用于減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣中的燃料材料的裝置和方法以及用于內(nèi)燃活 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣的燃料材料的裝置，該發(fā)動機(jī)具有至少兩個氣缸(14)和至少一個渦輪增壓單元(28)，該裝置包括：排氣系統(tǒng)(24)，該排氣系統(tǒng)被布置成借助排氣閥(23)以可控的方式將發(fā)動機(jī)的每個氣缸的燃燒室經(jīng)由至少一個渦輪增壓單元的渦輪部分(28.2)與大氣連通；燃料處理單元(34)，該燃料處理單元用于對發(fā)動機(jī)的排氣中的燃料材料進(jìn)行氧化。在該裝置中存在流動路徑(32)，該流動路徑被設(shè)置成在與燃燒室相反的一側(cè)在每個氣缸的排氣閥的附近通入排氣系統(tǒng)(24)，其中燃料處理單元(34)被布置在流動路徑(32)中以接收和處理排氣中的燃料材料。本發(fā)明還涉及一種用于減少逃逸至大氣的燃料材料的方法和一種用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋(50)。
【專利說明】用于減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣中的燃料材料的裝置和方法以及用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣的燃料材料的裝置，該發(fā)動機(jī)具有至少兩個氣缸和至少一個渦輪增壓單元，該裝置包括:排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)被布置成借助排氣閥以可控的方式將發(fā)動機(jī)的每個氣缸的燃燒室經(jīng)由至少一個渦輪增壓單元的渦輪部分與大氣連通；和用于對發(fā)動機(jī)的排氣中的燃料材料進(jìn)行氧化的燃料處理單
J Li ο
[0002]本發(fā)明還涉及一種用于減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣的燃料材料的方法，該內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)具有至少兩個氣缸和至少一個渦輪增壓單元。
[0003]本發(fā)明還涉及一種用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋，該氣缸蓋包括主體部分，在該主體部分中排氣通道被布置成在其入口和其出口之間延伸，并且其中入口適于接收待被組裝于其上的排氣閥，并且在其出口的區(qū)域處，該氣缸蓋包括連接裝置，該連接裝置用于將排氣通道連接至內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]由于對高效且環(huán)保的現(xiàn)場電力生產(chǎn)設(shè)備的興趣的增加，因此由氣體供應(yīng)燃料的內(nèi)燃機(jī)以發(fā)動機(jī)作為動力的發(fā)電機(jī)組正在獲得更多的關(guān)注。氣體操作的內(nèi)燃機(jī)還在諸如液化天然氣輪(LNG-tanker)、巡航船或多用途船舶中獲得關(guān)注。
[0005]氣體操作的活塞式發(fā)動機(jī)可以通過它們的操作原理被分成幾類。
[0006]首先，氣體操作的活塞式發(fā)動機(jī)可以是氣體柴油機(jī)。在氣體柴油機(jī)中，氣體根據(jù)柴油過程以高壓進(jìn)行噴射。當(dāng)發(fā)動機(jī)以氣體模式操作時，噴射少量的液態(tài)引燃燃料。氣體柴油機(jī)可以借助引燃噴射來操作氣體，并且還操作諸如柴油、重燃油或者甚至原油的液態(tài)燃料。在氣體模式中，氣體柴油機(jī)與其他氣體發(fā)動機(jī)原理相比，在甲烷數(shù)量方面更包容。
[0007]在氣體模式中，氣體以高壓被噴射并且被來自引燃燃料噴射的火焰點(diǎn)燃。氣體柴油機(jī)可以被實(shí)時地切換至液態(tài)燃料模式操作。液態(tài)燃料可以是輕燃油、重燃油或原油。在這種情況下，該過程與傳統(tǒng)的柴油過程相同。
[0008]氣體柴油機(jī)和氣體柴油過程的相當(dāng)大的劣勢在于，:體必須被噴射至非常高的壓力中。
[0009]其次，氣體操作的活塞式發(fā)動機(jī)可以是雙燃料DF發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)設(shè)置有兩種不同的燃料供給系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動機(jī)以氣體模式操作時，引燃噴射系統(tǒng)噴射非常少量的液態(tài)燃料來點(diǎn)燃?xì)鈶B(tài)燃料。引燃系統(tǒng)通常是共軌類型，其允許噴射非常少量的引燃燃料。氣態(tài)燃料在其被弓I到燃燒室之前繼而允許引向進(jìn)氣。
[0010]這使得可以滿足非常嚴(yán)格的排放規(guī)定的要求，而如果使用通常的噴射系統(tǒng)的話這將是不可能的。當(dāng)發(fā)動機(jī)以液態(tài)燃料運(yùn)行來執(zhí)行柴油過程時，使用傳統(tǒng)的燃料噴射系統(tǒng)。燃料的靈活性和高效性是雙燃料技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)。
[0011 ]當(dāng)以氣體操作時，雙燃料發(fā)動機(jī)還利用“稀薄燃燒”奧托燃燒過程。在氣體供應(yīng)中斷的情況下，發(fā)動機(jī)可以從氣體操作轉(zhuǎn)換至燃料油操作。在燃料油操作過程中，DF發(fā)動機(jī)利用傳統(tǒng)的柴油過程。
[0012]第三，發(fā)動機(jī)可以是外部點(diǎn)燃的氣體發(fā)動機(jī)，其根據(jù)奧托過程和“稀薄燃燒”原理進(jìn)行工作。當(dāng)過量的空氣隨著燃料被引入發(fā)動機(jī)中時，該燃燒被認(rèn)為是稀燃。在將混合物供入燃燒室中之前通過將氣體加入到燃燒空氣中來引入氣體。
[0013]氣體操作的發(fā)動機(jī)，特別是外部點(diǎn)燃的氣體發(fā)動機(jī)和雙燃料發(fā)動機(jī)具有關(guān)于甲烷逃逸，即被意外釋放至大氣中的缺點(diǎn)。甲烷逃逸可以通過優(yōu)化燃燒過程而被一定程度地減少，而大部分的逃逸源自氣缸中的死區(qū)容積(在該死區(qū)容積處無燃燒發(fā)生)中的空氣/氣體混合物中的甲烷。一個示例是在活塞和活塞環(huán)上方的襯套之間的體積。
[0014]在W02011002353A1中，示出了一種操作柴油式雙燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的方法，目的在于改善在燃燒的最后階段過程中對燃料的氧化。該發(fā)動機(jī)包括:至少部分地由活塞定界的燃燒室；用于第一燃料的第一燃料供應(yīng)裝置，所述第一燃料供應(yīng)裝置位于燃燒室中或燃燒室處和/或位于燃燒室的入口端口中或入口端口處；以及用于第二燃料的第二燃料供應(yīng)裝置，并且該方法包括下列步驟:在所述燃燒室中和/或所述入口端口中對所述第一燃料進(jìn)行預(yù)混合；將包含第一燃料的裝載物壓縮至允許第二燃料自動點(diǎn)燃的條件；執(zhí)行第二燃料至所述燃燒室中的首次噴射，以便引發(fā)所述第二燃料的自動點(diǎn)燃，用于點(diǎn)燃所述第一燃料，由此引發(fā)用于第一燃料的預(yù)混合的火焰?zhèn)鞑ト紵臈l件。該方法還包括執(zhí)行至少一個后續(xù)噴射的步驟，所述后續(xù)噴射將附加的動能供應(yīng)到燃燒過程中，以由此增強(qiáng)所述火焰的湍流強(qiáng)度和傳播速度和/或增強(qiáng)燃燒室中的最后混合，從而改善在剩余的燃料的燃燒過程中最后的氧化。
[0015]未燃燒的甲烷還可以在例如氧化催化器中被氧化，但是所需的溫度相當(dāng)高，在700°C至800°C的范圍內(nèi)，這可以在排氣剛剛離開燃燒室之后實(shí)現(xiàn)。成功地催化氧化甲烷逃逸的另一個挑戰(zhàn)在于排氣中的甲烷的低濃度。
[0016]本發(fā)明的目的在于提供一種用于減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣的燃料材料的裝置，其比現(xiàn)有技術(shù)的裝置操作更有效。
[0017]本發(fā)明的又一目的在于提供一種用于減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣的燃料材料的方法。
[0018]本發(fā)明的又另一目的在于提供一種用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋，該氣缸蓋便于對可能未燃燒的燃料材料進(jìn)行有效的處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明的目的通過以下裝置基本上得以滿足:該裝置用于減少在內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中逃逸至大氣的燃料材料，該發(fā)動機(jī)具有至少兩個氣缸和至少一個渦輪增壓單元，該裝置包括:排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)被布置成借助排氣閥以可控的方式將發(fā)動機(jī)的每個氣缸的燃燒室經(jīng)由至少一個渦輪增壓單元的渦輪部分與大氣連通；和燃料處理單元，該燃料處理單元用于對發(fā)動機(jī)的排氣中的燃料材料進(jìn)行氧化。本發(fā)明的特征在于:流動路徑被設(shè)置成在與燃燒室相反的一側(cè)在每個氣缸的排氣閥的附近通入排氣系統(tǒng)，并且燃料處理單元被布置到流動路徑中以接收和處理排氣中的燃料材料。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，流動路徑從燃料處理單元的下游側(cè)與排氣系統(tǒng)相連。[0021]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，燃料處理單元是氧化催化器。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，流動路徑包括被布置到發(fā)動機(jī)的氣缸蓋的通路，該通路具有至少一個入口，該入口在排氣閥的附近開在氣缸蓋的壁中。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，每個入口均包括這樣的面區(qū)域，該面區(qū)域限定與氣缸蓋中的排氣通道的表面平行地布置的平面。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，流動路徑通向渦輪部分的下游側(cè)。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，泵送裝置被布置在形成流動路徑的一部分的管道中，并且該管道通向渦輪部分的上游側(cè)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，催化單元設(shè)置有旁通管道。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，流動路徑設(shè)置有閥，并且管道被布置成作為渦輪增壓單元的廢氣閘門進(jìn)行操作。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，管道設(shè)置有閥，并且該管道被布置成作為渦輪增壓單元的廢氣閘門操作。
[0029]本發(fā)明的目的基本上還通過減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣的燃料材料的方法來滿足，該內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)具有至少兩個氣缸和至少一個渦輪增壓單元，該方法包括以下步驟:通過在形成于所述發(fā)動機(jī)的所述氣缸中的燃燒室中燃燒燃料來操作所述發(fā)動機(jī)；借助排氣閥以可控的方式從所述發(fā)動機(jī)的每個氣缸的燃燒室經(jīng)由所述至少一個渦輪增壓單元的渦輪部分排出燃燒氣體；將來自燃燒氣體流的一部分排氣布置成流過以下流動路徑，該流動路徑在與所述燃燒室相反的一側(cè)在每個氣缸的所述排氣閥的附近開口 ；以及借助布置到所述流動路徑的處理單元來處理被布置成流過所述流動路徑的那一部分排氣中的燃料材料。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，借助所述氣缸的所述排氣閥的位置來控制來自每個氣缸的在所述流動路徑中的那一部分排氣的流動，使得當(dāng)所述排氣閥打開時，所述管道的入口附近的排氣的靜壓力降低，因此減少了流入所述流動路徑中的排氣，并且當(dāng)所述排氣閥關(guān)閉時，所述管道的所述入口附近的排氣的靜壓力增加，因此增加了流入所述流動路徑中的排氣。
[0031 ] 本發(fā)明的目的基本上還通過一種用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋來滿足，該氣缸蓋包括主體部分，在該主體部分中排氣通道被布置成在其入口和出口之間延伸，并且其中所述排氣通道的入口適于接收待被組裝于其上的排氣閥，并且在其出口的一個區(qū)域處，氣缸蓋包括連接裝置，該連接裝置用于將排氣通道連接至內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)。本發(fā)明的特征在于，氣缸蓋設(shè)置有具有入口和出口的通路，通路的入口在排氣通道的入口和出口之間通入排氣通道，用于獨(dú)立地收集并處理一部分廢氣。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通路的入口被布置成在與排氣通道的出口相比更靠近排氣通道的入口的縱向位置處通入排氣通道。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，管道的入口包括一個以上的開口。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，這些開口在氣缸蓋的排氣通道中均位于相同的縱向位置處。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述入口包括面區(qū)域，該面區(qū)域限定被布置成與排氣通道的表面成角度的平面。入口的橫截面積和形式是互相關(guān)聯(lián)的并且被選擇成使得它們一起形成類似于噴射器的效果。因此，當(dāng)氣缸的排氣閥打開時，流入管道中的排氣減少為很微小，并且當(dāng)排氣閥關(guān)閉時，流入管道中的排氣增加以提供在部分排氣中剩余的未燃燒的燃料材料的所期望的流動，以便通過布置到管道上的催化單元來氧化未燃燒的燃料材料。
[0036]可以通過簡單的試驗(yàn)來為所使用的發(fā)動機(jī)構(gòu)造限定合適的角度，即排氣通道和排氣閥的機(jī)械布局和尺寸，以及與排出燃燒氣體有關(guān)的流體力學(xué)。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，管道的橫截面積或者在存在多個管道的情況下總橫截面積是排氣通道在管道的入口的位置處的橫截面積的1% _25%。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，總橫截面積是排氣通道在管道的入口的位置處的橫截面積的3% -15%。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的又另一實(shí)施方式，總的橫截面積是排氣通道在管道的入口的位置處的橫截面積的5% -10%。
[0040]本發(fā)明具有一些優(yōu)點(diǎn)，其中一些優(yōu)點(diǎn)如下所述:
[0041]-更高的甲烷濃度提高了氧化催化器中的溫度，并且還改善了減少程度。
[0042]-氧化催化器將會更小并且由此需要更少的空間。
[0043]-氧化催化器可以離開發(fā)動機(jī)來放置。
[0044]-氧化催化器可以容易地形成旁路。
[0045]-如果增強(qiáng)氧化，則與針對整個排氣流相比可以以可行的方式來布置后期的燃燒?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0046]下面，將參照附帶的示例性的示意圖來描述本發(fā)明，其中
[0047]-圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)；
[0048]-圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)；
[0049]-圖3示出了用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋；
[0050]-圖4示出了用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋的操作；
[0051]-圖5示出了用于根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋；
[0052]-圖6示出了用于根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋；
[0053]-圖7示出了用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋中的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置；
[0054]-圖8示出了用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋中的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置，以及
[0055]-圖9示出了用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋中的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0056]圖1示意性地描述了內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)10，該內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)在下文中被簡稱為發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)包括主體12或者本體,如此已知的發(fā)動機(jī)的各種部件已經(jīng)被組裝或者被構(gòu)建在該主體或者本體中。該發(fā)動機(jī)設(shè)置有至少兩個氣缸14，這些氣缸可以被布置成例如V構(gòu)型或者如圖1的情況一樣被布置成直列式發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)還設(shè)置有用于減少逃逸至大氣的燃料材料的裝置。[0057]該發(fā)動機(jī)設(shè)置有進(jìn)氣系統(tǒng)16，該進(jìn)氣系統(tǒng)具有燃燒空氣接收器18，該燃燒空氣接收器經(jīng)由通道20和入口閥22與氣缸相連。該發(fā)動機(jī)還設(shè)置有排氣系統(tǒng)24，該排氣系統(tǒng)具有排氣歧管26，該排氣歧管經(jīng)由管道21和排氣閥23與氣缸相連。應(yīng)該注意的是，每個氣缸中的入口閥和排氣閥的數(shù)量可以多于I個。入口側(cè)通道20和排氣側(cè)通道21以及閥被布置于氣缸蓋(未在圖1中示出)。還存在被布置成與發(fā)動機(jī)10相連的渦輪增壓單元28。發(fā)動機(jī)的每個氣缸14的燃燒室通過排氣閥23經(jīng)由排氣系統(tǒng)24中的渦輪增壓單元28的渦輪部分28.2以可控的方式連通至大氣。
[0058]現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在發(fā)動機(jī)中，尤其是在氣體發(fā)動機(jī)中，燃料被預(yù)混合至燃燒空氣，大多數(shù)的未燃燒的燃料材料，即在與氣態(tài)燃料一起進(jìn)行操作的逃逸到發(fā)動機(jī)中的甲烷集中于一部分排氣中，該一部分排氣在當(dāng)排氣閥打開并且排氣離開氣缸14中的燃燒室時的排氣沖程過程中最后離開氣缸。因此，發(fā)動機(jī)設(shè)置有流動路徑32，通過該流動路徑，所提到的那一部分排氣可以獨(dú)立于排氣的主流被收集并處理。該流動路徑包括管道，借助該管道提供了從排氣閥附近的排氣系統(tǒng)24經(jīng)由燃料處理單元34至排氣系統(tǒng)的流動連通。在本說明書的一些情況下，流動路徑也通過附圖標(biāo)記32來代表。管道32至少部分地平行于排氣系統(tǒng)24和排氣歧管26。附加地，流動路徑和管道可以被整合到發(fā)動機(jī)10的部件中。
[0059]管道設(shè)置有入口 32’，該入口在與燃燒室相反的一側(cè)處通到每個氣缸的排氣閥23附近的空間中，即，入口 32’通到氣缸蓋中的通道21(圖3至圖8)。在圖1的實(shí)施方式中，管道32被布置成在渦輪部分28.2的下游側(cè)經(jīng)由出口 36接合排氣系統(tǒng)。為了提供對較高濃度的未燃燒燃料材料的處理，管道在其入口 32’和出口 36之間設(shè)置有處理單元34。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，處理單元34包括氧化催化單元。
[0060]有利的是，發(fā)動機(jī)設(shè)置有布置到管道32的廢氣閘門30，借助該廢氣閘門可以在發(fā)動機(jī)的氣體操作中控制空氣系數(shù)。廢氣閘門30使部分排氣繞過排氣渦輪機(jī)，以便控制壓縮機(jī)部分28.1的操作，從而使得期望量的壓縮空氣被引入發(fā)動機(jī)中。根據(jù)例如壓縮機(jī)上游的高度和入口空氣溫度，廢氣閘門流通常在整個排氣流的5%至15%的范圍內(nèi)。
[0061]根據(jù)本發(fā)明，被引入處理單元中的部分排氣在每個氣缸的排氣閥的后方的位置處被從排氣的主流中獨(dú)立出來。
[0062]當(dāng)發(fā)動機(jī)操作時，逃逸至大氣的燃料材料減少，從而來自燃燒氣體流的一部分排氣被布置成流經(jīng)管道32，而流至處理單元，在處理單元中，未燃燒的燃料被氧化。由于入口32’在與燃燒室相反的一側(cè)處位于每個氣缸的排氣閥的附近，因此通過排氣閥23的位置來控制或統(tǒng)治排氣，使得排氣從每個氣缸流入管道32中。以上實(shí)現(xiàn)為使得當(dāng)氣缸蓋的排氣閥打開時，排氣的靜壓力降低，而由于從根本上提高的排氣速率，而使得管道的入口 32’附近的動壓力增加。靜壓力的降低補(bǔ)償了排氣系統(tǒng)24中的渦輪部分28.2上的壓差。因此，減少或者停止排氣到管道32中的流動。這種現(xiàn)象也受到入口 32’的形狀和相對于排氣的流動方向的取向的影響。
[0063]當(dāng)排氣閥關(guān)閉時，在管道的入口附近排氣的靜壓力增加，由此增加排氣到管道中的流動?，F(xiàn)在來自燃燒氣體的流的一部分排氣流經(jīng)管道32，并且這部分排氣中剩余的燃料材料通過管道32中的氧化單元34被氧化。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，燃料氧化單元包括氧
化催化器。
[0064]在圖2中，示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方式。除了管道32被布置成在渦輪部分28.2的上游側(cè)經(jīng)由出口 36接合排氣系統(tǒng)，從而形成流動路徑之外，其在其他方面與圖1是相對應(yīng)的。經(jīng)過燃料處理單元的適當(dāng)?shù)臍怏w流可以通過諸如壓縮機(jī)的獨(dú)立的泵送裝置37來保持，該壓縮機(jī)使得氣體流返回到渦輪增壓器的渦輪部分28.2的高壓側(cè)。在該實(shí)施方式中，可以非常有效地控制處理單元中的氧化情況，從而控制最佳部分的排氣穿過該單元。根據(jù)發(fā)動機(jī)的實(shí)施方式，泵送裝置設(shè)置有用于準(zhǔn)確控制的速度控制系統(tǒng)。該泵送裝置可以通過排氣潤輪機(jī)(未不出)來操作。
[0065]在一實(shí)施方式中，其中處理單元是氧化催化單元，其中可以通過在操作過程中在催化器的上游噴射燃燒氣體來執(zhí)行催化器的再生，并且所生成的熱量可以被渦輪部分28.2有效利用。
[0066]而且在干擾情況下，例如在氧化單元發(fā)生損壞的風(fēng)險下，泵送裝置甚至可能會停止工作。附加地，可以省略氧化單元上的旁路。廢氣閘門30可以正常定位，S卩，繞過渦輪機(jī)。
[0067]在圖3中，不出了用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋50。該氣缸蓋包括主體部分52,在該主體部分中，排氣通道21被布置成在其入口 21’和其出口 21”之間延伸，并且其中所述排氣通道的入口適于接收待被組裝于其上的排氣閥23。并且，在出口的區(qū)域處，該氣缸蓋包括連接裝置，諸如凸緣，用于將排氣通道連接至內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)。氣缸蓋50設(shè)置有通路31，該通路具有入口 32’和出口 32”。該通路的入口在排氣通道21的入口和出口之間通入該排氣通道21中，用于收集并處理一部分排氣。該通路被連接至管道32，從而提供從排氣閥的附近至燃料處理單元34的流動路徑。
[0068]圖3示出了當(dāng)排氣閥23關(guān)閉時裝置的操作。在渦輪部分28.2的上游在排氣系統(tǒng)24中占主導(dǎo)的壓力也影響排氣通道21。由于管道32與渦輪部分的下游側(cè)相連(當(dāng)氣缸蓋安裝到發(fā)動機(jī)時)，因此在通路31和渦輪部分的下游側(cè)之間存在壓差。這樣，包含可能未燃燒的燃料的排氣由管道32收集并且被引導(dǎo)至也布置到管道的諸如氧化催化器34的燃料處
理單元。
[0069]為了如所希望的那樣來設(shè)定管道的操作，入口包括限定一平面的面區(qū)域，該平面被布置成與排氣通道21的表面成角度α。橫截面積和角度互相關(guān)聯(lián)并被選擇成使得當(dāng)氣缸的排氣閥打開時，流入管道中的排氣減少為很微少，并且當(dāng)排氣閥門被關(guān)閉時，流入管道中的排氣增加以提供部分排氣中剩余的未燃燒的燃料材料的所期望的流動，以便通過布置到管道的催化單元來氧化該未燃燒的燃料材料。
[0070]圖4中示出了當(dāng)排氣閥23打開時的裝置的操作。通過布置管道與排氣通道21的連接所用的角度，由穿過入口 32’的高氣體速率引起的通道21中的抽吸將補(bǔ)償渦輪部分
28.2上的壓差。以這種方式，在排氣閥打開時管道32中的流動可以被較低地保持或者甚至停止。如果閥門大約80%的時間是關(guān)閉的，則氣缸中存在的氣體可以被有效地獨(dú)立收集到廢氣閘門通道中。
[0071]當(dāng)發(fā)動機(jī)被安裝或者分離發(fā)動機(jī)時，氧化催化器34可以被放置在廢氣閘門30的上游，或者被放置在廢氣閘門的下游。氧化催化器上的可控旁路38 (圖1)還可以容易地利用這種方案來布置。除了管道34中的氧化催化器34之外，排氣系統(tǒng)24還可以設(shè)置有其自身的催化系統(tǒng)。
[0072]如在圖5的實(shí)施方式中所示，管道的入口 32’包括一個以上的開口。這些開口被布置到環(huán)形元件56的具有環(huán)形凹槽58的邊緣，這些開口相對環(huán)形凹槽被布置成在環(huán)形元件的背面處開口。該環(huán)形凹槽繼而與管道32相連。因此環(huán)形元件形成管道32的延伸部。這些開口均位于相同的縱向位置處。在這種情況下，橫截面積是這些開口的總的橫截面積。這些開口設(shè)置有傾斜的凹部以提供類似于噴射器的效果。
[0073]在圖6的實(shí)施方式中，管道的入口 32’包括一個狹槽狀的開口，在該開口中，一些管道被布置成是打開的。該狹槽布置在環(huán)形元件56的邊緣處。該狹槽提供類似于噴射器的效果。因此在該實(shí)施方式中，環(huán)形元件也形成管道32的延伸部。
[0074]參照圖7以更詳細(xì)的方式對在入口 32’附近的本發(fā)明的另一實(shí)施方式的操作進(jìn)行描述，圖7示意性地示出了用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋50。該氣缸蓋包括主體部分52，輔助設(shè)備被布置在該主體部分中。特別是主體部分52包括排氣通道21，該排氣通道被布置成在其入口 21’和其出口 21”之間延伸，并且其中入口 21’適于接收待被組裝于其上的排氣閥23。由于排氣閥不是氣缸蓋的一體部分，因此它以虛線示出，以便理解根據(jù)本發(fā)明的氣缸蓋50的操作。即使未在此處示出，氣缸蓋50在出口 21”的區(qū)域處包括連接裝置，諸如用于連接氣缸蓋的排氣通道21和內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)24的凸緣。
[0075]存在一種用于收集一部分排氣流的裝置，該裝置被布置成與氣缸蓋相連。其包括主體102，排氣流動通道104被布置在該主體中，用于引導(dǎo)排氣通過主體部分。該主體102設(shè)置有諸如凸緣的附接部分106，主體部分通過該附接部分被附接至氣缸蓋。圖7中的主體是凸緣狀元件。如可以從圖7中看出的，主體部分與氣缸蓋的排氣通道21和內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)24相連。
[0076]該裝置還包括管道32，該管道具有入口 32’，該入口通到排氣流動通道21中，用于獨(dú)立地收集并處理一部分排氣。管道32還具有出口 32”，經(jīng)由該出口，入口 32’與發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)24第二次相連。管道32被布置成經(jīng)由排氣系統(tǒng)延伸至排氣閥的附近。也就是說，該管道設(shè)置有延伸到主體102之外的排氣流動通道21中的延伸部分。
[0077]在圖7中，示出了當(dāng)排氣閥23關(guān)閉時該裝置的操作。因此在渦輪部分28.2的上游在排氣系統(tǒng)24中起主導(dǎo)作用的壓力也對氣缸蓋中的排氣通道21產(chǎn)生影響。由于該管道在該實(shí)施方式中也與渦輪部分的下游側(cè)相連，因此入口 32’的位置處的壓力高于渦輪部分的下游側(cè)的壓力。因此，包含可能未燃燒的燃料的排氣由管道32收集并且還被引導(dǎo)至布置到管道上的氧化單元34。
[0078]為了如所希望的那樣設(shè)定管道的操作，管道32中的入口包括這樣的面區(qū)域，該面區(qū)域限定被布置成與排氣通道21的表面成角度α的平面。橫截面積和角度互相關(guān)聯(lián)，并且被選擇成使得當(dāng)氣缸的排氣閥打開時，進(jìn)入管道中的排氣流減少為很微小，并且當(dāng)排氣閥關(guān)閉時，進(jìn)入管道中的排氣流增加以提供在部分排氣中剩余的未燃燒的燃料材料的期望的流動，以便通過布置到管道上的氧化單元來氧化該未燃燒的燃料材料。以上實(shí)現(xiàn)為使得當(dāng)氣缸蓋的排氣閥打開時，排氣的靜壓力降低，而由于從根本上提高的排氣速率，而使得在管道的入口 32’的附近的動壓力增加。靜壓力的降低補(bǔ)償排氣系統(tǒng)24中的渦輪部分28.2上的壓差。因此，減少或者停止流入管道32中的排氣。
[0079]氣缸蓋中的管道32的總橫截面積是位于管道入口 21’的位置處的排氣通道21的1%-25%。該管道可以包括一個以上的入口 32”開口。
[0080]管道的入口 32’借助其延伸部分被布置成在與排氣通道的出口 21”相比更靠近排氣通道21的入口 21’的縱向位置處通到排氣通道中。如此可以有效地收集逃逸集中于最后離開氣缸的排氣部分中的甲烷。
[0081]在圖8中示出了當(dāng)排氣閥23打開時與氣缸蓋相連的裝置的操作。通過布置管道與排氣通道21的連接所用的角度，由穿過入口 32’的高氣體速率引起的通道21中的抽吸將對補(bǔ)償渦輪部分28.2上的壓差。以這種方式，當(dāng)排氣閥打開時，管道32中的流動可以被較低地保持或者甚至停止。如果閥門大約80%的時間是關(guān)閉的，則最后離開氣缸的氣體可以被有效地獨(dú)立收集到進(jìn)廢氣閘門通道中。
[0082]當(dāng)發(fā)動機(jī)被安裝或者分離該發(fā)動機(jī)時，氧化單元34可以被布置在廢氣閘門30的上游，或者被放置在廢氣閘門的下游。必要時，氧化單元上的可控旁路38 (圖1)還可以容易地利用該解決方案來布置。除了對管道32中的氧化單元34之外，排氣系統(tǒng)24還可以設(shè)置有其自身的催化系統(tǒng)。
[0083]圖9中示出了本發(fā)明的另一實(shí)施方式。用于收集部分排氣流的裝置被布置成與氣缸蓋相連。該裝置包括主體102，該主體設(shè)置有帶螺紋的附接部分106，借助該附接部分，主體部分被附接至排氣系統(tǒng)24的部分105中的孔。圖9中的主體102是套筒元件。
[0084]雖然在本文中已經(jīng)通過示例結(jié)合目前被認(rèn)為是最優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不局限于所公開的實(shí)施方式，而是旨在如所附權(quán)利要求中限定的一樣涵蓋其特征的各種組合或者修改以及包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)一些其他應(yīng)用。當(dāng)這樣的組合在技術(shù)上可行時，結(jié)合上述任何實(shí)施方式所提到的細(xì)節(jié)可以結(jié)合其他實(shí)施方式進(jìn)行使用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣的燃料材料的裝置，該發(fā)動機(jī)具有至少兩個氣缸(14)和至少一個渦輪增壓單元(28)，該裝置包括: -排氣系統(tǒng)(24)，該排氣系統(tǒng)被布置成借助排氣閥(23)以可控的方式將所述發(fā)動機(jī)的每個氣缸的燃燒室經(jīng)由所述至少一個渦輪增壓單元的渦輪部分(28.2)與大氣連通； -燃料處理單元(34)，該燃料處理單元用于對所述發(fā)動機(jī)的排氣中的燃料材料進(jìn)行氧化，其特征在于， -流動路徑(32)被設(shè)置成在與所述燃燒室相反的一側(cè)在每個氣缸的所述排氣閥的附近通入所述排氣系統(tǒng)(24)， -所述燃料處理單元(34)被布置在所述流動路徑(32)中以接收并處理排氣中的燃料材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流動路徑(32)從所述燃料處理單元(34)的下游側(cè)與所述排氣系統(tǒng)(24)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述燃料處理單元(34)是氧化催化器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流動路徑(32)包括布置到所述發(fā)動機(jī)的氣缸蓋的通路(31)，該通路具有至少一個入口，該入口在所述排氣閥的附近開在所述氣缸蓋的壁中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，每個所述入口均包括這樣的面區(qū)域，該面區(qū)域限定與所述氣缸蓋中的排氣通道(21)的表面平行地布置的平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述流動路徑經(jīng)由管道(32)通向所述渦輪部分(28.2)的下游側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，泵送裝置(37)被布置在形成所述流動路徑的一部分的管道(32)中，并且所述管道通向所述渦輪部分(28.2)的上游側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述催化單元設(shè)置有旁路(38)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述流動路徑設(shè)置有閥并且所述管道被布置成作為所述渦輪增壓單元(28)的廢氣閘門進(jìn)行操作。
10.一種用于減少內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)中的逃逸至大氣的燃料材料的方法，該發(fā)動機(jī)具有至少兩個氣缸和至少一個渦輪增壓單元，所述方法包括以下步驟: -通過在形成于所述發(fā)動機(jī)的所述氣缸中的燃燒室中燃燒燃料來操作所述發(fā)動機(jī)； -借助排氣閥以可控的方式從所述發(fā)動機(jī)的每個氣缸的燃燒室經(jīng)由所述至少一個渦輪增壓單元的渦輪部分排出燃燒氣體； -將來自燃燒氣體流的一部分排氣布置成流過以下流動路徑，該流動路徑在與所述燃燒室相反的一側(cè)在每個氣缸的所述排氣閥的附近開口 ；以及 -借助布置到所述流動路徑的處理單元來處理被布置成流過所述流動路徑的那一部分排氣中的燃料材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，借助所述氣缸的所述排氣閥的位置來控制來自每個氣缸的在所述流動路徑中的那一部分排氣的流動，使得當(dāng)所述排氣閥打開時，所述管道的入口附近的排氣的靜壓力降低，因此減少了流入所述流動路徑中的排氣，并且當(dāng)所述排氣閥關(guān)閉時，所述管道的所述入口附近的排氣的靜壓力增加，因此增加了流入所述流動路徑中的排氣。
12.—種用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋(50),該氣缸蓋包括主體部分(52),在該主體部分中排氣通道(21)被布置成在其入口(21’ )和其出口(21”)之間延伸，并且其中所述入口適于接收待被組裝于其上的排氣閥(23)，并且在所述出口的區(qū)域處，所述氣缸蓋包括連接裝置，該連接裝置用于將所述排氣通道連接至內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)，其特征在于，所述氣缸蓋(50)設(shè)置有通路(31)，該通路具有入口(32’ )和出口(32”)，所述通路的所述入口在所述排氣通道的所述入口和所述出口之間通入所述排氣通道(21)，用于獨(dú)立地收集并處理一部分排氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋，其特征在于，所述通路(32)的所述入口(32’ )被布置成在與所述排氣通道的所述出口相比更靠近所述排氣通道(21)的所述入口(21’)的縱向位置處通入所述排氣通道。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋，其特征在于，所述通路(32)的所述入口(32’ )包括一個以上的開口。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋，其特征在于，這些開口在所述氣缸蓋的所述排氣通道中均位于相同的縱向位置處。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋，其特征在于，所述入口包括這樣的面區(qū)域，該面區(qū)域限定被布置成與所述排氣通道的表面成角度(α)的平面。
17.根據(jù)權(quán)利 要求12所述的用于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋，其特征在于，所述管道的總橫截面積是所述排氣通道在所述管道的所述入口的位置處的橫截面積的1% _25%。
【文檔編號】F01N3/10GK104040146SQ201280065816
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月8日
【發(fā)明者】T·海格隆德, E·林德, M·外德斯考格 申請人:瓦錫蘭芬蘭有限公司