[发明专利]包括燃烧室的内燃机、尤其是固定式燃气发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机、尤其是固定式燃气发动机，其包括燃烧室和预燃室，通过燃烧室管道能从第一燃料源向燃烧室供应燃料，通过吹扫气体管道能向预燃室供应吹扫气体，设有吹扫气体混合器，能通过燃料管道从第一燃料源或第二燃料源供应的燃料和能通过合成气体管道供应的合成气体能在吹扫气体混合器中混合，并且混合器输出端通入吹扫气体管道中，所述合成气体能通过重整器生成，经由重整器供应管道能从燃料源向重整器供应燃料并且重整器的重整器输出端通入合成气体管道中。

背景技术

在汽油机式运行的内燃机中，燃料-空气混合物在燃烧室内通过点火装置点燃，在此混合物点火通常通过火花塞电极上的火花放电开始。或者作为点火装置还已知激光火花塞，在其中将所需的激光形式点火能量导入燃烧室。尤其是在燃烧燃料-空气混合物的燃气发动机中，在较大的燃烧室容积下使用稀薄混合气方案。这意味着存在相当大的空气过量，由此可在最大的功率密度和同时发动机的高效率下尽可能保持小的污染物排放和构件的热负荷。极为稀薄的燃料-空气混合物的点火和燃烧在此对现代高性能燃气发动机的开发或运行构成重要挑战。

从燃气发动机的一定结构尺寸起(通常约大于六升排量)就需要使用点火促进器，以便在在尽可能短的时间内经过气缸燃烧室中的相应大的火焰距离。作为这种点火促进器通常使用预燃室，在压缩行程终点被高度压缩的燃料-空气混合物在与气缸主燃烧室隔开的相对小的辅助室中被点燃。在此，主燃烧室由工作活塞、气缸套及气缸盖限定，辅助室(预燃室)通过一个或多个溢流孔与主燃烧室连接。常常在换气阶段中用燃料吹扫或填充这种预燃室，以便加浓燃料-空气混合物并且由此改善点火和燃烧性能。为此从通往主燃烧室的燃气供应装置中分支出少量燃气并且经由适合的、设有止回阀的供应装置导入预燃室中。该燃气量在换气期间吹扫预燃室并且因此常被称为吹扫气体。

在压缩阶段中，主燃烧室的非常稀薄的燃料-空气混合物经由溢流孔流入预燃室中并且在那里与吹扫气体混合。燃料与空气在混合物中的比值以过量空气系数λ的形式说明。过量空气系数λ＝1在此表示，存在于混合物中的空气量正好等于使燃料量完全燃烧所需的空气量。在此情况下燃烧化学计量地进行。大型燃气发动机在满负荷时通常在λ约为1.9到2.0的稀薄混合气中运行，即混合物中的空气量约两倍于化学计量的空气量。通过以燃气吹扫预燃室，在与来自主燃烧室的燃料-空气混合物混合之后预燃室中的平均λ约为0.8至0.9。由此产生最佳的点火条件，并且基于能量密度形成密集的、伸入主燃烧室中的点火火舌，所述点火火舌使主燃烧室中的燃料-空气混合物迅速地充分燃烧。但在这样的λ值下，燃烧在最高的温度水平上进行，因此预燃室区域中的壁温也相当高。由此一方面预燃室和设置在其中的构件(如火花塞、阀)承受相当高的热负荷并且另一方面产生不希望的高的氮氧化物排放。

随着发动机功率的增加并且基于用于提高效率的措施还导致预燃室中更多的积炭形成。由此产生的发动机废气中的积炭含量会不利地影响废热锅炉中的热传递并且在燃气发动机的某些应用中、如用于温室CO₂施肥时引起问题。

一种用于避免积炭形成的可能性在于，稀释预燃室中的燃料-空气混合物并且通过略微的氧过量来氧化游离的碳。但在此产生与此有关的其它问题，即过量的氧在非常高的燃烧温度下在稍微超过λ＝1时可导致预燃室中的关键点上、尤其是溢流孔以及火花塞电极上的热腐蚀。

由现有技术还已知，为要供应给预燃室的吹扫气体富集相应气体，以提高内燃机稀薄混合气运行时吹扫气体的点火性能。US6,739,289B2示出一种用于为预燃室吹扫气体富集氢气的方法。在此用于预燃室的燃料被引导通过重整器，以便为燃料富集氢气。作为重整器可使用已知的热化学反应器、如蒸汽重整器。作为已知装置和方法的缺点要指出，将通过重整器生成的合成气体直接供应给内燃机的预燃室可降低预燃室和设置在其中的构件的使用寿命。

发明内容

本发明的任务在于提供补救措施并且提高预燃室和设置在其中的构件的使用寿命。尤其是应避免对预燃室和设置在其中的构件的不希望的热负荷、例如热腐蚀。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1特征的内燃机得以解决。本发明的有利实施方式在从属权利要求中给出。

根据本发明规定，设有用于冷却合成气体的冷却装置。