[发明专利]往复活塞式内燃机及使其运行的方法

说明书

技术领域

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

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。 

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。 

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。 

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。 

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)。 

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。 

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。 

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。 

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

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。 

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。