CN1453462A - 自点燃、混合压缩式内燃机及其操作方法 - Google Patents

自点燃、混合压缩式内燃机及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于气态燃料的自点燃、混合压缩式内燃机以及用气态燃料操作该内燃机的方法，该内燃机具有一个与主燃室(7)分隔开的预燃室(4)，该主燃室与预燃室通过至少一个开口(6)而彼此相连，主燃室与一个低压燃料气体管路相连，预燃室与一个高压燃料气体管路相连，使得燃料气体/空气混合物从预燃室喷入主燃室以便点燃压缩的燃料气体/空气混合物，预燃室形成在一个可被装配到汽缸盖(5)中的插件(1)内，在该插件中有一个与该高压燃料气体管路相连的喷嘴(10)，通过该喷嘴燃料气体可被喷入预燃室，在插件中设置至少一个连通预燃室和主燃室的喷射开口。

Description

自点燃、混合压缩式内燃机及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种用于气态燃料的自点燃、混合压缩式内燃机，其具有一个与主燃室分隔开的预燃室，该主燃室与预燃室通过至少一个开口而彼此相连，主燃室与一个低压燃料气体管路相连，预燃室与一个高压燃料气体管路相连，使得燃料气体/空气混合物从预燃室喷入主燃室以便点燃压缩的燃料气体/空气混合物；及其用于操作上述内燃机的方法。
背景技术
DE 44 19 429公开了一种这样类型的内燃机，其在主燃空间中燃烧气体燃料/空气混合物，所述混合物在预燃室中被点燃。该预燃室与一个高压燃料-气体管路相连，并形成一种可点燃的燃料富集的混合物，并且由于压力的进一步升高，流入主燃室，在那里完全燃烧并在该过程中点燃该压缩的燃料/空气混合物。
发明内容
本发明的一个目的是，与现有技术相比明显减少以高度压缩形式喷入预燃室中的燃料气体的比例。
该目的通过权利要求1的新设计方案并特别是通过权利要求6的方法实现。
在根据本发明的内燃机的情况下，气体喷射阀的工作温度可以被有利地降低，并且通过挡热板可以实现长的使用寿命。
热线点火塞末端的有利的特殊的套件确保了预燃室混合物的可靠点燃，并增加了该热线点火塞的使用寿命。
优选使用的节流针栓喷嘴的自清洗作用有利地导致了将气体喷入预燃室中的条件，该条件在整个工作过程中是恒定的。
由于根据本发明预定了预燃室体积与用于主燃室的喷射截面的比值，所以只发生小循环波动，因此建立了内燃机的有利的稳定工作状态。
该有利的气体喷射阀可以通过根据本发明的方式来布置简要的构件而特别方便地实现。
优选设置在大约0.2％-0.3％之间的预燃室气体比例导致最佳工作值和工作特性。
预燃室气体比例创造性的减小及由此减少的压缩机作功导致内燃机有效效率的有利增加。
其它的特征和优点可通过结合说明书从从属权利要求中得到。
附图说明
唯一的附图示出了本发明的优选实施例。
具体实施方式
下文利用一个示例性实施例较详细地说明本发明。根据本发明设计的内燃机的部件在相关附图中简要示出。在汽缸和燃烧室中设置有用于气体交换的传统装置和活塞，它们在附图中未示出。汽缸盖5以虚线示出，插件1例如以螺旋连接的安装在该汽缸盖中。在插件1中形成有一个预燃室4，该预燃室优选通过数个通道开口6与主燃室7相连。
经过一个喷嘴、优选为一个节流针栓喷嘴10形成射流8的燃料气体在高压下被引入预燃室4中。由于喷射特性，燃料气体可以在其在热线点火塞的热表面上点燃或自点燃之前与预燃室4中的燃料/空气混合物混合得非常彻底。由此导致的预燃室4中的压力的快速升高确保主燃室7中的相对稀薄的燃料气体/空气混合物的稳定点燃。除了这些优点之外，优选使用的节流针栓喷嘴10还具有自清洗作用，从而在其喷射截面上防止了积碳。
由于气体与用作为燃料的液体燃料相比低的热容量和差的传热性以及只是喷射出少量的燃料而导致低的内部冷却，所以节流针栓喷嘴10受到高热负荷作用。通过设置一个保护套件9可以减少该负荷，该套件相对于预燃室4将节流针栓喷嘴10屏蔽起来，从而减少来自于预燃室4的热输入。保护套件9优选由一种具有良好导热性的材料、例如铜制成，并被设计成盘形或套筒形的。在附图中以示例形式示出的套筒形保护套件9包住节流针栓喷嘴10的前部区域，并在喷射区域中留出用于燃料气体的通过开口。该通过开口可设置一锥形凹部，以避免阻碍射流8。盘形保护套件9可以只设置在喷嘴的喷射开口的区域中，而不屏蔽该前部区域。
通过液压系统而不是用封闭弹簧来控制节流针栓喷嘴10的针栓，该液压系统的静压力大于恒定气体喷射压力。这确保没有燃料气体可以逸出。该针栓在其引导件中的作用如此与液压油的粘度相匹配，从而所述液压油润滑阀座，泄漏率被限制在这样的程度，即没有或只有非常少量的润滑油参与燃烧。这样，上述部件的使用寿命被有利地增加了，并避免了积碳的出现，积碳会给燃烧稳定性和排放带来不利的影响。优选用一个电磁阀控制节流针栓喷嘴10，通过该电磁阀可以释放或施加液压力。因此有利的是，开启的开始和延续时间能够被自由地规定或设定。
可以设置一个热线点火塞2来点燃预燃室4中的燃料气体/空气混合物，该热线点火塞的末端伸入预燃室4中。尽管预燃室4是发红的，仍可以减少通过强迫对流的散热，并且通过套件3可以有利地增加热线点火塞末端的表面温度，该套件包住热线点火塞末端并设置有适当的开口或孔。由于这确保了启动过程中和在低部分负载时，在预燃室4中总可以可靠地达到混合物的自点燃温度，并且在相对高的负载时，热线点火塞的热功率可以被减少到0。通过该措施热线点火塞的使用寿命可以大大地增加，因为其加热线圈不总是热负荷的。在套件3中仔细地布置开口可以允许在套件3和热线点火塞之间出现可燃混合物。热线点火塞2的套件3必须由具有耐高温特性的材料制成，并可被催化地涂敷涂层以便进一步优化。
在燃料气体自点燃之后，预燃室中的压力迅速增加，从而部分燃烧的气体经通道开口6被喷入主燃室7并点燃那里的燃料气体/空气混合物。通过预燃室4的体积与通道开口6的截面的预定比值可以实现预燃室4中最佳的压力增加及随后的向主燃室7的强烈喷射，结果实现了主燃室7中燃料气体/空气混合物的有利的稳定点燃。由于主燃室7中可靠且稳定的点燃，所以在根据本发明装配的内燃机中在燃烧过程中只有轻微地循环波动。预燃室体积与通道开口6的喷射截面的比值在50-80cm3/cm2(立方厘米/平方厘米)之间是有利的。
使用一种方法可以操作根据本发明的内燃机，通过该方法少于用于工作的总的气态燃料的0.5％、优选在0.2-0.3％之间的燃料以高度压缩的形式被喷入预燃室中。该气态燃料在该过程中在高于吸入主燃室中的燃料/空气混合物的最终压缩压力的压力下被喷入预燃室中。该燃料在预燃室中形成燃料富集的燃料/空气混合物，该混合物自点燃并流入主燃室中，该混合物在主燃室中点燃压缩的相对稀薄的燃料/空气混合物。
            参考标号1  插件2  热线点火塞3  套件4  预燃室5  汽缸盖6  喷射开口/通道开口7  主燃室8  射流9  保护套件10 喷嘴/节流针栓喷嘴

Claims (6)

1.用于气态燃料的自点燃、混合压缩式内燃机，其具有一个与主燃室(7)分隔开的预燃室(4)，该主燃室与预燃室通过至少一个开口(6)而彼此相连，主燃室(7)与一个低压燃料气体管路相连，预燃室(4)与一个高压燃料气体管路相连，使得燃料气体/空气混合物从预燃室(4)喷入主燃室(7)以便点燃压缩的燃料气体/空气混合物，其特征在于，预燃室(4)形成在一个可被装配到汽缸盖(5)中的插件(1)内，在该插件中有一个与该高压燃料气体管路相连的喷嘴(10)，通过该喷嘴燃料气体可被喷入预燃室(4)，在插件(1)中设置至少一个连通预燃室(4)和主燃室(7)的喷射开口(6)。
2.按权利要求1所述的自点燃、混合压缩式内燃机，其特征在于，设置一个节流针栓喷嘴作为喷嘴(10)，一个由具有良好导热性的材料例如铜制成的套形的或盘形的保护套件(9)设置在喷嘴(10)上至少与预燃室(4)相邻的区域内。
3.按上述权利要求中任一项所述的自点燃、混合压缩式内燃机，其特征在于，在插件(1)中设置一个热线点火塞(2)，该热线点火塞延伸到预燃室(4)中并至少在子区内由耐高温套件(3)包围住。
4.按上述权利要求中任一项所述的自点燃、混合压缩式内燃机，其特征在于，节流针栓喷嘴(10)设置有由电磁阀机构控制的液力系统，通过该液力系统可以自由选择开启的开始和延续时间，该液压系统的静压力大于燃料气体喷射压力，该针栓在其引导件中的作用如此与液压油的粘度相匹配，即润滑阀座，因此没有或只有非常少量的润滑油参与燃烧。
5.按上述权利要求中任一项所述的自点燃、混合压缩式内燃机，其特征在于，预燃室(4)的体积与通道开口(6)的整个截面的比值在50-80cm3/cm3之间。
6.用于操作特别是按上述权利要求中任一项所述的内燃机的方法，在该方法中，气态燃料被送入预燃室并在那里形成燃料富集的燃料/空气混合物，燃料/空气混合物被吸入主燃室中，该气态燃料在高于吸入主燃室中的燃料/空气混合物的最终压缩压力的压力下被喷入预燃室中，其特征在于，少于用于工作的总的气态燃料的0.5％的燃料以高度压缩的形式被喷入预燃室中。
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