CN112789398A - 用于燃气发动机的预燃室布置和燃气发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃气发动机(1)的预燃室布置(100)，布置(100)包括：容纳体腔(30)的预燃室本体(20)；以及具有进气端口(42)的进气通道(40)，用以供应气态介质(50)入到预燃室体腔(30)中；其中，预燃室体腔(30)沿纵向方向(L)在顶端(32)和底端(34)之间延伸，其中，预燃室体腔(30)配置成在顶端(32)处容纳火花塞(60)的端部，并且其中，在底端(34)处，预燃室本体(20)包括开口(26)，用以允许气体在预燃室体腔(30)和燃气发动机(1)的主燃烧室(10)之间流动，其中，进气端口(42)定位成沿纵向方向(L)距所述预燃室体腔(30)的顶端(32)以一距离(D)，所述距离使得当在进气冲程期间气态介质被供应入到预燃室体腔中时，残留气体的体积在预燃室体腔的顶端处被困住。

Description

用于燃气发动机的预燃室布置和燃气发动机
技术领域
本发明涉及用于燃气发动机的预燃室布置。本发明还涉及用于在预燃室布置中燃烧的方法以及包括这种布置的燃气发动机。
背景技术
使用气态燃料操作的内燃机被火花点燃，并一般用于静止式应用。这种燃气发动机可用于发电，并且可以例如以来自消化器和污水处理系统的气体、天然气或任何其他生物气操作。重型燃气发动机常常是稀薄燃烧发动机，这意味着燃料会与过量的空气一起燃烧。这导致燃烧室中的温度较低，从而降低NOx(氮氧化物)的形成。然而，稀薄燃烧需要更高的点燃/活化能，因此常常使用预燃室。使用预燃室，由预燃室中的火花塞点燃更富燃料气体和空气混合物。然后，燃烧的气体和活性成分扩散到发动机的主燃烧室中的稀薄混合物中。通过使用预燃室，产生的NOx更少，并且热效率得到提高，这是由于可使用更高的压缩比。一般，在燃气发动机的进气冲程期间燃气被供应入到预燃室中，此燃气在压缩冲程期间与来自内燃机的稀薄混合物混合。这样，在预燃室中实现富燃料的混合物以被火花塞点燃。
在小型燃气发动机中使用预燃室点燃可能是困难的，因为预燃室必须非常紧凑。在预燃室中实现准确的混合比例可能是有问题的。文献US4903656A公开了具有预燃室的燃气发动机，其中预燃室的部分的区域朝向燃烧室逐渐减小，以在压缩冲程中实现预燃室中的气体和燃烧室中的稀薄混合物的良好混合。
发明内容
尽管在本领域中有已知的解决方案，但仍期望开发克服或减轻现有技术的缺点的至少一些的预燃室布置。
本发明的一个目的因此是实现有利的预燃室布置，其有助于并改善对预燃室内部的气态介质的量的控制。本发明的另一目的是实现预燃室布置，其导致更少的来自燃气发动机的NOx排放，而不需要对氮氧化物进行排气后处理。
本文提到的目的通过以下实现：根据独立权利要求的预燃室布置，包括这种预燃室布置的燃气发动机，用于在预燃室布置中燃烧的方法以及这种预燃室布置的用途。
因此，根据本发明的一方面，提供了用于燃气发动机的预燃室布置。所述预燃室布置包括：容纳体腔的预燃室本体；以及具有进气端口的进气通道，用以供应气态介质入到预燃室中；其中，所述预燃室体腔沿纵向方向在顶端和底端之间延伸，其中，所述预燃室体腔配置成在所述顶端容纳火花塞的端部，并且其中，在所述底端处，所述预燃室包括开口，用以允许气体在预燃室体腔和燃气发动机的主燃烧室之间流动。此外，进气端口定位成沿纵向方向距预燃室体腔的顶端以一距离，所述距离使得当在进气冲程期间气态介质被供应入到预燃室体腔中时，残留气体的体积在预燃室体腔的顶端处被困住。
根据本发明的另一方面，提供了包括这种预燃室布置的燃气发动机。
用于稀薄燃气发动机的预燃室往往在与预燃室相关联的汽缸中的进气冲程期间填充富燃料气体。然而，富燃料气体不能被点燃，因此必须被混合以增加燃气中的空气的量。在供应燃气入到预燃室体腔中之前，预燃室体腔可包括来自先前燃烧的残留气体和水。在压缩冲程期间，主燃烧室中的稀薄气体混合物将被压入预燃室体腔中，并与预燃室体腔中的富燃料气体混合。汽缸的压力决定有多少稀薄气体混合物正在进入预燃室体腔。与主燃气发动机中的气体混合物相比，预燃室体腔中的气体混合物将更富燃料。期望在预燃室中点燃空气燃料比低于化学计量(stoich)混合的气体混合物，并且期望在主燃烧室中燃烧具有大量过量空气的气体混合物。然后，将借助于火花塞产生少量电火花，点燃预燃室体腔中的气体混合物。一般，目标是在火花塞周围尽可能多地获得可燃气体混合物。预燃室体腔中的气态介质和稀薄气体混合物的气体混合物也可称为燃料装料。为了能够在主燃烧室中进行稀薄燃烧，需要更高的点燃能量。为了实现这一点，可控制燃气和来自主燃烧室的稀薄气体混合物在哪里以及如何混合，以及还有所述气体多快混合。通过定位进气通道的进气端口使得在根据本发明的进气冲程期间减少预燃室体腔中的气态介质的量，可以在预燃室体腔中实现更稀薄的气体混合物/燃料装料。这样，在预燃室体腔中并且因此在主燃烧室中实现了具有可控制的lambda水平和良好的可燃性的气体混合物，其仍低于化学计量混合并且能够形成更少的NOx。进气端口的定位将能够得到气体混合物/燃料装料的期望空气燃料比，而无需精确控制气态介质入到预燃室体腔中的供应。当汽缸活塞以已知压力将稀薄气体混合物从主燃烧室压入到预燃室体腔时，进入预燃室体腔的稀薄气体混合物的量也将是已知的。进气端口的定位将确定进气冲程期间在预燃室体腔中气态介质的填充率，从而确定预燃室体腔中气态介质的量。预燃室体腔中的气态介质的量和稀薄气体混合物的量将确定预燃室体腔中的气体混合物/燃料装料的空气燃料比。在现有技术中，进气端口布置在预燃室体腔的顶端处，这意味着在进气冲程期间整个预燃室体腔被气态介质填充。因此，基于进入预燃室体腔的稀薄气体混合物的已知量，进气端口的定位将确定来自预燃室体腔的气态介质和稀薄气体混合物的气体混合物的空气燃料比。通过改变进气端口的定位，可实现气体混合物/燃料装料的期望空气燃料比。
术语“进气端口的定位”在此既可以指进气端口相对于预燃室体腔的空间位置，以及进气端口相对于预燃室体腔的指向。
从以下的细节，以及也通过将本发明付诸实践，本发明的进一步目的、优点和新颖特征对于本领域的技术人员将变得明显。尽管下面描述了本发明，但是应当注意，本发明不限于所描述的具体细节。获得本文教导的专家将认识到在其他领域内的进一步应用、修改和结合，这在本发明的范围内。
附图说明
为了更充分地理解本发明及其进一步目的和优点，以下列出的详细说明应与附图一起阅读，其中相同的附图标记在不同的附图中标注同类项目，并且其中：
图1示意性地示出了根据一实施例的燃气发动机；
图2a-c示意性地示出了根据一实施例的预燃室布置；
图3示意性地示出了根据一实施例的预燃室布置；以及
图4示出了根据一实施例的方法的流程图。
具体实施方式
为了在具有预燃室的稀薄燃气发动机中实现期望的燃烧并尽可能实现清洁的排气，应在所述预燃室体腔中实现期望的气体混合物。每次实现期望的气体混合物都可需要复杂地控制进入预燃室体腔的气态介质和控制进入所述预燃室体腔的来自主燃烧室的稀薄气体混合物的供应。这可能复杂。为了实现具有期望的燃烧和可接受的NOx排放水平的燃气发动机，已经开发了根据本公开的预燃室布置。本公开适用于所有种类的燃气发动机。本公开可涉及静止式燃气发动机、运输用燃气发动机等。特别地，本公开可涉及用于发电的稀薄燃气发动机。
根据本公开的一方面，提供了用于燃气发动机的预燃室布置。所述布置包括：容纳体腔的预燃室本体；以及具有进气端口的进气通道，用以供应气态介质入到预燃室体腔中；其中，所述预燃室体腔沿纵向方向在顶端和底端之间延伸，其中，所述预燃室体腔配置成在所述顶端处容纳火花塞的端部，并且其中，在底端处，所述预燃室本体包括开口，用以允许气体在预燃室体腔和燃气发动机的主燃烧室之间流动。此外，进气端口定位成使得在进气冲程中减少预燃室体腔中的气态介质的量。这样，能在预燃室体腔中实现更稀薄但又富燃料的气体混合物，从而实现更清洁的排气。
应当理解，燃气发动机和用于火花塞点燃的预燃室的基本功能被认为是已知的，并且在此将不进行详细描述。
进气端口可定位成沿纵向方向距预燃室体腔的顶端以一定距离。进气端口因此可定位成比现有技术解决方案更靠近预燃室体腔的底端。通过将进气端口定位在与预燃室体腔的顶端相距一定距离处，残留气体将在预燃室体腔的顶端处被困住。因此，进气端口可定位成使得当气态介质被供应入到预燃室体腔中时，残留气体在预燃室体腔中被困住。进气端口可定位成当气态介质被供应入到预燃室体腔中时，在预燃室体腔的顶端处实现残留气体的缓冲物/团物。所述预燃室布置可配置成在进气冲程期间供应气态介质入到所述预燃室体腔中。在进气冲程期间，主燃烧室中的压力低于气态介质的供给压力，以及由于预燃室本体中的开口，主燃烧室中的压力将吸引供应的气态介质朝向预燃室体腔的底端。因此，从距顶端一定距离处排出到预燃室内的气态介质将受到从进气端口到顶端向上流动的限制。这样，预燃室体腔的顶端将不填充供应的气态介质，而在预燃室体腔的顶端处的残留气体将保留。进气端口可因此定位成使得当气态介质被供应入到预燃室体腔中时，残留气体围绕火花塞。与如果将进气端口布置在预燃室体腔的顶端的情况相比，预燃室体腔也因此包含较少的气态介质。距预燃室体腔的顶端的距离决定预燃室体腔中的气态介质的量。因此，距离越大，预燃室体腔中的残留气体越多，气态介质越少。在压缩过程中，稀薄气体混合物将被压入预燃室体腔中，汽缸活塞的压力导致稀薄气体混合物与气态介质和残留气体混合。预燃室体腔中的气态介质的量将决定当来自主燃烧室的稀薄气体混合物进入预燃室体腔时实现的气体混合物的空气燃料比。通过定位进气端口距预燃室体腔的顶端以一定距离以及因此决定在预燃室体腔内侧的气态介质的量，可获得预燃室体腔中的气体混合物期望的空气燃料比。
根据一实施方式，所述进气通道的至少一个端部部分(即，所述进气通道的延伸到所述进气端口的部分)和进气端口可至少部分地向下指向入到所述预燃室体腔中，从而在进气冲程期间气态介质流更直接引导向预燃室体腔的底端。这进一步有助于在进气冲程期间在预燃室体腔的顶端留下残留气体的体积。措词“至少部分地向下指向”在此是指进气通道的至少端部可以例如朝向进气端口和预燃室体腔斜向下延伸，以及所述进气端口可以例如斜向下指向入到预燃室体腔中。
距预燃室体腔的顶端的距离可取决于来自主燃烧室的进入预燃室体腔的稀薄气体混合物的量。距预燃室体腔的顶端的距离可取决于压缩冲程期间汽缸活塞的压力。距预燃室本体的顶端的距离可在预燃室体腔的纵向延伸的1/5-1/3的范围内。
为了确保每次实现相同的空气燃料比，可供应过量的气态介质，使得气态介质中的一些经由预燃室本体中的开口泄漏入到主燃烧室中。这样，确保预燃室体腔填充足够的气态介质。因此，预燃室布置可配置成供应过量的气态介质，使得气态介质中的一些经由预燃室本体中的开口泄漏入到主燃烧室中。
根据一实施例，经由进气端口被供应入到预燃室体腔中的气态介质是富燃料气体。气态介质可以是天然气或生物气。气态介质可以是甲烷。
所述预燃室布置可进一步包括阀装置，所述阀装置配置成布置在所述进气通道的上游。阀装置因此可配置成控制气态介质供应入到预燃室体腔中。所述阀装置可包括止回阀，所述止回阀配置成取决于预燃室体腔内侧的压力而打开和关闭。阀装置因此可以是被动阀。被动阀不需要精确控制，从而有助于气态介质的供应。气态介质的供给压力是将气态介质供应入到预燃室体腔中的所述压力。气态介质的供给压力取决于发动机进气压力，并且可比发动机进气压力高约0.3巴。在发动机的最大负载下，气态介质的供给压力可约为3巴。在进气冲程期间，主燃烧室和预燃室体腔中的压力低于气态介质的供给压力。阀装置将由此打开，并且气态介质将经由进气端口被供应入到预燃室体腔中。在压缩冲程期间，汽缸活塞朝向预燃室体腔向上移动，并以一般在20-40巴范围内的压力将稀薄气体混合物压入预燃室体腔中。因此，预燃室体腔中的压力将变得高于气态介质的供给压力，并且阀装置将关闭。从而终止气态介质的供应。阀装置因此可配置成使得当预燃室体腔内侧的压力低于气态介质的供给压力时，阀装置打开；而当预燃室体腔内侧的压力高于气态介质的供给压力时，阀装置关闭。与现有技术相比，进气通道可延伸。进气通道因此可以是延伸远离预燃室体腔和主燃烧室的细长通道。进气端口合适地在进气通道的通入预燃室体腔中的端部处。在进气通道的另一端部处，可布置阀装置。将阀装置布置在距预燃室体腔一定距离处可能更容易，因为在预燃室体腔处常常缺少空间。到阀装置的距离可使得难以以精确的方式控制供应的气态介质的量。这就是为什么可供应过量的气态介质以允许泄漏入到主燃烧室中。阀装置因此可配置成供应过量的气态介质，使得气态介质泄漏入到主燃烧室中。当汽缸活塞在压缩期间向上移动并且主燃烧室中的稀薄气体混合物被压入预燃室体腔中时，进气通道还可允许稀薄气体混合物通过进气通道被向上压到阀装置。
根据一实施例，进气端口定位在预燃室体腔内、火花塞的端部下方。这样，确保在气态介质被供应入到预燃室体腔中时，残留气体正在围绕火花塞。进气端口可定位在火花塞的点燃点下方。
根据另一实施例，进气端口定位成使得在来自主燃烧室的稀薄气体混合物被压入预燃室体腔中时，预燃室体腔中的质量的20-40％由气态介质组成。因此，进气端口可定位成在进气冲程期间获得20-40％范围内的气态介质的质量分数。换句话说，在来自主燃烧室的稀薄气体混合物被压入预燃室体腔中时，预燃室体腔中的质量的60-80％可由残留气体组成。
预燃室布置可进一步包括供应渠道，所述供应渠道配置成布置成与气态介质源和进气通道流体连通。所述供应渠道可布置成经由阀装置与进气通道流体连通。
根据一实施例，布置预燃室本体中的开口，以提供从主燃烧室进入预燃室体腔的气体的旋转运动。预燃室本体可具有位于底端处的基本半球形的形状。可替代地，预燃室本体在底端可具有基本圆柱形的形状。因此，预燃室本体可包括底部部分，其具有基本半球形或圆柱形的形状。因此，预燃室本体可具有弯曲外表面，所述开口延伸穿过所述弯曲外表面。所述弯曲外表面可被称为凸的、拱形的、弯曲的或类似的。所述开口可相对于预燃室本体的中心轴线倾斜地布置。开口可相对于预燃室本体的半径倾斜地布置。这样，来自主燃烧室的气体在进入预燃室体腔时将获得旋转运动。
根据本公开的一方面，提供了燃气发动机，所述燃气发动机包括至少一个汽缸，其中，所述燃气发动机还包括如本文所公开的预燃室布置。燃气发动机可以是稀薄燃烧类型的，并且所述至少一个汽缸可包括用于稀薄气体混合物的进气端口。燃气发动机可配置成用于发电。燃气发动机因此可配置成驱动发电机，用以产生电力。
根据本公开的另一方面，提供了用于在燃气发动机的预燃室布置中燃烧的方法。所述预燃室布置包括：容纳体腔的预燃室本体；以及具有进气端口的进气通道，用以供应气态介质入到预燃室体腔中；其中，所述预燃室体腔沿纵向方向在顶端和底端之间延伸，其中，所述预燃室体腔配置成在顶端处容纳火花塞的端部，并且其中，在底端处，所述预燃室包括开口，用以允许气体在预燃室体腔和燃气发动机的主燃烧室之间流动，其中，进气端口定位成使得在进气冲程期间减少预燃室体腔中的气态介质的量。所述方法包括：确保在进气冲程期间气态介质被供应入到预燃室体腔中；确保在压缩冲程期间气态介质与来自主燃烧室的稀薄气体混合物混合；以及点燃预燃室中的气体混合物。
将理解的是，对于本公开的布置方面描述的所有实施方式也适用于方法方面。所述方法可因此包括确保过量的气态介质被供应入到预燃室体腔中，使得气态介质泄漏入到主燃烧室中。所述方法可包括借助于被动止回阀，确保供应气态介质入到预燃室体腔中。此外，所述方法可包括确保在进气冲程期间用期望的(减少的)量的气态介质填充预燃室体腔。所述方法可包括确保气态介质被供应入到预燃室体腔中，使得在火花塞的端部周围保持残留气体的缓冲物。
根据本发明的又一方面，提供了预燃室布置在燃气发动机中的用途。预燃室布置如本文所公开的配置。
现在将参考附图进一步说明本公开。
图1示意性地示出了燃气发动机1。燃气发动机被认为是常规术语，因此是指以气态燃料操作的发动机。燃气发动机1可配置成用于发电。燃气发动机1可包括至少一个汽缸2，并且在此图中示出了具有四个汽缸2的实施例。每个汽缸2包括主燃烧室10和可移动地布置在所述主燃烧室10中的活塞12。燃气发动机1还包括布置成与每个汽缸2的主燃烧室10流体连通的预燃室布置100。预燃室布置100可被称为预燃烧布置。预燃室布置100布置成点燃气体混合物，由此将火焰气体和活性成分散布到主燃烧室10中，以帮助在汽缸主燃烧室10中燃烧稀薄气体混合物。每个汽缸2包括用于稀薄气体混合物的进气端口14。预燃室布置100将在图2a-2c和图3中进一步描述。
图2a-2c示意性地示出了根据一实施例的预燃室布置100。如图1所示，预燃室布置100与燃气发动机1相关联，更具体地与燃气发动机汽缸2相关联。图2a示出了预燃室布置100的配置，并且图2b和图2c示出了如图2a所公开的预燃室布置100在燃气发动机汽缸2中的不同阶段期间，这将在下面说明。为了清楚起见，在图2b和图2c中可未示出如图2a中所公开的预燃室布置100的特征的引用。预燃室布置100包括：容纳体腔30的预燃室本体20；以及具有进气端口42的进气通道40，用以供应气态介质50入到预燃室体腔30中。其中，预燃室体腔30沿纵向方向L在顶端32和底端34之间延伸，其中，预燃室体腔30配置成在顶端32处容纳火花塞60的端部，并且其中，在底端34处，预燃室本体20包括开口26，用于允许气体在预燃室体腔30和燃气发动机1的主燃烧室10之间流动。此外，进气端口42定位成使得在进气冲程期间，减少预燃室体腔30中气态介质50的量。进气端口42可定位成沿纵向方向L距预燃室体腔30的顶端32以一距离D。
图2b示出了在如图2a所公开的预燃室布置100进气冲程期间。在进气冲程期间，主燃烧室10中的压力低于气态介质50的供给压力，从而供应气态介质50入到预燃室体腔30中。主燃烧室10中的压力将使供应的气态介质50流动朝向预燃室体腔30的底端34，并朝向预燃室本体20中的所述开口26。因此，气态介质50将具有从进气端口42向上限制的流动。因此，来自先前燃烧的残留气体70将在预燃室体腔30的顶端32处被困住，并围绕火花塞60的端部。进气端口42可定位成使得在进气冲程期间，在预燃室体腔30中获得20-40％范围内的气态介质50的质量分数。可供应过量的气态介质50，使得气态介质50中的一些经由预燃室本体20中的所述开口26泄漏入到主燃烧室10中。这样，确保预燃室体腔30足够填充气体介质50。距预燃室体腔30的顶端32的距离D决定预燃室体腔30中的气体介质50的量。因此，距离D越大，预燃室体腔30中的残留气体70越多，气态介质50越少。预燃室布置100的进气端口42可定位在预燃室体腔30内、火花塞60的端部下方。
图2c示出了如图2a和图2b所公开的预燃室布置100在压缩冲程期间。在压缩冲程中，汽缸活塞12向上移动，并将主燃烧室10中的稀薄气体混合物80经由所述开口26压入预燃室体腔30中。这用箭头说明。残留气体70、气态介质50和稀薄气体混合物80将以此方式在预燃室体腔30中混合，从而在预燃室体腔30中实现气体混合物/燃料装料90。预燃室体腔30中的气体混合物90将取得一空气燃料比，所述空气燃料比取决于气态介质50的量、残留气体70的量和稀薄气体混合物80的量。由于预燃室体腔30中的气态介质50的量取决于进气端口42的定位而变化，因此进气端口42的定位将影响预燃室体腔30中气体混合物/燃料装料90的空气燃料比。因此，通过将进气端口42定位成距预燃室体腔30的顶端32以距离D，并由此确定预燃室体腔30内的气态介质50的量，气体混合物90的期望空气燃料比可在预燃室体腔30中实现。
根据一实施例，气态介质50是富燃料气体。气态介质50可以是天然气或生物气。气态介质50可以是甲烷。
图3示意性地示出了根据一实施例的预燃室布置100。如图1所示，预燃室布置100与燃气发动机1，以及更具体地与燃气发动机汽缸2相关联。预燃室布置100可如图2a-2c所示地配置。在此实施例中，预燃室布置100还包括阀装置200，所述阀装置配置成布置在进气通道40的上游。阀装置200因此可配置成控制气态介质50供应入到预燃室体腔30中。阀装置200可配置成在进气冲程期间供应气态介质50入到预燃室体腔30中。
阀装置200可包括止回阀，所述止回阀配置成取决于预燃室体腔30内侧的压力而打开和关闭。因此，阀装置可以是被动阀。在进气冲程期间，主燃烧室10和预燃室体腔30中的压力低于气态介质50的供给压力。阀装置200将由此打开，并且经由进气端口42供应气态介质50入到预燃室体腔30。阀装置200的供给压力可约为3巴。在压缩冲程期间，预燃室体腔30中的压力高于阀装置200的供给压力，并且阀装置200将关闭。从而终止气态介质50的供应。
预燃室布置100的进气通道40可以是延伸远离预燃室体腔30和主燃烧室10的细长通道。进气端口42合适地在进气通道40的通向预燃室体腔30中的端部处。在进气通道40的另一端部处，可布置阀装置200。当汽缸活塞12在压缩期间向上移动并且主燃烧室10中的稀薄气体混合物80被压入预燃室体腔30中时，稀薄气体混合物80还可通过进气通道40被向上压到阀装置200。
预燃室布置100还可包括供应渠道210，所述供应渠道配置成布置成与气态介质源220和进气通道40流体连通。供应渠道210可布置成经由阀装置200与进气通道40流体连通。
图4示出了根据一实施例的方法的流程图。所述图示出了用于在燃气发动机的预燃室布置中燃烧的方法的流程图。所述方法因此涉及图1中公开的燃气发动机1以及涉及图2a-2c和图3中公开的预燃室布置100。所述方法包括：确保s101在进气冲程期间气态介质50被供应入到预燃室体腔30中；确保s102在压缩冲程期间气态介质50与来自主燃烧室10的稀薄气体混合物80混合；并点燃s103预燃室体腔30中的气体混合物90。
确保s101在进气冲程期间气态介质50被供应入到预燃室体腔30中的步骤可借助于被动阀装置200执行。确保s101在进气冲程期间气态介质50被供应入到预燃室体腔30中的步骤可包括确保过量的气态介质50被供应入到预燃室体腔30中，使得气态介质50泄漏入到主燃烧室10中。此外，确保s101在进气冲程期间气态介质50被供应入到预燃室体腔30中的步骤可包括确保在进气冲程期间用期望的(减少的)量的气态介质50填充预燃室体腔30。确保s101在进气冲程期间气态介质50被供应入到预燃室体腔30中的步骤可包括确保气态介质50被供应入到预燃室体腔30中，使得将残留气体70的缓冲物保留在预燃室体腔30的顶端32处。
可借助于预燃室本体20中的所述开口26，执行确保s102在压缩冲程期间气态介质50与来自主燃烧室10的稀薄气体混合物80混合。
可借助于火花塞产生小的电火花，执行点燃s103预燃室体腔30中的气体混合物90。
提供本发明的优选实施方式的前述描述是出于说明性和描述性目的。这不旨在穷举本发明或将本发明限制于所描述的变型。对于本领域的技术人员来说，许多修改和变化将是明显的。为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，已经选择和描述了实施方式，从而使专业人员可以理解本发明用以各种实施方式以及具有适合于预期用途的各种修改。

Claims (11)

1.用于燃气发动机(1)的预燃室布置(100)，所述布置(100)包括：
容纳体腔(30)的预燃室本体(20)；以及
具有进气端口(42)的进气通道(40)，用以供应气态介质(50)入到预燃室体腔(30)中；
其中，预燃室体腔(30)沿纵向方向(L)在顶端(32)和底端(34)之间延伸，其中，预燃室体腔(30)配置成在顶端(32)处容纳火花塞(60)的端部，并且其中，在底端(34)处，预燃室本体(20)包括开口(26)，用以允许气体在预燃室体腔(30)和燃气发动机(1)的主燃烧室(10)之间流动，其特征在于，所述进气端口(42)定位成沿纵向方向(L)距所述预燃室体腔(30)的顶端(32)以一距离(D)，所述距离使得当在进气冲程期间气态介质被供应入到预燃室体腔中时，残留气体的体积在预燃室体腔的顶端处被困住。
2.根据权利要求1所述的布置(100)，其中，所述进气通道(40)的至少一端部部分和所述进气端口(42)至少部分地向下指向入到所述预燃室体腔(30)中。
3.根据权利要求1或2所述的布置(100)，其中，经由所述进气端口(42)供应入到所述预燃室体腔(30)中的气态介质(50)是富燃料气体。
4.根据前述权利要求中任一项所述的布置(100)，其中，所述布置(100)还包括：
阀装置(200)，所述阀装置配置成布置在进气通道(40)的上游。
5.根据权利要求4所述的布置(100)，其中，所述阀装置(200)包括止回阀，所述止回阀配置成取决于所述预燃室体腔(30)内的压力而打开和关闭。
6.根据前述权利要求中任一项所述的布置(100)，其中，所述进气端口(42)定位在所述预燃室体腔(30)内、所述火花塞(60)的端部下方。
7.根据前述权利要求中任一项所述的布置(100)，其中，进气端口(42)定位成使得在进气冲程期间，在预燃室体腔(30)中获得气态介质(50)的20-40％的质量分数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的布置(100)，还包括：
供应渠道(210)，所述供应渠道配置成布置成与气态介质源(220)和进气通道(40)流体连通。
9.燃气发动机(1)，包括：至少一个汽缸(2)，其中，所述燃气发动机(1)还包括根据权利要求1-8中任一项所述的预燃室布置(100)。
10.根据权利要求9所述的燃气发动机(1)，其中，所述燃气发动机(1)配置成用于发电。
11.根据权利要求1-8中任一项所述的预燃室布置(100)在燃气发动机(1)中燃烧中的用途。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE448043C (de) * 1923-11-17 1927-08-10 Heinrich Friedrich Steffens Zuendkammer bei Verbrennungskraftmaschinen
US3809039A (en) * 1972-09-25 1974-05-07 Phillips Petroleum Co Stratified charge spark ignition internal combustion engine with exhaust recycle
WO2011015329A1 (de) * 2009-08-03 2011-02-10 Er-System Verfahren zum betreiben eines gasmotors, sowie gasmotor
US20160053671A1 (en) * 2010-12-31 2016-02-25 Prometheus Applied Technologies, Llc Prechamber Ignition System
CN206319953U (zh) * 2015-11-02 2017-07-11 卡特彼勒公司 一种用于发动机的预燃室组件
CN107429602A (zh) * 2015-04-02 2017-12-01 Mtu 腓特烈港有限责任公司 内燃机和用于运行内燃机的方法
CN107636275A (zh) * 2015-03-20 2018-01-26 伍德沃德有限公司 并行预燃室点火系统

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3154058A (en) * 1962-01-02 1964-10-27 Glenn B Warren Internal combustion engine operating on stratified combustion principle with explosive fuel injection
DE1576030C3 (de) * 1967-01-27 1973-10-04 8502 Zirndorf Brennkraftmaschine mit als Zund kerzenvorkammer ausgebildeter Verdampfungs kammer
US3824965A (en) * 1972-01-20 1974-07-23 Thermo Electron Corp Fuel system
IT1027484B (it) * 1974-02-21 1978-11-20 Renault Motore a combustione interna a carica strativicata, ultizzante due combustibili
DE2549933A1 (de) * 1975-11-07 1977-05-12 Porsche Ag Vorkammer im zylinderkopf einer fremdgezuendeten brennkraftmaschine
US4903656A (en) 1988-12-29 1990-02-27 Yanmar Deisel Engine Co., Ltd. Gas engine
US5611307A (en) * 1991-10-14 1997-03-18 The University Of Melbourne Internal combustion engine ignition device
US5222993A (en) 1992-09-28 1993-06-29 Gas Research Institute Ignition system for water-cooled gas engines
US7270107B2 (en) * 2006-01-20 2007-09-18 Cameron International Corporation Bolted pre-combustion chamber
JP2008064032A (ja) * 2006-09-07 2008-03-21 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置、制御方法、その方法を実現するプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体
JP2009115010A (ja) * 2007-11-07 2009-05-28 Denso Corp 筒内噴射式内燃機関の制御装置
DE102008062572A1 (de) 2008-12-16 2010-06-17 Ge Jenbacher Gmbh & Co. Ohg Zündkerze
AT510435B1 (de) * 2010-11-02 2012-04-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Ohg Hubkolbenmotor
AT13172U1 (de) * 2011-12-28 2013-07-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Ohg Vorkammersystem für eine Brennkraftmaschine
US9181890B2 (en) * 2012-11-19 2015-11-10 Sturman Digital Systems, Llc Methods of operation of fuel injectors with intensified fuel storage
AT516250B1 (de) * 2015-01-07 2016-04-15 Hoerbiger Kompressortech Hold Brenngaszuführungs- und Zündvorrichtung für einen Gasmotor
US20160069250A1 (en) * 2015-11-13 2016-03-10 Caterpillar Inc. Control valve for pre-combustion chamber assembly
DE102016209922A1 (de) 2016-06-06 2017-12-07 Dkt Verwaltungs-Gmbh Vorkammerzündkerze
US20160341105A1 (en) * 2016-08-08 2016-11-24 Caterpillar Inc. System for scavenging pre-combustion chamber

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE448043C (de) * 1923-11-17 1927-08-10 Heinrich Friedrich Steffens Zuendkammer bei Verbrennungskraftmaschinen
US3809039A (en) * 1972-09-25 1974-05-07 Phillips Petroleum Co Stratified charge spark ignition internal combustion engine with exhaust recycle
WO2011015329A1 (de) * 2009-08-03 2011-02-10 Er-System Verfahren zum betreiben eines gasmotors, sowie gasmotor
US20160053671A1 (en) * 2010-12-31 2016-02-25 Prometheus Applied Technologies, Llc Prechamber Ignition System
CN107636275A (zh) * 2015-03-20 2018-01-26 伍德沃德有限公司 并行预燃室点火系统
CN107429602A (zh) * 2015-04-02 2017-12-01 Mtu 腓特烈港有限责任公司 内燃机和用于运行内燃机的方法
CN206319953U (zh) * 2015-11-02 2017-07-11 卡特彼勒公司 一种用于发动机的预燃室组件

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