内燃机系统和用于内燃机系统的方法技术方案

本发明专利技术提供一种内燃机系统(1)，其包括：‑至少一个燃烧室(3)，和‑第一膨胀器(4)，该第一膨胀器被布置成接收来自所述至少一个燃烧室(3)中的至少一个的排气，并且使排气膨胀并从排气提取能量，‑其特征在于，所述系统包括第二膨胀器(5)，该第二膨胀器被布置成接收来自第一膨胀器(4)的排气，并且使排气膨胀并从排气提取能量。

Internal combustion engine systems and methods used for internal combustion engines

The invention provides an internal combustion engine system (1), which comprises at least one combustion chamber (3) and a first expander (4) arranged to receive at least one of the at least one of the at least one combustion chamber (3), and to expand the exhaust and extract energy from the exhaust, characterized by the system package. A second expander (5) is arranged to receive the exhaust from the first expander (4) and expand the exhaust and extract energy from the exhaust.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】内燃机系统和用于内燃机系统的方法
本专利技术涉及内燃机系统、用于内燃机系统的组合式压缩机和膨胀器、用于内燃机系统的方法、计算机程序、计算机可读介质和控制单元。本专利技术可应用在重型车辆(例如卡车、公共汽车)和建筑设备(例如工程机械)中。本专利技术也可应用于轿车。尽管将针对卡车来描述本专利技术，但本专利技术不限于这种特定的车辆类型。
技术介绍
已知的是，具有两个压缩阶段和两个膨胀阶段(例如，通过压缩机、燃烧室和膨胀器)的内燃机可以允许达到非常高的压力以及从燃料提取更多能量。然而，高效率的车辆发动机可以具有非常冷的尾管排气，这可能阻止或降低由排气处理装置(例如各种类型的催化转化器)提供的排气处理过程的效率。对于某些过程，例如选择性催化还原(SCR)，能够通过提供大的排气处理装置来补偿低温度；然而，这将增加发动机系统的重量和体积，这可能是个问题，尤其在通常存在所要求的空间需求的车辆中。US2010300385公开了一种具有两个压缩阶段和两个膨胀阶段的发动机，其中，氧化催化剂被定位在动力气缸和膨胀器气缸之间。然而，对于许多排气处理过程，例如SCR，这种位置提供了过高的温度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于减少具有压缩机、燃烧室和膨胀器的内燃机的排放。本专利技术的目的还在于提供如下一种具有压缩机、燃烧室和膨胀器的内燃机系统：其提供有效的排气处理，同时避免了发动机系统的体积和/或重量的大的增加。上述目的通过一种内燃机系统来实现，该内燃机系统包括：-至少一个燃烧室，和-第一膨胀器，该第一膨胀器被布置成接收来自所述至少一个燃烧室中的至少一个的排气，并且使排气膨胀并从排气提取能量，-其特征在于，所述系统包括第二膨胀器，该第二膨胀器被布置成接收来自第一膨胀器的排气，并且使排气膨胀并从排气提取能量。这里，发动机系统应被理解为包括内燃机，进而包括燃烧室、第一膨胀器和第二膨胀器。本专利技术允许在至少三个步骤中完成的发动机系统的膨胀。进而，这允许提供两个不同的温度范围，一个在第一膨胀器的上游，一个在第一膨胀器和第二膨胀器之间。由此，该发动机系统可以提供多个同时的温度范围，每个适用于一个或多个相应的排气处理过程。因而，该系统可以有利地设置有排气处理装置，该排气处理装置被布置成接收来自第一膨胀器的排气，处理所接收的排气并将处理后的排气传送到第二膨胀器。由此，能够提供例如选择性催化还原(SCR)催化剂形式的排气处理装置，其要求比第一膨胀器上游的温度范围低的温度范围。特别地，膨胀器之间的温度范围可以被保持为比与大气直接联通的排气系统的一部分中(例如车辆尾管)高；然而，膨胀器之间的温度范围可以被保持为比燃烧室和第一膨胀器之间的低。在排气处理装置是SCR催化剂的车辆中，与其定位在尾管中的情形相比，膨胀器之间的高温位置允许较小的SCR。这使得能够提供SCR催化剂作为便宜的催化剂，用于在300-450℃温度范围内的具有高转化率的氮氧化物(NOx)还原。具体地，可以减小催化剂尺寸，这减小了发动机系统的体积和重量。有利地，所述系统包括喷射器，该喷射器被布置成将用于排气处理装置的还原剂喷射在第一膨胀器的上游或者喷射到第一膨胀器中。由此，由该喷射器进行的还原剂喷射的正时和/或持续时间可以与第一膨胀器的入口阀的致动相协调。这将提供还原剂与排气的良好混合。应理解的是，该还原剂可以是尿素溶液或者可用于降低来自发动机的微粒排放和/或氮氧化物排放的另一还原剂。该还原剂可以是有机和无机氮化合物的溶液。也如下文所讨论的，在还原剂包括尿素的情况下，第一膨胀器可以促进尿素的热解，以在它到达SCR催化剂之前将它分解为异氰酸盐和氨。于是，该异氰酸盐可以通过水解作用被处理，以提供氨。将还原剂喷射在第一膨胀器的上游或者喷射到第一膨胀器中可以支持所述热解和水解作用，因为这些过程将被其中的热量增强。有利地，在第一膨胀器是活塞膨胀器的情形中，该喷射器可以布置成将用于排气处理装置的还原剂喷射到第一膨胀器中并喷射到第一膨胀器的活塞上，例如喷射到活塞的活塞冠上。由此，所述热解和水解作用可以特别地得到存储在活塞中(例如，在活塞的顶部中)的热量支持。例如，存储在活塞的活塞冠中的热量可以支持所述热解和水解作用。优选地，除了该排气处理装置外，所述系统还包括前膨胀器排气处理装置(pre-expanderexhausttreatmentdevice)，其被布置成接收来自燃烧室的排气，对排气提供排气处理过程并将处理后的排气传送到第一膨胀器。前膨胀器排气处理装置可以包括氧化催化剂和/或微粒过滤器。在两者都被提供的情形中，微粒过滤器可以位于氧化催化剂的下游。该系统可进一步布置成使得：在其运行期间，前膨胀器排气处理装置呈现550-1300℃范围内的温度，优选在550-1100℃的范围内，例如在550-800℃的范围内。前膨胀器排气处理装置的温度可以根据发动机负荷而变化。在发动机满负荷时，前膨胀器排气处理装置的温度例如可以是900-1100℃。由此，可以提供排气处理装置的沿着排气路径的有利分布，从而给出了不同的温度，每个温度被优化用于相应的排气处理装置。应理解的是，根据前膨胀器排气处理装置的设置，第一膨胀器被布置成接收来自燃烧室的处理后的或未处理的排气。“排气”在此应理解为已被处理，如果它们是被从排气处理装置接收到的话。在一些实施例中，例如，在没有前膨胀器排气处理装置的情形中，第一膨胀器可以布置成利用从所述至少一个燃烧室中的至少一个接收的排气中的压力脉冲，以增大第一膨胀器的动力输出。这里，发动机系统应理解为包括发动机，进而包括燃烧室、第一膨胀器和第二膨胀器，并且发动机系统应理解为包括发动机，以及前膨胀器排气处理装置和后膨胀器排气处理装置(如果提供的话)。在该系统包括曲轴并且燃烧室包括被布置成在气缸内往复运动并驱动曲轴的活塞的情形中，本专利技术是特别有利的。应当理解，该系统可以包括多个燃烧室，每个均包括被布置成在相应气缸内往复运动的活塞，由此，所述活塞全部被布置成驱动该曲轴。第一膨胀器优选是活塞膨胀器，其被布置成利用所提取的能量来驱动曲轴。类似地，第二膨胀器优选是活塞膨胀器，其被布置成利用所提取的能量来驱动曲轴。该系统可以包括至少一个压缩机，其可以是活塞压缩机，被布置成由曲轴驱动。因而，本专利技术可有利地被实施在其中压缩机和膨胀器连接到曲轴的多阶段压缩和膨胀式发动机中。这种连接可以是直接或间接的，如下文所示例的。由此，该系统可以具有高效率。通常地，所述膨胀器可以提供发动机的总功率的30-50％，例如40％，并且所述压缩机可以耗费发动机的总功率的10-20％。然而，应注意的是，在权利要求的范围内，第一膨胀器可以是活塞膨胀器以外的类型。例如，第一膨胀器可以是涡轮机。该涡轮机可以布置成驱动压缩机以压缩用于燃烧室的空气，或者它可以布置成利用所提取的能量来驱动曲轴。类似地，第二膨胀器可以是活塞膨胀器以外的类型。例如，第二膨胀器可以是涡轮机。该涡轮机可以布置成驱动压缩机以压缩用于燃烧室的空气，或者它可以布置成利用所提取的能量来驱动曲轴。在一些实施例中，在该系统包括被布置成对用于所述至少一个燃烧室中的至少一个的空气进行压缩的压缩机的情形中，第二膨胀器可以包括被布置成驱动该压缩机或另外的压缩机的涡轮机。由此，该系统可以提供有高的功率密度。在设置有另外的压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃机系统(1)，包括：‑至少一个燃烧室(3)，和‑第一膨胀器(4)，所述第一膨胀器(4)被布置成接收来自所述至少一个燃烧室(3)中的至少一个的排气，并且使所述排气膨胀并从所述排气提取能量，‑其特征在于，所述系统包括第二膨胀器(5)，所述第二膨胀器(5)被布置成接收来自所述第一膨胀器(4)的排气，并且使所述排气膨胀并从所述排气提取能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.14 EP PCT/EP2015/0795801.一种内燃机系统(1)，包括：-至少一个燃烧室(3)，和-第一膨胀器(4)，所述第一膨胀器(4)被布置成接收来自所述至少一个燃烧室(3)中的至少一个的排气，并且使所述排气膨胀并从所述排气提取能量，-其特征在于，所述系统包括第二膨胀器(5)，所述第二膨胀器(5)被布置成接收来自所述第一膨胀器(4)的排气，并且使所述排气膨胀并从所述排气提取能量。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括排气处理装置(6)，所述排气处理装置(6)被布置成接收来自所述第一膨胀器(4)的排气，处理所接收的排气并将处理后的排气传送到所述第二膨胀器(5)。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述排气处理装置(6)是选择性催化还原(SCR)催化剂。4.根据权利要求2-3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括喷射器(8)，所述喷射器(8)被布置成将用于所述排气处理装置(6)的还原剂喷射在所述第一膨胀器(4)的上游或者喷射到所述第一膨胀器(4)中。5.根据权利要求2-4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括喷射器(8)，所述喷射器(8)被布置成将用于所述排气处理装置(6)的还原剂喷射到所述第一膨胀器(4)中并喷射到所述第一膨胀器的活塞上。6.根据权利要求2-5中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统被布置成使得：在所述系统的运行期间，所述排气处理装置(6)呈现在300-450℃的范围内的温度。7.根据权利要求2-6中的任一项所述的系统，其特征在于，除了所述排气处理装置(6)之外，所述系统还包括前膨胀器排气处理装置(7)，所述前膨胀器排气处理装置(7)被布置成接收来自所述燃烧室(3)的排气，对所述排气提供排气处理过程并将处理后的排气传送到所述第一膨胀器(4)。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述前膨胀器排气处理装置(7)包括氧化催化剂(10)。9.根据权利要求7-8中的任一项所述的系统，其特征在于，所述前膨胀器排气处理装置(7)包括微粒过滤器(11)。10.根据权利要求8和9所述的系统，其特征在于，所述微粒过滤器(11)位于所述氧化催化剂(10)的下游。11.根据权利要求7-10中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统被布置成使得：在所述系统的运行期间，所述前膨胀器排气处理装置(7)呈现在550-1300℃的范围内的温度。12.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括曲轴(2)，并且所述燃烧室(3)包括活塞，所述活塞被布置成在气缸内往复运动并驱动所述曲轴(2)。13.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一膨胀器(4)是活塞膨胀器(4)。14.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括曲轴(2)，并且所述第一膨胀器(4)被布置成利用所提取的能量来驱动所述曲轴(2)。15.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第二膨胀器(5)是活塞膨胀器(5)。16.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括曲轴(2)，并且所述第二膨胀器(5)被布置成利用所提取的能量来驱动所述曲轴(2)。17.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括压缩机，所述压缩机被布置成压缩用于所述至少一个燃烧室(3)中的至少一个的空气，并且所述第二膨胀器(5)包括涡轮机，所述涡轮机被布置成驱动所述压缩机(9)或附加的压缩机(19)。18.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括曲轴(2)，并且所述系统包括压缩机(9)，所述压缩机(9)被布置成压缩用于所述至少一个燃烧室(3)中的至少一个的空气，其中，所述第一膨胀器(4)和第二膨胀器(5)中的一个膨胀器与所述压缩机(9)成一体，以共用与所述曲轴(2)连接的活塞(591)。19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一膨胀器(4)和第二膨胀器(5)中的所述一个膨胀器与所述压缩机(9)形成组合式压缩机和膨胀器(5、9)，由此，所述活塞(591)被布置成在共用气缸(592)内往复运动，-所述组合式压缩机和膨胀器(5、9)被布置成允许空气在所述活塞(591)的第一侧进入所述共用气缸(592)，并且通过所述活塞(591)来压缩用于所述燃烧室(3)的空气，-所述组合式压缩机和膨胀器(5、9)进一步适于允许由所述第一膨胀器(4)和第二膨胀器(5)中的所述一个膨胀器接收的排气在所述活塞(591)的第二侧进入所述共用气缸(592)，以通过所述活塞使所述排气膨胀。20.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述燃烧室(3)包括排气阀(304)，所述系统还包括被布置成致动所述排气阀(304)的可变阀正时机构(306)。21.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一膨胀器(4)包括膨胀器入口阀(403)，所述系统还包括被布置成致动所述膨胀器入口阀(403)的膨胀器可变阀正时机构(406)。22.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一膨胀器是可变几何涡轮机。23.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一膨胀器(4)包括膨胀器排气阀(404)，所述系统还包括被布置成致动所述膨胀器排气阀(404)的膨胀器可变阀正时机构(406)。24.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一膨胀器(4)包括水解反应器。25.一种内燃机系统(1)，包括：-至少一个燃烧室(3)，和-膨胀器(4)，所述膨胀器(4)被布置成接收来自所述至少一个燃烧室(3)中的至少一个的排气，并且使所述排气膨胀并从所述排气提取能量，-其特征在于，所述系统包括排气处理装置(6)，所述排气处理装置(6)被布置成接收来自所述膨胀器(4)的排气并处理所接收的排气，-并且所述系统包括喷射器(8)，所述喷射器(8)被布置成将用于所述排气处理装置(6)的还原剂喷射在所述膨胀器(4)的上游或者喷射到所述膨胀器(4)中。26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述排气处理装置(6)是选择性催化还原(SCR)催化剂。27.根据权利要求25-26中的任一项所述的系统，其特征在于，所述喷射器(8)被布置成将用于所述排气处理装置(6)的还原剂喷射到所述膨胀器(4)中并喷射到所述膨胀器的活塞上。28.一种用于内燃机系统的组合式压缩机和膨胀器(5、9)，包括：-气缸(592)，-活塞(591)，所述活塞(591)适于连接到所述发动机系统的曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：伦纳特·安德森，阿尔内·安德松，本特·约翰松，恩胡特·拉姆，斯塔凡·隆格伦，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE