專利名稱：運行車輛特別是汽車的內(nèi)燃機的方法以及用于實施這種方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的運行車輛特別是汽車的內(nèi)燃機的方法，以及一種根據(jù)權(quán)利要求11的前序部分的用于實施這種方法的裝置。
為了減少內(nèi)燃機的有害成份，通常已知的是，對導(dǎo)入到內(nèi)燃機燃燒室中作為燃燒用空氣的環(huán)境空氣進行預(yù)處理，它通常由21％的氧氣，78％的氮氣以及1％的其他氣體共同組成。因此由DE 197 10 840已知，設(shè)有一種通往進氣道的加濃通道，其中在加濃通道內(nèi)設(shè)有一種氧氣分子可通過的膜片。利用在進氣道中存在的負(fù)壓，環(huán)境空氣穿過膜片被吸入，環(huán)境空氣隨后在出口側(cè)用氧氣加濃。在這些混合氣體作為燃燒用空氣被導(dǎo)入到燃燒室之前，在加濃通道的通入?yún)^(qū)域內(nèi)在進氣道中發(fā)生正常吸進的環(huán)境空氣與從加濃通道中進入的氧氣加濃的空氣的混合。
由DE 195 43 884 A1已知一種方法，其中氧氣加濃的體積流昂貴地在一個非低溫的(nichtkryogen)分離裝置中從空氣氣流中利用滲透得到并將其導(dǎo)入到內(nèi)燃機中。從非低溫的分離裝置中得到的氧氣加濃的體積流量被壓縮然后在一個緩沖器里中間存儲并在那里根據(jù)需要進行分配。
由DE 197 10 842 A1已知一種用于減少內(nèi)燃機中的有害物質(zhì)和燃燒廢氣的方法，其中，氧氣含量增大的燃燒用空氣被導(dǎo)入到內(nèi)燃機中，在此，來自環(huán)境空氣的燃燒用空氣通過一個設(shè)置在一箱體內(nèi)的并且僅讓氧氣分子穿過的膜片來獲得。為了減少催化轉(zhuǎn)化器的響應(yīng)時間并且從而能夠減少在催化之后的有害排放，此處建議，氧氣含量增大的氣流根據(jù)內(nèi)燃機的運行工況與吸進的空氣相混合。
由DE 199 12 137 A1已知一種氧氣加濃的內(nèi)燃機，其中，這種內(nèi)燃機具有一個氣體存儲裝置用于存儲所產(chǎn)生的氧氣加濃的氣體，其中設(shè)有用于從內(nèi)燃機冷啟動階段直到實現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的暖機狀態(tài)的過程中將氣體存儲裝置中存儲的氧氣加濃的氣體送往內(nèi)燃機的裝置。在內(nèi)燃機的暖機工況中至少有時候氧氣增濃的氣體通過一氧氣分離裝置從空氣中產(chǎn)生并在氣體存儲裝置里中間存儲。
由DE 44 04 681 C1也已知一種與DE 197 10 840 A1相似的方法和相似的構(gòu)造，其中一個與燃燒室相連的排氣管至少安裝有一個用來輸送氧氣-氮氣混合氣的導(dǎo)管，它設(shè)有一個讓氧氣能夠通過的或者存儲氧氣的中間壁，并且通過它只有氧氣被導(dǎo)入到從燃燒室里導(dǎo)出的燃燒廢氣中。
由DE 42 01 423 A1已知一種方法，其中，將一種昂貴的氣體滲透裝置安裝在柴油機之前，從而輸送給柴油機的燃燒用空氣首先完全穿過一種膜片被過濾，以便產(chǎn)生氧氣加濃的燃燒用空氣流。
由WO 01/18369 A1也已知另外一種同類型的用于汽車內(nèi)燃機運行的方法。具體來講，其中設(shè)有用作氣體分離裝置的氮氣吸收器，但是它非常昂貴并且安裝麻煩。這種氧氣加濃的氣體在這里之后再次通過一個獨立的導(dǎo)管與從大氣中或者環(huán)境中吸進的未氧氣加濃的燃燒用空氣相混合。
所有這些方法和構(gòu)造的共同點在于，或者是氧氣加濃的氣體通過一個獨立的導(dǎo)管與從環(huán)境空氣中吸進的氣流混合，或者是這些吸進的燃燒用空氣在導(dǎo)入燃燒室之前完全通過一個膜片過濾來進行氧氣加濃。這種構(gòu)造的問題在于，在第一種情況中要求高的設(shè)備以及構(gòu)造技術(shù)成本，而在第二種情況中存在這樣的危險，即這種膜片隨時都在老化并且因此不能再確保所需要的氣流進入燃燒室。因此，在這里對于投入批量應(yīng)用的實施及實現(xiàn)是困難的。
本發(fā)明的目的在于，提供一種運行車輛特別是汽車的內(nèi)燃機的方法，以及一種用于實施這種方法的裝置，利用這種方法或裝置，可以以簡單和有效的方式對導(dǎo)入內(nèi)燃機燃燒室內(nèi)的燃燒用空氣進行氧氣加濃。
所述目的關(guān)于方法通過權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)。
根據(jù)權(quán)利要求1，吸入空氣流沿著吸入空氣流動路徑的至少一個部分區(qū)域在至少一個多孔隙的固體壁旁邊流過和/或沿著它流動，其孔隙大小這樣設(shè)計，使得吸入空氣的沿著多孔隙的固體壁流過的氧氣及氮氣分子中，穿過多孔隙的固體壁的氮氣分子數(shù)量比氧氣分子數(shù)量多。由此形成可以被輸送給至少一個燃燒室的作為主氣流的氮氣減少而氧氣加濃的燃燒用空氣流以及形成至少一個氮氣加濃而氧氣減少的副氣流，副氣流不被導(dǎo)入所述至少一個燃燒室中。
因此，在按照本發(fā)明的方法中，特別有利的是，可以在一定程度上附帶著將氮氣從基本上無阻礙流動的作為吸入空氣流的主氣流中分支出去，因為致使氧氣加濃的多孔隙固體壁這樣地沿著吸入空氣的流動路徑設(shè)置，使得吸入空氣的旁流或者旁掠就足以實現(xiàn)被導(dǎo)入燃燒室內(nèi)的燃燒用空氣流中的氧氣加濃和氮氣減少。也就是說，在按照本發(fā)明的解決方案中，這些吸進的燃燒用空氣實際上是無阻礙地流動的，而在現(xiàn)有技術(shù)中采取了一些措施，它們總體上減弱了或者從形式上改變了進入燃燒室的氣流，例如通過使用封堵氣流通道的膜片或者過濾器，吸進的燃燒用空氣必須完全地流過膜片或過濾器，并且膜片或過濾器此外還可能隨著時間推移而老化。另外的優(yōu)點是不需要附加的設(shè)備技術(shù)上的構(gòu)造，例如氣體存儲裝置或者附加的空氣導(dǎo)管—必須利用這些裝置在一個單獨的設(shè)備中將產(chǎn)生的氧氣加濃的氣體混合到吸入空氣流中。在按照本發(fā)明的方法中因此確保了所有被吸進的氣體能夠沿著通向燃燒室的方向流動。
正如試驗已經(jīng)表明的那樣，在同樣的溫度下氮氣分子與重量重于氮氣分子的氧氣分子相比具有較高的速度。該不同的速度導(dǎo)致在分子與多孔隙固體壁碰撞的過程中，氮氣分子比氧氣分子能夠更輕松并且更快地穿過多孔隙的固體壁。氮氣分子和氧氣分子的這種不同的傳輸及速度特性在此以特別簡單的方式被有利地利用，以便減少吸入空氣流中的氮氣，從而形成一種氮氣減少的而氧氣加濃的燃燒用空氣流，并且這里不需要高花費地混合氧氣加濃的氣流或通過膜片或者類似裝置對所有氣流進行影響流動特性的過濾。按照本發(fā)明，氧氣加濃可以說是附帶著實現(xiàn)的。
另外，通過這種方法在與內(nèi)燃機運行有關(guān)的實施中也可以實現(xiàn)減少氮氧化物并且也能減少一氧化碳、碳?xì)浠衔锖吞己陬w粒的未處理排放。排出的有害物質(zhì)的減少此外還使得排氣設(shè)備的部件的尺寸減小，這樣又降低了生產(chǎn)成本。
特別有利的效果可以這樣實現(xiàn)，即，按照權(quán)利要求2，吸入空氣流在導(dǎo)入到多孔隙的固體壁之前借助于至少一個壓縮機進行壓縮?？蛇x擇地或者附加地，也可以按照權(quán)利要求3，規(guī)定副氣流在多孔隙固體壁的區(qū)域內(nèi)借助于一負(fù)壓裝置被抽出。這種更高的壓力級在此促進了吸入空氣流中氮氣分子的減少，其中，由于按照權(quán)利要求4在主氣流側(cè)和副氣流側(cè)設(shè)置的不同壓力而形成了一個朝向副氣流側(cè)的壓力降。
根據(jù)另一種尤其有利的按照權(quán)利要求5的實施方法，如果必要的話，可以使副氣流在吸入空氣流被導(dǎo)入到固體壁區(qū)域之前至少部分地再次被導(dǎo)入吸入空氣流中去。
根據(jù)一種同樣尤其有利的按照權(quán)利要求6的實施方法，在氮氣減少而氧氣加濃的燃燒用空氣流被導(dǎo)向至少一個燃燒室之前，將一個在燃燒室之后引出的廢氣流的部分廢氣流導(dǎo)入到所述燃燒用空氣流中。通過這樣一種有益的循環(huán)系統(tǒng)，能夠有效地減少廢氣流量，因此例如轉(zhuǎn)化器，如三元催化轉(zhuǎn)化器、氧化催化轉(zhuǎn)化器和顆粒過濾器能夠采用較小的尺寸，這樣，廢氣裝置整體上可以具有更小的尺寸。因此也能夠節(jié)省成本。另外，也能以簡單的方式利用具有特別高的熱值的而且還不含有氮氣或氮氧化物的燃?xì)庖院唵蔚姆绞嚼缗c一調(diào)節(jié)裝置相結(jié)合對所希望的燃燒用空氣組成進行調(diào)節(jié)。因此例如可以按照權(quán)利要求7那樣設(shè)置，在內(nèi)燃機的正常工況下將一定的部分廢氣流量導(dǎo)入到氮氣減少的燃燒用空氣流中，使得主氣流中的氧氣含量，也就是說氮氣減少的燃燒用空氣流中的氧氣含量大致相當(dāng)于從環(huán)境空氣中吸進的吸入空氣流中的氧氣含量，其中氧氣含量優(yōu)選為21％。對此也可選擇按照權(quán)利要求8來設(shè)置，在內(nèi)燃機啟動工況下即例如在冷啟動時將一定的部分廢氣流量導(dǎo)入到氮氣減少的燃燒用空氣流中，使得主氣流即氮氣減少的燃燒用空氣流中的氧氣含量比從環(huán)境中吸進的吸入空氣流中的氧氣含量要大。因此優(yōu)選這里氧氣含量在例如21％和40％之間的范圍內(nèi)。通過這樣的氧氣加濃，發(fā)動機的效率在混合氣燃燒時能夠在短時間內(nèi)提高，在這種情況下卻不會存在這樣的危險，即，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機不能承受可能產(chǎn)生的較高的燃燒溫度。原則上在這種情況下發(fā)動機的一種相對應(yīng)的尺寸確定和設(shè)計也是可能的，使得內(nèi)燃機例如也能持久地在一提高的氧氣含量下運行。
尤其有利的是按照權(quán)利要求9的實施方法，其中，導(dǎo)入到吸入空氣流中的部分廢氣流的量根據(jù)燃燒用空氣中一個預(yù)先設(shè)定的作為額定值的氧氣含量借助于一個調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)裝置可以間接或者直接地計算出和/或檢測出吸入空氣流中實際的氧氣含量作為實際值。這種調(diào)節(jié)能夠特別簡單和迅速地對可能較小的空氣密度進行補償，例如在山區(qū)或者在外界溫度升高時。
根據(jù)權(quán)利要求10的另一種有利的實施方法，導(dǎo)入到吸入空氣流中的部分廢氣流此外還這樣被確定，使得在至少一個燃燒室中燃燒用空氣流每次循環(huán)具有大致恒定的氣量用于與一燃料混合。由此確保每次大致恒定的氣量被吸入到燃燒室中用于連續(xù)的燃燒。
所述目的關(guān)于裝置通過權(quán)利要求11的特征來實現(xiàn)，其中上述與方法有關(guān)的所述優(yōu)點也適用于該裝置，因此在這里不再進一步探討。
下面借助一附圖
更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
唯一的附圖示意地表示了一種按照本發(fā)明的實施方法，具有從環(huán)境中吸進的吸入空氣流1，其在一壓縮機2中被壓縮，并且接著以與大氣環(huán)境壓力相比增大了的壓力p1在吸入空氣流動路徑3的進一步走向上在一減小裝置4的多孔隙的固體壁5旁邊流過或者沿著它流過。多孔隙固體壁5具有這樣孔隙大小的細(xì)孔6，使得沿著多孔隙的固體壁5流過的吸入空氣流的氮氣及氧氣分子中，離開吸入空氣流穿過多孔隙的固體壁5的氮氣分子數(shù)量比氧氣分子數(shù)量多。因此，一方面在主流動路徑的走向上形成可輸送給內(nèi)燃機7的氮氣減少而氧氣加濃的作為主氣流8的燃燒用空氣流，以及形成氮氣加濃而氧氣減少的副氣流9，副氣流不被輸送給內(nèi)燃機7。在副氣流9一側(cè)存在壓力級p2，其小于通過壓縮機2預(yù)先給出的在作為主氣流方向的吸入空氣流動路徑3區(qū)域內(nèi)的較大的壓力級p1。
正如在唯一的附圖中用虛線表示的那樣，副氣流9必要時還可以在循環(huán)中再輸送給壓縮機2。
離開減小裝置4的氮氣減少而氧氣加濃的主氣流8作為燃燒用空氣流緊接著被導(dǎo)入內(nèi)燃機7的一個燃燒室中。與這里一僅僅示意表示的調(diào)節(jié)裝置12相結(jié)合，可將從廢氣流10中脫離的部分廢氣流11通過部分的廢氣再循環(huán)導(dǎo)入到主氣流8中，如在唯一的附圖中進一步僅僅特別簡化地示出的那樣，以便例如在內(nèi)燃機7的正常工況中始終將這樣的部分廢氣流量輸送給作為主氣流8的氮氣減少的燃燒用空氣流，使得主氣流8中的氧氣含量大體相當(dāng)于從環(huán)境空氣中吸進的吸入空氣流的氧氣的含量，即氧氣的含量在這里大體為21％。混合過程在這里可以例如在一混合裝置13中進行。
或者，也可以在啟動工況時，即例如在內(nèi)燃機7的冷啟動階段，將這樣的部分廢氣流量輸送給主氣流8，使得主氣流8中的氧氣含量比從環(huán)境空氣中吸進的吸入空氣流的氧氣含量大，即超過21％。導(dǎo)入到主氣流8中的部分廢氣流11的量根據(jù)主氣流8中一預(yù)先給出的作為額定值的氧氣含量通過調(diào)節(jié)裝置12進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)裝置例如借助于一個這里未示出的傳統(tǒng)的氧傳感器直接或者間接地計算出和/或檢測出主氣流8中實際的氧氣含量作為實際值。
權(quán)利要求
1.一種運行車輛特別是汽車的內(nèi)燃機的方法，其中，在將從環(huán)境空氣吸進的吸入空氣流送往至少一個內(nèi)燃機燃燒室之前，使吸入空氣流中的氮氣含量降低，以產(chǎn)生一種氮氣減少了的燃燒用空氣流，其氧氣含量高于所吸進的吸入空氣流的氧氣含量，其特征在于，吸入空氣流(1)沿著吸入空氣流動路徑(3)的至少一個部分區(qū)域在至少一個多孔隙的固體壁(5)旁邊流過和/或沿著它流動，其孔隙大小這樣設(shè)計，使得吸入空氣的沿著多孔隙的固體壁(5)流過的氧氣及氮氣分子中，穿過多孔隙的固體壁(5)的氮氣分子數(shù)量比氧氣分子數(shù)量多，以形成可以輸送給所述至少一個燃燒室(7)的作為主氣流(8)的氮氣減少而氧氣加濃的燃燒用空氣流以及至少一個氮氣加濃而氧氣減少的副氣流(9)，副氣流不輸送給所述至少一個燃燒室(7)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，吸入空氣流(1)在被送往多孔隙的固體壁(5)之前借助于至少一個壓縮機(2)進行壓縮。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，副氣流在多孔隙的固體壁的區(qū)域內(nèi)通過一個負(fù)壓裝置被抽出。
4.按照權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于，主氣流側(cè)的壓力(p1)比副氣流側(cè)的壓力(p2)大。
5.按照權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，在吸入空氣流(1)被導(dǎo)入到固體壁區(qū)域之前，至少部分地將副氣流(9)再次輸送給吸入空氣流(1)。
6.按照權(quán)利要求1至5之一的方法，其特征在于，在氮氣減少而氧氣加濃的燃燒用空氣流(8)被送往至少一個燃燒室(7)之前，將一個在燃燒室后面引出的廢氣流(10)的部分廢氣流(11)輸送給所述燃燒用空氣流。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于，在內(nèi)燃機的正常工況下，將一定的部分廢氣流量輸送給作為主氣流(8)的氮氣減少的燃燒用空氣流，使得主氣流(8)的氧氣含量大致對應(yīng)于從環(huán)境空氣中吸進的吸入空氣流(1)的氧氣含量，優(yōu)選氧氣的含量大致為21％。
8.按照權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于，在內(nèi)燃機(7)的啟動工況下，將一定的部分廢氣流量輸送給作為主氣流(8)的氮氣減少的燃燒用空氣流中，使得主氣流(8)中的氧氣含量比從環(huán)境空氣中吸進的吸入空氣流(1)的氧氣含量大，優(yōu)選在21％到40％之間。
9.按照權(quán)利要求1到8之一的方法，其特征在于，輸送給主氣流(8)的部分廢氣流(11)的量根據(jù)主氣流(8)中一個預(yù)先設(shè)定的作為額定值的氧氣含量借助于一個調(diào)節(jié)裝置(12)進行調(diào)節(jié)，它間接或者直接計算出和/或檢測出主氣流(8)中的實際的氧氣含量作為實際值。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于，輸送給吸入空氣流(1)的部分廢氣流(11)此外還這樣進行確定，使得在至少一個燃燒室(7)中作為主氣流(8)的燃燒用空氣流每次循環(huán)具有大致恒定的氣量用于與一燃料混合。
11.一種用于實施特別是按照權(quán)利要求1到10之一的運行車輛內(nèi)燃機的方法的裝置，它具有一個用于貧化一從環(huán)境中吸進的吸入空氣流中的氮氣的減少裝置，以產(chǎn)生一種氮氣減少了的燃燒用空氣流，其氧氣含量比吸入空氣流中的氧氣含量高，其特征在于，所述減少裝置(4)由至少一個沿著吸入空氣流(1)的流動路徑(3)的至少一個部分區(qū)域延伸的多孔隙的固體壁(5)構(gòu)成，并且，所述多孔隙的固體壁(5)具有這樣的孔隙大小，使得吸入空氣的沿著多孔隙的固體壁(5)流過的氮氣及氧氣分子中，離開吸入空氣流(1)穿過多孔隙的固體壁(5)的氮氣分子數(shù)量比氧氣分子數(shù)量多，從而可使一氮氣減少而氧氣加濃的燃燒用空氣流被輸送給至少一個燃燒室(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運行車輛特別是汽車的內(nèi)燃機的方法，其中，在將從環(huán)境空氣吸進的吸入空氣流送往至少一個內(nèi)燃機燃燒室之前，使吸入空氣流中的氮氣含量降低，以產(chǎn)生一種氮氣減少了的燃燒用空氣流，其氧氣含量高于所吸進的吸入空氣流的氧氣含量，其特征在于，吸入空氣流(1)沿著吸入空氣流動路徑(3)的至少一個部分區(qū)域在至少一個多孔隙的固體壁(5)旁邊流過和/或沿著它流動，其孔隙大小這樣設(shè)計，使得吸入空氣沿著多孔隙的固體壁(5)流過的那些氧氣及氮氣分子中，穿過多孔隙的固體壁(5)的氮氣分子數(shù)量比氧氣分子數(shù)量多，以形成可以被輸送給所述至少一個燃燒室(7)的作為主氣流(8)的氮氣減少而氧氣加濃的燃燒用空氣流以及至少一個氮氣加濃而氧氣減少的副氣流(9)，副氣流不輸送給所述至少一個燃燒室(7)。
文檔編號F02B51/02GK1802499SQ200480015680
公開日2006年7月12日 申請日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月5日
發(fā)明者M·貝克曼 申請人:奧迪股份公司