專利名稱：自點燃、混合壓縮式內(nèi)燃機(jī)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氣態(tài)燃料的自點燃、混合壓縮式內(nèi)燃機(jī)，其具有一個與主燃室分隔開的預(yù)燃室，該主燃室與預(yù)燃室通過至少一個開口而彼此相連，主燃室與一個低壓燃料氣體管路相連，預(yù)燃室與一個高壓燃料氣體管路相連，使得燃料氣體/空氣混合物從預(yù)燃室噴入主燃室以便點燃壓縮的燃料氣體/空氣混合物；及其用于操作上述內(nèi)燃機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
DE 44 19 429公開了一種這樣類型的內(nèi)燃機(jī)，其在主燃空間中燃燒氣體燃料/空氣混合物，所述混合物在預(yù)燃室中被點燃。該預(yù)燃室與一個高壓燃料-氣體管路相連，并形成一種可點燃的燃料富集的混合物，并且由于壓力的進(jìn)一步升高，流入主燃室，在那里完全燃燒并在該過程中點燃該壓縮的燃料/空氣混合物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是，與現(xiàn)有技術(shù)相比明顯減少以高度壓縮形式噴入預(yù)燃室中的燃料氣體的比例。
該目的通過權(quán)利要求1的新設(shè)計方案并特別是通過權(quán)利要求6的方法實現(xiàn)。
在根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的情況下，氣體噴射閥的工作溫度可以被有利地降低，并且通過擋熱板可以實現(xiàn)長的使用壽命。
熱線點火塞末端的有利的特殊的套件確保了預(yù)燃室混合物的可靠點燃，并增加了該熱線點火塞的使用壽命。
優(yōu)選使用的節(jié)流針?biāo)▏娮斓淖郧逑醋饔糜欣貙?dǎo)致了將氣體噴入預(yù)燃室中的條件，該條件在整個工作過程中是恒定的。
由于根據(jù)本發(fā)明預(yù)定了預(yù)燃室體積與用于主燃室的噴射截面的比值，所以只發(fā)生小循環(huán)波動，因此建立了內(nèi)燃機(jī)的有利的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
該有利的氣體噴射閥可以通過根據(jù)本發(fā)明的方式來布置簡要的構(gòu)件而特別方便地實現(xiàn)。
優(yōu)選設(shè)置在大約0.2％-0.3％之間的預(yù)燃室氣體比例導(dǎo)致最佳工作值和工作特性。
預(yù)燃室氣體比例創(chuàng)造性的減小及由此減少的壓縮機(jī)作功導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)有效效率的有利增加。
其它的特征和優(yōu)點可通過結(jié)合說明書從從屬權(quán)利要求中得到。


唯一的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
下文利用一個示例性實施例較詳細(xì)地說明本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的內(nèi)燃機(jī)的部件在相關(guān)附圖中簡要示出。在汽缸和燃燒室中設(shè)置有用于氣體交換的傳統(tǒng)裝置和活塞，它們在附圖中未示出。汽缸蓋5以虛線示出，插件1例如以螺旋連接的安裝在該汽缸蓋中。在插件1中形成有一個預(yù)燃室4，該預(yù)燃室優(yōu)選通過數(shù)個通道開口6與主燃室7相連。
經(jīng)過一個噴嘴、優(yōu)選為一個節(jié)流針?biāo)▏娮?0形成射流8的燃料氣體在高壓下被引入預(yù)燃室4中。由于噴射特性，燃料氣體可以在其在熱線點火塞的熱表面上點燃或自點燃之前與預(yù)燃室4中的燃料/空氣混合物混合得非常徹底。由此導(dǎo)致的預(yù)燃室4中的壓力的快速升高確保主燃室7中的相對稀薄的燃料氣體/空氣混合物的穩(wěn)定點燃。除了這些優(yōu)點之外，優(yōu)選使用的節(jié)流針?biāo)▏娮?0還具有自清洗作用，從而在其噴射截面上防止了積碳。
由于氣體與用作為燃料的液體燃料相比低的熱容量和差的傳熱性以及只是噴射出少量的燃料而導(dǎo)致低的內(nèi)部冷卻，所以節(jié)流針?biāo)▏娮?0受到高熱負(fù)荷作用。通過設(shè)置一個保護(hù)套件9可以減少該負(fù)荷，該套件相對于預(yù)燃室4將節(jié)流針?biāo)▏娮?0屏蔽起來，從而減少來自于預(yù)燃室4的熱輸入。保護(hù)套件9優(yōu)選由一種具有良好導(dǎo)熱性的材料、例如銅制成，并被設(shè)計成盤形或套筒形的。在附圖中以示例形式示出的套筒形保護(hù)套件9包住節(jié)流針?biāo)▏娮?0的前部區(qū)域，并在噴射區(qū)域中留出用于燃料氣體的通過開口。該通過開口可設(shè)置一錐形凹部，以避免阻礙射流8。盤形保護(hù)套件9可以只設(shè)置在噴嘴的噴射開口的區(qū)域中，而不屏蔽該前部區(qū)域。
通過液壓系統(tǒng)而不是用封閉彈簧來控制節(jié)流針?biāo)▏娮?0的針?biāo)?，該液壓系統(tǒng)的靜壓力大于恒定氣體噴射壓力。這確保沒有燃料氣體可以逸出。該針?biāo)ㄔ谄湟龑?dǎo)件中的作用如此與液壓油的粘度相匹配，從而所述液壓油潤滑閥座，泄漏率被限制在這樣的程度，即沒有或只有非常少量的潤滑油參與燃燒。這樣，上述部件的使用壽命被有利地增加了，并避免了積碳的出現(xiàn)，積碳會給燃燒穩(wěn)定性和排放帶來不利的影響。優(yōu)選用一個電磁閥控制節(jié)流針?biāo)▏娮?0，通過該電磁閥可以釋放或施加液壓力。因此有利的是，開啟的開始和延續(xù)時間能夠被自由地規(guī)定或設(shè)定。
可以設(shè)置一個熱線點火塞2來點燃預(yù)燃室4中的燃料氣體/空氣混合物，該熱線點火塞的末端伸入預(yù)燃室4中。盡管預(yù)燃室4是發(fā)紅的，仍可以減少通過強(qiáng)迫對流的散熱，并且通過套件3可以有利地增加熱線點火塞末端的表面溫度，該套件包住熱線點火塞末端并設(shè)置有適當(dāng)?shù)拈_口或孔。由于這確保了啟動過程中和在低部分負(fù)載時，在預(yù)燃室4中總可以可靠地達(dá)到混合物的自點燃溫度，并且在相對高的負(fù)載時，熱線點火塞的熱功率可以被減少到0。通過該措施熱線點火塞的使用壽命可以大大地增加，因為其加熱線圈不總是熱負(fù)荷的。在套件3中仔細(xì)地布置開口可以允許在套件3和熱線點火塞之間出現(xiàn)可燃混合物。熱線點火塞2的套件3必須由具有耐高溫特性的材料制成，并可被催化地涂敷涂層以便進(jìn)一步優(yōu)化。
在燃料氣體自點燃之后，預(yù)燃室中的壓力迅速增加，從而部分燃燒的氣體經(jīng)通道開口6被噴入主燃室7并點燃那里的燃料氣體/空氣混合物。通過預(yù)燃室4的體積與通道開口6的截面的預(yù)定比值可以實現(xiàn)預(yù)燃室4中最佳的壓力增加及隨后的向主燃室7的強(qiáng)烈噴射，結(jié)果實現(xiàn)了主燃室7中燃料氣體/空氣混合物的有利的穩(wěn)定點燃。由于主燃室7中可靠且穩(wěn)定的點燃，所以在根據(jù)本發(fā)明裝配的內(nèi)燃機(jī)中在燃燒過程中只有輕微地循環(huán)波動。預(yù)燃室體積與通道開口6的噴射截面的比值在50-80cm3/cm2(立方厘米/平方厘米)之間是有利的。
使用一種方法可以操作根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)，通過該方法少于用于工作的總的氣態(tài)燃料的0.5％、優(yōu)選在0.2-0.3％之間的燃料以高度壓縮的形式被噴入預(yù)燃室中。該氣態(tài)燃料在該過程中在高于吸入主燃室中的燃料/空氣混合物的最終壓縮壓力的壓力下被噴入預(yù)燃室中。該燃料在預(yù)燃室中形成燃料富集的燃料/空氣混合物，該混合物自點燃并流入主燃室中，該混合物在主燃室中點燃壓縮的相對稀薄的燃料/空氣混合物。
參考標(biāo)號1 插件2 熱線點火塞3 套件4 預(yù)燃室5 汽缸蓋6 噴射開口/通道開口7 主燃室8 射流9 保護(hù)套件10 噴嘴/節(jié)流針?biāo)▏娮?br> 權(quán)利要求
1.用于氣態(tài)燃料的自點燃、混合壓縮式內(nèi)燃機(jī)，其具有一個與主燃室(7)分隔開的預(yù)燃室(4)，該主燃室與預(yù)燃室通過至少一個開口(6)而彼此相連，主燃室(7)與一個低壓燃料氣體管路相連，預(yù)燃室(4)與一個高壓燃料氣體管路相連，使得燃料氣體/空氣混合物從預(yù)燃室(4)噴入主燃室(7)以便點燃壓縮的燃料氣體/空氣混合物，其特征在于，預(yù)燃室(4)形成在一個可被裝配到汽缸蓋(5)中的插件(1)內(nèi)，在該插件中有一個與該高壓燃料氣體管路相連的噴嘴(10)，通過該噴嘴燃料氣體可被噴入預(yù)燃室(4)，在插件(1)中設(shè)置至少一個連通預(yù)燃室(4)和主燃室(7)的噴射開口(6)。
2.按權(quán)利要求1所述的自點燃、混合壓縮式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，設(shè)置一個節(jié)流針?biāo)▏娮熳鳛閲娮?10)，一個由具有良好導(dǎo)熱性的材料例如銅制成的套形的或盤形的保護(hù)套件(9)設(shè)置在噴嘴(10)上至少與預(yù)燃室(4)相鄰的區(qū)域內(nèi)。
3.按上述權(quán)利要求中任一項所述的自點燃、混合壓縮式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，在插件(1)中設(shè)置一個熱線點火塞(2)，該熱線點火塞延伸到預(yù)燃室(4)中并至少在子區(qū)內(nèi)由耐高溫套件(3)包圍住。
4.按上述權(quán)利要求中任一項所述的自點燃、混合壓縮式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，節(jié)流針?biāo)▏娮?10)設(shè)置有由電磁閥機(jī)構(gòu)控制的液力系統(tǒng)，通過該液力系統(tǒng)可以自由選擇開啟的開始和延續(xù)時間，該液壓系統(tǒng)的靜壓力大于燃料氣體噴射壓力，該針?biāo)ㄔ谄湟龑?dǎo)件中的作用如此與液壓油的粘度相匹配，即潤滑閥座，因此沒有或只有非常少量的潤滑油參與燃燒。
5.按上述權(quán)利要求中任一項所述的自點燃、混合壓縮式內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，預(yù)燃室(4)的體積與通道開口(6)的整個截面的比值在50-80cm3/cm3之間。
6.用于操作特別是按上述權(quán)利要求中任一項所述的內(nèi)燃機(jī)的方法，在該方法中，氣態(tài)燃料被送入預(yù)燃室并在那里形成燃料富集的燃料/空氣混合物，燃料/空氣混合物被吸入主燃室中，該氣態(tài)燃料在高于吸入主燃室中的燃料/空氣混合物的最終壓縮壓力的壓力下被噴入預(yù)燃室中，其特征在于，少于用于工作的總的氣態(tài)燃料的0.5％的燃料以高度壓縮的形式被噴入預(yù)燃室中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于氣態(tài)燃料的自點燃、混合壓縮式內(nèi)燃機(jī)以及用氣態(tài)燃料操作該內(nèi)燃機(jī)的方法，該內(nèi)燃機(jī)具有一個與主燃室(7)分隔開的預(yù)燃室(4)，該主燃室與預(yù)燃室通過至少一個開口(6)而彼此相連，主燃室與一個低壓燃料氣體管路相連，預(yù)燃室與一個高壓燃料氣體管路相連，使得燃料氣體/空氣混合物從預(yù)燃室噴入主燃室以便點燃壓縮的燃料氣體/空氣混合物，預(yù)燃室形成在一個可被裝配到汽缸蓋(5)中的插件(1)內(nèi)，在該插件中有一個與該高壓燃料氣體管路相連的噴嘴(10)，通過該噴嘴燃料氣體可被噴入預(yù)燃室，在插件中設(shè)置至少一個連通預(yù)燃室和主燃室的噴射開口。
文檔編號F02B1/12GK1453462SQ0312244
公開日2003年11月5日 申請日期2003年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月23日
發(fā)明者W·勞施, R·格勞伯, G·黑德爾, K·里克 申請人:曼·B及W柴油機(jī)公開股份有限公司