DE102005062255A1 - Internal combustion engine has compressor for combustion air, where separate premixing device in which some part of combustion air or mixed air is mixed with fuel, is provided for combustible mixture - Google Patents

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Abstract

The internal combustion engine has a compressor (2) for combustion air. A separate premixing device, in which some part of the combustion air or mixed air is mixed with the fuel, is provided for a combustible mixture. A device is provided to boost the energy of the combustible mixture.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einem Verdichter für die Verbrennungsluft.The The invention relates to an internal combustion engine with a compressor for the combustion air.

Derartige Brennkraftmaschinen verwenden das Brenngas als Arbeitsmedium. Je nach der Art der Verbrennung unterscheidet man Verbrennungskraftmaschinen mit zyklischer Verbrennung und Verbrennungskraftmaschinen mit kontinuierlicher Verbrennung. Die gebräuchlichsten Brennkraftmaschinen mit kontinuierlicher Verbrennung sind Gasturbinen, die auch als Strömungsmaschinen bezeichnet werden. Demgegenüber sind die gebräuchlichen Verbrennungskraftmaschinen mit zyklischer innerer Verbrennung und mit einem Verdichter für die Verbrennungsluft sogenannte Dieselbrennkraftmaschinen, bei denen im Gegensatz zur Gasturbine die Zündeinleitung durch eine Selbstzündung erfolgt und die Art der Maschine eine sogenannte Arbeitsraum bildende Maschine ist. Diese Systematik ist beispielsweise aus dem Kraftfahrtechnischen Taschenbuch, 22. Auflage, Robert Bosch GmbH 2004 bekannt.such Internal combustion engines use the fuel gas as the working medium. ever According to the type of combustion one differentiates combustion engines with cyclic combustion and internal combustion engines with continuous Combustion. The most common Continuous combustion engines are gas turbines, as well as turbomachines be designated. In contrast, are the common ones Internal combustion engines with cyclic internal combustion and with a compressor for the combustion air so-called diesel internal combustion engines, in which in contrast to the gas turbine ignition initiation is carried out by a self-ignition and the type of machine is a so-called work space forming machine is. This classification is for example from the automotive Paperback, 22nd edition, Robert Bosch GmbH 2004 known.

Derartige Verbrennungskraftmaschinen weisen bisher den Nachteil auf, dass aufgrund des besseren Ausbrandes des Brennstoffes in der Brennkraftmaschine zwar der thermische Wirkungsgrad der Maschinen gesteigert werden konnte, dass jedoch aufgrund der Erhöhung des Temperaturniveaus in der Brennkammer bzw. im Brennraum in verstärktem Umfang die Bildung von thermisch gebildetem NOx zunahm. Dies führt letztlich zu einer erhöhten Stickoxidemission der Brennkraftmaschinen, die unerwünscht ist. Diese erhöhte Stickoxidemission steht einer weiteren Wirkungsgraderhöhung der Verbrennungskraftmaschinen im Wege.such Internal combustion engines have so far the disadvantage that due to the better burnout of the fuel in the internal combustion engine Although the thermal efficiency of the machines are increased However, that could be due to the increase in temperature levels in the combustion chamber or in the combustion chamber to an increased extent the formation of thermally formed NOx increased. This ultimately leads to an increased nitrogen oxide emission the internal combustion engine, which is undesirable. This increased nitrogen oxide emission represents a further increase in efficiency of internal combustion engines in the way.

Die Erfindung hat die Aufgabe, Verbrennungskraftmaschinen mit innerer Verbrennung und mit einem Verdichter für die Verbrennungsluft dahingehend weiterzubilden, dass die thermische Bildung von NOx vermindert und der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschinen zugleich erhöht wird.The Invention has the task of internal combustion engines Combustion and with a compressor for the combustion air to the effect to develop that reduces the thermal formation of NOx and the thermal efficiency of the internal combustion engines at the same time elevated becomes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine separate Vormischeinrichtung für das Brennstoffgemisch vorgesehen ist, in der zumindest ein Teil der Verbrennungsluft mit dem Kraftstoff zu Brennstoff gemischt wird, und dass eine Einrichtung zur Energieerhöhung des Brennstoffgemisches vorgesehen ist. Der für die Vormischung zu Brennstoff verwendete Teil der Verbrennungsluft wird im folgenden auch als Mischluft bezeichnet.These Task is inventively characterized solved, that provided a separate premixing device for the fuel mixture is, in the at least part of the combustion air with the fuel is mixed to fuel, and that means for increasing the energy of the Fuel mixture is provided. The fuel for the premix used part of the combustion air is also referred to as Referred to mixed air.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung geschaffen, bei der durch die Vormischung des Brennstoffgemisches außerhalb der Brennkammer bzw. des Brennraumes eine deutlich bessere Verdampfung des Brennstoffes in der Verbrennungsluft erfolgt, so dass das der Brennkammer bzw. dem Brennraum zugeführte Brennstoffgemisch deutlich homogener ist. Durch die Homogenisierung des Brennstoffgemisches erfolgt ein deutlich homogenerer und vollständigerer Ausbrand des Brennstoffgemisches in der Brennkammer bzw. im Brennraum als dies bei den vorbekannten Verbrennungskraftmaschinen möglich ist. Für diese vollständigere Verbrennung sind jedoch deutlich geringere Temperaturen erforderlich, so dass auch die Bildungsrate von thermisch gebildetem NOx deutlich gegenüber dem Vorbekannten reduziert ist.With the measures according to the invention will created an internal combustion engine, at by the premix of the fuel mixture outside the combustion chamber or the combustion chamber a much better evaporation of the fuel in the combustion air takes place, so that the Combustion chamber or the combustion chamber supplied fuel mixture clearly is more homogeneous. By homogenizing the fuel mixture There is a much more homogeneous and complete burnout of the fuel mixture in the combustion chamber or in the combustion chamber than in the previously known Internal combustion engines possible is. For this more complete combustion However, significantly lower temperatures are required, so that Also, the rate of formation of thermally formed NOx compared to the Previously known is reduced.

Im Ergebnis wird eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung geschaffen, bei der durch den deutlich verbesserten Ausbrand des Brennstoffes der Wirkungsgrad gegenüber dem Vorbekannten erhöht und aufgrund der geringeren Verbrennungstemperaturen die NOx-Bildungsrate verringert ist. Dies wird abhängig von der jeweiligen Konstruktion der Verbrennungskraftmaschinen nur mit geringem Mehraufwand erreicht, so dass die erfindungsgemäßen Vorteile einfach und kostengünstig realisierbar sind. Dies gilt auch für die erfindungsgemäß vorgesehene Energieerhöhung des Brennstoffgemisches, die auf verschiedene Art und Weise innerhalb oder außerhalb der Verbrennungskraftmaschine erfolgen kann. Durch die separate Energieerhöhung des Brennstoffgemisches ist der zuständige Entwickler der Verbrennungskraftmaschine nicht darauf angewiesen, dass eine besonders geformte Brennkammer oder ein besonders geformter Brennraum letztlich quasi während der Verbrennung des Brennstoffgemisches diese homogene Energieerhöhung des Brennstoffgemisches gewährleistet.in the The result is an internal combustion engine created by the significantly improved burnout of the fuel the efficiency compared the previously known increases and due to the lower combustion temperatures, the NOx formation rate is reduced. This becomes dependent from the respective design of the internal combustion engines only with achieved low overhead, so that the advantages of the invention easy and inexpensive to implement are. This also applies to the invention provided energy boost of the fuel mixture in different ways within or outside the internal combustion engine can be done. By the separate energy boost of the fuel mixture is the responsible developer of the internal combustion engine not rely on having a specially shaped combustion chamber or a specially shaped combustion chamber ultimately quasi during the Combustion of the fuel mixture this homogeneous energy increase of the fuel mixture guaranteed.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims.

So kann die Einrichtung zur Energieerhöhung des Brennstoffgemisches ein Verdichter für das Brennstoffgemisch sein, der gemeinsam mit oder separat von dem Verdichter für die Verbrennungsluft ausgebildet sein kann. Die Einrichtung zur Energieerhöhung des Brennstoffgemisches kann auch ein Heizer für das Brennstoffgemisch selbst sein, wobei die Aufheizung entweder innerhalb oder außerhalb der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Dabei kann die Mischluft oder der Kraftstoff des Brennstoffgemisches durch den Heizer aufgeheizt werden. Alternativ ist auch die Heizung des Brennstoffgemisches selbst nach der Mischung von Kraftstoff und Mischluft eine vorteilhafte Weiterbildungsmöglichkeit.So may be the means for increasing the energy of the fuel mixture a compressor for be the fuel mixture, which together with or separately from the Compressor for the combustion air can be formed. The device for energy boost The fuel mixture may also be a heater for the fuel mixture itself its heating being either inside or outside the internal combustion engine takes place. The mixed air can or the fuel of the fuel mixture heated by the heater become. Alternatively, the heating of the fuel mixture itself after the mixture of fuel and mixed air a beneficial Training opportunities.

Die Leistungssteuerung der Verbrennungskraftmaschine kann besonders vorteilhaft durch die Steuerung der Mischluftmenge vor oder nach der Einrichtung zur Energieerhöhung des Brennstoffgemisches erfolgen. Auch die Steuerung des Brennstoff/Verbrennungsluftverhältnisses ist letztlich durch die Steuerung der Mischluftmenge möglich.The power control of the internal combustion engine can be particularly advantageous by the Control of the mixed air quantity before or after the device for increasing the energy of the fuel mixture done. The control of the fuel / combustion air ratio is ultimately possible by controlling the amount of mixed air.

Zur Realisierung der Erfindung kann die Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft eine Gasturbine sein, die alle üblichen Konstruktionsmerkmale aufweist. Zusätzlich ist bei der Gasturbine gemäß der Erfindung ein erfindungsgemäßes Brennstoffversorgungssystem vorgesehen, das einen Verdichter für das Brennstoffgemisch aufweist, dem eingangsseitig Mischluft aus den Brennkammern gegebenenfalls über einen Wärmetauscher und Kraftstoff zugeführt wird. In diesem zusätzlichen Verdichter erfolgt dann eine Vergasung des Kraftstoffs zum Brennstoffgemisch durch Mischung des Kraftstoffes mit der Mischluft und durch Verdichtung dieses Gemisches. Dieses verdichtete Brennstoffgemisch wird dann der Brennkammer der Gasturbine zugeführt. Versuche haben gezeigt, dass mit diesen zusätzlichen Maßnahmen bei Gasturbinen ein deutlich besserer Ausbrand des Kraftstoffes erzielbar ist, was für die eingangs beschriebenen Vorteile der Erfindung spricht.to Realization of the invention, the internal combustion engine especially advantageous to be a gas turbine, all the usual design features having. additionally is in the gas turbine according to the invention an inventive fuel supply system provided having a compressor for the fuel mixture, the input side mixed air from the combustion chambers optionally via a heat exchangers and fuel supplied becomes. In this additional Compressor is then a gasification of the fuel to the fuel mixture by mixing the fuel with the mixed air and by compression this mixture. This compressed fuel mixture then becomes fed to the combustion chamber of the gas turbine. Experiments have shown that with these extra activities For gas turbines, a significantly better burnout of the fuel is achievable, what for the advantages of the invention described above speaks.

In diesem Zusammenhang kann der zusätzliche Verdichter für das Brennstoffgemisch dem Luftverdichter der Gasturbine vorgeschaltet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der zusätzliche Verdichter für das Brennstoffgemisch dem Luftverdichter der Gasturbine nachgeschaltet ist. Dieser zusätzliche Verdichter für das Brennstoffgemisch kann durch die Turbinenwelle angetrieben werden, so dass keine zusätzliche Antriebseinrichtung erforderlich ist. Mit dem Start der Turbine durch externes Drehen der Turbinenwelle wird dann auch der Verdichter für das Brennstoffgemisch gestartet. Bei Gasturbinen kann der Heizer für den Kraftstoff ein Brenngas/Kraftstoff-Wärmetauscher in der Brennkammer der Gasturbine sein. Dies trägt ebenfalls zur vereinfachten Umsetzung der beschriebenen Erfindung bei.In In this context, the additional Compressor for the fuel mixture upstream of the air compressor of the gas turbine be. However, it is also possible that extra Compressor for the fuel mixture downstream of the air compressor of the gas turbine is. This additional compressor for the Fuel mixture can be driven by the turbine shaft, so no extra Drive device is required. With the start of the turbine by externally turning the turbine shaft is then the compressor for the fuel mixture started. In gas turbines, the heater for the fuel may be a fuel gas / fuel heat exchanger in the combustion chamber be the gas turbine. This carries also for the simplified implementation of the described invention at.

Die Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung und mit einem Verdichter für die Verbrennungsluft kann genauso vorteilhaft auch ein Dieselmotor sein, dessen Verdichter für das Brennstoffgemisch zum Teil das Abgas des Dieselmotors zugeführt wird. Dieses Abgas ist dann bereits gegenüber der Umgebungstemperatur aufgeheizt und dient der erfindungsgemäß vorgesehenen Energieerhöhung des Brennstoffgemisches. Eine separate Energieerhöhung ist dann ebenfalls wie im Fall der Gasturbinen nicht erforderlich.The Internal combustion engine with internal combustion engine Compressor for The combustion air can just as advantageous a diesel engine its compressor for the fuel mixture is partly supplied to the exhaust gas of the diesel engine. This exhaust gas is then already compared to the ambient temperature heated and serves the inventively provided energy increase of the Fuel mixture. A separate energy increase is then as well not required in the case of gas turbines.

Der Verdichter für das Brennstoffgemisch kann in diesem Zusammenhang ein abgasgetriebener Kompressor bzw. Abgasturbolader sein. Dies ist bei Dieselbrennkraftmaschinen eine sehr gebräuchliche Lösung. Der Verdichter für das Brennstoffgemisch kann dabei ein durch die Kurbelwelle des Dieselmotors angetriebener Kompressor sein, der auch beim Start des Dieselmotors die erforderliche Verdichtung des Brennstoffgemisches durchführt. Der mechanische Antrieb kann hier besonders vorteilhaft durch einen Kompressor erfolgen.Of the Compressor for The fuel mixture may in this context an exhaust gas driven Be compressor or exhaust gas turbocharger. This is with diesel engines a very common one Solution. The compressor for The fuel mixture can be a through the crankshaft of the diesel engine powered compressor, which is also at the start of the diesel engine performs the required compression of the fuel mixture. The mechanical Drive can be made particularly advantageous by a compressor here.

Grundsätzlich kann der Verdichter für die Verbrennungsluft gleichzeitig der Verdichter für das Brennstoffgemisch sein. Es ist jedoch auch möglich, dass neben dem Verdichter für die Verbrennungsluft ein zusätzlicher Verdichter für das Brennstoffgemisch vorgesehen ist. Die Einspritzung des Kraftstoffs kann dabei auf der Ansaugseite des Verdichters für das Brennstoffgemisch erfolgen. Der Anteil des rückgeführten Abgases kann vor dem Verdichter für die Verbrennungsluft oder nach dem Verdichter für die Verbrennungsluft abgezweigt werden. Zur ggf. zusätzlichen Erhöhung der Energie des Brennstoffgemisches kann auch ein separater Heizer für den Kraftstoff vorgesehen sein.Basically the compressor for the combustion air at the same time the compressor for the fuel mixture be. However, it is also possible that next to the compressor for the combustion air an additional Compressor for the fuel mixture is provided. The injection of the fuel can be done on the suction side of the compressor for the fuel mixture. The proportion of recirculated exhaust gas can be in front of the compressor for the combustion air or branched off after the compressor for the combustion air become. To possibly additional increase The energy of the fuel mixture can also be a separate heater for the Fuel be provided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the drawings and are in The following explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigenIt demonstrate

1 einen Schnitt durch eine erste Gasturbine mit einer separaten Vormischeinrichtung für das Brennstoffgemisch, 1 a section through a first gas turbine with a separate premixing device for the fuel mixture,

2 einen Schnitt durch eine zweite Gasturbine mit einer derartigen separaten Vormischeinrichtung, 2 a section through a second gas turbine with such a separate premixing device,

3 einen Schnitt durch eine dritte Gasturbine mit einer separaten Vormischeinrichtung, 3 a section through a third gas turbine with a separate premixing device,

4 einen Schnitt durch einen ersten Dieselmotor mit erfindungsgemäßer Vormischeinrichtung, 4 a section through a first diesel engine with premixing device according to the invention,

5 einen Schnitt durch einen zweiten Dieselmotor mit einer separaten Vormischeinrichtung, 5 a section through a second diesel engine with a separate premixing device,

6 ein Detail X des Dieselmotors gemäß 5 und 6 a detail X of the diesel engine according to 5 and

7 einen Schnitt durch einen dritten Dieselmotor mit einer separaten Vormischeinrichtung gemäß der Erfindung. 7 a section through a third diesel engine with a separate premixing device according to the invention.

In der 1 weist die Gasturbine (1) einen Verdichter für die Verbrennungsluft (2) auf, der die angesaugte Frischluft verdichtet. Hierzu weist der Verdichter (2) mehrere Luftverdichterräder (3) auf. Demzufolge ist die abgebildete Gasturbine eine Axialturbine. Die Luftverdichterräder (3) sind über eine Turbinenwelle (6) mit einem Turbinenrad (5) der Turbine (4) drehfest verbunden. Zwischen dem Verdichter (2) und der Turbine (4) sind mehrere Brennkammern (7) angeordnet, die die Turbinenwelle teilweise axial umgeben. Insoweit handelt es sich bei der in der 1 dargestellten Gasturbine um eine bekannte Konstruktion.In the 1 shows the gas turbine ( 1 ) a compressor for the combustion air ( 2 ), which compresses the intake fresh air. For this purpose, the compressor ( 2 ) several air compressor wheels ( 3 ) on. As a result, the illustrated gas turbine is an axial turbine. Air compressor wheels ( 3 ) are via a turbine shaft ( 6 ) with a turbine wheel ( 5 ) the door bine ( 4 ) rotatably connected. Between the compressor ( 2 ) and the turbine ( 4 ) are several combustion chambers ( 7 ), which partially surround the turbine shaft axially. In that regard, it is in the in the 1 shown gas turbine to a known construction.

Abweichend von den bisher üblichen Gasturbinen weist die in der 1 dargestellte Gasturbine ein Brennstoffversorgungssystem (8) auf, das einen zusätzlichen Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch zwischen dem Verbrennungsluftverdichter (2) und den Brennkammern (7) aufweist. Diesem zusätzlichen Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch wird einerseits ein Teil der Verbrennungsluft als Mischluft (10) aus den Brennkammern (7) der Gasturbine und andererseits Kraftstoff (11) zugeführt. Die Kraftstoffzufuhr (11) weist hier zusätzlich eine Kraftstoffzerstäubungsdüse (12) auf, um die erfindungsgemäß angestrebte Homogenisierung des Brennstoffgemisches zu fördern.Notwithstanding the usual gas turbines has in the 1 illustrated gas turbine, a fuel supply system ( 8th ), which has an additional compressor ( 9 ) for the fuel mixture between the combustion air compressor ( 2 ) and the combustion chambers ( 7 ) having. This additional compressor ( 9 ) for the fuel mixture is on the one hand a part of the combustion air as mixed air ( 10 ) from the combustion chambers ( 7 ) of the gas turbine and on the other hand fuel ( 11 ). The fuel supply ( 11 ) here also has a fuel atomizing nozzle ( 12 ) in order to promote the inventively desired homogenization of the fuel mixture.

Die dem zusätzlichen Verdichter (9) zugeführte Mischluft (10) aus den Brennkammern (7) weist eine sehr hohe Temperatur auf. Um hier eine ungewollte Selbstentzündung des Brennstoffgemisches in diesem zusätzlichen Verdichter (9) außerhalb der Brennkammern (7) zu vermeiden, ist ein Wärmetauscher (13) für die Mischluft, also ein Mischluftkühler vorgesehen. Die Zufuhr des Brennstoffgemisches zu den Brennkammern (7) erfolgt durch ein Leitsystem (14) für das Brennstoffgemisch.The additional compressor ( 9 ) supplied mixed air ( 10 ) from the combustion chambers ( 7 ) has a very high temperature. In order to prevent unwanted autoignition of the fuel mixture in this additional compressor ( 9 ) outside the combustion chambers ( 7 ) is a heat exchanger ( 13 ) are provided for the mixed air, so a mixed air cooler. The supply of the fuel mixture to the combustion chambers ( 7 ) is carried out by a control system ( 14 ) for the fuel mixture.

Abweichend von dem Stand der Technik weist die in der 1 dargestellte Gasturbine also zusätzlich zu dem Verbrennungsluftverdichter (2) einen Brennstoffgemischverdichter (9) auf, der die Mischung des Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft bereits vor dem Eintritt in die Brennkammern (7) mittels verschiedener Maßnahmen soweit homogenisiert, dass der Brennstoff in den Brennkammern (7) ohne weiteres zur homogenen Verbrennung ohne lokale Hochtemperaturbereiche geeignet ist. Dies führt einerseits zu der erfindungsgemäß vollständigen Verbrennung des Kraftstoffes in den Brennkammern (7) und sorgt andererseits für insgesamt deutlich niedrigere Verbrennungstemperaturen als dies beim Stand der Technik der Fall ist.Deviating from the prior art, in the 1 shown gas turbine in addition to the combustion air compressor ( 2 ) a fuel mixture compressor ( 9 ), the mixture of the fuel with the combustion air before entering the combustion chambers ( 7 ) homogenized by means of various measures to the extent that the fuel in the combustion chambers ( 7 ) is readily suitable for homogeneous combustion without local high temperature ranges. On the one hand, this leads to the complete combustion of the fuel in the combustion chambers according to the invention ( 7 ) and on the other hand provides for a significantly lower combustion temperatures than is the case in the prior art.

In der 2 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in der 1 mit denselben Bezugszeichen versehen. Abweichend von der Lösung gemäß 1 weist die Gasturbine in der 2 einerseits einen Kraftstoffheizer (17) auf, der als Brenngas/Kraftstoff-Wärmetauscher ausgeführt und teilweise in zumindest einer Brennkammer (7) der Gasturbine (1) angeordnet ist. Durch die zusätzliche Erwärmung des Kraftstoffes vor Zufuhr in den zusätzlichen Verdichter (9) erfolgt ebenfalls eine Energieerhöhung des Brennstoffgemisches. Dies macht insbesondere deshalb Sinn, weil bei der Gasturbine gemäß der 2 zusätzlich eine Einrichtung (15) zur Steuerung der Mischluftmenge vorgesehen ist. Diese Variation der Mischluftmenge führt letztlich auch zu einer Variation der Energieerhöhung des Brennstoffgemisches auf der Mischluftseite. Dies kann durch den zusätzlich vorgesehenen Kraftstoffheizer (17) zumindest zum Teil kompensiert und vergleichmässigt werden. Auch bei der Gasturbine gemäß 2 weist das Leitsystem (14) für das Brennstoffgemisch einen Wärmetauscher (13) für die Mischluft als Mischluftkühler auf.In the 2 are the same or equivalent device parts as in the 1 provided with the same reference numerals. Notwithstanding the solution according to 1 has the gas turbine in the 2 on the one hand a fuel heater ( 17 ), which is designed as a fuel gas / fuel heat exchanger and partially in at least one combustion chamber ( 7 ) of the gas turbine ( 1 ) is arranged. Due to the additional heating of the fuel before feeding into the additional compressor ( 9 ) is also an increase in energy of the fuel mixture. This makes sense especially because in the gas turbine according to the 2 additionally a facility ( 15 ) is provided for controlling the mixed air amount. This variation of the mixed air quantity ultimately leads to a variation of the energy increase of the fuel mixture on the mixed air side. This can be achieved by the additionally provided fuel heater ( 17 ) be at least partially compensated and made uniform. Also in the gas turbine according to 2 instructs the control system ( 14 ) for the fuel mixture a heat exchanger ( 13 ) for the mixed air as a mixed air cooler.

In der 3 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in den 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen. Abweichend von den 1 und 2 ist hier die Vormischeinrichtung für das Brennstoffgemisch vollständig von der eigentlichen Gasturbine gemäß der herkömmlichen Konstruktion getrennt. Der zusätzliche Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch ist hier also räumlich separat von der Anordnung bestehend aus Verbrennungsluftverdichter (2) und Turbine (4) angeordnet. Der Antrieb des zusätzlichen Verdichters (9) für das Brennstoffgemisch erfolgt jedoch durch die Turbinenwelle (6) mittels eines Wellenfortsatzes (16), der ein entsprechendes Radialverdichterrad antreibt. Die Steuerung der Verbrennungsluftmenge erfolgt hierbei durch ein Leitschaufelsystem (15) mit verstellbaren Leitschaufeln am radialen Ende des Radialverdichterrades. Im übrigen ergeben sich bei dieser Konstruktion dieselben Vorteile wie bei der Gasturbine gemäß der 2.In the 3 are the same or equivalent device parts as in the 1 and 2 provided with the same reference numerals. Deviating from the 1 and 2 Here, the premixing device for the fuel mixture is completely separated from the actual gas turbine according to the conventional construction. The additional compressor ( 9 ) for the fuel mixture is thus spatially separate from the arrangement consisting of combustion air compressor ( 2 ) and turbine ( 4 ) arranged. The drive of the additional compressor ( 9 ) for the fuel mixture, however, takes place through the turbine shaft ( 6 ) by means of a wave extension ( 16 ) which drives a corresponding Radialverdichterrad. The control of the amount of combustion air takes place here by a guide vane system ( 15 ) with adjustable vanes at the radial end of Radialverdichterrades. Moreover, in this construction, the same advantages as in the gas turbine according to the 2 ,

In der 4 ist ein Dieselmotor (21) als erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung dargestellt, der einen Abgasturbolader (22) als Verdichter (2) für die Verbrennungsluft aufweist. Auch hier sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie bei den Gasturbinen gemäß der 1 bis 3 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Verbrennungsluft besteht bei diesem Dieselmotor (21) aus einer Mischung von rückgeführtem Abgas aus einer Abgasrückführung (23) und zugeführter Frischluft aus einer Frischluftzufuhr (27). Das rückgeführte Abgas weist ebenfalls eine gegenüber der Umgebungstemperatur deutlich erhöhte Temperatur auf und führt letztlich nach Mischung mit dem Kraftstoff zum Brennstoff zu der erfindungsgemäß angestrebten Energieerhöhung des Brennstoffgemisches.In the 4 is a diesel engine ( 21 ) is shown as an internal combustion engine according to the invention with internal combustion, the an exhaust gas turbocharger ( 22 ) as a compressor ( 2 ) for the combustion air. Again, the same or equivalent parts of the device as in the gas turbines according to the 1 to 3 marked with the same reference numerals. The combustion air is in this diesel engine ( 21 ) from a mixture of recirculated exhaust gas from an exhaust gas recirculation ( 23 ) and supplied fresh air from a fresh air supply ( 27 ). The recirculated exhaust gas also has a relation to the ambient temperature significantly elevated temperature and ultimately leads after mixing with the fuel to the fuel to the invention sought after energy increase of the fuel mixture.

Dem Abgasturbolader (22) wird neben dieser Verbrennungsluft über eine Kraftstoffzufuhr (11) Kraftstoff zugeführt. Eine eventuell zu hohe Abgastemperatur wird durch den Wärmetauscher (13) für die Mischluft, der als Mischluftkühler wirkt, heruntergekühlt, um eine Entzündung des Brennstoffgemisches vor dem Brennraum der Dieselbrennkraftmaschine (21) zu vermeiden. Die Verdichtung des Brennstoffgemisches erfolgt dabei wie üblich auf der Ansaugseite durch den Abgasturbolader (22), der zum Start des erfindungsgemäß weiterentwickelten Dieselmotors einen mechanischen Antrieb (24) für den Kompressor aufweist. Nach dem Start der Dieselbrennkraftmaschine erfolgt der Antrieb des Abgasturboladers (22) durch die in der Abgasleitung (25) geleiteten Abgase, die die Abgasturbine (26) antreiben. Die Zufuhr des Brennstoffgemisches zur Brennkammer der Dieselbrennkraftmaschine (21) von dem Abgasturbolader (22) erfolgt durch ein insoweit bekanntes Leitsystem (14) für das Brennstoffgemisch.The exhaust gas turbocharger ( 22 ) is in addition to this combustion air via a fuel supply ( 11 ) Supplied fuel. A possibly too high exhaust gas temperature is caused by the heat exchanger ( 13 ) for the mixed air, which acts as a mixed air cooler, cooled in order to ignite the fuel mixture in front of the combustion chamber of the diesel engine ( 21 ) to avoid. The compression of the Fuel mixture takes place as usual on the intake side through the exhaust gas turbocharger ( 22 ), for the start of the inventively further developed diesel engine, a mechanical drive ( 24 ) for the compressor. After starting the diesel engine, the drive of the exhaust gas turbocharger ( 22 ) through the in the exhaust pipe ( 25 ) conducted exhaust gases, the exhaust gas turbine ( 26 ). The supply of the fuel mixture to the combustion chamber of the diesel engine ( 21 ) of the exhaust gas turbocharger ( 22 ) is carried out by a so far known control system ( 14 ) for the fuel mixture.

In der 5 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Hier erfolgt jedoch kein zusätzlicher mechanischer Antrieb (24) für den Abgasturbolader (22) sondern ein separater mechanischer Antrieb (29) für den Brennstoffgemischverdichter (9), um einen Start des Dieselmotors (21) zu gewährleisten. Zur Steuerung der Leistungsabgabe der Dieselbrennkraftmaschine gemäß 5 ist – wie in 6 für das Detail X ersichtlich – eine Steuerung (15) für die Verbrennungsluftmenge vorgesehen, die eine gesteuerte Mischung des Abgases von der Abgasrückführung (23) mit der Frischluft von dem Abgasturbolader (22) durchführt und diese Mischluft der Kraftstoffzufuhr (11) und nachfolgend dem zusätzlichen Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch durchführt.In the 5 are the same or equivalent device parts as in the 1 to 4 marked with the same reference numerals. Here, however, no additional mechanical drive ( 24 ) for the exhaust gas turbocharger ( 22 ) but a separate mechanical drive ( 29 ) for the fuel mixture compressor ( 9 ) to start the diesel engine ( 21 ) to ensure. For controlling the power output of the diesel engine according to 5 is - as in 6 for the detail X apparent - a control ( 15 ) is provided for the amount of combustion air, which is a controlled mixture of the exhaust gas from the exhaust gas recirculation ( 23 ) with the fresh air from the exhaust gas turbocharger ( 22 ) and this mixed air of the fuel supply ( 11 ) and subsequently the additional compressor ( 9 ) for the fuel mixture.

Diese Mischung erfolgt in einer Mischkammer (28), die der Steuerung (15) für die Verbrennungsluftmenge nachgeschaltet ist.This mixture takes place in a mixing chamber ( 28 ), the control ( 15 ) is connected downstream of the amount of combustion air.

In der 7 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile mit denselben Bezugszeichen wie in den 1 bis 6 versehen. Auch diese Dieselbrennkraftmaschine (21) weist eine Steuerung (15) für die Verbrennungsluftmenge auf. Der Antrieb des zusätzlichen Verdichters (9) für das Brennstoffgemisch erfolgt hier durch einen separaten Elektromotor (29). Um eine gleichmäßige Energieerhöhung des Brennstoffgemisches zu gewährleisten, weist hier die Kraftstoffzufuhr (11) noch einen zusätzlichen Kraftstoffheizer (17) auf. Im übrigen ergeben sich auch bei diesem Dieselmotor (21) dieselben erfindungsgemäßen Vorteile wie bei den vorher dargestellten Lösungen.In the 7 are identical or equivalent device parts with the same reference numerals as in the 1 to 6 Mistake. Also this diesel engine ( 21 ) has a controller ( 15 ) for the amount of combustion air. The drive of the additional compressor ( 9 ) for the fuel mixture takes place here by a separate electric motor ( 29 ). In order to ensure a uniform increase in energy of the fuel mixture, here the fuel supply ( 11 ) an additional fuel heater ( 17 ) on. Incidentally, this diesel engine ( 21 ) Same advantages of the invention as in the solutions previously shown.

Claims (22)

Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einem Verdichter für die Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Vormischeinrichtung für das Brennstoffgemisch, in der zumindest ein Teil der Verbrennungsluft (Mischluft) mit dem Kraftstoff zu Brennstoff gemischt wird, und eine Einrichtung zur Energieerhöhung des Brennstoffgemisches vorgesehen ist.Internal combustion engine with a compressor for the combustion air, characterized in that a separate premixing device for the fuel mixture, in which at least part of the combustion air (mixed air) is mixed with the fuel to fuel, and means for increasing the energy of the fuel mixture is provided. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Energieerhöhung des Brennstoffgemisches ein Verdichter für das Brennstoffgemisch ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the device for increasing the energy of the Fuel mixture is a compressor for the fuel mixture. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Energieerhöhung des Brennstoffgemisches ein Heizer für das Brennstoffgemisch ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the device for increasing the energy of the Fuel mixture a heater for the fuel mixture is. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer die Mischluft aufheizt.Internal combustion engine according to claim 3, characterized characterized in that the heater heats the mixed air. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer den Kraftstoff aufheizt.Internal combustion engine according to claim 3, characterized characterized in that the heater heats the fuel. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer das Brennstoffgemisch aufheizt.Internal combustion engine according to claim 3, characterized characterized in that the heater heats the fuel mixture. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungssteuerung durch Steuerung der Mischluftmenge erfolgt.Internal combustion engine according to claim 1, characterized characterized in that the power control by controlling the Mixed air quantity takes place. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Brennstoff/Verbrennungsluftverhältnisses durch Steuerung der Mischluftmenge erfolgt.Internal combustion engine according to claim 7, characterized characterized in that the control of the fuel / combustion air ratio by controlling the amount of mixed air. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine eine Gasturbine (1) mit einem Verdichter (2) für die Verbrennungsluft ist, der mindestens ein Luftverdichterrad (3) aufweist, mit einer Turbine (4), die mindestens ein Turbinenrad (5) aufweist, und mit einer Turbinenwelle (6), die das Luftverdichterrad (3) mit dem Turbinenrad (5) drehfest verbindet, mit mindestens einer Brennkammer (7), die die Turbinenwelle (6) zumindest teilweise axial umgibt, dass ein Brennstoffversorgungssystem (8) den Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch aufweist, dem eingangsseitig Mischluft (10) aus den Brennkammern (7) und Kraftstoff zugeführt wird, dass in dem zusätzlichen Verdichter (9) eine Vergasung des Kraftstoffs zum Brennstoffgemisch durch Mischung des Kraftstoffs mit der Mischluft (10) und Verdichtung dieses Gemisches erfolgt und dass das verdichtete Brennstoffgemisch der Brennkammer zugeführt wird.Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the internal combustion engine is a gas turbine ( 1 ) with a compressor ( 2 ) for the combustion air, the at least one air compressor wheel ( 3 ), with a turbine ( 4 ), which has at least one turbine wheel ( 5 ), and with a turbine shaft ( 6 ), the air compressor wheel ( 3 ) with the turbine wheel ( 5 ) rotatably connects, with at least one combustion chamber ( 7 ), which is the turbine shaft ( 6 ) at least partially surrounds a fuel supply system ( 8th ) the compressor ( 9 ) for the fuel mixture, the input side mixed air ( 10 ) from the combustion chambers ( 7 ) and fuel is supplied to that in the additional compressor ( 9 ) a gasification of the fuel to the fuel mixture by mixing the fuel with the mixed air ( 10 ) and compression of this mixture takes place and that the compressed fuel mixture is supplied to the combustion chamber. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch dem Luftverdichter (2) vorgeschaltet ist.Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the additional compressor ( 9 ) for the fuel mixture the air compressor ( 2 ) is connected upstream. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch dem Luftverdichter (2) nachgeschaltet ist.Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the additional Compressor ( 9 ) for the fuel mixture the air compressor ( 2 ) is connected downstream. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch durch die Turbinenwelle (6) angetrieben wird.Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the additional compressor ( 9 ) for the fuel mixture through the turbine shaft ( 6 ) is driven. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (17) für den Kraftstoff ein Brenngas/Kraftstoffwärmetauscher in der Brennkammer ist.Internal combustion engine according to claim 5 and claim 9, characterized in that the heater ( 17 ) for the fuel is a fuel gas / fuel heat exchanger in the combustion chamber. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine ein Dieselmotor (21) ist, dessen Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch zum Teil das Abgas des Dieselmotors zugeführt wird.Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the internal combustion engine is a diesel engine ( 21 ), whose compressor ( 9 ) For the fuel mixture partly the exhaust gas of the diesel engine is supplied. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter für das Brennstoffgemisch (9) ein abgasgetriebener Kompressor (22) (Abgasturbolader) ist.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the compressor for the fuel mixture ( 9 ) an exhaust gas driven compressor ( 22 ) (Exhaust gas turbocharger) is. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch ein durch die Kurbelwelle des Dieselmotors angetriebener Kompressor ist.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the compressor ( 9 ) is a driven by the crankshaft of the diesel engine compressor for the fuel mixture. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch ein separat, insbesondere mittels Elektromotor (29) angetriebener Kompressor ist.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the compressor ( 9 ) for the fuel mixture separately, in particular by means of an electric motor ( 29 ) is driven compressor. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Verdichter (22) für die Mischluft ein zusätzlicher Verdichter (9) für das Brennstoffgemisch vorgesehen ist.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that in addition to the compressor ( 22 ) for the mixed air an additional compressor ( 9 ) is provided for the fuel mixture. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung des Kraftstoffes auf der Ansaugseite des Verdichters (9) für das Brennstoffgemisch erfolgt.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the injection of the fuel on the suction side of the compressor ( 9 ) takes place for the fuel mixture. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasteil vor dem Verdichter (22) für die Mischluft abgezweigt wird.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the exhaust part in front of the compressor ( 22 ) is diverted for the mixed air. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasteil nach dem Verdichter (22) für die Mischluft abgezweigt wird.Internal combustion engine according to claim 14, characterized in that the exhaust part after the compressor ( 22 ) is diverted for the mixed air. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein separater Heizer (17) für den Kraftstoff vorgesehen ist.Internal combustion engine according to claim 5 and 14, characterized in that a separate heater ( 17 ) is provided for the fuel.
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