CN111727309B - 内燃发动机装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃发动机装置(100、00')，包括：燃烧气缸，其设有可在燃烧气缸内在上止点(TDC)与下止点(BDC)之间移动的往复式活塞；第一排气阀(102)，其连接到燃烧气缸，用于以可控方式将排气从燃烧气缸引导到内燃发动机装置的第一排气歧管；第二排气阀(104、104')，其连接到燃烧气缸，用于以可控方式将排气从燃烧气缸引导到内燃发动机装置的第二排气歧管；涡轮增压器装置(106)，其包括涡轮机(108)和压缩机(110)，其中，涡轮机(108)被布置成与第一排气歧管流体连通；以及废气排放控制装置(112、112')，其布置成与第二排气歧管流体连通，其中，所述废气排放控制装置和所述涡轮机被布置成彼此并行。

Description

内燃发动机装置

技术领域

本发明涉及一种内燃发动机装置。本发明还涉及一种对应的用于操作内燃发动机的方法。本发明适用于车辆，特别是通常被称为卡车的轻型、中型和重型车辆。虽然将主要针对卡车来描述本发明，但本发明也可适用于其它类型的车辆。

背景技术

多年来，对内燃发动机的需求一直在稳步增长，并且发动机在不断发展以满足市场的各种需求。减少废气、提高发动机效率(即，减少燃料消耗)和降低发动机的噪音水平是在选择车辆发动机时成为重要方面的一些准则。此外，在卡车领域中，存在例如已经确定了所容许的最大废气污染量的适用法律指令。

传统上，内燃发动机的燃烧气缸包括进气阀和排气阀，其中，在活塞在燃烧气缸内向下运动期间，进气阀在进气阶段被布置在打开位置。此后，当活塞到达气缸的下止点时，进气阀关闭，并且在燃烧阶段和排气阶段期间，进气阀关闭，并且当活塞到达上止点以进行下一个进气冲程时，进气阀再次打开。另一方面，排气阀在进气阶段、压缩阶段、燃烧阶段和膨胀阶段期间关闭。此后，当活塞在膨胀阶段之后离开下止点时，排气阀在排气阶段期间打开。

虽然内燃发动机的这种常规操作已被证明是成功的，但仍希望在至少一些运行状况下进一步优化操作。例如，希望在内燃发动机的冷启动操作期间减少排放。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少部分克服了上述缺陷的内燃发动机装置。这通过本发明的第一方面的内燃发动机装置来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种内燃发动机装置，其包括：燃烧气缸，该燃烧气缸设有能够在该燃烧气缸内在上止点(TDC)与下止点(BDC)之间移动的往复式活塞；第一排气阀，该第一排气阀连接到所述燃烧气缸，用于以可控方式将排气从所述燃烧气缸引导到内燃发动机装置的第一排气歧管；第二排气阀，该第二排气阀连接到所述燃烧气缸，用于以可控方式将排气从所述燃烧气缸引导到内燃发动机装置的第二排气歧管；涡轮增压器装置，该涡轮增压器装置包括涡轮机和压缩机，其中，该涡轮机被布置成与第一排气歧管流体连通；以及废气排放控制装置，该废气排放控制装置被布置成与第二排气歧管流体连通，其中，该废气排放控制装置和涡轮机被布置成彼此并行。

措辞“上止点”和“下止点”应被解释为活塞在燃烧气缸内的往复运动的相应的上端位置和下端位置。在整个本申请中，当提到某个阀在上止点和下止点之一处打开和关闭时，应意识到一些公差在具体定义的范围内。例如，当提到某个阀在活塞到达下止点时打开(即，处于打开位置)时，该阀未必在活塞的确切下止点位置处打开，而是可稍微在活塞到达下止点之前打开，或者稍微在活塞已离开下止点之后打开。

本发明是基于以下见解：通过将涡轮机连接到第一排气歧管并且将废气排放控制装置连接到第二排气歧管，取决于内燃发动机装置的当前运行状况，能够以可控方式将排气提供到涡轮机和废气排放控制装置二者中的一个或两个。

一个特别的优点是，在内燃发动机装置的冷启动期间，排气被以可控方式仅引导到第二排气歧管并引导到废气排放控制装置中。因此，在排气阶段期间，第一排气阀维持在关闭位置，而第二排气阀被布置在打开位置。如下文将进一步描述的，这可以通过例如使用包括流量可控致动器的排气阀来实现。也可以想到其它替代方案，例如，使用以可控方式将阀停用(de-activate)的机构。

另一优点是，第一排气阀和第二排气阀可以在排气阶段期间依次打开。详细地，第一排气阀可以在排气冲程的初始阶段期间布置在打开位置。当活塞已经从BDC朝向TDC移动了预定量的曲柄角度时，第二排气阀可以布置在打开位置(部分打开或完全打开)，因此第一排气阀关闭。因此，排气最初被提供给涡轮机，然后在约大气压力下被扫气(scavenged)到废气排放控制装置。下文给出关于这种操作模式的进一步细节。

此外，将涡轮机和废气排放控制装置定位成与不同的排气歧管流体连通且彼此并行具有以下益处：将排气导引到涡轮机和废气排放控制装置中的一个，就不会导引到另一个。由此，可以减小气缸与废气排放控制装置之间的热惯性，这是因为排出到废气排放控制装置的燃烧气体流没有被涡轮机加压。此外，将涡轮机和废气排放控制装置定位成彼此并行还可以提高废气排放控制装置的耐久性，这是因为废气排放控制装置将不会受涡轮机的相对高的气体压力水平影响。

根据示例实施例，所述内燃发动机装置还可包括：第一排气导管，该第一排气导管以与所述涡轮机流体连通的方式布置在所述涡轮机下游；以及第二排气导管，该第二排气导管以与所述废气排放控制装置流体连通的方式布置在所述废气排放控制装置下游，其中，该第一排气导管和第二排气导管彼此连接。

因此，第一排气歧管和第二排气歧管中的排气分别在所述涡轮机下游和所述废气排放控制装置下游相互混合。因此，“涡轮机下游”应被解释为使得排气在被提供到第一排气导管之前先进入所述涡轮机。同样，“废气排放控制装置下游”应被解释为使得排气在被提供到第二排气导管之前先进入废气排放控制装置。

根据示例实施例，所述废气排放控制装置可以是催化转化器装置。

根据示例实施例，所述废气排放控制装置可以是三元催化转化器装置。

通过使用三元催化剂，该内燃发动机装置能够有利地以化学计量模式(stoichiometric mode)运行，该化学计量模式是在燃烧阶段之后产生的排气中基本上不提供过量氧气的模式。以化学计量模式运行该内燃发动机装置将迅速使三元催化剂起燃，从而导致三元催化剂的温度水平的实质升高。此外，以化学计量模式运行该内燃发动机装置并结合三元催化剂的使用将导致三元催化剂下游的排气中基本上不提供NOx，这是因为排气中的氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)在温热的三元催化剂中被转化为氮气(N₂)、水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。

根据示例实施例，所述内燃发动机装置可包括排气后处理系统，该排气后处理系统以与所述三元催化剂流体连通的方式被定位在所述三元催化剂下游。

因此，温热的三元催化剂将加热排气后处理系统，这将迅速使排气后处理系统能够工作。传统上，通过以低效率操作内燃发动机来加热排气后处理系统。为这种操作燃烧的额外燃料导致了NOx气体的排放。另一方面，如上所述，以化学计量模式运行该内燃发动机装置并结合三元催化剂的使用将导致在三元催化剂下游的排气中基本上不提供NOx，这是因为排气中的氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)在温热的三元催化剂中被转化为氮气(N₂)、水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。

如上所述，所述排气后处理系统被定位在三元催化剂下游。应容易理解，排气后处理系统也定位在涡轮机下游。下文将进一步描述控制内燃发动机装置以便使其以化学计量模式运行。

根据示例实施例，第一排气阀和第二排气阀可分别包括各自的第一流量可控致动器和第二流量可控致动器，所述流量可控致动器被布置成以可控方式在打开位置与关闭位置之间操作相应的排气阀。

优选通过接收用于分别打开和关闭第一排气阀和第二排气阀的加压气体来气动地操作流量可控致动器。

一个优点是，排气阀能够在打开位置与关闭位置之间被迅速控制。而且，排气阀可独立于例如凸轮轴的旋转而操作。

根据示例实施例，所述内燃发动机装置可还包括控制单元，该控制单元连接到第一流量可控致动器和第二流量可控致动器以用于它们的操作。

该控制单元可包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程设备。该控制单元可还包括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。当该控制单元包括可编程设备(例如，上文提到的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)时，该处理器可还包含控制可编程设备的操作的计算机可执行代码。

根据示例实施例，该控制单元可配置成：接收指示内燃发动机装置的温度水平的信号；将该温度水平与预定的阈值极限进行比较；并且，如果该温度水平低于所述预定的阈值极限，则在内燃发动机的排气冲程期间，控制第一排气阀布置在关闭位置并且控制第二排气阀布置在打开位置，使得燃烧期间产生的排气在整个排气冲程期间仅被引导到所述废气排放控制装置。

排气冲程是当活塞从BDC向TDC移动时的内燃发动机的冲程，并且燃烧后的排气通过一个排气阀或多个排气阀排出。另一方面，进气冲程是当活塞从上止点(TDC)向下止点(BDC)移动时的内燃发动机的冲程，并且优选呈空气形式的进气被提供到燃烧室中。

如上所述，在冷启动期间，燃烧期间产生的排气可优选仅被引导到所述废气排放控制装置。因此，燃烧气体将迅速使废气排放控制装置起燃，这将减少发动机排放。因此，如上所述，通过三元催化剂和化学计量运行，后处理系统能够被加热而基本不产生任何NOx。

根据示例实施例，所述控制单元可以配置成：在排气冲程的第一部分期间将第一排气阀定位在打开位置，并且在排气冲程的第二部分期间将第二排气阀定位在打开位置，其中，第二部分在第一部分结束之后结束。

由此，执行朝向大气压力的扫气，这是因为燃烧气体的最终排气被引向所述废气排放控制装置而不是引向涡轮机。这是有利的，因为扫气阶段的排气具有低的质量流量，这可能对涡轮机的操作没有太大贡献。因此，涡轮机的质量流量可受到控制，从而涡轮机能够在较大程度上在高效率区域内运行。此外，通过朝向大气压力进行扫气，与扫气到涡轮机相比，进气冲程期间的所谓的泵送平均有效压力(PMEP)也能够增大。

当活塞行进例如排气循环的初始100至120CAD时，第一排气阀可布置在打开位置，而当活塞行进例如排气循环的最后90至100CAD时，第二排气阀布置在打开位置。因此，第二阀可稍微在第一阀关闭之前布置在打开位置，即，第一阀和第二阀可重叠地布置在打开位置。当然，也可想到其它替代方案。

因此，并且根据示例实施例，所述控制单元可因此被配置成：在排气冲程期间在活塞到达TDC之前的第一预定距离处将第一排气阀定位在关闭位置。

第一预定距离例如可以是在活塞到达TDC之前的60至80CAD。在此范围内的任何替代方案是可以想到的，并且例如取决于所讨论的具体发动机或当前操作模式等。第一预定距离的其它范围也是可以想到的。

根据示例实施例，排气冲程的第二部分可起始于活塞在排气冲程期间已离开BDC之后的第二预定距离处。

第二预定距离例如可以是在活塞已离开BDC之后的80至90CAD。在此范围内的任何替代方案是可以想到的，并且例如取决于所讨论的具体发动机或当前操作模式等。第二预定距离的其它范围也是可以想到的。

根据示例实施例，第二排气歧管可包括隔热层。

因为第二排气歧管未布置成与涡轮机流体连通，所以它可不暴露到相对高的气体压力下。由此，第二排气歧管能够被隔热，从而提高了热效率，这是因为基本防止了热量消散。特别地，当朝向第二排气歧管进行扫气时，气体压力相对低。因此，第二排气歧管可被布置为隔热的排气歧管。

根据示例实施例，所述内燃发动机装置可包括多个燃烧气缸，所述多个燃烧气缸构成第一组燃烧气缸和第二组燃烧气缸，其中，第一组燃烧气缸被布置成与所述涡轮机和废气排放控制装置流体连通，并且第二组燃烧气缸被布置成与所述涡轮机和额外的废气排放控制装置流体连通。

因此，第一组排气阀连接到所述废气排放控制装置，而第二组排气阀连接到所述额外的废气排放控制装置。

由此，一组气缸中的一个可将排气引导到废气排放控制装置，而另一组气缸将排气引导到涡轮机。这种操作模式在发动机再生期间可以是有益的。因此，该内燃发动机装置能够在一组气缸中以化学计量模式运行，但在另一组气缸中不以该模式运行。自然，第一组气缸和第二组气缸可将排气引导到其各自的废气排放控制装置，或者它们可都将排气引导到涡轮机。

通过使用第一组气缸和第二组气缸，提高了操作该内燃发动机装置的灵活性。

根据示例实施例，所述废气排放控制装置和所述额外的废气排放控制装置可布置成彼此并行。因此，从所述废气排放控制装置和所述额外的废气排放控制装置延伸的导管彼此连接，并且在所述废气排放控制装置、所述额外的废气排放控制装置和所述涡轮机中的每一个的下游连接到从涡轮机延伸的导管。

根据示例实施例，所述内燃发动机装置可以是以四冲程方式运行的柴油燃料内燃发动机装置。

根据第二方面，提供了一种用于操作内燃发动机装置的方法，该内燃发动机装置包括：燃烧气缸，该燃烧气缸设有能够在该燃烧气缸内在上止点(TDC)与下止点(BDC)之间移动的往复式活塞；第一排气阀，该第一排气阀连接到燃烧气缸，用于以可控方式将排气从燃烧气缸引导到涡轮增压器装置的涡轮机；第二排气阀，该第二排气阀连接到燃烧气缸，用于以可控方式将排气从燃烧气缸引导到废气排放控制装置，其中，该方法包括以下步骤：确定内燃发动机装置的温度水平；将该温度水平与预定的阈值极限进行比较；以及，如果该温度水平低于所述预定的阈值极限，则在内燃发动机的排气冲程期间，控制第一排气阀布置在关闭位置并且控制第二排气阀布置在打开位置，使得燃烧期间产生的排气仅被引导到所述废气排放控制装置。

根据示例实施例，所述内燃发动机装置可包括用于测量排气中的氧气水平的氧气传感器，其中，该方法还包括以下步骤：从氧气传感器接收指示排气中的氧气水平的信号；控制内燃发动机装置的进气阀以使得燃烧气体中的氧气水平基本为零。

通过使用氧气传感器，能够控制所述内燃发动机装置以化学计量模式运行。

根据示例实施例，所述内燃发动机装置可包括多个燃烧气缸，所述多个燃烧气缸构成第一组燃烧气缸和第二组燃烧气缸，其中，仅对第一组燃烧气缸和第二组燃烧气缸二者之一的进气阀来执行控制进气阀以使得燃烧气体中的氧气水平基本为零的步骤。

因此，所述内燃发动机装置只有一部分以化学计量模式运行。

第二方面的其它效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面描述的效果和特征。

根据第三方面，提供了一种车辆，其包括根据上文关于第一方面描述的实施例中的任一个实施例的内燃发动机装置。

根据第四方面，提供了一种计算机程序，其包括程序代码组件，该程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行上文关于第二方面描述的实施例中的任一个实施例的步骤。

根据第五方面，提供了一种携载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，当所述程序组件在计算机上运行时，所述程序组件用于执行上文关于第二方面描述的实施例中的任一个实施例的步骤。

第三方面、第四方面和第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文关于第一方面和第二方面描述的效果和特征。

当研读以下描述时，本发明的进一步的特征和优点将变得明显。本领域技术人员应认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合，以产生除了下文中描述的实施例以外的实施例。

附图说明

通过以下对本发明的示例性实施例的、说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中：

图1是示出了卡车形式的车辆的示例实施例的侧视图；

图2是根据一个示例实施例的内燃发动机装置的示意图；

图3是根据示例实施例的门的示例，该阀用作进气阀或用作第一排气阀和第二排气阀；

图4是根据另一个示例实施例的内燃发动机装置的示意图；

图5a和图5b是示出了根据示例实施例的控制排气阀的示例实施例的曲线图；并且

图6是根据示例实施例的用于控制内燃发动机的方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参照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，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；而是，提供这些实施例是为了充分性和完整性。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

特别参照图1，提供了卡车形式的车辆10。车辆10包括内燃发动机装置100形式的原动机100。优选地，内燃发动机装置100例如可以由诸如柴油的常规燃料推进，但也可想到其它替代方案。内燃发动机100优选以四冲程方式运行，即，通过进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程来运行。如图1中进一步描绘的，内燃发动机装置100还包括控制单元400，该控制单元400用于控制内燃发动机装置100的操作。因此，控制单元400优选被布置成控制下文所述的阀。

参照图2，图2是根据示例实施例的内燃发动机装置100的示意图。如图可见，内燃发动机装置100包括进气歧管130，该进气歧管130被布置成将空气经由相应的进气阀107输送到内燃发动机装置100的每个气缸101。因此，在气缸101的进气冲程期间，空气被引导通过进气歧管130并经由打开的进气阀107到气缸101中。

每个气缸101还包括第一排气阀102和第二排气阀104，该第一排气阀102和第二排气阀104用于将燃烧阶段期间产生的排气从燃烧气缸101中引出。内燃发动机装置100还包括第一排气歧管103和第二排气歧管105，该第一排气歧管103和第二排气歧管105被布置成与内燃发动机装置100的每个气缸101流体连通。详细地，第一排气歧管103被布置成与第一排气阀102流体连通，使得从燃烧气缸101经由第一排气阀102引出的排气被提供到第一排气歧管103中。同样，第二排气歧管105被布置成与第二排气阀104流体连通，使得从燃烧气缸101经由第二排气阀104引出的排气被提供到第二排气歧管105中。

内燃发动机装置100还包括废气排放控制装置112(在下文中被称为三元催化剂112)和涡轮增压器装置106，该涡轮增压器装置106包括涡轮机108和压缩机110。更详细地，涡轮机108以与第一排气歧管103流体连通的方式布置在第一排气歧管103下游，即，第一排气歧管中的排气被进一步引导到该涡轮机中。另一方面，三元催化剂112以与第二排气歧管105流体连通的方式布置在第二排气歧管105下游，即，第二排气歧管中的排气被进一步引导到该三元催化剂中。

如图2中进一步描绘的，内燃发动机装置100包括以与涡轮机108流体连通的方式连接在涡轮机108下游的第一排气导管114、以及以与三元催化剂112流体连通的方式连接在三元催化剂112下游的第二排气导管116。因此，被引导通过该涡轮机的排气随后被引导通过第一排气导管114，而被引导通过三元催化剂112的排气随后被引导通过第二排气导管116。第一排气导管114和第二排气导管116在分别位于涡轮机108和三元催化剂112下游的位置117处彼此连接。因此，涡轮机108和三元催化剂112被布置成彼此并行，这意味着：被引导通过涡轮机的排气将不进入该三元催化剂，同样，被引导通过该三元催化剂的排气将不进入涡轮机。

第二排气歧管105可优选被布置为隔热排气歧管，其包括用于减少热损耗的隔热层(未示出)。

现参照图3，图3是根据示例实施例的阀的示例，该阀用作进气阀107以及用作第一排气阀102和第二排气阀104。虽然图3仅示出和描述了关于排气阀102、104的细节，但应容易理解，类似的布置也可用于进气阀107。而且，为了简化说明，图3仅示出了一个排气阀102、104。自然，如图2中清楚描绘的，气缸102包括这两个阀。

图3示出了燃烧气缸101、往复式活塞204、进气阀107和排气阀102、104，其中，排气阀102、104包括流量可控致动器120，该流量可控致动器被布置成以可控方式在打开位置和关闭位置之间操作所述排气阀。因此，流量可控致动器120优选连接到图1中描绘的控制单元400，用于控制其操作。现在，关于图3的描述将仅集中于流量可控致动器120，用于呈现如何控制排气阀102、104的操作的示例实施例。

排气阀102、104因此包括被操作性地连接到阀构件92的流量可控致动器120。该阀构件在此是提升式阀构件。举例来说，该提升式阀构件可以是常规提升阀等。然而，该阀构件同样可设置为旋转式阀构件、滑动式阀构件、座式阀构件等。该阀的致动器被构造成通过气动压力来操作阀构件92。因此，该阀构件是压力激活的阀构件。在本示例中，流量可控致动器120包括被操作性地连接到对应的阀构件的气动致动器。特别地，排气阀102、104的致动器120被构造成经由致动器活塞95来操作所述阀构件。致动器120经由空气入口97和空气出口98而与加压空气介质(未示出)流体连通。以这种方式，气动的阀致动利用压缩空气来控制阀构件的阀开度，即，在打开状态与关闭状态之间操作阀构件。因此，该致动器包括用于所述压力流体介质的至少空气入口97、以及用于所述压力流体介质的至少空气出口98。经由空气入口97流入的加压空气通过空气入口阀99被引向致动器活塞95。空气入口阀99布置在空气入口中，并且被构造成打开和关闭空气入口，以便控制空气到致动器活塞95的流动。此外，在空气出口98中布置有空气出口阀96，其被构造成打开和关闭空气出口，以允许空气从该致动器排出。通常，如图3中所示，致动器活塞95布置在腔室84中，该腔室84限定了致动器活塞95的往复运动的空间。致动器活塞95可以在阀构件92处于关闭状态的第一位置(上部位置)与阀构件92处于打开状态的第二位置(下部位置)之间运行。通过对该致动器加压和减压，致动器活塞95可以在第一位置(上部位置)与第二位置(下部位置)之间运行。此外，流量可控阀包括弹簧87，该弹簧87被布置在阀构件92与致动器活塞95之间，以便使阀构件返回到其初始位置(即，对应于致动器活塞盘95的上部位置)。

该流量可控阀也可具有包括液压阀85和腔室82的液压回路。液压流体被提供到与致动器活塞95连接的腔室83。因此，当该活塞移动到第二位置时，腔室83中的液压流体抑制致动器活塞95的运动。液压流体也可使该阀保持静止在给定位置处。

现在转向图4，图4是根据另一个示例实施例的内燃发动机装置100'的示意图。图4中描绘的实施例在许多方面类似于图2中描绘的实施例。然而，如图可见，图4中的内燃发动机装置100'已将燃烧气缸101划分成第一组内燃烧气缸302和第二组内燃烧气缸304。如上文关于图2的描述所述的，第一组燃烧气缸302中的气缸101连接到第一排气歧管103和第二排气歧管105。另一方面，第二组燃烧气缸304中的气缸101连接到第一排气歧管103以及第三排气歧管105'。因此，图4中的内燃发动机装置100'包括第三排气歧管105'以及额外的废气排放控制装置112'，即，额外的三元催化剂112'。详细地，第二组燃烧气缸304中的气缸101的第一排气阀102被布置成经由第一排气歧管而与所述涡轮机流体连通，而第二组燃烧气缸304中的气缸101的第二排气阀104'被布置成经由第三排气歧管105'而与额外的三元催化剂112'流体连通。第一组燃烧气缸302和第二组燃烧气缸304中的气缸101可以彼此独立地操作。

此外，图4中的内燃发动机装置100'包括第三排气导管116'，该第三排气导管116'以与额外的三元催化剂112'流体连通的方式连接在所述额外的三元催化剂112'下游。因此，被引导通过所述额外的三元催化剂112'的排气随后被引导通过第三排气导管116'。第一排气导管114、第二排气导管116和第三排气导管116'在分别位于涡轮机108、三元催化剂112和所述额外的三元催化剂下游的位置117'处彼此连接。因此，涡轮机108、三元催化剂112和所述额外的三元催化剂112'全部被布置成彼此并行。

现在参照图5a至图5b，图5a至图5b是示出了控制根据示例实施例的排气阀的示例实施例的曲线图，当使用根据上述示例实施例的内燃发动机时，所述排气阀特别合适。然而，为了简化理解，将仅参照图2中描绘的实施例。该曲线图特别示出了图3中所示的类型的阀的行为。应容易理解，图5a至图5b中的示图仅是示意性的。升程曲线相对于曲柄角度的梯度例如可根据内燃发动机的转速而变化。

从图5a开始，图5a是示出了用于在内燃发动机100的冷启动期间操作该内燃发动机100的示例实施例的曲线图。横轴示出了四冲程循环的排气阶段520和进气阶段530。纵轴示意性地示出了阀的开度。特别地，并且如图5a中可见，在冷启动期间，第一排气阀102在整个排气冲程期间被布置在关闭位置，而第二排气阀104被布置在打开位置。因此，在燃烧阶段期间产生的排气仅被引导到第二排气歧管105中，并被进一步引导到三元催化剂112中。因此，因为第一排气阀保持关闭，所以没有排气被引导到涡轮机108中。在随后的进气冲程530期间，第一排气阀102和第二排气阀104都关闭，并且进气阀107被布置在打开位置。

现在转向图5b，图5b是示出了用于操作内燃发动机100的另一个示例实施例的曲线图。如图可见，在排气冲程的初始阶段期间，第一排气阀102被布置在打开位置。更详细地，第一排气阀102在排气冲程的第一部分502期间打开，此后，第一排气阀102在活塞到达BDC之前的第一预定距离506处被关闭。因此，在排气冲程的第一部分502期间，排气被引导到第一排气歧管103和涡轮机108。如图5b中进一步描绘的，在活塞已经离开BDC之后的预定距离508处，第二排气阀104在排气冲程的第二部分504期间被布置在打开位置。优选地，当活塞到达TDC时，第二部分504在排气冲程的结束时结束。根据图5b中描绘的示例实施例，第一排气阀102和第二排气阀104重叠地布置在打开位置。图5b仅是示意图，并且该重叠可以比所描绘的小或大。实际上，可以根本没有重叠。在排气冲程的随后的第二部分期间，排气因此被引导到第二排气歧管105并被引导到三元催化剂112中。由此，燃烧气缸在第二排气歧管105中朝向大气压力进行扫气(scavenging)。朝向大气压力进行扫气是有益的，因为扫气阶段的排气具有低质量流量，这可能对涡轮机的操作没有太大贡献。

最后，为了总结，参照图6，图6是根据示例实施例的用于控制上述内燃发动机的方法的流程图。

在第一步骤中，确定S1内燃发动机装置100的温度水平。将该温度水平与预定的阈值极限进行比较S2。由此，能够确定内燃发动机是否在冷启动模式下运行，或者在运行期间是否尚未被充分加热。如果该温度水平低于所述预定的阈值极限，则在内燃发动机100、100'的排气冲程期间，控制S3第一排气阀102布置在关闭位置并且第二排气阀布置在打开位置，使得燃烧期间产生的排气仅被引导到所述废气排放控制装置。

应当理解，本发明不限于上文所述且在附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员应认识到，在本发明的范围内可以进行许多修改和变型。还应容易理解，上述步骤可以同时执行，并且上述顺序只是为了便于理解。

Claims (10)

1.一种内燃发动机装置（100、100'），包括：

- 燃烧气缸（101），所述燃料气缸（101）设有往复式活塞，所述往复式活塞能够在所述燃烧气缸内在上止点（TDC）与下止点（BDC）之间移动；

- 第一排气阀（102），所述第一排气阀（102）连接到所述燃烧气缸，用于以可控方式将排气从所述燃烧气缸引导到所述内燃发动机装置的第一排气歧管（103）；

- 第二排气阀（104、104'），所述第二排气阀（104、104'）连接到所述燃烧气缸，用于以可控方式将排气从所述燃烧气缸引导到所述内燃发动机装置的第二排气歧管（105、105'），所述第二排气歧管（105、105'）包括隔热层，其中，所述第一排气阀（102）和所述第二排气阀（104、104'）分别包括各自的第一和第二流量可控致动器（120），所述流量可控致动器被布置成以可控方式在打开位置和关闭位置之间操作相应的排气阀；

- 涡轮增压器装置（106），所述涡轮增压器装置（106）包括涡轮机（108）和压缩机（110），其中，所述涡轮机（108）被布置成与所述第一排气歧管（103）流体连通，其中，第一排气导管（114）以与所述涡轮机（108）流体连通的方式连接在所述涡轮机（108）下游；

- 三元催化转化器装置（112、112'），所述三元催化转化器装置（112、112'）被布置成与所述第二排气歧管（105）流体连通，其中，第二排气导管以与所述三元催化转化器装置（112、112'）流体连通的方式连接在所述三元催化转化器装置（112、112'）下游，其中，所述第一排气导管（114）和所述第二排气导管（116）在分别位于所述涡轮机（108）和所述三元催化转化器装置下游的位置（117）处彼此连接，使得所述三元催化转化器装置（112）和所述涡轮机（108）被布置成彼此并行；以及

- 控制单元（400），所述控制单元（400）连接到所述第一和第二流量可控致动器，以用于所述第一和第二流量可控致动器的操作，其中，所述控制单元（400）被配置成：在排气冲程的第一部分（502）期间将所述第一排气阀（102）定位在打开位置，并且在所述排气冲程的第二部分（504）期间将所述第二排气阀（104、104'）定位在打开位置，其中，所述第二部分（504）在所述第一部分（502）结束之后结束，所述控制单元进一步被配置成：

- 接收指示所述内燃发动机装置的温度水平的信号；

- 将所述温度水平与预定的阈值极限进行比较；并且

当所述温度水平低于所述预定的阈值极限时：

- 在所述内燃发动机装置（100、100'）的排气冲程期间，控制所述第一排气阀布置在关闭位置并且控制所述第二排气阀布置在打开位置，使得燃烧期间产生的排气在整个排气冲程期间仅被引导到所述三元催化转化器装置，并且使所述内燃发动机装置以化学计量模式运行。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，其中，所述控制单元（400）被配置成：在所述排气冲程期间，在所述活塞到达上止点之前的第一预定距离（506）处将所述第一排气阀定位在关闭位置。

3.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，其中，在所述排气冲程期间，所述排气冲程的所述第二部分（504）起始于所述活塞已离开下止点之后的第二预定距离（508）处。

4.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，其中，所述内燃发动机装置包括多个燃烧气缸，所述多个燃烧气缸构成第一组燃烧气缸（302）和第二组燃烧气缸（304），其中，所述第一组燃烧气缸（304）被布置成与所述涡轮机（108）和所述三元催化转化器装置（112）流体连通，并且所述第二组燃烧气缸（304）被布置成与所述涡轮机（108）和额外的三元催化转化器装置（112'）流体连通。

5.根据权利要求4所述的内燃发动机装置，其中，所述三元催化转化器装置（112）和所述额外的三元催化转化器装置（112'）被布置成彼此并行。

6.根据权利要求1所述的内燃发动机装置，其中，所述内燃发动机装置是以四冲程方式运行的柴油燃料内燃发动机装置。

7.一种用于操作内燃发动机装置（100、100'）的方法，所述内燃发动机装置包括：

- 燃烧气缸（101），所述燃烧气缸（101）设有往复式活塞，所述往复式活塞能够在所述燃烧气缸（101）内在上止点（TDC）与下止点（BDC）之间移动；

- 第一排气阀（102），所述第一排气阀（102）连接到所述燃烧气缸（101），用于以可控方式将排气从所述燃烧气缸（101）经由第一排气歧管（103）引导到涡轮增压器装置（106）的涡轮机（108）；

- 第二排气阀（104、104'），所述第二排气阀（104、104'）连接到所述燃烧气缸（101），用于以可控方式将排气从所述燃烧气缸（101）经由包括隔热层的第二排气歧管（105、105'）引导到三元催化转化器装置（112、112'），其中，所述第一排气阀（102）和所述第二排气阀（104、104'）分别包括各自的第一和第二流量可控致动器（120），所述流量可控致动器（120）被布置成以可控方式在打开位置和关闭位置之间操作相应的排气阀；

- 第一排气导管（114）以与所述涡轮机（108）流体连通的方式连接在所述涡轮机（108）下游，并且第二排气导管以与所述三元催化转化器装置（112、112'）流体连通的方式连接在所述三元催化转化器装置（112、112'）下游，其中，所述第一排气导管（114）和所述第二排气导管（116）在分别位于所述涡轮机（108）和所述三元催化转化器装置（112、112'）下游的位置（117）处彼此连接，

所述方法包括以下步骤：

- 在排气冲程的第一部分（502）期间将所述第一排气阀（102）定位在打开位置；

- 在所述排气冲程的第二部分（504）期间将所述第二排气阀（104、104'）定位在打开位置，其中，所述第二部分（504）在所述第一部分（502）结束之后结束；

所述方法进一步包括以下步骤：

- 确定（S1）所述内燃发动机装置（100、100'）的温度水平；

- 将所述温度水平与预定的阈值极限进行比较（S2）；

- 从氧气传感器接收指示所述排气中的氧气水平的信号；

- 当所述温度水平低于所述预定的阈值极限时，在所述内燃发动机装置（100、100'）的排气冲程期间，控制（S3）所述第一排气阀（102）布置在关闭位置并且控制所述第二排气阀（104、104'）布置在打开位置，使得燃烧期间产生的排气仅被引导到所述三元催化转化器装置（112、112'）；以及

- 控制所述内燃发动机装置的进气阀以使得燃烧气体中的氧气水平基本为零。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述内燃发动机装置包括多个燃烧气缸，所述多个燃烧气缸构成第一组燃烧气缸和第二组燃烧气缸，其中，仅对所述第一组燃烧气缸和第二组燃烧气缸二者之一的进气阀来执行控制所述进气阀以使得燃烧气体中的氧气水平基本为零的步骤。

9.一种车辆（10），其包括根据权利要求1所述的内燃发动机装置。

10.一种携载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，当所述程序组件在计算机上运行时，所述程序组件用于执行权利要求7所述的方法的步骤。

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