CN209244692U - 一种用于乘用车的燃料电池耦合发动机喷水的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种乘用车的燃料电池耦合发动机喷水的装置,利用燃料电池和传统汽油机为发动机提供动力，燃料电池产生的水用于进气道喷水。避免了燃料电池产生大量水浪费。而且不用考虑对喷入气缸内的水的净化。通过喷水降低燃烧温度，提高了发动机抗爆性，使混合动力系统更高效。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车动力领域，尤其涉及乘用车的燃料电池耦合发动机喷水的装置。
背景技术
现代社会的发展越来越依赖能源，交通运输业大部分动力都是依靠传统汽油机和柴油机。随着环境保护意识越来越强，内燃机排放法规也越来越严格。随着汽车节能与新能源技术的发展，燃油经济性和排放性已经成为汽车发展的主流。混合动力汽车成为了当前汽车产业的一个重要方向。混合动力汽车(HEV)是指同时装备热动力源与电动力源的汽车。发动机和电机结合使用，发动机做功一部分用于发电，一部分用于驱动车轮，根据实际调控使发动机保持在综合性能最佳的区域内工作。而且电机能快速启动发动机，改善启动排放；制动时利用电机回收能量，达到节能减排的目的。
燃料电池是一种高效率、低排放低噪音的动力。国内外很多汽车企业开发了燃料电池和发动机可以共同作为混合动力汽车的动力。利用燃料电池作为动力，可以降低化石燃料的消耗从而降低碳排放。相比于发动机，燃料电池的热效率较高，而且无有害排放，符合节能减排的要求。
早在20世纪30年代开始发动机喷水研究。早期应用在航空发动机上的研究，后来用到车用发动机上。对柴油机喷水的研究发现通过进气道喷水，根据多组分燃料蒸发理论，水的蒸发抑制了燃油蒸发导致着火延迟，水量越多延迟越长。较高负荷下喷入适当的水，降低了燃烧温度，而且水分子和氧原子反应生成羟基降低氧浓度，显著降低NOx排放，同时CO和HC排放没有明显升高。而在小负荷下喷水在降低NOx排放的同时导致CO和HC排放升高。柴油进气道喷水的不同转速和负荷研究表明，喷水对低转速油耗影响较大，最大可降低10％的燃油消耗率，降低NOx排放10％～30％。对于小负荷工况，使用EGR降低NOx比喷水更有优势；而大负荷工况则喷水降低NOx更好。有试验结果表明小型柴油机气道水和油的比例为0.15到0.45最佳。三菱重工通过分层燃料、水喷射系统向柴油机缸内直接喷水，可以同时降低NOx和颗粒排放。现有发动机喷水结构主要是采用缸内喷水，喷水过多会稀释润滑油。而且水箱内的水需要反复查看添加。水箱长时间储存水导致水污染，对水泵和喷水器、缸内燃烧都会有不利影响。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种用于乘用车的燃料电池耦合发动机喷水的装置，燃料电池为发动机提供水喷入气道，优化燃烧降低油耗，降低污染物的排放，降低温度和传热提高热效率。
一种用于乘用车的燃料电池耦合发动机喷水的装置，包括水箱和喷水器，所述的喷水器的喷口与进气道连通以使通过喷水器喷出的水进入进气道，所述的喷水器的喷口轴线与进气道的轴线呈0度到45度的夹角，在所述的水箱内安装有一个水泵，所述的水泵的出口通过安装有稳压阀和泄水阀的供水管道喷水器连通；一个燃料电池组的一端通过安装有单向阀的水管与水箱的进口连通，所述的燃料电池组的另一端分别与氢气管道、氧气管道相连；所述的喷水器、水泵分别通过控制线与ECU相连。
本实用新型的有益效果是：
利用燃料电池产生的水，中间不需要经过任何净化消毒等措施，直接用于发动机喷水。装置既利用了燃料电池反应生成的水，又避免了发动机采用其他水被污染导致矿物沉积在水过滤器、水喷射器、发动机零件、排气催化剂等上，从而影响发动机性能以及潜在地损坏发动机硬件。燃料电池产生的水可以随时使用，不用考虑储存污染的问题。而且使用喷水解决了燃料电池产物水的处理问题。燃料电池和发动机喷水耦合，有效地解决了两者的问题。
附图说明
图1为本实用新型的用于乘用车的燃料电池耦合发动机喷水的装置示意图；
图2为发动机喷水控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的内容加以详细说明。
如附图所示，本实用新型是对已有结构的改进。发动机局部示意图，包括气缸，曲轴4和连杆3连接，连杆另一端连接活塞5，缸盖上的进气道7和排气道1和缸体相连，进气门6、排气门2和活塞5组成相应的燃烧室。
本实用新型的一种用于乘用车的燃料电池耦合发动机喷水的装置，包括水箱13和喷水器8，所述的喷水器8的喷口与进气道连通以使通过喷水器喷出的水进入进气道，所述的喷水器8的喷口轴线与进气道的轴线呈0度到45度的夹角，这样不阻碍进气流动，喷水落点位置靠近气门，温度较高喷出的水容易蒸发。
在所述的水箱13内安装有一个水泵12，所述的水泵12的出口通过安装有稳压阀10和泄水阀11的供水管道连通。
一个燃料电池组16的一端通过安装有单向阀15的水管与水箱13的进口连通，所述的燃料电池组16的另一端分别与氢气管道18、氧气管道17相连。在燃料电池组中，氢气和氧气中的化学能直接转化为电能同时排出产物水。燃料电池组16一端和氢气管道18、氧气管道17相连，水从水管14流到水箱13，用于储存暂时不喷入气缸中的水。水管14中连接单向阀15，使水流方向朝着箭头方向流动，防止水倒流入燃料电池，影响氢氧燃料电池发电。
所述的喷水器8、水泵12分别通过控制线与ECU(Electronic Control Unit电子控制单元)9相连，通过ECU 9控制喷水时刻和喷水量。从水箱13中抽水供喷水器8喷水，其中，稳压阀11保证水压稳定，泄水阀12则让多余的水流回到水箱中。
发动机和燃料电池同时为汽车提供动力。燃料电池组16通入氢气和氧气，产生的水排出到水箱13中储存，供发动机喷水使用。在不同工况下选取不同的喷水方式，ECU控制喷水器的喷水时间和喷水量。
本装置的控制过程如下：
步骤一、ECU 9根据发动机的扭矩和转速判断发动机的运行状态；
步骤二、针对不同的运行状态采取对应的喷水策略；
如果是小负荷，ECU 9控制喷水器和水泵12处于关闭状态，不进行喷水。
如果是中等负荷，则采用喷水器8进行进气道直接喷水，具体过程为：ECU 9根据曲轴转角信号确定发动机活塞位置，控制喷水器在进气门关闭时刻喷水。ECU 9根据预先标定的喷水量和喷水时刻向喷水器8发出喷水指令，同时ECU 9向水泵12发送启动指令。水箱中的水通过水泵输送至喷水器8进行喷射。利用气门高的温度快速蒸发。水蒸发吸热降低进气温度，降低泵气损失。
喷水量和喷水时间通过实验得到，ECU根据转速、负荷、进气流量、活塞位置、进气温度事先标定数据以确定喷入的水量和时刻并根据NOx的排放量对喷水量和喷水时间进行修正，使排放和效率最优。
如果是大负荷，则采用喷水器8进行进气道内直接喷水，具体过程为：
ECU 9根据曲轴转角信号确定发动机活塞位置，控制进气道内喷射在进气门开启时刻进行，ECU 9控制水泵12启动，同时根据预先标定的喷水量和喷水时刻向喷水器发出喷水指令。水箱中的水通过水泵输送至喷水器进行喷射。喷入的水在燃烧室内蒸发吸热，降低大负荷工况的热负荷，减少发动机的爆震倾向。喷水量和喷水时间通过实验得到，ECU根据转速、负荷、进气流量、活塞位置、进气温度事先标定数据以确定喷入的水量和时刻并根据NOx的排放量对喷水量和喷水时间进行修正，使排放和热效率最优。
Claims (1)
1.一种用于乘用车的燃料电池耦合发动机喷水的装置，其特征在于：包括水箱和喷水器，所述的喷水器的喷口与进气道连通以使通过喷水器喷出的水进入进气道，所述的喷水器的喷口轴线与进气道的轴线呈0度到45度的夹角，在所述的水箱内安装有一个水泵，所述的水泵的出口通过安装有稳压阀和泄水阀的供水管道喷水器连通；一个燃料电池组的一端通过安装有单向阀的水管与水箱的进口连通，所述的燃料电池组的另一端分别与氢气管道、氧气管道相连；所述的喷水器、水泵分别通过控制线与ECU相连。
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