[实用新型]亚临界蒸汽辅助做功汽油机

说明书

技术领域

本实用新型属于一种有往燃气、燃料或燃料空气混合气中加入水或蒸汽的装置的燃烧发动机，特别涉及一种亚临界蒸汽辅助做功汽油机。

背景技术

汽油机工作时，一般是将空气、汽油混合气吸入气缸，或在吸气冲程，将汽油喷入缸内混合，压缩冲程结束前，用火花塞点燃混合气，混合气燃烧，缸内气体的温度升高，压强增加，推动活塞运动做功。由于汽油机的做功介质只包含汽油与空气燃烧产物，不再增加其它的膨胀介质，缸内温度高，容易生成氮氮化合物等有害物质；冷却系统负担大；爆震可能性增加，不利于实现更大的压缩比；尾气温度高，对靠近燃烧室的排气道材质耐高温和强度要求较高；大量热能通过排气和冷却系统散发，不仅未转化为动力，反而会消耗动力(须使用消耗功率更大的风扇和水泵)；使得现有技术中汽油机的热效率不足三分之一，在汽缸内，汽油与氧气化学反映释放的化学能，三分之一以热能形式通过汽缸壁、活塞、汽缸盖及汽油机散热系统带走，三分之一以热能的方式被尾气带走；热效率较低，能源浪费较多。

发明内容

本实用新型的目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种亚临界蒸汽辅助做功汽油机，从而提高汽油机热效率，提高升扭矩和升功率，节油并降低排放。

本实用新型采用一套与现有技术中汽油机缸内直喷系统类似的水喷射装置，即通过电控单元(ECU或ECM)采集发动机转速、喷油量(利用电喷系统电控单元的现成数据)和水温温度等参数，选择合适的时间、适当的喷射速率、合理的喷射量，将通过排气管加热得到的亚临界蒸汽喷入汽缸，在缸内压力条件下瞬时汽化，提高气缸爆发压力，在不增加喷油量的前提下，提高输出扭矩和功率，达到节油和降低排放的目的。

本实用新型的内容是：一种亚临界蒸汽辅助做功汽油机，包括：一个汽油机缸内喷水装置；该汽油机缸内喷水装置包括水箱，电控单元，与电控单元电连接并由电控单元(ECU或ECM)控制的水泵、水轨(类似于高压共轨柴油机的油轨)、喷水嘴(安装在缸盖上，类似于高压共轨柴油机的油嘴)和温度传感器；其特征是：

所述水泵为低压水泵(7)和将水加压至200bar以上的高压水泵(6)；

所述低压水泵(7)置于水箱(8)内，低压水泵(7)的进水口与水箱(8)相连通、出水口通过水管与高压水泵(6)的进水口相连通，高压水泵(6)的出水口通过高压水管(4)与水轨(1)的进水口连通；

所述喷水嘴(2)通过水管与水轨(1)的出水口相连通，喷水嘴(2)的喷水口伸入汽油机燃烧室内；

还包括：一个将水加热至250℃以上但不超过374.2℃的汽油机的排气管(18)(实现与汽油机尾气的热交换)，所述高压水管(4)穿过该排气管(18)后再与水轨(1)的进水口连通。

本实用新型的内容中：所述排气管(18)上较好的是还连通有汽油机的尾气净化器(5)(可以是三元催化器)，结构同现有技术。

本实用新型的内容中：所述高压水管(4)中，穿过排气管(5)的一段高压水管(4)较好的是呈螺旋状。以利于热量的吸收。

本实用新型的内容中：所述温度传感器(3)安装在排气管(18)末端的高压水管(4)上，为电控单元提供信号输入，以便准确地测得水温。

本实用新型的内容中：所述汽油机是四冲程汽油机。

本实用新型的内容中：所述排气管(18)、尾气净化器(5)(三元催化器)、汽油机燃烧室等的结构等可以同现有技术。

与现有技术相比，本实用新型具有下列特点和有益效果：

(1)水的沸点随压力增加而升高，汽化潜热相应降低；在标准大气压下，水的沸点是100℃，汽化热是2258.4干焦/千克；但在220.7bar的压力下，水的沸点为374℃，汽化热为零；温度高于374℃，无论多高压力，水都不能再以液态形式存在。水在高压下温度达到374℃，即为气态和液态的临界状态；接近此温度，即为亚临界状态；

汽油机的排气温度为700-900℃，除保持汽油机的尾气净化器(三元催化器)的正常工作温度外，不再具有任何价值；在大多数情况下，高温所蕴藏的能量被白白浪费掉。利用尾气的温度，不再额外提供热能，即可将水升温至亚临界状态；

在做功行程，汽油机的缸内最高压力为30-50bar，对应的水的沸点为240℃-270℃，将亚临界状态的水喷入气缸，水温远高于气缸压力下水的沸点瞬时膨胀汽化，形成亚临界高压蒸汽，提高气缸压力，增加活塞有效压力，蒸汽热能转化为机械能，即可提高汽油机热效率；