CN109311385A - 气箱装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机(102)的气箱装置(100)，所述气箱装置(100)包括：气箱(104)和第一燃料泵(106)，该气箱(104)用于容纳可燃气体，该第一燃料泵(106)被布置在所述气箱(104)下游并且被布置成将可燃气体的压力水平增加到第一压力水平，其中气箱装置(100)还包括第二燃料泵(108)，该第二燃料泵(108)被布置在第一燃料泵(106)下游并且被布置成将可燃气体的压力水平增加到第二压力水平，其中所述第二压力水平高于所述第一压力水平。

Description

气箱装置

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的气箱装置。本发明还涉及一种包括这种气箱装置的车辆。本发明适用于车辆，特别是通常称为卡车的轻型、中型和重型车辆。尽管将主要关于卡车描述本发明，但是本发明也可以适用于其它类型的交通工具，诸如例如工作机器、公共汽车、船只等。

背景技术

关于用于重型车辆的推进系统，经常使用内燃机。这些内燃机最经常由诸如柴油或汽油这样的可燃流体推进。然而，为了进一步减少车辆的发动机的排放，正在单独使用可替代的推进方法和/或燃料，或者将可替代的推进方法和/或燃料与众所周知的可燃流体组合使用。这些推进方法和/或燃料例如可以包括乙醇或来自电机的电力推进等。

作为另一种可替代方案，已经发现诸如压缩天然气、二甲醚(DME)、生物气等这样的可燃气体是用于卡车形式的车辆的合适推进燃料。可燃流体能够与可燃气体组合使用，用于推进内燃机，在下文中也称为双燃料内燃机。因为与例如柴油燃料相比，来自可燃气体的残余物相对地对于环境友好，所以这些类型的发动机减少了来自其排放物的污染。

由上述可燃气体推进的发动机的问题在于：在气体燃烧之前，如果发生气体从例如气箱或系统的其它位置的泄漏，则存在温室气体排放的风险。因为燃料消耗将增加，所以这种不希望出现的泄漏也有经济方面的原因。另一个问题是，可燃气体在被提供给发动机的燃料喷射器之前需要被加压到相对高的压力水平。由此，需要提供用于输送高压燃料的高压管道，该高压管道难以安装，等等。因此需要进一步改进用于双燃料内燃机的气箱装置。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种至少部分地克服现有技术缺陷的气箱装置。这通过根据权利要求1的气箱装置来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于内燃机的气箱装置，该气箱装置包括气箱和第一燃料泵，所述气箱用于容纳可燃气体，所述第一燃料泵被布置在气箱下游，并且被布置成将可燃气体的压力水平增加到第一压力水平，其中，所述气箱装置还包括第二燃料泵，该第二燃料泵被布置在第一燃料泵的下游，并且被布置成将可燃气体的压力水平增加到第二压力水平，其中第二压力水平高于第一压力水平。

在下文和整个说明书中，术语“可燃气体”应被解释为能够被点燃的气体，该气体通过压缩而自燃或者通过例如火花塞被点燃。因此，本发明不应限于任何特定的可燃气体。然而，作为非限制性示例，可燃气体可以是天然气。当然可以想到其它可供替代物质，诸如例如二甲醚(DME)、生物气、乙烷丙烷和其它可燃烃衍生物以及氢气和它们的混合物等。能够在气箱中被提供的可燃气体能够是液相的和气相的。因此，术语“可燃气体”应被解释为包括液化气体以及气相气体。因此，气箱的下部能够设置有液体的可燃气体，而气箱的上部能够设置有气相的可燃气体。

第一压力水平应该优选是被理解为低压水平，该低压水平指的是：来自气箱的可燃气体被增加到适合于将可燃气体导向内燃机的水平。作为非限制性示例，气箱中的压力水平可以是大约10巴，而压力水平能够借助于第一燃料泵被增加到大约50巴。相反，第二压力水平应该优选是被理解为高压水平，可燃气体的该压力水平适合于给付到内燃机的燃料喷射系统。作为非限制性示例，第二压力水平可以是例如大约250-500巴。

本发明的优点是：气箱装置能够被分为低压段和高压段。由此，高压段能够被紧邻内燃机布置，其优点是能够减少高压管道的布线。由于高压管道难以安装，因此减少这种管道的长度是有利的。而且，当使用高压软管时，弯曲半径变得相对较大，因此如果软管的长度相对较大，则使得布线路径变得困难。因此，提供了有利的最小化的高压系统。

此外，因为对当暴露于相对较高的压力时具有失效风险的联轴器/离合器的需求减少，所以使用低压段将降低安全风险。因为两个模块能够单独生产，然后容易地彼此连接，所以低压段和高压段还使得能够简化气箱装置的制造。而且，提供相对远离气箱的高压段减少了向相对较冷的可燃气体的热传递。

根据示例性实施例，气箱装置还可以包括燃料泵推进装置，该燃料泵推进装置被连接到第一燃料泵，用于推进第一燃料泵。

因此，第一燃料泵由燃料泵推进装置控制和操作，以便提供足够的燃料压力增加。燃料泵推进装置可以是例如由可燃气体推进的发动机，或如下所述的斯特林发动机，或电动机等。

根据示例性实施例，燃料泵推进装置可以包括活塞，其中，第一燃料泵包括飞轮，活塞被机械连接到飞轮，用于推进第一燃料泵。

因此，活塞被布置成用于提供往复运动，该往复运动被传递到第一燃料泵的飞轮，用于实现飞轮的操作。

根据示例性实施例，燃料泵推进装置可以包括第一侧部和第二侧部，该第一侧部被布置成在下游与第一燃料泵连通，其中，活塞被布置在第一侧部和第二侧部之间，用于在其间提供往复运动。

由此，第一侧部被布置为相对较冷侧部，而第二侧部能够被布置为相对较暖侧部，如下面将进一步描述的。借助于这种温差，在不需要向燃料泵推进装置提供诸如汽油或柴油的额外的能量的情况下，活塞能够被布置成在第一侧部和第二侧部之间提供往复运动。

因此，第一侧部可以从第一燃料泵接收加压的可燃气体，该加压的可燃气体相对较冷。根据非限制性示例，这种加压可燃气体的温度可以是大约负130摄氏度。第一侧部可以被布置成圆筒等，并且设置有盘管或其它热交换器装置，用于引导相对较冷的可燃气体通过那里。

第二侧部可以被布置成接收环境空气，因此该环境空气比第一侧部的加压可燃气体更暖。第二侧部也可以被布置成与附加气箱连接，该附加气箱在下面进一步被描述。第二侧部可以被布置成圆筒等，其中从附加气箱接收环境空气或气体的导管被布置在第二侧部的圆筒内。

根据示例性实施例，第二侧部可以包括加热装置，该加热装置用于将第二侧部加热到高于第一侧部的温度水平的温度。

因此，加热装置被布置成加热第二侧部，以在第一侧部和第二侧部之间提供进一步增加的温差。由此，活塞的操作将进一步被改善。

例如，加热装置可以是常规的燃烧器，该燃烧器被布置成加热环境空气或者来自附加气箱的气体。当然可以想到其它可供替代方案，诸如例如无火焰氧化工艺等。

根据示例性实施例，气箱装置还可以包括后处理系统，该后处理系统被布置成与燃料泵推进装置下游流体连通。

由此，能够实现减少例如温室气体。

根据示例性实施例，后处理系统可以被布置成在下游与燃料泵推进装置的第二侧部流体连通。

如上所述，第二侧部可以被布置成与附加气箱连接。由此，后处理系统也被布置在该附加气箱下游，因此减少来自该附加气箱的排放。

根据示例性实施例，后处理系统能够被布置成在下游与内燃机流体连通。

优点在于，相同的后处理系统能够被用于气箱装置以及被用于内燃机这两者。

根据示例性实施例，后处理系统可以是催化剂。

根据示例性实施例，燃料泵推进装置可以是斯特林发动机。

斯特林发动机是有利的，因为它提供闭环再生热发动机，其中工作流体被从上述第一侧部和第二侧部提供。而且，斯特林发动机能够利用冷气体来产生相对于暖侧较大的温差。这一温差提供了斯特林发动机活塞的、改进的往复运动。因此，不需要额外的能量源来推进活塞。

根据示例性实施例，气箱装置可以进一步包括附加气箱，该附加气箱与气箱下游流体连通。

该附加气箱优选是被布置成连接到气箱的上部。优点在于：来自气箱的气相的过量气体能够被引导到附加气箱。因此，该附加气箱能够被布置成用于气箱的排气箱。因此，如果气箱中的气体压力超过预定的阈值极限，则气体被引导到该附加气箱，从而降低气箱中的压力水平。

根据示例性实施例，气箱装置可以进一步包括附加气箱，该附加气箱在下游与第一燃料泵流体连通。

由此，来自第一燃料泵的加压可燃气体也能够被引导到该附加气箱。因此，该附加气箱可以被布置成借助于相应的导管与气箱和第一燃料泵的下游流体连通。

根据示例性实施例，该附加储气体罐可以被布置成与燃料泵推进装置的上游流体连通。

优点在于：该附加气箱能够被用作燃料泵推进装置的动力源。

根据示例性实施例，该附加储气体罐可以被布置成在上游与燃料泵推进装置的第二侧部流体连通。

如上所述，该附加气箱中的可燃气体可以被提供到第二侧部，用于使得能够推进燃料泵推进装置。优点在于：加热装置能够被布置成适当地燃烧气体，并且因此在处理可能有害的未燃烧的可燃气体的同时增加第二侧部的加热。

根据示例性实施例，气箱装置可以进一步包括被布置在第一燃料泵的下游的阀装置。

根据示例性实施例，阀装置可以被布置成与第二燃料泵和该附加气箱的上游流体连通。

由此，来自第一燃料泵的加压可燃气体能够以可控制的方式给付到该附加气箱或者第二燃料泵。例如，当该附加气箱大致是空的，并且期望增加燃料泵推进装置的第二侧部的热量时，将加压的可燃气体引导到该附加气箱可以是特别有利的。

根据示例性实施例，气箱装置可以进一步包括热交换器，该热交换器被布置在第一燃料泵的下游。

因为在可燃气体进入内燃机之前，可燃气体能够被设置为气相，所以这是有利的。

根据示例性实施例，热交换器可以被布置成与燃料泵推进装置的第二侧部流体连通。

由于第二侧部相对较暖，因此当蒸发/加热来自第一燃料泵的相对较冷的压缩可燃气体时，能够有利地使用第二侧部的热量。因此，不需要额外的加热装置来实现热交换器的热交换器作用。

根据示例性实施例，热交换器可以被布置成在下游与第二燃料泵流体连通。

优点在于：加压液相的气体可以比加压气相的气体更节能。因此，通过将热交换器定位在第二燃料泵下游，热交换器加热高压可燃气体，从而在可燃气体被给付到内燃机之前进一步增加其气体压力。

根据示例性实施例，第二燃料泵可以被机械连接到内燃机，用于推进内燃机。

这是有利的，因为第二燃料泵被定位成紧邻内燃机。

根据本发明的第二方面，提供了一种车辆，该车辆包括内燃机和根据以上关于第一方面描述的任一示例性实施例的气箱装置，其中，该气箱装置被布置成与内燃机流体连通。

根据示例性实施例，内燃机可以是双燃料内燃机。

第二方面的效果和特征很大程度上类似于以上关于本发明的第一方面所描述的效果和特征。

当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创建除了下面描述的那些实施例之外的实施例。

附图简要说明

通过以下对本发明示例性实施例的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及附加目的、特征和优点，其中：

图1是示出卡车形式的车辆的示例性实施例的侧视图；

图2是示出根据本发明的气箱装置的示例性实施例的示意图；并且

图3是示出根据本发明的示例性实施例的图2所示气箱装置的第一燃料泵和燃料泵推进装置的示例性实施例。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以很多不同的形式实施，而不应该被解释为限于这里阐述的实施例；实际上，提供这些实施例是为了彻底和完整。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。

特别参考图1，提供了一种包括内燃机102的车辆1。例如，内燃机102可以是双燃料内燃机102，该双燃料内燃机102被连接到诸如柴油箱这样的燃料箱，并且被连接到气箱装置100，下面将结合图2的描述进一步详细描述该气箱装置100。因此，内燃机102可以由诸如例如柴油或汽油这样的常规燃料以及诸如例如压缩天然气、二甲醚(DME)、生物气这样的可燃气体等推进。可燃气体可以以液体/液化可燃气体这样的液相或气相提供。图1所描绘的车辆1在这里是卡车形式的重型车辆1，本发明的气箱装置100特别适合于该重型车辆1。

现在，参考图2，更详细地描绘了气箱装置100的示例性实施例。特别地，气箱装置100包括气箱104。气箱104包括适于推进内燃机102的可燃气体。其中存在液相可燃气体的气箱104的下部被布置成经由第一导管105与在下文中也将被称为低压泵的第一燃料泵106流体连通。第一燃料泵106被布置成将液化的可燃气体加压到第一压力水平。作为示例，气箱104中的气体压力可以是例如10巴，并且第一燃料泵106可以将液化可燃气体的压力增加到例如50巴。因此，第一燃料泵106被布置成对液化的可燃气体进行加压，并且向气箱装置100的下游进一步输送液化的可燃气体。而且，第一燃料泵106被布置成将液化的可燃气体的压力增加到一定气体压力水平，该气体压力水平提高了液化的可燃气体被转化成气相的可燃气体的转化温度。因此，减少了对气箱装置100的导管的隔离的需要。

此外，第一燃料泵106由燃料泵推进装置110连接和推进。燃料泵推进装置110的示例性实施例将在下面结合图3的描述给出。作为以下描述的装置的替代方案，燃料泵推进装置110可以由例如电机或者由通过可燃气体推进的燃烧机等构成。燃料泵推进装置110的主要目的是推进第一燃料泵106，使得液化可燃气体能够以上述方式被加压。

如图2所示，气箱装置100还包括热交换器126。热交换器126被布置成将液化的可燃气体转化成气相的气体。因此，气相的可燃气体能够被进一步朝向内燃机102的喷射器(未示出)引导到气箱装置100的下游。在图2中，热交换器126被示意为被包括在燃料泵推进装置110中，即形成燃料泵推进装置110的一部分。然而，应该容易理解的是，热交换器126可以被定位在第一燃料泵106下游和内燃机102的喷射器(未示出)上游之间的其它位置。根据未在图中示意的另一个优选示例性实施例，热交换器126可以被定位成在下文所述的第二燃料泵108和内燃机102之间流体连通。因此，在这种情况下，热交换器126被布置在第二燃料泵108的下游，并且被布置成增加气相的气体。

此外，气箱装置100包括第一阀107，其优选为止回阀，该第一阀经由第二导管109被布置在燃料泵推进装置110的下游。第一阀107被布置成朝向过滤器111并且进一步朝向阀装置124引导可燃气体。阀装置124优选是电控阀装置，该电控阀装置被连接到控制单元160，并且被构造成经由第三导管113朝向第二燃料泵108和/或经由第四导管115朝向附加气箱122以可控的方式引导可燃气体。

因此，优选为被构造成高压燃料泵的第二燃料泵108被布置在阀装置124的下游。第二燃料泵108的目的主要是将可燃气体的压力增加到大致对应于适于内燃机102的燃料喷射器(未示出)的压力水平的极限。作为示例，第二燃料泵108可以将可燃气体的压力水平增加到大约250巴。优点在于，期望在燃料喷射器(未示出)中实现相对较高的气体压力，因为这将在喷射中提供更快的响应时间以及在喷射时在气缸中实现更高的压缩。在图2中描绘的示例性实施例中，第二燃料泵108经由诸如齿轮机构等这样的机械连接件117由内燃机102推进。

此外，气箱装置100还包括从内燃机102到第一阀107的返回导管119。返回导管119被布置成在内燃机102和第一阀107之间流体连通，用于将来自内燃机102的残余燃料引导回气箱装置100。

气箱装置100还包括上述附加气箱122。附加气箱122被布置在阀装置124的下游。由此，可燃气体能够以可控制的方式运送到附加气箱122，根据示例性实施例，该附加气箱122是低压气箱。根据非限制性示例，附加气箱中的压力水平可以是大约1-15巴。附加气箱122还被布置成经由第五导管121在上游与燃料泵推进装置110流体连通。因此，如将在下面结合图3进一步描述的，附加气箱122中的可燃气体能够被布置用于辅助燃料泵推进装置110的推进。

此外，气箱装置100还包括第六导管123，该第六导管123在气箱104和附加气箱122之间流体连通。详细地，第六导管123被连接到气箱104的上部，在该上部处，可燃气体以气相提供。由此，来自气箱104的过度汽化的可燃气体能够被运送到附加气箱122，这可以降低气箱104中的气体压力等。

如图2进一步所示，气箱装置100包括后处理系统120，该后处理系统120被布置成经由第七导管125在下游与燃料泵推进装置110流体连通。优选地，后处理系统120是与内燃机102下游的后处理系统相同的后处理系统。根据示例性实施例，后处理系统120可以是被布置成减少有害排放的量的催化剂。

现在转到图3，其示出了上述燃料泵推进装置110的示例性实施例。图3的燃料泵推进装置110大致被布置成斯特林发动机，其构件和功能将在下文描述。如图3所示，燃料泵推进装置110包括活塞112，活塞112被布置成在燃料泵推进装置110的第一侧部116和第二侧部118之间往复运动。活塞112又经由飞轮114被连接到第一燃料泵106，用于推进第一燃料泵106。

作为燃料泵推进装置110的“冷”部的第一侧部116被布置成在下游与第一燃料泵106流体连通，如上所述，该第一燃料泵106被布置成在下游与气箱104流体连通。由此，相对较冷的可燃气体被引导到燃料泵推进装置110的第一侧部116。来自气箱104的相对较冷的可燃气体可以借助于第一侧部导管201被引导通过第一侧部116。

作为燃料泵推进装置110的“暖”部的第二侧部118被布置成经由第五导管121在下游与附加气箱122流体连通。由此，温度高于第一侧部116的温度的可燃气体被提供给第二侧部118。例如，来自附加气箱122的可燃气体的温度可以对应于环境温度。例如，当期望增加第二侧部118的温度时，来自附加气箱122的可燃气体能够经由第二侧部导管203被引导通过第二侧部118。第二侧部导管203经由第七导管125与后处理系统120进一步流体连通。

此外，第二侧部118可以设置有加热装置128，诸如例如燃烧器或其它合适的装置，用于增加被引导通过燃料泵推进装置110的第二侧部118的可燃气体的温度水平。当期望减少系统中的汽化量时，这可能是有利的，由此能够将气流提供到第二侧部导管203中，并且激活加热装置128。作为非限制性示例，加热装置128可以将可燃气体的温度水平增加到大约900摄氏度。

借助于在燃料泵推进装置110的第一侧部116和第二侧部118之间的温差，活塞将在其间往复运动，这又将在飞轮114上产生旋转动量，因此飞轮114将推进第一燃料泵106。

此外，在图3所示的示例性实施例中，热交换器126被布置成与燃料泵推进装置110的第二侧部118连通。由此，燃料泵推进装置110的相对温暖的一侧能够被布置成帮助将液化可燃气体转化成气相可燃气体。

如上所述，燃料泵推进装置110可以被布置为斯特林发动机。能够通过改变加热装置128中的可燃气体量来控制燃料泵推进装置110的功率。因此，如果增加被供应的气体量，则可以增加来自燃料泵推进装置110的输出功率。

应该理解，本发明不限于以上描述的并且在附图中示意的实施例；实际上，技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内作出很多改变和修改。例如，燃料泵推进装置110可以设置有两个活塞而不是所描绘的单个活塞112。在这种情况下，该两个活塞中的一个活塞可以比另一个活塞更大。

Claims (22)

1.一种用于内燃机(102)的气箱装置(100)，所述气箱装置(100)包括气箱(104)和第一燃料泵(106)，所述气箱(104)用于容纳可燃气体，所述第一燃料泵(106)被布置在所述气箱(104)的下游，并且被布置成将所述可燃气体的压力水平增加到第一压力水平，其特征在于，所述气箱装置(100)还包括第二燃料泵(108)，所述第二燃料泵(108)被布置在所述第一燃料泵(106)的下游，并且被布置成将所述可燃气体的压力水平增加到第二压力水平，其中，所述第二压力水平高于所述第一压力水平。

2.根据权利要求1所述的气箱装置(100)，还包括燃料泵推进装置(110)，所述燃料泵推进装置(110)被连接到所述第一燃料泵(106)，用于所述第一燃料泵(106)的推进。

3.根据权利要求2所述的气箱装置(100)，其中，所述燃料泵推进装置(110)包括活塞(112)，其中，所述第一燃料泵(106)包括飞轮(114)，所述活塞(112)被机械连接到所述飞轮(114)，用于所述第一燃料泵(106)的推进。

4.根据权利要求2或3所述的气箱装置(100)，其中，所述燃料泵推进装置(110)包括第一侧部(116)和第二侧部(118)，所述第一侧部(116)被布置成在下游与所述第一燃料泵(106)连通，其中，所述活塞(112)被布置在所述第一侧部(116)和所述第二侧部(118)之间，用于在所述第一侧部(116)和所述第二侧部(118)之间提供往复运动。

5.根据权利要求4所述的气箱装置(100)，其中，所述第二侧部(118)包括加热装置(128)，所述加热装置(128)用于将所述第二侧部(118)加热到高于所述第一侧部(116)的温度水平的温度。

6.根据权利要求2至5中的任一项所述的气箱装置(100)，还包括后处理系统(120)，所述后处理系统(120)被布置成在下游与所述燃料泵推进装置(110)流体连通。

7.根据权利要求6所述的气箱装置(100)，其中，所述后处理系统(120)被布置成在下游与所述燃料泵推进装置(110)的所述第二侧部(118)流体连通。

8.根据权利要求6或7中的任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述后处理系统(120)被布置成在下游与内燃机(102)流体连通。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述后处理系统(120)是催化剂。

10.根据权利要求2至9中的任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述燃料泵推进装置(110)是斯特林发动机。

11.根据前述权利要求中任一项所述的气箱装置(100)，还包括附加气箱(122)，所述附加气箱(122)在下游与所述气箱(104)流体连通。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的气箱装置(100)，还包括附加气箱(122)，所述附加气箱(122)在下游与所述第一燃料泵(106)流体连通。

13.根据权利要求11或12所述的气箱装置(100)，其中，所述附加气箱(122)被布置成在上游与所述燃料泵推进装置(110)流体连通。

14.根据权利要求13所述的气箱装置(100)，其中，所述附加气箱(122)被布置成在上游与所述燃料泵推进装置(110)的第二侧部(118)流体连通。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的气箱装置(100)，还包括阀装置(124)，所述阀装置(124)被布置在所述第一燃料泵(106)的下游。

16.根据权利要求15所述的气箱装置(100)，其中，所述阀装置(124)被布置成在上游与所述第二燃料泵(108)和所述附加气箱(122)流体连通。

17.根据前述权利要求中任一项所述的气箱装置(100)，还包括热交换器(126)，所述热交换器(126)被布置在所述第一燃料泵(106)的下游。

18.根据权利要求17所述的气箱装置(100)，其中，所述热交换器(126)被布置成与所述燃料泵推进装置(110)的第二侧部(118)流体连通。

19.根据权利要求17所述的气箱装置(100)，其中，所述热交换器(126)被布置成在下游与所述第二燃料泵(108)流体连通。

20.根据前述权利要求中的任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述第二燃料泵(108)被机械连接到内燃机(102)，用于所述内燃机(102)的推进。

21.一种车辆，所述车辆包括内燃机(102)和根据前述权利要求中的任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述气箱装置(100)被布置成与所述内燃机(102)流体连通。

22.根据权利要求21所述的车辆，其中，所述内燃机(102)是双燃料内燃机。