專利名稱：渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種增加發(fā)動(dòng)機(jī)的渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
發(fā)動(dòng)機(jī)是靠燃料在氣缸內(nèi)燃燒做功來(lái)產(chǎn)生功率的，由于輸入的燃料量受到吸入氣缸內(nèi)空氣量的限制，因此發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的功率也會(huì)受到限制，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能已處于最佳狀態(tài)，再增加輸出功率只能通過(guò)壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸來(lái)增加燃料量，從而提高燃燒做功能力。因此在目前的技術(shù)條件下，渦輪增壓器是目前最有效的增加輸出功率的機(jī)械裝置。渦輪增壓裝置其實(shí)就是一種空氣壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量。 一般來(lái)說(shuō)，渦輪增壓都是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來(lái)推動(dòng)渦輪機(jī)內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來(lái)的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)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(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。綜上所述，廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的渦輪是靠發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣帶動(dòng)渦輪做功以壓縮更多的空氣，在發(fā)動(dòng)機(jī)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(shù)人員著力于研究進(jìn)一步提升渦輪的功率輸出，以使發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的做功效率、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功能高輸出，是目前內(nèi)燃機(jī)界的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)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(fā)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(jìn)一步加大壓氣機(jī)的做功能力、提高進(jìn)氣壓力，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率、增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出。為達(dá)到上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種利用渦前噴水增加廢氣能量回收的系統(tǒng)，其包括渦輪機(jī)，包括渦輪、渦輪廢氣進(jìn)氣管和渦輪廢氣排氣管，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排出的廢氣經(jīng)所述渦輪廢氣進(jìn)氣管進(jìn)入渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)所述渦輪旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)所述渦輪廢氣排氣管排出；壓氣機(jī)，包括葉輪、壓氣機(jī)進(jìn)氣管和壓氣機(jī)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(zhuǎn)，將經(jīng)所述壓氣機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)入的空氣增壓后經(jīng)所述壓氣機(jī)排氣管提供給發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸；噴射裝置，用于將液體噴入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中，用于增大所述渦輪機(jī)內(nèi)所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的可用能；以及噴射控制裝置，用于根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的工況調(diào)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(shí)刻、噴射壓力、噴射持續(xù)時(shí)間中的任一種或其組合。另一方面，本發(fā)明提供了利用渦前噴水增加廢氣能量回收以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的方法，其中將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排出的廢氣經(jīng)渦輪廢氣進(jìn)氣管輸入渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)渦輪及其同軸的葉輪旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)渦輪廢氣排氣管排出；利用葉輪旋轉(zhuǎn)將經(jīng)壓氣機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)入的空氣增壓后，經(jīng)所述壓氣機(jī)排氣管提供給發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸；將液體噴入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中，用于增大所述渦輪機(jī)內(nèi)所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣壓；以及根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的工況調(diào)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(shí)刻、噴射壓力、噴射持續(xù)時(shí)間中的任一種或其組合。本發(fā)明提供的利用渦前噴水增加廢氣能量回收系統(tǒng)和方法通過(guò)向渦輪增壓器中的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中噴入液體，該液體與高溫高壓的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣混合后汽化蒸發(fā)，由于渦輪增壓器的內(nèi)部容積不變，所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的質(zhì)量流增大使得該發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣體壓強(qiáng)變大， 并具有膨脹做功的趨勢(shì)，有利于增大渦輪機(jī)渦輪的功率輸出。渦輪帶動(dòng)增壓器葉輪以更高速度旋轉(zhuǎn)，從而可以提高增壓器的壓比，以提供更多的壓縮空氣到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的效率、增加發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施例中，該液體可以為水。對(duì)于包含氫為燃料的混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)， 由于其燃料燃燒的主要產(chǎn)物為水，因此通過(guò)噴水增加廢氣能量回收不會(huì)降低原增壓系統(tǒng)的性能和可靠性，使得整個(gè)系統(tǒng)具有更好的操作方便性和適用性。


通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯圖1是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是利用本發(fā)明的渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的方法的示意流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)描述。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。首先請(qǐng)參考圖1，圖1是用于說(shuō)明利用本發(fā)明的渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)增加渦輪增壓器動(dòng)力輸出的方法所針對(duì)的渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖1示出的實(shí)施例中所述渦輪增壓器包括渦輪機(jī)10和壓氣機(jī)20。壓氣機(jī)葉輪21可轉(zhuǎn)動(dòng)地置于壓氣機(jī)20內(nèi)部并與渦輪軸30的一端連接，該渦輪軸30設(shè)置為可轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，其另一端與渦輪4連接。通常來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣(為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)圖中未示出)通過(guò)渦輪機(jī)進(jìn)氣口 11進(jìn)入渦輪機(jī)10內(nèi)， 在發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的驅(qū)動(dòng)下使渦輪12旋轉(zhuǎn)，在渦輪12中完成膨脹做功之后，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣通過(guò)渦輪機(jī)排氣口 13從渦輪機(jī)10內(nèi)部排出。因?yàn)闇u輪12通過(guò)渦輪軸30與壓氣機(jī)葉輪21連接， 并且兩者同軸同步旋轉(zhuǎn)，因此渦輪12驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)葉輪21旋轉(zhuǎn)，空氣通過(guò)進(jìn)氣口 22被葉輪 21吸入壓氣機(jī)20內(nèi)并進(jìn)行壓縮，最后通過(guò)壓氣機(jī)排氣口 23輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)。圖2是利用本發(fā)明的渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的方法的示意流程圖。如圖所示，在步驟SlOl中，將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排出的廢氣經(jīng)渦輪廢氣進(jìn)氣管輸入渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)渦輪及其同軸的葉輪旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)渦輪廢氣排氣管排出。具體地，結(jié)合圖1，渦輪機(jī)進(jìn)氣口 11與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管相連，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排出的廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管排出，隨之經(jīng)渦輪機(jī)進(jìn)氣口 11進(jìn)入渦輪機(jī)10內(nèi)。該發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣為燃燒室中燃料燃燒后產(chǎn)生的高溫高壓氣體，其驅(qū)動(dòng)渦輪12及其同軸相連的壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，該氣體做功后從渦輪機(jī)的渦輪廢氣排氣管排出，該渦輪廢氣排氣管例如是整車的排氣管。在步驟S102中，利用葉輪旋轉(zhuǎn)將經(jīng)壓氣機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)入的空氣增壓后，經(jīng)所述壓氣機(jī)排氣管提供給發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸。具體地，仍然結(jié)合圖1，由于葉輪21在渦輪12的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生強(qiáng)力吸氣效果，而壓氣機(jī)進(jìn)氣管與空氣濾清器管道相連，清潔空氣經(jīng)壓氣機(jī)進(jìn)氣管的進(jìn)氣口 22進(jìn)入壓氣機(jī)20，并在壓氣機(jī)20內(nèi)被壓縮，最后經(jīng)壓氣機(jī)排氣管及其相連的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)與燃料混合燃燒做功。在步驟S103中，將液體噴入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中，用于增大所述渦輪機(jī)內(nèi)所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的流量和氣壓。具體地，在該渦輪增壓器正常工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪12轉(zhuǎn)動(dòng)做功，此時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣氣流中輸入適量液體，以提高所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的質(zhì)量流和壓力，使得發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣在渦輪機(jī)10的渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)不變的條件下，增加功率輸出。選擇的所述液體應(yīng)該滿足以下幾種特性首先，該液體通常對(duì)渦輪機(jī)10中與其接觸的部件(例如渦輪12等)無(wú)腐蝕作用，因?yàn)闇u輪機(jī)10的使用壽命不應(yīng)因?yàn)樘砑釉撘后w而明顯變短；其次，該液體可被發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的高溫迅速汽化；再次，該液體易于儲(chǔ)存在車載容器內(nèi)且價(jià)格低廉，技術(shù)人員不用專門(mén)為其設(shè)計(jì)特殊的儲(chǔ)罐，也便于應(yīng)用于更多的渦輪增壓系統(tǒng)中。基于上述考慮，優(yōu)選地所述液體選用水，清潔的水在以上各方面均滿足上述液體的要求。理想狀態(tài)下，將水輸入渦輪機(jī)10內(nèi)，水即可受發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的高溫而汽化形成水蒸氣，并迅速地增大發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的流量和壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的溫度通常達(dá)到500攝氏度以上， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)，因此能使輸入的水迅速汽化。除此以外，酒精或者機(jī)動(dòng)車輛上常用的防凍液，或者摻雜了酒精或防凍液的水也可以用于噴射至渦輪增壓器的廢氣中以通過(guò)汽化增
6大輸入渦輪機(jī)的可用能。渦輪機(jī)10正常工作時(shí)，其內(nèi)部的氣體壓強(qiáng)是較大的，因此要使水成功輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中，可以使用一加壓泵對(duì)水進(jìn)行增壓處理后噴射入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中。進(jìn)一步地，為了使水與發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣充分接觸易于汽化，可以考慮在增壓處理后使用霧化噴嘴將水處理為霧化狀，以霧化狀進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣氣流的水非常容易受熱汽化。典型地，所述霧化噴嘴在Ibar至^ar的壓強(qiáng)下能正常工作(這也是渦輪機(jī)10內(nèi)部通常具有的壓強(qiáng))。所述霧化噴嘴可以在所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流推動(dòng)渦輪12做功前的任一位置內(nèi)將水輸入至該發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中，因此所述霧化噴嘴的霧化噴嘴既可以安裝在渦輪機(jī)10 的渦輪室內(nèi)，也可以安裝在所述渦輪機(jī)的進(jìn)氣管內(nèi)(例如進(jìn)氣口 11上下游的位置)，優(yōu)選地，至少有一個(gè)所述霧化噴嘴安裝在上述兩者中的一處。所述霧化噴嘴向所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中噴水后，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的流量和氣壓增大，因此渦輪12的轉(zhuǎn)動(dòng)加快，同樣帶動(dòng)壓氣機(jī)葉輪21加快轉(zhuǎn)動(dòng)，因此壓氣機(jī)20的壓比提升。在步驟S104中，根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的工況調(diào)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(shí)刻、噴射壓力、噴射持續(xù)時(shí)間中的任一種或其組合。具體地，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流量和溫度并非恒定，因此希望霧化噴嘴的噴水策略是可控的?？梢钥紤]根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的工況動(dòng)態(tài)調(diào)整所述霧化噴嘴的噴水策略，通常該噴水策略包括水的噴射時(shí)刻、噴射壓力、噴射持續(xù)時(shí)間或其組合。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)從高功率轉(zhuǎn)向低功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流量和溫度變小，因此相應(yīng)地將進(jìn)入廢氣中的水量調(diào)整降低。例如，這可以通過(guò)直接減少液體噴射脈寬來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者可以通過(guò)控制液體噴射壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如在PWM噴射模式下噴射脈寬從5ms改為:3ms，或者可以通過(guò)降低液體噴射壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如噴射壓力從^ar降低!Bbar等等。當(dāng)然，也可以是上述各項(xiàng)策略的優(yōu)化組合。在一些實(shí)施例中，所述渦輪增壓器與傳統(tǒng)的汽油機(jī)結(jié)合應(yīng)用，上述水應(yīng)該儲(chǔ)存在以一車載的水箱(或類似功能的儲(chǔ)液罐)內(nèi)，以便于渦輪增壓器取用。在另一些實(shí)施例中， 所述渦輪增壓器與混合燃料內(nèi)燃機(jī)結(jié)合使用。例如，混合燃料內(nèi)燃機(jī)利用了氫作為燃料，這樣的內(nèi)燃機(jī)的排放產(chǎn)物中有水，可以對(duì)其回收供渦輪增壓器取用。另一方面，本發(fā)明提供了一種渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)，請(qǐng)參考圖3，圖3是根據(jù)本發(fā)明的渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的一個(gè)具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，如圖3所示，在本具體實(shí)施方式
中，輸入渦輪機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣來(lái)自于一常見(jiàn)的車載四缸發(fā)動(dòng)機(jī)40，并且所述渦輪機(jī)配合所述渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)使用。圖3中示出的多個(gè)箭頭(例如箭頭24)代表了氣體流動(dòng)的方向。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)40開(kāi)始正常運(yùn)行后，發(fā)動(dòng)機(jī)40的四個(gè)氣缸排出廢氣。該發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣通過(guò)渦輪進(jìn)氣管11輸入至所述渦輪增壓器內(nèi)，然后做功推動(dòng)渦輪12轉(zhuǎn)動(dòng)，最后通過(guò)渦輪排氣管13排出。渦輪12的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)渦輪軸30帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)葉輪21同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使得壓氣機(jī)內(nèi)可吸入更多的空氣并使其具有更高的壓力，增壓后的空氣通過(guò)排氣管壓氣機(jī)23輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)40的四個(gè)氣缸內(nèi)，相應(yīng)地所述氣缸內(nèi)空氣的密度提高，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)40具有更高的效率、輸出更大的功率。典型地，壓氣機(jī)葉輪21吸入的空氣是經(jīng)過(guò)過(guò)濾裝置25過(guò)濾了粉塵等固體物的較為潔凈的空氣。為了進(jìn)一步增加所述發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出，本發(fā)明提供的系統(tǒng)還包括噴射裝置，其例如包括加壓泵53、霧化噴嘴52和儲(chǔ)液罐M。儲(chǔ)液罐M內(nèi)的液體輸入至加壓泵53中進(jìn)行增壓處理；加壓后的所述液體通過(guò)所述霧化噴嘴將液體輸入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中，用于增大所述渦輪機(jī)內(nèi)所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣壓；所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣壓增大后渦輪12的動(dòng)力輸出增強(qiáng)。如上所述，選擇的所述液體應(yīng)該滿足以下幾種特性，首先，該液體通常對(duì)渦輪機(jī)中與其接觸的部件(例如渦輪12等)無(wú)腐蝕作用，因?yàn)闇u輪機(jī)的使用壽命不應(yīng)因?yàn)樘砑釉撘后w而明顯變短；其次，該液體可因被發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的高溫迅速汽化，這樣對(duì)提升發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的流量和能量品質(zhì)效果更明顯；再次，該液體易于儲(chǔ)存在車載容器內(nèi)且價(jià)格低廉，技術(shù)人員不用專門(mén)為其設(shè)計(jì)特殊的儲(chǔ)罐，也便于應(yīng)用于更多的渦輪增壓系統(tǒng)中?；谏鲜隹紤]，優(yōu)選地所述液體選用水，清潔的水滿足上述液體的要求。在一個(gè)實(shí)施例中，所述噴射裝置包括至少一個(gè)霧化噴嘴，用于對(duì)將要噴射的水進(jìn)行霧化處理，使水呈霧化狀噴射進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中。由于噴射水的時(shí)機(jī)應(yīng)處于所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣推動(dòng)渦輪12做功之前，因此所述霧化噴嘴的霧化噴嘴的安裝位置應(yīng)選擇在所述渦輪機(jī)渦輪進(jìn)氣管11中，例如，圖3中示出的設(shè)置朝向渦輪進(jìn)氣管11內(nèi)開(kāi)放的霧化噴嘴52，用于向渦輪進(jìn)氣管11內(nèi)噴水。所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣具有較高的溫度，從霧化噴嘴52噴出的霧化狀水滴進(jìn)入該發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流后，會(huì)因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)廢氣自身的高溫迅速汽化變?yōu)樗魵?。典型地，所述霧化噴嘴在Ibar至^ar的壓強(qiáng)下能正常工作(這需要加壓泵53提供足夠的增壓使得水能通過(guò)霧化噴嘴52噴出)，更典型地，3bar至^ar (這也是所述渦輪進(jìn)氣管11內(nèi)部通常具有的壓強(qiáng))。在其它實(shí)施例中，也可以設(shè)置更多的霧化噴嘴，例如在渦輪進(jìn)氣管11上安裝更多朝向渦輪進(jìn)氣管11內(nèi)開(kāi)放的霧化噴嘴。進(jìn)一步地，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流量和溫度并非恒定，因此希望霧化噴嘴的噴水策略是可控的，因此本系統(tǒng)還包括一噴射裝置控制器55，用于根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的工況調(diào)整所述噴射裝置(特別是本實(shí)施例中的所述霧化噴嘴)噴水的噴水策略。通常該噴水策略包括水的噴射時(shí)刻、噴射壓力、噴射持續(xù)時(shí)間或其組合。例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)從高功率轉(zhuǎn)向低功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流量和溫度降低，因此相應(yīng)地減少水的噴射量。而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)從低功率轉(zhuǎn)向高功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流量和溫度變大，因此相應(yīng)地將增加水的噴射量。噴射裝置控制器55可以作用于加壓泵53，通過(guò)調(diào)整加壓泵53的壓力來(lái)調(diào)整所述噴水策略；也可以作用于霧化噴嘴52，通過(guò)控制霧化噴嘴52的開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)調(diào)整所述噴水策略。通常，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流量和溫度可以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等參數(shù)來(lái)反映。 例如，噴射裝置控制器陽(yáng)可以接收有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)開(kāi)度和轉(zhuǎn)速等傳感器信號(hào)，然后根據(jù)將信號(hào)所表征的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速等參數(shù)代入流體力學(xué)分析模型進(jìn)行計(jì)算，確定在不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況下所需的噴液量。在一些實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)40是混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，因此其產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中具有水。針對(duì)這種情況，本系統(tǒng)還包括一水提取裝置56，用于從發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒產(chǎn)物中獲得水，并輸入至儲(chǔ)液罐M中儲(chǔ)存。典型的，水提取裝置56可能包括一冷凝器，用于將高溫發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的水分離出來(lái)后回收到儲(chǔ)液罐討中。本發(fā)明提供的渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)系統(tǒng)和方法通過(guò)向渦輪增壓器中的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中輸入液體，由于渦輪增壓器的內(nèi)部容積不變，所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的質(zhì)量流增大使
8得該發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣體壓強(qiáng)變大，提高了廢氣的可用能，有利于提升渦輪增壓器向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸供應(yīng)的空氣壓力或壓縮空氣量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率、增大發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。
以上所揭露的僅為本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括渦輪機(jī)，包括渦輪、渦輪廢氣進(jìn)氣管和渦輪廢氣排氣管，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排出的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣經(jīng)所述渦輪廢氣進(jìn)氣管進(jìn)入渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)所述渦輪旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)所述渦輪廢氣排氣管排出；壓氣機(jī)，包括葉輪、壓氣機(jī)進(jìn)氣管和壓氣機(jī)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(zhuǎn)，將經(jīng)所述壓氣機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)入的空氣增壓后經(jīng)所述壓氣機(jī)排氣管提供給發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸；噴射裝置，用于將液體噴入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中，以增大所述渦輪機(jī)內(nèi)所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣壓；以及噴射控制裝置，用于根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的工況調(diào)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(shí)刻、噴射壓力、噴射持續(xù)時(shí)間中的任一種或其組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述噴射裝置包括儲(chǔ)液罐、加壓泵和霧化噴嘴，其中所述儲(chǔ)液罐用于存儲(chǔ)液體，并將液體輸出到所述加壓泵；所述加壓泵對(duì)所述液體進(jìn)行增壓處理，并將增壓后的液體提供給所述霧化噴嘴，所述霧化噴嘴安裝在所述渦輪廢氣進(jìn)氣管，用于對(duì)所述液體進(jìn)行霧化處理，使所述液體呈霧化狀噴射進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述噴射控制裝置當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，控制所述噴射裝置的所述噴射時(shí)刻、噴射壓力或噴射持續(xù)時(shí)間以減少進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中的液體量；當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，控制所述噴射裝置的所述噴射時(shí)刻、噴射壓力或噴射持續(xù)時(shí)間以增加進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中的液體量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液體是水、酒精、防凍液或其任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括水提取裝置，用于從發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒產(chǎn)物中獲得水，并輸入至所述儲(chǔ)液罐中儲(chǔ)存。
6.一種用于增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的方法，其中將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排出的廢氣經(jīng)渦輪廢氣進(jìn)氣管輸入渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)渦輪及其同軸的葉輪旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)渦輪廢氣排氣管排出；利用葉輪旋轉(zhuǎn)將經(jīng)壓氣機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)入的空氣增壓后，經(jīng)所述壓氣機(jī)排氣管提供給發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸；將液體噴入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中，利用廢氣中的高溫?zé)崮芷鶉娙氲囊后w，提高廢氣壓力和流量，提高輸入渦輪機(jī)的可用能；以及根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的工況調(diào)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(shí)刻、噴射壓力、噴射持續(xù)時(shí)間中的任一種或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括提供液體，并將液體輸出至加壓泵；在所述加壓泵中對(duì)所述液體進(jìn)行加壓；以及對(duì)經(jīng)加壓后的所述液體經(jīng)霧化噴嘴噴射進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)處于小負(fù)荷時(shí)，控制所述液體的所述噴射時(shí)刻、噴射壓力或噴射持續(xù)時(shí)間以減少進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中的液體量；當(dāng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)處于大負(fù)荷時(shí)，控制所述液體的所述噴射時(shí)刻、噴射壓力或噴射持續(xù)時(shí)間以增加進(jìn)入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中的液體量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述液體是水、酒精、防凍液或其任意組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該方法還包括 從發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒產(chǎn)物中獲得水，并輸入至所述儲(chǔ)液罐中儲(chǔ)存。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種渦前噴水廢氣能量回收系統(tǒng)，包括渦輪、渦輪廢氣進(jìn)氣管和渦輪廢氣排氣管，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排出的廢氣經(jīng)所述渦輪廢氣進(jìn)氣管進(jìn)入渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)所述渦輪旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)所述渦輪廢氣排氣管排出；壓氣機(jī)，包括葉輪、壓氣機(jī)進(jìn)氣管和壓氣機(jī)排氣管，所述壓氣機(jī)葉輪與所述渦輪同軸剛性連接，并與之同步旋轉(zhuǎn)，將經(jīng)所述壓氣機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)入的空氣增壓后經(jīng)所述壓氣機(jī)排氣管提供給發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸；噴射裝置，用于將液體噴入所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣流中，用于增大所述渦輪機(jī)內(nèi)所述發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的氣壓；以及噴射控制裝置，用于根據(jù)所述發(fā)動(dòng)機(jī)工況調(diào)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(shí)刻、噴射壓力、噴射持續(xù)時(shí)間中的任一種或其組合。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種用于增加發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的方法。本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以進(jìn)一步提升渦輪增壓器的工作效率，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率不變的情況下進(jìn)一步提高其動(dòng)力輸出。
文檔編號(hào)F02B41/10GK102418594SQ20111023129
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者劉興華, 劉福水, 孫柏剛, 李向榮, 杜巍 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)