專利名稱：點火系統(tǒng)、燃?xì)獍l(fā)動機(jī)以及運行燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)，還涉及一種配備了這種點火系統(tǒng)的 燃?xì)獍l(fā)動機(jī)，還涉及一種運行此燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)獍l(fā)動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)，其使用例如天然氣、液化器、木炭煤氣、生物氣、垃圾填埋氣 體、瓦斯或氫氣作為燃料，來代替液體燃料。燃?xì)獍l(fā)動機(jī)例如使用在靜止運行的設(shè)備中，用 來實現(xiàn)力熱耦合或例如作為船舶驅(qū)動裝置。對于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)來說迄今有這樣的點火方法，借助此點火方法可在保持低 排放的同時以較高的效率和較高的功率來運行燃?xì)獍l(fā)動機(jī)。此點火方法也已知為 PGI (Performance Gas Injection (高效燃?xì)鈬娚?)點火方法，其基礎(chǔ)是，可燃混合氣或點 火氣體在高壓下注入燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的氣缸的預(yù)燃室中，其中點火氣體在形成火焰的情況下， 在預(yù)燃室的熾熱表面(例如預(yù)熱塞)上引燃。在點火氣體燃燒時，點火氣體會膨脹，并通過 朝向氣缸的主燃燒室的連接孔使裝在該處的可燃混合氣點火。由DE 102 996 A1已知這種用于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)，其中此點火系統(tǒng)具有點 火觸發(fā)裝置，此點火觸發(fā)裝置具有基于熱的、設(shè)置在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)預(yù)燃室中的點火裝置，用來 通過熱量形成火焰來點燃噴入預(yù)燃室中的點火氣體射束。例如在DE 10 2007 019 882A1中描述了另外一個這種點火系統(tǒng)。PGI燃?xì)獍l(fā)動機(jī)按現(xiàn)有技術(shù)只，只是基于在熾熱的表面(例如熾熱頭)上點火。在 此，此熾熱頭在低負(fù)載范圍內(nèi)主動地加熱，以達(dá)到點火所需的溫度。從較高的發(fā)動機(jī)負(fù)載范 圍起，就可以切斷主動的加熱，因為通過燃燒就能獲得足夠的能量，以保持點火所需的溫度 水平。但熾熱頭溫度的控制是非常困難的，因為一方面必須避免熾熱頭過熱(以便不會 太過影響它的耐用性和使用壽命)，但另一方面必須一直保持一定的最低溫度(以便實現(xiàn) 點火穩(wěn)定性)。正是在部分負(fù)載范圍內(nèi)，協(xié)調(diào)是非常困難的，還由于熾熱頭(熱點)上必要 的保護(hù)措施而變得更加困難。熱點上最細(xì)微的制造公差可能會改變熾熱頭的加熱性能，使 得標(biāo)準(zhǔn)溫度控制不能再正確地運行。此外，熾熱頭的失效會使整個燃?xì)獍l(fā)動機(jī)都失效。主動加熱的熾熱頭點火的另一 缺點是，尤其對于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的起動來說需要極高的溫度，這會大大影響熾熱頭的穩(wěn)定性。 點火所需的溫度水平隨著燃?xì)獍l(fā)動機(jī)增壓壓力的上升而下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種用于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)，借助它可提高燃?xì)獍l(fā)動 機(jī)的工作穩(wěn)定性或可靠性。此外，本發(fā)明的目的還在于，提供一種配備了這種點火系統(tǒng)的燃 氣發(fā)動機(jī)，以及提供一種運行此燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的方法。上述目的通過按權(quán)利要求1所述的點火系統(tǒng)、按權(quán)利要求9所述的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)以及按權(quán)利要求10所述的方法得以實現(xiàn)。在各自的從屬權(quán)利要求中給出了本發(fā)明的改進(jìn)方案。按本發(fā)明的第一角度，用于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(尤其是PGI燃?xì)獍l(fā)動機(jī))的點火系統(tǒng)包 含噴射裝置，用來把以燃燒氣體混合物為基礎(chǔ)的點火氣體射束噴入燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的氣缸的 預(yù)燃室中；點火觸發(fā)裝置，它具有基于熱的、設(shè)置在預(yù)燃室中的點火裝置，用來通過熱量形 成火焰來點燃點火氣體射束。按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的特征在于，點火觸發(fā)裝置還額外具有 設(shè)置在預(yù)燃室中的點火火花-發(fā)生裝置，用來通過點火火花形成火焰來點燃點火氣體射 束o按本發(fā)明，基于熱的點火裝置與點火火花-發(fā)生裝置相結(jié)合。其優(yōu)點還在于，在燃 氣發(fā)動機(jī)起動時和在低負(fù)載范圍內(nèi)(此時只存在少量的燃燒熱量)，為了基于熱地點燃點 火氣體射束，可通過點火火花-發(fā)生裝置來確保穩(wěn)定地點燃點火氣體射束。因此，以簡單且 安全的方式提高了燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的工作穩(wěn)定性或可靠性，尤其在起動時及在低的至中間的發(fā) 動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)。通過點火火花_發(fā)生裝置的幫助，可省略現(xiàn)有技術(shù)中所需的高加熱溫度(其用于 基于熱的點火裝置)，這可提高基于熱的點火裝置的耐用性或使用壽命，因此還可改善燃?xì)?發(fā)動機(jī)的工作穩(wěn)定性或可靠性。通過按本發(fā)明的解決方案，還可解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的矛盾，即避免基于熱的 點火裝置的過熱以及保持最低溫度之間的矛盾，因此可更容易地控制(尤其是閉環(huán)控制) 點火系統(tǒng)。此外，此系統(tǒng)現(xiàn)在在制造公差方面不會再這么易受干擾，因此可簡化制造并因此 可節(jié)省成本。此外，如果基于熱的點火裝置由于功能故障而不能運行，則點火火花-發(fā)生裝置 可通過它的冗余作用作為備用點火系統(tǒng)或后備點火系統(tǒng)來用。這還額外地提高了燃?xì)獍l(fā)動 機(jī)的可靠性。按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的實施例，基于熱的點火裝置具有熾熱體。由于利用熾熱體來實現(xiàn)，即作為單獨的元件，所以當(dāng)基于熱的點火裝置過了它的 使用壽命后或在損壞時，能以簡單且成本劃算的方式進(jìn)行更換。這一方面減少了維護(hù)費，另 一方面還提高了燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的工作穩(wěn)定性或可靠性。按本發(fā)明的實施例，所述點火系統(tǒng)連 同預(yù)燃室可通過安裝在(例如擰在)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的氣缸蓋中的構(gòu)件來實現(xiàn)。按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的另一實施例，所述熾熱體只通過燃燒氣體混合物燃燒來加 熱。按本發(fā)明的這一構(gòu)造方案，被動加熱的(只通過預(yù)燃室中的燃燒)、基于熱的點火 裝置與點火火花-發(fā)生裝置相結(jié)合。其優(yōu)點是，對于高發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍來說，只被動加熱 的、基于熱的點火裝置可設(shè)計得非常有效、便利、簡單且牢固。從起動直到中間發(fā)動機(jī)負(fù)載 范圍，可使用點火火花_發(fā)生裝置。但熾熱體也可與主動加熱相結(jié)合，以便能主動地閉環(huán)控制溫度，因而可以更好地 控制熾熱體點火。按本發(fā)明的有利構(gòu)造方案，基于熱的點火裝置與防焰器(FlameTrap)相結(jié)合，此 防焰器提供具有至少一個開口的反應(yīng)室，其中充分利用了空氣/燃?xì)?廢氣-混合物的稀 混合氣曲線極限值(Lean-Stretch-Limit)以及形成化學(xué)自由基的強(qiáng)烈的溫度依賴性(對點火是必要的)，以便實現(xiàn)精確的點火。在此，通過反應(yīng)室的內(nèi)腔中的所述至少一個開口，在壓縮沖程過程中通過適當(dāng)?shù)?流動運動(在預(yù)燃室中)，可從先前燃燒沖程中匯聚到更大份額的熱廢氣。因此，在整個壓 縮沖程過程中，可在反應(yīng)室的內(nèi)腔中實現(xiàn)很高的溫度。在整個壓縮沖程過程中，即使沒有 真正的燃燒，通過熱的廢氣份額也可以在反應(yīng)室的內(nèi)腔中構(gòu)成濃度很高的化學(xué)自由基。因 此，即使沒有真正的火焰前鋒，通過所述至少一個開口流入反應(yīng)室中的氣體份額也可以被 氧化，這額外提高了內(nèi)腔中的溫度和自由基濃度。如果流入反應(yīng)室的內(nèi)腔中的混合物通過點火氣體射束帶到適當(dāng)?shù)狞c火窗中，則 火焰前鋒可從反應(yīng)室中形成。在此，防焰器的決定性參數(shù)是內(nèi)部的氣體溫度(至少約為 1150K)、所述至少一個開口的體積和幾何形狀。按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的另一實施例，所述點火火花-發(fā)生裝置基于電極能量產(chǎn)生 點火火花。本發(fā)明的這種構(gòu)造方案一方面成本劃算，另一方面可提供非常好控制(尤其是可 閉環(huán)控制)的點火火花-發(fā)生裝置。此外，本發(fā)明的這種構(gòu)造方案由于借助電極能量來產(chǎn) 生磨損少的點火火花，從而具有更高的使用壽命，并由于這種基本只需要兩個火花電極的 解決方案，從而更好保養(yǎng)。按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的另一實施例，它還具有點火電壓-控制裝置，它與點火火 花_發(fā)生裝置電連接，用于給用來產(chǎn)生點火火花的點火火花_發(fā)生裝置提供電點火電壓，其 中所述點火電壓-控制裝置根據(jù)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍來控制點火電壓的大小。通過控制(尤其是閉環(huán)控制)點火電壓的大小或強(qiáng)度，點火火花_發(fā)生裝置可依 照燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的運行狀態(tài)利用所需的點火電壓來運行，這通過降低火花電極上的磨損來提 高使用壽命，并通過優(yōu)化點火性能來提高運行穩(wěn)定性。按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的實施例，所述點火電壓-控制裝置在起動燃?xì)獍l(fā)動機(jī)時并 直至所述基于熱的點火裝置通過燃燒氣體混合物燃燒加熱到適合穩(wěn)定地點燃由噴射裝置 噴入的點火氣體射束的溫度時，給點火火花-發(fā)生裝置提供點火電壓，以通過點火火花形 成火焰來點燃點火氣體射束，并且，如果且只要所述基于熱的點火裝置通過燃燒氣體混合 物燃燒加熱到適合穩(wěn)定地點燃由噴射裝置噴入的點火氣體射束的溫度，則在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的 正常運行時中斷給點火火花_發(fā)生裝置提供點火電壓。按本發(fā)明的這種構(gòu)造方案，如果沒有足夠的燃燒熱量用來基于熱地點燃點火氣體 射束，才使用點火火花_發(fā)生裝置。因此，可磨損少且節(jié)省地運行點火火花_發(fā)生裝置，因 此可提高它的使用壽命及燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的運行穩(wěn)定性或可靠性，并減少保養(yǎng)成本。為了確定基于熱的點火裝置的溫度，尤其是確定熾熱體的溫度，基于熱的點火裝 置可設(shè)置溫度傳感器。按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的實施例，所述點火電壓_控制裝置給點火火花_發(fā)生裝置 提供的電點火能在低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)比在中間發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)小。按本發(fā)明已知，在低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)用較少的功率就足以運行點火火花-發(fā)生 裝置，以便確保穩(wěn)定的點火。由于點火火花-發(fā)生裝置在低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)運行時磨損 非常少，所以可顯著地提高點火火花-發(fā)生裝置的使用壽命。按本發(fā)明的點火系統(tǒng)的另一實施例，點火火花_發(fā)生裝置由電火花塞構(gòu)成。
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其優(yōu)點還在于，火花塞作為大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品是很便宜的并且是同新式的，并能 以簡單的方式進(jìn)行更換。按本發(fā)明的第二角度，提供了一種燃?xì)獍l(fā)動機(jī)，其具有按本發(fā)明的上述實施例中 任一項或全部所述的點火系統(tǒng)。按本發(fā)明的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)因為配備了按本發(fā)明的所述實施例中任一項或全部所述 的點火系統(tǒng)，因而也具有各自所述的優(yōu)點。按本發(fā)明的第二角度，提供了一種運行燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的方法，此燃?xì)獍l(fā)動機(jī)配備了 按本發(fā)明的所述實施例中任一項或全部所述的點火系統(tǒng)，其中噴射裝置在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的氣 缸的預(yù)定點火時刻將點火氣體射束噴入氣缸的預(yù)燃室中，其中在起動燃?xì)獍l(fā)動機(jī)時并直至 所述基于熱的點火裝置通過燃燒氣體混合物燃燒加熱到適合穩(wěn)定地點燃由噴射裝置噴入 的點火氣體射束的溫度時，使用所述點火火花_發(fā)生裝置，以通過點火火花形成火焰來點 燃點火氣體射束；并且，如果且只要所述基于熱的點火裝置在預(yù)燃室內(nèi)通過燃燒氣體混合 物燃燒加熱到適合穩(wěn)定地點燃由噴射裝置噴入的點火氣體射束的溫度，則在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的 正常運行中(即沒有干擾地運行)，只使用所述基于熱的點火裝置，用來通過熱量形成火焰 來點燃點火氣體射束。按本發(fā)明的方法，基于熱的點火裝置與點火火花-發(fā)生裝置相結(jié)合。其優(yōu)點還在 于，即使不存在足夠的燃燒熱量來基于熱地點燃點火氣體射束，也可通過點火火花_發(fā)生 裝置來穩(wěn)定地點燃點火氣體射束。因此，能以簡單且安全的方式來提高燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的運行 穩(wěn)定性或可靠性。通過點火火花-發(fā)生裝置的幫助，可取消在現(xiàn)有技術(shù)中基于熱的點火裝置所需的 高加熱溫度(通過主動加熱)，這提高了基于熱的點火裝置的耐用度或使用壽命，并因此還 額外地改進(jìn)了燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的運行穩(wěn)定性或可靠性。通過按本發(fā)明的方法，還可解決在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的矛盾，即避免基于熱的點火 裝置的過熱以及保持最低溫度之間的矛盾，因此可更容易地控制(尤其是閉環(huán)控制)點火 系統(tǒng)。此外，如果基于熱的點火裝置例如由于功能故障而失效，因而不能正常運行時，則 點火火花-發(fā)生裝置可通過它的冗余作用作為備用點火系統(tǒng)或后備點火系統(tǒng)來用。這還額 外地提高了燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的可靠性。按本發(fā)明的方法的實施例，在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)起動時，并從燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的低發(fā)動機(jī)負(fù) 載范圍直至包括中間發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍，可使用點火火花-發(fā)生裝置，用來通過點火火花形 成火焰來點燃點火氣體射束。以這種方式，尤其在起動時及在低至中間的發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)(此時只存在著微 少的燃燒熱量)，為了基于熱地點燃點火氣體射束，可通過點火火花_發(fā)生裝置來穩(wěn)定地點 燃點火氣體射束。按本發(fā)明的方法的另一實施例，在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的高發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)只使用基于 熱的點火裝置，用來通過熱形成火焰來點燃點火氣體射束。也就是說，在較高的發(fā)動機(jī)負(fù)載 范圍內(nèi)(在該處存在著足夠的燃燒熱量)，為了基于熱地點燃點火氣體射束，可關(guān)閉點火火 花-發(fā)生裝置，而只是磨損少且成本劃算地(節(jié)省電流)地借助基于熱的點火裝置來運行。按本發(fā)明的方法的另一實施例，為用來產(chǎn)生點火火花的點火火花-發(fā)生裝置提供電點火電壓，其中電點火能的大小根據(jù)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍進(jìn)行控制。通過控制(尤其是閉環(huán)控制)點火電壓的大小或強(qiáng)度，點火火花_發(fā)生裝置可依 照燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的運行狀態(tài)利用所需的點火電壓(即電點火能)來運行，這通過降低火花電 極上的磨損來提高使用壽命，并通過優(yōu)化點火性能來提高運行穩(wěn)定性。按本發(fā)明的方法的另一實施例，給點火火花-發(fā)生裝置在低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)提 供的點火電壓或電點火能比在中間發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)小。如上所述，按本發(fā)明已知，在低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)用少量點火電壓或電點火能就 足以運行點火火花_發(fā)生裝置，以便確保穩(wěn)定的點火。由于點火火花_發(fā)生裝置在低發(fā)動 機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)運行時磨損非常少，所以可顯著地提高點火火花-發(fā)生裝置的使用壽命。


下面借助優(yōu)選的實施例并參照附圖描述了本發(fā)明。圖1在示意性的局部視圖中示出了按本發(fā)明的實施例的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)。附圖標(biāo)記列表1燃?xì)獍l(fā)動機(jī)10(燃燒)氣缸11主燃燒室20預(yù)燃室21溢流口22溢流 口30點火系統(tǒng)40噴射裝置41點火氣體射束50點火觸發(fā)裝置60基于熱的點火裝置61防焰器61a內(nèi)腔61b開口62熾熱體70點火火花-發(fā)生裝置71火花電極72火花電極80點火電壓-控制裝置81導(dǎo)電線路
具體實施例方式圖1在示意性的視圖中示出了按本發(fā)明的實施例的用PGI方法工作的燃?xì)獍l(fā)動機(jī) 1。此燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1具有多個燃燒氣缸10，圖1中只示出了它們中的一個。每個燃燒氣缸10 (下面簡稱為氣缸)具有一個預(yù)燃室20，此預(yù)燃室20具有朝向氣缸10的主燃燒室11的溢流口 21和22。每個氣缸10的預(yù)燃室20都設(shè)有點火系統(tǒng)30，借助它可點燃噴入氣缸10的主燃燒 室11中的燃燒氣體混合物，以便觸發(fā)氣缸10的活塞(未示出)的作功沖程或膨脹沖程。點火系統(tǒng)30分別具有一個噴射裝置40，用來在高壓下把以燃燒氣體混合物為基 礎(chǔ)的點火氣體射束41噴入氣缸10的預(yù)燃室20中；還具有點火觸發(fā)裝置50。點火觸發(fā)裝置50具有基于熱的、設(shè)置在預(yù)燃室20中的點火裝置60，用來通過熱量 來形成火焰來點燃點火氣體射束41 ；還具有設(shè)置在預(yù)燃室20中的點火火花-發(fā)生裝置70， 用來通過點火火花形成火焰來點燃點火氣體射束41?；跓岬狞c火裝置60具有構(gòu)成為中空體的防焰器(Flame Trap)或反應(yīng)室61 (如 開頭所述的一樣)，還具有構(gòu)成為熾熱頭的熾熱體62。防焰器61由耐熱的材料(例如鋼材或陶瓷)制成，并具有內(nèi)腔61a，其可通過至少 一個大小確定(尤其是直徑確定的)的開口 61a進(jìn)入的。熾熱體62設(shè)置得用來被動地加熱，或只是通過燃燒氣體混合物在預(yù)燃室20或防 焰器61的內(nèi)腔61a中燃燒來加熱。按本發(fā)明的另一實施例，熾熱體62也可構(gòu)成為主動加 熱的元件(即設(shè)有自加熱裝置)。所述點火火花_發(fā)生裝置70用來基于電能產(chǎn)生點火火花。為此目的，設(shè)有點火 電壓_控制裝置80，它通過導(dǎo)電線路81與點火火花-發(fā)生裝置70電連接，用來給點火火 花_發(fā)生裝置70提供電點火電壓，以便產(chǎn)生點火火花。所述點火電壓_控制裝置80根據(jù)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍來控制(尤其 是閉環(huán)控制)點火電壓或電點火能的大小，因此給點火火花_發(fā)生裝置70在低發(fā)動機(jī)負(fù)載 范圍內(nèi)提供的點火電壓比在中間發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)小。按這個實施例，低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍由發(fā)動機(jī)額定功率的約至約40%來定義， 中間發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍由發(fā)動機(jī)額定功率的約41%至約70%來定義，高發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍由 發(fā)動機(jī)額定功率的約71%至約100%來定義。在本發(fā)明的框架內(nèi)，也同樣可考慮有關(guān)發(fā)動 機(jī)負(fù)載的其它范圍劃分。按本發(fā)明的這個實施例，點火火花_發(fā)生裝置70由擰在預(yù)燃室20中的電火花塞 構(gòu)成，因此火花塞的兩個火花電極71、72伸入預(yù)燃室20中。下面描述了按本發(fā)明的方法的實施例，用來運行配備了點火系統(tǒng)50的燃?xì)獍l(fā)動 機(jī)1?？傊瑸橛|發(fā)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的氣缸10的活塞的作功沖程或膨脹沖程，噴射裝置40 在氣缸10的預(yù)定點火時刻將點火氣體射束41噴入氣缸10的預(yù)燃室20中。在起動燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1時，并直至基于熱的點火裝置60的熾熱體62通過燃燒氣體 混合物在預(yù)燃室20或防焰器61的內(nèi)腔61a中燃燒而加熱到適合穩(wěn)定地點燃由噴射裝置40 噴入的點火氣體射束41的溫度的時刻，使用點火火花_發(fā)生裝置70，用來通過點火火花形 成火焰來點燃點火氣體射束41。也就是說，點火電壓_控制裝置80這樣進(jìn)行設(shè)置，即在起動燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1時，并直 至基于熱的點火裝置60 (或它的熾熱體62)通過燃燒氣體混合物燃燒而加熱到約1150K或 877°C的、適合穩(wěn)定地點燃由噴射裝置40噴入的點火氣體射束41的溫度的時刻，給點火火 花_發(fā)生裝置70提供點火電壓，用來通過點火火花形成火焰來點燃點火氣體射束41，并且，如果且只要所述基于熱的點火裝置60通過燃燒氣體混合物燃燒加熱到適合穩(wěn)定地點燃由 噴射裝置40噴入的點火氣體射束41的最低溫度，則在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的正常運行中中斷給 點火火花_發(fā)生裝置70提供的點火電壓，或者使點火火花_發(fā)生裝置70不工作。為了確定基于熱的點火裝置60的溫度，尤其是確定熾熱體62的溫度，基于熱的點 火裝置60設(shè)有未示出的溫度傳感器，它與點火電壓-控制裝置80電連接。按本發(fā)明的這個實施例，在起動燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1時以及從燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的低發(fā)動機(jī)負(fù) 載范圍直到包括中間發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍，使用點火火花-發(fā)生裝置70，用來通過點火火花形 成火焰來點燃點火氣體射束41。由點火電壓-控制裝置80給用來產(chǎn)生點火火花的點火火花_發(fā)生裝置70提供電 點火電壓，其中點火電壓或電點火能的大小或強(qiáng)度根據(jù)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的相應(yīng)發(fā)動機(jī)負(fù)載范 圍來控制，使得給點火火花-發(fā)生裝置70在低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)提供的點火電壓比在中間 發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)小。在借助點火火花-發(fā)生裝置70運行燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1時，由噴射裝置40噴入預(yù)燃室 20中的點火氣體射束41通過火花電極71、72上的電點火火花，在形成火焰的情況下點燃。 預(yù)燃室20中的氣體混合物的燃燒通過溢流口 20、21從預(yù)燃室20膨脹到燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的氣 缸10的主燃燒室11 (其與預(yù)燃室20相連)中，從而點燃位于氣缸10的主燃燒室11中的 空氣_燃料_混合物(空氣-燃?xì)?混合物)，在其燃燒時執(zhí)行位于氣缸10中的活塞的作 功沖程或膨脹沖程。此外，在借助點火火花_發(fā)生裝置70運行燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1時，基于熱的點火裝置60 的熾熱體62慢慢地加熱到約1150K或877°C的預(yù)定溫度。此外，在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的壓縮沖程中，由相應(yīng)先前燃燒沖程導(dǎo)致的、未充分燃燒 的、熱的氣體混合物進(jìn)入氣缸10的預(yù)燃室20中，并通過防焰器61的開口 61b匯聚到它的 內(nèi)腔61a中。通過由廢氣構(gòu)成的、熱的氣體混合物，即使沒有真正的燃燒，在防焰器61的內(nèi)腔 61a中也可以構(gòu)成高濃度的化學(xué)自由基(以及二氧化碳)。因此，即使沒有真正的火焰前鋒， 流入到防焰器61的內(nèi)腔61a中的氣體份額也能被氧化，這額外地提高了內(nèi)腔61a中的溫度 和自由基濃度。如果基于熱的點火裝置60的熾熱體62通過燃燒氣體混合物在預(yù)燃室20或防焰 器61的內(nèi)腔61a中燃燒而加熱到適合穩(wěn)定地點燃由噴射裝置40噴入的點火氣體射束41 的最低溫度，則在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的正常運行中關(guān)閉點火火花-發(fā)生裝置70，然后只使用基于 熱的點火裝置60，用來通過熱量來形成火焰來點燃點火氣體射束41。也就是說，按本發(fā)明的這個實施例，在高發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)只使用基于熱的點火 裝置60，用來通過熱量來形成火焰來點燃點火氣體射束41。在只借助基于熱的點火裝置60運行燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1時，在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的壓縮沖程 中，由相應(yīng)先前燃燒沖程導(dǎo)致的、未充分燃燒的、熱的氣體混合物進(jìn)入氣缸10的預(yù)燃室20 中，并通過防焰器61的開口 61b匯聚到它的內(nèi)腔61a中。然后，匯聚到內(nèi)腔61a中的、未充分燃燒的氣體混合物借助熾熱體61保持在約 1150K或877°C的最低溫度。通過由廢氣構(gòu)成的、熱的氣體混合物，在整個壓縮循環(huán)中，即使沒有真正的燃燒，
10在防焰器61的內(nèi)腔61a中也可以構(gòu)成高濃度的化學(xué)自由基(以及二氧化碳)。因此，即使 沒有真正的火焰前鋒，流入到防焰器61的內(nèi)腔61a中的氣體份額也能被氧化，這額外地提 高了內(nèi)腔61a中的溫度和自由基濃度。未充分燃燒的氣體混合物在廢氣濃度(二氧化碳)、Lambda、湍流和進(jìn)入速度 方面，具有這樣的數(shù)值，即在內(nèi)腔61a的外部或在開口 61b內(nèi)由于稀混合氣曲線極限值 (Lean-Stretch-Limit)會出現(xiàn)熄滅，因此不會從防焰器61的內(nèi)腔61a中形成火焰前鋒形式 的化學(xué)反應(yīng)。此反應(yīng)(“火焰”)因此暫時繼續(xù)被擋在防焰器61的內(nèi)腔61a中，因此在防焰 器61的內(nèi)腔61a中形成近似“靜止的火焰前鋒”。在與燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的氣缸10的預(yù)定點火時刻相應(yīng)的時刻，噴射裝置40在高壓下 將點火氣體射束41噴入預(yù)燃室20中。因此通過防焰器61的開口 61b進(jìn)入的點火氣體射 束41的燃?xì)鈿怏w混合物在防焰器61的內(nèi)腔61a中將直到那里還未充分燃燒的氣體混合物 加濃，或者說來提高它的燃料份額，使得現(xiàn)在形成的氣體混合物在現(xiàn)在足夠熱的熾熱體62 上點燃，并在形成火焰的情況下燃燒。在這種形成火焰的情況下燃燒氣體混合物時，通過防焰器61的開口 61b從防焰器 61的內(nèi)腔61a中形成火焰前鋒。從防焰器61的內(nèi)腔61a中形成的火焰前鋒在形成火焰的 情況下，將位于預(yù)燃室20中的氣體混合物點燃。預(yù)燃室20中的氣體混合物燃燒通過溢流 口 20、21從預(yù)燃室20膨脹進(jìn)入到燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1的氣缸10的主燃燒室11 (其與預(yù)燃室20 相連)中，從而點燃位于氣缸10的主燃燒室11中的空氣-燃料-混合物，在其燃燒時執(zhí)行 位于氣缸10中的活塞的作功沖程或膨脹沖程。最后需注意，在按本發(fā)明的按PGI方法的燃?xì)獍l(fā)動機(jī)1中，噴入預(yù)燃室20中的點 火氣體射束41以及噴入氣缸10的主燃燒室11中的空氣-燃料-混合物(空氣_燃?xì)?混 合物)是以相同的氣態(tài)燃料或燃?xì)鉃榛A(chǔ)的。
1權(quán)利要求
一種用于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)的點火系統(tǒng)(30)，此點火系統(tǒng)(30)包含-噴射裝置(40)，用來把以燃燒氣體混合物為基礎(chǔ)的點火氣體射束(41)噴入燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)的氣缸(10)的預(yù)燃室(20)中；以及-點火觸發(fā)裝置(50)，其具有基于熱的、設(shè)置在預(yù)燃室(20)中的點火裝置(60)，用來通過熱量形成火焰來點燃點火氣體射束(41)，其特征在于，所述點火觸發(fā)裝置(50)還具有設(shè)置在預(yù)燃室(20)中的點火火花-發(fā)生裝置(70)，用來通過點火火花形成火焰來點燃點火氣體射束(41)。
2.按權(quán)利要求1所述的點火系統(tǒng)(30)，其中所述基于熱的點火裝置(60)具有熾熱體 (62)。
3.按權(quán)利要求2所述的點火系統(tǒng)(30)，其中所述熾熱體(62)只通過燃燒氣體混合物 燃燒來加熱。
4.按權(quán)利要求2所述的點火系統(tǒng)(30)，其中所述熾熱體(62)能與主動加熱相結(jié)合，以 便能主動控制溫度。
5.按權(quán)利要求1至3中任一項所述的點火系統(tǒng)(30)，其中所述點火火花-發(fā)生裝置 (70)基于電極能量產(chǎn)生點火火花。
6.按權(quán)利要求5所述的點火系統(tǒng)(30)，其具有與所述點火火花-發(fā)生裝置(70)電連 接的點火電壓-控制裝置(80)，用于給用來產(chǎn)生點火火花的點火火花-發(fā)生裝置(70)提供 電點火電壓，其中所述點火電壓-控制裝置(80)用來根據(jù)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)的發(fā)動機(jī)負(fù)載范 圍來控制點火電壓或電點火能的大小。
7.按權(quán)利要求6所述的點火系統(tǒng)(30)，其中，所述點火電壓-控制裝置(80)在起動燃 氣發(fā)動機(jī)(1)時并直至所述基于熱的點火裝置(60)通過燃燒氣體混合物燃燒加熱到適合 穩(wěn)定地點燃由噴射裝置(40)噴入的點火氣體射束(41)的溫度時，給點火火花-發(fā)生裝置 (70)提供點火電壓，以通過點火火花形成火焰來點燃點火氣體射束(41)，并且，如果且只 要所述基于熱的點火裝置(60)通過燃燒氣體混合物燃燒加熱到適合穩(wěn)定地點燃由噴射裝 置(40)噴入的點火氣體射束(41)的溫度，則在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)的正常運行時，中斷給點火 火花-發(fā)生裝置(70)提供點火電壓。
8.按權(quán)利要求6或7所述的點火系統(tǒng)(30)，其中所述點火電壓-控制裝置⑶給點火 火花-發(fā)生裝置(70)提供的點火電壓或者電能在低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)比在中間發(fā)動機(jī)負(fù) 載范圍內(nèi)小。
9.按權(quán)利要求5至7中任一項所述的點火系統(tǒng)(30)，其中所述點火火花-發(fā)生裝置 (70)由電火花塞構(gòu)成。
10.燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)，其具有按權(quán)利要求1至9中任一項所述點火系統(tǒng)(30)。
11.一種運行燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)的方法，此燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)配備了按權(quán)利要求1至7中任 一項所述的點火系統(tǒng)(30)，其中噴射裝置(40)在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)的氣缸(10)的預(yù)定點火時刻將點火氣體射束(41) 噴入氣缸(10)的預(yù)燃室(20)中；在起動燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)時并直至所述基于熱的點火裝置(60)通過燃燒氣體混合物燃 燒加熱到適合穩(wěn)定地點燃由噴射裝置(40)噴入的點火氣體射束(41)的溫度時，使用所述 點火火花-發(fā)生裝置(70)，以通過點火火花形成火焰來點燃點火氣體射束(41)；并且如果且只要所述基于熱的點火裝置(60)通過燃燒氣體混合物燃燒加熱到適合穩(wěn)定地 點燃由噴射裝置(40)噴入的點火氣體射束(41)的溫度，則在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的正常運行中，只 使用所述基于熱的點火裝置(60)，用來通過熱量形成火焰來點燃點火氣體射束(41)。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其中，在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)起動時并從燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)的 低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍直至包括中間發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍，使用所述點火火花-發(fā)生裝置(70)，用 來通過點火火花形成火焰來點燃點火氣體射束(41)。
13.按權(quán)利要求11或12所述的方法，其中在燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)的高發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍 內(nèi)，只使用所述基于熱的點火裝置(60)，用來通過點火火花形成火焰來點燃點火氣體射束 (41)。
14.按權(quán)利要求11至13中任一項所述的方法，為用來產(chǎn)生點火火花的點火火花-發(fā)生 裝置(70)提供電點火電壓或點火能，其中所述點火電壓的大小根據(jù)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)(1)的發(fā)動 機(jī)負(fù)載范圍進(jìn)行控制。
15.按權(quán)利要求14所述的方法，給所述點火火花-發(fā)生裝置(70)提供的點火電壓或點 火能在低發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)比在中間發(fā)動機(jī)負(fù)載范圍內(nèi)小。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種點火系統(tǒng)、燃?xì)獍l(fā)動機(jī)以及運行燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的方法。所述點火系統(tǒng)包含噴射裝置，用來把以燃燒氣體混合物為基礎(chǔ)的點火氣體射束噴入燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的氣缸的預(yù)燃室中；以及點火觸發(fā)裝置，其具有基于熱的、設(shè)置在預(yù)燃室中的點火裝置，用來通過熱量來形成火焰來點燃點火氣體射束。本發(fā)明的特征在于，所述點火觸發(fā)裝置(50)還具有設(shè)置在預(yù)燃室(20)中的點火火花-發(fā)生裝置(70)，用來通過點火火花形成火焰來點燃點火氣體射束(41)。
文檔編號F02B19/12GK101858244SQ20101015561
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月4日
發(fā)明者A·格拉布邁耶, I·威爾克 申請人:曼柴油機(jī)歐洲股份公司