CN118234930A - 用于运行内燃机的方法和内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行内燃机(1)的方法，所述内燃机具有燃烧室(2)，所述燃烧室能够与增压空气供应部(3)和用于燃料的供应部连接。废气机构(11)接收来自所述燃烧室(2)的经燃烧的空气并且将其至少部分地供应至废气涡轮增压器(8)，其中，通过计量阀(20)能够将燃料引入到所述废气机构(11)中。所述方法包括以下步骤：(i)将燃料和增压空气供应到所述燃烧室中，其中，在所述燃烧室中存在的氧气多于能够与燃烧发生反应的氧气；(ii)点燃所述燃烧室(2)中的空气‑燃气混合气；(iii)将燃烧完的混合气(废气)排放到所述废气机构(11)中；(iv)将燃料供应到从所述燃烧室(2)中流出的废气中；(v)点燃所述废气中的燃料并且将所述废气供应至所述废气涡轮增压器(8)。根据本发明的用于执行所述方法的内燃机包括废气机构(11)，所述废气机构具有布置在其中的计量阀(20)，通过所述计量阀能够将燃料导入到废气中。

Description

用于运行内燃机的方法和内燃机

技术领域

本发明涉及一种内燃机和一种用于运行该内燃机的方法，其中，内燃机尤其设置为用于燃烧气态燃料。

背景技术

从现有技术中已知内燃机，所述内燃机具有多个气缸，所述气缸具有相应的燃烧室。例如在DE102017200835A1中公开了这样的内燃机及其附装部件，在所述内燃机中，燃料要么被引入到进气机构中，要么直接被引入到内燃机的燃烧室中。为了提高内燃机的功率，增压空气借助废气涡轮增压器被压缩。燃烧室中所产生的废气经由排放阀被引导到废气机构中并且从那里被引导到废气涡轮增压器中。为了发动机的高功率以及特别是为了良好的动态性，为了在相应要求的情况下发动机的快速功率提高，需要快速提高进气道中的空气压缩。在此，废气涡轮增压器的功率与废气的焓有关，即尤其与废气的温度有关：废气的温度越高，则涡轮增压器的可能功率也越高。

在预混合燃烧的情况下，如果在将燃料引入到燃烧室中与点燃燃料之间存在时间间隔，则出现以下目标冲突：为了实现燃料-空气混合气的清洁燃烧并且特别是限制氮氧化物排放，燃料、例如氢气与高的过量空气一起燃烧。也就是说，在燃烧室中存在的氧气明显多于能够与那里存在的燃料发生化学反应的氧气，这对应于所谓的稀混合气。在此，混合比通过λ值来表示：如果存在能够与燃料发生反应的氧气一样多的氧气，则这对应于为1的λ值。稀混合气具有大于1的λ值，具有过量燃料的混合气(所谓的浓混合气)具有小于1的λ值。大于1的λ值降低燃烧温度并且减少在燃烧时氮氧化物的产生，但也降低废气的温度，这降低了涡轮增压器的功率。其结果是，发动机的响应特性变差，即，在相应的要求下发动机仅仅能够缓慢地提高其功率并且仅延迟地发生扭矩建立。

发明内容

发明优点

利用根据本发明的用于运行尤其用于气态燃料的内燃机的方法以及根据本发明的内燃机实现了，尽管在燃烧室中存在高的过量空气，内燃机仍表现出良好的响应特性并且因此实现了快速的功率提高。为此目的，将燃料经由计量阀混入到燃烧室与废气涡轮增压器之间的废气机构中的废气，并且点燃废气机构中如此产生的废气-燃料混合气，使得废气被加热并且其焓增加。热废气被引导到涡轮增压器的涡轮中，在那里可提供用于压缩增压空气的相应高的功率。因此，发动机具有快速的响应并且能够实现迅速的功率提高。

因此，一方面，能够在燃烧室中以高的过量空气运行，尤其以便将氮氧化物排放保持得低并且最小化废气后处理的花费。另一方面，通过在废气中混合燃料、例如氢气，能够产生高的废气的焓并且因此能够得到内燃机的良好响应特性。

在该方法的第一有利构型中，仅当废气涡轮增压器的空气压缩功率不足以满足对内燃机的功率要求时，才将燃料引入到废气中。在低的或中等的功率要求的情况下，通常不需要附加地增加废气的焓来实现内燃机的期望功率，并且可以省去废气中的附加燃料，以便非必要不增加消耗。

为了对应于功率要求来增加废气的焓，有利地设置，对内燃机的功率要求越高，则引入到废气中的燃料越多。在此应当注意，最多引入的燃料与能够与废气中存在的剩余氧气进行反应的燃料一样多。

废气机构中的燃料的点燃以有利的方式通过布置在那里的电点火设备来实现，例如通过电火花塞来实现，如其也用于点燃燃烧室中的空气-燃料混合气那样。因此，可实现在时间上和空间上的精准点燃，其优化地与气缸的排气阀的打开相协调。

在内燃机中通常存在多个气缸，并且因此也可能的是，通过所述气缸之一的、在此刻导入到废气机构中的热废气来点燃废气-燃料混合气。如果这在时间上和空间上彼此协调，则废气-燃料混合气被可靠地点燃，而不需要电点火设备。

根据本发明的用于执行根据本发明的方法的内燃机具有燃烧室，该燃烧室能够与增压空气供应部和用于燃料的计量装置连接。此外，存在废气机构，燃烧完的燃料-空气混合气(废气)从燃烧室流出到该废气机构中并且被供应至废气涡轮增压器，该废气涡轮增压器对用于内燃机的增压空气进行压缩。在废气机构中布置有计量阀，经由该计量阀能够将燃料导入到废气中。

在本发明的有利的扩展方案中，电点火设备设置在废气机构中，利用该电点火设备能够在时间上和空间上精准地点燃废气-燃料混合气，以便实现焓的增加。

在本发明的另一有利的扩展方案中，将废气的一部分引回到增压空气中。由此，能够影响经由涡轮增压器所引导的质量流并且因此提高了内燃机的效率。

在另一有利的构型中，在引入到燃烧室中之前，利用增压空气冷却器降低由废气涡轮增压器压缩的增压空气的温度。由此，能够将更多的空气量以及因此更多的氧气引入到燃烧室中，并且因此能够提高内燃机的功率。

本发明的其他优点和有利构型可以从说明书和附图中获知。

附图说明

在唯一的附图中，

图1示意性地示出根据本发明的内燃机。

具体实施方式

在该附图中示意性地示出根据本发明的内燃机。内燃机1具有多个燃烧室2，在该实施例中为彼此相邻布置的六个燃烧室2。用于燃烧的空气的供应经由带有空气过滤器6的进气管5、废气涡轮增压器8和带有增压空气冷却器10的空气管线9来实现，其中，空气管线9最终通到进气歧管3中。在此，增压空气冷却器10能够冷却增压空气并且因此能够降低空气温度，以便能够将更多的空气量以及因此将更多的氧气引入到燃烧室中。经由进气歧管3给所有燃烧室2供应需要的增压空气，该增压空气在正确的时刻从进气歧管3经由未在附图中示出的进气阀进入燃烧室2中。燃料的供应在附图中未详尽地示出并且例如直接供应到燃烧室2中，使得在那里产生可燃的燃料-空气混合气。燃料-空气混合气在燃烧室2中借助于电点火设备、例如火花塞被点燃。

燃烧室2中的燃烧完的燃料-空气混合气作为废气进入排气歧管12中，该排气歧管是废气机构11的一部分。在此，废气机构11接收来自所有燃烧室2的废气并且将该废气经由废气涡轮增压器8引导到排气管16中。在此，废气驱动废气涡轮增压器8，该废气涡轮增压器压缩空气管线9中的增压空气。为了提高内燃机的效率，将废气的一部分引回到进气歧管3中。为此目的，在该实施例中，两个废气再循环管线13从排气歧管12分支出并且通到废气再循环冷却器15中。在这里，经再循环的废气被冷却，以便不会进一步加热增压空气。废气再循环冷却器15被冷却剂流过，该冷却剂经由冷却剂入口17被供应并且经由冷却剂出口18被排出。这样冷却的废气经由供应管14被重新供应至进气歧管3。经由废气再循环管线13中的节流阀23实现对经再循环的废气的符合需求的计量。

为了增加废气的焓，计量阀20布置在排气歧管12中，经由该计量阀能够将燃料、例如氢气引入到废气中。废气-燃料混合气借助电点火设备22被点燃，使得废气的温度以及因此废气的焓升高。废气的焓越高，涡轮增压器8的可能功率以及因此能实现的对增压空气的压缩则越高。电点火设备22例如是火花塞，如其也用于点燃内燃机的燃烧室中的燃料-空气混合气那样。

并非在任何情况下都需要使用电点火设备22来点燃废气-燃料混合气。如果燃料的引入精确地与来自燃烧室2之一的热废气的导入相协调，则废气的温度足以点燃排气歧管12中的燃料。在这种情况下，可以省去电点火设备22。

如果涡轮增压器的功率足以满足对内燃机的功率要求，而无需增加废气的焓，则能够停止燃料到排气歧管中的配量供应。如果例如由于相应的驾驶员需求而对内燃机的功率要求升高，则废气的焓可以通过借助配量阀20配量添加燃料来快速增加，使得内燃机的响应特性与没有焓增加的响应特性相比得到显著改善。

燃料不仅可以在排气歧管12中而且可以在排气歧管12的下游被引入废气机构中。在这种情况下，点火设备也必须布置在该区域中，以便确保废气-燃料混合气的点燃。

在将氢气用作气态燃料时，可以有利地应用本发明。然而，也可使用其他气态燃料，例如天然气。在此，用于来自乘用车领域的车辆的应用以及在商用车中的应用都是可能的。根据本发明的方法也可以应用于相应内燃机的静态应用或其他移动应用中。

Claims (12)

1.一种用于运行内燃机(1)的方法，所述内燃机具有燃烧室(2)和废气机构(11)，所述燃烧室能与增压空气供应部(3)和用于燃料的供应部连接，所述废气机构接收来自所述燃烧室(2)的经燃烧的空气并且将其至少部分地供应至废气涡轮增压器(8)，其中，通过在所述燃烧室与所述废气涡轮增压器(8)之间的计量阀(20)能够将燃料引入到所述废气机构(11)中，

其特征在于，

-将增压空气和燃料供应到所述内燃机的所述燃烧室(2)中，其中，在所述燃烧室(2)中存在的氧气多于在燃烧时所消耗的氧气，

-点燃所述燃烧室(2)中的空气-燃料混合气，

-将燃烧完的混合气(废气)排出到所述废气机构(11)中，

-在所述燃烧室与所述废气涡轮增压器(8)之间将燃料供应到从所述燃烧室(2)中流出的废气中，

-点燃所述废气机构(11)中的燃料，

-将所述废气的至少一部分供应至所述废气涡轮增压器(8)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅当所述废气涡轮增压器(8)的空气压缩功率不足以满足对所述内燃机(1)的功率要求时，才将燃料引入到所述废气中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述内燃机(1)的功率要求越高，供应到所述废气中的燃料的量则越大。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助布置在所述废气机构(11)中的电点火设备(22)点燃所述燃料。

5.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其特征在于，存在多个燃烧室(2)，所述多个燃烧室将其废气供应至同一废气机构(11)，并且，所述燃料在时间上和空间上被供应成，使得其通过所述燃烧室(2)之一的热废气被点燃。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，供应至所述废气的燃料不多于能够与存在于所述废气中的氧气量燃烧的燃料。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述燃料是气态燃料、尤其是氢气。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述燃烧室中发生预混合燃烧。

9.一种内燃机(1)，其用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法，所述内燃机具有燃烧室(2)和废气机构(11)以及废气涡轮增压器(8)，所述燃烧室能与增压空气供应部(3)和用于燃料的供应装置连接，所述燃烧室(2)的废气被排出到所述废气机构中，所述废气的至少一部分被引导到所述废气涡轮增压器中，并且所述废气涡轮增压器对增压空气进行压缩，

其特征在于，

在所述废气机构(11)中，在所述燃烧室(2)与所述废气涡轮增压器(8)之间布置有计量阀(20)，通过所述计量阀能够将所述燃料导入到所述废气中。

10.根据权利要求9所述的内燃机，其特征在于，在所述废气机构(11)中布置有电点火装置(22)，利用所述电点火装置能够点燃废气-燃料混合气。

11.根据权利要求9或10所述的内燃机，其特征在于，将所述废气的一部分引回到所述增压空气中。

12.根据权利要求9、10或11中任一项所述的内燃机，其特征在于，在引入到所述燃烧室(2)中之前利用增压空气冷却器(10)来降低由所述废气涡轮增压器(8)压缩的增压空气的温度。