CN108049988A - 一种废热回收高温油水混合喷射的汽油机结构 - 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汽油机结构，包括换热器(6)、冷凝器(7)，所述的内燃机缸体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，实现废热和水的循环利用。与现有技术相比，本发明具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等优点。
Description
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汽油机结构。
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。目前我国乘用车发动机大多数是汽油机，因此汽油机节能减排技术的发展对我国环境和能源有着重大意义。目前主流技术路线是汽油机小型化、高增压、提高压缩比实现高效燃烧，降低燃油消耗。然而小排量增压内燃机的热效率受到爆震及早燃现象的限制。
作为一种有效抑制爆震的手段，喷水技术近年来受到了广泛的关注，如德国宝马汽车集团、德国博世集团、韩国现代汽车集团及德国FEV内燃机咨询公司在内的多家研究机构都开始对缸内喷水技术进行优化研究。水在发动机缸内吸热蒸发，可以有效降低压缩冲程末期的缸内温度，可以避免爆震及早燃的发生，允许更早的点火提前角，优化燃烧相位，提高发动机效率。
发动机正常工作时，尾气大约带走了气缸三分之一的热量，利用尾气废热回收可以回收尾气能量，使得内燃机效率进一步提升。
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汽油机结构。
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汽油机结构，包括内燃机缸体，所述的内燃机缸体设有节气门、火花塞和油水混合喷嘴，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，经换热器与高温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15～25MPa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。
所述的节气门、火花塞、油水混合喷嘴以及限流阀均连接电子控制单元。
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，流量计a监测油水混合装置进油侧油管流量。
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喷入内燃机缸体内，改变高温油水混合溶液的喷射策略，实现均质GDI燃烧和分层GDI燃烧，具体来说，在压缩冲程早期喷射油水混合物，汽油在缸内雾化均匀，可以实现均质燃烧；在压缩冲程后期喷射油水混合物，可以实现分层稀燃。
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。同时上循环残余的水蒸气可以降低缸内最高温度，有效抑制爆震、早燃的发生，允许更提前的点火提前角，优化燃烧相位。高温汽油在缸内也可以迅速蒸发，雾化更好，在缸内形成更加均匀的混合气，燃烧效率更高。加热油水的热量来自于换热器对尾气能量进行回收，实现汽油雾化改善、混合气更加均匀高效燃烧，同时在缸内补充高温水蒸气，做功工质增加，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。
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-节气门；2-火花塞；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汽油机结构，包括节气门1、火花塞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、内燃机缸体，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15-25MPa，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5。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。所述的节气门1、火花塞2、油水混合喷嘴3以及限流阀16均连接电子控制单元19。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；同时上循环残余的水蒸气可以降低缸内最高温度，有效抑制爆震、早燃的发生，允许更提前的点火提前角，优化燃烧相位。高温汽油在缸内也可以迅速蒸发，雾化更好，在缸内形成更加均匀的混合气，燃烧效率更高。通过废热回收与缸内高温油水混合喷射显著提高内燃机热效率。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。
Claims (8)
1.一种废热回收高温油水混合喷射的汽油机结构，包括内燃机缸体，所述的内燃机缸体设有节气门(1)、火花塞(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，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汽油机结构，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)与高温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汽油机结构，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15～25MPa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汽油机结构，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4所述的一种废热回收高温油水混合喷射的汽油机结构，其特征在于，所述的节气门(1)、火花塞(2)、油水混合喷嘴(3)以及限流阀(16)均连接电子控制单元(19)。
6.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汽油机结构，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)。
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汽油机结构，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)，流量计a(14)监测油水混合装置(10)进油侧油管流量。
8.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汽油机结构，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(3)在压缩冲程喷入内燃机缸体内，改变高温油水混合溶液的喷射策略，实现均质GDI燃烧和分层GDI燃烧。
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