CN110714858B - 将水供给到内燃发动机中的至少一个燃烧室的*** - Google Patents

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Abstract

一种用于将水供给到内燃发动机(2)中的至少一个燃烧室的***(1)，所述***(1)具有：设计成容纳一定量水的水箱(3)；供给管道(5)；泵(4)，其设计成用于从水箱(3)抽水并将加压水泵入到供给管道(5)内；至少一个含银物体(13)，其容纳在水箱(3)中与水接触。

Description

将水供给到内燃发动机中的至少一个燃烧室的***
相关申请的交叉引用
该专利申请要求于2018年7月12日提交的、号为102018000007136的意大利专利申请的优先权，该意大利专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种将水供给到内燃发动机中的至少一个燃烧室的***。
背景技术
如已知的那样，在内部热燃烧发动机中，已经提出将除了燃料之外的水供给到限定于气缸内的燃烧室中。
在内燃发动机中，注水***包括通过进气管道将水以喷雾形式引入到发动机内，或者与燃料混合或直接进入燃烧室内，以便通过增加对爆然现象的抵抗力来冷却空气/燃料混合物。水具有高的潜在蒸发热，换言之，它需要大量的能量才能从液态转换到气态。当处于室温下的水被注入到进气管道时，它从进入空气和金属壁吸收热量，蒸发，并从而冷却输入负载。因此，发动机吸入较冷的空气(换言之，更密集的空气)，提高容积效率并降低爆燃的可能性，并且还可以注入更多的燃料。在压缩过程中，以微小液滴存在的水蒸发并从被压缩的空气吸收热量，冷却被压缩的空气并降低其压力。在压缩之后，发生燃烧，并且在此还有一个有益的效果：在燃烧过程中产生很多热量，这些热量被水吸收，降低循环的峰值温度，从而减少了NOx的形成和发动机壁必须吸收的热量。该蒸发将发动机的恰好由所形成的蒸汽产生的部分热量(否则其会被浪费掉)转化为压力，增加活塞上的推力，并也增加进入到可能的排气涡轮机(此外，该涡轮机受益于由于额外的水吸收热量而降低废气的温度)的能量流量。
水供给***包括装有去矿物质水的水箱(以避免形成结垢)；水箱可以从车辆外部供应，也可以通过使用空调的冷凝水、排气的冷凝水、甚至通过沟流雨水来供应。
专利申请WO2018050895A1公开了一种将去矿物质水注入到内燃发动机的燃烧室中的***。注入***包括配备有电加热器的去矿物质水储箱，该电加热器被激活以融化在箱内形成的任何冰。根据优选的实施例，至少一个箱壁包含抗微生物剂。
专利申请WO2018050394A1描述了一种用于机动车辆的内燃发动机的注水***；注入***包括至少一个水注入器、水箱和将水箱连接到水注入器的供给管道线路。根据优选实施例，水箱的壁涂有杀生物剂，用于控制有害生物(例如藻类、真菌、细菌或其他微生物)，换言之，防止和对抗有害生物的生物污染。杀生物剂被定义为能够以除了仅仅是物理或机械作用之外的方式对抗有害生物的物质或物质的混合物，即它能够破坏有害生物以阻止、中和、防止其影响或以其他方式对抗有害生物。
发明内容
本发明的目的是创造一种将水供给到内燃发动机中的至少一个燃烧室的***，所述供给***还确保在长期内、即在内燃发动机投入运行后的数年内有效且高效的水供应。
根据本发明，提供一种供给***，用于将水供给到内燃发动机中的至少一个燃烧室；供给***(1)包括：
水箱，其设计成用于容纳一定量的水并且具有设有开口的底壁；
紧密密封开口的塞子；
物体，其含有抗菌剂并放在水箱内与水接触；
供给管道；和
泵，其设计成用于从水箱中抽水并将加压水泵入到供给管道内；
供给***的特征在于含有抗菌剂的物体以可拆卸的方式安装在塞子上。
附图说明
现在将参照附图描述本发明，附图示出非限制性实施例，其中：
图1是将水供给到内燃发动机中的至少一个燃烧室的***的示意图；以及
图2示意性地示出图1的供给水的水箱。
具体实施方式
在图1中，附图标记1总体上表示将水供给到内部热燃烧发动机2的***；水用于在内部热燃烧发动机2的气缸中形成的燃烧室，以提高燃烧效率和/或增加所产生的功率。
供给***1包括容纳大量去矿物质水的水箱3和设计成从水箱3内部抽水并将加压水送至供给管道5的泵4。多个注入器6连接到供给管道5的端部部分，并且低压水被注入到相应的进气管道内，新鲜空气通过该进气管道输送到气缸。根据另一个实施例，注入器6可以将高压水直接注入到气缸中(在这种情况下，通常提供额外的高压泵)。根据另一实施例，由供给***1供应的水与注入到气缸内的燃料混合。
最大压力阀7沿着供给管道5紧接在泵4的下游设置，即，当供给管道5内的压力超过预定阈值时，打开将多余的水重新引入到水箱3内的阀；基本上而言，最大压力阀7用作压力调节器，以防止供给管道5内的压力超过预定阈值。
根据替代且完全等同的实施例，提供布置在泵4下游的压力传感器(例如，在注入器6连接到其的公共通道中)并且反馈调节泵6的流率以将泵4下游的压力维持在期望值(其也可根据发动机点而变化)附近。
如图2所示，供给***1包括加热装置8，加热装置8联接到水箱3并设计成加热包含在所述水箱3中的水。根据优选实施例，加热装置8布置在水箱3内以便与水箱3中的水直接接触，即加热装置8布置在水箱3的顶壁9和底壁10之间。根据优选实施例，加热装置8包括电热阻(即，通过焦耳效应将电能转换为热量的元件)以及还有液-液热交换器，该液-液热交换器将由内燃发动机2的冷却液体所具有的部分热量传送到包含在水箱3中的水；显然，加热装置8可仅包括电热阻或仅包括液-液热交换器。
如图2中所示，供给***1包括传感器11，传感器11优选地通过水箱3的底壁10布置并且适于测量包含于水箱3中的水的温度、水位和品质。换言之，传感器11将三个不同的敏感元件集成在单个主体中，这三个敏感元件被设计成分别确定包含于水箱3中的水的温度、水位和品质。通过示例的方式，传感器11可以通过超声确定包含于水箱3中的水的水位(即水箱3的填充程度)。
通过示例的方式，传感器11可以确定水箱3中包含的水的密度和电导率，因为密度和电导率是水箱3中包含的水的品质的指标。如果包含在水箱3中的水的密度显著低于第一预定阈值(对应于约997kg/m3的纯水密度)，则表明密度小于水的污染液体(通常是发动机油、汽油或柴油)存在于水中。另一方面，如果包含于水箱3中的水的电导率显著高于第二阈值，则表明无机盐离子存在于水中(即，水没有充分去矿物质，并且因此长时间运行可能会导致结垢)。
供给***1包括控制单元12，该控制单元12监视所述供给***1的操作，并且除其他之外，接收由传感器11执行的读取并且操控加热装置8。
当传感器11检测到包含于水箱3中的水的品质不令人满意时，控制单元12给其中安装有内部热燃烧发动机2的车辆的驾驶员生成信号，并且如果包含于水箱3中的水的品质令人非常不满意，则中断到内部热燃烧发动机2的水供应(从而以低性能模式操作内部热燃烧发动机2，不能享受由水注入所带来的益处)并且需要排空和清洗水箱3。
通常情况下，当包含于水箱3中的水的温度(并且由传感器11检测到)低于或接近零时控制单元12使用加热装置8，以防止在水箱3内形成冰或融化先前形成的冰(在相对长的停止之后内部热燃烧发动机2冷启动的情况下)。在这种情况下，控制单元12操控加热装置8以将包含于水箱3中的水加热到略高于零(例如5℃-10℃)的温度，因为加热的唯一目的是防止形成冰或融化存在的任何冰。
包含于水箱3中的水可含有微生物(例如细菌，孢子……)，或具有用肉眼不能看到的这样的尺寸(小于0.1mm)的生物。这些微生物可以在水箱3内随时间推移而增殖而产生菌落，所述菌落例如会阻塞(部分地或完全地)泵4的水吸入或者可以被泵4抽吸入然后被送到注入器6，具有堵塞泵4、位于泵4下游的任何过滤器、注入器6的风险，或者如果它们到达内部热燃烧发动机2的气缸中形成的燃烧室，则具有扰动燃烧的风险，从而性能可能降低和/或污染物产生的潜在增加。换言之，存在于包含于水箱3中的水中的微生物可能随着时间的推移而增殖并且数量增加，例如导致在水箱3的壁上形成藻类或生物膜；从壁上分离的这样的藻类或生物膜可能阻塞泵4的吸入，或者甚至可能被泵4抽吸入并因此到达注入器6和/或在气缸中制成的燃烧室。
控制单元12(偶尔)操控加热装置8以将包含于水箱3中的水加热到高于60℃(优选70℃)的温度，持续时间长于20秒(优选长于40-60秒)，以便获得包含于水箱3中的水的热处理(即一种灭菌/巴氏杀菌)(即，以便通过加热获得包含于水箱3中的水中存在的微生物浓度的降低)。重要的是要强调使用加热装置8进行的热处理是一种灭菌(即，部分、不完全的灭菌)，因为不能达到非常高的温度(高于100℃)，以便不损坏水箱3或包含在所述水箱3中的组件，在热处理结束时，包含于水箱3中的水在医学意义上不是“无菌的”，但在任何情况下它都显著减少微生物的存在。
换言之，控制单元12(偶尔)使用加热装置8(最初仅用于防冰功能)以使包含于水箱3中的水经受旨在减少(尽可能地)微生物的热处理，微生物是繁殖体形式、细菌和在长期作用下一些细菌孢子。实验测试已经表明，将包含于水箱3中的水加热至70℃-75℃持续至少2-5分钟可以使总细菌浓度降低90-98％。
通常而言，控制单元12确定何时在水箱3内添加新水，然后在水箱3内加入新水后立即操控加热装置8加热(以便进行旨在降低微生物浓度的热处理)包含于水箱3中的水。
即，一旦添加新的潜在的非无菌水，控制单元12就执行(至少)旨在降低包含于水箱3中的所有水的微生物浓度的热处理。向水箱3中添加新水基于由传感器11提供的水位信号来确定，即，当包含于水箱3中的水的水位增加时，控制单元12确定在水箱3内添加了新水。
根据一个可能的实施例，控制单元12以一定的时间间隔(例如，按月，每两个月，每季度……或自上次热处理以来的一个月)执行旨在减少包含于水箱3中的所有水的微生物浓度的(至少)一次热处理，无论是否向水箱3添加新水。
通常情况下，加热装置8可以用于执行旨在仅在内燃发动机2接通时，即当内燃发动机2的冷却剂适当地热和/或当内燃发动机2可以(通过其交流发电机)产生足够量的电能用于加热装置8的热电阻时执行旨在减少微生物浓度的热处理。结果，当需要加热包含于水箱3中的水以进行旨在降低微生物的浓度的热处理时，在任何情况下，控制单元12必须等待第一次有用的时机，即内燃发动机2的第一次点火(足够长)。
根据图2所示的实施例，提供至少一个含银物体13，其容纳在水箱3中与水接触；银是一种抗菌剂，即它具有抗菌能力(在存在释放Ag+银离子和不存在释放Ag+银离子的情况下均发挥作用)。换言之，银具有天然的抑菌特性，其允许包含于水箱3中的水的细菌浓度得到控制，从而防止藻类和生物膜随时间的推移而增殖。
在附图中所示的实施例中，提供单个含银物体13，其为球形形状(但也可以是另一种形状，例如平行六面体或金字塔形)，其放置在水箱3内部。根据优选实施例，水箱的底壁10具有开口14，开口14通过塞子15(优选地)拧紧而封闭(水密)；含银物体13可拆卸地安装在塞子15上，即与所述塞子15成一体。根据一个优选实施例，塞子15具有销16，该销16从所述塞子15朝向水箱3的内部悬臂伸出，并且含银物体13在中心具有孔，该孔围绕销16适配(需要费一些力气以获得干涉锁定)以将含银物体13固定到塞子15上；例如，销16可以具有截头圆锥形状，其尺寸随着接近塞子15增加，以便于将含银物体13干涉锁定到销16。开口14可用于在所述水箱3的清洗操作期间完全排空水箱3。
重要的是要强调开口14还可以具有远大于水箱3的实际排空需求的显著尺寸，并且旨在具有大尺寸的塞子15，该大尺寸的塞子15允许除了含银物体13安装在其上的销16之外还容纳其他组件；以这种方式，通过拆卸(拧松)塞子15，可以将安装在塞子15上的所有组件带到水箱的外部，因此变得易于检查和维修。例如，加热装置8、泵4和/或过滤器21可以安装在塞子15上(除了含银物体13之外)。
根据另一个实施例(其也可以与存在单个含银物体13相结合)，水箱3的壁在内部至少部分地涂覆有银涂层，因此银涂层与包含于水箱3中的水直接接触。
根据另一个实施例(也可以与存在单个含银物体13相结合)，水箱3的壁由充满银纤维的塑料材料制成，因此银纤维与包含于水箱3中的水直接接触。
水箱的上壁9具有填充开口17(即用于向水箱3添加水的开口)，其通过螺纹塞子18密封；优选地，塞子18设置有双向排气阀19(即，当水箱3相对于外部环境过压时，以及当水箱3相对于外部环境欠压时都运行)，或者设置有自动空气通道阀，其用于将水箱3内的压力保持等于外部环境的压力，以确保泵4的平稳运行。
根据附图中所示的优选实施例，泵4借助于进气管道20从水箱3中抽水，所述进气管道20源自于水箱3内部的所述水箱3的底壁10附近。特别地，泵4的进气管道20源自于过滤器21(即，在进气管道20的入口处设置有过滤器21)；通过示例的方式，过滤器21是机械的并且设计成阻塞尺寸大于10μm的所有颗粒。
根据附图中所示的优选实施例，提供一系列壁22(可能是穿孔的)，一系列壁22布置在水箱3内部以限定具有防晃动功能的迷宫；通常而言，壁22具有彼此垂直的至少两个不同取向。
最后，如图2中所示，再循环管道23源自最大压力阀7，其将多余的水(即，最大压力阀7从供给管道5移除以减小所述供给管道5内压力的水)重新引入到水箱3中。根据一个可能的实施例，最大压力阀7可以通过沿着再循环管道23简单地布置单向阀来实现，该单向阀在其端部处的压差(即，供给管道5和水箱3之间的压差)大于预定阈值时打开；与单向阀串联地，再循环管道23可包括校准的瓶颈，该瓶颈限制流动通过再循环管道23的水的流量。
根据一个优选实施例，水箱3由对光不透明的材料(通常是塑料)制成，以使水箱3的内部始终处于黑暗中，因为光促进微生物的增殖。
根据一个优选的实施例，水箱3的内表面是光滑的，以使微生物与所述内表面的粘附更复杂；特别地，水箱3内表面的表面粗糙度优选小于5μm。
在附图中所示的实施例中，泵4布置在水箱3的外部；根据不同且完全等同的实施例，泵4布置在水箱3的内部，即，其集成到水箱3中。
在附图中所示的实施例中，水加热和含银物体13的存在都用于限制包含于水箱3中的水中微生物的增殖；根据未示出的其他实施例，仅可以使用水加热或仅含银物体13的存在来限制包含于水箱3中的水中微生物的增殖。
在不脱离本发明的保护范围的情况下，本文描述的实施例可以彼此组合。
上述供给***1具有许多优点。
首先，即使在长期(即内部热燃烧发动机2投入运行后的数年内)，上述供给***1也能够有效且高效地防止水箱3内的微生物繁殖。以这种方式，上述供给***1总是保持完美的效率，避免了水箱3内微生物的增殖可能阻塞(完全地或部分地)泵4的进气管道20并且特别是阻塞联接到进气管道20入口的过滤器21的风险，并且还防止已经在水箱3内生长的微生物到达注入器6和内部热燃烧发动机2的气缸中形成的燃烧室。
此外，上述供给***1不向包含于水箱3中的水中添加任何类型的添加剂，因此保证了所述水的纯度。实际上，添加到水中的任何东西都必然进入燃烧室并随后通过内部热燃机2的排放管道释放到外部环境中；因此，通常不建议向包含在水箱3中的水加入溶解在水中的消毒添加剂。
最后，上述供给***1制造简单且经济，因为为了限制包含于水箱3中的水中微生物的增殖，它使用已经存在用于其它目的的组件(加热装置8)或者它使用成本不会过高并且在市场上容易获得的组件(含银物体13)。
附图的附图标记清单
1 供给***
2 内燃发动机
3 水箱
4 泵
5 供给管道
6 注入器
7 最大压力阀
8 加热装置
9 顶壁
10 底壁
11 传感器
12 控制单元
13 含银物体
14 开口
15 塞子
16 销
17 填充开口
18 塞子
19 排气阀
20 进气管道
21 过滤器
22 壁
23 发动机再循环管道

Claims (14)

1.一种供给***(1)，用于将水供给到内燃发动机(2)中的至少一个燃烧室；供给***(1)包括：
水箱(3)，其设计成用于容纳一定量的水并且具有设有开口(14)的底壁(10)；
紧密密封开口(14)的塞子(15)；
含有抗菌剂并被放在水箱(3)内与水接触的物体(13)；
供给管道(5)；以及
泵(4)，其设计成用于从水箱(3)中抽水并将加压水泵入到供给管道(5)内；
供给***(1)的特征在于，含有抗菌剂的物体(13)以可拆卸的方式安装在塞子(15)上；
塞子(15)具有销(16)，该销从所述塞子(15)朝向水箱(3)的内部伸出；以及
包含抗菌剂的物体(13)在中心具有孔，该孔围绕销(16)适配，以便将所述包含抗菌剂的物体(13)固定到塞子(15)上。
2.根据权利要求1所述的供给***(1)，其特征在于，所述销(16)具有截头圆锥形状，其尺寸随着接近所述塞子(15)增加。
3.根据权利要求1所述的供给***(1)，其特征在于，所述抗菌剂是银。
4.根据权利要求3所述的供给***(1)，其特征在于，所述水箱(3)的壁至少部分地在内部被银覆盖层覆盖。
5.根据权利要求3所述的供给***(1)，其特征在于，所述水箱(3)的壁由填充有银纤维的塑料材料制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的供给***(1)，其特征在于，其包括：
加热装置(8)，加热装置(8)布置在水箱(3)的内部，并且设计成用于加热包含于所述水箱(3)中的水；以及
控制单元(12)，控制单元(12)设计成用于控制加热装置(8)，以便将包含于水箱(3)中的水加热到60℃以上的温度持续超过20秒的时间量以便执行旨在降低包含于水箱(3)中的水中存在的微生物浓度的热处理。
7.根据权利要求6所述的供给***(1)，其特征在于，所述加热装置(8)包括电热敏电阻器和/或液-液热交换器，其将所述内燃发动机(2)的冷却液体的部分热量传递到包含于水箱(3)中的水。
8.根据权利要求6所述的供给***(1)，其特征在于，所述控制单元(12)设计成确定何时在所述水箱(3)内添加了新水并且设计成操控所述加热装置(8)以便在水箱(3)内加入新水后加热包含于水箱(3)中的水。
9.根据权利要求8所述的供给***(1)，其特征在于，
水箱(3)装配有传感器(11)，传感器(11)设计成用于测量包含于水箱(3)中的水的水位；以及
当包含于水箱(3)中的水的水位增加时控制单元(12)确定已在水箱(3)内添加新水。
10.根据权利要求6所述的供给***(1)，其特征在于，所述控制单元(12)设计成操控所述加热装置(8)以预定的时间间隔加热包含于所述水箱(3)中的水，而不管是否将新水添加到水箱(3)内。
11.根据权利要求6所述的供给***(1)，其特征在于，
控制单元(12)设计成操控加热装置(8)仅在内燃发动机(2)接通时加热包含于水箱(3)中的水，以进行旨在降低微生物浓度的热处理；以及
当需要加热包含于水箱(3)中的水以进行旨在降低微生物浓度的热处理时，控制单元(12)等待第一个有用的时机，即内燃发动机(2)的第一次点火。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的供给***(1)，其特征在于，所述水箱(3)由对光不透明的材料制成，以便始终将所述水箱(3)的内部保持在黑暗中。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的供给***(1)，其特征在于，所述水箱(3)的内表面是光滑的并且具有低于5μm的表面粗糙度。
14.一种内燃发动机(2)，其包括：
至少一个气缸，其中限定燃烧室；以及
根据权利要求1至5中任一项所述的用于将水供给到燃烧室的***(1)。
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