技术领域
[0001] 本
发明涉及一种根据
权利要求1的前序部分设计的用于利用柴油机循环来提供驱动
能量的
往复活塞式内燃机以及一种根据权利要求7的前序部分设计的使按照柴油机循环工作的往复活塞式内燃机运行的方法。
背景技术
[0002] 开头部分所述类型的往复活塞式内燃机及方法由DE 603 17 482 T2已知。 [0003] 下面介绍利用LPG(
液化石油气，在德语中也称为Autogas或Campinggas)作为
燃料来运行的往复活塞式内燃机的各种可能的变型设计。LPG是一种主要成分为丙烷(C3H8)和
丁烷(C4H10)的混合物。往复活塞式内燃机例如是四冲程大型
发动机。 [0004] 往复活塞式内燃机可以按照运行方法加以分类。最广为采用的运行方法是柴油机循环和
汽油机循环。柴油机循环的特点是：在内部形成混合物(在压缩结束之后在
上止点喷入燃料)；在压缩结束时由于燃烧空气
温度高而使得燃料自燃。与此相反，汽油机循环的特点是：在外部形成混合物(在中央的
汽化器内或者单独地在
气缸的吸管内)；外源点火(利用
火花塞或类似的点火源)。
汽油发动机也有在内部形成混合物的设计(“直接喷射器”)，但与柴油机循环相反，这种混合物形成在压缩冲程期间进行。
[0005] 另一主要区别在于对压缩比例的选择。两种运行方法的效率均受到较高压缩比例的
正面影响。然而，由于在运行期间会出现所谓的“
爆震”现象，所以提高汽油发动机的压缩比例受到限制。爆震在高压高温情况下在开始点火时产生，且由于在点火过程期间气缸内的压
力过快地上升而产生作用，其中，这种压力上升对
燃烧室的构件施加了很大的额外的热负荷和机械负荷。除了压缩比例和点火时的热状况外，爆震倾向主要取决于所选燃料，该燃料的爆震特性通过所谓的
辛烷值得到反映。
柴油发动机基本上需要比汽油发动机大的压缩比例，以便保证对于燃料自燃必需的压缩最终温度。
[0006] 为了能够评价发动机燃料是否能够燃烧及采用哪种方法燃烧，特定于方法 的如下特性至关重要。对于汽油发动机的燃烧来说，燃料应是耐爆震的(热稳定，辛烷值大)，且具有尽可能低的沸点温度范围。而对于柴油发动机的燃烧来说，燃料应尽可能易燃(低燃烧点温度，所谓的
十六烷值大)，且还具有良好的润滑特性(后者系出于纯技术上的原因，因为喷射在高压下进行，且喷射机构的润滑很重要)。
[0007] 汽油主要由芳香族
碳氢化合物构成，其能良好地满足汽油燃料的所需标准。而柴油燃料是一种由长分子链的饱和碳氢化合物(烷
烃)构成的混合物，其能良好地满足柴油发动机燃烧的所需标准。
[0008] 丙烷和丁烷的混合物(下面称为PG)相比于汽油具有较高的耐爆震性，因而尤其在气态中很适用于在针对汽油燃烧而设计的汽油发动机内燃烧，混合物在外界条件下处于气态。其例如应用在
汽车领域中，其中通常的汽油发动机配备有
蒸发单元，进而适用于利用液化石油气运行。
[0009] 比如用于
发电厂应用和
船舶驱动应用的现代大型发动机通常是柴油发动机。这种大型发动机也可以按照汽油机循环燃烧燃气，具体为，安装外部的混合物形成装置(例如吸管
喷嘴装置)和外源点火设备(火花塞点火或者通
过喷入柴油点火射束进行辅助油点火)。但这种大型发动机的压缩比很高，致使无法实现利用PG的无爆震的汽油运行。更确切地说，必须将压缩比减小至对于汽油机循环来说通常的值，但这样一来就会降低大型发动机的功率
密度和效率，进而无法实现经济运行。
[0010] 替代地可以规定，采用柴油机方法来燃烧PG，具体为，按照在内部形成混合物的原理，将其液态地(即作为LPG)在高压下在上止点(OT)在压缩冲程之后(点火-OT)喷入。但LPG的可燃性不足以在气缸中的压缩最终温度下点燃，致使也无法实现完整的柴油机循环。但为了克服此点，可以规定进行外源点火。因而，这种运行方法相当于汽油机和柴油机之间的混合方法，其中，形成混合物的方法与柴油机循环相当，而点火方式与汽油机循环相当。
发明内容
[0011] 本发明的目的在于，提出一种根据权利要求1的前序部分的往复活塞式内燃机，其无需利用LPG作为燃料的外源点火即可运行。本发明的目的还在于，提出一种根据权利要求7的前序部分的方法，往复活塞式内燃机采用这种方法无需利用LPG作为燃料的外源点火即可运行。
[0012] 上述目的通过一种根据权利要求1的往复活塞式内燃机或一种根据权利要求7的方法得以实现。在相应的
从属权利要求中规定了本发明的改进。
[0013] 根据本发明的第一方面，提出一种用于利用柴油机循环来提供驱
动能量的往复活塞式内燃机，其具有：至少一个气缸，在该气缸中设置有与
曲轴连接的往复运动活塞；空气输入机构，用于提供在气缸中通过往复运动活塞待压缩的燃烧空气；燃料喷射装置，用于把来自LPG燃料蓄存器的LPG燃料和来自柴油燃料蓄存器的柴油燃料喷入到气缸内的经压缩的燃烧空气中。本发明的往复活塞式内燃机的特征在于，设置有燃料混合机构，其既与LPG燃料蓄存器
流体连接，又与柴油燃料蓄存器流体连接，且被设计用于产生由LPG燃料和柴油燃料构成的均匀的燃料乳浊液，其中燃料喷射装置与燃料混合机构流体连接，且被设计用于把燃料乳浊液喷入到至少一个气缸中。
[0014] 根据本发明的往复活塞式内燃机的一种实施方式，燃料混合机构被设计用于向LPG燃料体积流混入柴油燃料体积流，用于产生均匀的燃料乳浊液，其中LPG燃料体积流的大小取决于往复活塞式内燃机的运行状态，柴油燃料体积流的大小比LPG燃料体积流小。 [0015] 往复活塞式内燃机的运行状态例如可以用负载状态、外界条件比如温度和空气湿润度等来表征。
[0016] 根据本发明的往复活塞式内燃机的另一种实施方式，燃料混合机构经过设计，使得柴油燃料体积流的大小为LPG燃料体积流的大小的不到25％。柴油燃料体积流的大小优选处于LPG燃料体积流的大小的1-15％的范围特别是5-10％的范围内。
[0017] 根据本发明的往复活塞式内燃机的又一种实施方式，燃料混合机构经过设计，使得它根据往复活塞式内燃机的运行状态(比如负载状态)来改变柴油燃料体积流的大小与LPG燃料体积流的大小的比例，以便确保在燃料乳浊液中的柴油燃料份额最少情况下燃料乳浊液的可燃性足以满足相应的运行状态。
[0018] 根据本发明的往复活塞式内燃机的再一种实施方式，它是比如用于发电厂应用和船舶驱动应用的四冲程大型发动机。
[0019] 根据本发明的第二方面，提出一种使按照柴油机循环工作的往复活塞式内燃机运行的方法，该往复活塞式内燃机具有：至少一个气缸，在该气缸中设置有与曲轴连接的往复运动活塞；空气输入机构，用于提供在气缸中的燃烧空气； 燃料喷射装置，用于喷射来自LPG燃料蓄存器的LPG燃料和来自柴油燃料蓄存器的柴油燃料。根据本发明，该方法包括：提供燃烧空气并使其在气缸中压缩；借助燃料喷射装置把柴油燃料喷入到气缸内的经压缩的燃烧空气中；借助燃料喷射装置把LPG燃料喷入到气缸内的经压缩的燃烧空气中。本发明的方法的特征在于，在喷射柴油燃料和LPG燃料之前，使柴油燃料通过燃料混合机构与LPG燃料混合，从而产生由LPG燃料和柴油燃料构成的均匀的燃料乳浊液，接下来把燃料乳浊液喷入到至少一个气缸中。
[0020] 根据本发明的方法的一种实施方式，均匀的燃料乳浊液的产生方式为，向LPG燃料体积流混入柴油燃料体积流，其中LPG燃料体积流的大小取决于往复活塞式内燃机的运行状态，柴油燃料体积流的大小比LPG燃料体积流小。
[0021] 根据本发明的方法的另一种实施方式，产生均匀的燃料乳浊液，使柴油燃料体积流的大小为LPG燃料体积流的大小的不到25％。优选地，产生均匀的燃料乳浊液，使得柴油燃料体积流的大小处于LPG燃料体积流的大小的1-15％的范围特别是5-10％的范围内。 [0022] 根据本发明的方法的再一种实施方式，使得柴油燃料体积流的大小与LPG燃料体积流的大小的比例根据往复活塞式内燃机的运行状态(比如负载状态)而改变，以便确保在燃料乳浊液中的柴油燃料份额最少情况下燃料乳浊液的可燃性足以满足相应的运行状态。
[0023] 总之，
发明人认识到，对于PG或LPG的燃烧来说有利的是，尽可能采用柴油机循环而不采用外源点火方式。为此根据本发明的一种实施方式提出，在喷入到气缸内之前将少量的柴油燃料均匀地混入到LPG燃料中，然后再喷射燃料乳浊液。柴油燃料份额使得燃料乳浊液具有所希望的自燃特性，而LPG燃料本身没有这种自燃特性。两种份额均匀地混合确保燃料乳浊液在点火特性和燃烧过程方面与纯柴油燃料完全相同，而这是外源点火(无论是利用火花塞还是利用点火射束)通过局部点火源和喷射与点火的不同时性所无法实现的。
[0024] 本发明还具体地涉及未由明确引用的权利要求的特征组合给出的实施方式，因而本发明的公开特征-这在技术上是有益的-可以任意地相互组合。
附图说明
[0025] 下面借助优选的实施方式并对照附图来介绍本发明。
[0026] 图1为根据本发明的一种实施方式的往复活塞式内燃机的示意图。 具体实施方式
[0027] 如图1中所示，根据本发明，按照柴油机循环工作的往复活塞式内燃机1具有：至少一个气缸10，在该气缸中设置有往复运动活塞12，该往复运动活塞与曲轴11连接并可在气
缸套13内移动；空气交换装置20；燃料喷射装置30；LPG燃料蓄存器40(例如LPG罐或
压力容器)；柴油燃料蓄存器50(例如柴油罐)；燃料混合机构60和有时需要的高压燃料
泵70。
[0028] 空气交换装置20具有空气输入机构21(例如形式为空气输入
阀)和排出机构22(例如形式为空气排出阀)，空气输入机构用于提供在气缸10中通过往复运动活塞12待压缩的燃烧空气，排出机构用于把废气从气缸10中排出。空气输入机构21和空气排出机构22例如被
凸轮轴(未示出)触动或者打开和关闭。
[0029] 燃料喷射装置30被设计用于把来自LPG燃料蓄存器40的LPG燃料和来自柴油燃料蓄存器50的柴油燃料喷入到气缸10内的经压缩的燃烧空气中。燃料喷射装置30优选具有喷嘴或喷射器。
[0030] 燃料混合机构60通过燃料压力管路41与LPG燃料蓄存器40流体连接，从而可给燃料混合机构60供应LPG燃料(即液态燃气)。
[0031] 燃料混合机构60还通过燃料压力管路51与柴油燃料蓄存器50流体连接，从而可给燃料混合机构60供应柴油燃料。
[0032] 燃料混合机构60被设计用于在保持对于丁烷-丙烷燃气混合物的液态物态必需的压力情况下产生由LPG燃料和柴油燃料构成的均匀的燃料乳浊液。
[0033] 燃料混合机构60通过燃料压力管路61与高压燃料泵70流体连接，高压燃料泵70通过燃料压力管路71与燃料喷射装置30流体连接。燃料喷射装置30被设计用于把由燃料混合机构60提供的燃料乳浊液喷入到至少一个气缸10中。
[0034] 根据本发明的一种实施方式，燃料混合机构60被设计用于向LPG燃料体积流混入柴油燃料体积流，用于产生均匀的燃料乳浊液，其中LPG燃料体积流的大小取决于往复活塞式内燃机1的运行状态，柴油燃料体积流的大小比LPG燃料体积流小。其优选实现方式为，使柴油燃料体积流的大小为LPG燃料体积流的大小的不到25％。
[0035] 根据本发明的另一种实施方式，燃料混合机构60经过设计，使得柴油燃料体积流的大小处于LPG燃料体积流的大小的1-15％的范围特别是5-10％的范围 内。 [0036] 燃料混合机构60经过优选设计，使得柴油燃料体积流的大小与LPG燃料体积流的大小的比例根据往复活塞式内燃机1的运行状态(比如负载状态)而改变，以便确保在燃料乳浊液中的柴油燃料份额最少情况下燃料乳浊液的可燃性足以满足相应的运行状态。 [0037] 根据本发明的一种实施方式，往复活塞式内燃机1是比如用于发电厂应用和船舶驱动应用的四冲程大型发动机。往复活塞式内燃机1替代地也可以是两冲程大型发动机。 [0038] 按照本发明的使往复活塞式内燃机1运行的方法至少具有如下步骤：提供燃烧空气并使其在气缸10中压缩；借助燃料喷射装置30把柴油燃料和LPG燃料喷入到气缸10内的经压缩的燃烧空气中，其中在喷射柴油燃料和LPG燃料之前，使柴油燃料通过燃料混合机构60与LPG燃料混合，从而产生由LPG燃料和柴油燃料构成的均匀的燃料乳浊液，接下来把燃料乳浊液喷入到至少一个气缸10中。
[0039] 根据本发明的一种实施方式，均匀的燃料乳浊液的产生方式为，向LPG燃料体积流混入柴油燃料体积流，其中LPG燃料体积流的大小取决于往复活塞式内燃机1的运行状态，柴油燃料体积流的大小比LPG燃料体积流小。
[0040] 根据本发明的另一种实施方式，产生均匀的燃料乳浊液，使柴油燃料体积流的大小为LPG燃料体积流的大小的不到25％。优选使得柴油燃料体积流的大小处于LPG燃料体积流的大小的1-15％的范围特别是5-10％的范围内。
[0041] 优选使得柴油燃料体积流的大小与LPG燃料体积流的大小的比例根据往复活塞式内燃机1的运行状态(比如负载状态)而改变，以便确保在燃料乳浊液中的柴油燃料份额最少情况下燃料乳浊液的可燃性足以满足相应的运行状态。
[0042] 本领域技术人员由前述发明介绍可清楚地知道，本发明的原理在不受限制的情况下也可转用于按照柴油机循环工作的带有多个气缸的往复活塞式内燃机及其相应的运行方法。在这种情况下，可以给每个气缸都设置一个自己的燃料混合机构，或者可以给全部气缸共同地设置一个唯一的燃料混合机构。
[0043] 附图标记清单
[0044] 1 往复活塞式内燃机
[0045] 10 气缸
[0046] 11 曲轴
[0047] 12 往复运动活塞
[0048] 13 气缸套
[0049] 20 空气交换装置
[0050] 21 空气输入机构
[0051] 22 空气排出机构
[0052] 30 燃料喷射装置
[0053] 40 LPG燃料蓄存器
[0054] 41 燃料压力管路
[0055] 50 柴油燃料蓄存器
[0056] 51 燃料压力管路
[0057] 60 燃料混合机构
[0058] 61 燃料压力管路
[0059] 70 高压燃料泵
[0060] 71 燃料压力管路。
