阅读说明：本技术 将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统 (Injection system for injecting an aqueous solution into a jet engine ) 是由 弗朗克·道希 斯蒂芬·伦纳德 洛朗·迪埃 皮埃尔·奥兹沃德 于 2019-01-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统,该喷射系统包括水溶液的储箱(10)、向所述储箱(10)供应水溶液的供应回路(80)、过滤水溶液的过滤器(100)以及再循环所述水溶液的再循环回路(90)。该喷射系统还包括所述水溶液的再循环回路(90)以及电动阀(130),该电动阀包括连接至储箱的加注槽(82)的第一入口(130a)、连接至再循环回路(90)的第二入口(130b)和连接至供应回路(80)的出口(130c)。所述过滤器(100)被放置在所述供应回路(80)中和/或所述再循环回路(90)中。(The invention relates to an injection system for injecting an aqueous solution into a jet engine, comprising a tank (10) for the aqueous solution, a supply circuit (80) for supplying the tank (10) with the aqueous solution, a filter (100) for filtering the aqueous solution and a recirculation circuit (90) for recirculating the aqueous solution. The injection system also comprises a recirculation circuit (90) of said aqueous solution and an electric valve (130) comprising a first inlet (130a) connected to the filling tank (82) of the tank, a second inlet (130b) connected to the recirculation circuit (90) and an outlet (130c) connected to the supply circuit (80). The filter (100) is placed in the supply circuit (80) and/or in the recirculation circuit (90).)

将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统

技术领域

总体而言，本发明涉及被构造为输送液体到内燃机的储液箱的技术领域。更具体地，本发明涉及将特别是水溶液的液体喷射到特别是汽车的车辆的喷射式发动机当中的喷射系统。

本发明还涉及一种将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射方法。

本发明还涉及一种净化水溶液的方法，所述水溶液用于将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统。

最后，本发明涉及一种水溶液的纯净度的评估方法，所述水溶液用于将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统。

背景技术

将水喷射到发动机的进气回路当中是已知的。这种水与进气混合，允许降低燃烧温度和减少被称为NOx的污染物的排放，和允许通过降低对爆震的敏感度来提高例如汽油发动机的性能。在专利文献FR2801076A1中描述了这样的喷射系统。

然而，为了确保传统的喷射系统的良好运行，已知用脱矿物质水装满储箱，以避免水垢堵塞喷射回路。这并不令人满意。实际上，用脱矿物质水装满储箱存在限制性。配备有这种喷射系统的机动车辆的使用者在出行时必须随身携带脱矿物质水罐，因为每行驶1000公里必须预备大约3升的脱矿物质水。当然，可以在加油站购买脱矿物质水，但使用者并非在所有的加油站都能找得到。

发明内容

本发明的目的特别地在于克服上述的缺点。为此，本发明的主题在于一种将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统，该喷射系统包括水溶液的储箱、向该储箱供应水溶液的供应回路、过滤水溶液的过滤器和再循环水溶液的再循环回路。根据本发明，该喷射系统还包括水溶液的再循环回路和电动阀，该电动阀包括连接至储箱的加注槽的第一入口、连接至再循环回路的第二入口以及连接到供应回路的出口，过滤器被放置在所述供应回路中和/或所述再循环回路中。

得益于本发明，不再需要用脱矿物质水装满储箱。实际上，车辆的使用者可以用自来水或雨水装满储箱，而没有令喷射回路产生水垢的风险，因为该水被喷射系统过滤。自来水很容易找得到，所有的加油站甚至外面都有。得益于本发明，使用者不再需要在他的车上载有脱矿物质水罐，也不再需要寻找出售脱矿物质水的加油站，他只需要找到自来水龙头并用例如水管或水壶给储箱装满这种水。

在后面将描述的各种实施例中，由使用者倒入储箱中的水被引入喷射系统的再循环回路中，该再循环回路是其中水将根据需要多次通过过滤器以脱去矿物质的回路。我们把通过再循环回路的水称为“再循环水”。

在本发明的一个特定实施例中，过滤器被同时放置在储箱的供应回路中和储箱的再循环回路中。在该实施例中，倒入水供应回路中的水在装满储箱之前被第一次过滤。过滤器的这种构造在储箱中装满雨水时特别有利。实际上，雨水通常比自来水含有更多的矿物质和杂质。

在本发明的一个优选实施例中，过滤器被放置在储箱唯一的再循环回路中。在该优选实施例中，得益于在供应回路中不存在过滤器，从而在供应回路中不存在压损，因此可以更快地装满储箱。

根据本发明的附加特征：

该系统还包括旨在连接至喷射式发动机的进气回路的喷射导管，该系统被构造成使得来自过滤器的水溶液在进入喷射导管之前经过储箱。

-供应回路包括连接到储箱的供应管道以及连接到该供应管道的储箱的加注槽。因此，储箱的加注点不与储箱在车辆中所处的地方连接。

-再循环回路包括进入储箱的入口管道和离开储箱的出口管道。以此方式，水在储箱的外部再循环，这具有当过滤器被放置在再循环回路中时使过滤器更易于通达的优点。

-水溶液是水，特别是自来水或雨水，并且过滤器是去除矿物质和/或杂质的过滤器。以这种方式，防止了储箱的水中可能存在的矿物质和/或杂质进入发动机的喷射回路。

-去除矿物质的过滤器是脱矿物质过滤器，其包括由离子交换树脂构成的过滤介质。因此，即使是硬度非常大的水也可以被脱去矿物质。

-去除杂质的过滤器是精细过滤器。这在储箱的水除矿物质外还具有悬浮颗粒时特别有利，因为这些颗粒可能会堵塞喷射回路。

-过滤器是可拆卸可互换的过滤器。这样，便于过滤器的维护。

-过滤器包括可清洗、可重新装上或一次性的滤芯。因此，可随意地清洁、重新装上或更换过滤器。

-过滤器包括适于加热水溶液的加热装置。这在过滤器中存在的水被冻结且必须将其解冻时特别有利。

-根据本发明的喷射系统还包括所述水溶液的品质传感器。因此，通过将水的再循环时间减少到最少，即为了再循环水具有期望的物理化学性质所需的最少的时间，得以延长过滤器的使用寿命。这样做，延长了泵的寿命，降低了噪音并减少了所消耗的电能。

根据本发明，还提供一种水溶液的净化方法，所述水溶液用于将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统，该净化方法包括以下步骤：

-通过供应回路用水溶液装满储箱，

-泵送所述储箱中所含的所述水溶液，

-将泵送的所述水溶液输送到所述水溶液的再循环回路当中，

-在所述供应回路中和/或所述再循环回路中过滤所述水溶液。

优选地，该净化方法在过滤步骤之后还包括以下步骤：

-将上述水溶液输送到储箱当中，

-将所述水溶液输送到旨在连接到喷射式发动机的进气回路的喷射导管当中。

根据本发明，还提供一种水溶液的评估方法，所述水溶液用于将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统，该评估方法包括以下步骤：

-测量储箱中所含的水溶液的物理化学性质σ，

-将测得的物理化学性质σ_m与参考值范围[σ_ref.min，σ_ref.max]进行比较，在该参考值范围中σ_ref.min是最小参考值，σ_ref.max是最大参考值，

-如果测得的物理化学性质σ_m在所述参考值范围[σ_ref.min，σ_ref.max]之外，则将所述水溶液输送到脱矿物质过滤器当中，

-只要测得的物理化学性质σ_m在所述参考值范围[σ_ref.min，σ_ref.max]之外，就重复之前的步骤，

-如果在预定的时间T之后测得的物理化学性质σ_m仍然在所述参考值范围[σ_ref.min，σ_ref.max]之外，则通过信号S指示有问题。信号S通常是在车辆的仪表板上点亮的指示灯。有利地，T介于3分钟至30分钟之间。

最后，根据本发明，提供一种将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射方法，该喷射方法包括以下步骤：

-测量储箱中所含的水溶液的物理化学性质σ，

-将测得的物理化学性质σ_m与参考值范围[σ_ref.min，σ_ref.max]进行比较，在该参考值范围中σ_ref.min是最小参考值，σ_ref.max是最大参考值，

-如果测得的物理化学性质σ_m在所述参考值范围[σ_ref.min，σ_ref.max]内，则将所述水溶液输送到喷射式发动机当中。

附图说明

现在，我们将借助以下附图来描述作为非限制性示例的本发明不同的实施例：

-图1是根据不属于本发明的实施例的将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统的示意性剖视图，

-图2是根据本发明的第一实施例的将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统的示意性剖视图，

-图3是根据本发明的第二实施例的将水溶液喷射到喷射式发动机当中的喷射系统的示意性剖视图，

-图4是根据本发明的滤芯的示意图，

-图5是根据本发明的另一滤芯的示意图。

具体实施方式

如图1所示的将水溶液喷射到喷射式发动机的进气回路当中的喷射系统包括旨在接纳水溶液的储箱10，所述水溶液优选地为水。在所示的实施例中，储箱由通过模制塑料材料获得的两个半壳制成。这两个半壳沿接合面P彼此热焊以形成封闭的储箱。在通过热焊将储箱封闭之前，将部件们引入并固定在储箱中。在运行时，储箱中的水(未示出)由供给泵20泵送。该供给泵20是布置在储箱10内部、在储箱10底部的电泵，并且属于喷射式发动机的供水模块30的一部分。供水模块，在英文中也被称为WDM(Water Delivery Module)，是设置为向喷射式发动机M供应加压水的一组部件。在WDM模块的部件中，有像供给泵20一样的水泵和用于将加压水喷射到发动机M当中的喷射导管40。还有用于测量水温的温度传感器50和用于测量水的一种或多种物理化学性质的品质传感器60。另外，WDM模块可以容纳稳定罐70，在英文中也被称为“swirl pot”(漩流罐)，该稳定罐70旨在永久性地存储一定量的水，这些水对于供给泵20的良好运行是有用的。还有在稳定罐70的内部或外部的水位传感器(未示出)。

在运行时，泵送的水通过喷射导管40被加压输送到喷射式发动机M的进气回路(未示出)当中。在本发明的一个特定实施例中，水被以10.5bars的压强喷射到发动机当中。

回想一下，水喷射系统的目的是降低喷射式发动机的燃烧室入口处的空气-燃料混合物的温度。得益于这种系统，获得了汽油发动机的更好的抗压缩性和柴油发动机中的更好的燃烧。水对发动机内部零件(活塞和气缸)也有冷却作用。这样能够减少污染(未充分燃烧的颗粒、CO、NOx)和节省燃料，在密集使用时节省的燃料可能多达25％。

在发动机的水喷射系统中，供给泵20由喷射式发动机的电子控制单元ECU(英文为“Electronic Control Unit”)控制。ECU单元根据它从传感器接收到的信息来作用于动作装置，所述传感器比如是加速踏板的位置传感器、发动机温度传感器、空气温度传感器、氧气比率传感器等，所述动作装置比如是喷射器、进气节气门、泵。当ECU单元认为能够将水喷射到发动机M当中所需的条件全部得到满足时，它控制供给泵20启动。但是，为了不使尤其包含喷射导管40和喷水器(未示出)的喷射回路产生水垢，被喷射到发动机M当中的水是脱矿物质水，即原则上不含比如Ca²⁺和HCO₃ ^-等任何离子的水。在汽车工业中，当水的电导率在25℃小于100μS/cm时，则认为这样的水是脱矿物质水。有时，要求更加严格，如果水的电导率在25℃小于50μS/cm才认为这样的水是脱矿物质水。

用脱矿物质水装满储箱存在限制性。实际上，脱矿物质水不是天然地可用的，配备这种喷射系统的车辆的驾驶员在出行时必须随身携带脱矿物质水罐，因为每行驶1000公里必须预备大约3升的脱矿物质水。当然，可以在加油站购买脱矿物质水，但驾驶员并非在所有的加油站都能找得到。

本发明的第一目的是消除在内燃机的水喷射系统中必须使用脱矿物质水的限制。为此，本发明提出在将水喷射到内燃机当中之前先在脱矿物质过滤器中对其进行过滤。由此，并且得益于本发明，可以使用自来水或雨水来装满储箱，而没有使水喷射回路产生水垢的风险。因此，驾驶员不再需要在出行前预备脱矿物质水罐增加负担或在加油站寻找和购买脱矿物质水。

在本发明的一个优选的实施例中，水喷射系统包括水的储箱10、储箱10的供应回路80、储箱10的水的再循环回路90和过滤储箱10的水的过滤器100。供应回路80由供应管道81和加注槽82组成，水通过所述加注槽82被引入水喷射系统。供应管道81具有两个端部，第一端部81a连接到加注槽，第二端部81b从外部连接到储箱10并且通到储箱10的上部。设置了用于保证这些连接的密封性的装置(未示出)。如供应回路80一样，再循环回路90从外部连接到储箱10。

根据图1所示的不属于本发明的实施例，再循环回路90由进入储箱10的入口管道91和离开储箱的出口管道92组成，而且储箱中的入口管道91通向储箱10的上部，而储箱的出口管道92通向储箱10的下部。

在本说明书的范围中，我们把储箱的首先装满的部分称为储箱的下部或底部，把储箱的后装满的部分称为储箱的上部。类似地，把其中储水的由储箱壁界定的体积称为储箱的内部，把储箱周围的开放体积称为储箱的外部。

用于过滤储箱10的水的过滤器100被放置在再循环回路90中。在如图1所示的不属于本发明的实施例中，过滤器100被放置在储箱的出口管道92和储箱的入口管道91之间。

根据本发明，过滤器100是脱矿物质过滤器，例如包含由离子交换树脂构成的过滤介质的过滤器。由ECU单元控制的再循环泵20'泵送储箱10中所含的水，以在水未脱矿物质时将其加压输送到再循环回路90当中，或者在水脱去矿物质时通过喷射导管40将其加压输送到发动机的进气回路当中。从储箱10出来的水是脱矿物质水，其在被输送到发动机的进气回路当中之前不再需要经过脱矿物质过滤器。在这个有利的实施例中，再循环泵20'和供应泵20仅形成一个泵。为了确定将水输送到哪个回路，ECU单元依靠由品质传感器60提供的信息来获知水的离子浓度。品质传感器例如是水的电导率的传感器。品质传感器被放置在储箱10的内部、在储箱10的底部，优选地在稳定罐70的内部，以使得即使在储箱10几乎是空的的情况下品质传感器也仍然浸没在水中。在品质传感器60是连续地测量储箱10中所含的水的电导率的传感器的情况下，将所获得的测量值与电导率的参考值范围进行比较，该参考值范围例如是[0，100]μS/cm，优选地是[2，50]μS/cm，其中0μS/cm、2μS/cm分别是最小参考值，而100μS/cm、50μS/cm分别是最大参考值。如果测量值在所述参考值范围之外，则ECU单元命令泵20将水输送到再循环回路90当中以对水脱矿物质。反之，如果测量值在参考值范围内，则ECU单元命令泵20将储箱10的水通过喷射导管40输送到发动机的进气回路当中，而无需经过其它脱矿物质过滤器。可能会出现测量值仍然在参考值范围之外的情况，则水不再被喷射到发动机当中。例如，这种情况可能在过滤器100被堵塞、损坏或缺失时发生。在这种情况下，ECU单元通过点亮车辆仪表板上的信号灯来指示过滤器有问题。响应于该信号，驾驶员或负责维护装配有该喷射系统的车辆的技术人员将清洁、重新装上或更换过滤器。

有利地，脱矿物质过滤器100是可拆卸可互换的过滤器，以便易于由驾驶员或负责车辆维护的技术人员取下和更换。在本发明的一个优选实施例中，可拆卸可互换的脱矿物质过滤器是包括由离子交换树脂构成的过滤介质的滤芯110(见图4)。滤芯被容置在包括水的入口孔101a和出口孔101b的这样的过滤器壳体101当中。过滤器壳体101被安装在再循环回路90当中、在离开储箱的出口管道92与进入储箱的入口管道91之间，以使得从出口管道92离开储箱10的水先通过过滤器壳体101的入口孔101a进入过滤器壳体101当中，然后穿过滤芯110，再通过过滤壳体101的出口孔101b从过滤壳体101重新出来，以便通过入口管道91返回储箱10中。为了便于维护滤芯110，过滤器壳体101被定位在车辆的易于通达的区域中，例如发动机罩下方。

除了上述元件和部件之外，在储箱10的上部处设置有通风装置11，以平衡储箱10的内部和外部之间的压强。与止回阀13和抽吸管14连接的喷射泵12用于装满稳定罐70，以确保WDM模块的良好运行。加热装置15也设置在储箱10内部，以在储箱中的水冻结时解冻水。加热装置15典型地是固定在储箱10底部的加热电阻。当通过加注槽82加注储箱10时，有利的是首先装满稳定罐70，为此，在储箱10的制造期间增加内部管16。该管16位于储箱的内部，并在两个端部之间延伸：一个端部通过储箱10的内部以密封方式与供应管道81相连，一个自由端部通到稳定罐70的上方并朝向稳定罐70的反向。因此，当将水倒入储箱的加注槽82时，该水流入供给管道81，然后在通到稳定罐70当中之前流入管16。

在图1中示出的不属于本发明的实施例中，在储箱10的制造期间，将第二内部管17放置在箱中。管17是在供给泵20和储箱10的出口管道92之间延伸以将所述泵连接到再循环回路90的管。因此，当ECU单元控制供给泵20将储箱10的水输送到再循环回路90当中时，该水被通过管17加压输送到再循环回路90当中。加压输送水到循环回路90中(即到过滤器100中)是特别有利的，因为这避免了由于水流入过滤器100中而导致的再循环回路90中的压损。

在储箱10的制造期间，第三内部管18被放置在储箱中。如管16一样，管18用于装满稳定罐70。管18在两个端部之间延伸：一个端部与储箱中的入口管道91以密封的方式连接，一个自由的端部通到稳定罐70的上方并朝向稳定罐70的反向。

根据图2所示的本发明的第一实施例，喷射系统包括由ECU单元控制的电动阀130。电动阀130是三通电动阀，其包括连接至加注槽82的第一入口130a、连接至再循环回路90的入口管道91的第二入口130b和连接到供应回路80的供给管道81的出口130c。因此，在通过加注槽82对储箱10进行加注期间，ECU单元控制电动阀130打开加注回路83和供应回路80，并关闭再循环回路90。加注回路83是供应回路80位于电动阀130上游的部分。在储箱10被装满后，ECU单元就命令电动阀130关闭加注回路83并打开再循环回路90。因此，储箱的水在再循环回路90中再循环，使得水被放置在再循环回路90中的过滤器100过滤。

得益于根据本发明的喷射系统的这种特殊的构造，在再循环回路90中再循环的水通过内部管16返回储箱10中，因此通过去掉内部管18来限制在储箱10中的管的数量。

图3示出了本发明的第一实施例的一个实施变型。在该第二实施例中，过滤器100被放置在供应回路80中。得益于喷射系统的这种特殊的构造，倒入加注槽82中的水在装满储箱10之前被第一次过滤。

图4是脱矿物质滤芯110的示意图。滤芯110通常由中空体111构成，该中空体填充有过滤介质，例如离子交换树脂。滤芯具有用于待过滤的水的入口111a和用于已过滤的水的出口111b。滤芯的入口111a与过滤器壳体101的入口孔101a连通，而滤芯的出口111b与过滤器壳体101的出口孔101b连通。密封装置110a和110b与滤芯连接，以确保离开过滤器壳体101的所有的水都经过了滤芯110。此外，设置过滤器100的加热装置102以解冻可能例如由于天气状况而冻结在过滤器中的水。这些加热装置102通常是容置在过滤器壳体101内部或可替代地在过滤器壳体101外部的加热电阻。

在图5中，示出了滤芯的实施变型，其中精细过滤器120与脱矿物质过滤器110连接。精细过滤器是多孔体(毡、纸、膜、网格等)，令液体通过该多孔体以使其澄清或纯化。在本发明中，精细过滤器用于过滤水中存在的杂质，例如悬浮颗粒、有机物碎屑。在一个优选的实施例中，精细过滤器的网眼宽度在30μm至60μm之间。

当然，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明进行许多修改。

例如，再循环回路90可以通过在储箱10内部的入口管道和出口管道连接，而不是通过在储箱10外部的入口管道和出口管道连接。得益于这种构造，可以设想将过滤器100置于布置在储箱10的壁(未示出)中的容置处中。这样的容置处将由可旋开的盖子密封地封闭，以便可以旋开该盖子以使过滤器可拆卸和可互换。在这种构造中，减少了储箱外部的管和管道的数量，并且附带地方便了过滤器的加热。

另外，为了使根据本发明的水喷射系统具有减轻的重量且耐撞击，储箱可以由塑料制成，例如由高密度聚乙烯(HDPE)制成。有利地，管道和管也可以由塑料制成，过滤器壳体也一样。

另外，可以通过测量除水的电导率以外的性质来确定储箱中所含的水的离子浓度，并因此确定其脱矿物质与否。例如，水的电阻率、硬度、密度、浊度或pH值的测量也可以很好地给出水是否脱矿物质的信息。因此，上述的品质传感器可替代地是电阻率传感器、硬度传感器、密度传感器、水浊度传感器或pH探测器。因此，把能够测量水的提供表示水的离子浓度的信息的这样的物理化学性质的任何类型的传感器都称为品质传感器。因此，在品质传感器60是连续地测量储箱10的水的电阻率的传感器的情况下，参考值范围将从20kΩ.cm延伸到无穷大，并且优选地介于40kΩ.cm到500kΩ.cm之间。