[发明专利]内燃机和用于运行内燃机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机以及一种用于运行该类内燃机的方法。

背景技术

在EP 359 298 A2中公开了一种带有主燃烧室和预燃烧室的内燃机，对于该内燃机而言，从转化器向预燃烧室输入合成气体。因为合成气体含氢，由此改进内燃机的点火性能。

在WO 2008/150370 A1中公开了一种带有废气再循环的内燃机，其中，废气在材料方面和燃料一起在转化器中转化为合成气体。这有助于降低内燃机废气中的不希望的排放。

利用上述两种积极效果很难，因为根据内燃机的工作点，用于两种效果的燃烧气体中的最佳合成气体含量存在差异。此外，燃气发动机对合成气体的利用受到取决于气体成分(H₂、CO、CH₄、含三个或者多个碳原子的碳水化合物以及水蒸气)和发动机的工作情况(功率、增压……)的自燃情况以及取决于气体成分的爆燃限制。

发明内容

本发明的任务在于，使上述两种积极效果可同时优化利用，并完全或者部分消除上述限制。

该任务通过一种具有的内燃机以及一种用于运行内燃机的方法加以解决。按照本发明的内燃机具有：至少一个主燃烧室，用于燃烧第一燃烧混合物；对于每个主燃烧室，至少一个预燃烧室，用于燃烧第二燃烧混合物；第一燃烧气体混合器，用于提供第一燃烧混合物，该第一燃烧气体混合器与燃料输入管道和空气输入管道相连；第二燃烧气体混合器，用于提供第二燃烧混合物，该第二燃烧气体混合器与燃料输入管道、空气输入管道以及合成气体输入管道相连；和第一混合物管道，该第一混合物管道与第一燃烧气体混合器以及主燃烧室相连；第二混合物管道，该第二混合物管道与第二燃烧气体混合器以及预燃烧室相连；其中，预燃烧室具有至少一个到主燃烧室中的贯穿开口；所述内燃机的特征在于，第一燃烧气体混合器为了混合合成气体而与合成气体输入管道相连，并且设有一个控制装置或者调节装置，用于对第一燃烧混合物中和/或第二燃烧混合物中的燃料、空气和合成气体的混合比加以控制或者调节，该控制装置或者调节装置与第一燃烧气体混合器和/或与第二燃烧气体混合器相连。

这一方面通过不仅向预燃烧室、而且向主燃烧室至少按份额输入合成气体，以及另一方面通过两个分开的燃烧气体混合器(优选根据内燃机的工作点)对用于主燃烧室和预燃烧室的燃烧气体成分相互独立地进行调节来实现。

通过调节或者控制合成气体份额可以实现最佳的用于内燃机的工作点。一方面，这通过随着合成气体份额的增加、亦即燃烧气体中的氢含量的增大从而发动机的燃烧技术效率得以提高而得到。另一方面，随着合成气体份额的增大，设备的能源效率降低，因为在转化器中出现了较高的损失。该联系在图2中作了说明。

在US 2004/0045514 A1中公开了一种内燃机，其中，不仅向主燃烧室、而且向预燃烧室输入来自转化器的继续处理后的反应产物，一方面应赋予用于主燃烧室的液态燃料高的辛烷值，另一方面应改进点火。但既不需要设置控制，也不需要设置调节混合比。

为了向控制装置或者调节装置提供尽可能多的关于发动机状态的信息，可以在燃料输入管道中和/或在空气输入管道中和/或在废气管道中和/或在蒸汽输入管道中和/或在合成气体输入管道中设有体积流量测量仪，所述体积流量测量仪与调节装置或者控制装置相连。体积流量测量仪也可以构成为体积流量调节阀，该体积流量调节阀除了对体积流量进行测量外还拥有调节阀和调节回路。

优选规定，在控制装置或者调节装置中可计算出给定混合比，并根据给定混合比对在内燃机第一燃烧气体混合器中和在内燃机第二燃烧气体混合器中的燃料、空气和/或合成气体的混合比进行调节或者控制。给定混合比根据工作点和使用范围以及自然对于发动机的主燃烧室和预燃烧室而有所不同。

通过针对相应的应用(高发动机功率、高发动机效率、低排放)对限定的燃烧气体成分进行相应的调节，应根据所使用的燃料和排放规定能实现对优化的发动机运行。其中有利的是，在一定的浓度限制之内分别对氢、一氧化碳和甲烷以及较高的碳氢化合物的份额进行调节。

为了例如针对尽可能低的有害物质排放优化燃气发动机，用于主燃烧室的第一燃烧混合物(给定燃烧气体成分)具有份额为20％至30％的氢和份额为5％至10％的一氧化碳。(所有的比例数据涉及体积份额)。

作为第二个示例，可以用除了甲烷外还含有较高碳氢化合物的燃料来引导燃气发动机以便运行，其中，应实现尽可能高的发动机功率。在该情况下，第一燃烧混合物的给定燃烧气体成分可以具有份额为35％至45％的氢、5％至10％的一氧化碳和最大5％的较高的碳氢化合物。