[發明專利]渦前噴水廢氣能量回收系統和控制方法

無效

• 申請號: 201110231293.0
• 申請日: 2011-08-12
• 公開（公告）號: CN102418594A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 劉福水;劉興華;李向榮;孫柏剛;杜巍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F02B41/10
• 分類號: F02B41/10
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙) 11370
• 代理人: 朱海波;韓劍偉

技術領域

本發明涉及內燃機領域，尤其涉及一種增加發動機的渦前噴水廢氣能量回收系統及其控制方法。

背景技術

發動機是靠燃料在氣缸內燃燒做功來產生功率的，由于輸入的燃料量受到吸入氣缸內空氣量的限制，因此發動機所產生的功率也會受到限制，如果發動機的運行性能已處于最佳狀態，再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進入氣缸來增加燃料量，從而提高燃燒做功能力。因此在目前的技術條件下，渦輪增壓器是目前最有效的增加輸出功率的機械裝置。

渦輪增壓裝置其實就是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加發動機的進氣量。一般來說，渦輪增壓都是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪機內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，即可增加發動機的輸出功率。

綜上所述，廢氣渦輪增壓系統的渦輪是靠發動機廢氣帶動渦輪做功以壓縮更多的空氣，在發動機廢氣可用能有限的情況下，渦輪輸出的功率也有限，目前技術人員著力于研究進一步提升渦輪的功率輸出，以使發動機獲得更大的功率。由于渦輪后排出的廢氣仍然具有很高的溫度，如何充分利用這部分熱能以進一步提高發動機的做功效率、提高發動機的功能高輸出，是目前內燃機界的研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種渦前噴水廢氣能量回收系統和控制方法。在渦輪前噴液體，利用廢氣的熱能使所噴入的液體發生相變-汽化，借以提高廢氣的流量和壓力，提高輸入渦輪的可用能。在渦輪效率不變的情況下，增大渦輪的功率輸出，以進一步加大壓氣機的做功能力、提高進氣壓力，進而提高發動機工作效率、增大發動機功率輸出。

為達到上述目的，一方面，本發明提供了一種利用渦前噴水增加廢氣能量回收的系統，其包括：

渦輪機，包括渦輪、渦輪廢氣進氣管和渦輪廢氣排氣管，發動機氣缸排出的廢氣經所述渦輪廢氣進氣管進入渦輪機驅動所述渦輪旋轉，然后經所述渦輪廢氣排氣管排出；

壓氣機，包括葉輪、壓氣機進氣管和壓氣機排氣管，所述葉輪與所述渦輪同軸剛性連接，并與之同步旋轉，將經所述壓氣機進氣管進入的空氣增壓后經所述壓氣機排氣管提供給發動機氣缸；

噴射裝置，用于將液體噴入所述發動機廢氣的氣流中，用于增大所述渦輪機內所述發動機廢氣的可用能；以及

噴射控制裝置，用于根據所述發動機的工況調整所述噴射裝置的噴射策略，所述噴射策略包括：所述液體的噴射時刻、噴射壓力、噴射持續時間中的任一種或其組合。

另一方面，本發明提供了利用渦前噴水增加廢氣能量回收以提高發動機效率、增加發動機動力輸出的方法，其中：

將發動機氣缸排出的廢氣經渦輪廢氣進氣管輸入渦輪機驅動渦輪及其同軸的葉輪旋轉，然后經渦輪廢氣排氣管排出；

利用葉輪旋轉將經壓氣機進氣管進入的空氣增壓后，經所述壓氣機排氣管提供給發動機氣缸；

將液體噴入所述發動機廢氣的氣流中，用于增大所述渦輪機內所述發動機廢氣的氣壓；以及

根據所述發動機的工況調整所述液體的噴射策略，所述噴射策略包括：所述液體的噴射時刻、噴射壓力、噴射持續時間中的任一種或其組合。

本發明提供的利用渦前噴水增加廢氣能量回收系統和方法通過向渦輪增壓器中的發動機廢氣中噴入液體，該液體與高溫高壓的發動機廢氣混合后汽化蒸發，由于渦輪增壓器的內部容積不變，所述發動機廢氣的質量流增大使得該發動機廢氣的氣體壓強變大，并具有膨脹做功的趨勢，有利于增大渦輪機渦輪的功率輸出。渦輪帶動增壓器葉輪以更高速度旋轉，從而可以提高增壓器的壓比，以提供更多的壓縮空氣到發動機的氣缸內，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，從而提升發動機的效率、增加發動機的動力輸出。

在一個優選地實施例中，該液體可以為水。對于包含氫為燃料的混合燃料發動機，由于其燃料燃燒的主要產物為水，因此通過噴水增加廢氣能量回收不會降低原增壓系統的性能和可靠性，使得整個系統具有更好的操作方便性和適用性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1是用于說明根據本發明的渦前噴水廢氣能量回收系統所對應的渦輪增壓器的結構示意圖；

圖2是利用本發明的渦前噴水廢氣能量回收系統增加發動機動力輸出的方法的示意流程圖；