內燃機和用于運行內燃機的方法技術

為了在具有內部的間歇式燃燒的內燃機(10)中獲得較高的效率，該內燃機包括由至少一個壓縮缸(12)構成的壓縮器組(11)、至少一個由至少兩個膨脹缸(14)構成的膨脹器組(13)，以及布置在所述壓縮器組(11)和所述膨脹器組(13)之間的熱交換器(20)，其中，所述熱交換器(20)的冷流室(22)具有由所述壓縮器組(11)流出的且流入到所述膨脹器組(13)中的工作氣流，并且所述熱交換器(20)的熱流室(24)具有由所述膨脹器組(13)流出的廢氣流，本發明專利技術提議，所述內燃機(10)在所述冷流室(22)的下游具有帶有至少兩個出口的工作氣體分配器，其中，所述工作氣體分配器的出口相應地與所述膨脹缸(14)的入口相連接。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種內燃機和一種用于運行內燃機的方法，該內燃機具有內部的間歇式燃燒，并包括由至少一個壓縮缸構成的壓縮器組、至少一個由至少兩個膨脹缸構成的膨脹器組，以及布置在壓縮器組和膨脹器組之間的熱交換器，其中，熱交換器的冷流室具有由壓縮器組流出的且流入到膨脹器組中的工作氣流，并且熱交換器的熱流室具有由膨脹器組流出的廢氣流。本專利技術還涉及一種用于運行具有內部的間歇式燃燒且帶有熱交換器的內燃機的方法，其中熱量借助于熱交換器傳遞到在壓縮器組中被壓縮的工作氣體處。另外，本專利技術涉及一種具有至少一個氣缸、至少一個進氣側的氣體交換閥以及至少一個排氣側的氣體交換閥的內燃機。此外，本專利技術涉及一種內燃機和一種用于運行內燃機的方法，該內燃機具有至少一個氣缸和至少一個燃料管。
技術介紹
在現有技術中充分已知了由壓縮缸和與之分離的膨脹缸構成并由此可實現在兩個空間上分開的氣缸中的四沖程循環的內燃機。例如在US 5，857，436中描述了一種具有壓縮缸、膨脹缸以及布置在其之間的熱交換器的內燃機，其中，未被供應給工作過程的廢氣的熱量經熱交換器又被注入到循環過程中。然而這種構造型的不利之處是，對于熱交換器而言僅有有限的結構空間可供使用。由此可以得到，由于在熱交換器中因氣體交換所引起的不穩定流動，以及由于將熱交換器集成到內燃機的氣缸蓋中的相當大的成本，導致內燃機的效率受到了限制。
技術實現思路
因此，本專利技術基于如下目的，即在內燃機中獲得較高的效率。為了實現該目的，建議了一種具有內部的間歇式燃燒的內燃機，其包括由至少一個壓縮缸、優選至少兩個壓縮缸構成的壓縮器組，至少一個由至少兩個膨脹缸構成的膨脹器組，以及布置在壓縮器組和膨脹器組之間的熱交換器，其中，熱交換器的冷流室具有由壓縮器組流出的且流入到膨脹器組中的工作氣流，并且熱交換器的熱流室具有由膨脹器組流出的廢氣流，該內燃機的特征在于，內燃機在冷流室的下游具有帶有至少兩個出口的工作氣體分配器，該工作氣體分配器的出口相應地與膨脹缸的入口相連接。同樣地建議了一種用于運行具有內部的間歇式燃燒且帶有熱交換器的內燃機的方法，其中熱量借助于熱交換器傳遞到在壓縮器組中被壓縮的工作氣體上，該方法的特征在于，工作氣體被分配到膨脹器組的至少兩個膨脹缸上。借助于針對先前所提目的的上述解決方案，內燃機的效率、尤其是熱力學效率可以有效的形式和方式經由廢氣熱量到循環過程中的注入通過如下優點被提高，該優點基于工作氣體分配器通過穿過熱交換器的較好的且連續的或準連續的氣流得到。穿過熱交換器的連續的或準連續的氣流的優點還帶來了在熱交換器的設計上的優點，這是因為不穩定的過程被盡可能地最小化，由此開發出具有明顯更低成本的適用于該目的的熱交換器并且可得到應用。在該情況中，內部的間歇式燃燒描述了氣缸充量在氣缸內實現的且在氣缸的每個工作循環中重復進行的燃燒。在該類型的內燃機中，該內部的間歇式燃燒通常在膨脹缸中發生，其中膨脹缸實施四沖程循環的“作功”和“排氣”工序。壓縮缸與此相對地且在空間上與膨脹缸分開地承擔四沖程循環的“吸氣”和“壓縮”任務。由于壓縮缸和膨脹缸不必是兩個在發動機體中相鄰的氣缸，因此壓縮缸在結構上可布置在壓縮器組中，且膨脹缸在結構上布置在與壓縮器組分離的膨脹器組中。在一種有利的設計方案中，內燃機以及用于運行內燃機的方法可具有內部汽化。在此，“內部汽化”表示燃料到內燃機氣缸中的直接配給。尤其是在該設計方案中意味著在封閉的氣缸內部的汽化，其中，在吸氣過程之后或者在完成的氣體交換之后，相關氣缸的氣體交換閥已被關閉，且不再實現到氣缸中的空氣質量流。此外，然而當燃料的配給已在吸氣過程的期間(即在氣缸的進氣閥開啟的情形中)實現時，這對于內部汽化而言同樣是有利的。為了更好的汽化，在閥開啟時配給對內燃機的 冷啟動而言可能是有利的。在該情況中，當排氣閥為了將廢氣從氣缸中排出仍被打開時，燃料的配給同樣是可能的。在氣缸和活塞的幾何形狀的合適的方法實施方案和設計方案的情形中，未燃盡的燃料不必必須到達到廢氣通道中。就此而言，未經沖洗的熱廢氣在氣缸中對于冷啟動時的更佳內部汽化可能是有利的。為了加熱設在帶有內部汽化的相應氣缸的下游的組件(例如廢氣后處理裝置或上面還提到的熱交換器)，當希望在廢氣流中通過放熱反應來實現廢氣的加熱時，除了內部汽化的上述設計方案之外，燃料同樣可在排氣閥開啟的情形中被配給相應的氣缸。同樣地，該設計方案對于冷啟動可能是有利的。應當指出，優選地可以使用具有內部汽化的柴油燃燒方法或汽油燃燒方法,然而內燃機或用于運行內燃機的方法的上述設計方案可有利地利用任何可能的液態或氣態的燃料。在上述情況下，采用帶有分開的物質流、即放熱性物質流和吸熱性物質流的熱交換器作為熱交換器。根據熱力學原理，熱量的傳遞始終是由熱的物質流到冷的物質流，因此熱交換器的引導較冷的工作氣流的容積定義為“冷流室”，而熱交換器的引導較熱的廢氣流且與冷流室分開的容積定義為“熱流室”。利用該定義，如顯而易見的那樣，所有流動方向被相同地定義，其中“冷流室的下游”表示在熱交換器與膨脹器組之間引導工作氣體的供應管，“冷流室的上游”表示在壓縮器組與熱交換器之間引導工作氣體的供應管，“熱流室的下游”表示由熱交換器至排氣管路或至周圍環境的引導廢氣的供應管，而“熱流室的上游”表示在膨脹器組與熱交換器之間引導廢氣的供應管。為了由穿過熱交換器的連續氣流在結構上簡單地轉化為改善的效率的優點，此外作如下建議，即膨脹缸的至少一個出口與熱流室相連接。該設計方案相應地導致從膨脹缸流出的廢氣被導引穿過熱交換器。為熱流室提供來自多個膨脹缸的因點火間隔而在不同時刻流出的廢氣避免了熱交換器內的廢氣在流動特性上的波動。另外作如下建議，即在壓縮器組與熱交換器之間引導工作氣體的供應管是隔熱的。這具有如下優點，即內燃機的效率、尤其是內燃機的循環過程的熱力學效率以如下方式保持在較高的水平，即熱輻射和因此所使用的燃料能量的損失被減小。該供應管例如可以是由冷流室至膨脹器組的供應管，或者也可以是由膨脹器組至熱流室的供應管。在具有上述特征的內燃機的情形中，壓縮器組的工作容積也可與膨脹器組的工作容積相符。由此可實現內燃機的簡單的結構形式，尤其是當內燃機例如以兩個相同的氣缸組來實施且在這些氣缸組之間節省空間地布置有熱交換器時。備選地，不依賴于本專利技術的其余特征，特征在于壓縮器組的工作容積比膨脹器組小的帶有熱交換器的內燃機同樣是有利的。由此又可以如下方式獲得熱力學效率的優點，即在該內燃機中實施的循環過程以延長的膨脹來實施。“延長的膨脹”表示工作氣體或廢氣的超出吸氣容積的膨脹，而不是直至壓縮開始時的容積或直至吸氣容積的膨脹。通過該措施，在保持相等的燃料能量投入的情形中提高了通過熱力學循環過程可供使用的可用功率。尤其是，膨脹器組相比于壓縮器組具有更多的氣缸數。提高的效率的所述優點可以簡單的形式和方式通過該設計方案中的延長的膨脹來完成。 作為上述設計方案的另選或附加，膨脹器組相比于壓縮器組也可具有帶有較大孔徑的氣缸和/或帶有較大行程的氣缸。該措施又通過前面所描述的延長的膨脹帶來了較高效率的優點。此外作如下建議，即壓縮器組和/或膨脹器組具有至少一個在流向上開啟的氣體交換閥。根據現有技術的帶有汽油循環或柴油循環的內燃機幾乎僅具有氣體交換閥，尤本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.02.26 DE 1020100096067;2010.10.01 DE 102010041.具有內部的間歇式燃燒的內燃機(10)，包括由至少一個壓縮缸(12)構成的壓縮器組(11)、至少一個由至少兩個膨脹缸(14)構成的膨脹器組(13)，以及布置在所述壓縮器組(11)和所述膨脹器組(13)之間的熱交換器(20)，其中，所述熱交換器(20)的冷流室(22)具有由所述壓縮器組(11)流出的且流入到所述膨脹器組(13)中的工作氣流，并且所述熱交換器(20)的熱流室(24)具有由所述膨脹器組(13)流出的廢氣流，其特征在于，所述內燃機(10)在所述冷流室(22)的下游具有帶有至少兩個出口的工作氣體分配器，其中，所述工作氣體分配器的出口相應地與所述膨脹缸(14)的入口相連接。2.根據權利要求I所述的內燃機(10)，其特征在于，所述膨脹缸(14)的至少一個出口與所述熱流室(24)相連接。3.根據權利要求I或2所述的內燃機(10)，其特征在于，引導所述工作氣體(15)的供應管在所述膨脹器組(13)與所述熱交換器(20)之間是隔熱的。4.根據權利要求I至3中任一項所述的內燃機(10)，其特征在于，所述壓縮器組(11)具有比所述膨脹器組(13)更小的工作容積。5.根據權利要求4所述的內燃機(10)，其特征在于，所述膨脹器組(13)具有比所述壓縮器組(11)更多的缸數。6.根據權利要求I至5中任一項所述的內燃機(10)，其特征在于，所述膨脹器組(13)具有進氣閥組和排氣閥組，其中所述進氣閥組具有比所述排氣閥組更小的流動橫截面。7.根據權利要求I至6中任一項所述的內燃機(10)，其特征在于，所述膨脹器組(13)具有進氣閥組和排氣閥組，其中所述進氣閥組的兩個氣體交換閥串聯。8.根據權利要求7所述的內燃機(10)，其特征在于，所述進氣閥組的兩個串聯的氣體交換閥具有彼此不同的開啟方向。9.具有內部的間歇式燃燒的內燃機(10)，包括由至少一個壓縮缸(12)構成的壓縮器組(11)、至少一個由至少兩個膨脹缸(14)構成的膨脹器組(13)，以及布置在所述壓縮器組(11)和所述膨脹器組(13)之間的熱交換器(20)，其中，所述熱交換器(20)的冷流室(22)具有由所述壓縮器組(11)流出的且流入到所述膨脹器組(13)中的工作氣流，并且所述熱交換器(20)的熱流室(24)具有由所述膨脹器組(13)流出的廢氣流，其特征在于，所述壓縮器組(11)具有至少一個自動開啟且自動關閉的氣體交換閥。10.具有內部的間歇式燃燒的內燃機(10)，包括由至少一個壓縮缸(12)構成的壓縮器組(11)、至少一個由至少兩個膨脹缸(14)構成的膨脹器組(13)，以及布置在所述壓縮器組(11)和所述膨脹器組(13)之間的熱交換器(20)，其中，所述熱交換器(20)的冷流室(22)具有由所述壓縮器組(11)流出的且流入到所述膨脹器組(13)中的工作氣流，并且所述熱交換器(20)的熱流室(24)具有由所述膨脹器組(13)流出的廢氣流，其特征在于，所述熱交換器(20)構造成逆流-叉流式熱交換器。11.根據權利要求10所述的內燃機(10)，其特征在于，所述熱交換器(20)構造成板式熱交換器。12.具有內部的間歇式燃燒的內燃機(10)，包括由至少一個壓縮缸(12)構成的壓縮器組(11)、至少一個由至少兩個膨脹缸(14)構成的膨脹器組(13)，以及布置在所述壓縮器組(11)和所述膨脹器組(13)之間的熱交換器(20)，其中，所述熱交換器(20)的冷流室(22)具有由所述壓縮器組(11)流出的且流入到所述膨脹器組(13)中的工作氣流，并且所述熱交換器(20)的熱流室(24)具有由所述膨脹器組(13)流出的廢氣流，其特征在于，所述熱流室(24)在入口側相比于在出口側具有更多數量的聯接凸緣。13.根據權利要求12所述的內燃機(10)，其特征在于，所述熱流室(24)在入口側具有至少兩個聯接凸緣(25)，并且在出口側具有一個聯接凸緣(25)。14.具有內部的間歇式燃燒的內燃機(10)，包括由至少一個壓縮缸(12)構成的壓縮器組(11)、至少一個由至少兩個膨脹缸(14)構成的膨脹器組(13)，以及布置在所述壓縮器組(11)和所述膨脹器組(13)之間的熱交換器(20)，其中，所述熱交換器(20)的冷流室(22)具有由所述壓縮器組(11)流出的且流入到所述膨脹器組(13)中的工作氣流，并且所述熱交換器(20)的熱流室(24)具有由所述膨脹器組(13)流出的廢氣流，其特征在于，所述熱交換器(20)在結構上布置在氣缸蓋(50)之外。15.根據前述權利要求中任一項所述的內燃機(10)，其特征在于，所述熱交換器(20)在結構上布置在所述內燃機(10)之外。16.根據前述權利要求中任一項所述的內燃機(10)，其特征在于，所述熱交換器(20)在包封表面(27，28)處是隔熱的。17.根據前述權利要求中任一項所述的內燃機(10)，其特征在于，所述熱交換器(20)具有與第一包封表面(27)間隔開的第二包封表面(28)。18.根據權利要求17所述的內燃機(10)，其特征在于，所述熱交換器(20)在所述第一包封表面(27)與所述第二包封表面(28)之間包含至少一種隔熱的材料(30)。19.根據權利要求17或18所述的內燃機(10)，其特征在于，所述熱交換器(20)在所述第一包封表面(27)與所述第二包封表面(28)之間具有廢氣。20.根據權利要求19所述的內燃機(10)，其特征在于，所述熱交換器(20)在所述第一包封表面(27)與所述第二包封表面(28)之間具有由所述熱交換器(20)的內部流出的廢氣。21.根據前述權利要求中任一項所述的內燃機(10)，其特征在于，所述熱交換器(20)具有平行于所述內燃機的氣缸組的主流動方向。22.具有內部的間歇式燃燒的內燃機(10)，包括由至少一個壓縮缸(12)構成的壓縮器組(11)、至少一個由至少兩個膨脹缸(14)構成的膨脹器組(13)，以及布置在所述壓縮器組(11)和所述膨...

【專利技術屬性】
技術研發人員：迪特爾·沃伊特，烏利齊·若斯，
申請(專利權)人：GETAS熱力驅動系統有限公司，
類型：
國別省市：