CN105275669A - 气体驱动的设备、尤其气体驱动的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体驱动的设备，包括：内燃机(2)；气罐(4)，其用于存储作为用于所述内燃机的燃料的气体；从所述气罐(4)到所述内燃机(2)的输入管路(3)；和加热装置(5)，该加热装置在所述输入管路(3)的区域中加热从所述气罐(4)导出的气体。

Description

气体驱动的设备、尤其气体驱动的车辆

技术领域

本发明涉及一种气体驱动的设备、尤其气体驱动的车辆，其具有气体驱动的内燃机。

背景技术

例如在机动车领域内，目前除了液体燃料之外如例如天然气或者生物气或者诸如此类的气态燃料也越来越多地被使用。在此，气态燃料通常在高压下存储在气罐中。尤其在环境温度冷的情况下，在内燃机冷起动时可能出现与气态燃料相关联的部件的由温度引起的提高的负载。在气体在高压下存储在气罐中的情况下，该效应还通过在流入到燃料系统中时由于焦耳汤姆孙效应(Joule-Thomson-Effekt)而发生的压力下降被增强，在所述焦耳汤姆孙效应中出现气态燃料的附加的温度下降。由此，尤其燃料系统的部件如例如压力调节器可能冻结住或者说弹性体构件可能由于低温被损坏。由此，例如在载重汽车领域中通常对部件的必要更换实施缩短的周期。然而，这对此类气体驱动的内燃机的经济性具有负面的影响。因此，希望在气体驱动的内燃机中避免降低的热负载和部件的冻结。

发明内容

与之相对地，根据本发明的具有权利要求1的特征的气体驱动的设备具有这样的优点，能够显著地降低内燃机的和燃料供给系统的部件的冷负载。由此，可实现：在至内燃机的燃料供给系统中可采取对于管路技术和连接技术来说以及在部件的材料选择方面成本有利的解决方案。因此，在此一方面可减小制造成本并且另一方面可将燃料供给系统的使用寿命保持在所确定的水平上。根据本发明，这由此实现：除了内燃机和用于存储气态燃料的气罐之外，所述设备包括从所述气罐到内燃机的输入管路(燃料供给系统)。此外，设置有加热装置，该加热装置在输入管路的区域中加热从气罐流出的气体。加热装置包括传热器，通过该传热器将热量传递到用于内燃机的气体。由此在压力下所存储的气态燃料的压力下降较大时也能够解决在现有技术中出现的低温问题。

从属权利要求示出本发明的优选的拓展方案。

内燃机特别优选地为直接喷入式内燃机，在该内燃机中，气态燃料直接被喷入内燃机的燃烧室中。

进一步优选地，所述加热装置包括电加热元件。由此，可在没有大的技术花费的情况下提高气态燃料的温度。所述电加热元件优选地借助于发电机和/或电池和/或电容器作为存储器供应能量。以上所列举的能量供应装置优选地设置用于自给自足并且专门地用于运行所述电加热元件。如果该气体驱动的设备例如为车辆，则优选在车辆起动时借助于电池起动所述电加热元件，并且接着在车辆行驶之后借助于发电机继续运行所述电加热元件。

进一步优选地，所述加热装置包括气体加热装置。所述气体加热装置优选地借助于所存在的气态燃料例如在气罐打开之后通过旁路运行。所述气态燃料在气体加热装置中优选地放热地转化，例如通过催化转化或者通过气体的燃烧。进一步优选地，气体加热装置的废气在废气管线的穿流方向上在催化器之前被导入到内燃机的废气管线中。由此可预加热催化器并且较快速地将催化器带到需要的运行温度上。

此外，根据本发明的另一优选的构型，所述设备包括用于存储液态燃料的第二罐。在此，根据本发明的加热装置借助于液态燃料运行。液态燃料可以是例如乙醇或者生物学地制造的燃料。在此，乙醇尤其具有这样的优点，在没有残留物并且没有昂贵的废气后处理的情况下可将乙醇或者说其燃烧产物导入内燃机的废气管线中。

此外，特别优选地，所述设备包括节流装置，该节流装置布置在从气罐到内燃机的输入管路中。因为气态燃料的温度在节流过程之后下降，所以加热装置优选地紧接着在节流装置之后布置。

进一步优选地，加热装置这样设置，使得能借助于来自环境的热量运行该加热装置。在这里，例如可以使用经节流的、气态燃料相对于环境温度的温差来再加热该经节流的气态燃料。

根据本发明的另一优选的构型，在输入管路中的气体在加热装置的区域中具有比在加热装置之后更高的速度。这例如可通过输入管路的相应的横截面变化来实现。在加热装置中的较高的速度优选地为超音速。由此，相对于环境的温度梯度附加地提高动力学的温度分量。

进一步优选地，加热装置包括优选地两个不同的热源。由此可实现用于内燃机的气体的较快速的加热。在这里，可组合任意的热源。这也是可行的：设置有大于两个热源。

加热装置的传热器优选地为交叉传热器或者直流传热器(Gleichstrom-)。

根据本发明的另一优选的构型，加热装置包括内燃机的冷却回路。此外，设置有外部热源，该外部热源加热冷却回路。因此，从气罐到内燃机的输入管路这样导向，使得可实现从冷却回路到输入管路的热传递。在此，外部热源确保，在内燃机冷起动时快速地加热冷却回路并且通过冷却回路也可加热在输入管路中的气体。然后，在内燃机的短暂的运行持续时间之后，可通过由冷却回路从内燃机所导出的热量来加热在输入管路中的气体。因此，在运行时也持续预加热用于内燃机的气体，从而所使用的部件能有高的运行安全性和长的使用寿命。

根据本发明的另一优选的构型，设置有一种车辆，该车辆包括根据本发明的、气体驱动的设备。在此，本发明可显著地改善该车辆的冷起动能力。

进一步优选地，所述车辆包括控制单元，该控制单元设置用于在打开该车辆(即打开车辆锁)或者打开该车辆的门之后起动用于加热在从气罐到内燃机的输入管路中的气体的加热装置。

由此，所述加热在内燃机真正起动之前就已经在进行，从而可避免内燃机的完全地冷起动并且可避免在燃料供给装置中和/或内燃机中的部件结冰和/或损坏。

检测车辆的打开或者车门的打开例如可借助于传感器来进行。

附图说明

以下参照附图详细说明本发明的优选的实施例。在附图中，相同的或者说功能相同的部分以相同的附图标记来标记。附图示出：

图1根据本发明的第一实施例的设备的示意性视图，

图2根据本发明的第二实施例的设备的示意性视图，

图3根据本发明的第三实施例的设备的示意性视图，

图4图3的传热器的示意性的截面视图，

图5根据本发明的第四实施例的设备的示意性视图，和

图6根据本发明的第五实施例的设备的示意性视图。

具体实施方式

以下参照图1详细说明气体驱动的设备1。

如从图1显而易见地，设备1包括内燃机2、输入管路3和气罐4。在此，输入管路3使气罐4与内燃机2连接。在此，输入管路3包括燃料供给系统的包括从气罐的出口开口直到喷入喷射器在内的所有部件。

在气罐4的出口上设置有罐阀8，以便对在高压下存储在气罐4中的气态燃料进行节流(drosseln)。

此外，设备1包括加热装置5，在该实施例中，该加热装置包括电加热元件6。电加热元件6与能量供应装置7连接。能量供应装置7为例如电池或者发电机或者电容器、特别优选为所谓的超级电容器(电化学的电容器)。在这里，也可共同设置有多个能量供应装置、例如电池和发电机，并且电加热元件5例如首先借助于电池运行并且在内燃机起动之后借助于由内燃机驱动的发电机运行。由此例如用于电池的规格可以保持小。

该实施例的电加热元件6优选地集成在输入管路3的壁区域中。因此，通过输入管路3的壁区域进行从电加热元件6到导向至内燃机2的气体上的热传递。因此，所述壁区域构成传热器10。

因此，根据本发明的设备1实现纯单一燃料驱动，在该单一燃料驱动中，内燃机2仅以该气体被驱动。在这里，不仅可以降低内燃机2的部件热负载而且可以降低在燃料输入管路部分中的部件热负载。尤其也可以成本较便宜地构型喷入阀。在此，气体优选地直接被喷入内燃机2的燃烧室中。

因此，根据本发明，可以防止在内燃机的燃料输入管路区域中的部件冻结。由此，所述部件可以具有提高的使用寿命或者说可以在选择部件的材料时实现具有相应优点的成本有利的解决方案。

要说明，在所说明的实施例中，还可以在输入管路3中设置有附加的压力调节器，其中，那么加热装置5优选地布置为紧接着在所述附加的压力调节器之后。

图2示出根据本发明的第二实施例的设备1。第二实施例的加热装置5包括两个热源。第一热源又为电加热元件6，如在第一实施例中所说明的这样。此外，设置有呈气体加热装置16的形式的第二热源。气体加热装置16通过分支管路18和在输入管路3中的分支部19与气罐4连接。因此，气体加热装置16能够借助存储在气罐4中的气体运行。附图标记17标出空气供给装置、例如空气泵或者进气喷射泵。在气体加热装置16中，通过气体的催化转化或者燃烧来进行气体的放热转换。然后，气体加热装置16通过管路20与第二传热器11连接，该第二传热器布置在第一传热器10之内。在此，第二传热器11为直流传热器。在从第二传热器11排出之后，气体加热装置16的废气通过管路21被导至废气管线9。如从图2中显而易见的，在此，管路21在催化器12之前汇入内燃机的废气管路22中。因此，通过气体加热装置16还包含余热的废气预加热催化器12，从而所述催化器较快地达到运行温度。因此，通过设置有两个热源可以在较短的时间内实现用于内燃机2的气体加热。因此，对于燃料部件而言可以进一步降低风险。此外，要说明，第二实施例的设备1在此也可仅借助于气态燃料被驱动。

图3和4示出根据本发明的第三实施例的设备1。

在此，第三实施例2的设备1具有仅一个加热装置5。在此，第三实施例的加热装置5又为气体加热装置16。在图4中，以截面示出传热器11。在此，多个管13在输入管路3中平行于该输入管路被导向。从气体加热装置16排出的废气通过管路20被传送到传热器11，从而使得热量可被传递到处于输入管路3中的气体上。在从传热器11排出的情况下，气体继续通过管路21被导到废气管路22中。因此，在该实施例中，内燃机也能以纯单一燃料驱动的方式来运行。

图5示出根据本发明的第四实施例的设备1。在这里设置有附加罐31，该附加罐与分立的燃烧器30连接。在附加罐31中存储液态燃料例如乙醇。在燃烧器30中所产生的废气如在以上的例子中这样地通过管路20被导入传热器11中，并且在那里热量被传递到输入管路3中的气体上。在其他方面，该实施例相当于第三实施例，从而可以参照在那里所给出的说明。

图6示出根据本发明的第五实施例的设备1。如在第四实施例中的这样，第五实施例包括燃烧器30以及以液态燃料填充的附加罐31。然而，在该燃烧器30中所产生的热量通过传热器43传递到内燃机2的冷却回路40上。此外，在冷却回路40中设置有另一传热器42，在该实施例中，该另一传热器构成加热装置5。传热器42将热量从冷却回路40传递到在输入管路3中的气体上。因此，在该构型中，加热装置5集成在内燃机2的冷却回路40中。在此，不但可以紧接着内燃机起动之后通过燃烧器30将热量引入冷却回路40中，并且因此也可以加热在输入管路3中的气体。然后，在内燃机2的短暂的运行时间之后，可以借助于在内燃机2的正常的冷却回路40中所存在的热量来加热气体3。然后可以关断燃烧器30。由此给出非常高效的用于加热在输入管路3中的气体的加热装置。

此外，对于所说明的实施例，要说明，这也是可行的：在管路3中例如还可以设置有另一节流装置，从而进一步降低在输入管路3中的气体的压力水平，由此进一步冷却在输入管路中的气体。由此出现在输入管路3中的气体相对于环境的热差，使得可实现借助于例如环境空气再加热在输入管路3中的气体。然而，在这里，设置有相对长的热传递延伸尺寸。此外，要说明，本发明优选地在气体驱动的车辆中使用。在此，实现纯单一燃料驱动的实施例是优选的。

Claims (14)

1.气体驱动的设备，包括

-内燃机(2)，

-气罐(4)，其用于存储作为用于所述内燃机的燃料的气体，

-从所述气罐(4)到所述内燃机(2)的输入管路(3)，和

-加热装置(5)，该加热装置在所述输入管路(3)的区域中加热从所述气罐(4)导出的气体。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述内燃机为直接喷入式内燃机，在该内燃机中，入口阀直接地布置在所述内燃机的燃烧室上。

3.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热装置(5)包括电加热元件(6)。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述电加热元件(6)能借助于外部的电能源、尤其发电机和/或电池和/或电容器运行。

5.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热装置(6)包括气体加热装置(16)，其中，该气体加热装置(16)能借助于来自所述气罐(4)的气体运行。

6.根据权利要求5所述的设备，还包括催化器(12)，该催化器布置在所述内燃机(2)的废气管线(9)中，其中，所述气体加热装置(16)的废气在废气流的穿流方向上在所述催化器(12)之前被导入到所述废气管线中。

7.根据以上权利要求中任一项所述的设备，还包括用于存储液态燃料的附加罐(31)，其中，所述加热装置(5)还包括燃烧器(30)，该燃烧器能借助于来自所述附加罐(31)的液态燃料运行。

8.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热装置(5)包括所述内燃机(2)的冷却回路(40)，其中，该冷却回路能通过另一外部热源被加热、尤其通过借助于液态燃料运行的燃烧器(30)被加热。

9.根据以上权利要求中任一项所述的设备，还包括节流装置，该节流装置布置在所述输入管路(3)中，其中，所述加热装置(5)在穿过所述输入管路(3)的流动方向上被布置为紧接着在所述节流装置之后。

10.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热装置(5)借助于环境热量来加热在所述输入管路(3)中所供给的气体。

11.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在所述输入管路(3)中的气体在所述加热装置(5)的区域中比在所述输入管路(3)的在流动方向上在所述加热装置(5)之后的区域中具有更高的速度。

12.根据以上权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热装置(5)包括至少两个不同的热源。

13.车辆，包括根据以上权利要求中任一项所述的设备。

14.根据权利要求13所述的车辆，还包括控制单元，该控制单元设置用于，在打开所述车辆和/或打开所述车辆的门之后起动所述加热装置(5)。