利用空气提取供应涡轮增压式汽油发动机的主动预燃室
阅读说明：本技术 利用空气提取供应涡轮增压式汽油发动机的主动预燃室 (Active prechamber for supplying a turbocharged gasoline engine using air extraction ) 是由 K·米歇尔斯 D·哈格尔斯坦 于 2020-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及利用空气提取供应涡轮增压式汽油发动机的主动预燃室,具体而言涉及内燃发动机,其包括至少一个汽缸,其中至少一个汽缸具有用于使燃料/空气混合物或燃料/空气/排出气体混合物焚烧的主燃烧室,且具有在流体侧上经由至少一个溢流导管来连接到主燃烧室的被冲洗的预燃室,且包括至少一个排出气体涡轮增压器,其具有用于离开至少一个汽缸的排出气体的膨胀的涡轮；和压缩机,其用于使将作为压缩的增压空气而供应到至少一个汽缸的新鲜空气或新鲜空气/排出气体混合物压缩。在位于压缩机的下游的增压空气管路中,形成有提取点,冲洗管路从提取点分叉,能够经由冲洗管路来提取用于冲洗至少一个预燃室的压缩的增压空气的部分的量的增压空气。(The present invention relates to an active prechamber for a turbocharged gasoline engine supplied with air extraction, in particular an internal combustion engine comprising at least one cylinder, wherein the at least one cylinder has a main combustion chamber for incineration of a fuel/air mixture or a fuel/air/exhaust gas mixture, and has a flushed prechamber connected on the fluid side to the main combustion chamber via at least one overflow conduit, and comprises at least one exhaust gas turbocharger having a turbine for expansion of the exhaust gas leaving the at least one cylinder; and a compressor for compressing fresh air or a fresh air/exhaust gas mixture supplied as compressed charge air to the at least one cylinder. In the charge air line downstream of the compressor, an extraction point is formed, from which a flushing line branches off, via which partial amounts of charge air of the amount of compressed charge air for flushing the at least one prechamber can be extracted.)
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机，该内燃发动机包括至少一个汽缸，其中，至少一个汽缸具有主燃烧室，其用于燃料/空气混合物或燃料/空气/排出气体混合物的燃烧；和被冲洗的预燃室，其经由排出气体涡轮增压器和至少一个溢流导管来在流体侧上连接到主燃烧室。
背景技术
文献EP 2 948 667 B1描述了一种用于操作多缸活塞式发动机的方法。提供的是，在发动机中，每个汽缸具有往复式活塞和预燃烧室，并且，该方法包括以下的步骤：将气态燃料引入于发动机的吸入导管中；将液体先导燃料喷射到预燃烧室中；通过活塞而借助于压缩来使液体先导燃料点火；以及利用液体先导燃料的燃烧来使气态燃料点火，其中，在液体先导燃料的喷射之前，排出气体被引入于预燃烧室中。在此方法中，在排出气体被引入于预燃烧室中之前，排出气体被冷却，并且，在排出气体与吸入空气的混合物被引入到预燃烧室中之前，吸入空气与排出气体混合。
从文献DE 10 2016 112 537 A1获知用于给主燃烧室供应压缩的燃烧空气并且给预燃室供应燃料/空气混合物的通用类型的另一汽油发动机及相关联的方法。在此提供的是，汽油发动机包括至少一个汽缸，其中，至少一个汽缸包括：主燃烧室，其用于使燃料气体-空气混合物焚烧；和被冲洗的预燃室，其经由溢流通道来联接到主燃烧室。汽油发动机进一步包括：至少一个排出气体涡轮增压器，其具有用于离开至少一个汽缸的排出气体的膨胀的涡轮；和压缩机，其用于使将供应到至少一个汽缸的空气压缩，其中，针对将被供应有空气的至少一个汽缸而提供多个空气路径，其中，经由第一空气路径，至少可压缩的空气能够由第一压缩机供应到至少一个汽缸的主燃烧室，并且其中，经由第二空气路径，可压缩的空气能够由第二压缩机供应到至少每个汽缸的预燃室。
发明内容
本发明的目标是，提供新型通用汽油发动机和用于操作汽油发动机的新方法。
该目标通过奥托循环内燃发动机和操作内燃发动机的对应的方法而达到。
本发明的出发点是一种内燃发动机，该内燃发动机包括：
·至少一个汽缸，其中，至少一个汽缸具有：主燃烧室，其用于燃料/空气混合物或燃料/空气/排出气体混合物的燃烧；和被冲洗的预燃室，其在流体侧上经由至少一个溢流导管来连接到主燃烧室；和
·至少一个排出气体涡轮增压器，其具有：用于离开至少一个汽缸的排出气体的膨胀的涡轮；和压缩机，其用于使将由至少一个汽缸作为压缩的增压空气而供应的新鲜空气或新鲜空气/排出气体混合物压缩。
根据本发明，提供的是，
·提取点在压缩机的下游形成于增压空气管路中，冲洗管路从提取点分叉，部分的量的压缩的增压空气能够经由冲洗管路来提取，以便从至少一个预燃室冲洗，其中，辅助压缩机(supplementary compressor，有时称为附加压缩机)布置于冲洗管路中，辅助压缩机如所要求的那样增大压缩的增压空气的升高的压力。
优选地提供的是，第一中间冷却器在压缩机的下游、在提取点的上游布置于增压空气管路中。
提取点优选地布置于第一中间冷却器与通向至少一个主燃烧室的吸入歧管的节流阀之间。
进一步优选地提供的是，止回阀或止回阀和缓冲罐在冲洗管路中布置于辅助压缩机的上游。
根据本发明，优选地进一步提供的是，用于将燃料供应到增压空气的燃料供给管路的供给点在辅助压缩机的下游形成于冲洗管路中，增压空气借助于辅助压缩机来再压缩，并且作为新鲜空气或作为新鲜空气/排出气体混合物而存在于冲洗管路中。
优选实施例变型提供的是，新鲜空气从设置于上游的新鲜空气管路供应到压缩机，以便新鲜空气能够经由提取点来作为压缩的增压空气而提取，并且能够如所要求的那样借助于辅助压缩机来在冲洗管路中再压缩。
在另一优选实施例中，提供的是，新鲜空气/排出气体混合物从布置于上游的新鲜空气管路供应到压缩机，通过新鲜空气管路在压缩机的上游与排气管路的排出气体再循环管路连接。结果，排出气体能够供应到新鲜空气管路中的新鲜空气，以便新鲜空气/排出气体混合物能够作为通过排出气体涡轮增压器压缩的增压空气而经由提取点来提取，并且，新鲜空气/排出气体混合物能够如所要求的那样借助于辅助压缩机来在冲洗管路中再压缩。
用于操作内燃发动机的根据本发明的方法的特征在于，内燃发动机包括至少一个汽缸，其中，至少一个汽缸具有用于燃料/空气混合物或燃料/空气/排出气体混合物的燃烧的主燃烧室，并且具有在流体侧上经由至少一个溢流导管来与主燃烧室连接的被冲洗的预燃室，其中，内燃发动机进一步包括：至少一个排出气体涡轮增压器，其具有用于离开至少一个汽缸的排出气体的膨胀的涡轮；和压缩机，其用于使将作为压缩的增压空气而供应到至少一个汽缸的新鲜空气或新鲜空气/排出气体混合物压缩，其中，根据本发明，该方法的特征在于，冲洗管路所分叉自的提取点在压缩机的下游形成于增压空气管路中，经由该冲洗管路来提取在涡轮增压器的压缩机中压缩的部分的量的增压空气，以便冲洗至少一个预燃室，其中，在冲洗管路中，辅助压缩机布置成如所要求的那样使压缩的增压空气的压力升高，以便至少一个预燃室利用再压缩的新鲜空气或再压缩的新鲜空气/排出气体混合物来冲洗。
在本发明的优选实施例中，通过内燃发动机的结构设计而有可能的是，在辅助压缩机的下游的压缩的增压空气(特别地，新鲜空气或新鲜空气/排出气体混合物)如所要求的那样被供应有燃料，以便至少一个预燃室能够利用再压缩的燃料/新鲜空气混合物或再压缩的燃料/空气/排出气体混合物来冲洗。
附图说明
本发明在下文中参考附图而解释。该图示出：
图1是内燃发动机(特别地，根据本发明的汽油发动机)的示意表示，其中，利用在排出气体涡轮增压器的下游进行的空气提取来将空气供应到用于涡轮增压式汽油发动机的主动预燃室。
具体实施方式
本发明涉及具有汽油发动机(特别地，利用气体或液体燃料来操作的汽油发动机)的内燃发动机和用于操作这样的汽油发动机的方法。
图1示出根据本发明的汽油发动机1的图解，汽油发动机1包括若干汽缸Z。汽缸Z中的每个具有主燃烧室BK和预燃室(未清楚地示出)，其中，相应的预燃室经由至少一个溢流导管(未示出)来联接到相应的汽缸Z的主燃烧室BK 。
在汽油发动机1的汽缸Z中，即，在汽缸Z的主燃烧室BK的区中，燃料气体与空气的混合物被焚烧，其中，得到的排出气体FA经由排出气体涡轮增压器200来放出，特别地，经由排出气体涡轮增压器200的涡轮201来放出，并且在示范性实施例中，在排出气体管路III中经由催化转换器(特别地，预催化转换器203和主催化转换器204)来放出。在涡轮增压器200的涡轮201的区域中以此方式获得的能量用于在压缩机202中使燃烧空气/新鲜空气FF压缩，燃烧空气/新鲜空气FF然后作为压缩的燃烧空气FL或增压空气而在增压空气管路II中供应到汽油发动机1的汽缸Z。
在所图示的示范性实施例中，借助于涡轮侧旁路来进行的最简单的形式的升高的压力控制以升高的压力控制折板(flap，有时称为活门)201-1示出。
示范性实施例涉及利用火花点火的内部混合物形成的汽油发动机1，即，燃料/空气混合物通过经由主燃烧室BK中的喷射器/喷射阀(未示出)来直接喷射液体燃料或喷射气态燃料而形成，并且借助于点火装置(未示出)来点火。所描述的方法还可以在外部混合物形成中类似地使用。这意味着，图示和随后的描述基于混合物形成的若干实施例中的一个而提供。
在示范性实施例中，排出气体再循环管路IV形成于涡轮201的上游，以常规方式，涡轮201包括排出气体再循环冷却器205和排出气体再循环折板206，其中，排出气体FA 在新鲜空气管路I的空气过滤器101的下游、在压缩机202的上游合并于新鲜空气管路I中。
根据本发明，汽油发动机1具有两个部分增压空气管路II-1和 II-2，增压空气FL-1和FL-2经由部分增压空气管路II-1和 II-2来供应到主燃烧室BK和预燃室，参见图1，主燃烧室BK和预燃室从共同增压空气管路II出发形成于压缩机202的下游，其将在下文中讨论。
从共同增压空气管路II出发，第一部分增压空气管路II-1将压缩的增压空气FL-1从压缩机202供应到相应的汽缸Z的主燃烧室BK。
从共同增压空气管路II出发，第二部分增压空气管路II-2将压缩的增压空气FL-2从压缩机202提供到相应的汽缸Z的预燃室。
换而言之，增压空气管路II具有提取点II-E(位于节流阀102的上游)，在提取点II-E处，压缩的增压空气FL利用存在于节流阀102的上游的升高的压力来作为用于相应的汽缸Z的预燃室的冲洗空气(flushing air，有时称为扫气)而提取，这就是为何第二部分增压空气管路II-2形成用于预燃室的冲洗管路和用于主燃烧室BK的部分增压空气管路II-1。
在提取点II-E的下游，止回阀301(优选地，缓冲罐302和辅助压缩机303)被分配给冲洗管路II-2，并且，在将冲洗管路II-2适当地划分成个别的冲洗空气管路之后，定时阀304被分配给每个汽缸Z，经由定时阀304，在预定义的时间，预定义的量的冲洗空气FL-2经由冲洗管路来供给到相应的汽缸Z的预燃室。
根据本发明，还提供的是，为了冲洗相应的汽缸Z的预燃室，不仅提供冲洗空气FL-2，而且备选地提供空气-燃料蒸汽混合物，以便第二部分增压空气管路II-2(其也能够被称为冲洗管路II-2) 经由燃料供应管路V来将燃料K在供给点II-2 Z处供给到冲洗管路II-2，在将冲洗管路II-2划分成个别的冲洗空气管道之前，燃料供应管路V布置于定时阀304的上游、辅助压缩机303的下游。
如果存在空气-燃料蒸汽混合物FL-2/K，则预定义的量的空气-燃料蒸汽混合物FL-2/K能够相应地在预定义的时间作为冲洗介质而经由冲洗管路II-2来供应到相应的汽缸Z的预燃室。
根据本发明，要求高于增压空气FL-1的增压空气压力的压力水平，以便以增压空气FL-2或以对于待喷射的冲洗介质的增压空气-燃料混合物FL-2/K冲洗主动预燃室。
因此，提出的是，根据本发明而布置的辅助压缩机303将冲洗管路II-2中的增压空气FL的压力水平提高到优选地高达增压空气FL的压力的两倍的预定义的冲洗空气压力。
换而言之，由辅助压缩机303生成的冲洗压力始终高于存在于预燃室中的压力。取决于需求的压力借助于辅助压缩机303来生成，辅助压缩机303的压力水平高于预燃室压力，以便在打开相应的定时阀304时，始终保证沿主燃烧室BK的方向可靠地冲洗预燃室13。因而，辅助压缩机303的下游的压力始终大于排出气体涡轮增压器200的压缩机202的压力。压缩机202和压缩机303相应地构造并且根据解释而操作。
以有利方式，由于将增压空气FL从增压空气管路II去除，因而对于处于被增压的操作的辅助压缩机303的输出压力高于环境压力，以便对于辅助压缩机303而存在较少的压缩功。换而言之，从在提取点II-E处的增压空气FL的所施加的增压空气压力出发，辅助压缩机303将其压缩效率作为压力增大而给予(deliver)，这取决于在定时阀30处的所要求或预定义的冲洗空气。
优选地提供的是，在中间冷却器LK1的下游提取增压空气FL。在本实施例中，第一中间冷却器LK1布置于共同增压空气管路II中，并且，在节流阀102的下游，另外的中间冷却器LK2布置于通向主燃烧室BK的部分增压空气管路II-1中。
有利地，在中间冷却器LK1的下游提取增压空气FL 导致在提取点II-E处的与在中间冷却器LK1的上游相比而略低的输出压力。然而，冷却器冲洗空气FL-2不仅包含较多的氧气，冷却器冲洗空气FL-2还具有较低的体积，由此，一方面，辅助压缩机303有利地必须做较少的压缩功，其中，另一方面，尽管在下游进行辅助压缩，由于可更容易在提取点II-E处得到的氧气的原因，用于冲洗预燃室的增压空气或增压空气/燃料混合物FL -2/K还是有利地更易于借助于辅助压缩机303来点火。
在备选实施例中，新鲜空气管路I中的新鲜空气FF 能够经由排出气体再循环折板206来被供应有排出气体，以便排出气体能够供应到新鲜空气FF。
在此情况下，新鲜空气/排出气体混合物FF/FA经由增压空气管路II来以预定义的混合物比率导送，新鲜空气/排出气体混合物FF/FA被引导至主燃烧室BK并且被引导至预燃室，并且如先前所讨论地经由压缩机202来压缩，并且被再压缩到冲洗管路II-2中的预燃室，其中，预定义的量的燃料K在供给点II-2Z处经由燃料供应管路V来供应到新鲜空气/排出气体混合物FF/FA，以便最后，再压缩的燃料/空气/排出气体混合物K/FF/FA能够借助于辅助压缩机303来被引导至预燃室中。
参考编号列表
1 内燃发动机/汽油发动机
101 空气过滤器
102 节流阀
Z 汽缸
BK 主燃烧室
200 排出气体涡轮增压器
201 涡轮
202 压缩机
201-1 升高的压力控制折板
203 预催化转换器
204 主催化转换器
205 排出气体再循环冷却器
206 排出气体再循环折板
301 止回阀
302 缓冲罐
303 辅助压缩机
304 定时阀
LK1 中间冷却器
LK2 中间冷却器
I 新鲜空气管路
II 增压空气管路
II-E 提取点
II-1 第一部分增压空气管路
II-2 第二部分增压空气管路、冲洗管路
II-2Z 供给点
III 排出气体管路
IV 排出气体再循环管路
V 燃料供应管路
FF 新鲜空气/燃烧空气
FL 在提取点II-E的下游的增压空气
FL-1 II-1中的增压空气
FL-2 II-2中的增压空气/冲洗空气
FL-2/K 增压空气/燃料混合物
FA 排出气体
FF/FA 新鲜空气/排出气体混合物
K 燃料
K/FF 燃料/新鲜空气混合物
K/FF/FA 燃料/空气/排出气体混合物
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