内燃机和用于运行内燃机的方法技术

为了在具有内部的间歇式燃烧的内燃机(10)中获得较高的效率，该内燃机包括由至少一个压缩缸(12)构成的压缩器组(11)、至少一个由至少两个膨胀缸(14)构成的膨胀器组(13)，以及布置在所述压缩器组(11)和所述膨胀器组(13)之间的热交换器(20)，其中，所述热交换器(20)的冷流室(22)具有由所述压缩器组(11)流出的且流入到所述膨胀器组(13)中的工作气流，并且所述热交换器(20)的热流室(24)具有由所述膨胀器组(13)流出的废气流，本发明专利技术提议，所述内燃机(10)在所述冷流室(22)的下游具有带有至少两个出口的工作气体分配器，其中，所述工作气体分配器的出口相应地与所述膨胀缸(14)的入口相连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种内燃机和一种用于运行内燃机的方法，该内燃机具有内部的间歇式燃烧，并包括由至少一个压缩缸构成的压缩器组、至少一个由至少两个膨胀缸构成的膨胀器组，以及布置在压缩器组和膨胀器组之间的热交换器，其中，热交换器的冷流室具有由压缩器组流出的且流入到膨胀器组中的工作气流，并且热交换器的热流室具有由膨胀器组流出的废气流。本专利技术还涉及一种用于运行具有内部的间歇式燃烧且带有热交换器的内燃机的方法，其中热量借助于热交换器传递到在压缩器组中被压缩的工作气体处。另外，本专利技术涉及一种具有至少一个气缸、至少一个进气侧的气体交换阀以及至少一个排气侧的气体交换阀的内燃机。此外，本专利技术涉及一种内燃机和一种用于运行内燃机的方法，该内燃机具有至少一个气缸和至少一个燃料管。
技术介绍
在现有技术中充分已知了由压缩缸和与之分离的膨胀缸构成并由此可实现在两个空间上分开的气缸中的四冲程循环的内燃机。例如在US 5，857，436中描述了一种具有压缩缸、膨胀缸以及布置在其之间的热交换器的内燃机，其中，未被供应给工作过程的废气的热量经热交换器又被注入到循环过程中。然而这种构造型的不利之处是，对于热交换器而言仅有有限的结构空间可供使用。由此可以得到，由于在热交换器中因气体交换所引起的不稳定流动，以及由于将热交换器集成到内燃机的气缸盖中的相当大的成本，导致内燃机的效率受到了限制。
技术实现思路
因此，本专利技术基于如下目的，即在内燃机中获得较高的效率。为了实现该目的，建议了一种具有内部的间歇式燃烧的内燃机，其包括由至少一个压缩缸、优选至少两个压缩缸构成的压缩器组，至少一个由至少两个膨胀缸构成的膨胀器组，以及布置在压缩器组和膨胀器组之间的热交换器，其中，热交换器的冷流室具有由压缩器组流出的且流入到膨胀器组中的工作气流，并且热交换器的热流室具有由膨胀器组流出的废气流，该内燃机的特征在于，内燃机在冷流室的下游具有带有至少两个出口的工作气体分配器，该工作气体分配器的出口相应地与膨胀缸的入口相连接。同样地建议了一种用于运行具有内部的间歇式燃烧且带有热交换器的内燃机的方法，其中热量借助于热交换器传递到在压缩器组中被压缩的工作气体上，该方法的特征在于，工作气体被分配到膨胀器组的至少两个膨胀缸上。借助于针对先前所提目的的上述解决方案，内燃机的效率、尤其是热力学效率可以有效的形式和方式经由废气热量到循环过程中的注入通过如下优点被提高，该优点基于工作气体分配器通过穿过热交换器的较好的且连续的或准连续的气流得到。穿过热交换器的连续的或准连续的气流的优点还带来了在热交换器的设计上的优点，这是因为不稳定的过程被尽可能地最小化，由此开发出具有明显更低成本的适用于该目的的热交换器并且可得到应用。在该情况中，内部的间歇式燃烧描述了气缸充量在气缸内实现的且在气缸的每个工作循环中重复进行的燃烧。在该类型的内燃机中，该内部的间歇式燃烧通常在膨胀缸中发生，其中膨胀缸实施四冲程循环的“作功”和“排气”工序。压缩缸与此相对地且在空间上与膨胀缸分开地承担四冲程循环的“吸气”和“压缩”任务。由于压缩缸和膨胀缸不必是两个在发动机体中相邻的气缸，因此压缩缸在结构上可布置在压缩器组中，且膨胀缸在结构上布置在与压缩器组分离的膨胀器组中。在一种有利的设计方案中，内燃机以及用于运行内燃机的方法可具有内部汽化。在此，“内部汽化”表示燃料到内燃机气缸中的直接配给。尤其是在该设计方案中意味着在封闭的气缸内部的汽化，其中，在吸气过程之后或者在完成的气体交换之后，相关气缸的气体交换阀已被关闭，且不再实现到气缸中的空气质量流。此外，然而当燃料的配给已在吸气过程的期间(即在气缸的进气阀开启的情形中)实现时，这对于内部汽化而言同样是有利的。为了更好的汽化，在阀开启时配给对内燃机的 冷启动而言可能是有利的。在该情况中，当排气阀为了将废气从气缸中排出仍被打开时，燃料的配给同样是可能的。在气缸和活塞的几何形状的合适的方法实施方案和设计方案的情形中，未燃尽的燃料不必必须到达到废气通道中。就此而言，未经冲洗的热废气在气缸中对于冷启动时的更佳内部汽化可能是有利的。为了加热设在带有内部汽化的相应气缸的下游的组件(例如废气后处理装置或上面还提到的热交换器)，当希望在废气流中通过放热反应来实现废气的加热时，除了内部汽化的上述设计方案之外，燃料同样可在排气阀开启的情形中被配给相应的气缸。同样地，该设计方案对于冷启动可能是有利的。应当指出，优选地可以使用具有内部汽化的柴油燃烧方法或汽油燃烧方法,然而内燃机或用于运行内燃机的方法的上述设计方案可有利地利用任何可能的液态或气态的燃料。在上述情况下，采用带有分开的物质流、即放热性物质流和吸热性物质流的热交换器作为热交换器。根据热力学原理，热量的传递始终是由热的物质流到冷的物质流，因此热交换器的引导较冷的工作气流的容积定义为“冷流室”，而热交换器的引导较热的废气流且与冷流室分开的容积定义为“热流室”。利用该定义，如显而易见的那样，所有流动方向被相同地定义，其中“冷流室的下游”表示在热交换器与膨胀器组之间引导工作气体的供应管，“冷流室的上游”表示在压缩器组与热交换器之间引导工作气体的供应管，“热流室的下游”表示由热交换器至排气管路或至周围环境的引导废气的供应管，而“热流室的上游”表示在膨胀器组与热交换器之间引导废气的供应管。为了由穿过热交换器的连续气流在结构上简单地转化为改善的效率的优点，此外作如下建议，即膨胀缸的至少一个出口与热流室相连接。该设计方案相应地导致从膨胀缸流出的废气被导引穿过热交换器。为热流室提供来自多个膨胀缸的因点火间隔而在不同时刻流出的废气避免了热交换器内的废气在流动特性上的波动。另外作如下建议，即在压缩器组与热交换器之间引导工作气体的供应管是隔热的。这具有如下优点，即内燃机的效率、尤其是内燃机的循环过程的热力学效率以如下方式保持在较高的水平，即热辐射和因此所使用的燃料能量的损失被减小。该供应管例如可以是由冷流室至膨胀器组的供应管，或者也可以是由膨胀器组至热流室的供应管。在具有上述特征的内燃机的情形中，压缩器组的工作容积也可与膨胀器组的工作容积相符。由此可实现内燃机的简单的结构形式，尤其是当内燃机例如以两个相同的气缸组来实施且在这些气缸组之间节省空间地布置有热交换器时。备选地，不依赖于本专利技术的其余特征，特征在于压缩器组的工作容积比膨胀器组小的带有热交换器的内燃机同样是有利的。由此又可以如下方式获得热力学效率的优点，即在该内燃机中实施的循环过程以延长的膨胀来实施。“延长的膨胀”表示工作气体或废气的超出吸气容积的膨胀，而不是直至压缩开始时的容积或直至吸气容积的膨胀。通过该措施，在保持相等的燃料能量投入的情形中提高了通过热力学循环过程可供使用的可用功率。尤其是，膨胀器组相比于压缩器组具有更多的气缸数。提高的效率的所述优点可以简单的形式和方式通过该设计方案中的延长的膨胀来完成。 作为上述设计方案的另选或附加，膨胀器组相比于压缩器组也可具有带有较大孔径的气缸和/或带有较大行程的气缸。该措施又通过前面所描述的延长的膨胀带来了较高效率的优点。此外作如下建议，即压缩器组和/或膨胀器组具有至少一个在流向上开启的气体交换阀。根据现有技术的带有汽油循环或柴油循环的内燃机几乎仅具有气体交换阀，尤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.26 DE 1020100096067;2010.10.01 DE 102010041.具有内部的间歇式燃烧的内燃机(10)，包括由至少一个压缩缸(12)构成的压缩器组(11)、至少一个由至少两个膨胀缸(14)构成的膨胀器组(13)，以及布置在所述压缩器组(11)和所述膨胀器组(13)之间的热交换器(20)，其中，所述热交换器(20)的冷流室(22)具有由所述压缩器组(11)流出的且流入到所述膨胀器组(13)中的工作气流，并且所述热交换器(20)的热流室(24)具有由所述膨胀器组(13)流出的废气流，其特征在于，所述内燃机(10)在所述冷流室(22)的下游具有带有至少两个出口的工作气体分配器，其中，所述工作气体分配器的出口相应地与所述膨胀缸(14)的入口相连接。2.根据权利要求I所述的内燃机(10)，其特征在于，所述膨胀缸(14)的至少一个出口与所述热流室(24)相连接。3.根据权利要求I或2所述的内燃机(10)，其特征在于，引导所述工作气体(15)的供应管在所述膨胀器组(13)与所述热交换器(20)之间是隔热的。4.根据权利要求I至3中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，所述压缩器组(11)具有比所述膨胀器组(13)更小的工作容积。5.根据权利要求4所述的内燃机(10)，其特征在于，所述膨胀器组(13)具有比所述压缩器组(11)更多的缸数。6.根据权利要求I至5中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，所述膨胀器组(13)具有进气阀组和排气阀组，其中所述进气阀组具有比所述排气阀组更小的流动横截面。7.根据权利要求I至6中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，所述膨胀器组(13)具有进气阀组和排气阀组，其中所述进气阀组的两个气体交换阀串联。8.根据权利要求7所述的内燃机(10)，其特征在于，所述进气阀组的两个串联的气体交换阀具有彼此不同的开启方向。9.具有内部的间歇式燃烧的内燃机(10)，包括由至少一个压缩缸(12)构成的压缩器组(11)、至少一个由至少两个膨胀缸(14)构成的膨胀器组(13)，以及布置在所述压缩器组(11)和所述膨胀器组(13)之间的热交换器(20)，其中，所述热交换器(20)的冷流室(22)具有由所述压缩器组(11)流出的且流入到所述膨胀器组(13)中的工作气流，并且所述热交换器(20)的热流室(24)具有由所述膨胀器组(13)流出的废气流，其特征在于，所述压缩器组(11)具有至少一个自动开启且自动关闭的气体交换阀。10.具有内部的间歇式燃烧的内燃机(10)，包括由至少一个压缩缸(12)构成的压缩器组(11)、至少一个由至少两个膨胀缸(14)构成的膨胀器组(13)，以及布置在所述压缩器组(11)和所述膨胀器组(13)之间的热交换器(20)，其中，所述热交换器(20)的冷流室(22)具有由所述压缩器组(11)流出的且流入到所述膨胀器组(13)中的工作气流，并且所述热交换器(20)的热流室(24)具有由所述膨胀器组(13)流出的废气流，其特征在于，所述热交换器(20)构造成逆流-叉流式热交换器。11.根据权利要求10所述的内燃机(10)，其特征在于，所述热交换器(20)构造成板式热交换器。12.具有内部的间歇式燃烧的内燃机(10)，包括由至少一个压缩缸(12)构成的压缩器组(11)、至少一个由至少两个膨胀缸(14)构成的膨胀器组(13)，以及布置在所述压缩器组(11)和所述膨胀器组(13)之间的热交换器(20)，其中，所述热交换器(20)的冷流室(22)具有由所述压缩器组(11)流出的且流入到所述膨胀器组(13)中的工作气流，并且所述热交换器(20)的热流室(24)具有由所述膨胀器组(13)流出的废气流，其特征在于，所述热流室(24)在入口侧相比于在出口侧具有更多数量的联接凸缘。13.根据权利要求12所述的内燃机(10)，其特征在于，所述热流室(24)在入口侧具有至少两个联接凸缘(25)，并且在出口侧具有一个联接凸缘(25)。14.具有内部的间歇式燃烧的内燃机(10)，包括由至少一个压缩缸(12)构成的压缩器组(11)、至少一个由至少两个膨胀缸(14)构成的膨胀器组(13)，以及布置在所述压缩器组(11)和所述膨胀器组(13)之间的热交换器(20)，其中，所述热交换器(20)的冷流室(22)具有由所述压缩器组(11)流出的且流入到所述膨胀器组(13)中的工作气流，并且所述热交换器(20)的热流室(24)具有由所述膨胀器组(13)流出的废气流，其特征在于，所述热交换器(20)在结构上布置在气缸盖(50)之外。15.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，所述热交换器(20)在结构上布置在所述内燃机(10)之外。16.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，所述热交换器(20)在包封表面(27，28)处是隔热的。17.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，所述热交换器(20)具有与第一包封表面(27)间隔开的第二包封表面(28)。18.根据权利要求17所述的内燃机(10)，其特征在于，所述热交换器(20)在所述第一包封表面(27)与所述第二包封表面(28)之间包含至少一种隔热的材料(30)。19.根据权利要求17或18所述的内燃机(10)，其特征在于，所述热交换器(20)在所述第一包封表面(27)与所述第二包封表面(28)之间具有废气。20.根据权利要求19所述的内燃机(10)，其特征在于，所述热交换器(20)在所述第一包封表面(27)与所述第二包封表面(28)之间具有由所述热交换器(20)的内部流出的废气。21.根据前述权利要求中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，所述热交换器(20)具有平行于所述内燃机的气缸组的主流动方向。22.具有内部的间歇式燃烧的内燃机(10)，包括由至少一个压缩缸(12)构成的压缩器组(11)、至少一个由至少两个膨胀缸(14)构成的膨胀器组(13)，以及布置在所述压缩器组(11)和所述膨...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪特尔·沃伊特，乌利齐·若斯，
申请(专利权)人：GETAS热力驱动系统有限公司，
类型：
国别省市：