[发明专利]点火系统、燃气发动机以及运行燃气发动机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃气发动机的点火系统，还涉及一种配备了这种点火系统的燃气发动机，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、木炭煤气、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。燃气发动机例如使用在静止运行的设备中，用来实现力热耦合或例如作为船舶驱动装置。

对于燃气发动机来说迄今有这样的点火方法，借助此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(Performance Gas Injection(高效燃气喷射))点火方法，其基础是，可燃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，其中点火气体在形成火焰的情况下，在预燃室的炽热表面(例如预热塞)上引燃。在点火气体燃烧时，点火气体会膨胀，并通过朝向气缸的主燃烧室的连接孔使装在该处的可燃混合气点火。

由DE 102 996 A1已知这种用于燃气发动机的点火系统，其中此点火系统具有点火触发装置，此点火触发装置具有基于热的、设置在燃气发动机预燃室中的点火装置，用来通过热量形成火焰来点燃喷入预燃室中的点火气体射束。

例如在DE 10 2007 019 882A1中描述了另外一个这种点火系统。

PGI燃气发动机按现有技术只，只是基于在炽热的表面(例如炽热头)上点火。在此，此炽热头在低负载范围内主动地加热，以达到点火所需的温度。从较高的发动机负载范围起，就可以切断主动的加热，因为通过燃烧就能获得足够的能量，以保持点火所需的温度水平。

但炽热头温度的控制是非常困难的，因为一方面必须避免炽热头过热(以便不会太过影响它的耐用性和使用寿命)，但另一方面必须一直保持一定的最低温度(以便实现点火稳定性)。正是在部分负载范围内，协调是非常困难的，还由于炽热头(热点)上必要的保护措施而变得更加困难。热点上最细微的制造公差可能会改变炽热头的加热性能，使得标准温度控制不能再正确地运行。

此外，炽热头的失效会使整个燃气发动机都失效。主动加热的炽热头点火的另一缺点是，尤其对于燃气发动机的起动来说需要极高的温度，这会大大影响炽热头的稳定性。点火所需的温度水平随着燃气发动机增压压力的上升而下降。

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系统，借助它可提高燃气发动机的工作稳定性或可靠性。此外，本发明的目的还在于，提供一种配备了这种点火系统的燃气发动机，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所述的点火系统、按权利要求9所述的燃气发动机以及按权利要求10所述的方法得以实现。在各自的从属权利要求中给出了本发明的改进方案。

按本发明的第一角度，用于燃气发动机(尤其是PGI燃气发动机)的点火系统包含：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；点火触发装置，它具有基于热的、设置在预燃室中的点火装置，用来通过热量形成火焰来点燃点火气体射束。按本发明的点火系统的特征在于，点火触发装置还额外具有设置在预燃室中的点火火花-发生装置，用来通过点火火花形成火焰来点燃点火气体射束。

按本发明，基于热的点火装置与点火火花-发生装置相结合。其优点还在于，在燃气发动机起动时和在低负载范围内(此时只存在少量的燃烧热量)，为了基于热地点燃点火气体射束，可通过点火火花-发生装置来确保稳定地点燃点火气体射束。因此，以简单且安全的方式提高了燃气发动机的工作稳定性或可靠性，尤其在起动时及在低的至中间的发动机负载范围内。

通过点火火花-发生装置的帮助，可省略现有技术中所需的高加热温度(其用于基于热的点火装置)，这可提高基于热的点火装置的耐用性或使用寿命，因此还可改善燃气发动机的工作稳定性或可靠性。

通过按本发明的解决方案，还可解决在现有技术中出现的矛盾，即避免基于热的点火装置的过热以及保持最低温度之间的矛盾，因此可更容易地控制(尤其是闭环控制)点火系统。此外，此系统现在在制造公差方面不会再这么易受干扰，因此可简化制造并因此可节省成本。

此外，如果基于热的点火装置由于功能故障而不能运行，则点火火花-发生装置可通过它的冗余作用作为备用点火系统或后备点火系统来用。这还额外地提高了燃气发动机的可靠性。

按本发明的点火系统的实施例，基于热的点火装置具有炽热体。