CN103912413A - 使用排气冷凝物的NOx减少方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用排气冷凝物的NO_X减少方法。描述的系统和方法通过使用发动机内的将空气供给管路连接至排气管路的再循环装置，同时冷却排气以形成冷凝物，用于进一步冷却发动机系统，允许减少排放。在一个具体实施例中，描述了一种冷却单元，其冷却流经其中的排气流并从排气流收集冷凝物，用于经由喷射装置喷射回至空气供给管路。以此方式，在车辆操作期间可进行水喷射以减少NOx排放，以及可减少车辆上用于水存储的费用。

Description

使用排气冷凝物的NOx减少方法

相干申请的交叉引用 

本申请要求2013年1月9日提交的德国专利申请102013200185.1的优先权，为了所有的目的该申请全部内容在此通过引用以其整体并入。 

技术领域

本描述涉及内燃机的再循环装置、具有所述类型的再循环装置的燃烧设备、具有所述类型的燃烧设备的机动车辆、以及用于操作燃烧设备的方法。 

背景技术

由于不断增加的对机动车辆释放的排气纯度的要求，所以寻求减少燃料在发动机内燃烧期间的排放物形成以及将形成的排放物化学或物理转换成更惰性物质的方法。特别地，寻求通常被简称为NOx的氮氧化物的排放减少。在例如柴油机的大发动机情况中，已知将作为蒸汽或喷雾的水混合至发动机的燃烧空气中。然而，该途径极少用于机动车辆，并且仅偶尔在重型货车中被实现。特别地，在客运机动车辆的情况中，目前并未采用通过将水混合至燃烧空气中来减少NOx排放，这是因为该办法时常与用于水存储的显著额外支出有关，其具有必须以规律的间隔补充水的缺陷。此外，按该方法随车携带的水在低的周围温度下会冻结，因此出现缺陷。 

发明内容

本发明人已认识到这类方法的问题，并在本文中描述了一种用于内燃机的再循环装置，其配置为通过再循环装置再循环部分排气，并 使其进入连接至排气管路的空气供给管路。此外，根据本公开，再循环装置还包括冷凝物收集装置，其设计为从在冷却单元内冷却的排气流收集冷凝物，并将所述冷凝物引导至空气供给管路，在空气供给管路中可包括将冷凝物喷射至燃烧空气中的喷射装置。因此，空气供给管路可与被喷射的冷凝物混合，其中空气供给管路可设计为抽吸进燃烧空气并将空气引导至发动机。此外，设计来从发动机排出排气流的排气管路也可包括冷却单元，包括该冷却单元是为了冷却流经其中的排气流，以引起冷凝物形成的发生。 

在一个例子中，系统和方法基于这样的见识，即发动机排气包括大部分水蒸汽。以此方式，实现了这样的技术效果，即通过将冷凝水喷射至发动机的燃烧空气中，以降低发动机内的燃烧温度，排气内的大部分水蒸汽还可用于减少NOx排放。因此，可构想这样的系统和方法，其中在不使用用户可二次填充的水箱的情况下，可减少NOx排放，其因此减小了车辆上的空间要求，也减轻了车辆重量以及降低了驾驶员操作复杂性。此外，根据本公开的方法排除了与车辆上携带的水存储的冻结有关的问题。 

当单独通过附图或结合附图时，将通过以下详细说明，更容易明白本发明的上述优势和其他优势以及特征。应理解提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的选择概念。这并不意味着确定了要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围仅由权利要求限定。此外，要求保护的主题不限于解决上述或在本公开任何部分指出的任何缺陷的执行方式。 

附图说明

当单独或参考附图时，通过阅读实施方式的实例——本文中被称为具体实施方式，将更全面理解本文所描述的优势。 

图1示出机动车辆的示例方框图； 

图2示出多气缸发动机中一个汽缸的示意图； 

图3示出根据本公开用于喷射收集的冷凝物的方法的示例流程图； 

图4示出在车辆操作期间用于引起冷凝物形成的示例流程图； 

图5示出在车辆操作期间与EGR结合喷射冷凝物的方法的示例流程图； 

图6示出基于燃烧稳定性喷射收集的冷凝物的方法的流程图； 

图7示出通过气流冷却车厢环境的示例流程图，其中气流被引导经过本公开的再循环装置的冷却单元；以及 

图8是喷射基于文氏管流的实施方式的示例流程图。 

具体实施方式

包括根据本公开的再循环装置的发动机允许排气管路经冷却单元连接至空气供给管路，冷却单元用于在操作期间收集车辆上的冷凝物。以此方式，所描述的再循环装置可从排气流中收集冷凝物，并进一步将收集的冷凝物引导至空气供给管路，以喷射至燃烧空气中以冷却发动机，从而减少其中的NOx排放。由于该原因，图1和图2示出示例性车辆图，以说明本公开再循环装置的一个可能配置。图3-8所示示例性流程图进一步示出使用本公开再循环装置调整在示例发动机系统内形成并使用的水蒸气量的各种方法。 

转向对系统的描述，图1示出根据本公开的机动车辆的方框图。如所示，机动车辆1包括连接至内燃机3的再循环装置2。其中，通过空气过滤器13，被供应至发动机的燃烧空气可被压缩机10抽吸至空气供给管路4。作为一个例子，发动机可配置来用燃烧空气燃烧燃料，例如汽油或柴油，并因此产生驱动力以驱动机动车辆1。然后，燃烧期间产生的排气从发动机经排气管路5排出。如以下更加详细描述，部分排气可经排气再循环（EGR）装置被再循环和混合至燃烧空气，以便减少污染物排放，所述EGR装置包括一个或多个排气再循环管路9和混合阀14。根据本公开，排气管路5还包括具有冷却单元6的再循环装置2，其中冷却单元6设计来冷却流经冷却单元的发动机3的排气流。以此方式，EGR下游包括第二管路，用于收集和再循环经空气进气系统返回至发动机的冷凝物。该系统和方法基于这样的见识，即可在冷却单元6中冷凝的排气包括大部分水蒸汽，从而形成主要包括水的冷凝物（本文也被称为水）。可通过布置在再循环装置2内的冷凝物收集装置收集产生的冷凝物，并且该冷凝物进一步被引导至与 空气供给管路4（例如，进气歧管）连通的喷射装置8。在一个实施方式中，收集装置可被配置为喷射装置，用于将冷凝物喷射至燃烧空气，例如，以水蒸汽或者雾化喷雾的形式。然而，在另一个实施方式中，基于流经空气供给管路的空气流在已知为文氏管效应下进行喷射。 

当沿再循环装置2提供一个或多个排气再循环管路9（例如排气再循环装置）时，可在排气再循环装置9的下游布置冷却单元6，以便在不会有任何水蒸汽从中凝结的情况下，第一部分（或部分）排气被再循环至空气供给管路4。因此，剩余的第二部分可被引导至再循环装置2的下游，从而在冷却单元6内被冷却。在一些实施方式中，再循环装置2可包括壳体，用于保护与凝结和喷射冷凝物有关的结构元件，而在其他实施方式中，再循环装置可仅包括附加的管路，用于将所收集的冷凝物再循环至空气供给管路，以喷射其中的冷凝物。此外，如图1示意性显示，在一些实施方式中，再循环装置2可布置为大体平行于一个或多个排气管路9。 

因为冷凝过程移除了排气中的水蒸汽，所以可经排气尾管将第三部分排气从发动机中排出，其中已从第三部分排气中提取出水蒸汽。另外，排气管路5可包括排气涡轮机11，其经设定通过驱动压缩机10的排气流旋转。此外，也可提供用于过滤或用于催化还原污染物（例如，催化剂）的排气后处理装置12。同样地，空气供给管路4可包括被布置在喷射装置8上游的压缩机10。否则，如果冷凝物喷射出现在压缩机10上游，则可能获得不期望的结果，其中由于压缩，可出现被喷射冷凝物的重新凝结。因为冷却单元6存在于发动机隔室内，在一些实施方式中，再循环装置的冷却单元可进一步被连接至机动车辆的空调系统，例如用于将冷空气流引入车厢15。 

图2是示出多气缸发动机中一个气缸的示意图，所述气缸可被包括在机动车辆的推进系统内。如本文所述，通过控制系统180（也被称为控制器）和通过来自车辆操作员132经输入装置130的输入，可至少部分控制发动机3。发动机3的燃烧室（例如，气缸）230可包括其中设置有活塞236的燃烧室壁232。在一些实施方式中，气缸230内活塞236正面可具有碗形物。活塞236可被连接至曲轴240，使得活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动。曲轴240可经中间变速系统 连接至车辆的至少一个驱动轮。此外，起动电机可经飞轮连接至曲轴240，从而实现发动机3的起动操作。 

燃烧室230经进气通道可从进气歧管4接收进气，以及经排气通道5可排出燃烧气体。进气歧管4和排气通道5经各个进气门252和排气门254可选择性地与燃烧室230连通。在一些实施方式中，燃烧室230可包括两个或更多进气门和/或两个或更多排气门。 

控制器180可经由电动气门驱动器（EVA）251控制进气门252。相似地，控制器180可经EVA253控制排气门254。在一些条件期间，控制器180可改变提供至驱动器251和驱动器253的信号，从而控制各个进气门和排气门的打开和关闭。可分别由位置传感器255和257测定进气门252和排气门254的位置。在可选实施方式中，可通过一个或多个凸轮驱动一个或多个进气门和排气门，以及可使用一个或多个凸轮廓线变换（CPS）系统、可变凸轮正时（VCT）系统、可变气门正时（VVT）系统和/或可变阀门升程（VVL）系统来改变阀门操作。例如，气缸230可可选地包括经电动气门驱动控制的进气门，以及经由凸轮驱动控制的排气门，所述凸轮驱动包括CPS和/或VCT。 

在操作过程中，通常，发动机3中的每个气缸经历四个冲程循环：该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、以及排气冲程。通常，在进气冲程过程中，排气门254关闭，进气门252打开。空气经进气歧管4被引入燃烧室230，并且活塞236移至气缸的底部，以便增加燃烧室230内的体积。通常，活塞236接近气缸底部以及在其冲程末端的位置（例如，当燃烧室230处于其最大容积时）被本领域技术人员称为下止点（BDC）。在压缩冲程过程中，进气门252和排气门254关闭。活塞236朝向气缸盖移动，以便在燃烧室230内压缩空气。通常，活塞236在其冲程末端以及接近气缸盖处（例如，当燃烧室230处于其最小容积时）的点被本领域技术人员称为上止点（TDC）。在以下被称为燃料喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在以下被称为点火的过程中，通过已知的点火装置，例如火花塞（未示出）点燃喷射燃料，导致燃烧。在一些实施方式中，可控制火花点火正时，以便在制造商所规定的时间之前（提前）或之后（延迟）出现火花。例如，火花正时可从最大断裂扭矩（MBT）正时延迟以控制发动机爆震，或 在高湿度条件下被提前。特别地，可提前MBT以弥补缓慢的燃烧速率。在膨胀冲程期间，膨胀的气体推动活塞236返回至BDC。曲轴40将活塞运动转换成旋转轴的旋转扭矩。曲轴240可被用于驱动交流发电机。最终，在排气冲程期间，排气门254打开以将燃烧的空气燃料混合物释放至排气歧管248，并且活塞返回至TDC。注意，以上所述仅作为例子示出，并且进气和排气门打开和/或关闭正时可以变化，例如提供正或负气门重叠、迟的进气门关闭、或各种其他的例子。 

示出燃料喷射器266直接连接至燃烧室230以将燃料直接喷射至其中。燃料喷射可经共同的轨道系统，或其他此类柴油喷射系统。燃料可通过高压燃料系统（未示出）传送至燃料喷射器266，所述高压燃料系统包括燃料箱、燃料泵、和燃料轨道。在一些实施方式中，气缸230可包括火花塞，其可由点火系统驱动。可在气缸内提供燃料喷射器266，从而将燃料直接传送至其中。然而，在其他实施方式中，燃料喷射器可被布置在进气门252上游的进气歧管4内，从而传送所谓的端口燃料喷射。燃料喷射器266可由驱动器268驱动。 

进气通道4可包括具有节流板292的节气门290。在该具体实例中，经被提供至包含有节气门290的电动机或驱动器——通常被称为电子节气门控制（ETC）的配置——的信号，控制器180可改变节气门292的位置。以此方式，可操作节气门290，从而改变提供至其他发动机燃烧气缸中的燃烧气缸230的进气。节流板292的位置可通过节气门位置信号TP被提供至控制器180。进气通道4可包括空气质量流量传感器220和歧管空气压力传感器222，用于将各个信号MAF和MAP提供至控制器180。 

此外，在公开的实施方式中，EGR系统可经EGR通道9将期望部分的排气从排气管路5送至空气供给管路4（例如，进气通道）。被提供至进气通道4的EGR量可经混合阀14由控制器180改变，混合阀14在此也可被称为EGR阀。此外，EGR传感器263可被布置在EGR通道内，并可提供压力、温度、以及排气浓度中的一个或多个的指示。可选地，可通过基于来自MAF传感器（上游）、MAP（进气歧管）、MAT（歧管气体温度）以及曲柄速度传感器的信号的计算值控制EGR。此外，基于排气O₂传感器和/或进气氧传感器（进气歧管） 可控制EGR。在一些条件下，EGR系统可被用于调节燃烧室内的空气和燃料混合物的温度。虽然图2示出高压EGR系统，但是可选地，可使用低压EGR系统，其中EGR从涡轮增压器的涡轮机的下游传送至涡轮增压器的压缩机的上游。 

发动机3可还包括例如涡轮增压器或机械增压器的压缩装置，其至少包括沿进气歧管布置的压缩机10。对于涡轮增压器，可由沿排气通道5布置的涡轮机11（例如，经轴）至少部分地驱动压缩机10。对于机械增压器，压缩机10可至少部分地由发动机和/或电机驱动，并且可以不包含涡轮机。因此，可通过控制器180改变经涡轮增压器或机械增压器提供至发动机的一个或多个气缸的压缩量。 

排气传感器226示出连接至排气后处理装置12上游的排气通道5。传感器226可以是用于提供排气空气/燃料比指示的任何合适的传感器，例如线性氧传感器或UEGO（通用或宽域排气氧）、双态氧传感器或EGO、HEGO（加热的EGR）、NOx、HC或CO传感器。如本文所述，后处理系统12可包括一个或多个的柴油氧化催化剂（DOC）、选择性催化还原（SCR）系统、三效催化剂（TWC）、NOx捕集器、各种其他排放控制装置、或其组合。此外，后处理系统12可包括排气传感器280。例如，传感器280可以是用于提供排气组成的指示的任何合适的传感器，例如NOx、NH₃或EGO传感器。另外，在一些情况中，传感器280可以是温度或压力传感器。 

控制器180在图2中示为微型计算机，其包括微处理器单元202、输入/输出端口204、在该具体实例中示为只读存储芯片206的可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器208、保活存储器210、以及数据总线。除了先前讨论的那些信号外，控制器180可从连接至发动机3的传感器中接收各种信号，这些信号包括：来自空气质量流传感器220的感应质量空气流量（MAF)的测量；来自连接至冷却套筒214的温度传感器212的发动机冷却剂温度（ECT）；来自连接至曲轴240的霍尔效应传感器218（或其他类型）的表面点火感测信号（PIP）；来自节气门位置传感器的节气门位置（TP）；以及来自传感器222的绝对歧管压力信号MAP。发动机速度信号RPM可由控制器180从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP 可用于提供进气歧管中真空或压力的指示。注意，可使用上述传感器的各种结合，例如不带MAP传感器的MAF传感器，反之亦然。在化学计量操作期间，MAP传感器可给出发动机扭矩的指示。此外，该传感器与被检测发动机速度一起可提供被引入气缸的充气（包括空气）的估计值。在一个实例中，传感器218，其也被用作发动机速度传感器，在曲轴每转一次可产生预定数量的等距脉冲。存储介质只读存储器206可用计算机可读数据编程，该数据表示由处理器202可执行用于实施以下所述方法以及预先考虑但并未具体列出的其他变型的指令。 

如上所述，图2仅示出多气缸发动机中的一个气缸，并且每个气缸可类似包括其自身一组进气/排气门、燃料喷射器、火花塞等等。 

现在转向根据本公开的用于将冷凝物喷射至空气供给管路的方法，图3示出方法300的示例流程图，该方法用于在无EGR的情况下，在车辆操作期间喷射收集的冷凝物并响应于排放信号而将冷凝物排放至车辆外的周围环境。因此，避免了与随车上冷凝物可能冻结有关的问题。因此，本文中的再循环装置可还包括连接至冷凝物收集装置的排放装置，其配置来响应于排放信号而排放收集的冷凝物。另外，为了进一步减轻车辆上冷凝物的冻结，可构想这样的实施方式，其中再循环装置包括缓冲存储器，并且将其结合再循环装置使用，从而例如只要发动机运转通过使用内燃机的废热进一步防止冷凝物冻结。作为一个实例，在配备有再循环装置的燃烧设备停止运转时，例如，当车辆操作者在冷的周围环境中停止机动车辆时，可触发排出信号。 

在302，方法300包括冷却内燃机的排气流，从而凝结并分离排气流内所含的水蒸汽。在可响应于上述冷却步骤执行的304，方法300还包括收集冷凝物在冷凝物收集装置中。例如，可包括形成为碗状的冷凝物收集装置，用于存储收集的冷凝物，以便稍后在车辆操作期间喷射至燃烧空气。因此，在306，方法300还包括将冷凝物混合至内燃机的燃烧空气，例如通过将至少一部分冷凝物以上述方式喷射至进气歧管。 

因为当周围温度下降至温度阈值以下时，存储的冷凝物（例如，水）可具有冻结的可能，在310，方法300包括接收指示温度低于冻 结阈值的排放信号，并响应于排放信号而将至少部分收集的冷凝物排放至周围环境。以此方式，控制器可配置来监控再循环装置（未示出）的温度，以及发送指示冷凝物收集装置排出或吹扫的排出信号。如果在310未接收到排出信号，则方法300可通过在发动机驱动循环期间监控一个或多个发动机条件简单地返回至302。可选地，如果在310接收到排出信号，则方法300前进至312并且排出或者吹扫收集的冷凝物，从而降低车辆上冷凝物冻结的风险。以此方式，方法300可用于防止冷凝物冻结，这种冻结对车辆上的结构元件引起风险。此外，如果发动机在稍后时间点再次起动，则可通过以本文所述方式重新冷却排气流，再生成和获得在操作期间用于混合至燃烧空气的水。 

关于冷凝物形成，图4示出在车辆操作期间用于产生冷凝物的方法400的示例流程图。在一个实施方式中，阈值可呈现用于指示这样的体积——在其以上足够冷凝物被呈现用于在车辆操作期间将冷凝物喷射至空气供给管路。同样地，阈值还指示这样的体积——在其以下将产生更多冷凝物。因此，方法400示出可如何增加冷凝速率，以便增加存储在冷凝物收集装置内的冷凝物量。 

在402，方法400包括估计和/或测量发动机条件，以确定在再循环装置的冷却单元内是否操作形成冷凝物的有利条件。然后，在410，方法400还包括确定冷凝物收集装置内的冷凝物水平。例如，在一个实施方式中，冷凝物收集装置（未示出）内可包括流体传感器，以测定存在的冷凝物水平。如果存在足够的流体以允许喷射至空气供给管路，则可在不增加再循环装置内的冷凝物形成速率的情况下继续发动机操作。因此，控制器180可进行一种或多种调整同时在车辆操作期间喷射冷凝物。可选地，如果形成较多冷凝物，则在412可进行一个或多个压力和温度测量，以测定排气管路内的相对湿度。以此方式，可以确定露点且露点用于设定冷却单元6的冷却温度，其中该露点是这样的温度，在该温度以下空气中的水蒸汽以比液态水蒸发快的速度凝结成液态水。然后，在414，基于所测量的相对湿度，通过将冷却装置的温度降低至确定的温度，可增加再循环装置内的冷凝物形成速率。虽然未详细描述，但是在体积达到指示冷凝物收集装置容量已满的上限阈值之前，可收集冷凝物。当冷凝物体积超过该上限阈值时， 可停止冷凝排气中水蒸汽的过程而是将排气引导至机动车辆的尾管出口。 

现在转向再循环装置操作以调节发动机温度，图5示出在车辆操作期间用于将收集的冷凝物喷射至空气供给管路的方法500的示例流程图。在内燃机中，EGR是NOx减排技术，其中一部分发动机排气被再循环回至发动机气缸。在汽油发动机中，再循环的排气置换气缸内一定量的可燃物质。可选地，在柴油发动机中，排气代替了燃烧前混合物中的一些过剩氧。因为主要在氮和氧混合物经历高温时形成NOx，所以EGR降低了燃烧室温度，因此减少了燃烧过程中产生的NOx量。现代发动机时常包括EGR以满足确立的排放标准。公开的冷凝物再循环装置还包括使用在车辆上所收集的冷凝物，结合EGR，调节发动机温度。 

因此本方法包括经一个或多个排气再循环管路将第一部分排气流从排气管路再循环至空气供给管路（例如，进气系统）；在位于再循环装置内的冷却单元内冷却第二部分排气流，其中再循环装置将发动机的排气管路连接至空气供给管路，其中再循环装置位于在其上游并且布置与其平行的一个或多个排气再循环管路下游；将来自第二部分排气流中的冷凝物收集在冷凝物收集装置中；基于一个或多个发动机操作条件，将所收集的冷凝物量喷射至空气供给管路；以及基于所喷射的冷凝物量，调节混合阀，从而调节一个或多个排气再循环管路中排气再循环的程度。在此，空气供给管路设计来抽吸燃烧空气并将其引导至发动机，以及排气管路设计来排出发动机中的排气流。因此，本方法还包括将第三部分排气流引导至发动机的排气出口。 

根据本公开的再循环装置包括位于排气管路内的冷却单元，以冷却流经其中的发动机的至少一部分排气流。再循环装置还具有冷凝物收集装置，以收集从冷却单元中冷却的排气流中凝结出的冷凝物，以及喷射装置，其用于喷射已被引导至空气供给管路的所述冷凝物。如上所述，根据本公开的系统和方法基于这样的见识，即内燃机的排气包括蒸气形式的大部分水。因此，在车辆操作期间可获得水，且水进一步用于调节发动机温度以减少形成的NOx排放的量。通过从内燃机排气将形成的水喷射并混合至内燃机燃烧空气中，进行发动机温度的 调节。以此方式，在不使用水箱的情况下可减少氮氧化物排放，这减少了空间需求、车辆重量以及驾驶员操作复杂性，并且显著减少了与随车携带的水存储的冻结有关的问题。 

返回至所述方法，在502，方法500包括监控一个或多个车辆操作条件，以确定何时温度条件利于NOx形成。然后，在510，方法500包括确定冷凝物收集装置内操作的冷凝物量（例如，冷凝物水平）是否大于体积阈值。如果冷凝物水平下降至阈值以下，则控制器180可配置来例如通过设定冷却单元内的温度低于露点，以通过上述方法400增加冷凝速率，增加操作的冷凝物量。可选地，如果存在的冷凝物量超过阈值，则控制器180可基于确定的发动机操作条件，仅将一部分存在的冷凝物喷射至空气供给管路。 

如本文所述，再循环装置优选具有EGR，其设计来将至少一部分排气再循环至空气供给管路且将所述排气混合至燃烧空气。正如已指出的，EGR是用于减少发动机系统NOx排放的广泛技术。排气再循环装置也可具有从排气管路的一个或多个支管。这里有利的情况是，排气管路的支管或多个支管被布置在冷却单元上游。例如，这提供了这样的优势——排气中包含的水蒸气被直接供应至排气再循环装置，以及已被引导至排气尾管的部分排气通过凝结从其中提取出水。 

空气供给管路中进一步的结构元件可包括设计来压缩燃烧空气的压缩机。此处，喷射装置优选被布置在压缩机下游。在一些情况中，可经压缩机和/或发动机的涡轮机调整空气供给管路内的压力，从而例如通过基于因此获得的压差增加冷凝物雾化量，以进一步增强冷凝物喷射。例如，冷却单元可包括换热器。冷却单元也可包括弯曲的排气管路，以便增加冷却单元的暴露的表面积以及延长排气在冷却单元内的停留时间，由此获得排气流更强烈的冷却。冷却单元可额外地或者可选地包括压缩式制冷机或者设计为其可被连接至压缩式制冷机。如下更详细地描述，当是这样的情况时，将提供车辆内部空气调节的空调系统连接至再循环装置的冷却单元以冷却车厢是特别有利的，因为在未明显增加总费用的情况下获得了增强的冷却性能。 

在一些实施方式中，冷凝物收集装置可进一步包括用于收集的冷凝物的缓冲存储器。也就是说，在一些实施方式中，冷凝物收集装 置可进一步包括用于存储缓冲物的装置。此种缓冲存储器允许水混合快速改变需求的补偿。可构想的是，在发动机功率短暂增加的事件中，在所述时间段，通过由排气流冷凝所获得的冷凝物不足以实现已与发动机功率成比例增加的燃烧空气质量流的最优加湿作用，这样可借助于先前收集的存储在缓冲存储器内的冷凝物。此外，为了避免与冷凝物可能冻结的问题，再循环装置可配备有连接至冷凝物收集装置的排出装置，其设计来响应于排出信号而将所收集的冷凝物排出至车辆外的环境。与只要内燃机运转通过内燃机的废热可防止冻结的缓冲存储器结合，这特别有利。当配备有再循环装置的燃烧设备停止运转时，例如，当驾驶员使机动车辆停止运转时，尤其可触发排出信号。 

考虑刚才所述结构特征继续描述方法500，在520，方法500包括比较发动机温度与指示发动机系统内升高温度的第一温度阈值（T1），并由此可基于相对于T1的升高温度，也存在增加NOx排放的可能。因此原因，有利地可依赖于T1指示EGR何时可通过减小发动机温度，以减少其NOx排放，例如通过置换其中一部分可燃组分，调整排气再循环量。在522，方法500包括调整或者驱动混合阀以调整EGR量。例如，因为测量的发动机温度大于T1，所以控制器180可驱动混合阀14增加打开程度，以增加在发动机系统内再循环的排气量。以此方式，可使发动机温度返回至期望的操作范围，同时减少其NOx排放量。可选地，如果冷凝物收集装置7内的冷凝水平足以喷射至发动机系统，同时发动机温度下降到指示NOx排放低于可接受水平的T1以下，则方法500可前进至512，同时继续车辆操作，以及同时进一步监测冷凝物水平，从而基于一个或多个发动机和/或环境条件，确定形成的冷凝物量是否增加。 

继续至530，进一步示出方法500包括第二温度阈值（T2），其指示这样的温度水平——在其以上，采取更多积极措施降低发动机温度，从而减少NOx排放。基本上是水的冷凝物比仅仅空气（例如，氧、氮等）具有更大的吸热能力，因为水（例如，水蒸气）比空气具有更高的热容量。因此原因，当发动机温度增加超过指示的第二阈值时，将冷凝物喷射至空气供给管路允许更积极地降低内燃机温度。因此，方法500还包括将冷凝物喷射至空气供给管路，以与结合EGR引导至 一个或多个发动机气缸的燃烧空气混合。使用EGR的一个弊端是从一个或多个发动机气缸排出的排气可还具有升高的温度，因为排气是发动机内的燃烧过程的残余。因此，响应于喷射以降低发动机温度的冷凝物，可减少EGR量。如此，在534，控制器180通过驱动混合阀14以基于冷凝物喷射减少再循环的排气量，冷却发动机。例如，可响应于喷射的冷凝物量，减少EGR量。此后，基于发动机操作条件可管理EGR量和喷射的冷凝物，从而进一步管理NOx排放。 

图6示出基于发动机中燃烧稳定性喷射收集的冷凝物的方法600的示例流程图。为了维持喷射期间的燃烧稳定性，可改变一些发动机参数以维持整个喷射过程中的扭矩要求，其可被保持在一定的阈值内。可被调整的示例参数包括火花正时、交流发电机负荷、VCT、以及AFR。因此，可设定额外的阈值，以便为了燃烧稳定性，这些参数不会增加或减少至其阈值外。例如，可设定火花阈值，使得火花延迟不会增加至高于引起燃烧不稳定的水平。由于该原因，方法600包括连同冷凝物喷射测定燃烧稳定性。 

在602，方法600包括估计和/或监测车辆操作条件。然后，在610，方法600也包括相对于当前车辆操作条件的预定范围确定燃烧稳定性。虽然仅为了清楚起见描述了预定范围，但是在一些实施中，可使用不同的实施方式确定燃烧稳定性。例如，在一个实施方式中，控制器180可包括刚才结合其他发动机操作参数（例如，发动机温度）描述的示例参数的查询表，以便确定冷凝物喷射的可接受界限。目标是在未严重影响发动机驱动循环的情况下，进行操作调整，例如，通过引入发动机爆震。 

如果燃烧稳定性落入预定范围内，在612，方法600包括基于一个或多个发动机操作参数，将冷凝物喷射至空气供给管路。然后，在614，方法600还包括基于如上所述的冷凝物喷射，通过驱动混合阀14调整EGR。 

可选地，如果燃烧稳定性落在预定范围外，以致冷凝物喷射超过预定范围界限可能破坏燃烧稳定性，方法600包括进行一种或多种发动机调整，同时执行冷凝物喷射以维持稳定的燃烧操作，同时也减少NOx排放。因此，在616和618，方法600包括执行冷凝物喷射同时 还调整发动机参数以维持燃烧稳定性。例如，在618，示出方法600包括基于所喷射的冷凝物量，调整点火或火花正时，从而在车辆操作期间维持稳定的燃烧，并因此维持发动机操作。虽然示出喷射发生在发动机调整之前，但在一些实施方式中，可在喷射之前进行发动机调整。可选地，也可同时进行发动机调整和冷凝物喷射，从而确保在车辆操作期间维持稳定的燃烧。目标是减少NOx排放同时维持令人满意的车辆操作过程，例如，因此车辆操作者保持不知道在操作期间进行的各种操作调整。 

本公开的第二方面涉及将再循环装置的冷却单元连接至机动车辆的空调系统。因此，图7示出用于冷却车厢的示例流程图。因此，该方法还包括经空调系统引导空气流经过再循环装置的冷却单元，并将其引至车厢，从而使用通过冷却单元的空气流来降低车厢温度。如上所述，本文的公开涉及具有内燃机和连接至内燃机的再循环装置的燃烧设备。此外，本描述涉及具有所述类型的燃烧设备的机动车辆。在机动车辆中，优选地设计再循环装置以便其可被连接至压缩式制冷机。本文中，再循环装置的冷却单元被连接至机动车辆的空调系统。 

在702，方法700包括确定是否通过冷却降低车厢温度。例如，车辆操作者可能在热的夏日午后想要较冷车厢温度。因此，车辆操作者可调整温度按钮，指示车厢内所需的设定温度。然后，在704，控制器180可通过使用格栅挡风板系统或者冷却风扇调整通过冷却单元的气流（例如增加气流）。例如，可增加格栅挡风板的开度，以便通过空调系统增加外部冷却气流，并因此降低车厢温度。可选地，如果维持车厢温度，则在706，在无需做出任何额外调整的情况下可继续车辆操作。 

本公开的进一步方面包括使用空气供给管路内的空气流控制排至管路的冷凝物。因此，图8示出喷射基于文氏管效应的实施方式的示例流程图。因此，基于因空气流过绕过冷凝物管路的空气供给管路引起的压差确定喷射量，该冷凝物管路将排气管路5连接至包括冷凝物收集装置7的空气供给管路4。因此，在一些情况中因可省略冷凝物喷射器，根据本公开的方法允许进一步简化。 

在802，方法800包括按上述相同方式监测一个或多个发动机操 作。然后，在810，方法800包括确定冷凝物水平，从而进一步确定发动机系统内是否存在足够的冷凝物以供使用。如果冷凝物水平超过阈值，则在812，方法800可通过调整空气供给管路内的气流，调节再循环装置所排出的冷凝物量。例如，可增加节流板292的位置，从而进一步增加节气门位置，其允许更大空气流通过空气供给管路。作为响应，基于经空气供给管路绕过冷凝物管路的更大空气流，可产生更大排出量。在814，方法800还包括调整混合阀14，从而相对于经喷射装置的冷凝物喷射，基于上述的排出的冷凝物，调整EGR量。 

返回至810，如果冷凝物水平落于阈值以下，使得再循环装置内的冷凝物量对于所述方法而言不足，则方法800前进至816，同时基于期望的发动机输入继续发动机操作。因此，如上参考图4所述，控制器180通过增加冷凝物速率可增加冷凝物水平。然后，一旦收集充足的冷凝物实现所述方法，则可如上所述进一步继续操作。在一个构想的实施方式中，在冷凝物被收集在冷凝物收集装置7内时可使用冷凝物。以此方式，当检测到低的冷凝物水平时，可简单地继续车辆操作，同时根据本文所述方法，喷射/排出系统的结合被延迟取决于更多冷凝物的产生的一段时间。 

以此方式，根据本公开的系统在较少费用下能够使用喷射至内燃机燃烧空气的水达到减少氮氧化物排放的目的。具体地，可消除水存储和经常补充水箱的费用。因此，用于客运车辆，再循环装置特别具有吸引力。本系统和方法还提供用于操作燃烧设备，其中该方法包括冷却燃烧设备的内燃机的排气流；从冷却的排气流中收集冷凝物；以及将收集的冷凝物混合至内燃机的燃烧空气。 

在另一呈现中，方法包括使用冷却器冷却排气和收集其中的冷凝物，冷凝物被引导通过第一管路并被传送至进气（其中管路仅引导液态冷凝物而不引导排气）；同时通过第二管路将排气再循环至与第一管路平行的进口，该第二管路在第一管路上游。 

注意，本文包括的示例控制和估计程序可用于各种发动机和/或车辆系统配置。本文所述控制方法和程序可作为可执行指令被存储在非暂时性存储器中。本文所述具体程序可表示诸多处理策略中的一种或多种，例如事件驱动的、中断驱动的、多任务处理的、多线程处理的 等等。因此，阐述的各种动作、操作或功能可以以所述的顺序、并行地进行或在一些情况下忽略。同样地，为获得本文描述的实例实施方式的特征和优点，不必要求该处理次序，但其是为了便于说明和描述而提供。一个或多个所阐述的动作或功能可取决于使用的具体策略重复执行。进一步，描述的动作、操作和/或功能可通过图表示要编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的代码。 

应理解本文公开的配置和方法本质上是示例性的，且这些具体实施方式不应以限制意义考虑，因为许多变化是可能的。例如，以上技术可用于V-6、I-4、I-6、V-1、对置4缸及其他发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而易见的组合以及子组合。 

所附权利要求具体指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当理解为包括一个或多个这种元件的并入，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。通过目前权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提供新权利要求，可要求保护公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合。这些权利要求，不论范围比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同，也被视为包括在本公开的主题之内。 

Claims (20)

1.发动机，其包括：

空气供给管路，

用于排出排气的排气管路，以及

连接所述排气管路和所述空气供给管路的再循环装置，所述再循环装置包括用于冷却所述排气流的冷却单元、用于从所述排气流收集冷凝物的冷凝物收集装置以及用于将所述冷凝物喷射回至所述空气供给管路的喷射装置。

2.根据权利要求1所述的发动机，还包括排气再循环装置，其用于将至少一部分所述排气再循环至所述空气供给管路，其中所述排气再循环装置包括所述排气管路的一个或多个支管，并且其中所述排气管路的所述一个或多个支管被布置在所述冷却单元的上游。

3.根据权利要求1所述的发动机，还包括所述空气供给管路内的压缩机，其中所述喷射装置被布置在所述压缩机的下游。

4.根据权利要求1所述的发动机，其中所述冷却单元内的所述排气管路弯曲，以增加所述排气管路的暴露的表面积，同时增加所述排气在所述冷却单元内的停留时间。

5.根据权利要求1所述的发动机，其中所述冷却单元包括换热器和压缩式制冷机的至少一种。

6.根据权利要求1所述的发动机，其中所述冷却单元被配置为连接至压缩式制冷机。

7.根据权利要求1所述的发动机，其中所述冷凝物收集装置还包括用于存储缓冲物的装置。

8.根据权利要求7所述的发动机，其中所述冷凝物收集装置内包括排出装置，以响应于排出信号将至少一部分冷凝物排放至周围环境。

9.根据权利要求8所述的发动机，还包括在发动机驱动循环期间排出所述冷凝物，其中所述再循环装置的所述冷却单元被连接至车辆空调系统。

10.调节发动机温度的方法，其包括：

将来自排气管路的第一部分排气流经由一个或多个排气再循环管路再循环至空气供给管路；

在再循环装置的冷却单元内冷却第二部分排气流，所述再循环装置将所述发动机的所述排气管路连接至所述空气供给管路，其中所述再循环装置位于所述一个或多个排气再循环管路的下游，且其中所述再循环装置被布置成平行于所述一个或多个排气再循环管路；

将来自所述第二部分排气流的冷凝物收集在冷凝物收集装置中；

基于一个或多个发动机操作条件，将所述收集的冷凝物的一个量喷射至所述空气供给管路；以及

调节混合阀，以基于喷射的所述冷凝物的量，调节所述一个或多个排气再循环管路的排气再循环程度。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括将第三部分排气流引导至所述发动机的排气出口。

12.根据权利要求11所述的方法，其中响应于超过第一温度阈值的发动机温度，在不喷射冷凝物的情况下再循环所述第一部分排气流。

13.根据权利要求11所述的方法，其中响应于超过第二温度阈值的发动机温度，结合所述第一部分排气流喷射所述冷凝物。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括经由空调系统引导所述再循环装置的所述冷却单元上的空气流，并将其引导至车厢，以降低车厢温度。

15.根据权利要求10所述的方法，其中将所述冷凝物喷射至所述空气供给管路基于通过所述空气供给管路的空气流。

16.用于发动机的方法，其包括：

使用冷凝物再循环装置内的冷却单元冷却发动机排气流，其中所述再循环装置将排气管路连接至进气系统；

将所述冷却的排气流中的冷凝物收集在冷凝物收集装置内，以及

将收集的冷凝物引入所述进气系统与气流混合，同时与所述冷凝物混合并行地混合再循环的排气。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括基于排气再循环的量，调节引导至所述进气系统的冷凝物的量，其中所述排气经由位于所述冷凝物再循环装置的上游并与其平行布置的管路再循环。

18.根据权利要求17所述的方法，其中响应于引入至所述进气系统的冷凝物的量的增加，减少所述排气再循环的量。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括接收指示温度低于冻结阈值的排出信号，以及响应于所述排出信号，将至少一部分收集的冷凝物排至周围环境。

20.一种方法，其包括使用冷却器冷却排气并收集其中的冷凝物，所述冷凝物被引导通过第一管路并喷射至进气，所述第一管路仅引导液体冷凝物而不引导排气；同时通过第二管路将排气再循环至平行于所述第一管路的进气，所述第二管路在所述第一管路的上游，响应于液体喷射量调节所述第二管路内的EGR阀。