式包括在 图5中示出的所有的元件。然而，为了为内燃机提供冷却，由发动机控制计算机30基于发 动机温度控制直接注入燃烧室1的水量。
[0093] 注入燃烧室1的水量相对于注入的燃料量在大约5%至大约100%的水之间。在 实施方式中，假设注入水量高于使室温下的空气饱和所需的水容量，那么水量相对于燃料 量在大约25%至大约100%的范围。
[0094] 注入水的实际量也取决于沿着进气通道6的位置。因此，当发生注水直接进入到 燃烧室1中时，如在图5、图6、图8和图9中所示，在活塞2到达上死点之前的瞬间，注入的 水量可以被设置为范围值的较低点，即，相对于注入燃料量的大约5%，由于注水与燃烧之 间经过的时间缩短，致使注入水的蒸发减少。在水注入燃烧室1的瞬间与燃料在上死点的 燃烧之间经过的持续时间越长，所需的注入水量越多。
[0095] 上文相对于装配有EGR的内燃机描述了本实施方式。然而，也可以在没有EGR的 情况下在内燃机中实现本实施方式，如在图11中所示。如在图11中所示，该实施方式与在 图5中示出的实施方式相似。然而，在这个实施方式中，去除了EGR通道11和支撑部件。可 对在图6至图9中示出的实施方式进行类似地修改以放弃本发明的EGR部件而不是实施本 发明的内部冷却方面。
[0096] 在图12中示出的实现本实施方式的系统包括：内燃机1102;储水器1104;水喷射 器1106,其布置为将水注入内燃机1102的进气通道或燃烧室；流体管线1108,其耦接储水 器1104和水喷射器1106 ;以及控制器1110,诸如，微控制器、CPU或FPGA，其被构造成从传 感器探头1112接收操作数据，诸如，排气温度、蓄水温度和发动机rpm、以及控制注入到内 燃机1102的进气通道或燃烧室中的水量。储水器1104、水喷射器1106和流体管线1108构 成了水喷射系统。
[0097] 储水器1104的尺寸设置成在操作或行进的距离中在确定持续时间保持冷却内燃 机1102的足够水容量。例如，如果注入水量被设为等于注入燃料量，那么具有16加仑燃料 箱的车辆也可装备有同等大小的储水器1104 ;由此在车辆行进的全量程允许足够水容量 冷却内燃机1102。可替换地，可以设置较小的储水器1104,这将提供更有限范围的行程，但 减轻了车辆的重量。
[0098] 在一实施方式中，本发明可被构造成通过耦接在排气通道115与储水器1104之间 的冷凝器1120和回水管线1122来恢复通过排气通道1115出来的水蒸气。在该实施方式 中，虽然仍利用仅几加仑的小储液室但可以扩大行进的范围。
[0099] 在一实施方式中，在图12中示出的，本发明可被构造成一次冷却系统，其包括储 水器1104、水喷射器1106以及冷凝器1120的内燃机1102。然而，二次冷却系统1130实现 为传统散热器并且也可设置冷却剂贮存系统。
[0100] 应理解的是，为简单起见，附图示出了本发明的实施方式的关于内燃机的个别燃 烧室的实施。然而，实际上，内燃机的每个燃烧室都能实现图示的实施方式。因此，虽然在 整个附图和【具体实施方式】中示出并且描述了一个水喷射器，应理解的是，在实施方式中，水 喷射器将水直接注入燃烧室中，设置了与燃烧室的数目相等的至少多个水喷射器。
[0101] 在涉及水注入到进气通道的实施方式中，可以用布置在进气歧管前的单个水喷射 器实现本发明，该进气歧管将进口分成引导至每个燃烧室的单独的进入路径。可替换地，如 果在进气歧管后布置水喷射器，每个燃烧室设置至少一个水喷射器并且该至少一个水喷射 器布置在相应单独的进口路径中。
[0102] 二次冷却系统1130由冷却剂（诸如，二醇/水混合物）通过在内燃机1102中形 成的冷却通道而从散热器流动并且返回到散热器来提供发动机冷却。在散热器处，使用通 过车辆或风扇任一者的移动产生的气流而以传统的方式冷却冷却剂。因此，两个冷却系统 可被构造成并行运行。可替换地，二次冷却系统1130可被构造成一旦一次冷却系统中的储 水器空了就运行一次。
[0103] 在通过散热器消除气流得到的气动阻力大大减小上可以看出本发明的优点。此 外，如在以下表2中所示，具有大约130°C的稍微升高的发动机温度的内燃机允许使用内部 冷却操作且发动机效率没有净损失，同时也减少NOx排放量。
[0104]实验数据
[0105] 已对使用注水和绕过外部热交换器回路的内部冷却效果进行了研究，用以提升的 冷却剂温度。用将冷却剂的流引开热交换器的旁通回路（即，散热器）对以恒定ISOOrpm 运行的试验发动机进行修正。这可使用三通旁通阀完成。在没有水的情况下配制用于该试 验的冷却剂以避免在试验过程中经历的较高的发动机冷却剂温度时沸腾。表2示出了总结 结果。
[0106] 可以看出当冷却剂温度维持在90°C时（这是传统内燃机的冷却剂温度设定点）， 通过本发明提供的注水显著地减少了NOx，但却以发动机效率降低为代价。例如，在6巴下， 在内部冷却温度稳定在90°C下时NOx减少91 %。然而，发动机效率也减少19%。通过将冷 却剂温度适当地增大至130°C，发动机效率返回至36%，NOx产生量仅经历从.24g/KWh到 1. 22g/KWh的微小增长。因此，可以看出增大的冷却剂温度抵消了过多注水引起的不良影 响。
[0107]
[0108] 表2 :传统冷却方式和本发明冷却方式的比较
[0109] 本发明的描述的实施方式旨在说明而非进行限制，并且并非旨在表示本发明的每 个实施方式。在不背离在所附权利要求中逐字地且在法律上视为等效地陈述的本发明的精 神和范围的情况下，可进行各种修改和变化。
【主权项】
1. 一种内燃机，包括： 至少一个气缸，每个气缸均具有燃烧室、活塞、进气阀以及排气阀，每个气缸中的机械 压缩比均大于12:1且小于40:1 ; 进气通道，与每个进气阀连通； 排气通道，与每个排气阀连通； 燃料处理系统，所述燃料处理系统具有至少一个燃料喷射器，以用于将燃料喷射到所 述燃烧室或所述进气通道中，所述燃料处理系统提供的空燃比（A )大于1且小于7. 0,所述 空燃比为空气与燃料的比率； 点火系统，所述点火系统用于在所述活塞的压缩冲程结束时点燃所述燃烧室中的燃 料； 水喷射系统，所述水喷射系统包括：水喷射器，所述水喷射器用于将一定量的水引入所 述燃烧室中；以及储水器，所述储水器与所述水喷射器流体连通，所述水喷射器被布置为将 存储在所述储水器中的可控量的液态水喷射到所述燃烧室或所述进气通道中；以及 外部冷却系统，所述外部冷却系统包括散热器和冷却剂，所述外部冷却系统被构造成 保持大约9 rc到大约200 °c之间的冷却剂温度。2. 根据权利要求1所述的内燃机，还包括： 废气再循环（EGR)系统，用于将废气从所述排气口再循环到发动机入口；以及 EGR冷却系统，用于通过与注入到EGR通道中的预定量的雾化水直接接触来对再循环 的废气进行冷却3. 根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述一定量的水在相对于注入的燃料量的大 约5%到大约100%之间的范围内。4. 根据权利要求1所述的内燃机，其中，所述一定量的水在相对于注入的燃料量的大 约25%到大约100%之间的范围内。5. 根据权利要求1所述的内燃机，其中，在操作期间，所述内燃机维持在大约130°C的 温度。6. -种内燃机，包括： 至少一个气缸，每个气缸均具有燃烧室、活塞、进气阀以及排气阀； 进气通道，与每个进气阀连通； 排气通道，与每个排气阀连通； 燃料处理系统，所述燃料处理系统具有至少一个燃料喷射器，以用于将燃料喷射到所 述燃烧室或所述进气通道中； 点火系统，所述点火系统用于在所述活塞的压缩冲程结束时点燃所述燃烧室中的燃 料；以及 水喷射系统，所述水喷射系统包括：水喷射器，所述水喷射器用于将一定量的水引入所 述燃烧室中；以及储水器，所述储水器与所述水喷射器流体连通，所述水喷射器被布置为将 存储在所述储水器中的可控量的液态水喷射到所述燃烧室或所述进气通道中；以及 外部冷却系统，所述外部冷却系统包括散热器和冷却剂，所述外部冷却系统被构造成 保持大约9 rc到大约200 °c之间的冷却剂温度。7. 根据权利要求6所述的内燃机，其中，所述一定量的水在相对于注入的燃料量的大 约5%到大约100%之间的范围内。8. 根据权利要求6所述的内燃机，其中，所述一定量的水在相对于注入的燃料量的大 约25%到大约100%之间的范围内。9. 根据权利要求6所述的内燃机，其中，在操作期间，所述内燃机维持在大约130°C的 温度。
【专利摘要】一种装配有水喷射器的内燃机，所述内燃机用于在点火之前通过将雾化水喷射到进气通道或燃烧室中使内燃机冷却。雾化水喷雾可位于进气歧管中或者直接位于气缸中。以大约95％的燃料和大约5％的水的比率到大约50％的燃料和大约50％的水的比率之间的量来注入水。在操作期间，将内燃机的温度维持在大约95℃到大约200℃之间。
【IPC分类】F02B47/02
【公开号】CN105051350
【申请号】CN201480016409
【发明人】尼马尔·穆利
【申请人】尼马尔·穆利
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2014年1月17日
【公告号】CA2898105A1, EP2946087A1, US20150354437, WO2014113660A1