[發(fā)明專利]內(nèi)燃機(jī)和用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310757471.2
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103821637B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: F·格魯貝爾;G·瓦爾;M·厄爾;S·曹納
• 申請（專利權(quán)）人: GE延巴赫兩合無限公司
• 主分類號: F02M21/02
• 分類號: F02M21/02;F02M25/12;F02B19/10;F02B43/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 肖日松,李強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)以及一種用于運(yùn)行該類內(nèi)燃機(jī)的方法。

背景技術(shù)

在EP 359 298 A2中公開了一種帶有主燃燒室和預(yù)燃燒室的內(nèi)燃機(jī)，對于該內(nèi)燃機(jī)而言，從轉(zhuǎn)化器向預(yù)燃燒室輸入合成氣體。因?yàn)楹铣蓺怏w含氫，由此改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火性能。

在WO 2008/150370 A1中公開了一種帶有廢氣再循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)，其中，廢氣在材料方面和燃料一起在轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化為合成氣體。這有助于降低內(nèi)燃機(jī)廢氣中的不希望的排放。

利用上述兩種積極效果很難，因?yàn)楦鶕?jù)內(nèi)燃機(jī)的工作點(diǎn)，用于兩種效果的燃燒氣體中的最佳合成氣體含量存在差異。此外，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)對合成氣體的利用受到取決于氣體成分(H₂、CO、CH₄、含三個或者多個碳原子的碳水化合物以及水蒸氣)和發(fā)動機(jī)的工作情況(功率、增壓……)的自燃情況以及取決于氣體成分的爆燃限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)在于，使上述兩種積極效果可同時優(yōu)化利用，并完全或者部分消除上述限制。

該任務(wù)通過一種具有的內(nèi)燃機(jī)以及一種用于運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的方法加以解決。按照本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)具有：至少一個主燃燒室，用于燃燒第一燃燒混合物；對于每個主燃燒室，至少一個預(yù)燃燒室，用于燃燒第二燃燒混合物；第一燃燒氣體混合器，用于提供第一燃燒混合物，該第一燃燒氣體混合器與燃料輸入管道和空氣輸入管道相連；第二燃燒氣體混合器，用于提供第二燃燒混合物，該第二燃燒氣體混合器與燃料輸入管道、空氣輸入管道以及合成氣體輸入管道相連；和第一混合物管道，該第一混合物管道與第一燃燒氣體混合器以及主燃燒室相連；第二混合物管道，該第二混合物管道與第二燃燒氣體混合器以及預(yù)燃燒室相連；其中，預(yù)燃燒室具有至少一個到主燃燒室中的貫穿開口；所述內(nèi)燃機(jī)的特征在于，第一燃燒氣體混合器為了混合合成氣體而與合成氣體輸入管道相連，并且設(shè)有一個控制裝置或者調(diào)節(jié)裝置，用于對第一燃燒混合物中和/或第二燃燒混合物中的燃料、空氣和合成氣體的混合比加以控制或者調(diào)節(jié)，該控制裝置或者調(diào)節(jié)裝置與第一燃燒氣體混合器和/或與第二燃燒氣體混合器相連。

這一方面通過不僅向預(yù)燃燒室、而且向主燃燒室至少按份額輸入合成氣體，以及另一方面通過兩個分開的燃燒氣體混合器(優(yōu)選根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作點(diǎn))對用于主燃燒室和預(yù)燃燒室的燃燒氣體成分相互獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。

通過調(diào)節(jié)或者控制合成氣體份額可以實(shí)現(xiàn)最佳的用于內(nèi)燃機(jī)的工作點(diǎn)。一方面，這通過隨著合成氣體份額的增加、亦即燃燒氣體中的氫含量的增大從而發(fā)動機(jī)的燃燒技術(shù)效率得以提高而得到。另一方面，隨著合成氣體份額的增大，設(shè)備的能源效率降低，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)化器中出現(xiàn)了較高的損失。該聯(lián)系在圖2中作了說明。

在US 2004/0045514 A1中公開了一種內(nèi)燃機(jī)，其中，不僅向主燃燒室、而且向預(yù)燃燒室輸入來自轉(zhuǎn)化器的繼續(xù)處理后的反應(yīng)產(chǎn)物，一方面應(yīng)賦予用于主燃燒室的液態(tài)燃料高的辛烷值，另一方面應(yīng)改進(jìn)點(diǎn)火。但既不需要設(shè)置控制，也不需要設(shè)置調(diào)節(jié)混合比。

為了向控制裝置或者調(diào)節(jié)裝置提供盡可能多的關(guān)于發(fā)動機(jī)狀態(tài)的信息，可以在燃料輸入管道中和/或在空氣輸入管道中和/或在廢氣管道中和/或在蒸汽輸入管道中和/或在合成氣體輸入管道中設(shè)有體積流量測量儀，所述體積流量測量儀與調(diào)節(jié)裝置或者控制裝置相連。體積流量測量儀也可以構(gòu)成為體積流量調(diào)節(jié)閥，該體積流量調(diào)節(jié)閥除了對體積流量進(jìn)行測量外還擁有調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)回路。

優(yōu)選規(guī)定，在控制裝置或者調(diào)節(jié)裝置中可計算出給定混合比，并根據(jù)給定混合比對在內(nèi)燃機(jī)第一燃燒氣體混合器中和在內(nèi)燃機(jī)第二燃燒氣體混合器中的燃料、空氣和/或合成氣體的混合比進(jìn)行調(diào)節(jié)或者控制。給定混合比根據(jù)工作點(diǎn)和使用范圍以及自然對于發(fā)動機(jī)的主燃燒室和預(yù)燃燒室而有所不同。

通過針對相應(yīng)的應(yīng)用(高發(fā)動機(jī)功率、高發(fā)動機(jī)效率、低排放)對限定的燃燒氣體成分進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，應(yīng)根據(jù)所使用的燃料和排放規(guī)定能實(shí)現(xiàn)對優(yōu)化的發(fā)動機(jī)運(yùn)行。其中有利的是，在一定的濃度限制之內(nèi)分別對氫、一氧化碳和甲烷以及較高的碳?xì)浠衔锏姆蓊~進(jìn)行調(diào)節(jié)。

為了例如針對盡可能低的有害物質(zhì)排放優(yōu)化燃?xì)獍l(fā)動機(jī)，用于主燃燒室的第一燃燒混合物(給定燃燒氣體成分)具有份額為20％至30％的氫和份額為5％至10％的一氧化碳。(所有的比例數(shù)據(jù)涉及體積份額)。

作為第二個示例，可以用除了甲烷外還含有較高碳?xì)浠衔锏娜剂蟻硪龑?dǎo)燃?xì)獍l(fā)動機(jī)以便運(yùn)行，其中，應(yīng)實(shí)現(xiàn)盡可能高的發(fā)動機(jī)功率。在該情況下，第一燃燒混合物的給定燃燒氣體成分可以具有份額為35％至45％的氫、5％至10％的一氧化碳和最大5％的較高的碳?xì)浠衔铩?/p>