CN107288743A - 一种喷水式内燃机排气系统 - Google Patents

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Abstract

一种喷水式内燃机排气系统，它涉及一种内燃机排气系统。本发明解决现有的内燃机排气系统存在燃气碳烟颗粒直径大、碳烟排放量高以及燃烧效率低的问题。喷水喷嘴的数量与内燃机燃烧室的排气支管的数量一致设置，内燃机燃烧室的每个排气支管上设置有一个喷水喷嘴，排气支管的一端与对应的燃烧室连通，排气支管的另一端均与尾气排气总管连通，每个喷水喷嘴通过管路与水管连通，水管通过水泵与水箱连接，控制单元与水泵和多个喷水喷嘴连接，信号传感器与控制单元电连接，尾气排气总管的排气口通过涡轮增压装置依次与尾气催化装置、消声装置连通。本发明用于内燃机车上。

Description

一种喷水式内燃机排气系统
技术领域
本发明涉及一种内燃机排气系统，具体涉及一种喷水式内燃机排气系统，属于内燃机车领域。
背景技术
目前的内燃机排气系统主要部件有涡轮增压器和尾气催化器。对于柴油机来说，尾气中碳烟颗粒是重要的污染排放物，对碳烟的排放控制主要通过微粒捕集器对微粒的捕集与再燃烧，但微粒捕集器面临的局部热负荷大，孔隙阻塞，催化剂中毒等问题，使得微粒捕集器的使用寿命与工作效率大打折扣。
由于高温燃气直接与没有冷却措施的排气管、涡轮叶片接触，使得排气管、涡轮叶片面临极高的热负荷，会影响其使用寿命，并降低发动机的安全性。
另外，由于涡轮增压发动机的涡轮需要在一定转速下才能正常工作，当转速过低时，会影响发动机的进排气，反而不利于发动机工作。
已有研究表明，高温燃气中适量增加水蒸气的含量，会有效减小燃气中碳烟颗粒直径与碳烟排放量。而且目前动力循环中联合循环是有效提高燃烧效率的途径。
综上，现有的内燃机排气系统中燃气碳烟颗粒直径大、碳烟排放量高以及燃烧效率低。
发明内容
本发明为解决现有的内燃机排气系统存在燃气碳烟颗粒直径大、碳烟排放量高以及燃烧效率低的问题，进而提供一种喷水式内燃机排气系统。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的喷水式内燃机排气系统包括内燃机燃烧室1、信号传感器2、控制单元3、喷水装置、尾气催化装置8、消声装置9、尾气排气总管10和涡轮增压装置11；喷水装置包括水箱4、水管6、水泵7和多个喷水喷嘴5，喷水喷嘴5的数量与内燃机燃烧室1的排气支管的数量一致设置，内燃机燃烧室1的每个排气支管上设置有一个喷水喷嘴5，排气支管的一端与对应的燃烧室连通，排气支管的另一端均与尾气排气总管10连通，每个喷水喷嘴5通过管路与水管6连通，水管6通过水泵7与水箱4连接，控制单元3与水泵7和多个喷水喷嘴5连接，信号传感器2与控制单元3电连接，尾气排气总管10的排气口通过涡轮增压装置11依次与尾气催化装置8、消声装置9连通。
进一步地，喷水喷嘴5的数量为四个。
进一步地，喷水喷嘴5通过螺纹连接在相应的排气支管上，喷水喷嘴5为电控喷雾喷嘴。
进一步地，喷水喷嘴5受控于控制单元3，控制单元3控制喷水喷嘴5的喷水量和喷水时刻。
进一步地，内燃机燃烧室1包括四个燃烧室，每个燃烧室与一个排气支管连通。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的喷水式内燃机排气系统向高温尾气注入雾化水，利用高温水蒸气对碳烟颗粒的溶蚀作用，达到减少碳烟颗粒排放的效果；同时水的蒸发吸热会有效减小排气支管与涡轮叶片的热负荷，增加排气系统的使用寿命，混合后的尾气具有更高的气体压力，可以增加涡轮的做功能力和有效工作范围；
本发明利用水蒸发的气化潜热，达到减少尾气排放管管与涡轮热负荷，提高动力机械使用寿命的效果，使用寿命提高了20％以上；
本发明有效提高尾气的做功能力，拓宽涡轮的有效工作范围，提高整机效率，整机效率提高了10％以上；
本发明配合汽车发动机废弃再循环系统，有利于抑制NOx的生成。
附图说明
图1是本发明的喷水式内燃机排气系统的整体结构主视图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式的喷水式内燃机排气系统包括内燃机燃烧室1、信号传感器2、控制单元3、喷水装置、尾气催化装置8、消声装置9、尾气排气总管10和涡轮增压装置11；喷水装置包括水箱4、水管6、水泵7和多个喷水喷嘴5，喷水喷嘴5的数量与内燃机燃烧室1的排气支管的数量一致设置，内燃机燃烧室1的每个排气支管上设置有一个喷水喷嘴5，排气支管的一端与对应的燃烧室连通，排气支管的另一端均与尾气排气总管10连通，每个喷水喷嘴5通过管路与水管6连通，水管6通过水泵7与水箱4连接，控制单元3与水泵7和多个喷水喷嘴5连接，信号传感器2与控制单元3电连接，尾气排气总管10的排气口通过涡轮增压装置11依次与尾气催化装置8、消声装置9连通。
使用时，检测内燃机燃烧室运行状况与凸轮轴位置状况；在排气门打开同时，向对应的排气支管喷水；根据其运行状况调控向排气歧管的喷水。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式喷水喷嘴5的数量为四个。如此设计，喷水喷嘴5的数量与排气支管的数量对应设置，控制单元3通过对发动机信号的处理控制喷水装置适时的向每个排气支管内喷射适量的雾化水。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1所示，本实施方式喷水喷嘴5通过螺纹连接在相应的排气支管上，喷水喷嘴5为电控喷雾喷嘴。如此设计，控制单元3通过对发动机信号的处理控制喷水装置适时的向每个排气支管内喷射适量的雾化水。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：如图1所示，本实施方式喷水喷嘴5受控于控制单元3，控制单元3控制喷水喷嘴5的喷水量和喷水时刻。如此设计，控制单元3通过对发动机信号的处理控制喷水装置适时的向每个排气支管内喷射适量的雾化水。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图1所示，本实施方式内燃机燃烧室1包括四个燃烧室，每个燃烧室与一个排气支管连通。如此设计，喷水喷嘴5的数量与排气支管的数量对应设置，控制单元3通过对发动机信号的处理控制喷水装置适时的向每个排气支管内喷射适量的雾化水。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。
以上所述为本发明较佳的实施例，而并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
工作原理：
本发明通过发动机的信号传感器2采集发动机进气量、转速、曲轴位置等信号信息并传递给控制单元3，控制单元3通过对发动机信号的处理控制喷水装置适时的向每个排气支管内喷射适量的雾化水，雾化水在排气支管内与高温的燃气混合，雾化水迅速的蒸发并升温，吸收大量热能，体积迅速膨胀，并产生高温水蒸气，然后高温水蒸气与高温尾气混合后进入尾气排气总管10，经过尾气排气总管10对排气气流的稳压后，混合尾气进入涡轮增压装置11，并吹动涡轮转动做功，经过涡轮做功后的混合尾气进入尾气催化装置8，进行最后的尾气净化，经尾气催化装置净化后的混合尾气进入消声装置9并排入大气。

Claims (5)

1.一种喷水式内燃机排气系统，所述内燃机排气系统包括内燃机燃烧室(1)、信号传感器(2)、控制单元(3)、喷水装置、尾气催化装置(8)、消声装置(9)、尾气排气总管(10)和涡轮增压装置(11)；其特征在于：喷水装置包括水箱(4)、水管(6)、水泵(7)和多个喷水喷嘴(5)，喷水喷嘴(5)的数量与内燃机燃烧室(1)的排气支管的数量一致设置，内燃机燃烧室(1)的每个排气支管上设置有一个喷水喷嘴(5)，排气支管的一端与对应的燃烧室连通，排气支管的另一端均与尾气排气总管(10)连通，每个喷水喷嘴(5)通过管路与水管(6)连通，水管(6)通过水泵(7)与水箱(4)连接，控制单元(3)与水泵(7)和多个喷水喷嘴(5)连接，信号传感器(2)与控制单元(3)电连接，尾气排气总管(10)的排气口通过涡轮增压装置(11)依次与尾气催化装置(8)、消声装置(9)连通。
2.根据权利要求1所述的喷水式内燃机排气系统，其特征在于：喷水喷嘴(5)的数量为四个。
3.根据权利要求1或2所述的喷水式内燃机排气系统，其特征在于：喷水喷嘴(5)通过螺纹连接在相应的排气支管上，喷水喷嘴(5)为电控喷雾喷嘴。
4.根据权利要求3所述的喷水式内燃机排气系统，其特征在于：喷水喷嘴(5)受控于控制单元(3)，控制单元(3)控制喷水喷嘴(5)的喷水量和喷水时刻。
5.根据权利要求1、2或4所述的喷水式内燃机排气系统，其特征在于：内燃机燃烧室(1)包括四个燃烧室，每个燃烧室与一个排气支管连通。
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