內燃的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內燃機，具有：主燃燒室，用于燃燒第一燃燒混合物；對于每個主燃燒室存在預燃燒室，用于燃燒第二燃燒混合物；第一燃燒氣體混合器，提供第一燃燒混合物并與燃料輸入管道和空氣輸入管道相連；第二燃燒氣體混合器，提供第二燃燒混合物并與燃料輸入管道、空氣輸入管道及合成氣體輸入管道相連；第一混合物管道，與第一燃燒氣體混合器及主燃燒室相連；第二混合物管道，與第二燃燒氣體混合器及預燃燒室相連；預燃燒室具有到主燃燒室的貫穿開口，第一燃燒氣體混合器和合成氣體輸入管道相連，設有控制或調節(jié)裝置以控制或調節(jié)第一和/或第二燃燒混合物的燃料、空氣和合成氣體的混合比，該控制或調節(jié)裝置與第一和/或第二燃燒氣體混合器相連。
【專利說明】內燃機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有權利要求1前序部分所述特征的內燃機以及一種用于運行該類內燃機的方法。
【背景技術】
[0002]在EP 359 298 A2中公開了一種帶有主燃燒室和預燃燒室的內燃機，對于該內燃機而言，從轉化器向預燃燒室輸入合成氣體。因為合成氣體含氫，由此改進內燃機的點火性倉泛。
[0003]在W02008/150370A1中公開了一種帶有廢氣再循環(huán)的內燃機，其中，廢氣在材料方面和燃料一起在轉化器中轉化為合成氣體。這有助于降低內燃機廢氣中的不希望的排放。
[0004]利用上述兩種積極效果很難，因為根據內燃機的工作點，用于兩種效果的燃燒氣體中的最佳合成氣體含量存在差異。此外，燃氣發(fā)動機對合成氣體的利用受到取決于氣體成分(H2、CO、CH4、含三個或者多個碳原子的碳水化合物以及水蒸氣)和發(fā)動機的工作情況(功率、增壓......)的自燃情況以及取決于氣體成分的爆燃限制。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的任務在于，使上述兩種積極效果可同時優(yōu)化利用，并完全或者部分消除上述限制。
[0006]該任務通過一種具有權利要求1特征的內燃機以及一種具有權利要求8特征的方法加以解決。
[0007]這一方面通過不僅向預燃燒室、而且向主燃燒室至少按份額輸入合成氣體，以及另一方面通過兩個分開的燃燒氣體混合器(優(yōu)選根據內燃機的工作點)對用于主燃燒室和預燃燒室的燃燒氣體成分相互獨立地進行調節(jié)來實現。
[0008]通過調節(jié)或者控制合成氣體份額可以實現最佳的用于內燃機的工作點。一方面，這通過隨著合成氣體份額的增加、亦即燃燒氣體中的氫含量的增大從而發(fā)動機的燃燒技術效率得以提高而得到。另一方面，隨著合成氣體份額的增大，設備的能源效率降低，因為在轉化器中出現了較高的損失。該聯系在圖2中作了說明。
[0009]在US2004/0045514A1中公開了一種內燃機，其中，不僅向主燃燒室、而且向預燃燒室輸入來自轉化器的繼續(xù)處理后的反應產物，一方面應賦予用于主燃燒室的液態(tài)燃料高的辛烷值，另一方面應改進點火。但既不需要設置控制，也不需要設置調節(jié)混合比。
[0010]本發(fā)明其他有利的實施形式在從屬權利要求中作了限定。
[0011]為了向控制裝置或者調節(jié)裝置提供盡可能多的關于發(fā)動機狀態(tài)的信息，可以在燃料輸入管道中和/或在空氣輸入管道中和/或在廢氣管道中和/或在蒸汽輸入管道中和/或在合成氣體輸入管道中設有體積流量測量儀，所述體積流量測量儀與調節(jié)裝置或者控制裝置相連。體積流量測量儀也可以構成為體積流量調節(jié)閥，該體積流量調節(jié)閥除了對體積流量進行測量外還擁有調節(jié)閥和調節(jié)回路。
[0012]優(yōu)選規(guī)定，在控制裝置或者調節(jié)裝置中可計算出給定混合比，并根據給定混合比對在內燃機第一燃燒氣體混合器中和在內燃機第二燃燒氣體混合器中的燃料、空氣和/或合成氣體的混合比進行調節(jié)或者控制。給定混合比根據工作點和使用范圍以及自然對于發(fā)動機的主燃燒室和預燃燒室而有所不同。
[0013]通過針對相應的應用(高發(fā)動機功率、高發(fā)動機效率、低排放)對限定的燃燒氣體成分進行相應的調節(jié)，應根據所使用的燃料和排放規(guī)定能實現對優(yōu)化的發(fā)動機運行。其中有利的是，在一定的濃度限制之內分別對氫、一氧化碳和甲烷以及較高的碳氫化合物的份額進行調節(jié)。
[0014]為了例如針對盡可能低的有害物質排放優(yōu)化燃氣發(fā)動機，用于主燃燒室的第一燃燒混合物(給定燃燒氣體成分)具有份額為20%至30%的氫和份額為5%至10%的一氧化碳。(所有的比例數據涉及體積份額)。
[0015]作為第二個示例，可以用除了甲烷外還含有較高碳氫化合物的燃料來引導燃氣發(fā)動機以便運行，其中，應實現盡可能高的發(fā)動機功率。在該情況下，第一燃燒混合物的給定燃燒氣體成分可以具有份額為35%至45%的氫、5%至10%的一氧化碳和最大5%的較高的碳氫化合物。
[0016]為了燃氣發(fā)動機的改進的點火性能和降低排放，用于預燃燒室的第二燃燒混合物的給定燃燒氣體成分可以包含份額為25%至40%的氫、5%至10%的一氧化碳和20%至30%的甲烷。
[0017]為了針對控制裝置和調節(jié)裝置使得可對合成氣體的成分進行良好地估算，可以使用轉化器轉換函數來計算給定混合比。由此通過根據指向轉化器中的物料流的體積流量以及在轉化器中的輸入和輸出溫度作為轉化器轉換函數的數值計算生成的合成氣體的不同組成成分的濃度，避免耗費地測量合成氣體組成成分的不同濃度。轉化器轉換函數可以通過測量或者熱動態(tài)模擬進行生成。
[0018]為進一步改進在預燃燒室中的點火性能，可以在第二混合物管道中設有壓縮機，由此可以在預燃燒室中實現更高的噴射壓力。
[0019]可以規(guī)定，內燃機具有用于生成合成氣體的轉化器，該轉化器與燃料輸入管道和空氣輸入管道相連。在這里有利的可以是，轉化器還與水輸入管道和/或廢氣管道相連。
[0020]通過將廢氣再循環(huán)到轉化器中，提高設備效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]本發(fā)明的其他優(yōu)點和細節(jié)根據附圖以及所屬的【專利附圖】

【附圖說明】得出。其中:
[0022]圖1示出根據本發(fā)明的內燃機的示意圖，和
[0023]圖2示出根據本發(fā)明的內燃機的最佳工作點的說明圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1示出內燃機-轉化器設備的連接圖。示出了主燃燒室1、預燃燒室2以及轉化器3。通過空氣輸入管道5將空氣L、通過燃料輸入管道4將燃料從燃料箱T以及通過合成氣體輸入管道6將合成氣體S輸入給內燃機30。第一燃燒氣體混合器24和第二燃燒氣體混合器25由此混合第一燃燒混合物BGl或者第二燃燒混合物BG2。將第一燃燒混合物BGl通過第一混合物管道10輸入給主燃燒室1，而將第二燃燒混合物BG2通過第二混合物管道10’輸入給預燃燒室2。如果第二燃燒混合物BG2在預燃燒室2中被點火，則通過貫穿開口33出現點火火舌，該點火火舌對主燃燒室I中的第一燃燒混合物BGl進行點火。此外，內燃機30可以具有在第二混合管道10’中的壓縮機26以及具有渦輪增壓器27。內燃機30的廢氣A通過廢氣管道9排出。
[0025]用于第一燃燒氣體混合器24和第二燃燒氣體混合器25的混合比在控制裝置或者調節(jié)裝置31中確定，其中，該控制裝置或者調節(jié)裝置與兩個燃燒氣體混合器相連。未示出調節(jié)裝置或者控制裝置31與所有體積流量調節(jié)閥32的連接，因為這在繪圖中將會比較困難且對理解并無幫助。在燃料輸入管道4、空氣輸入管道5、合成氣體輸入管道6、蒸汽輸入管道8以及廢氣管道9中分別存在至少一個體積流量調節(jié)閥32。借助在體積流量調節(jié)閥32中調節(jié)后的體積流量和必要時借助轉化器轉換函數，控制單元31能夠對混合比如此進行調節(jié)，使得在燃燒混合物中存在期望濃度的氫、一氧化碳、甲烷等。
[0026]在該實施例中，通過空氣輸入管道5和廢氣管道9將空氣和來自內燃機30的廢氣輸入給另一混合裝置18。由此在該另一混合裝置18中混合第一物料流并且將該第一物料流通過輸入管道11繼續(xù)輸送。
[0027]從水箱W中借助泵36將水通過水輸入管道7輸入給蒸發(fā)器20。該蒸發(fā)器20可以構造成不同類型的。優(yōu)選如下一種實施方式，在該實施方式中蒸發(fā)器20構造成與廢氣管道9熱耦聯的熱交換器或者構造成與合成氣體管道6熱耦聯的熱交換器。
[0028]在水輸入管道7中設置有加熱元件23。該加熱元件也可以構成為熱交換器。在這里，加熱元件23便與在第一冷卻元件16和第二冷卻元件17之間的合成氣體管道6熱耦聯或者與第一冷卻元件I6熱耦聯。
[0029]在蒸發(fā)器20中生成的水蒸氣通過蒸汽輸入管道8輸入給另一混合裝置19。通過燃料管道4還將燃料輸入給所述另一混合裝置19。在所述另一混合裝置19中，由蒸汽和燃料混合出第二物料流并且將該第二物料流通過第二輸入管道12繼續(xù)輸送。
[0030]此外，在混合裝置19上游在燃料管道4中連接有預加熱元件21，該預加熱元件可以構成為熱交換器。在此，預加熱元件可以構成為與第一冷卻元件16、與內燃機的冷卻回路和/或與合成氣體管道6熱耦聯。冷卻回路未示出，因為它在現有技術中已經公知。
[0031]通過空氣輸入管道5和廢氣管道9將空氣和來自內燃機30的廢氣輸入給所述另一混合裝置18。此外，在所述另一混合裝置18中對第一物料流進行混合，并將第一物料流通過輸入管道11繼續(xù)輸送。
[0032]第一輸入管道11和第二輸入管道12在它們流經第一熱交換器13或者第二熱交換器14之后通入混合裝置28中。在其中形成混合物，該混合物通過混合物管道29輸入給轉化器3。從轉化器3導出的合成氣體輸入管道6通過第一熱交換器13以及第二熱交換器14，其中，設有一個旁通管道22作為繞過第二熱交換器14的繞行路。此外，在合成氣體輸入管道6中設置有合成氣體冷卻裝置15，該合成氣體冷卻裝置由第一冷卻元件16和第二冷卻元件17組成。
[0033]借助合成氣體輸入管道6中的加熱元件34在合成氣體冷卻后可以對合成氣體重新進行加熱。通過冷卻、水分離和加熱的順序可以將合成氣體的相對濕度保持在對于發(fā)動機合適的水平。
[0034]在廢氣管道9中設有熱交換器21。
[0035]在該實施例中，在空氣輸入管道5中設置有壓縮機35。
[0036]在圖2中，一方面示出整個設備的效率的質量性能，另一方面示出燃燒技術方面的效率。其中，燃燒技術效率通過混合合成氣體得以提高，而整個設備的效率在燃燒氣體中的合成氣體份額提高的情況下而提高。最佳工作點位于在各豎直線之間的區(qū)域內，該區(qū)域與兩個圖表相交的區(qū)域相當。
[0037]本發(fā)明并不局限于本實施例。尤其是也可以通過直接測量或者跟蹤模擬轉化器來確定燃燒氣體的成分。測量或者模擬數值便可以傳送給用于控制或者調節(jié)混合比的控制裝置或者調節(jié)裝置。
【權利要求】
1.內燃機，具有: -至少一個主燃燒室(I)，用于燃燒第一燃燒混合物(BGl)， -對于每個主燃燒室(I)，至少一個預燃燒室(2)，用于燃燒第二燃燒混合物(BG2)， -第一燃燒氣體混合器(24)，用于提供第一燃燒混合物(BGl)，該第一燃燒氣體混合器與燃料輸入管道(4)和空氣輸入管道(5)相連， -第二燃燒氣體混合器(25),用于提供第二燃燒混合物(BG2),該第二燃燒氣體混合器與燃料輸入管道(4)、空氣輸入管道(5)以及合成氣體輸入管道(6)相連，和 -第一混合物管道(10)，該第一混合物管道與第一燃燒氣體混合器(24)以及主燃燒室(1)相連， -第二混合物管道(10’)，該第二混合物管道與第二燃燒氣體混合器(25)以及預燃燒室⑵相連， 其中，預燃燒室(2)具有至少一個到主燃燒室(I)中的貫穿開口(33)，其特征在于，第一燃燒氣體混合器(24)為了混合合成氣體(S)而與合成氣體輸入管道(6)相連，并且設有一個控制裝置(31)或者調節(jié)裝置(31)，用于對第一燃燒混合物(BGl)和/或第二燃燒混合物(BG2)中的燃料、空氣和合成氣體的混合比加以控制或者調節(jié)，該控制裝置或者調節(jié)裝置與第一燃燒氣體混合器 (24)和/或與第二燃燒氣體混合器(25)相連。
2.根據權利要求1所述的內燃機，其特征在于，在燃料輸入管道(4)和/或空氣輸入管道(5)和/或廢氣管道(9)和/或蒸汽輸入管道(8)中和/或合成氣體輸入管道(6)中分別設有至少一個體積流量測量儀(32)，該體積流量測量儀與調節(jié)裝置(31)或者控制裝置(31)相連。
3.根據權利要求2所述的內燃機，其特征在于，在控制裝置(31)或者調節(jié)裝置(31)中基于體積流量可計算出給定混合比，其中，體積流量由所述至少一個體積流量測量儀(32)可測量，在第一燃燒氣體混合器(24)中和在第二燃燒氣體混合器(25)中的燃料、空氣和合成氣體的混合比根據給定混合比可調節(jié)或者可控制。
4.根據權利要求3所述的內燃機，其特征在于，用于達到給定燃燒氣體成分的給定混合比在調節(jié)裝置(31)或者控制裝置(31)中借助轉化器轉換函數可計算。
5.根據權利要求1至4中的至少一項所述的內燃機，其特征在于，在第二混合物管道(10’ )中設有壓縮機(26)。
6.根據權利要求1至5中的至少一項所述的內燃機，其特征在于，設有用于生成合成氣體的轉化器(3)，該轉化器與燃料輸入管道(4)和空氣輸入管道(5)相連。
7.根據權利要求6所述的內燃機，其特征在于，所述轉化器(3)與蒸汽輸入管道(8)和/或廢氣管道(9)相連。
8.用于運行內燃機(30)的方法，其中: -由燃料、空氣和合成氣體(S)混合第一燃燒混合物(BGl)和第二燃燒混合物(BG2)，和 -將第一燃燒混合物(BGl)輸入給主燃燒室(I)，而將第二燃燒混合物(BG2)輸入給預燃燒室⑵。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，在燃料輸入管道(4)中和/或在空氣輸入管道(5)中和/或在廢氣管道(9)中和/或在蒸汽輸入管道⑶中和/或在合成氣體輸入管道(6)中分別測量至少一個體積流量。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，根據測量到的所述至少一個體積流量對于第一燃燒混合物(BGl)的和/或第二燃燒混合物(BG2)的混合比計算燃料、空氣和合成氣體(S)的給定混合比。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，借助轉化器轉換函數計算用于達到給定燃燒氣體成分的給定混合比。
12.根據權利要求8至11中的至少一項所述的方法，其中，對第二燃燒混合物(BG2)在輸入給預燃燒室之前進行壓縮。
13.根據權利要求8至12中的至少一項所述的方法，其中，在轉化器(3)中生產合成氣體 ⑶。
【文檔編號】F02M25/07GK103821637SQ201310757471
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權日:2012年10月24日
【發(fā)明者】F·格魯貝爾, G·瓦爾, M·厄爾, S·曹納 申請人:Ge延巴赫兩合無限公司