CN107218157A - 回收利用egr冷凝水的发动机喷水系统及发动机 - Google Patents

回收利用egr冷凝水的发动机喷水系统及发动机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统及发动机，其中回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，包括EGR混合器、喷水器、ECU和至少一个水箱，该EGR混合器设置在进气管路上并用于混合新鲜空气和EGR气体，该至少一个水箱与该EGR混合器之间通过冷凝水回收管路连接，该至少一个水箱与该喷水器之间通过喷水管路连接，该喷水管路上设置有至少一个水泵，该ECU与该至少一个水泵电信号连接，该喷水器与发动机的进气道连接以向该进气道内喷水。该喷水系统回收利用EGR系统混合器产生的冷凝水，大大提高了水的循环利用率和降低了成本。

Description

回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统及发动机
技术领域
本发明涉及发动机的技术领域，特别涉及一种包括回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统及发动机。
背景技术
未来的汽油发动机在满足日益严苛的油耗及排放法规的同时，同样需要为用户提供高扭矩，高功率及低成本的产品。提升压缩比、小型增压结合缸内直喷可以提升发动机热效率，提升燃油经济型，但随着压缩比、增压化的提高，在中高负荷时由于缸内温度过高会引起爆震，甚至超级爆震，同样会使发动机零部件在极端条件下运行，影响零部件耐久性，从而抑制发动机热效率的提升。
为抑制高压缩比、小型增压和缸内直喷引发的爆震，可以通过采用EGR系统，可变压缩比，Miller循环及喷水技术，但采用EGR技术，在EGR气体与新鲜空气混合处会产生冷凝水，如无法及时排除，会损伤EGR系统零部件；可变压缩比应用成本较高，且运动副增多，从而使摩擦功增高；Miller循环会影响进气滚流，且进气回流会增加增压器控制难度；而喷水技术相比其他技术，具有控制简单，工况实用性强等优势，喷水所需水源可回收利用EGR系统产生的冷凝水。专利CN201110234776.6提出了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，但需要大量外部水资源，而且进气管距离燃烧室较远，易形成水滴且未对极冷环境温度下的冰冻隐患未提出解决方法，喷水质量无法保证。
发明内容
本发明目的包括提供一种喷水系统，喷水系统回收利用EGR系统产生的冷凝水，大大提高了水的循环利用率和降低了成本；在进气道靠近气门处增加喷水装置，水雾随新鲜空气和EGR气体进入燃烧室，降低燃烧室内部温度，从而抑制爆震，进而助益于高压缩比、高增压化及缸内直喷降油耗的作用。
一种回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，包括EGR混合器、喷水器、ECU和至少一个水箱，该EGR混合器设置在进气管路上并用于混合新鲜空气和EGR气体，该至少一个水箱与该EGR混合器之间通过冷凝水回收管路连接，该至少一个水箱与该喷水器之间通过喷水管路连接，该喷水管路上设置有至少一个水泵，该ECU与该至少一个水泵电信号连接，该喷水器与发动机的进气道连接以向该进气道内喷水。
进一步地，该至少一个水箱的数量为两个，包括第一水箱和第二水箱，该冷凝水回收管路的一端与该EGR混合器连接，该冷凝水回收管路的另一端与该第一水箱连接，该喷水管路的一端与该第二水箱连接，该喷水管路的另一端与该喷水器连接，该第一水箱与该第二水箱之间通过抽水管路连接，该抽水管路上设置有抽水泵，该ECU与该抽水泵电信号连接。
进一步地，该第一水箱的底部设置有排水单向阀，该ECU与该排水单向阀电信号连接。
进一步地，该至少一个水箱的数量为一个，该冷凝水回收管路的一端与该EGR混合器连接，该冷凝水回收管路的另一端与该水箱连接，该喷水管路的一端与该水箱连接，该喷水管路的另一端与该喷水器连接，该水箱的底部设置有排水单向阀，该ECU与该排水单向阀电信号连接。
进一步地，该至少一个水泵包括低压水泵和高压水泵，该高压水泵相比该低压水泵更靠近该喷水器设置，该ECU分别与该低压水泵和该高压水泵电信号连接。
进一步地，该喷水管路上设置有水轨，该水轨位于该至少一个水泵和该喷水器之间，该水轨上设置有水压传感器，该ECU与该水压传感器电信号连接。
进一步地，该EGR混合器为文丘里混合器。
进一步地，该发动机喷水系统还包括发动机冷却液管道，该发动机冷却液管道与该至少一个水箱集成在一起。
本发明目的还包括提供一种发动机，包括上述的回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统。
进一步地，该发动机为高压缩比缸内直喷发动机。
本发明的有益效果是：喷水系统回收利用EGR系统产生的冷凝水，大大提高了水的循环利用率和降低了成本；通过喷水系统将水伴随新鲜空气和EGR气体进入燃烧室，利用水比热容较大的特性，降低燃烧室内温度，抑制爆震，改善缸内燃烧情况。
附图说明
图1是本发明一优选实施例提供的一种回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统的结构示意图。
图2是为图1中低压EGR系统的结构示意图。
图3是本发明另一优选实施例提供的一种回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
图1是本发明一优选实施例提供的一种回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统的结构示意图。图2是为图1中低压EGR系统的结构示意图。图3是本发明另一优选实施例提供的一种回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统的结构示意图。请参阅图1-3，一种回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，包括EGR混合器20、喷水器8、ECU9和至少一个水箱24，该EGR混合器20设置在进气管路上并用于混合新鲜空气和EGR气体，该至少一个水箱24与该EGR混合器20之间通过冷凝水回收管路29连接，该至少一个水箱24与该喷水器8之间通过喷水管路30连接，该喷水管路30上设置有至少一个水泵12，该ECU9与该至少一个水泵12电信号连接，该喷水器8与发动机的进气道7连接以向该进气道7内喷水。发动机燃烧室包括排气道1、排气门2、火花塞3、喷油器4、活塞5、进气门6和进气道7。水雾随新鲜空气进入发动机燃烧室，降低发动机燃烧室内部温度，从而抑制爆震，进而助益于高压缩比、高增压化及缸内直喷降油耗的作用。
请参阅图1，回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，该至少一个水箱24的数量为两个，包括第一水箱24a和第二水箱24b，该冷凝水回收管路29的一端与该EGR混合器20连接，该冷凝水回收管路29的另一端与该第一水箱24a连接，该喷水管路30的一端与该第二水箱24b连接，该喷水管路30的另一端与该喷水器8连接，该第一水箱24a与该第二水箱24b之间通过抽水管路31连接，该抽水管路31上设置有抽水泵16，该ECU9与该抽水泵16电信号连接。该第一水箱24a的底部设置有排水单向阀21，该ECU9与该排水单向阀21电信号连接。
请参阅图3，该至少一个水箱24的数量为一个，该冷凝水回收管路29的一端与该EGR混合器20连接，该冷凝水回收管路29的另一端与该水箱24连接，该喷水管路30的一端与该水箱24连接，该喷水管路30的另一端与该喷水器8连接，该水箱24的底部设置有排水单向阀21，该ECU9与该排水单向阀21电信号连接。
请参阅图1和图3，该至少一个水泵12包括低压水泵12a和高压水泵12b，该高压水泵12b相比该低压水泵12a更靠近该喷水器8设置，该ECU9分别与该低压水泵12a和该高压水泵12b电信号连接。喷水管路30上设置有水轨10，该水轨10位于该至少一个水泵12和该喷水器8之间，该水轨10上设置有水压传感器11，该ECU9与该水压传感器11电信号连接。
优选地，EGR混合器20为文丘里混合器。文丘里混合器具有高效气水混合功能，可防回水和负压吸气，该喷水系统的文丘里混合器会产生大量冷凝水，回收利用EGR系统混合器产生的冷凝水，可以大大提高了水的循环利用率和降低了成本。
优选地，该喷水系统还包括发动机冷却液管道25，该发动机冷却液管道25与该至少一个水箱24集成在一起，预防环境温度极低时的冰冻。
优选地，该喷水系统还包括多层过滤装置，保证水质。该过滤装置包括第一过滤器14、第二过滤器15、第三过滤器17、冷凝水滤网23和喷水系统滤网27，该第一过滤器14设置在该水泵12与水箱24之间的喷水管路30上，该第二过滤器15设置在该抽水泵16之间的抽水管路31上，该第三过滤器17设置在该冷凝水回收管路29上，该喷水系统滤网27设置在该水箱24上，该冷凝水滤网23设置在该第一水箱24a上。
一种回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统的控制原理为：
在低压EGR系统新鲜空气与EGR混合器20处会产生大量冷凝水，冷凝水从冷凝水排水口19流经单向阀18、第三过滤器17和冷凝水滤网23进入冷凝水储水箱24，水质传感器22检测冷凝水水质，将水质信息传递至ECU9，如不符合标准，由ECU9控制排水单向阀21开启，将不合格冷凝水排出，由外部直接向水箱24加水补充水量；如水质符合要求，且喷水系统水位传感器26检测水箱24水量低于限定值，由ECU9控制抽水泵16启动将第二过滤器15和喷水系统滤网27泵入水箱24。
该回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统可灵活改变喷水压力和喷水量。在低负荷工况喷水量需求较低，经ECU9控制高压水泵12b控制泵水压力，并根据标定结果选择最优喷水压力；水位传感器26检测水箱24内部水量情况，低于限定值时报警，通过抽水泵16进行注水，在冷凝水收集系统失效情况下采用直接注水方式；而在中高负荷喷水量需求较多，此时根据标定结果控制低压水泵12a和高压水泵12b泵水量，泵水压力由置于水轨10的水压传感器11实时检测。
本发明还提供一种发动机，包括上述回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，其中发动机为高压缩比缸内直喷发动机，能抑制爆震，降低NOx排放量，并具有节能的作用。
该发动机，包括冷凝水收集系统和喷水系统，根据不同转速负荷情况控制喷水压力及喷水量，根据水质传感器22反馈冷凝水水质，根据水压传感器11反馈控制高压水泵12b泵水压力改变喷水压力，进而改变喷水量，喷水器8置于进气道7靠近气门处，发动机冷却管道15流经水箱24集成，用于冬季水箱温度的维持，喷水系统水源为回收利用低压EGR系统产生的冷凝水，设有第一过滤器14、第二过滤器15、第三过滤器17、冷凝水滤网23和喷水系统滤网27等多层过滤装置，保证供应水质。
本发明的有益效果是：喷水系统回收利用EGR系统产生的冷凝水，大大提高了水的循环利用率和降低了成本；通过喷水系统将水伴随新鲜空气和EGR气体进入燃烧室，利用水比热容较大的特性，降低燃烧室内温度，抑制爆震，改善缸内燃烧情况。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，其特征在于，包括EGR混合器(20)、喷水器(8)、ECU(9)和至少一个水箱(24)，该EGR混合器(20)设置在进气管路上并用于混合新鲜空气和EGR气体，该至少一个水箱(24)与该EGR混合器(20)之间通过冷凝水回收管路(29)连接，该至少一个水箱(24)与该喷水器(8)之间通过喷水管路(30)连接，该喷水管路(30)上设置有至少一个水泵(12)，该ECU(9)与该至少一个水泵(12)电信号连接，该喷水器(8)与发动机的进气道(7)连接以向该进气道(7)内喷水。
2.根据权利要求1所述的回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，其特征在于，该至少一个水箱(24)的数量为两个，包括第一水箱(24a)和第二水箱(24b)，该冷凝水回收管路(29)的一端与该EGR混合器(20)连接，该冷凝水回收管路(29)的另一端与该第一水箱(24a)连接，该喷水管路(30)的一端与该第二水箱(24b)连接，该喷水管路(30)的另一端与该喷水器(8)连接，该第一水箱(24a)与该第二水箱(24b)之间通过抽水管路(31)连接，该抽水管路(31)上设置有抽水泵(16)，该ECU(9)与该抽水泵(16)电信号连接。
3.根据权利要求2所述的回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，其特征在于，该第一水箱(24a)的底部设置有排水单向阀(21)，该ECU(9)与该排水单向阀(21)电信号连接。
4.根据权利要求1所述的回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，其特征在于，该至少一个水箱(24)的数量为一个，该冷凝水回收管路(29)的一端与该EGR混合器(20)连接，该冷凝水回收管路(29)的另一端与该水箱(24)连接，该喷水管路(30)的一端与该水箱(24)连接，该喷水管路(30)的另一端与该喷水器(8)连接，该水箱(24)的底部设置有排水单向阀(21)，该ECU(9)与该排水单向阀(21)电信号连接。
5.根据权利要求1所述的回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，其特征在于，该至少一个水泵(12)包括低压水泵(12a)和高压水泵(12b)，该高压水泵(12b)相比该低压水泵(12a)更靠近该喷水器(8)设置，该ECU(9)分别与该低压水泵(12a)和该高压水泵(12b)电信号连接。
6.根据权利要求1所述的回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，其特征在于，该喷水管路(30)上设置有水轨(10)，该水轨(10)位于该至少一个水泵(12)和该喷水器(8)之间，该水轨(10)上设置有水压传感器(11)，该ECU(9)与该水压传感器(11)电信号连接。
7.根据权利要求1所述的回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，其特征在于，该EGR混合器(20)为文丘里混合器。
8.根据权利要求1所述的回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统，其特征在于，该发动机喷水系统还包括发动机冷却液管道(25)，该发动机冷却液管道(25)与该至少一个水箱(24)集成在一起。
9.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的回收利用EGR冷凝水的发动机喷水系统。
10.根据权利要求9所述的发动机，其特征在于，该发动机为高压缩比缸内直喷发动机。
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