燃烧发动机装置和方法与流程

本发明涉及一种燃烧发动机装置，该燃烧发动机装置包括燃烧发动机并且包括涡轮增压进气系统和排气再循环系统。本发明还涉及一种用于控制这种燃烧发动机装置的方法。本发明可应用于重型车辆，诸如卡车、公共汽车和施工设备以及轻型车辆，诸如乘用车。尽管将关于卡车描述本发明，但是本发明不限于这种特定车辆，而是也可用于诸如乘用车的其他车辆。

背景技术：

1、随着车辆(诸如重型车辆中)的新型燃烧发动机装置的发展，希望使用氢气作为燃料，或者作为纯氢燃烧发动机的唯一燃料，或者作为双燃料发动机中的燃料中的一者。

2、然而，由于氢气的点火能量较低，因此使用氢气作为燃料的燃烧发动机可能出现诸如回火、提前点火、爆震的异常燃烧。这对于火花点火内燃发动机来说尤其如此。

3、为了减少爆震，可通过排气再循环(egr)来实现稀释可燃燃料混合物。然而，高度稀释的燃料混合物可能会限制燃烧发动机的潜在动力输出。

4、目前的另一个解决方案是延迟点火正时与减轻负载的组合。然而，这意味着动力输出显著下降。

5、针对上述情况，希望提供一种用于燃烧发动机装置的可以降低异常燃烧的风险(诸如降低爆震的风险)的解决方案。此外，希望提供可以降低氢发动机(即，适于全部或部分使用氢作为燃料的发动机)中发生异常燃烧的风险(诸如降低爆震的风险)的这种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述一个或多个需求提供一种替代方案或改进方案。

2、根据本发明的第一方面，该目的中的至少一者是通过根据权利要求1所述的燃烧发动机装置来实现的。

3、因此，提供了一种燃烧发动机装置，该燃烧发动机装置包括燃烧发动机，该燃烧发动机具有进气歧管和排气歧管。该燃烧发动机装置包括流体地连接到所述进气歧管的涡轮增压进气系统，该涡轮增压进气系统包括空气泵。该燃烧发动机装置还包括将所述排气歧管流体地连接到所述进气歧管的排气再循环(egr)系统，该egr系统包括egr泵。

4、此外，该egr泵和该空气泵被布置成是独立可控的以便使得能够独立控制到该燃烧发动机的进气歧管的排气流入和空气流入。

5、因而，提供了一种燃烧发动机装置，该燃烧发动机装置具有通向燃烧发动机的进气歧管的涡轮增压空气进气系统，以及使得能够将来自燃烧发动机的排气歧管的排气再循环到进气歧管的egr系统。

6、此外，为了控制空气和排气的摄入，该进气系统包括空气泵，并且该排气再循环系统包括egr泵。

7、该egr泵和该空气泵被布置成是独立可控的以便使得能够独立控制到该燃烧发动机的进气歧管的排气流入和空气流入。

8、通过将egr泵和空气泵布置成独立可控的，使得能够精确控制进入燃烧发动机的空气摄入和排气摄入。因而，可以更准确地控制诸如燃烧发动机的气缸中的质量、温度、压力和气体成分的参数，从而增加避免诸如爆震的异常燃烧的可能性。

9、随着避免诸如爆震的异常燃烧的可能性增加，上述提出的燃烧发动机装置可以适于使用氢气作为燃料。

10、此外，提供egr泵可以降低燃烧发动机的背压，即，燃烧发动机气缸的背压，这可以改进气缸膨胀并且因此有助于提高发动机效率。

11、通过完全独立地控制排气再循环和空气流量可变性，可以实现流入进气歧管的最佳空气/排气含量，即，燃烧室中的空气/燃料和水分。

12、因而，通过提供独立可控的空气泵和egr泵，可以实现对燃烧发动机系统的所有操作点处的空气质量流量和排气质量流量的快速、准确的控制。此外，还可以扩展燃烧发动机系统的动力潜力并且提高效率和稳健性。此外，尤其是在瞬态操作中，可以改进nox排放控制，这进而可以允许进一步改进排气后处理，诸如排气后处理系统(eats)的尺寸设置和/或控制。

13、egr泵和/或空气泵可以被布置成进行速度控制，即，该泵或多个泵可以被布置成通过控制泵的每分钟转数(rpm)来进行控制。

14、任选地，所述egr泵是排量泵。任选地，该空气泵是排量泵。例如，egr泵和空气泵两者可以都是排量泵。

15、本文中的排量泵是指没有内部压缩的排量式泵。排量泵可以适合于实现对空气流入和/或排气流入的期望准确控制。

16、此外，在排量泵中，关闭的容积提供流通过泵，这意味着不允许流向后流过泵。因而，当燃烧发动机发生回火时，排量泵充当阻火器。

17、任选地，燃烧发动机是火花点火燃烧发动机，诸如火花点火氢燃烧发动机。

18、替代地，所述燃烧发动机是压缩点火燃烧发动机，诸如其中一种燃料为氢气的双燃料压缩点火燃烧发动机。

19、任选地，该燃烧发动机是进气道喷射发动机。对于进气道喷射发动机，上文提到的泵阻碍回火的优点可能特别有益。因而，在燃烧发动机的入口处发生回火的情况下可供燃烧的体积可能会减少。

20、替代地，所述燃烧发动机是直喷发动机。对于直喷发动机，尤其是在高负载条件下，准确的控制可能特别有益于在燃料喷射开始之后(诸如在氢气喷射开始之后)控制进气门关闭。

21、任选地，所述egr泵和/或所述空气泵位于进气歧管的紧邻上游。

22、“紧邻”上游是指在相应的泵与进气歧管之间没有布置其他部件。管道当然可以被布置成确保相应泵与进气歧管之间的流体流动。然而，可以优选地这种管道保持尽可能短。这有益于发动机系统在控制空气泵和egr泵时的响应性。此外，在燃烧发动机的入口处发生回火的情况下可供燃烧的体积可能会减少。

23、任选地，egr泵和/或空气泵被布置成是电驱动的。因而，可以通过对电驱动泵进行电气控制来获得对泵的快速且准确的控制，诸如对泵的转速的控制。

24、然而，替代地，egr泵和/或空气泵可以被布置成是机械地驱动的。在另一个替代方案中，egr泵和/或空气泵可以被布置成是液压驱动的。

25、任选地，所述egr系统包括绕过egr泵的旁通路径。该旁通路径可以包括旁通阀。因而，旁通阀可以被布置成是可控的，以便使得能够通过控制egr泵与旁通阀的组合来控制排气摄入。

26、任选地，该egr系统包括egr阀，该egr阀被布置成用于控制排气从排气歧管到egr系统的摄入。

27、因此，旁通路径和/或egr阀可以与egr泵组合控制，以控制从排气歧管再循环到进气歧管的排气的量。

28、在第二方面，本发明涉及一种用于控制根据第一方面的燃烧发动机装置的方法。因而，提供了一种根据权利要求11所述的方法。

29、因此，提供了一种包括独立地控制所述egr泵和所述空气泵以便独立地控制到该燃烧发动机的进气歧管的排气流入和空气流入的方法。

30、任选地，该方法包括确定该发动机的低空气需求条件，并且在所述低空气需求条件的持续时间内，在回收能量的同时对所述空气泵进行节流。因此，可以从涡轮增压器的增压压力流中回收能量。

31、因而，在低空气需求条件下，可以使用空气泵来回收能量。回收的能量可以被储存在例如电池中。

32、任选地，该方法包括确定该发动机的低egr需求条件，并且在所述低egr需求条件的持续时间内，在从所述egr泵中回收能量的同时对所述egr泵进行节流。

33、因而，在低egr需求条件下，可以使用egr泵来回收能量。回收的能量可以被储存在例如电池中。

34、在第三方面，提供了一种用于操作根据第一方面的燃烧发动机装置的控制单元，其中该控制单元被配置为执行根据第二方面的方法。

35、在第四方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据第一方面的燃烧发动机装置和/或根据第三方面的控制单元。

36、针对上文中的任一方面描述的特征和优点同样适用于其他方面。

37、本发明的进一步优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。