CN108049986A - 一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，包括换热器(6)、冷凝器(7)，所述的内燃机缸体(1)的排气输出端依次连接换热器(6)、冷凝器(7)、水箱(8)，所述的内燃机缸体(1)的排气输出端输出的高温尾气，经换热器(6)换热，冷凝器(7)冷凝后，尾气中的水蒸气冷凝为液态水进行回收至水箱(8)中循环利用，同时，油水混合装置(10)输出的油水混合物经换热器(6)与高温尾气进行热交换，回收废热后再喷入内燃机缸体(1)，实现废热和水的循环利用。与现有技术相比，本发明可以有效避免高温水喷射由于润滑性差造成喷嘴卡滞、失效、不稳定喷射等问题，对喷嘴的要求更低，改造更小，更加适应产业化的要求。

Description

一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，尤其是涉及一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构。
背景技术
油耗法规和排放法规越来越严格，对车用发动机节能减排技术提出了挑战。柴油机的排放问题，尤其是氮氧化物排放是困扰柴油机、影响柴油机进一步降低成本的重要难题之一。由于柴油机燃烧是扩散燃烧，其颗粒物和氮氧化物排放都很严重，加上柴油机采用稀燃的燃烧方式，虽然提升了燃油经济性，但是也由于不是采用当量比燃烧而无法采用三效催化剂简单、低成本的控制排放。为了降低氮氧化物排放，柴油机不得不额外加装昂贵的后处理器。因此，优化燃烧方式，降低机内氮氧化物排放对柴油机节能减排和降低成本都有着重大意义。
喷水技术作为一种有效降低柴油机氮氧化物排放的手段被广泛研究。很多研究机构、企业的研究表明利用乳化柴油、进气道常温水喷射、缸内常温水喷射等方式可以实现柴油机氮氧化物大幅排放降低，然而目前大多数关于柴油机喷水技术的研究都指出，在柴油机上应用常温水喷射对油耗并无明显影响。本发明采用高温油水混合喷射，利用油水混合物回收尾气能量，并直接将高温油水混合物喷入缸内，实现大幅降低柴油机氮氧化物排放的同时，大幅提升柴油机热效率，拓宽柴油机效率边界，实现柴油机节能减排。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，包括内燃机缸体，所述的内燃机缸体设有进气道和油水混合喷嘴，该油水混合喷嘴连接油水供应系统，所述的油水供应系统包括油水混合装置，以及分别与其连接的油箱和水箱，其特征在于，所述的结构还包括废热回收循环系统，该废热回收循环系统包括换热器、冷凝器，所述的内燃机缸体的排气输出端依次连接换热器、冷凝器、水箱，所述的油水混合装置通过换热器连接油水混合喷嘴，所述的内燃机缸体的排气输出端输出的高温尾气，经换热器换热，冷凝器冷凝后，尾气中的水蒸气冷凝为液态水进行回收至水箱中循环利用，同时，油水混合装置输出的油水混合物经换热器与高温尾气进行热交换，回收废热后再喷入内燃机缸体，实现废热和水的循环利用。
所述的结构还包括高压共轨、三通阀和电子控制单元，所述的高压共轨连接油水混合喷嘴，油水在油水混合装置里充分混合后，经换热器与尾气进行热交换换热，接入三通阀的输入端，三通阀的第一输出端连接高压共轨，高压共轨连接油水混合喷嘴，所述的油水混合喷嘴连接电子控制单元。
所述的油水混合装置与换热器之间的管道上设有高压泵，三通阀的第二输出端返回连接至高压泵与油水混合装置之间，高压泵将油水混合装置输出的油水混合物加压至120MPa以上输送到换热器。
所述的水箱与油水混合装置之间的管道上设有流量计b和限流阀，该限流阀连接电子控制单元；流量计b监测油水混合装置进水侧水管内水流量，限流阀受电子控制单元控制，改变水管内水流量，实现不同油水混合比。
所述的结构还包括高压共轨设有热电偶和轨压传感器，所述的热电偶和轨压传感器连接电子控制单元。
所述的油箱与油水混合装置之间设有低压油泵和流量计a。
工作时，所述的冷凝器将内燃机缸体排气中的水蒸气冷凝回收，输送到水箱，水箱中的水和油箱中的油各自经过加压，在油水混合装置里进行充分混合，混合后的溶液经过高压泵加压后与高温排气换热，换热后的高温高压油水混合溶液通过三通阀保存在高压共轨中，最后经油水混合喷嘴在压缩冲程末期喷入内燃机缸体内。
本发明利用尾气废热将油水混合物加热后喷入缸内，高温水迅速蒸发汽化为高温高压蒸汽，增加做功工质，并充分吸收缸内燃烧放热，继而推动活塞做功，提高内燃机热效率。高温柴油在缸内也可以迅速蒸发，雾化更好，缸内高温水吸热迅速汽化产生微爆现象，进一步促进了柴油雾化，雾化质量的改善提高了柴油的燃烧效率。加热油水的热量来自于换热器对尾气能量进行回收，高温水在缸内迅速汽化膨胀做功，增加缸内做功工质，充分利用缸内热量，减少热量的损失，进一步提高了内燃机的热效率。而且本发明用油水混合溶液代替水做尾气废热回收介质，并将高温油水混合物喷入发动机缸内，取代直接向发动机缸内喷水的方案，可以有效避免高温水喷射由于润滑性差造成喷嘴卡滞、失效、不稳定喷射等问题，对喷嘴的要求更低，改造更小，更加适应产业化的要求。与乳化柴油相比，本发明油水混合物采用实时制备，不需要添加乳化剂，制备后即被喷入发动机缸内，稳定性好，且水油比可根据发动机转速负荷实时可调，可以实现不同发动机工况下的最优油水混合比。
附图说明
图1为本发明缸内喷射过热水的内燃机结构示意图；
图中：1-发动机缸体；2-进气道；3-油水混合喷嘴；4-高压共轨；5-三通阀；6-换热器；7-冷凝器；8-水箱；9-水泵；10-油水混合装置；11-高压泵；12-油箱；13-低压油泵；14-流量计a；15-流量计b；16-限流阀；17-热电偶；18-压力传感器；19-电子控制单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，包括发动机缸体1、进气道2、油水混合喷嘴3、高压共轨4、三通阀5、热电偶17、轨压传感器18、换热器6、冷凝器7、水箱8、水泵9、油水混合装置10、高压泵11、油箱12、低压油泵13、流量计a14、流量计b15、限压阀16、电子控制单元19，冷凝器7连接在内燃机缸体的排气输出端，所述的冷凝器7连接在内燃机缸体的排气输出端，冷凝器7将尾气中的水蒸气冷凝为液态水进行回收，冷凝器7输出端连接水箱8，水箱8中的水经水泵9加压接入油水混合装置10，油箱12经过低压油泵13加压接入油水混合装置10，油水在油水混合装置10里充分混合后，经过高压泵11加压至120MPa以上，后传输至换热器6与尾气进行热交换换热，其加热能量来自于内燃机的高温尾气，换热后接入三通阀5的输入端，三通阀5的第一输出端连接高压共轨4，高压共轨4连接油水混合喷嘴3。加热后的高压油水混合物进入隔热高压共轨4中保存，高压共轨4中的温度及压力由热电偶17和轨压传感器18采集。当油水混合物压力过高时，三通阀5回油阀打开，油水混合物部分回流至油水混合装置10与高压泵11之间低压管路。油水混合喷嘴3将经过尾气加热的高温油水混合物喷入缸内，高温水在缸内迅速汽化蒸发为高温高压蒸汽，增加做功工质，并充分吸收缸内燃烧放热，继而推动活塞做功，提高内燃机热效率；高温柴油在缸内也可以迅速蒸发，雾化更好，缸内高温水吸热迅速汽化产生微爆现象，进一步促进了柴油雾化，雾化质量的改善提高了柴油的燃烧效率。加热油水的热量来自于换热器对尾气能量进行回收，高温水在缸内迅速汽化膨胀做功，增加缸内做功工质，充分利用缸内热量，减少热量的损失，进一步提高了内燃机的热效率。本发明用油水混合溶液代替水做尾气废热回收介质，并将高温油水混合物喷入发动机缸内，取代直接向发动机缸内喷水的方案，可以有效避免高温水喷射由于润滑性差造成喷嘴卡滞、失效、不稳定喷射等问题，对喷嘴的要求更低，改造更小，更加适应产业化的要求。与乳化柴油相比，本发明油水混合物采用实时制备，水油比可根据发动机转速负荷实时可调，可以实现不同发动机工况下的最优油水混合比。

Claims (7)

1.一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，包括内燃机缸体(1)，所述的内燃机缸体设有进气道(2)和油水混合喷嘴(3)，该油水混合喷嘴(3)连接油水供应系统，所述的油水供应系统包括油水混合装置(10)，以及分别与其连接的油箱(12)和水箱(8)，其特征在于，所述的结构还包括废热回收循环系统，该废热回收循环系统包括换热器(6)、冷凝器(7)，所述的内燃机缸体(1)的排气输出端依次连接换热器(6)、冷凝器(7)、水箱(8)，所述的油水混合装置(10)通过换热器(6)连接油水混合喷嘴(3)，所述的内燃机缸体(1)的排气输出端输出的高温尾气，经换热器(6)换热，冷凝器(7)冷凝后，尾气中的水蒸气冷凝为液态水进行回收至水箱(8)中循环利用，同时，油水混合装置(10)输出的油水混合物经换热器(6)与高温尾气进行热交换，回收废热后再喷入内燃机缸体(1)，实现废热和水的循环利用。
2.根据权利要求1所述的一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，其特征在于，所述的结构还包括高压共轨(4)、三通阀(5)和电子控制单元(19)，所述的高压共轨(4)连接油水混合喷嘴(3)，油水在油水混合装置(10)里充分混合后，经换热器(6)与尾气进行热交换换热，接入三通阀(5)的输入端，三通阀(5)的第一输出端连接高压共轨(4)，高压共轨(4)连接油水混合喷嘴(3)，所述的油水混合喷嘴(3)连接电子控制单元(19)。
3.根据权利要求2所述的一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，其特征在于，所述的油水混合装置(10)与换热器(6)之间的管道上设有高压泵(11)，三通阀(5)的第二输出端返回连接至高压泵(11)与油水混合装置(10)之间，高压泵(11)将油水混合装置(10)输出的油水混合物加压至120MPa以上输送到换热器(6)。
4.根据权利要求2所述的一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，其特征在于，所述的水箱(9)与油水混合装置(10)之间的管道上设有流量计b(15)和限流阀(16)，该限流阀(16)连接电子控制单元(19)；流量计b(15)监测油水混合装置(10)进水侧水管内水流量，限流阀(16)受电子控制单元(19)控制，改变水管内水流量，实现不同油水混合比。
5.根据权利要求2所述的一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，其特征在于，所述的结构还包括高压共轨(4)设有热电偶(17)和轨压传感器(18)，所述的热电偶(17)和轨压传感器(18)连接电子控制单元(19)。
6.根据权利要求1所述的一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，其特征在于，所述的油箱(13)与油水混合装置(10)之间设有低压油泵(13)和流量计a(14)。
7.根据权利要求1所述的一种废热回收高温油水混合喷射的柴油机结构，其特征在于，工作时，所述的冷凝器(7)将内燃机缸体排气中的水蒸气冷凝回收，输送到水箱(8)，水箱(8)中的水和油箱(12)中的油各自经过加压，在油水混合装置(10)里进行充分混合，混合后的溶液经过高压泵(11)加压后与高温排气换热，换热后的高温高压油水混合溶液通过三通阀(5)保存在高压共轨(4)中，最后经油水混合喷嘴(5)在压缩冲程末期喷入内燃机缸体内。
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