内燃机系统技术方案

本发明专利技术提供一种内燃机系统(1)，包括：燃烧器(3)，所述燃烧器(3)被布置成重复地接收空气和燃料、燃烧所接收的空气和燃料、并使燃烧的空气和燃料膨胀；膨胀器(6)，所述膨胀器(6)包括气缸(602)和活塞(601)，所述活塞(601)被设置成在气缸(602)中往复运动，所述活塞(601)被连接到发动机系统的曲轴(2)；和废气引导装置(9)，所述废气引导装置(9)被布置成将废气从燃烧器(3)引导到膨胀器(6)，其特征在于，该系统被布置成将向废气引导装置(9)中提供燃料喷射和/或被布置成在燃烧器(3)中的燃烧之后并且在燃烧器中为了后续燃烧而接收空气和燃料之前，向燃烧器(3)中提供燃料喷射。

Internal combustion engine system

The invention provides an internal combustion engine system (1) comprising a burner (3), which is arranged to receive air and fuel repeatedly, to burn the received air and fuel, and to expand the burning air and fuel; an expander (6), which comprises a cylinder (602) and a piston (601), and a piston (601) which is arranged to reciprocate in a cylinder (602), and a piston (601). The crankshaft (2) connected to the engine system and the exhaust guiding device (9), which is arranged to guide exhaust gas from the burner (3) to the expander (6), are characterized by that the system is arranged to provide fuel injection to the exhaust guiding device (9) and/or to be arranged after combustion in the burner (3) and receive air in the burner for subsequent combustion. Fuel injection is provided to the burner (3) prior to and before fuel.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】内燃机系统
本专利技术涉及一种内燃机系统，包括：燃烧器，该燃烧器被布置成重复地接收空气和燃料、燃烧所接收的空气和燃料，并且使燃烧的空气和燃料膨胀；膨胀器，该膨胀器包括汽缸和活塞，活塞被布置成在汽缸中往复运动，活塞被连接到发动机系统的曲轴；以及废气引导装置，该废气引导装置被布置成将废气从燃烧器引导到膨胀器。本专利技术还涉及一种包括这种系统的车辆、一种控制内燃机系统的方法、一种计算机程序、一种计算机可读介质和一种控制单元。本专利技术能够被应用于重型车辆，诸如卡车、公共汽车和建筑设备，例如工作机器。本专利技术也能够被应用于小汽车。虽然将关于卡车描述本专利技术，但是本专利技术不限于这种特定的车辆类型。
技术介绍
已知具有多级压缩和膨胀的内燃机可以提供非常高的压力，并从燃料中提取更多的能量。US20100300385提供了这种发动机的示例。尽管已知的多级膨胀发动机可以提供更多能量，但是仍期望在这种发动机的的能量输出方面改进它们。多级膨胀发动机还可能在低负荷运行期间存在氮氧化物(NOx)还原的问题，特别是如果发动机是柴油发动机。例如，由于高效率和膨胀而将废气冷却到选择性催化还原(SCR)装置的正常工作温度以下而使SCR装置可能不能正常工作。因而，还期望改进这种多级膨胀发动机的排放特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有改进的能量输出的多级膨胀内燃机。本专利技术的另一个目的在于提供一种具有改进的排放特性的多级膨胀内燃机。通过下面的内燃机系统达到这些目的，该内燃机系统包括：-燃烧器，该燃烧器被布置成重复地接收空气和燃料、燃烧所接收的空气和燃料、并且使燃烧的空气和燃料膨胀，-膨胀器，该膨胀器包括气缸和活塞，活塞被布置成在气缸中往复运动，活塞被连接到发动机系统的曲轴，以及-废气引导装置，该废气引导装置被布置成将废气从燃烧器引导到膨胀器，-其特征在于，该系统被布置成向废气引导装置中提供燃料喷射，和/或被布置成在燃烧器中的燃烧之后并且在为了后续燃烧而将空气和燃料接收进燃烧器之前向燃烧器中提供燃料喷射。本专利技术允许将膨胀器前废气处理装置定位于废气引导装置中，该膨胀器前废气处理装置可以被布置成对来自燃烧器的废气提供废气处理过程。多级膨胀专利技术在系统相对高的负荷下，使被喷射到废气引导装置中的被添加的燃料，或者使在燃烧器中的燃烧之后并且在为了后续的燃烧而将空气和燃料接收进燃烧器之前，被喷射到燃烧器中的被添加的燃料在废气处理装置中与废气中的空气反应以产生热，这种热可以在随后的膨胀阶段中被转换成机械功。这将增加发动机系统的功率输出。本专利技术还允许在系统的相对低的负荷下，在废气处理装置中积聚氮氧化物(NOx)。因此，被喷射到废气引导装置中的被添加的燃料，或者在燃烧器中的燃烧之后并且在为了后续的燃烧而将空气和燃料接收进燃烧器之前，被喷射到燃烧器中的被添加的燃料可以与被储存的NOx反应以产生氮气和氨。氨可以用于在膨胀器下游的SCR过程中。在燃烧器和膨胀器之间，可以提供高压，其可以有利于与被储存的NOx的反应。废气引导装置中的压力可以在10-25巴的范围内，从而通过膨胀器前废气处理装置提供相对低的压降。此外，在低负荷运行的贫燃期间，从反应中释放的能量也可以在膨胀器中被转换成机械能。以这种方式，NOx还原的燃料成本可以保持最低。例如，如果用于发动机系统运行的总燃料的2％是NOx还原所需的，则由于膨胀器的能量转换，燃料成本能够低于1％。由此，可以提供有效的减排过程。而且，在燃烧器和膨胀器之间可以为反应提供长的停留时间；长的停留时间使得废气处理装置能够包括具有小体积的催化剂，从而降低系统的空间需求。应当注意的是，在系统被布置成向燃烧器中提供燃料喷射的情况下，系统优选地被布置成在燃烧器中的燃烧之后并且在为了紧接的后续的燃烧而将空气和燃料接收进燃烧器之前，提供燃料喷射，即在燃烧器中没有任何中间燃烧。优选地，系统被布置成使得燃烧器接收的、待与所接收的空气一起燃烧的燃料，与被喷射到废气引导装置中的燃料和/或在燃烧器中的燃烧之后并且在为了后续的燃烧而将空气和燃料接收进燃烧器之前被喷射到燃烧器中的燃料是相同的类型。这将使得能够保持发动机系统的燃料系统相对简单。然而，在一些实施例中，被喷射到废气引导装置中的燃料和/或在燃烧器中的燃烧之后并且在为了后续的燃烧而将空气和燃料接收进燃烧器之前被喷射到燃烧器中的燃料可以是与燃烧器接收的、待与所接收的空气一起燃烧的燃料不同的类型。可以使燃料类型的这种差异提供非常适合燃烧器中的燃烧和膨胀器前废气处理装置中的燃烧的不同要求的燃料。应当理解的是，燃烧器可以包括汽缸和活塞，活塞被布置成在汽缸中往复运动，活塞连接到发动机系统的曲轴。活塞可以被布置成通过连接杆驱动曲轴。空气引导装置可以被布置成将空气引导到燃烧器。燃烧器可以被布置成将空气压缩，空气引导装置被布置成将空气从压缩机引导到燃烧器。空气引导装置可以包含缓冲罐。压缩机可以是活塞式压缩机。压缩机可以被布置成由曲轴驱动。压缩机的压缩比可以是任何合适的大小，例如，大约1:10。燃烧器可以以任何合适的大小(例如约1:10)的压缩比将空气进一步压缩。还应当理解的是，由燃烧器接收的待与空气一起燃烧的燃料可以由主燃料喷射器提供，主燃料喷射器被布置成向燃烧器中提供燃料喷射。在一些实施例中，主燃料喷射器可以被布置成向空气引导装置中提供燃料喷射，即燃烧器的上游。膨胀器被布置成以被提取的能量驱动曲轴。废气引导装置可以将来自燃烧器的废气引导到膨胀器的进气口。膨胀器被布置成使来自燃烧器的废气膨胀，并且从膨胀的废气中提取能量。膨胀器活塞可以仅通过连接杆被连接到曲轴。在一些实施例中，膨胀器可以被布置成通过另一个曲轴驱动曲轴。因此，膨胀器活塞可以被布置成通过连接杆驱动另一个曲轴，由此两个曲轴通过合适的驱动装置连接，例如皮带、链条、齿轮组等。膨胀器前废气处理装置可以包括：三元催化转化器；和/或氮氧化物(NOx)储存型催化转化器，例如Pt-Rh-Ba-Ce催化剂。如所建议的，在膨胀器前废气处理装置是NOx储存型的情况下，NOx可以被吸收，并且添加的燃料中的碳氢化合物(HC)可以间歇地还原NOx。添加的HC喷射能够足够多以使废气变为净还原或者在较高温度下净氧化。还如所建议的，添加的燃料可以具有两种功能：在贫燃期间进行能量有效的NOx还原，例如低负荷运行期间；和增加机械能，例如，在高负荷运行期间。在贫燃中的NOx还原期间添加的HC能量供应可以通过膨胀器前废气处理装置的热质量而被平均。如下面举例说明的，当在系统上需要相对高的负荷时，添加的HC喷射可能变得更频繁，例如，以变得与连续的HC供应相似，并且向膨胀器前废气处理装置提供化学计量气体。膨胀器前废气处理装置可以包括微粒过滤器。微粒过滤器可以被定位于三元催化转化器的下游，例如与三元催化转化器相邻。因此，可以向膨胀器前废气处理装置提供额外的烟灰去除功能。废气引导装置优选地包括废气缓冲容器，膨胀器前废气处理装置被定位于废气缓冲容器内。在膨胀器的上游，这种废气缓冲容器可以提供高压罐的功能，以允许足够的空间以使添加的燃料与来自燃烧器的废气充分混合。优选地，该系统包括燃烧后燃料喷射器，该燃烧后燃料喷射器被设置成向废气引导装置中提供燃料喷射。在膨胀器前废气处理装置被定位于废气引导装置中的情况下，燃烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内燃机系统(1)，包括：‑燃烧器(3)，所述燃烧器(3)被布置成重复地接收空气和燃料、燃烧所接收的空气和燃料、并使得燃烧后的空气和燃料膨胀，‑膨胀器(6)，所述膨胀器(6)包括气缸(602)和活塞(601)，所述活塞(601)被设置成在所述气缸(602)中进行往复运动，所述活塞(601)被连接到所述发动机系统(1)的曲轴(2)，和‑废气引导装置(9)，所述废气引导装置(9)被布置成将废气从所述燃烧器(3)引导到所述膨胀器(6)，‑其特征在于，所述系统被布置成向所述废气引导装置(9)中提供燃料喷射，和/或被布置成在所述燃烧器(3)中的燃烧之后并且在为了后续燃烧而所述燃烧器(3)中接收空气和燃料之前向所述燃烧器(3)中提所述供燃料喷射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种内燃机系统(1)，包括：-燃烧器(3)，所述燃烧器(3)被布置成重复地接收空气和燃料、燃烧所接收的空气和燃料、并使得燃烧后的空气和燃料膨胀，-膨胀器(6)，所述膨胀器(6)包括气缸(602)和活塞(601)，所述活塞(601)被设置成在所述气缸(602)中进行往复运动，所述活塞(601)被连接到所述发动机系统(1)的曲轴(2)，和-废气引导装置(9)，所述废气引导装置(9)被布置成将废气从所述燃烧器(3)引导到所述膨胀器(6)，-其特征在于，所述系统被布置成向所述废气引导装置(9)中提供燃料喷射，和/或被布置成在所述燃烧器(3)中的燃烧之后并且在为了后续燃烧而所述燃烧器(3)中接收空气和燃料之前向所述燃烧器(3)中提所述供燃料喷射。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，膨胀器前废气处理装置(7、8)位于所述废气引导装置(9)中，所述膨胀器前废气处理装置(7、8)被布置成为来自所述燃烧器(3)的废气提供废气处理过程。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述膨胀器前废气处理装置(7、8)包括三元催化转化器(7)。4.根据权利要求2至3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述膨胀器前废气处理装置(7、8)包括氮氧化物(NOx)储存型的催化转化器(7)。5.根据权利要求2至4中的任一项所述的系统，其特征在于，所述膨胀器前废气处理装置(7、8)包括微粒过滤器(8)。6.根据权利要求2至5中的任一项所述的系统，其特征在于，所述废气引导装置(9)包括废气缓冲容器(91)，所述膨胀器前废气处理装置(7、8)位于所述废气缓冲容器(91)中。7.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括燃烧后燃料喷射器(307)，所述燃烧后燃料喷射器(307)被设置成向所述废气引导装置(9)中提供所述燃料喷射。8.根据权利要求7和根据权利要求2至6中的任一项所述的系统，其特征在于，所述燃烧后燃料喷射器(307)被布置成将所述燃料至少部分地直接喷射到所述膨胀器前废气处理装置(7、8)上。9.根据权利要求7至8中的任一项所述的系统，其特征在于，所述燃烧器(3)包括排气阀(304)，用于控制来自所述燃烧器(3)的废气的排放，所述燃烧后燃料喷射器(307)被布置成将至少一部分所述燃料喷射到所述排气阀(304)上。10.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括燃烧后燃料喷射器(307)，所述燃烧后燃料喷射器(307)被布置成在所述燃烧器(3)中的燃烧之后并且在为了后续燃烧而在所述燃烧器(3)中接收空气和燃料之前向所述燃烧器(3)中提供所述燃料喷射。11.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统(1)包括主燃料喷射器(305)，所述主燃料喷射器(305)被布置成将所述待燃烧的燃料与所接收的空气喷射到所述燃烧器(3)中，所述主燃料喷射器(305)还被布置成在所述燃烧器(3)中的燃烧之后并且为了后续燃烧而在所述燃烧器(3)中接收空气和燃料之前向所述燃烧器(3)中提供所述燃料喷射。12.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述燃烧器(3)包括排气阀(304)，所述排气阀(304)用于控制来自所述燃烧器(3)的所述废气的排放，所述系统被布置成：使得向所述废气引导装置(9)中提供所述燃料喷射，或者在所述燃烧器(3)中的燃烧之后并且为了后续燃烧而在所述燃烧器(3)中接收空气和燃料之前的向所述燃烧器(3)中提供所述燃料喷射，并且具有与所述排气阀(304)的致动正时相关联的正时。13.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述废气引导装置具有惰性的内表面。14.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括膨胀器后废气处理装置(11)，所述膨胀器后废气处理装置(11)被布置成接收来自所述膨胀器(6)的废气，并对所接收的废气提供废气处理过程。15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述膨胀器后废气处理装置(11)为选择性催化还原(SCR)催化剂。16.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述膨胀器(6)的膨胀比例为所述燃烧器(3)和所述膨胀器(6)的组合的总膨胀比例的至少30％。17.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述膨胀器(6)的膨胀比例大于所述燃烧器(3)的膨胀比例。18.根据上述权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述系统(1)包括多个燃烧器(3)以及多个燃烧后燃料喷射器(307)，每个所述燃烧后燃料喷射器(307)都被布置成在相应的燃烧器(3)下游喷射燃料。19.一种具有根据上述权利要求中的任一项所述的内燃机系统的车辆。20.一种控制内燃机系统(1)的方法，所述内燃机系统包括：燃烧器(3)；膨胀器(6)，所述膨胀器(6)包括汽缸(602)和活塞(601)，所述活塞(601)被布置成在所述汽缸中进行往复运动，所述活塞(601)被连接到所述发动机系统(1)的曲轴(2)；以及废气引导装置(9)，所述废气引导装置(9)被布置成将废气从所述燃烧器(3)引导到所述膨胀器(6)，所述方法包括：-将空气引入到所...

【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，斯塔凡·隆格伦，恩胡特·拉姆，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE