CN117295888A - 对于每个燃烧室具有两个气体喷射器的改进的氢气吹入机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的氢气吹入机构,所述内燃机具有进气管和燃烧室,所述氢气吹入机构包括第一气体喷射器(3),所述第一气体喷射器设置为用于将氢气吹入所述内燃机的进气管(6)中;和第二气体喷射器(4),所述第二气体喷射器设置为用于将氢气直接吹入所述内燃机的燃烧室(8)中。

Description

对于每个燃烧室具有两个气体喷射器的改进的氢气吹入机构
技术领域
本发明涉及一种用于以氢气运行的内燃机的氢气吹入机构,该氢气吹入机构对于每个燃烧室具有两个气体喷射器并且具有在减少的氢气消耗情况下的改进的运行特性。
背景技术
最近,越来越致力于使用氢气作为内燃机的燃料。在此,在氢气吹入的情况下追求两个基本方案,即通过进气管进行吹入或者将氢气直接吹入内燃机的燃烧室中。此外,由现有技术、例如DE 102008 041 239A1已知一些内燃机,它们提出了用于液态燃料的两个喷射阀。然而,用于具有液态燃料的内燃机的这种方案在吹入气态氢气的情况下不能直接地实现,因为由于气态氢气产生不同的边界条件。在将气态氢气吹入进气管中的情况下,出现空气排挤,由此限制了可最大实现的气缸功率。在将气态氢气直接吹入燃烧室中的情况下,这种直接吹入式气体喷射器必须具有非常大的密封座横截面,以便结合在打开和关闭时间短的情况下的高喷射器动态性完全能够将氢气直接吹入燃烧室中。这种直接吹入式气体喷射器和吹入方案在此要求非常高,如果所述气体喷射器和吹入方案能够以合理的成本实现的话。因此,希望能够得到将气态氢气引入内燃机中的更好的可能方案。
发明内容
与之相对,具有权利要求1特征的根据本发明的用于内燃机的氢气吹入机构具有以下优点:在内燃机的所有负载状态下都能够实现改进的氢气吹入。在此,根据本发明的氢气吹入机构可以非常简单地构造且成本有益地实施。此外,在内燃机的运行中可以实现氢气与氧气之间的改进的混合物形成,以及可以减少内燃机的消耗。根据本发明,这通过以下方式实现:氢气吹入机构具有第一和第二气体喷射器。第一气体喷射器设置为用于将氢气吹入内燃机的进气管中。第二气体喷射器设置为用于将氢气直接吹入内燃机的燃烧室中。由此,尤其可以根据内燃机的负载状态借助气体喷射器中的仅一个气体喷射器或借助两个气体喷射器执行吹入。
根据本发明,尤其是在对氢气进行小量计量时,例如在怠速运行或低的部分负载范围中,得到大的优点,因为在单纯的用于直接吹入的系统中,快速的预压力调节通常是绝对必要的,其必须在内燃机的运行中相应于负载状态来匹配压力调节。
从属权利要求示出了本发明的优选扩展方案。
进一步优选地,氢气吹入机构包括点火装置,例如火花塞。由此,内燃机可以按照奥托原理来运行。
进一步优选地,用于进气管的第一气体喷射器的第一吹入压力小于用于到燃烧室中的直接吹入的第二气体喷射器的第二吹入压力。第一吹入压力处于优选3×105Pa至7×105Pa之间的范围内,并且优选约为5×105Pa。第二气体喷射器的第二吹入压力优选处于15×105Pa至30×105Pa之间的范围内,并且优选约为25×105Pa。
如果第一气体喷射器的第一吹入压力和/或第二气体喷射器的第二吹入压力在运行中分别是恒定的,则可以实现特别简单且具有成本有益的构造。优选地,第一和第二吹入压力大小相等。
根据本发明的另一优选构型,氢气吹入机构还包括控制单元,其设置为用于根据内燃机的负载状态借助第一气体喷射器和/或第二气体喷射器来控制氢气吹入。
控制单元优选这样设置,使得在内燃机的怠速运行中和直至全负载的约50%的低的部分负载范围中仅借助第一气体喷射器来吹入氢气。此外,控制单元优选设置为用于在内燃机的其余负载状态下、即当负载状态高于所述低的部分负载范围的边界(约全负载的50%)时借助第一气体喷射器和第二气体喷射器吹入氢气。因此,可以省去在直接吹入时的困难且快速的预压力调节,因为在低的负载范围或怠速运行范围内能够仅通过第一气体喷射器进行吹入。在更高的负载状态下,优选使用两个气体喷射器,从而可以将每个燃烧周期所需的氢气量吹入燃烧室中。由此,将氢气直接吹入燃烧室中的第二气体喷射器尤其也可以显着更小地构造,使得尤其在这种气体喷射器的情况下可以相应地节省成本。
特别优选地,第一和第二气体喷射器相同地构造。由此,气体喷射器可以作为批量生产构件成本更有益地制造。
进一步优选地,氢气吹入机构还包括共同的氢气存储器和用于将氢气供应至第一和第二气体喷射器的管路系统。在此,在通至第一气体喷射器的供应管路中布置有第一压力调节器,在通至第二气体喷射器的供应管路中布置有第二压力调节器。这些压力调节器在此将通常在大约700×105Pa的非常高压力情况下储存的氢气减小到对于第一和第二气体喷射器相应必要的压力水平。第一和/或第二压力调节器在此优选是可调设的,以便能够对供应给第一和第二气体喷射器的氢气进行压力调节。优选地,针对恒定的压力使用机械的压力调节器,针对可变的压力使用电的压力调节器。
进一步优选地,控制单元设置为用于根据内燃机的负载状态控制第一和第二气体喷射器的吹入压力和/或打开持续时间。
此外,本发明涉及一种具有根据本发明的氢气吹入机构的内燃机。内燃机在此优选这样构造,使得第二气体喷射器在内燃机的气缸盖中居中地布置在燃烧室上或布置在燃烧室的侧面上。
此外,本发明涉及一种用于以气态氢气作为燃料来运行内燃机的方法,其中,存在用于将氢气吹入进气管中的第一气体喷射器和用于将氢气直接吹入内燃机的燃烧室中的第二气体喷射器。该方法在此这样执行氢气吹入,使得根据内燃机的负载状态,仅仅借助气体喷射器中的仅一个气体喷射器或借助两个气体喷射器进行吹入。
优选地,该方法在怠速运行和低的部分负载范围内仅借助将氢气吹入进气管中的第一气体喷射器来执行对氢气的气体吹入。该方法在高于所述低的部分负载范围的边界的所有其余负载范围内以及在全负载的情况下借助两个气体喷射器或者仅借助第二气体喷射器执行氢气吹入。
应该注意的是,低的部分负载范围处于内燃机的怠速运行与内燃机的全负载的约50%、优选全负载的20%之间。
附图说明
下面,参照附图详细描述本发明的优选实施例。附图中:
图1示出了根据本发明的一个优选实施例的具有氢气吹入结构的内燃机的示意图。
具体实施方式
下面,参考图1,详细描述根据本发明的具有氢气吹入机构2的内燃机1以及用于将氢气吹入内燃机中的方法。
从图1的示意性视图可以看出,内燃机1包括进气管6和排气管7,该进气管通至燃烧室8,该排气管从燃烧室8引出。活塞9以已知的方式布置在气缸中。内燃机1还包括点火装置5,其在该实施例中为火花塞。
此外,氢气吹入机构2包括第一气体喷射器3和第二气体喷射器4。第一气体喷射器3在此布置成用于将气态氢气吹入进气管6中。第二气体喷射器4布置成能够将气态氢气直接吹入燃烧室8中。在此,第二气体喷射器4居中地布置在内燃机的气缸盖17中。替代地,第二气体喷射器也可以布置在燃烧室的侧面。
氢气吹入机构2还包括氢气罐11和用于将氢气供应至第一和第二气体喷射器3、4的管路系统。在此,从氢气罐11至第一气体喷射器3的主管路12设置为供应管路。此外,还设置从主管路12分支出的分支管路13,该分支管路通至第二气体喷射器4。
第一压力调节器14在此在主管路12中沿从氢气罐11至第一气体喷射器3的流动方向布置在分支管路13的分支处之后。在分支管路13中还布置有第二压力调节器15。
第一和第二压力调节器14、15在此是可调设的,使得可以分别调节第一和第二气体喷射器3、4处的氢气压力水平。
在第二气体喷射器4上还设置有压力传感器16,以便在第二气体喷射器4区域中直接测量分支管路13中的压力水平。
氢气吹入机构2还包括控制单元10。控制单元10设置成根据内燃机1的负载状态借助第一和/或第二气体喷射器来控制氢气吹入。从图1可以看出,控制单元10在此既与第一和第二气体喷射器3、4连接,又与第一和第二压力调节器14、15及点火装置5连接。此外,分支管路13上的压力传感器16也将分支管路13中的相应压力值提供给控制单元10。
控制单元10在此优选地这样设置,使得在怠速运行中和在比全负载的50%小的低的部分负载范围内仅仅借助于第一气体喷射器3来执行到进气管6中的氢气吹入。在此,借助于第一气体喷射器3吹入的氢气的压力水平优选为约5×105Pa。在其他的负载状态范围内,即在该低的部分负载范围与全负载范围之间的负载状态下,借助两个气体喷射器3、4进行氢气吹入。第二气体喷射器4的压力水平在此优选为25×105Pa。
控制单元10还优选地这样设置,使得对于吹入而言借助第一和第二气体喷射器3、4根据负载状态分别匹配吹入持续时间和/或匹配用于吹入的氢气的压力。由此,能够通过控制两个参量实现根据负载状态进行的尽可能优化的氢气吹入。
因此,根据本发明,可以以一种令人惊讶的简单方式解决在氢气吹入时的以下问题:单纯的氢气直接吹入不能满意地通过快速的预压力调节提供在怠速运行和低的负载范围内所需的小氢气量。由此,进一步改进内燃机1的能耗。此外,还可以根据负载状态实现优化的混合物形成。此外,也可以解决在单纯的进气管吹入的情况下存在的问题:在此由于进气管中的氢气量减少而可能出现不希望的回燃(Rückzündung)。在此,内燃机也可以实现例如每升120kW的高的发动机额定功率。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的氢气吹入机构,所述内燃机具有进气管和燃烧室,所述氢气吹入机构包括:
第一气体喷射器(3),所述第一气体喷射器设置为用于将氢气吹入所述内燃机的进气管(6)中;和
第二气体喷射器(4),所述第二气体喷射器设置为用于将氢气直接吹入所述内燃机的燃烧室(8)中。
2.根据权利要求1所述的氢气吹入机构,其中,所述第一气体喷射器(3)的吹入压力小于所述第二气体喷射器(4)的吹入压力,或者其中,所述第一气体喷射器和所述第二气体喷射器的吹入压力大小相等。
3.根据权利要求2所述的氢气吹入机构,其中,所述第一气体喷射器(3)的吹入压力和/或第二气体喷射器(2)的吹入压力在所述内燃机的每个负载状态下是恒定的。
4.根据上述权利要求中任一项所述的氢气吹入机构,所述氢气吹入机构还包括控制单元(10),所述控制单元设置为用于根据所述内燃机的负载状态借助所述第一气体喷射器(3)和/或所述第二气体喷射器(4)来控制氢气吹入。
5.根据权利要求4所述的氢气吹入机构,其中,所述控制单元(10)设置为用于在所述内燃机的怠速运行中和低的部分负载范围内仅借助所述第一气体喷射器(3)将氢气吹入所述进气管(6)中,并且其中,所述控制单元设置为用于在所述内燃机的从所述低的部分负载区域直至全负载的其余负载状态中借助所述第一气体喷射器(3)和所述第二气体喷射器(4)或者仅借助所述第二气体喷射器(4)吹入氢气。
6.根据上述权利要求中任一项所述的氢气吹入机构,所述氢气吹入机构还包括氢气罐(11)和用于将氢气供应至所述第一气体喷射器和第二气体喷射器(3,4)的管路系统,其中,在通至所述第一气体喷射器的供应管路(12)中布置有第一压力调节器(14),并且在通至所述第二气体喷射器的分支管路(13)中布置有第二压力调节器(15)。
7.根据权利要求6所述的氢气吹入机构,其中,所述第一压力调节器(14)和/或所述第二压力调节器(15)是能调设的,以便能够对供应给所述第一气体喷射器(3)和/或所述第二气体喷射器(4)的氢气进行压力调节。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的氢气吹入机构,其中,所述控制单元(10)设置为用于
根据所述内燃机的负载状态实施在所述第一气体喷射器和/或所述第二气体喷射器处的氢气的吹入压力,和/或
根据所述内燃机的负载状态实施所述第一气体喷射器和/或所述第二气体喷射器的打开持续时间。
9.一种内燃机,所述内燃机包括根据上述权利要求中任一项所述的氢气吹入机构(2)。
10.根据权利要求9所述的内燃机,其中,所述第二气体喷射器(4)沿所述燃烧室的中心线居中地布置在所述内燃机的气缸盖上,或者其中,所述第二气体喷射器布置在所述内燃机的燃烧室的侧面。
11.一种用于以气态氢气运行内燃机的方法,所述内燃机具有用于将氢气吹入进气管(6)中的第一气体喷射器(3)和用于将氢气吹入燃烧室(8)中的第二气体喷射器(4),其中,根据所述内燃机的负载状态,借助气体喷射器(3,4)中的仅一个气体喷射器进行吹入,或者其中,根据所述内燃机的负载状态,设置借助两个气体喷射器(3,4)进行氢气吹入。
12.根据权利要求11所述的方法,
其中,在怠速运行中和低的部分负载范围内仅借助所述第一气体喷射器(3)将氢气吹入所述进气管(6)中,所述低的部分负载范围处于怠速运行范围与全负载的50%之间,并且
其中,在从低的部分负载范围出发直至全负载的负载范围内借助所述第一气体喷射器(3)和所述第二气体喷射器(4)或者仅借助所述第二气体喷射器(4)吹入氢气。
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