CN110831802A - 用于内燃发动机的气箱装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆(1)的内燃发动机的气箱装置(100)。特别地，本发明涉及一种气箱装置，其包括用于容纳可燃燃料的气箱(2)和设置在气箱(2)的下游的电推进气体燃烧装置(5)。

Description

用于内燃发动机的气箱装置
技术领域
本发明涉及用于内燃发动机的气箱装置。本发明还涉及一种用于控制气箱装置的方法。本发明适用于车辆，特别是通常称为卡车的小、中、重型车辆。尽管本发明将主要针对卡车进行描述，但是它也可以适用于可通过可燃燃料操作的其他类型的车辆。
背景技术
关于重型车辆的推进系统，经常使用内燃发动机。这些内燃发动机最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排放，单独使用替代的推进方法和/或燃料，或与众所周知的可燃流体结合使用。这些方法可以包括例如乙醇或来自电机的电力推进等。
作为另一种替代形式，已经发现例如液化天然气、压缩天然气、二甲醚、沼气等可燃燃料是适合卡车形式的车辆的推进燃料。所述可燃流体可以与可燃燃料结合使用来推进内燃发动机(下文中也称为双燃料内燃发动机)。由于与例如柴油燃料相比，可燃燃料的残留物对环境相对友好，因此对于这些类型的发动机来说，减少了来自其排放物的污染。
由上述可燃燃料推进的发动机的一个问题是，如果由于箱内的气压增加而需要将气体排放到例如系统的其他位置，则存在对环境有害的污染风险。因为将增加燃料消耗，因此这种类型的排气也可能具有经济方面的问题。排气通常可能发生在气箱(gas tank)中的燃烧气体发生膨胀的情况下。
因此，希望减少对环境有害的可燃燃料的排放。
发明内容
本发明的目的是提供一种至少部分地克服上述缺陷的气箱装置。这通过根据权利要求1的方法得以实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆的内燃发动机的气箱装置，该气箱装置包括：气箱，其用于容纳可燃燃料；电推进气体燃烧装置，其设置在气箱的下游；发电装置，其连接到电推进气体燃烧装置，用于以可控方式向电推进气体燃烧装置输送电力；以及控制单元，其连接到电推进气体燃烧装置和发电装置，其中，控制单元被配置成用以：确定气箱内的压力水平；将压力水平与最大允许气体压力水平进行比较；确定发电装置的当前发电能力；将当前的发电能力与用于推进气体燃烧装置的最小所需电力水平进行比较；并且如果气箱内的压力水平高于最大允许气体压力水平，并且发电装置的当前发电能力高于最小所需电力水平，则：控制气体燃烧装置以通过由发电装置产生的电力操作；并且控制气箱以将可燃燃料输送到气体燃烧装置以在其中燃烧。
在下文和整个说明书中，术语“发电装置”应该被解释为能够发电以及向电推进气体燃烧装置输送电力的装置。因此，电推进气体燃烧装置是通过电力操作的气体燃烧器。因此，为了使气体燃烧器操作并燃烧可燃燃料，气体燃烧器需要被供以电力/电流。根据下面进一步描述的示例实施例，发电装置可以包括用于发电的太阳能电池。也可以想到其他替代方案，例如连接到车辆的风力涡轮机等。
控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程设备。控制单元也可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。当控制单元包括诸如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的可编程设备时，处理器还可以包括控制可编程设备操作的计算机可执行代码。
本发明基于这样的认识，即在压力超过预定压力极限的情况下，包含可燃燃料的气箱需要通气。优选对气体燃烧装置进行通气，从而防止危险气体到达车辆的周围环境。
本发明的一个优点是，当希望烧掉可燃燃料时，并且通过由发电装置产生的电力而有足够的电力来操作电推进气体燃烧装置时，可燃燃料将被输送到电推进气体燃烧装置。因此，排空车辆电池的风险降低。因此，来自不同于车辆电池的电力源的能量用于操作电推进气体燃烧装置。电推进气体燃烧装置当然可以连接到车辆电池，但车辆电池仅用作电推进气体燃烧装置的替代电力源。
根据示例性实施例，控制单元还可以被配置成用以借助于发电装置的当前发电能力来确定气体燃烧装置中可燃的可燃燃料的量；并且控制气箱将该量的可燃燃料输送到气体燃烧装置。
因此，控制单元确定有多少气体可以被发电装置中的可用电力烧掉。此后，控制单元控制气箱来输送这样量的可燃燃料。因此，实现了气箱中压力的至少部分降低，使得气箱中的压力降低到更安全的水平。另一个优点是提供了自适应系统，其中输送到气体燃烧装置的气体量基于气体燃烧发电装置中的可用电力。
根据示例性实施例，气箱装置还可以包括连接在发电装置和气体燃烧装置之间的第一蓄电装置。
蓄电装置可以是例如电池。然而，蓄电装置不应被解释为与用于例如起动发动机等的普通车辆电池相同的电池。
因此，在不需要通气的情况下，在发电装置中产生的电力可以被引导到蓄电装置。另外，蓄电装置使得气体燃烧装置能够更稳健和稳定地操作。另外，在从发电装置输送的电力不足以燃烧期望量的可燃气体的情况下，可以从蓄电装置向气体燃烧装置供应电力。
根据示例性实施例，控制单元还可以连接到第一蓄电装置，其中控制单元还被配置成用以：将发电装置的当前发电能力与气体燃烧装置可消耗的最大电力水平进行比较；以及如果当前发电能力高于最大电力水平，则控制由发电装置产生的电力的至少一部分以提供给第一蓄电装置。
因此，一个优点是，如果发电装置产生的电力多于气体燃烧装置所需的电力，则电力可以存储在第一蓄电装置中，而不会被浪费。
根据示例性实施例，如果气箱内的压力水平高于最大允许气体压力水平，并且发电装置的当前发电能力低于最小所需电力水平，则控制单元还可以被配置成用以控制第一蓄电装置向气体燃烧装置提供电力。
因此，第一蓄电装置可以用作气体燃烧装置的备用电源。
根据示例性实施例，气箱装置还可以包括阀单元，该阀单元被布置成在气箱和气体燃烧装置之间流体连通，其中控制单元连接到阀单元，并且还被配置成用以在第一状态和第二状态之间以可控方式布置阀单元，在第一状态下，可燃燃料被从气箱输送到气体燃烧装置，在第二状态下，阻止气箱将可燃燃料输送到气体燃烧装置。
根据示例性实施例，气箱还可以包括用于检测气箱内气体压力的气体压力传感器。
因此，来自气体压力传感器的信号被输送到控制单元，用于阀单元的操作。气体压力传感器可以被布置成用以在气体压力达到最大允许气体压力极限之前向控制单元输送信号，以便在略早于可燃燃料被输送到控制单元之前启动气体燃烧装置。
根据示例性实施例，发电装置可以包括用于检测由发电装置提供的当前发电水平的发电传感器。
发电传感器是检测发电装置中产生的电力的功率的传感器。因此，发电传感器被布置成向控制单元传输信号，该信号指示有多少电力可以被输送到气体燃烧装置用于其推进。
根据示例性实施例，电推进气体燃烧装置还可以电连接到车辆的第二蓄电装置，第二蓄电装置还被布置成用以控制内燃发动机的启动点火。
因此，第二蓄电装置可以用作用于操作气体燃烧装置的另外的电力备用装置。
根据示例性实施例，发电装置可以包括用于产生电力的太阳能电池。
因此，由于气箱中的可燃燃料最经常由于气箱的温度升高(由于由阳光照射而造成温度升高)而膨胀，所以在气箱需要通气时，发电装置的电力水平通常是足够的。因此，电能通过太阳能产生，另一方面，太阳能可能导致气箱需要通气。
根据示例性实施例，太阳能电池可以被布置在车辆的车顶或导风板中的至少一个上。
车顶或导风板位置暴露在大部分太阳辐射下。
根据第二方面，提供了一种用于控制车辆的内燃发动机的气箱装置的方法，该气箱装置包括：气箱，其用于容纳可燃燃料；电推进气体燃烧装置，其设置在气箱的下游；发电装置，其连接到电推进气体燃烧装置，用于以可控方式向电推进气体燃烧装置输送电力；其中该方法包括以下步骤：确定气箱内的压力水平；将压力水平与最大允许气体压力水平进行比较；确定发电装置的当前发电能力；将当前的发电能力与用于推进气体燃烧装置的最小所需电力水平进行比较；并且如果气箱内的压力水平高于最大允许气体压力水平，并且发电装置的当前发电能力高于最小所需电力水平，则：通过由发电装置产生的电力操作气体燃烧装置；以及从气箱向气体燃烧装置提供可燃燃料以在其中燃烧。
第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于第一方面描述的那些内容。
根据第三方面，提供了一种车辆，该车辆包括内燃发动机和根据以上关于第一方面描述的示例性实施例中任一个的气箱装置，其中气箱装置被布置在内燃发动机的上游，用于将可燃燃料输送到内燃发动机。
根据第四方面，提供了一种计算机程序，该程序包括程序代码组件，用于当程序在计算机上运行时执行上面关于第二方面描述的步骤。
根据第五方面，提供了一种携带计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序组件，用于当该程序组件在计算机上运行时执行上面关于第二方面描述的步骤。
第三、第四和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于第一方面描述的那些。
当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的另外的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来产生不同于以下描述的实施例。
附图说明
通过对本发明的示例性实施例的以下说明性和非限制性详细描述，将更好地理解本发明的上述以及附加的目的、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横向侧视图；
图2是根据示例性实施例的气箱装置的示意图；
图3是根据另一示例性实施例的连接到车辆的气箱装置的示意图；和
图4是根据示例性实施例的用于控制气箱装置的方法的流程图。
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，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为局限于这里阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性。在整个描述中，相似的参考符号指代相似的元件。
特别参考图1，提供了一种包括内燃发动机102的车辆1。内燃发动机102可以是例如双燃料内燃发动机102，其连接到燃料箱，诸如柴气箱和气箱装置100，该气箱装置100将在下文进一步详细描述。因此，内燃发动机102可以由例如柴油或汽油这样的常规燃料以及例如液化天然气、压缩天然气、二甲醚、沼气等可燃燃料推动。所述可燃燃料可以以液相、即液体/液化的可燃燃料提供，也可以以气相提供。图1所示的车辆1是重型车辆1，这里是卡车形式，本发明的气箱装置100特别适合于该重型车辆1。
参考图2，示出了根据示例性实施例的气箱装置100。如上所述，并且如图2所示，气箱装置100连接到内燃发动机102。应当容易理解，所示的气箱装置100和内燃发动机102之间的连接是示意性的，并且在它们之间可以布置有部件，例如流体泵、压力箱等。
如图2中可见，气箱装置100包括设置有可燃燃料40的气箱2。可燃燃料40可以液态提供，尽管气态通常也存在于气箱2的上部区域中。气箱装置100还包括气体燃烧装置5，该气体燃烧装置5被布置成经由气体燃烧器导管10与气箱2流体连通。优选地，气体燃烧器导管10在气箱2的上部区域与气箱2相连，优选地，气体燃烧器导管10在气箱2的顶部上与气箱2相连。因此，气态可燃燃料可以被输送到气体燃烧装置5。气体燃烧装置5通过电力操作。因此，气体燃烧装置5也被称为电推进气体燃烧装置5。气箱装置100还包括发电装置4，所述发电装置4被连接到气体燃烧装置5，用于推进气体燃烧装置5。因此，发电装置4被布置成用以产生被馈送到气体燃烧装置5的电力。优选地，发电装置4可以包括布置在例如车辆1的车顶上的太阳能电池板，这将在下面进一步详细描述。在这种情况下，电力由太阳能电池板上的太阳能辐射产生。
此外，气箱装置包括控制单元6。控制单元6连接到气体燃烧装置5、发电装置4和布置成连接到气箱2的压力传感器12。因此，控制单元6被布置成用以从压力传感器12接收指示气箱2内的压力水平的信号。控制单元6还被布置成用以接收来自发电装置4的信号，或者布置成用以接收与发电装置4连接的发电传感器(在图3中由数字11指示)的信号。因此，控制单元6接收指示发电装置4的当前电力水平的信号，即发电装置4能够向气体燃烧装置5供应多少电力。控制单元6还连接到气体燃烧装置5。因此，控制单元6可以控制气体燃烧装置5，以由发电装置4产生的电力操作，即，控制气体燃烧装置5以打开或关闭。
借助于图2所描绘的装置，当气箱2需要通气时，即当气体压力超过预定的最大允许气体压力水平时，气箱2中包含的气态可燃燃料可以被供应到气体燃烧装置5。另外，控制单元6被布置成用以接收指示气箱2中的压力水平的信号，并且当气箱2中的气体压力超过预定的最大允许气体压力水平时，控制气体燃烧装置以打开，使得气体燃烧装置5可以燃烧从气箱2输送的过量气体。下面将给出控制气箱装置100的过程。
参考图3，描绘了根据另一个示例性实施例的气箱装置100。在图3中，气箱装置100被示出为连接到车辆1。图3所描绘的气箱装置100还包括上述的气箱2、气体燃烧装置5、发电装置4和控制单元6。如图3所示，发电装置4连接到车辆1的车顶和导风板3，并且包括用于产生电力的太阳能电池板。同样如图3所示，发电传感器11被布置成与发电装置4相连接，并且提供与上面关于图2的描述所述相同的功能。
图3所描绘的示例性实施例还包括布置在气体燃烧器导管10中的阀单元14。因此，阀单元14被布置成与气箱2和气体燃烧装置5流体连通。尽管阀单元14被描绘为布置在与气箱2隔开的位置，但是应当容易理解，阀单元14可以被布置成与气箱2直接物理连接。因此，为了便于理解，阀单元14的位置仅仅是示意性的。此外，阀单元14还连接到控制单元6，使得控制单元6能够控制阀单元14的操作。因此，控制单元6被布置成用以可控制地将阀单元14布置在第一状态和第二状态之间，在第一状态，可燃气体燃料被允许从气箱2输送到气体燃烧装置5，在第二状态，防止气箱2向气体燃烧装置5输送可燃气体燃料。
此外，图3所示实施例还包括连接在发电装置4和气体燃烧装置5之间的第一蓄电装置13。因此，在电力从第一蓄电装置13输送到气体燃烧装置5之前，发电装置4可以向第一蓄电装置13供应电力。在图3中，第一蓄电装置13和控制单元6已被描绘为布置在同一隔室内。这应该被解释为纯粹示意性的，因为第一蓄电装置13和控制单元6可以被布置在彼此隔开的不同位置。
为了描述根据示例性实施例的控制图2和3中描绘的气箱装置的功能和方法，结合图2和3参考图4。
当控制气箱装置100、或者特别是气箱装置100中的可燃气体燃料的流量时，确定气箱2内的压力水平(S1)。这优选地通过接收来自于压力传感器12的、指示气箱2内的当前压力水平的信号的控制单元6来实现。控制单元6比较压力水平与最大允许气体压力水平(S2)。最大允许气体压力水平可以是基于气箱2需要通气(即，例如由于气箱2的温度水平升高造成气箱中的可燃气体燃料已经膨胀，从而需要对气箱2进行通气)时的压力水平。最大允许气体压力水平优选地是这样一种压力水平，其稍微低于在发生此类事件之前、能够对气箱进行操控来对气箱进行排气的压力水平。
此外，控制单元6还确定发电装置4的当前/目前发电能力(S3)，即，确定发电装置4能够向气体燃烧装置5供应多少电力。为了使控制单元6确定发电装置4的当前/目前发电能力，控制单元6从发电传感器11接收指示发电装置4的当前/目前发电能力的信号。控制单元6还对发电装置4的当前/目前发电能力与用于推进气体燃烧装置5的最小所需电力水平、即能够操作气体燃烧装置5所需的电力进行比较(S4)。
此后，控制单元6确定气箱2内的压力水平是否高于最大允许气体压力水平，即气箱2是否需要通气。控制单元6还确定发电装置4的当前/目前发电能力是否高于最小所需电力水平，即气体燃烧装置5是否能够由发电装置4的当前/目前电力水平推动。
如果气箱2内的压力水平高于最大允许气体压力水平，并且发电装置4的当前发电能力高于最小所需电力水平，则控制单元6控制气体燃烧装置5，以通过由发电装置4产生的电力来操作气体燃烧装置(S5)，并控制气箱2，以将可燃燃料输送到气体燃烧装置5，用于在其中燃烧。
上述控制单元6可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程设备。控制单元也可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。当控制单元包括诸如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的可编程设备时，处理器还可以包括控制可编程设备操作的计算机可执行代码。
尽管附图可能显示序列，但是步骤的顺序可以不同于所描述的顺序。也可以同时或部分同时执行两个或更多个步骤。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计师的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样，软件实施方式可以用标准编程技术来完成，该标准编程技术具有基于规则的逻辑和其他逻辑来完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。此外，尽管已经参照本发明的特定示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，许多不同的改变、修改等将变得显而易见。

Claims (15)

1.一种用于车辆(1)的内燃发动机的气箱装置(100)，所述气箱装置(100)包括：
气箱(2)，所述气箱用于容纳可燃燃料；
设置在所述气箱(2)的下游的电推进气体燃烧装置(5)；
发电装置(4)，所述发电装置连接到所述电推进气体燃烧装置(5)，用于以可控方式向所述电推进气体燃烧装置(5)输送电力；以及
控制单元(6)，所述控制单元连接到所述电推进气体燃烧装置(5)和所述发电装置(4)，其中，所述控制单元(6)被构造成用以：
-确定所述气箱(2)内的压力水平；
-将所述压力水平与最大允许气体压力水平进行比较；
-确定所述发电装置(4)的当前发电能力；
-将所述当前发电能力与用于推进所述气体燃烧装置(5)的最小所需电力水平进行比较；和
如果所述气箱(2)内的所述压力水平高于所述最大允许气体压力水平，并且所述发电装置(4)的所述当前发电能力高于所述最小所需电力水平，则：
-控制所述气体燃烧装置(5)，以由所述发电装置(4)所产生的电力来操作所述气体燃烧装置(5)；和
-控制所述气箱(2)，以将可燃燃料输送到所述气体燃烧装置(5)，用于在所述气体燃烧装置(5)中进行燃烧。
2.根据权利要求1所述的气箱装置(100)，其中，所述控制单元(6)还被构造成用以：
-借助于所述发电装置(4)的所述当前发电能力，确定能够在所述气体燃烧装置(5)中的燃烧的可燃燃料的量；和
-将所述气箱(2)控制以将所述量的可燃燃料输送到所述气体燃烧装置(5)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述气箱装置(100)还包括第一蓄电装置(13)，所述第一蓄电装置(13)被连接在所述发电装置(4)和所述气体燃烧装置(5)之间。
4.根据权利要求3所述的气箱装置(100)，所述控制单元(6)还被连接到所述第一蓄电装置(13)，其中，所述控制单元(5)还被构造成用以：
-将所述发电装置(4)的所述当前发电能力与所述气体燃烧装置(5)能够消耗的最大电力水平进行比较；并且
如果所述当前发电能力高于所述最大电力水平，则：
-将由所述发电装置(4)产生的电力的至少一部分控制为提供给所述第一蓄电装置(13)。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述控制单元(6)还被构造成用以：
-如果所述气箱(2)内的所述压力水平高于所述最大允许气体压力水平，并且所述发电装置(4)的所述当前发电能力低于所述最小所需电力水平，则控制所述第一蓄电装置(13)以向所述气体燃烧装置(5)提供电力。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述气箱装置(100)还包括阀单元(14)，所述阀单元(14)被布置成在所述气箱(2)和所述气体燃烧装置(5)之间流体连通，其中，所述控制单元(6)连接到所述阀单元(14)，并且还被构造成以可控方式将所述阀单元(14)布置在第一状态和第二状态之间，在所述第一状态，可燃燃料从所述气箱(2)输送到所述气体燃烧装置(5)，在所述第二状态，防止所述气箱(2)将所述可燃燃料输送到所述气体燃烧装置(5)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述气箱(2)还包括用于检测所述气箱(2)内的气体压力的气压传感器(12)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述发电装置(4)包括发电传感器(11)，用于检测由所述发电装置(4)提供的当前发电水平。
9.根据前述权利要求中任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述电推进气体燃烧装置(5)还电连接到所述车辆的第二蓄电装置，所述第二蓄电装置还被构造成用以控制所述内燃发动机的启动点火。
10.根据前述权利要求中任一项所述的气箱装置(100)，其中，所述发电装置(4)包括用于产生电力的太阳能电池。
11.根据权利要求10所述的气箱装置(100)，其中，所述太阳能电池布置在所述车辆的车顶或导风板中的至少一个上。
12.一种用于控制车辆(1)的内燃发动机的气箱装置(100)的方法，所述气箱装置(100)包括：
气箱(2)，所述气箱用于容纳可燃燃料；
设置在所述气箱(2)的下游的电推进气体燃烧装置(5)；
发电装置(4)，所述发电装置(4)连接到所述电推进气体燃烧装置(5)，用于以可控方式向所述电推进气体燃烧装置(5)输送电力，
其中，所述方法包括以下步骤：
-确定所述气箱(2)内的压力水平(S1)；
-比较所述压力水平与最大允许气体压力水平(S2)；
-确定所述发电装置(4)的当前发电能力(S3)；
-对所述当前发电能力与用于推进所述气体燃烧装置(5)的最小所需电力水平进行比较(S4)；并且
如果所述气箱(2)内的所述压力水平高于所述最大允许气体压力水平，并且所述发电装置(4)的所述当前发电能力高于所述最小所需电力水平，则：
-通过由所述发电装置(4)产生的电力来操作(S5)所述气体燃烧装置(5)；和
-将可燃燃料从所述气箱(2)提供到所述气体燃烧装置(5)，以在所述气体燃烧装置(5)中燃烧(S5)。
13.一种包括内燃发动机和根据权利要求1-11中任一项所述的气箱装置的车辆(1)，其中，所述气箱装置被布置在所述内燃发动机的上游，用于向所述内燃发动机输送可燃燃料。
14.一种计算机程序，包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求12的步骤。
15.一种携带计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序组件，用于当所述程序组件在计算机上运行时执行权利要求12的步骤。
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