專利名稱：用于加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣的方法和裝置。本發(fā)明還涉及內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)。
背景技術(shù)：
關(guān)于柴油發(fā)動機(jī)的排放污染物的法規(guī)要求大量降低柴油發(fā)動機(jī)的氮氧化物排放。 關(guān)于氮氧化物的排氣后處理對各個擁有者或客戶來說是昂貴的、維修密集的、不總是可靠 的并且代價高的。此外，例如對于推進(jìn)劑、尿素等的后噴射需要額外的復(fù)雜部件。因此，當(dāng) 正在發(fā)生后處理或再生過程時，必須使機(jī)器運行在獨立的運行范圍中。氮氧化物的排放是燃燒過程的直接結(jié)果。這意味著可在燃燒期間降低氮氧化物的 產(chǎn)生從而減少并優(yōu)化后處理過程。還可考慮例如細(xì)粉塵排放和氮氧化物排放之間的折衷。 例如，可承受相對高水平的細(xì)粉塵排放以獲得較低的氮氧化物排放。EP 1 076 169A2描述一種加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣的裝置，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)具有渦輪 增壓器。該裝置包括加濕器件，進(jìn)氣和加濕液體流動通過該加濕器件并開始彼此接觸。該 加濕裝置被設(shè)置在進(jìn)氣流動方向上渦輪增壓器的壓縮機(jī)的下游。WO 95/23268描述一種方法和相關(guān)裝置，其中由配備渦輪增壓器的柴油內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)來加濕進(jìn)氣。以此方式，降低排氣中NOxW比例。在這種情況下，使用了進(jìn)氣和水流動穿 過的加濕器件，其中進(jìn)氣在加濕過程之前被渦輪增壓器的壓縮機(jī)壓縮。DE 102 04 181C1公開一種活塞式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其具有至少一個渦輪增壓器和一 個聯(lián)接在其下游的增壓空氣冷卻器并且具有輸送水以降低NOx的器件。在這種情況下，可 通過較少結(jié)構(gòu)上的耗費和較小空間需求將大量水引入。為此目的，用于以細(xì)小霧化液滴形 式將水噴灑到增壓空氣中的器件被設(shè)置在渦輪增壓器和增壓空氣冷卻器之間，并且提供了 控制單元，該控制單元至少感測增壓空氣的壓力值和溫度值并且以在增壓空氣中能夠達(dá)到 水的露點溫度的方式控制噴射水量。DE 199 02 349A1描述一種用于控制帶有燃料噴射和水噴射的發(fā)動機(jī)的水噴射量 的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的不同之處在于根據(jù)發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)和排氣再循環(huán)系統(tǒng)的運行狀態(tài)控 制水的噴射量。

發(fā)明內(nèi)容
針對此背景，本發(fā)明的第一目的是提供一種有利的加濕發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的方法。本發(fā) 明的第二目的是提供一種有利的加濕發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的裝置。此外，本發(fā)明的第三目的包括提 供一種有利的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。第一目的通過根據(jù)本發(fā)明的一種加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣的方法實現(xiàn)。第二目的通 過根據(jù)本發(fā)明的一種加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣的裝置實現(xiàn)。第三目的通過根據(jù)本發(fā)明的一種 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)實現(xiàn)。
具體實施方式
包含對本發(fā)明進(jìn)一步有利的改良。根據(jù)本發(fā)明用于加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣的方法的不同之處在于確定進(jìn)氣的濕度3并且根據(jù)進(jìn)氣的濕度向進(jìn)氣中噴灑液體。創(chuàng)造性地根據(jù)進(jìn)氣的濕度向進(jìn)氣中噴灑液體通過 考慮改變環(huán)境空氣濕度有效地減少了氮氧化物排放。優(yōu)選地，可使用水作為該液體。此外，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣的至少一部分能夠被加入到進(jìn)氣中。在這種情況下，液體 可根據(jù)加入的排氣量和/或加入的排氣的濕度將液體噴灑到進(jìn)氣中。有效降低氮氧化物還 通過考慮改變環(huán)境條件，特別是改變加入的排氣的濕度來實現(xiàn)。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的排氣的至少 一部分能夠有利地被加入到進(jìn)氣中，并且在加入排氣之后，液體被噴灑到進(jìn)氣中。以此方 式，可根據(jù)進(jìn)氣和加入的排氣的比例來確定需要的液體量。優(yōu)選地，針對每千克進(jìn)氣最大為25克的液體可被噴灑到進(jìn)氣中。在排氣再循環(huán)情 況下，優(yōu)選地針對每千克包括進(jìn)氣和加入的排氣的混合物最大為25克的液體可被噴灑到 包括進(jìn)氣和加入的排氣的混合物中。特別地，針對每千克進(jìn)氣最大為15克的液體可被噴射 到進(jìn)氣中，或者針對每千克包括進(jìn)氣和加入的排氣的混合物最大為15克的液體可被噴灑 到包括進(jìn)氣和加入的排氣的混合物中。如果針對每千克進(jìn)氣最大為8克的液體能夠被噴灑 到進(jìn)氣中或者針對每千克包括進(jìn)氣和加入的排氣的混合物最大為8克的液體能夠被噴灑 到包括進(jìn)氣和加入的排氣的混合物中，則已經(jīng)實現(xiàn)預(yù)見的效果。由于輸送大量液體帶來氮 氧化物的相對小的降低，有利的是在向上方向上限制噴灑濕度的量(參見下面的圖1)?；旧嫌欣氖且赃@樣一種方式選擇有待噴灑的液體量進(jìn)氣或包括進(jìn)氣和加入 的排氣的混合物在噴灑液體之后具有在13g/kg和25g/kg之間的濕度水平，特別是在15g/ kg和20g/kg之間，有利地為16g/kg。還可根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行狀態(tài)來噴灑液體，特別是根據(jù)運行速度和/或轉(zhuǎn)速和 /或扭矩來噴灑液體。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)可被配置為例如柴油發(fā)動機(jī)。用于加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的發(fā)明性裝置包括用于將液體噴灑到進(jìn)氣中的噴嘴。該 裝置還包括用于確定進(jìn)氣的濕度的傳感器。根據(jù)本發(fā)明的裝置可用來實施特別是根據(jù)本發(fā) 明的方法。根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠額外地包括根據(jù)進(jìn)氣的濕度控制噴灑液體量的器件。此 外，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)能夠包括進(jìn)氣輸送管路和排氣再循環(huán)管路。在這種情況下，排氣再循環(huán)管路 能夠展開進(jìn)入進(jìn)氣輸送管路。用于噴灑液體的噴嘴在此能夠在進(jìn)氣流動方向上被設(shè)置在排 氣再循環(huán)管路的下游。以此方式，液體能夠被噴射到包括進(jìn)氣和再循環(huán)排氣的混合物中。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置可包括排氣再循環(huán)器件和根據(jù)加入的排氣量和/或根據(jù) 加入的排氣的濕度控制有待噴灑的液體量的器件。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置可包括根據(jù)內(nèi) 燃發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)控制有待噴灑的液體量的器件。特別地，所述裝置可包括根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)的運行速度或轉(zhuǎn)速和/或扭矩控制有待噴灑的液體量的器件?；镜?，用于控制有待噴 灑的液體量的特定器件可以是根據(jù)加入的排氣量和/或加入的排氣的濕度和進(jìn)氣的濕度， 以及根據(jù)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的運行狀態(tài)控制有待噴灑的液體量的器件。以此方式，可實現(xiàn)進(jìn)氣或 包括進(jìn)氣和加入的排氣的混合物的恒定濕度水平并且可以通過有目的的方式影響并降低 氮氧化物的排放。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括上述用于加濕進(jìn)氣的裝置。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)可被配置為例如柴油發(fā)動機(jī)。所述裝置基本上具有與所述用于加濕進(jìn)氣的發(fā)明性裝置相 同的優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明的方法、根據(jù)本發(fā)明的裝置和根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)都使得排氣后處理系統(tǒng)在氮氧化物排放方面大大過?；蛑辽亠@著降低所述排放。本發(fā)明的進(jìn)一步特性、特征和優(yōu)勢將通過示例性實施例并參考附圖在以下通過更 多細(xì)節(jié)進(jìn)行說明。所描述的特征單獨地以及彼此組合在此都是有利的。


圖1是氮氧化物排放隨進(jìn)氣濕度變化的示例，圖2是實施根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的功能方法的示意圖，圖3是用于控制有待噴灑的液體量的器件的功能方法的示意圖。附圖標(biāo)記1隨進(jìn)氣濕度變化的氮氧化物排放2大約20%的差值3環(huán)境空氣4空氣過濾器5壓縮機(jī)6冷卻器7閥門8進(jìn)氣輸送管路9流動方向10空氣質(zhì)量流速計11液體噴嘴12發(fā)動機(jī)13進(jìn)氣管14排氣管15渦輪機(jī)16包括空氣和排氣的混合物的流動方向17排氣流動方向18排氣流動方向19排氣再循環(huán)系統(tǒng)20排氣再循環(huán)管路21閥門22冷卻器23空氣和排氣的混合物24速度25扭矩26確定濕度設(shè)定值的裝置27濕度設(shè)定值28再循環(huán)排氣量29濕度傳感器30濕度實際值
31PTl元件32求差元件33濕度設(shè)定值和實際值之間的差值34PTl元件35濕度設(shè)定值和實際值之間的過濾差36求積37空氣質(zhì)量流速38有待輸送的液體量的設(shè)定值39考慮飽和因素40有待噴灑的液體量
具體實施例方式在下文中，將參考圖1至圖3更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的示例性實施例。圖1顯示氮 氧化物排放隨進(jìn)氣濕度的變化。在圖1所示的圖表中，使用的進(jìn)氣濕度在X軸上以克每千 克(g/kg)為單位進(jìn)行繪制。排放的氮氧化物(NOx)的量在Y軸上以克每小時(g/h)為單 位進(jìn)行繪制。給出的測量曲線1是在使用的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(特別是所使用的發(fā)動機(jī)裝置)的 特定速度和特定負(fù)載下被測量的。測量曲線1顯示在8g/kg的濕度水平下大致100g/h的氮氧化物排放能夠通過使 濕度加倍到16g/kg而被降低到80g/h。這對應(yīng)于降低大約20%的氮氧化物排放。氮氧化 物的降低由箭頭2指示。在測試條件下，進(jìn)氣的濕度在發(fā)動機(jī)運行期間被保持恒定，例如大致為8g/kg。從 圖1中可以看出使?jié)穸燃颖兜?6g/kg已經(jīng)可帶來氮氧化物排放的顯著降低。相比之下，進(jìn) 一步增加濕度將降低氮氧化物排放至更小的程度。特別地，氮氧化物排放不能與進(jìn)氣濕度 的升高成比例的降低。例如，假定濕度水平為40g/kg，則氮氧化物排放將仍然為大約55g/ kg。這意味著當(dāng)進(jìn)氣濕度水平升高為給定濕度水平8g/kg的五倍時，其氮氧化物排放相對 于給定濕度水平8g/kg下大約100g/h的氮氧化物排放來說僅降低大約45%。圖2是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的功能方法的示意圖。該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括帶有進(jìn) 氣管13和排氣管14的發(fā)動機(jī)12。穿過進(jìn)氣管13被輸送進(jìn)入發(fā)動機(jī)12的空氣首先以環(huán)境 空氣3的形式穿過進(jìn)氣輸送管路8被輸送至空氣過濾器4。使用空氣質(zhì)量流速計10確定被 吸入的環(huán)境空氣的質(zhì)量流速。此外，使用濕度傳感器四確定吸入的環(huán)境空氣的濕度水平。然后，吸入的環(huán)境空氣使用壓縮機(jī)5壓縮，隨后使用冷卻器6冷卻并且經(jīng)閥門7被 輸送至發(fā)動機(jī)12的進(jìn)氣管13。穿過進(jìn)氣輸送管路8并通向進(jìn)氣管13的環(huán)境空氣流動方向 由箭頭9指示。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)還包括排氣再循環(huán)系統(tǒng)19。排氣再循環(huán)系統(tǒng)19包括排 氣再循環(huán)管路20，該排氣再循環(huán)管路將發(fā)動機(jī)12的排氣管14聯(lián)接至發(fā)動機(jī)12的進(jìn)氣管 13。在這種情況下，排氣再循環(huán)管路20在流動方向上展開進(jìn)入閥門7下游的進(jìn)氣輸送管路 8中。排氣再循環(huán)管路20包括閥門21和冷卻器22。離開發(fā)動機(jī)12的排氣管14的一部分 排氣在流動方向18上經(jīng)閥門21和冷卻器22穿過排氣再循環(huán)管路20被引導(dǎo)進(jìn)入進(jìn)氣輸送 管路8。進(jìn)氣和再循環(huán)排氣在區(qū)域23中混合，在區(qū)域23中排氣再循環(huán)管路20展開進(jìn)入進(jìn)6氣輸送管路8中。用于將液體(例如水)噴灑到包括進(jìn)氣和再循環(huán)排氣的混合物中的液體噴嘴11 在流動方向上被設(shè)置在排氣再循環(huán)管路20展開進(jìn)入進(jìn)氣輸送管路8的位置處的下游。然 后，包括空氣和排氣的加濕混合物在流動方向16上流動穿過發(fā)動機(jī)12的進(jìn)氣管13。隨后 穿過排氣管14離開發(fā)動機(jī)12的排氣主要在流動方向17上流到渦輪機(jī)15并且驅(qū)動渦輪機(jī) 15。上面已經(jīng)描述的一部分排氣穿過排氣再循環(huán)管路20再次被輸送至發(fā)動機(jī)12的燃燒過 程中。圖3是用于控制有待噴灑的液體量并被聯(lián)接至液體噴嘴11的器件的功能方法的 示意圖。用于控制有待噴灑的液體量的器件包括用于確定濕度設(shè)定值的裝置26。發(fā)動機(jī) 12的對應(yīng)速度M和對應(yīng)扭矩25被輸送至確定濕度設(shè)定值的裝置沈中。然后，根據(jù)這些值 確定濕度設(shè)定值27。吸入的環(huán)境空氣3的濕度使用濕度傳感器四確定。此外，確定經(jīng)排氣再循環(huán)系統(tǒng) 19再循環(huán)的排氣量觀。使用PTl元件31根據(jù)再循環(huán)排氣量和進(jìn)氣濕度來確定實際濕度值 30。然后，使用求差元件32形成濕度設(shè)定值27和濕度實際值30之間的差值。隨后使用 PTl元件34過濾由此方式確定的濕度設(shè)定值27和實際值30之間的差值33。由求積元件36根據(jù)濕度設(shè)定值27和實際值30之間的過濾差值35以及空氣質(zhì)量 流速37來確定被輸送的液體量的設(shè)定值38，其中空氣質(zhì)量流速37是使用空氣質(zhì)量流速計 10確定的。根據(jù)以此方式確定的有待輸送的液體量38的設(shè)定值，實際有待噴灑的液體量 40在最后一步考慮飽和因素39而被確定。然后使用液體噴嘴11將實際有待噴灑的液體量 噴灑到包括進(jìn)氣和再循環(huán)排氣的混合物中。例如，可將針對每千克包括進(jìn)氣和加入的排氣的混合物最大為25克的液體(有利 地最大為15克的液體并且優(yōu)選最大為8克的液體)噴灑到包括進(jìn)氣和加入的排氣的混合 物中?；旧?，噴灑濕度的量應(yīng)該在向上方向上被限制，因為供給大量液體帶來氮氧化物 相對小的降低(見圖1)。特別地，可以選擇有待噴灑的液體(例如，水)量，以使得包括進(jìn) 氣和加入的排氣的混合物在噴灑液體之后具有在13g/kg和25g/kg之間的濕度，特別是在 15g/kg和20g/kg之間的濕度，優(yōu)選地為16g/kg?？傊景l(fā)明能夠被用于有效補償環(huán)境空氣中的濕度波動。同時，通過考慮內(nèi)燃發(fā) 動機(jī)的運行狀態(tài)和例如發(fā)動機(jī)的排氣再循環(huán)而額外加濕進(jìn)氣，氮氧化物的排放被降低至恒 定的低水平。本發(fā)明特別具有能夠通過最小的花費而實現(xiàn)氮氧化物多于10%的降低。
權(quán)利要求
1.一種用于加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12)的進(jìn)氣的方法，其中，確定所述進(jìn)氣(3)的濕度，以及根據(jù)所述進(jìn)氣的濕度，將液體噴灑到所述進(jìn)氣(3)中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述液體為水。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12)的排氣的至少一部分被 加入到所述進(jìn)氣⑶中，并且根據(jù)所加入的排氣量和/或所加入的排氣的濕度將所述液體 噴灑到所述進(jìn)氣(3)中。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(1 的排氣的至 少一部分被加入到所述進(jìn)氣(3)中，并且在加入所述排氣之后將所述液體噴灑到所述進(jìn)氣 中。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中，針對每千克進(jìn)氣(3)最大為25g的液 體被噴灑到所述進(jìn)氣(3)中，或者針對每千克包括進(jìn)氣( 和加入的排氣的混合物最大為 25g的液體被噴灑到包括進(jìn)氣C3)和加入的排氣的該混合物中。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，針對每千克進(jìn)氣(3)最大為15g的液體被噴灑進(jìn)入 所述進(jìn)氣(3)中，或者針對每千克包括進(jìn)氣C3)和加入的排氣的混合物最大為15g的液體 被噴灑到包括進(jìn)氣C3)和加入的排氣的該混合物中。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，針對每千克進(jìn)氣(3)最大為8g的液體被噴灑到所 述進(jìn)氣C3)中，或者針對每千克包括進(jìn)氣C3)和加入的排氣的混合物最大為8g的液體被噴 灑到包括進(jìn)氣C3)和加入的排氣的該混合物中。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其中，選擇有待噴灑的液體量，以使得所 述進(jìn)氣C3)或包括進(jìn)氣C3)和加入的排氣的混合物在噴灑所述液體之后具有在13g/kg和 25g/kg之間的濕度水平。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其中，根據(jù)所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(1 的運行狀 態(tài)噴灑所述液體。
10.一種加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(1 的進(jìn)氣(3)的裝置，包括將液體噴灑到所述進(jìn)氣(3)中 的噴嘴(11)和確定所述進(jìn)氣(3)的濕度的傳感器09)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述裝置包括根據(jù)所述進(jìn)氣C3)的所述濕度控制 有待噴灑的液體量的器件。
12.如權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(1 包括進(jìn)氣輸送管路 ⑶和排氣再循環(huán)管路(20)，其中所述排氣再循環(huán)管路00)連接到所述進(jìn)氣輸送管路⑶， 并且噴灑液體的所述噴嘴(11)在所述進(jìn)氣(3)的流動方向(9)上被設(shè)置所述排氣再循環(huán) 管路00)的下游。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項所述的裝置，其中，所述裝置包括排氣再循環(huán)器件 (19)和根據(jù)所加入的排氣量和/或所加入的排氣的濕度和/或根據(jù)所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12) 的運行狀態(tài)控制有待噴灑的液體量的器件。
14.一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12)，其中所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(1 包括如權(quán)利要求10至13中任一 項所述的裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12)，其中，所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(1 被配置為柴油 發(fā)動機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12)的進(jìn)氣的方法，在該方法中確定進(jìn)氣(3)的濕度并且根據(jù)進(jìn)氣的濕度將液體噴灑至進(jìn)氣(3)中。此外，本發(fā)明公開了一種加濕內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(12)的進(jìn)氣的裝置，該裝置包括將液體噴灑至進(jìn)氣(3)中的噴嘴(11)。該裝置包括確定進(jìn)氣(3)的濕度的傳感器(29)。
文檔編號F02M25/028GK102052201SQ20101052845
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者S·彼得羅維奇 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司