TWI394670B - A locomotive jet engine with water nozzles - Google Patents

Description

具水噴嘴的機車噴射引擎

本發明是有關於一種噴射引擎，特別是指一種具水噴嘴的機車噴射引擎。

參閱圖1，為日本第56-092323號之引擎裝置的發明專利案，該引擎裝置包括一汽缸頭11、一形成於該汽缸頭11內的燃燒室12、一裝設於該汽缸頭11上且可與該燃燒室12連通的進氣管13、一設置於該進氣管13上的水噴射嘴14、一設置於該汽缸頭11上的燃油噴射嘴15，及一可活動地設於該汽缸頭11上且可封閉該燃燒室12的進氣閥門16。

當儲存於該油箱(圖未示)內之燃料藉由該燃油噴射嘴15朝向該燃燒室12的方向噴入時，該水噴射嘴14係將水霧往該進氣管13中噴入，使該水霧經該進氣管13的氣流而流入該燃燒室12中，進而使該燃燒室12中的油氣與水霧混合，藉此降低該引擎裝置爆震的機率。

然而，該水噴射嘴14之水霧是先噴入該進氣管13中，再利用該進氣管13的進氣氣流，將水霧噴入該燃燒室12內，而該水噴射嘴14所設計的噴射方向，是往該進氣管13之內壁面進行噴射，容易造成該水霧附著於該進氣管13之內壁面上，產生水的聚積現象而形成水珠，因而降低其油氣與水霧的混合效果，相對使該燃燒室12產生燃燒不完全的現象。

參閱圖2，為日本特開昭第58-28558號之發明專利案 ，該專利案亦是為一引擎裝置，與圖1的不同之處在於，該引擎裝置之水噴嘴17是固設在一汽缸頭18上，藉此達到降低爆震機率的效果。

不過，該水噴嘴17是固設在該汽缸頭18上，使該汽缸頭18必須自該本體部181延伸加長一延伸部182，而用以供該水噴嘴17設置在該汽缸頭18之延伸部182上，因此，該汽缸頭18的尺寸較大，使該水噴嘴17只適合組裝於特定的該汽缸頭18上而無法安裝在其他的汽缸頭18，不僅限縮該水噴嘴17的安裝使用範圍，更增加該該汽缸頭18的體積。

因此，本發明之目的，即在提供一種具水噴嘴的機車噴射引擎，用以有效降低NOx的含量。

於是，本發明具水噴嘴的機車噴射引擎，包含一引擎單元、一進氣單元、一燃油噴嘴，及一水噴嘴。

該引擎單元包括一汽缸頭、一與該汽缸頭組合的汽缸蓋、一形成於該汽缸頭內的燃燒室、一形成於該汽缸頭內且連通該燃燒室的進氣閥口、一設於該汽缸頭內且可封閉該進氣閥口的進氣閥門、一形成於該汽缸頭內且連通該燃燒室的排氣閥口，及一形成於該汽缸頭內且可封閉該排氣閥口的排氣閥門，界定一穿過該進氣閥口之中心的心軸假想線。

該進氣單元包括一連通該引擎單元之燃燒室的進氣管，及一組合於該進氣管上的節流閥體。

該燃油噴嘴是裝設在該進氣管上，且該燃油噴嘴可噴射出一燃油噴束，該水噴嘴所噴射出的水噴束是部分重疊在該心軸假想線上。

該水噴嘴是裝設在該進氣管上，且該水噴嘴與該燃油噴嘴相間隔，該水噴嘴可直接往該引擎單元之進氣閥口噴射出一水噴束。

本發明之功效，藉由該水噴嘴往該引擎單元之進氣閥口噴射出水噴束，使該水噴束直接噴入該引擎單元之燃燒室中，避免水霧在該進氣單元之進氣管內累積而影響油氣與水霧的混合效果，進而降低其燃燒溫度而減少NOx排放的含量，再者，部分水噴束的水氣於該進氣管中亦蒸發而吸收其內部熱量而降低該進氣管的溫度，進而提升進氣的效能。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖3，本發明具水噴嘴的機車噴射引擎，包含一引擎單元2、一進氣單元3、一燃油噴嘴4，及一水噴嘴5。

參閱圖3、4，該引擎單元2包括一汽缸頭21、一與該汽缸頭21組合的汽缸蓋22、一形成於該汽缸頭21內的燃燒室23、一形成於該汽缸頭21內且連通該燃燒室23的進氣閥口24、一設於該汽缸頭21內且可封閉該進氣閥口24的進氣閥門25、一形成於該汽缸頭21內且連通該燃燒室 23的排氣閥口26，及一形成於該汽缸頭21內且可封閉該排氣閥口26的排氣閥門27。

該進氣單元3包括一連通該引擎單元2之燃燒室23的進氣管31，及一組合於該進氣管31上的節流閥體32，其中，該進氣管31具有一組合於該引擎單元2之汽缸頭21的凸緣部311、一自該凸緣部311延伸且連接該節流閥體32的管體部312、一自該凸緣部311延伸的一第一安裝部313，及一自該管體部312延伸且與該第一安裝部313相間隔的第二安裝部314，該進氣管31之凸緣部311與該汽缸頭21之間會設有一隔熱墊9，用以隔絕該引擎單元2之熱能傳導於該進氣管31上。

該燃油噴嘴4是裝設在該進氣管31之第一安裝部313上，且與該機車之油箱(圖未示)相連通，且該燃油噴嘴4可噴射出一燃油噴束41，用以將儲存於該油箱內之燃料以朝向該引擎單元2之進氣閥口24的方向噴入該燃燒室23內，在本實施例中，所採用之燃料為一般車輛所使用之無鉛汽油，此外，該燃油噴嘴4為一電子式噴嘴，並可依照使用者所施予之加油量之來調整噴入燃料之多寡，由於噴油量之控制及其與該進氣管31之進氣量的整合在業界中是屬相當習知的控制技術，在此即不加以贅述。

該水噴嘴5是裝設在該進氣管31之第二安裝部314上，且該水噴嘴5與該燃油噴嘴4相間隔，並且該水噴嘴5是設於該燃油噴嘴4與該進氣單元3的節流閥體32之間，該水噴嘴5可直接往該引擎單元2之進氣閥口24噴射出一 水噴束51，在本實施例中，該燃油噴嘴4與水噴嘴5是分別安裝在該第一安裝部313與第二安裝部314，不過，亦可將該燃油噴嘴4與水噴嘴5分別安裝在該第二安裝部314與第一安裝部313，並不以本實施例所侷限。

配合參閱圖5，界定一穿過該進氣閥口25之中心的心軸假想線6，該水噴嘴5所噴射出的水噴束51是部分重疊在該心軸假想線6上，由於該水噴嘴5噴入該進氣閥口25內之物質為水霧，可降低其燃燒的溫度，因而相對減少NOx的排放量，而且，該水噴束51是直接往該進氣閥口25噴射，較不易殘留於該進氣管31內，可避免水霧累積於該進氣管31中而造成燃燒不全的現象。

再者，該水噴束51在往該進氣閥口25噴射的過程中，其中的水氣會部分在該進氣管31中亦蒸發，而使水氣吸收該進氣管31內部的熱量而降低該進氣管31的溫度，進而提升進氣的效率。

依據上述之設計，空氣由該進氣管31輸入該汽缸頭21中，並配合該燃油噴嘴4與水噴嘴5分別所噴射出的燃油噴束41與水噴束51，如圖6、7所示，於特定轉速及油門開度的測試結果(轉速為4000rpm、油門開度為20%)，相較於以燃油爆炸燃燒，水油比0.62：1下混合於該燃燒室23內爆炸燃燒後，其中NOx的含量，降低至混合前的35%且扭力(Torque)下降至混合前的94%，因此以水油比0.62：1下混合可大幅降低NOx排放量，並且使其扭力(Torque)具有較少的衰減值。

藉由透過設於該進氣管31之第二安裝部314上的水噴嘴5，利用水噴束51以水霧的型態噴入該燃燒室23，使其中的油氣與水霧均勻混合，由於水之潛熱高，於氣化蒸發過程會吸收很多熱量，故可降低燃燒溫度來減少NOx排放，再者，部分水噴束51的水氣於該進氣管31中亦蒸發而吸收其內部熱量，亦可降低該進氣管31的溫度，進而提升進氣的效能。

而且，該水噴嘴5可依引擎實際運轉狀態之不同，來控制噴水時機及噴水量，故於控制策略設計面極具彈性，再者，該水噴嘴5裝設於該進氣管3之凸緣部311可組合於其他的汽缸頭，而且該進氣管3之第一、二安裝部313、314亦可安裝不同的噴嘴，因此，並不需改變現有之汽缸頭的結構即可方便安裝，避免重新設計汽缸頭而增加製造成本。

綜上所述，本發明具水噴嘴的機車噴射引擎，利用該水噴嘴5往該引擎單元2之進氣閥口24噴射出水噴束51，使該水噴束51直接噴入該引擎單元2之燃燒室23中，避免水霧在該進氣單元3之進氣管31內累積而影響油氣與水霧的混合效果，進而降低其燃燒溫度而減少NOx排放的含量，再者，部分水噴束51的水氣於該進氣管31中亦蒸發而吸收其內部熱量而降低該進氣管31的溫度，進而提升進氣的效能，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之一個較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請 專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧引擎單元

21‧‧‧汽缸頭

22‧‧‧汽缸蓋

23‧‧‧燃燒室

24‧‧‧進氣閥口

25‧‧‧進氣閥門

26‧‧‧排氣閥口

27‧‧‧排氣閥門

3‧‧‧進氣單元

31‧‧‧進氣管

311‧‧‧凸緣部

312‧‧‧管體部

313‧‧‧第一安裝部

314‧‧‧第二安裝部

32‧‧‧節流閥體

4‧‧‧燃油噴嘴

41‧‧‧燃油噴束

5‧‧‧水噴嘴

51‧‧‧水噴束

6‧‧‧心軸假想線

9‧‧‧隔熱墊

圖1是一剖視圖，說明日本第56-092323號之引擎裝置的態樣；圖2是一剖視圖，說明日本特開昭第58-28558號之引擎裝置的態樣；圖3是一側視圖，說明本發明具水噴嘴的機車噴射引擎之較佳實施例；圖4是一部份剖視示意圖，說明該較佳實施例之內部結構；圖5是一部份剖視示意圖，說明該較佳實施例噴射水噴束之位置；圖6是一NOx及油水重量關係圖，說明該較佳實施例於測試時，其水油比與NOx含量的變化；及圖7是一扭力及油水重量關係圖，說明該較佳實施例於測試時，其水油比與扭力的變化。

2．．．引擎單元

21．．．汽缸頭

23．．．燃燒室

24．．．進氣閥口

25．．．進氣閥門

26．．．排氣閥口

27．．．排氣閥門

311．．．凸緣部

312．．．管體部

313．．．第一安裝部

314．．．第二安裝部

4．．．燃油噴嘴

41．．．燃油噴束

5．．．水噴嘴

51．．．水噴束

6．．．心軸假想線

Claims (4)

1. 一種具水噴嘴的機車噴射引擎，包含：一引擎單元，包括一汽缸頭、一與該汽缸頭組合的汽缸蓋、一形成於該汽缸頭內的燃燒室、一形成於該汽缸頭內且連通該燃燒室的進氣閥口、一設於該汽缸頭內且可封閉該進氣閥口的進氣閥門、一形成於該汽缸頭內且連通該燃燒室的排氣閥口，及一形成於該汽缸頭內且可封閉該排氣閥口的排氣閥門，界定一穿過該進氣閥口之中心的心軸假想線；一進氣單元，包括一連通該引擎單元之燃燒室的進氣管，及一組合於該進氣管上的節流閥體，該進氣管具有一組合於該引擎單元之汽缸頭的凸緣部、一自該凸緣部延伸且連接該節流閥體的管體部、一自該凸緣部延伸的一第一安裝部，及一自該管體部延伸且與該第一安裝部相間隔的第二安裝部；一燃油噴嘴，裝設在該進氣管上，且該燃油噴嘴可噴射出一燃油噴束；及一水噴嘴，裝設在該進氣管上，且該水噴嘴與該燃油噴嘴相間隔，該水噴嘴可直接往該引擎單元之進氣閥口噴射出一水噴束，該水噴嘴所噴射出的水噴束是部分重疊在該心軸假想線上。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之具水噴嘴的機車噴射引擎，其中，該水噴嘴是位於該燃油噴嘴與該進氣單元的節流閥體之間。
3. 依據申請專利範圍第1或2項所述之具水噴嘴的機車噴射引擎，其中，該燃油噴嘴是安裝在該第一安裝部，該水噴嘴是安裝在該第二安裝部。
4. 依據申請專利範圍第1或2項所述之具水噴嘴的機車噴射引擎，其中，該水噴嘴是安裝在該第一安裝部，該燃油噴嘴是安裝在該第二安裝部。