[发明专利]车用燃烧发动机和运行一种车用燃烧发动机的方法

说明书

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。