CN1387606A - 车用燃烧发动机和运行一种车用燃烧发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个汽车(A)的一种车用燃烧发动机,其中一种包括燃烧空气和燃料的混合物至少在一个燃烧室(2)中燃烧,该发动机包括一个至少具有一个吸附器(3,4)的吸附装置(1),吸附器(3,4)具有一种吸附氮气的吸附剂,吸附装置(1)用于通过从燃烧空气中分离出至少一部分氮气使燃烧空气的富氧。为了利用汽车领域和车用燃烧发动机领域中的吸附技术的优点,尤其是提供一种本文开头所述型类的车用燃烧发动机和一种运行这种发动机的方法,其中,吸附装置结构简单,安装经济并且也适合于批量应用。本发明规定,吸附装置(1)是这样构造和设置在汽车内的,使得供给燃烧的燃烧空气中仅一部分被富氧,并且一方面经一个与吸附装置(1)相独立的管道(41)将未富氧的燃烧空气供入燃烧室(2),另一方面经一个与管道(41)分开的供给管道将富氧的燃烧空气供入燃烧室(2)。

Description

车用燃烧发动机和运行一种车用燃烧发动机的方法

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的汽车的车用燃烧发动机和运行一种这样的发动机的方法。

上述种类的车用燃烧发动机和运行车用燃烧发动机的方法已久为人所知。在空气-燃料混合物进行燃烧期间的一个热力循环过程中做出机械功。发动机有燃气发动机、火花点燃式发动机和柴油发动机之区分。在燃烧发动机中，混合物或者在进入燃烧室之前形成，或者在燃烧室中形成的。本发明涉及所有类型的燃烧发动机。

公知的柴油发动机和火花点燃式发动机的缺陷是它们的效率较低。正因为此，故现在人们对发动机的效率和燃料消耗提出了更高的要求。但是不仅要在尽可能没有明显降低功率的条件下减少发动机的燃料消耗，而且要使排放到大气中的废气中含有更少的有害物质，例如NOx，HC，NMVOC和CO。由于法律上对排放限值的要求越来越严格，而且燃料税也不断上涨，因此人们特别致力于对现有燃烧发动机的效率的提高，其中旨在降低燃料消耗的措施也倍受人们的关注。

在文献WO94/15698中已经公开了一种通过分离出至少一部分氮气而使燃烧空气的富氧的吸附装置。在该公开文献中，此外还描述了该吸附装置在燃烧发动机的燃烧过程中的应用。通过从燃烧空气中亦即被供入的环境空气中分离出至少一部分氮气，可以减小具有富氧的燃烧空气的容积流量。此时燃烧空气中氧气的含量可以提高到直至95％。对氮气的分离还能够使燃烧温度提高，因为燃烧中释放出的能量没有用于加热未参加燃烧的氮气上。最后，在更高的温度下产生完全的燃烧，从而实际上没有碳黑形成并且其它的有害物质如CO，HC，NMVOC，NOx和类似物的排放在采取了相应的有力措施后也被大大地减少。但是，由于燃烧空气中的氧气含量的提高，也使着火速率提高，使着火温度下降，以及使混合物的着火范围增大。由于改善了着火参数，就有可能使用其它的燃油或燃料，否则这些燃油或燃料由于它们的着火性能和燃烧性能不适合常规的燃烧方法而不为人们所关心。此外，公知的燃烧发动机的效率也自然得到提高，并且由于燃烧的改善和更加完全使得燃料消耗更低。

但是，至少就车用燃烧发动机而言，由文献WO94/15698公开的技术还没能进入实际应用。该公知装置的主要问题在于不能将该装置安置到客车中。除了该公知装置需要相当大的空间外，它的重量也非常大。最后，所必需的部件，尤其是那里设置的专用阀装置太专用化而因此非常昂贵。

本发明的任务是利用汽车领域和车用燃烧发动机领域中的吸附技术的优点，尤其是提供一种本文开头所述种类的车用燃烧发动机和一种运行一个这种发动机的方法，其中，吸附装置结构简单，安装经济并且也适合于批量应用。

按照本发明，从上面引出和提出的任务是在一个本文开头所述类型的燃烧发动机中主要通过权利要求1的特征部分中的特征解决的。按照本发明，已经证实，只要稍微使燃烧空气富氧，就足以实现在混合物燃烧时发动机效率的提高。在混合物几乎为完全燃烧的情况下，被释放的能量如此之大，以致于公知的燃烧发动机根本不能以这种方法工作，因为应用该技术的危险在于公知的燃烧发动机无法承受很高的燃烧温度。相应地，为了能使用该公知技术，发动机就必须采用完全不同的结构尺寸。这也可能是文献WO94/15698公开的技术至今还没能进入实际应用的一个原因。

在完成本发明中人们认识到，使供入燃烧室的燃烧空气富氧是有利的，但是当将该技术应用于公知的、至今为止在实际中使用的发动机上时，这种富氧也只是在一个非常确定的范围内实现。因此，按照本发明，只对供给燃烧的燃烧空气中的一部分进行富氧。此时，优选供给燃烧的燃烧空气中的氧气组分在21％至30％之间。即使在这种氧气含量值时，也能够实现燃烧的很大改善，同时提高了发动机的效率。

本发明相对于公知的吸附装置的另一个优点在于，本发明的吸附装置与公知的吸附装置相比可以设计得非常小，因为在本发明中供给燃烧的燃烧空气中仅一部分经吸附装置引导。由于空气量的减少，相应地也减小了设备的所必需的结构体积。最后，本发明不仅能在新的发动机上实现，而且对已公知的发动机进行改型应用也是完全可能的。

本发明的一个特别的附加优点在于，可以不受未富氧的燃烧空气的供入的限制，分开地供入富氧的燃烧空气。这种结构似乎具有这样的缺陷，即对于每个供给管道都需要对各个汽缸进行改动。但是，在新汽缸架的批量生产中，这几乎不会增加任何成本。单独供给产生的好处弥补了这个不足，而单独供给产生的好处在于，可以以确定的方式将富氧的燃烧空气和未富氧的燃烧空气，即“正常的”燃烧空气供到燃烧室中非常确定的位置处。亦即人们已经证明，在燃料-空气-混合物着火时，燃烧室中有一些区域中的燃烧是完全进行的，而另一些区域中燃料-空气-混合物的燃烧是不完全的。例如在柴油发动机中，这种情况的结果是产生在实际中经常观察到“喷黑烟”现象。通过实现向燃烧室中单独供入富氧的燃烧空气和未富氧的燃烧空气，可以将富氧的燃烧空气供到通常发生不完全燃烧或者燃烧不充分的那些确定的位置处，由此实现最佳燃烧。那些只发生不完全燃烧的区域尤其是汽缸壁处以及由活塞和汽缸构成的燃烧室的端部边缘或角部区域。富氧的空气可以通过阀、单向阀或开孔材料实现供入。

最好采用一种沸石作为氮气的吸附剂，其中还可以在吸附器的上游连接一个压缩装置，该压缩装置产生的压力应该接近沸石的最佳设计点和/或与燃烧过程的技术要求相适应。原则上可以采用任何种类的压缩机作为压缩装置。此外，该压缩机例如可以与凸轮轴或曲轴或起动器连接起来。也可以直接采用一种涡轮增压器或G型增压器。此外也可以采用一种普通的活塞式压缩机或一种螺旋式压缩机作为压缩机。再者，燃烧发动机中的一个活塞-气缸单元也可以用做压缩机。在这种情况下，例如对于一个公知的四缸发动机来说，三个气缸用于燃烧，一个气缸用于压缩燃烧空气。采用一种电子驱动装置也是可能的。此外，实验已经证实，若吸附装置以一个在3至5巴之间的过压运行，则将在吸附期间达到最佳效率。

此外，在吸附器中，除了吸附剂外还设置一种干燥剂是有利的。由此可以减少燃烧空气中水蒸汽的含量，这意味着最终导致更少的残渣，而这反过来又使燃烧更完全或使效率提高。此外，就这方面而言，在将燃烧空气供入吸附装置之前对其进行加热是有利的。这不仅减少了水蒸汽，而且也改善了对氮气的吸附。对干燥剂和/或吸附剂进行加热也是有利的。这可以采用电的方式和/或经一个废气管或通过冷却水循环系统进行实施。就这方面而言，最好不是仅仅对吸附器的外壁进行加热，因为这样，尤其是由于吸附和解吸的阶段较短，故只导致在吸附和解吸(脱离吸附)期间只有各剂的外部区域受到加热。优选设置一些引入到吸附器内部的传热元件，例如形式为加热线圈或管状热交换器，从而实现大面积的传热，以实现均匀的热量分布，同时不会使边缘区域中的温度过度升高。为了在此过程中防止干燥剂或吸附剂受到损坏，应使温度不超过300℃。

就这方面而言，有利的是在吸附器中将至少一个传感器设置在干燥剂和/或吸附剂中，以便监测干燥剂或吸附剂的饱和度。此时可以由传感器向解吸间隔传输一个相应的脉冲。因此，不仅N₂的饱和，而且水含量都可以为吸附器的解吸或再生发出一个脉冲。

此外，最好在吸附器的上游和/或下游设置一个空气平衡容器。设置在上游的平衡容器正好可以用于采用活塞式压缩机作为压缩机的情况，以避免脉动。因此该平衡容器用做阻尼装置。设置在下游的平衡容器用做缓冲装置，从而即使在吸附器不能提供足够的氧气的工况下，也始终能够提供足够组分的富氧的燃烧空气。

就此而言，优选上述压缩机与平衡容器中的一个压力开关共同作用，以便在平衡容器中达到某个一定的压力后将压缩机关掉或者空转地继续运转。原则上也可以使吸附效率和发动机功率相匹配。在这种情况下，则将直接取决于燃烧或氧气耗量的情况，而在前面所述的实施例中则与燃烧并由此也与氧气耗量的情况无关。

此外，最好在关掉吸附装置之后将设置在平衡容器上游和下游的阀关闭，以便保持各个平衡容器中的过压。

由于一个吸附器不能总是在相同的吸附效率下工作，因此在吸附器上设置了一个排氮管，通过排氮管可以将吸附的氮释放出去，同时降低压力。打开排氮管则产生解吸并将氮释放到环境中，从而吸附器可以随后再次用于吸附。

为了保证吸附装置在一个不变的吸附效率下连续工作，设置至少两个并联的吸附器。然后在这些吸附器之间可以进行定期切换。一个控制装置用于这种切换，该控制装置相应地控制设置在吸附器上游和下游的控制阀。此时优选使一个吸附器在进行吸附时至少运行20秒钟。在将一个吸附器切换到另一个吸附器之前，优选其吸附期持续大约一分钟。在这种情况下，如果吸附器都同时运行一个短的时间周期则是非常有利的，这样将始终保证向平衡容器连续供给富氧的燃烧空气，如果设置了一个这样的平衡容器的话。

此外，如上面已经说明的那样，在至少两个并联的吸附器运行期间，在其中一个吸附器被切换到另一个吸附器之后，这一个吸附器就被打开，亦即过压被释放，从而吸附的氮气被解吸。在这点上，尤其有利的是，该吸附器不是只打开一个短的时间，而是在另一个吸附器的整个吸附期期间内都是打开的。虽然当这一个吸附器的压力被释放时使得大部分的氮气立刻从吸附剂中解吸出来，但是解吸过程仍然在无压状态下继续进行，因此随后可以将另一个吸附器的整个吸附期都用于这一个吸附器的解吸过程。

此外也可以这样设计，即在各个解吸期期间，通过相应的管道对吸附器进行扫气。这种扫气可以通过“正常的”的燃烧空气，亦即从环境中吸入的、未富氧的空气进行，但也可以通过来自平衡容器的富氧的燃烧空气或者循环供入富氧的燃烧空气进行。对吸附器进行反向扫气，亦即在吸附期间沿着与流动方向相反的方向进行解吸扫气，也是有利的。

优选通过一个相应的装置对本发明的吸附装置进行控制。在一个简单的结构方案中是通过一个三通阀和一些控制该三通阀的继电器实现控制的。在前述构件中涉及的是通常的部件，因此保证了结构的简单和成本低。此外，还能够保证控制装置具有非常简单的结构，因为在相应的控制装置结构中，各个阀只需相反地工作。在每种情况下都可以通过前述控制装置以简单的方式实现富氧的燃烧空气的计量。

此外，优选在吸附氮气之后测量燃烧空气的氧气含量，并依据燃烧发动机的各种运行情况进行调节或控制。这也是通过控制装置实现的。通过测量和接着进行的调节或控制，可以使燃烧与燃烧发动机的一定的运行情况相适应。

此外，为了使吸附装置的结构紧凑，将吸附器和平衡容器都设计成圆筒形的或柱形的，并且在外部尺寸上是结构相同的。吸附器和平衡容器然后可以组装成一个可共同操作的组件。但是尤其有利的是，吸附器和/或平衡容器可以具有所希望的任意形状，也就是说，当保持一定的运行参数如流速、压力和温度时，调节到与现有的位置情况相适应。最后，整个装置或者只是装置的部件被放置到汽车中具有相应空间的地方。尤其有利的是发动机的空间，因为在这种情况下采用短的管道是可能的，并由此使流动损失更小。

吸附器和/或平衡器的外壳可以包括铝或一种铝合金。但也可以采用任何其它的材料。优选例如一种层材料，它包括一种金属，尤其是铝或钢与塑料或其它复合材料的结合。这种层材料的优点在于，一方面它非常轻，另一方面由于它具有金属层，因此也是防扩散的。

但是本发明也可以以不同于前面所述的方式应用于燃烧发动机，尤其是带有涡轮增压器的燃烧发动机中。公知许多带有涡轮增压器的燃烧发动机在低转速范围内具有所谓的增压滞后。只有当涡轮增压器达到一定的转速之后，燃烧发动机的功率才会显著增加。增压滞后的影响将通过供入富氧的燃烧空气得到补偿。由此使得在低转速范围内提高发动机扭矩。一旦增压器开始起作用，则相应地减少供入的富氧的燃烧空气。可以认识到，为此设置一个控制装置，以便对供入燃烧发动机的富氧的燃烧空气的量进行控制，使得发动机的功率基本上恒定地增加。

如开头所述的那样，就本发明而言已经证实，虽然相对于空气中的氧气含量提高燃烧空气中的氧气含量对于获得开头所述的效果和优点是有利的，但是，如果空气中存在的氮气只有一小部分被氧气取代，则有相当多的氮气组分被留下，从而仍然会象以前一样产生带有不是少量的有害气体如NOx的废气。

为了解决这个问题，本发明规定，在进行燃烧之前将一种不是氮气的载体气体加到富氧的燃烧空气中。该载体气体不参加燃烧，并且在燃烧之后仍然以原气体存在于废气中。通过这种方式首先可以在很大程度上使燃烧空气富氧，由此将空气中存在的大部分氮气分离出去。接着优选用载体气体稀释在很大程度上富氧的燃烧空气，并且一直稀释到所要求的氧气含量，以便实现一种被控制的、完全的、没有有害气体的燃烧。最后氮气至少部分地由载体气体取代。应该指出，此时称之为“燃烧空气”已经不是完全正确的了，因为在为燃烧所供入的气体中的氮气已被载体气体取代，所以该气体已经与“空气”或通常的空气成分不再是可比的。

作为载体气体，优选采用惰性气体，尤其是氦气。氦气正好能提供各种好处，因为氦气具有较高的导热能力，这最终使废气具有相应较高的温度，这种较高的温度可以用于加热目的或其它技术目的。此外，也可以将再循环的废气用做载体气体，并且是在这些废气中无氧气组分或只含有极少量的氧气组分时，因为在本发明中，氧气的控制是通过富氧的燃烧空气进行的。原则上也可以采用其它的气体或气体混合物。此时的基本构思总是使载体气体在燃烧期间不产生任何结合，亦即不参加燃烧，并且以原形呈现在废气中。从结构角度提出一种相应的控制装置，该控制装置依据使用者所要求的发动机功率对氧气组分和/或载体气体组分进行配量，从而得到与各种要求相对应的最佳燃烧数值。

为了不必连续补入载体气体，该载体气体是循环使用的。此时应该理解的是，为了使载体气体从废气中再生出来，燃烧发动机的整个废气流被引导流过回收装置。此时从结构角度提出一个相应的再生装置或回收装置。该装置同样可以按照吸附技术的原理工作，但原则上也可以采用一个膜装置，用于回收载体气体。

但是，由于最终都不会存在百分之百的循环过程，亦即始终有损失产生，因此必须在一个从外部供给的位置处设置一个补充供给载体气体的接头。通过该接头始终可以将一个相应的载体气体储备箱重新充填，或者可以采用一个充有载体气体的新的芯盒。

如果采用一个吸附装置作为回收装置，则该吸附装置至少在结构设计上基本上可以与开头所述的装置相对应。但是，吸附器中的分离介质是一种碳分子筛，并且尤其是基于一种活性碳的碳分子筛。对此，尤其有利的是设置一个废气冷却器，以便防止废气的高温损坏吸附剂。

此外，本发明将富氧的空气用于汽车的基本构思也还可以用于另一个尤其有利的应用情况。在现代设计结构的汽车中，在空气循环装置接通时，可以使车厢中的空气循环。这种被循环的空气在冬天由汽车上的加热装置加热，而在夏天则由空调装置冷却。其缺陷是，被循环的空气中的氧气会被使用者逐渐消耗掉。随着行驶时间的增加，车厢中的空气质量就变得越来越差。一般对其补救的方式是只短时间接通空气循环装置和/或打开车窗。但是，这与加热装置产生和要求的加热效果或空调装置产生和要求的冷却效果是起相反作用的。随着用于发动机的能量的大大下降，用于加热或冷却车厢所需的能量也越来越少。

本发明提供的补救措施在于，在空气循环装置接通时，将氧气尤其通过一个吸附装置特定地供入车厢。此时，测量空气循环装置接通期间车厢中的氧气含量并且根据车厢中空气的氧气含量供给氧气，从而产生所要求的、通常环境空气中具有的氧气组分。这样即使在空气循环装置接通时车厢中的空气也始终具有正常的氧气含量，而不必在运行期间经常供入新鲜空气。由此避免乘客、尤其是司机过快地疲劳，并且节省了用于加热和冷却的能量。

就这方面而言，尤其有利的是，在加热装置运行时对供入的氧气也进行加热，而在空调装置运行时对供入的氧气进行冷却，从而使车厢中所要求的温度不受供入的氧气的影响。

此外，应指出的是，吸附技术不仅仅能很好地适用于提高燃烧空气中的氧气组分。原则上它还可以将富氧的燃烧空气供入到废气流中，最好是紧接在燃烧之后进行。在废气中的相应的高温下，对于一个相应的氧气组分，废气中将发生一种后燃，它导致废气净化的改善。

此外可以理解，本发明也涉及一种具有前面所述类型的燃烧发动机的汽车，以及一种在燃烧发动机中使用的前面所述类型的吸附装置。最后，本发明也可以应用于非车辆用的发动机中。根据本发明的方法或吸附装置也易于用在其它需要空气或氧气的工作模式，例如在燃料电池、燃气轮机和尤其是固定的燃烧设备中。

从以下对照附图对本发明的一些实施例的说明中可以得到本发明的其它特征和优点。附图中，

图1是本发明的一个对用于车用燃烧发动机的部分燃烧空气进行富氧的吸附装置的一个示意图，

图2是本发明的一个吸附装置的另一个实施例的对应于图1的一个视图，

图3是本发明的一个吸附装置的另一个实施例的对应于图1的一个视图，

图4是本发明的另一个吸附装置的基本上对应于图1的一个视图，

图5是本发明的一个吸附装置的另一个实施例的基本上对应于图2的一个视图，

图6是本发明的一个吸附装置的另一个实施例的基本上对应于图3的一个视图，

图7是本发明的一个吸附装置的另一个实施例的基本上对应于图1的一个视图。

图1示出了一个对用于一个汽车A的车用燃烧发动机的燃烧空气的至少一部分进行富氧的吸附装置1，一种包括燃烧空气和燃料的混合物在该燃烧发动机中燃烧。车用燃烧发动机本身只示意地示出了一个燃烧室2。吸附装置1与车用燃烧发动机直接配置，它位于汽车中装有燃烧发动机的发动机室中。但原则上吸附装置可以设置在汽车上的任何位置。

首先实质在于，吸附装置1是为了从燃烧空气中分离出至少一部分氮气而设置的。为此，吸附装置1此处具有两个吸附器3，4。应该理解，原则上也可以设置多个串联和/或并联的吸附器。吸附器3，4中的每个都含有一种吸附氮气的吸附剂。此处涉及的是一种沸石。应该理解，原则上也可以应用其它吸附剂。

除了含有用做氮气吸附剂的沸石以外，在每个吸附器3，4中另外还设置了用于水蒸气的干燥剂。干燥剂构成在吸附器中沿吸附的流动方向上的第一填料。两个吸附器3，4是并联的。吸附器3，4的上游各连接一个控制阀5，6。此外，在吸附器3，4的下游连接了相应的控制阀7，8。

此外，在吸附器3，4的上游设置了一个压缩装置9。在压缩装置9中，供给吸附装置1的燃烧空气被压缩。从压缩装置9中引出一个管道10，该管道中有一个不是必须要设置的控制阀11。管道10分叉进入到吸附器3，4的供给管12，13，控制阀5，6设置在该供给管12，13中。从供给管12，13分别分叉出一个排出管14，15，其中在每个排出管14，15中都设置了一个控制阀16，17。排出管14，15最后通入一个公共排出管18。在出口侧有排出管19，20与吸附器3，4连接，排出管19，20中设置了控制阀7，8。排出管19，20经一个公共的排出管21通入一个连接在吸附器3，4下游的平衡容器22，该平衡容器22用做富氧的燃烧空气的缓冲器。也可以在吸附器3，4的上游设置一个附图中没有示出的平衡容器。

在附图中没有示出的是，可以在平衡容器22中设置一个过压阀，用于在达到一定的压力时释放出富氧的燃烧空气，以便由此防止平衡容器受到损坏。在平衡容器22上连接有一个排出管23，该排出管中也设置了一个控制阀24。此外，一个跨接吸附装置1的旁通管道25汇入排出管23，旁通管道25中同样有一个控制阀26。此处旁通管道25与压缩装置9连接，这种情况是可以的，但不是非此情况不可。管道23通入燃烧室2，从燃烧室2引出排气管40。

此外，吸附装置1还具有一个控制装置27，除了其它的作用外，该控制装置27还用于切换吸附器3，4，使得吸附器3，4可以交替地运行。控制装置27为此如下面要详细说明的那样对前面所述的控制阀进行控制。

此外，附图中没有示出，还具有对吸附器加热或对供给吸附器3，4的压力空气加热的可能性。

图2中所示的实施例与图1所示的实施例的区别在于，管道10是贯通的，没有旁通管道25，即排出管23汇入管道10中。压缩装置9在此处是一个活塞压缩机或者是一个螺旋式压缩机。

图3中所示的实施例与前面所述实施例的区别在于，控制阀5，6和16，17由两个三通阀28，29取代，这两个三通阀是继电控制的。此外，控制阀7，8由单向阀30，31取代。此外这两个单向阀30，31也可以是一个三通阀。

现在参见图1，本发明的方法是这样实施的，即首先从压缩装置9中吸出燃烧空气。此外在本发明的一个优选实施例中，发动机的控制装置此时是这样设计的，使得压缩装置9在燃烧室2中的混合物着火之前首先起动。由此保证在燃烧过程开始时就已经能够将富氧的燃烧空气供入燃烧室。在压缩装置9中则将燃烧空气压缩到一个在3到5巴之间的压力。至少一部分燃烧空气通过管道10和打开的控制阀11供入吸附器3。控制阀5在此情况下被打开，相反，控制阀6则是被关闭的。此外控制阀16和8也是关闭的。相反，控制阀17是打开的。

现在，被压缩的燃烧空气流过吸附器3，并且首先流过干燥剂并接着流过吸附氮气的沸石。通过吸附氮气得到一种富氧的燃烧空气，然后该燃烧空气经管道19和打开的控制阀7再离开吸附器3，并接着经排出管21供入平衡容器22。从平衡容器22出来的富氧的燃烧空气经排出管23和打开的控制阀24沿燃烧室2的方向流动。

为了保证吸附装置1连续运行，以大约1分钟的均匀间隔在吸附器3，4之间进行切换。在吸附器3为了进行吸附而被通流之后，在控制阀5，7是打开的装置状态下，关闭控制阀17并打开控制阀6，8。然后通过压缩装置9压缩后的燃烧空气短时间地流过两个吸附器3，4。接着关闭控制阀5，7，使得被压缩的燃烧空气现在只流过吸附器4，并且以前面所述的相同方式供入到平衡容器22。随着控制阀5，7的关闭，控制阀16被打开。通过打开控制阀16使吸附器3中的压力下降，并同时使吸附器3中的氮气解吸。此时位于吸附器3中的、氮气被增富得非常高的燃烧空气通过排出管18流出。控制阀16保持打开状态的时间与控制阀5，7被关闭的时间一样长，亦即与吸附器3不处于吸附运行期的时间一样长。由此可以使氮气从吸附器3中的吸附剂上基本上被完全地解吸出来。在吸附器4中的吸附过程结束时则再次关闭控制阀16，接着打开控制阀5，7。在一个短的时间间隔之后再次关闭控制阀6，8，从而接着将控制阀17打开，以便可以使氮气从吸附器4中的吸附剂上解吸出来。

附图中没有示出，可以在吸附之后测量燃烧空气的氧气含量，并根据燃烧发动机的运行情况进行调节或控制。为此，可以根据需要，通过控制阀24，26向燃烧室2供入具有较多或较少组分的富氧的燃烧空气或未富氧的燃烧空气。因此控制阀24，26可以调节氧气的浓度。对富氧的燃烧空气或未富氧的燃烧空气的数量或比例的调节是通过控制装置27进行的。

如果发动机停止，则阀7，8和24关闭，从而维持平衡容器22中的压力或使该压力不降低。此外，前面所述的方法过程以同样的方式适用于图2和3所示的实施例，当汽车A或燃烧发动机具有一个涡轮增压器时则尤其适合图1至3所示的实施例。此时燃烧室2中则总是有完全专用的富氧的燃烧空气供入，以便在涡轮增压器运行期间为出现的增压滞后提供功率补偿。

在图4示出的一个实施例中，其中经过一个管道41向燃烧室2供入未富氧的燃烧空气，而经过与管道41相独立的管道23或供给管供入富氧的燃烧空气。这样可以对燃烧室中完全确定的位置进行专门的氧气供给，以便能保证改善燃烧。

在图5中示出了一个实施例，其中设有两个吸附器1和1a。第一个吸附器1用于富氧或除去燃烧空气中的氮气。与前面所述实施例的情况相反，此处可以以一个高的水平将氮气从燃烧空气中除去。在将该富氧的燃烧空气供入燃烧室2之前，加入一种载体气体，该载体气体不参加燃烧室中的燃烧并且以原形存在于废气中。此处载体气体最好是氦气，但是也可以采用其它稀有气体和/或惰性气体作为载体气体。此时载体气体至少基本上取代供给燃烧的气体中的氮气组分。此时的情况是这样的，即废气经管道42供入另一个吸附器1a，在该吸附器中回收载体气体，而其余的废气经废气管道40排出。因此另一个吸附器1a用于回收载体气体，并且具有相应的结构设计，其中既有与吸附器1相同之处，也有不同之处。然后在进行燃烧之前经过管道43再将载体气体供入富氧的燃烧空气中。此外设置了一个具有调节阀48的平衡容器47，通过平衡容器47提供具有一定压力的载体气体。平衡容器47用于系统充填和补偿在燃烧过程中经管道40放出的载体气体的量。

在图6示出的实施例中，富氧的空气经吸附器1供入车厢B。在车厢B中，利用一个相应的测量装置44测量车厢中的空气的氧气含量。根据测量的氧气含量，通过控制装置45将富氧的空气供入车厢B，直到车厢B中的氧气含量符合环境空气的氧气含量或者符合一个相应预定的氧气含量。在汽车A的通风系统处于空气循环运行状态时，控制装置45最好总是处于响应状态。即在这种情况下，始终只是在由于氧气的消耗而使得空气质量降低时才循环车厢中的空气。图6所示的实施例防止了这种使空气质量降低的情况。

在图7所示的实施例中，管道23分叉出一个旁通管道46。它用于将富氧的燃烧空气经一个调节阀49供入废气管道40。图中未示出，管道23也可以直接接入管道46中，而不将富氧的燃烧空气供入燃烧室2。通过将富氧的空气供入废气管道40，产生有害气体的后燃，由此使废气净化。

应该指出，即使在权利要求书中只部分地要求了方法的保护，本发明的保护范围也涉及在各个附图中所示的发动机和装置本身。

此外应该理解，所有示出的实施例原则上也是可以互相组合的。

Claims (24)

1.一个汽车(A)的车用燃烧发动机，其中一种包括燃烧空气和燃料的混合物在至少一个燃烧室(2)中燃烧，该发动机包括一个具有至少一个吸附器(3，4)的吸附装置(1)，吸附器(3，4)具有一种吸附氮气的吸附剂，吸附装置(1)用于通过从燃烧空气中分离出至少一部分氮气使燃烧空气富氧，其特征在于，吸附装置(1)是这样构造和设置在汽车内的，使得供给燃烧的燃烧空气中仅一部分被富氧，并且一方面经一个与吸附装置(1)相独立的管道(41)将未富氧的燃烧空气供入燃烧室(2)，另一方面经一个与管道(41)分开的供给管道将富氧的燃烧空气供入燃烧室(2)。

2.按照权利要求1的车用燃烧发动机，其特征在于，在吸附装置的上游连接有一个压缩装置，并且该压缩装置最好与车用燃烧发动机的一个驱动装置相连接。

3.按照前述权利要求中之一的车用燃烧发动机，其特征在于，在吸附器(3，4)中设有一种干燥剂，并且该干燥剂最好作为在吸附期间流体流过时吸附器中的第一装料。

4.按照前述权利要求中之一的车用燃烧发动机，其特征在于，设有一个用于干燥剂和/或吸附剂的加热装置。

5.按照前述权利要求中之一的车用燃烧发动机，其特征在于，在吸附器(3，4)的下游和/或上游连接有一个平衡容器(22)。

6.按照前述权利要求中之一的车用燃烧发动机，其特征在于，在吸附器(3，4)上设置了一个氮气排出管(18)。

7.按照前述权利要求中之一的车用燃烧发动机，其特征在于，设置了至少两个并联的吸附器(3，4)，设置了一个用于控制吸附器(3，4)之间的切换的控制装置(27)，和在吸附器(3，4)的上游和下游连接了由控制装置(27)控制的控制阀。

8.运行一个汽车(A)的燃烧发动机的方法，其中一种包括燃烧空气和燃料的混合物在至少一个燃烧室(2)中燃烧，其中燃烧空气被供入一个具有至少一个吸附器(3，4)的吸附装置(1)，以便通过从燃烧空气中分离出至少一部分氮气使该燃烧空气的富氧，其特征在于，供给燃烧的燃烧空气中仅一部分被富氧，并且一方面经一个与吸附装置(1)相独立的管道(41)将未富氧的燃烧空气供入燃烧室(2)，另一方面经一个与管道(41)分开的供给管道将富氧的燃烧空气供入燃烧室(2)。

9.按照权利要求8的方法，其特征在于，富氧的燃烧空气部分流量尤其在过压下计量分配到供给燃烧的、未富氧的燃烧空气中。

10.按照权利要求8或9的方法，其特征在于，富氧的燃烧空气是按照这样的量计量分配到未富氧的燃烧空气中的，使得供给燃烧的燃烧空气中的氧气组分在21％至60％之间，优选在22％至30％之间。

11.按照前述方法权利要求中之一的方法，其特征在于，在吸附期间吸附器(3，4)中具有一个过压，该过压尤其在2至10巴之间，最好在3至5巴之间。

12.按照前述方法权利要求中之一的方法，其特征在于，燃烧空气在供入吸附装置之前被加热和/或干燥剂和/或吸附剂在吸附器中被加热。

13.按照前述方法权利要求中之一的方法，其特征在于，设置了至少两个并联的吸附器(3，4)并且定期地或者根据发动机的功率或者根据干燥剂或沸石的饱和度在吸附器(3，4)之间进行切换。

14.按照前述方法权利要求中之一的方法，其特征在于，一个吸附器(3，4)在被切换到另一个吸附器(4，3)之前至少进行20秒钟的吸附运行，并且吸附器(3，4)最好同时运行一个短的时间。

15.按照前述方法权利要求中之一的方法，其特征在于，在从一个吸附器切换到另一个吸附器之后，将该一个吸附器打开，使得被吸附的氮气从该一个吸附器上解吸出来并释放到环境中去，并且该一个吸附器最好是在另一个吸附器的整个吸附期间是打开的。

16.按照前述方法权利要求中之一的方法，其特征在于，在解吸期间，吸附器尤其用富氧的燃烧空气扫气，尤其是是反向扫气。

17.按照前述方法权利要求中之一的方法，其特征在于，在吸附之后对燃烧空气中的氧气含量进行测量并且根据一定的运行情况，尤其是在燃烧发动机起动时，对氧气含量进行调节或控制。

18.按照前述方法权利要求中之一的方法，其特征在于，在燃烧发动机起动之前，起动一个压缩装置，以便在吸附时产生过压。

19.运行一个汽车(A)的一种具有一个涡轮增压器的燃烧发动机的方法，尤其是按照前述方法权利要求中之一的方法，其中一种包括燃烧空气和燃料的混合物在至少一个燃烧室(21)中燃烧，其中燃烧空气被供入一个至少具有一个吸附器(3，4)的吸附装置(1)，以便通过从燃烧空气中分离出至少一部分氮气使该燃烧空气富氧，其中在涡轮增压器起动期间是这样将富氧的燃烧空气供入燃烧发动机的，即使得在涡轮增压器起动期间出现的增压滞后至少基本上得到补偿。

20.运行一个汽车(A)的一种燃烧发动机的方法，尤其是按照前述方法权利要求中之一的方法，其中一种包括燃烧空气和燃料的混合物至少在一个燃烧室中被燃烧，其中燃烧空气被供入一个至少具有一个吸附器(3，4)的吸附装置(1)，以便通过从燃烧空气中分离出至少一部分氮气使该燃烧空气的富氧，其特征在于，富氧的燃烧空气在燃烧之前被加入一种载体气体，该载体气体不参加燃烧室中的燃烧并且以原形存在于废气中。

21.按照权利要求20的方法，其特征在于，载体气体是循环运行的并紧接在燃烧之后被回收。

22.按照权利要求20或21的方法，其特征在于，载体气体的加入和/回收是根据燃烧发动机的发动机功率进行控制或调节的。

23.运行一个汽车(A)的方法，尤其是按照前述方法 中之一的方法，其中在汽车(A)的一个车厢(B)中的空气在空气循环装置运行时被循环，其中空气被供入一个至少具有一个吸附器(3，4)的吸附装置(1)，以便通过从该空气中分离出至少一部分氮气使该空气富氧，其特征在于，在空气循环装置运行期间对车厢(B)中的氧气含量进行测量，并且根据测量的车厢(B)中的空气的氧气含量将来自吸附装置(1)的富氧的空气供入车厢(B)。

24.运行一个汽车(A)的一种燃烧发动机的方法，尤其是按照前述方法权利要求中之一的方法，其中一种包括燃烧空气和燃料的混合物至少在一个燃烧室(2)中燃烧，其特征在于，空气被供入一个至少具有一个吸附器(3，4)的吸附装置(1)，以便通过从该空气中分离出至少一部分氮气使该空气的富氧，并且紧接在燃烧之后将富氧的空气供入到废气流中。

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