用于控制燃烧发动机中的喷射的方法技术

一种用于控制燃烧发动机中的喷射的方法，该方法用于控制将气态燃料(例如氢气或基于氢的气体)和基于水的流体介质喷射到燃烧发动机中。该方法包括以下步骤：在第一操作模式(10)下，以相对高的压力将气态燃料(S10a)和可选的基于水的流体介质(S10b)喷射(S10)到发动机的燃烧室中；在第二操作模式(20)下，将液体形式的水喷射(S20)到发动机中以降低燃烧室内部的温度和压力，并将气态燃料以相对低的压力喷射(S22)到燃烧室中。(S22)到燃烧室中。(S22)到燃烧室中。

【技术实现步骤摘要】
用于控制燃烧发动机中的喷射的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于控制将气态燃料(例如氢气或基于氢的气体)和基于水的流体介质喷射到燃烧发动机中的方法。本专利技术还涉及一种喷射系统、燃烧发动机和车辆。本专利技术适用于车辆，特别是重型车辆，例如卡车。然而，尽管将主要针对卡车来描述本专利技术，但该内燃发动机当然也适用于其他类型的车辆，例如轿车、工业建筑机械、轮式装载机等。

技术介绍

[0002]多年来，对内燃发动机的需求一直在稳步增长，并且也在不断开发发动机以满足来自市场的各种需求。减少废气、提高发动机效率(即降低燃料消耗)和降低发动机的噪音水平是选择车辆发动机时作为重要方面的一些标准。另外，在卡车领域，存在适用的法律指令，其例如已经确定了可允许的最大废气污染量。再进一步，降低车辆的总成本是重要的，并且由于发动机构成了总成本的较大部分，自然也降低了发动机部件的成本。
[0003]为了满足所描述的需求，多年来已经开发了常规燃烧气缸与例如预压缩阶段和/或膨胀阶段相结合的各种发动机构思。例如，US 967,828公开了一种内燃发动机，其目的是最小化执行发动机循环所需的气缸和移动零件的数量。US 967,828中的内燃发动机包括通过两个导管相互连接的高压气缸和低压气缸。配备该低压气缸以交替执行压缩机和膨胀器的功能。因此，减少了对单独的压缩机和单独的膨胀器的需求，并且可以使内燃发动机相对紧凑。
[0004]其他发动机构思涉及在燃烧发动机中使用和燃烧的燃料。例如，汽油和柴油可以更换为更环保的燃料，例如生物燃料，例如乙醇。在某些情况下，当更换燃料时，燃烧发动机需要适于以新燃料最佳地运行。近来，清洁燃烧发动机(例如接近零排放的燃烧发动机)已变得越来越令人感兴趣。例如，通过将燃料改变为氢气或基于氢的燃料，氢气与氧气的燃烧仅产生水作为副产物(理论上)。然而，通过改变燃料来实现这种清洁燃烧发动机，需要对常规内燃发动机进行更彻底的调整，以便以新燃料最佳地运行。因此，行业中需要一种改进的内燃发动机。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是至少在一定程度上减轻上述关于已知燃烧发动机讨论的缺点，并改善燃烧发动机的操作，特别是用于将物质(例如燃料)喷射到发动机中的操作。
[0006]根据本专利技术的至少第一方面，提供了一种用于控制将气态燃料(例如氢气或基于氢的气体)和基于水的流体介质喷射到燃烧发动机中的方法。该方法包括以下步骤：
[0007]‑
在第一操作模式下，以相对高的压力将气态燃料和可选的基于水的流体介质喷射到发动机的燃烧室中；
[0008]‑
在第二操作模式下，将液体形式的水喷射到发动机中以降低燃烧室内的温度和压力，并以相对低的压力将气态燃料喷射到燃烧室中。
[0009]通过降低燃烧室内的压力，即使供应气态燃料的(多个)加压箱中的燃料压力已经
降低到原本会阻止根据第一操作模式(即当以相对高的压力喷射气态燃料时)操作发动机的水平，气态燃料也可以经由燃料入口喷射到燃烧室。利用由(多个)加压箱供应的气态燃料操作燃烧发动机时的问题是：当(多个)加压箱中的压力随着该(多个)加压箱开始被耗尽而降低时，已经没有在能够实现燃烧发动机的正常运行的压力下的气态燃料可用。因此，为了利用(多个)加压箱的全部容量，即使当(多个)加压箱中的压力低于发动机的正常运行所需的水平时，本专利技术也通过降低燃烧室中的压力来提供解决方案，从而能够以相对低的压力向燃烧室供应气态燃料。因此，可以在重新添加燃料之前使用(多个)加压燃料箱中的更多燃料，和/或可以避免需要用于增加气态燃料的压力的单独的压缩机。根据至少一个示例性实施例，在第一操作模式下使用与第二操作模式下相同的燃料入口。此外，通过在第二操作模式下通过喷射液体形式的水来降低温度，可以在发动机的压缩冲程期间避免气态燃料的非期望的爆震。
[0010]应当理解，可选地在第一操作模式下喷射的基于水的流体介质可以是液体或蒸汽形式的水。根据至少一个示例实施例，所述基于水的流体介质包含至少50％的水分子，例如超过70％的水分子，例如超过90％，或超过95％，或大约100％的水分子。所述基于水的流体介质可以被称为含水的流体介质(在此，流体介质是指液相和气相，但不是固态)。应当理解，在第一操作模式下，喷射基于水的流体介质是可选的，因此可以不被执行。在这样的实施例中，在第一操作模式下，气态燃料以相对高的压力被喷射到发动机的燃烧室中，随后通过例如扩散压缩或压缩点火进行燃烧。
[0011]根据至少一个示例实施例，气态燃料由至少一个加压箱供应到燃烧室。根据至少一个示例实施例，气态燃料由至少两个加压箱供应到燃烧室，该至少两个加压箱被构造成单独地向燃烧室供应气态燃料。典型地，在第一和第二操作模式下至少部分地使用相同的加压箱。
[0012]根据至少一个示例实施例，气态燃料由至少一个加压箱供应到燃烧室，并且该方法还包括以下步骤：当加压箱中的可用燃料压力阻止以所述相对高的压力喷射气态燃料时，将发动机的操作模式从第一操作模式改变为第二操作模式。
[0013]因此，通过将发动机构造成当加压箱中的可用燃料压力不允许根据第一操作模式(即，以相对高的压力)喷射气态燃料时基于所述标准在发动机的操作模式之间进行切换或改变，实现了对来自(多个)加压箱的燃料的有效利用和发动机的增加的最佳运行。
[0014]根据至少一个示例实施例，该方法还包括监测加压箱中的燃料压力的步骤，并且其中，响应于燃料压力降低到低于阈值而进行改变发动机的操作模式的步骤。
[0015]因此，通过监测所述至少一个加压箱中的压力，发动机的操作模式可以以有效且及时的方式从第一操作模式切换到或改变到第二操作模式。此外，通过设置特定的阈值，实现了发动机的重复且可靠的操作。
[0016]根据至少一个示例实施例，在换档期间执行发动机的操作模式的改变，以平滑化发动机的操作模式的改变。在这种情况下，当发动机需要或要求操作模式的改变时，将启动换档。替代地，发动机将在接收到满足阈值的信号之后将操作模式的改变推迟到下一次换档。根据至少一个示例实施例，发动机的压缩机增压在发动机的操作模式的改变之前被降低或在改变的同时被降低。
[0017]根据至少一个示例实施例，该发动机还包括进气通路，该进气通路用于将压缩后
的空气吸入到燃烧室中，该进气通路由进气门调节，并且其中该方法还包括以下步骤：在所述第二操作模式下，在将液体形式的水喷射到发动机中之后关闭进气门。
[0018]通过在关闭进气门之前(即，在发动机的进气冲程期间)将液体形式的水喷射到发动机中，该液体可以随着其冷却发动机内部的环境而蒸发，从而也特别降低了燃烧室内的压力，而不会对燃烧室的压力增加(由于水液体蒸发)做出显著贡献。换句话说，通过在将液体形式的水喷射到发动机中之后关闭进气门，由所喷射的液态水生成的蒸汽分布在发动机内的较大区域内，因此不会引起燃烧室内的压力的显著增加，这将抵消由所喷射的液态水的冷却效应引起的压力降低。
[0019]根据至少一个示例实施例，在第二操作模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于控制将气态燃料和基于水的流体介质喷射到燃烧发动机中的方法，所述气态燃料例如是氢气或基于氢的气体，所述方法包括以下步骤：在第一操作模式(10)下，以相对高的压力将气态燃料和可选的基于水的流体介质喷射到所述发动机的燃烧室中；在第二操作模式(20)下，将液体形式的水喷射到发动机中以降低所述燃烧室内的温度和压力，并将所述气态燃料以相对低的压力喷射到所述燃烧室中。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气态燃料由至少一个加压箱供应到所述燃烧室，并且所述方法还包括以下步骤：当所述加压箱中的可用燃料压力阻止以所述相对高的压力喷射气态燃料时，将所述发动机的操作模式从所述第一操作模式改变为所述第二操作模式。3.根据权利要求2所述的方法，还包括监测所述加压箱中的燃料压力的步骤，并且其中，响应于燃料压力降低到低于阈值来进行改变所述发动机的操作模式的步骤。4.根据权利要求1
‑
3中的任一项所述的方法，其中，所述发动机还包括进气通路，所述进气通路用于将压缩后的空气吸入到所述燃烧室中，所述进气通路由进气门调节，并且其中，所述方法还包括以下步骤：在所述第二操作模式下，在将液体形式的水喷射到所述发动机中之后关闭所述进气门。5.根据权利要求1
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3中的任一项所述的方法，其中，在所述第二操作模式下将液体形式的水喷射到所述发动机中的步骤包括在所述燃烧室的上游喷射水或将水喷射到所述燃烧室中。6.根据权利要求1
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3中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：在所述第二操作模式下，通过火花塞点火来燃烧所述气态燃料。7.根据权利要求1
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3中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：在所述第一操作模式下，通过扩散燃烧或压缩点火来燃烧所述气态燃料。8.根据权利要求1
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3中的任一项所述的方法，其中，所述燃烧发动机包括具有头部的活塞，所述活塞被构造成在所述发动机的气缸内往复运动，并且其中，所述燃烧室被包括在所述气缸中，在所述活塞的所述头部上方，其中，与在所述第一操作模式下将气态燃料喷射到所述燃烧室中相比，在所述第二操作模式下将所述气态燃料喷射到所述燃烧室中的步骤更远离上止点(TDC)执行。9.一种用于具有燃烧室(314)的燃烧发动机(100、200、300)的喷射系统(420、620)，所述喷射系统包括：燃料入口(403、603a、603b)，所述燃料入口(403、603a、603b)被构造成从加压箱(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔内，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：