CN111788379A - 将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中的车辆系统和将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车辆系统的加热器的技术领域，所述车辆系统用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室上游的进气管线中或喷射到内燃机的燃烧室中，所述加热器包括至少一个柔性部件，所述柔性部件包括嵌入绝缘材料中的至少一个金属电阻轨道，所述绝缘材料包括至少一种抗微生物化合物和/或被覆有至少一层包含至少一种抗微生物化合物的层。本发明还涉及一种用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室上游的进气管线中或喷射到内燃机的燃烧室中的车辆系统，所述车辆系统包括所述加热器。

Description

将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中的车辆系统和将水溶液喷 射到内燃机的燃烧室中的方法
技术领域
本发明涉及一种用于水箱的具有抗微生物特性的加热器，所述水箱用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中的车辆系统。本发明的另一方面涉及一种包括具有抗微生物特性的加热器的水箱，并且涉及一种包括所述水箱的用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中的车辆系统。
背景技术
由于对减少二氧化碳排放的要求不断提高，内燃机在燃料消耗方面正日益得到优化。然而，这种优化受到燃料的过早点火和高排气温度的限制。降低排气温度和防止过早点火的一种可能措施是向燃烧室中喷射水。在内燃机中，喷水系统可以将水喷到进入的空气或燃料-空气混合物中，或直接喷到燃烧室中以冷却燃烧室的某些部位，在这些部位上，“热点”可能会引起过早点火。许多喷水系统使用水和酒精或其他添加剂的混合物。由于具有高密度和高吸热性，水提供了主要的冷却效果。而酒精是可燃的，且还可以作为水的防冻剂。在本专利申请的范围内，那些混合物被称为术语“水溶液”。为此，可以提供单独的喷水系统以实现喷水。例如，专利申请WO 2014/080266A1公开了一种用于将水喷射到内燃机的燃烧室中的车辆系统。
喷水系统的已知问题是水可以包含杂质，这些杂质继而促进细菌、藻类、真菌或其他微生物的生长。当车辆长时间不动时，这样的污染尤其发生在水箱中。这可能导致系统故障甚至失效，并导致布置在喷水系统中的过滤器堵塞。为了防止这种污染或消除已经存在的污染，可以考虑使用化学制品。然而，向燃烧室中喷射这样的化学制品会导致其他问题。
专利申请WO2016/177556A1提出了通过将水暴露于紫外线辐射来净化喷水系统的水箱所盛装的水。由于多种原因，该技术方案不是最佳的。UV辐射器必须通电才能产生去除污染效果。因此，当车辆长时间不动且紫外线辐射器未通电时，细菌、藻类、真菌或其他微生物的生长不会受到抑制。在这种背景下，需要注意的是，污染水的微生物具有通过释放离子物质而改变水的化学性质的作用。即使后来对水进行了净化处理(例如使用化学制品或紫外线辐射)，水的化学性质也不会回到其初始状态。
而且，紫外线辐射器昂贵且复杂。它们也相对脆弱，因此必须定期地更换它们。它们在水箱中的位置使得更换操作困难且成本高。最后，在水箱的某些热点中，高温的作用促进了细菌、藻类、真菌或其他微生物的生长，而这些热点可能位于紫外线辐射无法通达的位置。
专利WO2012/048638提出了一种用于加热蓄电热水器或洗碗机的水的带护套的电阻。与要被加热的水接触的金属表面覆盖有具有抗微生物特性的玻璃搪瓷。然而，该文件中公开的加热器不适合于汽车应用，因为车辆必须在热限制条件(例如冻结)下工作，而在热水器或洗碗机中则不然。此外，覆盖有玻璃搪瓷的表面必须是不可变形的，否则搪瓷化的玻璃就会破裂并失去其对表面的保护作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的车辆系统，用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中而且不会出现上述问题。更具体地说，本发明提供了一种用于在车辆系统的储箱的热点处对抗细菌、藻类、真菌或其他微生物的生长的技术方案，所述车辆系统用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中。
特别地，本发明的第一个目的是提供一种技术方案，以在车辆系统的储箱的热点处对抗细菌、藻类、真菌或其他微生物的生长，所述车辆系统用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中。
本发明的第二个目的是提供一种不需要通电也可运行的水溶液喷射系统，以使得即便在长时间停车的情况下也不会发生污染问题。
本发明的第三个目的是提供一种更便宜的水溶液喷射系统，不需要大量、昂贵和频繁的维护操作。
根据本发明的第一实施例，这些目的通过一种用于车辆系统的水溶液储箱的加热器来实现，所述车辆系统用于将水溶液喷射到内燃机燃烧室上游的进气管线中或喷射到内燃机的燃烧室中，所述加热器包括嵌入绝缘材料中的至少一个金属电阻轨道，所述绝缘材料包括至少一种抗微生物化合物和/或部分地或全部地、优选为全部地被覆有至少一层包含至少一种抗微生物化合物的层。
根据本发明，所述由包括至少一种抗微生物化合物并且/或者被覆有至少一层包含至少一种抗微生物化合物的层的绝缘材料制成的加热器能够更精准地在车辆系统的水溶液储箱的热点处减少微生物的生长，所述车辆系统用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室上游的进气管线中或喷射到内燃机的燃烧室中；所述加热器是水箱中某些热点的来源。
术语“绝缘材料”意在表示不允许电通过的材料；所述绝缘材料具有至少1012欧姆米的电阻率，优选为至少1013欧姆米的电阻率，更优选为至少1019欧姆米的电阻率；所述电阻率是在25℃的温度测量的。
术语“抗微生物化合物”意在表示该化合物阻止诸如细菌、藻类和/或真菌的微生物物种的生长。根据微生物种类的性质，按照标准ISO 22196：2011或标准ISO 16869：2008来测量抗微生物化合物的抗微生物作用。抗微生物化合物以有效量存在于绝缘材料中。就本发明而言，有效量是指产生抑制至少80％的微生物物种生长效果的量，这是根据微生物种类的性质按照标准ISO22196：2011或ISO 16869：2008测得的。
术语“水溶液储箱”意在表示容纳水溶液、优选为去矿物质水的储箱。术语“去矿物质水”意在表示电导率小于50μS/cm、优选为小于5μS/cm的水溶液。
术语“金属电阻轨道”意在表示当电流通过它时通过焦耳效应来产热的金属轨道。金属电阻轨道是电线时其截面形状可以是圆形，优选地，该轨道的截面形状是矩形。
根据一个实施例，加热器的所述至少一个金属电阻轨道由铜、铝或不锈钢制成，优选地，所述至少一个金属电阻轨道由不锈钢制成。
根据一个实施例，所述绝缘材料由硅树脂、聚烯烃、聚乙烯、热塑性弹性体、聚酯、聚酰亚胺制成；优选地，所述绝缘材料由硅树脂、聚乙烯、聚丙烯制成；最优选地由硅树脂或高密度聚乙烯制成。
根据一个优选的实施例，所述至少一个电阻轨道被夹置在由所述绝缘材料制成的两个膜之间，或被包覆模制在所述绝缘材料中。
术语“所述至少一个电阻轨道被夹置在由所述绝缘材料制成的两个膜之间”意在表示将所述至少一个电阻轨道插入焊接在一起的由所述绝缘材料制成的两个膜之间。
根据一个优选的实施例，所述加热器包括主体和配备有所述至少一个电阻轨道的至少一部分的至少一个突起(excrescence)或触手部(tentacle)。
所述配备有所述至少一个电阻轨道的至少一部分的至少一个突起或触手部允许改善对储箱中主体不能通达的区域的加热。
根据一个优选的实施例，所述加热器包括固定装置，所述固定装置优选地选自由夹子、铆钉、螺栓和通孔组成的集合。
加热器上存在的固定装置允许将加热器机械地至少固定到水箱的壁，所述水箱用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中的车辆系统，优选地，所述加热器被固定在水箱的底部壁上。
术语“水箱的底部壁”意在表示该底部壁是水箱最靠近路面的壁。
根据一个优选的实施例，所述加热器包括至少一个柔性部件，所述柔性部件包括至少一个金属电阻轨道，并且嵌有所述至少一个金属电阻轨道的绝缘材料也是柔性的。修饰语“柔性”是指易于变形的，通常指以反向方式变形。通常，这对应于抗弯刚度低于4000N.m，这里抗弯刚度定义为等于(Eh3)/(12(1-v2))，其中E是柔性部件的根据ASTM D790-03标准测量的杨氏模量，h是其厚度而v是其构成材料的泊松比。优选地，在本发明的背景中，柔性部件的刚度小于或等于1000N.m，更优选地小于或等于100N.m，最优选地小于或等于10N.m。根据一个特别优选的实施例，所述至少一个柔性部件的抗弯刚度小于或等于1N.m。优选地，该柔性部件是加热部件，即包括一个或多个金属电阻轨道的柔性部件。
由硅树脂、聚烯烃、聚乙烯、热塑性弹性体、聚酯或聚酰亚胺制成的绝缘材料不会如现有技术中那样破裂，在现有技术中，绝缘材料是搪瓷玻璃材料而其是不是柔性的。实际上，根据ISO 527的测试方法，聚乙烯的断裂伸长率大于150％，弹性体的断裂伸长率大于100％，而搪瓷玻璃的断裂伸长率在室温下小于12％(取决于玻璃的化学成分)。在本发明的背景中，绝缘材料的弯曲模量仅是搪瓷玻璃的弯曲模量的1/100至1/10。实际上，根据ISO178的测试方法，硅树脂的弯曲模量小于3.5GPa，聚乙烯小于1.3GPa，热塑性弹性体小于0.7GPa，聚酯小于10GPa，聚酰亚胺小于2.5GPa，而在室温下，相对湿度为50％、位移速率为每分钟0.5mm时，厚度为5mm的搪瓷玻璃的弯曲模量大于70GPa。
根据一个优选的实施例，所述至少一种抗微生物化合物选自有机抗微生物化合物和金属抗微生物化合物。
术语“有机抗微生物化合物”意在表示由与碳、氢、氧或氮原子共价连接的碳原子组成的化合物。优选地，有机抗微生物化合物选自N-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BBIT)、4,5-二氯-2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(DCOIT)、3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯(IPBC)、10,10’-氧代双吩恶砒(OBPA)、正-辛基异噻唑啉酮(OIT)和3-(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵。
术语“金属抗微生物化合物”意在表示包含金属原子的抗微生物化合物。优选地，所述金属抗微生物化合物选自以下物质的集合：金属、金属合金、金属溶液、金属盐、金属氧化物和金属络合物。所述至少一种金属抗微生物化合物优选地是纳米材料。术语纳米材料意在表示以未结合状态的颗粒形式或以聚集体或团块形式存在的金属抗微生物化合物，其中数量尺寸分布中50％或更多的颗粒的一个或多个外部尺寸在1-100nm的范围内。优选地，金属抗微生物化合物为直径在1至10nm范围内的纳米颗粒形式。金属抗微生物化合物纳米材料可以被加载或被分散在氧化硅颗粒、氧化铝颗粒或沸石上。
更优选地，柔性部件包括至少一个柔性的金属电阻轨道。
更优选地，金属电阻轨道嵌入在柔性的绝缘材料中。
根据一个优选的实施例，所述至少一种金属抗微生物化合物的金属部分选自铜、银、锌、铝、镍、金、钡、锡、硼、锑、钴、锆和钼组成的集合，优选地至少一种金属抗微生物化合物的金属部分选自铜、锌和银组成的集合。
根据一个实施例，所述至少一种金属抗微生物化合物是含铜的金属抗微生物化合物并选自由铜、黄铜、青铜、白铜合金、铜-镍-锌合金、硫酸铜(I、II)、氧化铜(I、II)、氢氧化铜(I、II)和吡啶硫酮铜(I)组成的集合。
根据一个优选的实施例，所述至少一种金属抗微生物化合物是含锌的金属抗微生物化合物和/或含银的金属抗微生物化合物。优选地，锌的金属抗微生物化合物选自锌、氧化锌和吡啶硫酮锌。银的金属抗微生物化合物优选地选自由银、氧化银、硝酸银、氯化银和碳酸银组成的集合。
更优选地，所述至少一种金属抗微生物化合物是吡啶硫酮锌或银盐或银的纳米颗粒或其组合。发明人惊奇地观察到，虽然吡啶硫酮很难在例如聚烯烃的聚合物中混溶，吡啶硫酮锌或银盐却可以被很好地包封在聚烯烃基质中。
根据一个优选的实施例，绝缘材料包括至多5重量％，优选地至多0.5重量％，更优选地至多0.2重量％，最优选地至多0.05重量％的至少一种金属抗微生物化合物。
根据一个优选的实施例，绝缘材料包括至少0.0002重量％，优选地至少0.0015重量％，更优选地至少0.01重量％，最优选地0.05重量％的至少一种抗金属微生物化合物。
根据一个优选的实施例，绝缘材料包括至少一种金属抗微生物化合物，所述至少一种金属抗微生物化合物的含量为0.0002重量％至5重量％，优选地为0.0015重量％至0.4重量％，更优选地为0.005重量％至0.1重量％，最优选地为0.01重量％至0.05重量％。
本发明的另一方面还提供了减少细菌、藻类、真菌或其他微生物生长的车辆系统。
根据本发明的车辆系统包括以下组成部分:
-用于存储水溶液的储箱；
-泵单元；
-内燃机的燃烧室上游的进气管线；
-一个或多个喷射器，其用于向进气管线中、向燃烧室中或向这两者中喷射水溶液；
-用于将由泵单元泵送的水溶液供给到所述喷射器的供给管线；以及
-根据本发明的加热器。
具体实施方式
为了说明本发明，给出了以下的实施例。已经测试了根据本发明的加热器，该加热器包括嵌入在硅基绝缘材料中的至少一个金属电阻轨道，该硅基绝缘材料包含不同含量的抗微生物化合物。表I总结了根据ISO 22196标准并基于嵌入在加热器绝缘材料内的抗微生物化合物的比例而得出的加热器的去污染的有效性。
表I：包含不同含量的抗微生物化合物的加热器的去污染有效性
Figure BDA0002653265670000081
+++:优秀
++:良好
+：可接受
表II示出了在水箱中使用的水溶液的特性的示例。
表II：用于车辆系统中的水溶液的特性，所述车辆系统用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室中
Figure BDA0002653265670000091

Claims (15)

1.一种用于车辆系统的加热器,所述车辆系统用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室上游的进气管线中或喷射到内燃机的燃烧室中,所述加热器包括至少一个柔性部件，所述柔性部件包括至少一个嵌入绝缘材料中的金属电阻轨道，所述绝缘材料包括至少一种抗微生物化合物和/或部分地或全部地被覆有至少一层包含至少一种抗微生物化合物的层。
2.根据权利要求1所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述至少一个金属电阻轨道由铜、铝或不锈钢制成，优选地，所述至少一个金属电阻轨道由不锈钢制成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述绝缘材料由硅树脂、聚烯烃、聚乙烯、热塑性弹性体、聚酯、聚酰亚胺制成；优选地，所述绝缘材料由硅树脂、聚乙烯或聚丙烯制成；最优选地由硅树脂或高密度聚乙烯制成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述至少一个电阻轨道被夹置在由所述绝缘材料制成的两个膜之间或被包覆模制在所述绝缘材料中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述加热器包括主体和配备有所述至少一个电阻轨道的至少一部分的至少一个突起或触手部。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述加热器包括固定装置，所述固定装置优选地选自由夹子、铆钉、螺栓和通孔组成的集合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述抗微生物化合物是金属抗微生物化合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述绝缘材料包括至多5重量％的至少一种金属抗微生物化合物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述绝缘材料包括至少0.0002重量％的至少一种金属抗微生物化合物。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述至少一种金属抗微生物化合物选自以下物质的集合：金属、金属合金、金属溶液、金属盐、金属氧化物和金属络合物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述柔性部件包括至少一个柔性的金属电阻轨道。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述金属电阻轨道嵌入在柔性的绝缘材料中。
13.根据权利要求12所述的用于车辆系统的加热器，其中，所述至少一种金属抗微生物化合物为吡啶硫酮锌、银盐、银的纳米颗粒或其组合。
14.一种车辆系统，所述车辆系统用于将水溶液喷射到内燃机的燃烧室上游的进气管线中或喷射到内燃机的燃烧室中，所述车辆系统包括根据权利要求1至13中的任一项所述的加热器。
15.根据权利要求14所述的车辆系统，其中，根据权利要求1至13中的任一项所述的加热器位于所述水溶液储箱的内部，在所述储箱的底部。
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