[发明专利]用于燃气发动机的点火装置和燃气发动机及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃气发动机的点火装置，还涉及一种配备了这种点火装置的燃气发动机，还涉及一种运行此燃气发动机的方法。

背景技术

燃气发动机是内燃机，其使用例如天然气、液化器、木煤气、生物气、垃圾填埋气体、瓦斯或氢气作为燃料，来代替液体燃料。燃气发动机例如应用在静止运行的设备中，用来实现热力耦合或作为船舶驱动。

迄今燃气发动机的点火方法可在保持低排放的同时以较高的效率和较高的功率来运行燃气发动机。此点火方法也已知为PGI(PerformanceGas Injection)点火方法，其基础是，燃烧气体混合气或点火气体在高压下注入燃气发动机的气缸的预燃室中，其中点火气体例如在预燃室的炽热表面(例如炽热塞)上引燃。在点火气体燃烧时，点火气体会膨胀，并通过朝向气缸主燃烧室的连接孔使装在该处的燃烧气体混合气点火。

目前的PGI点火方法应用了恒定的供气压力，用于点火气体的喷入，其中只在点火气体喷射的持续时间内调节点火气体量。产生的问题是，燃气发动机的运行范围因此非常窄，因为点火时刻不能令人满意地与不同的运行状态相适应(例如提前)。其原因是，在较大压差范围内的喷射是以压缩曲线进行的，喷射时刻的细微变动对预燃室中的时间上的混合物形成也会产生巨大的影响。

因此，在点火时刻提前的情况下，未调节的喷射范围(即点火气体压力和喷射持续时间都是恒定的)可能非常快地在预燃室中导致暂时Lambda(过量空气系数)小于1(Lambda＜＜1)。由此，预燃室中的反应非常缓慢，其中只要由于预燃室中的初步反应很微弱，从而延迟了主燃烧室中的燃烧，那么不是所有的点火气体都在预燃室中氧化，因此剩余的部分会留在预燃室中。

此外，在Lambda小于1(Lambda＜＜1)时，在预燃室中的反应或火焰前锋也可以通过极端的增压层(在例如炽热塞或炽热表面的范围内过油)来熄灭。未燃烧的燃烧气体成份在相应浓度时在下一次压缩冲程中可能会导致提前点火，并因此导致主燃烧室中的燃烧中断。在喷射条件不变的情况下，这样的点火中断通常是“自立的(selbsterhaltend)”，即预燃室不能再有序地点火。这样的状况可能会导致整个燃气发动机的关机或故障，并可能导致发动机的损坏。

因此，由于目前的PGI点火方法在改变点火时刻的情况下容易导致点火中断，所以它是有局限的。但可变化的点火时刻、尤其是将点火时刻提前对改善燃气发动机的效率是很重要的，因为由此可以使燃烧重心继续往上死点(OT)的方向上移动。

由DE 102 17 996 A1已知一种燃气发动机，其中可燃气体-空气-混合物的燃烧是在燃气发动机的气缸的预燃室中的预热棒的炽热表面上进行的。

在DE 196 21 297 C1中描述了燃气发动机的点火油喷射装置的开环控制/闭环控制。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于燃气发动机的点火装置，点火时刻借助它可在更大的调节范围内变化，尤其以更大的程度相对于OT提前。此外，本发明的目的还在于，提供一种配备了这种点火装置的燃气发动机，以及提供一种运行此燃气发动机的方法。

上述目的通过按权利要求1所述的点火装置、按权利要求8所述的燃气发动机、按权利要求10所述的方法得以实现。在各自的从属权利要求中定义了本发明的改进方案。

按本发明的第一角度，提供一种用于燃气发动机的点火装置，其中点火装置包含：喷射装置，用来把以燃烧气体混合物为基础的点火气体射束喷入燃气发动机的气缸的预燃室中；点火气体射束-控制装置，用来释放和阻断朝喷射装置的气体输送；压力控制系统，用来控制用于喷射装置的燃烧气体混合物的气体压力。按本发明，所述压力控制系统设置用于根据燃气发动机的发动机负载和根据燃气发动机的气缸的点火时刻来调整气体压力。

借助按本发明构成的点火装置，可明显扩大燃气发动机的运行范围，因此点火时刻也是可以变化的(尤其也可以提前)，并因此可实现更高的效率。

这尤其通过以下方式得以实现，即按本发明的压力控制系统根据燃气发动机的发动机负载和根据点火时刻来控制点火气体的气体压力。因此，一方面可按照发动机负载来给点火气体提供足够的气体压力，另一方面可平衡由于点火时刻变动而产生的气体压力误差(点火气体的气体压力太高或太低)。

因此，例如在点火时刻被提前的情况下，能可靠地排除点火气体的燃气过量(例如暂时的Lambda太小)。换句话说，点火装置把Lambda保持在可靠或最佳的范围内(例如提前点火)，因此安全地避免燃烧中断。因此，能避免燃气发动机的关闭或停止，并能可靠地避免可能的发动机损坏。