CN114412634A - 一种提升发动机热效率降低热负荷的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，水气混合喷射器包括管体及其下端安装的喷气阀，管体的上分别安装气管和水管，管体外围固定套接至气缸盖上，管体内部设置稳压气腔和高压水道，气管连通至稳压气腔，水管连通至高压水道，管体下端中部设有气孔，气孔连通至稳压气腔，气孔内部套接喷气阀，高压水道的出料端位于管体下端外缘，且高压水道和气孔互不干涉。本发明所述的一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，通过此装置可以在进行高强化工况试验下，通过喷水及水汽混合物的喷射对不同工况下热负荷抑制，并通过水蒸汽的膨胀、燃烧相位的调节实现热效率的提升，为高强化柴油机性能的提升提供支撑。
Description
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，尤其是涉及一种提升发动机热效率降低热负荷的装置。
背景技术
发动机在工作时的热负荷和机械负荷都比较高，缸内燃烧温度高达2000K以上，导致缸内受热零部件始终面临着高热负荷的不利影响。而缸内受热零部件主要靠气缸盖中的冷却水腔、气缸套的水套或壁面以及活塞的冷却油腔等传热来降低缸内温度。但随着强化程度不断提高，零部件的热负荷程度日益增大，部分发动机的气缸盖鼻梁区、活塞顶面的温度已经超过材料的极限，导致发动机出现缸盖开裂、活塞烧蚀等故障，此外，由于气缸产生的高温和高压,使各主要零部件处于高温和强烈冲击压力之下。
发动机热效率受到了热负荷和机械负荷的限制，燃烧相位往往要兼顾热负荷的要求，因此燃烧的等容程度无法达到理想或较理想的状态，热效率也受其影响，需要开发能够提升发动机热效率的同时有效降低热负荷的装置。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，以解决现有技术在工况温度较高会导致缸盖开裂、活塞烧蚀的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，包括气缸盖上设置的水气混合喷射器，水气混合喷射器的出口端与喷油器的喷射端设有夹角，水气混合喷射器包括管体及其下端安装的喷气阀，管体的上分别安装气管和水管，管体外围固定套接至气缸盖上，管体内部设置稳压气腔和高压水道，气管连通至稳压气腔，水管连通至高压水道，管体下端中部设有气孔，气孔连通至稳压气腔，气孔内部套接喷气阀，高压水道的出料端位于管体下端外缘，且高压水道和气孔互不干涉。
进一步的，所述稳压气腔内安装气压传感器。
进一步的，所述管体内部设有压力室，且压力室和稳压气腔互不干涉，压力室上部连通至水管，高压水道的进料端位于压力室下部，压力室内套接针阀，且针阀能够沿压力室轴向运动。
进一步的，所述压力室内部设置水压传感器。
相对于现有技术，本发明所述的一种提升发动机热效率降低热负荷的装置具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，可以通过水气混合喷射器的喷水，利用水汽化潜热较大的特性，喷入缸内的水受热后蒸发吸热，从而降低缸内温度，实现降低缸内热负荷的目的。
(2)本发明所述的一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，能够通过水气混合喷射器的空气喷射，对进入气缸的水进行更加准确地吹拂，减小水滴的大小，实现水的快速蒸发，缩短喷水持续期，在降低缸内温度和压力的同时，进一步增大燃烧相位的调节裕度，有利于增大主喷油器的喷油提前角，进而提升热效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种提升发动机热效率降低热负荷的装置的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例所述的水气混合喷射器的剖面示意图。
附图标记说明：
1-气缸盖；2-喷油器；21-出口端；3-水气混合喷射器；31-喷射端；32-管体；4-喷气阀；5-针阀；6-稳压气腔；7-压力室；8-高压水道；81-进料端；82-出料端；9-气孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-2所示，一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，包括气缸盖1上设置的水气混合喷射器3，水气混合喷射器3的出口端21与喷油器2的喷射端31设有夹角，喷油器2是现有技术，水气混合喷射器3包括管体32及其下端安装的喷气阀4，管体32的上分别安装气管和水管，管体32外围固定套接至气缸盖1上，管体32内部设置稳压气腔6和高压水道8，气管连通至稳压气腔6，水管连通至高压水道8，管体32下端中部设有气孔9，气孔9连通至稳压气腔6，稳压气腔6用于稳定进气压力，气孔9内部套接喷气阀4，高压水道8的出料端82位于管体32下端外缘，且高压水道8和气孔9互不干涉。
稳压气腔6内安装气压传感器，气压传感器是现有技术，气压传感器信号连接至PLC控制器，气压传感器用于测得稳压气腔6中的高压气体值。
管体32内部设有压力室7，且压力室7和稳压气腔6互不干涉，压力室7上部连通至水管，高压水道8的进料端81位于压力室7下部，压力室7内套接针阀5，且针阀5能够沿压力室7轴向运动。
压力室7内部设置水压传感器，水压传感器用于测得压力室7内水压信息并信号传输至PLC控制器。
针阀5和喷气阀4均为现有技术的电磁控制，喷漆阀包括第一阀杆、弹簧、衔铁和电磁铁，第一阀杆的横截面是T形结构，第一阀杆的下端卡接至气孔9外缘，第一阀杆上端位于气孔9内部，且第一阀杆外围设置弹簧，且弹簧的两端分别固定连接至第一阀杆外围、气孔9内壁，气孔9内壁设置电磁铁，第一阀杆外围设置衔铁，针阀5上同样设置电磁线圈，电磁线圈和电磁铁均信号连接至PLC控制器。
一种提升发动机热效率降低热负荷的装置的工作过程：
当压传感器测得稳压气腔6中的高压气体达到要求值时，PLC控制器给电磁铁通电，使得电磁铁产生电磁力推动衔铁向下运动，进而推动喷气阀4杆运动，打开喷气阀4，高压空气通过图2虚线所示的气道喷入发动机气缸内。
当水压传感器测得压力室7中的水达到要求值时，PLC控制器给电磁线圈通电，产生电磁力驱动针阀5轴向位移，高压水道8导通，高压水喷入发动机气缸内。
在使用时PLC控制针阀5和喷气阀4的开合为独立控制，互不干涉，在气缸盖1上的喷油器2的燃油喷射和水气混合喷射器3的喷水，可利用水的汽化潜热较大的特性，进入缸内的水蒸发吸热，从而降低缸内温度和压力，实现对燃烧温度的降低以及燃烧相位的调节，从而提升热效率、降低热负荷；气缸盖1上的水气混合喷射器3的空气喷射，可对喷出的水雾进行吹拂，加速水的蒸发，缩短喷水持续期，在降低缸内温度和压力的同时，增加燃烧相位的调节裕度，有利于增大主喷油器的喷油提前角，进而提升热效率；气缸盖1上的水气混合喷射器3的空气喷射和水喷射的时刻和持续期可灵活控制，能够更加准确地控制进入缸内水量和水的蒸发速度，实现随发动机工况需求，配合喷油测量实时调节喷水量和供气方案，实现综合热效率的提升和热负荷的抑制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，其特征在于：包括气缸盖(1)上设置的水气混合喷射器(3)，水气混合喷射器(3)的出口端(21)与喷油器(2)的喷射端(31)设有夹角，水气混合喷射器(3)包括管体(32)及其下端安装的喷气阀(4)，管体(32)的上分别安装气管和水管，管体(32)外围固定套接至气缸盖(1)上，管体(32)内部设置稳压气腔(6)和高压水道(8)，气管连通至稳压气腔(6)，水管连通至高压水道(8)，管体(32)下端中部设有气孔(9)，气孔(9)连通至稳压气腔(6)，气孔(9)内部套接喷气阀(4)，高压水道(8)的出料端(82)位于管体(32)下端外缘，且高压水道(8)和气孔(9)互不干涉。
2.根据权利要求1所述的一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，其特征在于：稳压气腔(6)内安装气压传感器。
3.根据权利要求1所述的一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，其特征在于：管体(32)内部设有压力室(7)，且压力室(7)和稳压气腔(6)互不干涉，压力室(7)上部连通至水管，高压水道(8)的进料端(81)位于压力室(7)下部，压力室(7)内套接针阀(5)，且针阀(5)能够沿压力室(7)轴向运动。
4.根据权利要求3所述的一种提升发动机热效率降低热负荷的装置，其特征在于：压力室(7)内部设置水压传感器。
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