内设有缸体温度传感器，气缸(1)内部设有与其配合的活塞(2)；
所述的曲轴箱内部架设安装有曲轴(4)，曲轴(4)通过活塞连杆(3)与活塞(2)连接，曲轴(4)上还设有曲轴正时齿轮；
所述的气缸盖通过气缸垫固定安装在气缸体的上方，气缸盖上对应气缸(1)顶部的位置设有燃烧室(5)，燃烧室(5)上设有与其贯通连接的火花塞(5-5)；
所述的进排气系统包括空气滤清器、进气通道(5-1)、排气通道(5-2)、进气门(5-3)、排气门(5-4)和排气管，进气通道(5-1)和排气通道(5-2)设置在气缸盖内部对应燃烧室(5)的位置，进气通道(5-1)与空气滤清器连通连接，排气通道(5-2)与排气管连通连接，燃烧室(5)分别通过进气门(5-3)和排气门(5-4)与进气通道(5-1)和排气通道(5-2)连通连接，进气门(5-3)和排气门(5-4)通过气门挺杆和凸轮轴及凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮连接形成配气机构；
所述的燃油供给系统包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器和喷油嘴(6)，喷油嘴(6)设置在气缸盖内部的进气通道(5-1)上、且喷油嘴(6)的喷射方向对应进气通道(5-1)的进气方向，喷油嘴(6)通过燃油管路与汽油泵的输出端连接，汽油泵的输入端与汽油箱连接；
所述的高压水射流系统包括水箱、高压水泵和高压水射流喷嘴(7)，高压水射流喷嘴(7)贯通设置在燃烧室(5)上、且高压水射流喷嘴(7)的喷射方向对应活塞(2)的顶平面设置，高压水射流喷嘴(7)通过注水管路与高压水泵的输出端连接，高压水泵的输入端与水箱连接；
所述的润滑系统包括机油泵、润滑油道、机油滤清器和机油散热器，润滑油道设置在气缸体内部，机油泵通过润滑油道、机油滤清器与机油散热器连通连接形成闭式循环；
所述的起动系统包括电力起动机，电力起动机通过飞轮与曲轴(4)连接；
所述的电控系统包括电池组、PLC控制器、电源回路、起动回路、燃油控制回路、缸体温度检测回路、高压水射流控制回路和润滑控制回路，PLC控制器分别与电池组、电力起动机、汽油泵、喷油嘴(6)、火花塞(5-5)、缸体温度传感器、高压水泵、高压水射流喷嘴(7)、机油泵电连接。
2.根据权利要求1所述的高效节能环保安全的油水发动机，其特征在于，本高效节能环保安全的油水发动机还包括保温通道(8)，保温通道(8)围绕气缸(1)贯通设置在气缸体以及气缸盖的内部，所述的排气通道(5-2)通过保温通道(8)与排气管连通连接。
3.根据权利要求2所述的高效节能环保安全的油水发动机，其特征在于，所述的保温通道(8)围绕气缸(1)呈螺旋下降结构，螺旋下降结构的保温通道(8)的上入口位置与排气通道(5-2)连通连接、下出口位置与排气管连通连接。
4.根据权利要求3所述的高效节能环保安全的油水发动机，其特征在于，所述的气缸(1)的周向方向、保温通道(8)的外围还设有环形真空保温腔(9)。
5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的高效节能环保安全的油水发动机，其特征在于，所述的高压水射流喷嘴(7)设置为多个、且多个高压水射流喷嘴(7)在燃烧室(5)上的位置不同。
6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的高效节能环保安全的油水发动机，其特征在于，所述的气缸体和活塞(2)均采用铁合金材质。
7.根据权利要求1至4任一权利要求所述的高效节能环保安全的油水发动机，其特征在于，所述的高压水射流系统的水箱内的水为蒸馏水。
8.一种高效节能环保安全的油水发动机的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
a.起动与预热：起动回路和燃油控制回路首先工作，PLC控制器控制电力起动机动作，电力起动机电动机旋转时产生的电磁转矩通过飞轮传递给曲轴(4)使本高效节能环保安全的油水发动机起动，本高效节能环保安全的油水发动机即按照进气、压缩、膨胀做功和排气此四个工作冲程进行常规喷油冲程工作，同时缸体温度检测回路和润滑控制回路开始工作，PLC控制器控制汽油泵、缸体温度传感器、高压水泵和机油泵持续工作，PLC控制器控制喷油嘴(6)和火花塞(5-5)间歇工作；
进气冲程中曲轴(4)带动活塞(2)由上止点向下止点运动，同时进气门(5-3)打开、排气门(5-4)关闭、PLC控制器控制喷油嘴(6)打开，活塞(2)移动过程中空气和喷油嘴(6)喷出的雾状汽油的混合燃气被吸入气缸(1)，当活塞(2)到达下止点时进气冲程结束，气缸(1)内充满新鲜混合燃气以及上一个工作循环未排出的部分废气；压缩冲程中曲轴(4)在惯性力作用下继续带动活塞(2)由下止点向上止点运动，进气门(5-3)和排气门(5-4)均关闭，气缸(1)内气体容积逐渐减小，混合燃气被压缩使其压力和温度升高，至活塞到达上止点，压缩冲程结束；膨胀做功冲程中PLC控制器控制高压电作用于火花塞(5-5)，火花塞(5-5)跳火点燃气缸(1)内的混合燃气，混合燃气迅速膨胀做功推动活塞(2)下行带动曲轴(4)输出动力，活塞(2)到达下止点时膨胀做功冲程结束；排气冲程中曲轴(4)在惯性力作用下继续带动活塞(2)由下止点向上止点运动，此时排气门(5-4)打开，燃烧后的废气经排气门(5-4)排出，排气冲程结束，活塞(2)处于上止点，开始下一个冲程循环；
b.喷水冲程工作：缸体温度检测回路持续工作，缸体温度传感器实时反馈缸体温度；当缸体温度传感器反馈缸体温度提升至越过设定的可喷水温度数值下限、到达设定的可喷水温度数值上限时，燃油控制回路停止工作、高压水射流控制回路开始工作，在进气冲程中PLC控制器控制喷油嘴(6)关闭，只有空气被吸入气缸(1)，在压缩冲程中只有空气被压缩，在膨胀做功冲程中PLC控制器控制高压水射流喷嘴(7)打开，设定剂量的高压水快速喷射在活塞(2)的顶平面上被瞬间汽化、体积急剧增大做功，高压水射流的喷射冲击力和蒸发力推动活塞(2)下行带动曲轴(4)输出动力，同时吸收大量的热量、缸体降温，在排气冲程中汽化的水蒸气经排气门(5-4)排出；
完成一次水射流冲程循环之后，当缸体温度传感器反馈缸体温度仍位于设定的可喷水温度数值下限之上时，则PLC控制器在下一个冲程循环中依然采用水射流冲程循环；
c.恢复常规喷油冲程工作：当缸体温度传感器反馈缸体温度降低至设定的可喷水温度数值下限以下时，高压水射流控制回路停止工作、燃油控制回路重新开始工作，PLC控制器控制本高效节能环保安全的油水发动机进行常规喷油冲程工作。
9.根据权利要求8所述的高效节能环保安全的油水发动机的控制方法，其特征在于，高效节能环保安全的油水发动机的高压水射流喷嘴(7)设置为多个、且多个高压水射流喷嘴(7)在燃烧室(5)上的位置不同；
在一次水射流冲程循环之后若缸体温度传感器实时反馈的缸体温度仍位于设定的可喷水温度数值下限之上，则PLC控制器在下一个冲程循环继续采用水射流冲程循环，在膨胀做功冲程中PLC控制器控制高压水射流喷嘴(7)打开、且本次水射流冲程循环打开的高压水射流喷嘴(7)的位置与上一次水射流冲程循环打开的高压水射流喷嘴(7)的位置不同。
10.根据权利要求8所述的高效节能环保安全的油水发动机的控制方法，其特征在于，所述的PLC控制器根据设定程序对位于可喷水温度数值下限和可喷水温度数值上限该范围内的、缸体温度传感器实时反馈的不同的缸体温度控制高压水射流喷嘴(7)打开喷出不同剂量的高压水。
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