用于运行火花点火式内燃机的方法技术

用于运行火花点火式内燃机和在至少一个气缸中可移动的活塞和至少一个连接有至少一个气缸的预燃室的方法，所述方法包括步骤：-通过尽量均匀地混合第一燃料和空气并在进气冲程中将该混合物输送入至少一个气缸来形成能点火的混合物，-在压缩冲程中用活塞压缩能点火的混合物，借此将一部分能点火的混合物输送入预燃室，-在进气冲程和压缩冲程期间，在燃烧开始前的供给时间点将第二燃料输送入预燃室，其中第二燃料具有关于第一燃料而言相同的或不同的化学组成和/或浓度，-在预燃室中进行火花点火，其特征在于，如此选择输入预燃室中的第二燃料的量和/或第二燃料的化学组成和/或预燃室的点火时间点和/或气缸充气的温度，从而可以获得所希望的燃烧持续时间。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于运行具有根据权利要求1的前序部分特征的火花点火式内燃机的方法和具有根据权利要求13的前序特征的火花点火式内燃机。在火花点火式内燃机的设计中，在减少不同类型的排放物例如氮氧化物(NOx)、未燃尽的烃类(HC)和一氧化碳(CO)的情况下存在目标冲突。对于具有高效率和低排放量的燃烧的一个大有希望的方式为所谓的HCCI-概念(英语：HomogeneousChargeCompressionIgnition，均质充量压燃)。在此，高度稀释的(即稍微混合的和/或具有高的废气再循环率的)和均质的燃料-空气-混合物的点火通过温度升高在压缩冲程期间在上死点附近进行。强烈稀释的燃料-空气-混合物容许具有极低的氮氧化物(NOx)值的燃烧。燃烧室中燃料-空气-混合物的自点火通过各种不同措施的组合来达到，例如高的几何压缩比ε和通过适当的措施的充气预热(例如增压空气的预热或废气再循环，AGR)。因为在HCCI燃烧法中，燃料-空气-混合物或多或少同时地在总燃烧室中在上死点附近点火，因此燃烧事件极快地进行。若干问题与HCCI-概念相联系。燃烧是难以控制的。具有与第一燃料不同的自点火特性的第二燃料是一个已知的概念，以改善可控制性。这当然具有缺点，它要求第二燃料的运用。与此相反，在火花点火式内燃机的情况下，燃烧的定时容易地通过点火时间点来控制。在大型火花点火式内燃机中(典型地，在150mm或更大内径的情况下)，设置预燃室，在预燃室中起动点火。从现有技术，也知道这样的概念，以控制预燃室类型的火花点火式内燃机。因此例如JP2013209967展示了活动的预燃室，其中可以控制供给预燃室的燃料的量，以避免不点火。本专利技术的任务是，提供一种方法或一种火花点火式内燃机，其容许高效率的燃烧，同时减少排放量。该任务通过根据权利要求1的方法和根据权利要求13的火花点火式内燃机实现。其他优选的实施方案在从属权利要求中加以说明。根据本专利技术设计为，如此选择供给预燃室的第二燃料的量和/或第二燃料的化学组成和/或预燃室的点火时间点和/或气缸中充气的温度，从而达到所希望的燃烧持续时间。换言之，预燃室和气缸充气的温度充当控制手段，以获得燃烧事件的更好的效率和减少的排放量。当如下设计时本专利技术可以最好地实施：可以活动地和单独地控制对于每个设置在内燃机中的预燃室，保证预燃室中空气和/或第二燃料供给的阀门。气缸充气由第一燃料、第二燃料、空气和任选地从之前的燃烧循环留下的残余气体和可能地通过外部废气再循环供给的气体组成。要注意的是，如果谈及“气缸充气”，那么由于具有“气缸充气”的预燃室和主燃室之间的液体连接，意味着主燃室和预燃室的共同容积的充气。可以设计为，第一燃料是天然气或如此程度的天然气与二氧化碳(CO2)的混合物，即CO2和甲烷(CH4)的量高于80％。可以设计为，第二燃料是天然气或天然气与具有大于10％的氢气(H2)含量的气体的组合。可以设计为，气缸充气的温度要么由在燃烧室中在气体交换期间剩下的内部AGR-率(AGR＝废气再循环)，要么由从燃烧室排出并重又供给燃烧室的废气，或由返回进气系统中的外部AGR控制。可以设计为，控制气缸充气的温度，通过影响空气和/或第一燃料的进气温度。例如，可以设计为，如果机械应力过大，则改变气缸充气的温度的步骤包括使气缸充气的温度降低。这可以例如通过使第一燃料和所供给的混合物的进气温度下降来达到。作为供给的混合物，理解为要么第一燃料与空气的混合物，要么仅仅空气。可以设计为，如果应当增加燃烧持续时间，那么就降低第二燃料中的氢含量，和如果应当减少燃烧持续时间，那么就增加第二燃料中的氢含量。可以设计为，如果应当增加燃烧持续时间，那么就降低气缸充气的温度，如果应当减少燃烧持续时间，那么就提高气缸充气的温度。可以设计为，用于预燃室的点火的点火时间点在从上死点前30°曲轴转角(30°CABTDC-crankanglebeforetopdeadcenter(上死点前曲轴转角))至对应于0°曲轴转角的OT(上死点)的范围内。可以设计为，如果应当增加燃烧持续时间，那么就推迟点火时间点，和如果应当减少燃烧持续时间，那么就提早点火时间点。可以设计为，如果第二燃料的供给时间选择在点火-OT(英语：点火TDC)前400°至40°之间，那么就选择大于1.6，优选地大于1.9的λ值，0-40％之间的AGR-率，关于可燃混合物的能量含量而言0.5-15％之间的第二燃料的量，50-130℃之间，优选地70-100℃之间的气缸入口处的混合物温度。对于曲轴转角在此示例性地说明的值对于4-冲程发动机是有效的。本专利技术较少限制在4-冲程发动机。本专利技术可以例如也在2-、5-或6-冲程发动机的情况下实施。可以设计为，选择在点火-OT前400°至40°之间的第二燃料供给时间点为大于2.0，优选地大于2.2的λ值，0-40％之间的AGR-率，关于可燃混合物的能量含量而言0.5-15％之间的第二燃料的量，70-130℃之间的气缸入口处的混合物温度。可以设计为，-中间压力(breakmeaneffectivepressure(制动平均有效压力)，BMEP)在16-28巴之间，-压缩比在10-14之间，-1mm冲程下的进气阀门关闭在进气冲程期间在下死点前30°和下死点后30°之间。燃料-空气-混合物的进气温度可以被增压空气冷却器的干扰和/或AGR-率的改变所影响。关于排放量可以确定的是，根据本专利技术的方法：-NOx-排放量是非常少的，因为可以使用非常高的空气-燃料比(非常微少的混合物)，它例如在传统的火花点火式内燃机中是不可能的。也重要的是，在燃烧开始前，不仅将第一而且将第二燃料与空气或气缸充气预混合。-CO-和HC-排放量低，因为燃烧快并在上死点附近结束，并且因为气缸充气的温度高。-炭黑排放量低，因为不仅将第一而且将第二燃料与空气或气缸充气预混合。本专利技术的优点看起来是对这样的情况负责，燃烧持续时间对于非常微少的混合物比在现有技术中短得多。该组合在现有技术中未达到。众所周知的是，与微少混合物相结合的快速燃烧产生高的效率。如已经确定的，本专利技术允许通过选择气缸充气的温度来影响燃烧持续时间。通过选择较高的气缸充气温度，可以减少燃烧持续时间并因此产生较少的未燃烧烃类和CO，以及达到较高本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于运行火花点火式内燃机和在至少一个气缸中可移动的活塞和至少一个连接有至少一个气缸的预燃室的方法，所述方法包括步骤：‑通过尽量均匀地混合第一燃料和空气并在进气冲程中将该混合物输送入至少一个气缸来形成能点火的混合物，‑在压缩冲程中用活塞压缩能点火的混合物，借此将一部分能点火的混合物输送入预燃室，‑在进气冲程和/或压缩冲程期间，在燃烧开始前的供给时间点将第二燃料输送入预燃室，其中第二燃料具有关于第一燃料而言相同的或不同的化学组成和/或浓度，‑在预燃室中进行火花点火，其特征在于，如此选择输入预燃室中的第二燃料的量和/或第二燃料的化学组成和/或预燃室的点火时间点和/或气缸充气的温度，从而可以获得所希望的燃烧持续时间。

【技术特征摘要】
2014.12.19 AT A924/20141.用于运行火花点火式内燃机和在至少一个气缸中可移动的活塞和
至少一个连接有至少一个气缸的预燃室的方法，所述方法包括步骤：
-通过尽量均匀地混合第一燃料和空气并在进气冲程中将该混合物
输送入至少一个气缸来形成能点火的混合物，
-在压缩冲程中用活塞压缩能点火的混合物，借此将一部分能点火的
混合物输送入预燃室，
-在进气冲程和/或压缩冲程期间，在燃烧开始前的供给时间点将第
二燃料输送入预燃室，其中第二燃料具有关于第一燃料而言相同的或不同
的化学组成和/或浓度，
-在预燃室中进行火花点火，
其特征在于，如此选择输入预燃室中的第二燃料的量和/或第二燃料
的化学组成和/或预燃室的点火时间点和/或气缸充气的温度，从而可以获
得所希望的燃烧持续时间。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一燃料为天然气或天然
气与CO2的混合物，以至于CO2和CH4的量大于80％。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，第二燃料为天然气或
天然气与具有大于10％的H2-含量的气体的组合。
4.根据前述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，气缸充气的
温度要么由在燃烧室中在气体交换过程期间剩下的内部AGR-率，要么由
引回进气系统的外部AGR-率控制。
5.根据前述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，气缸充气的
温度通过影响空气和/或第一燃料的进气温度来控制。
6.根据前述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，如果应当增
加燃烧持续时间，那么就降低第二燃料的氢含量，和如果应当减少燃烧持
续时间，那么就增加第二燃料的氢含量。
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【专利技术属性】
技术研发人员：F·格鲁贝尔，N·施皮拉，C·特拉普，G·廷施曼，E·穆苏，P·克里斯蒂娜，
申请(专利权)人：GE延巴赫两合无限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT