專利名稱：機動車輛的具有燃燒空氣醚熏蒸的自點火內(nèi)燃機和在機動車輛的自點火內(nèi)燃機中用于燃 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的、用于機動車輛的具有燃燒空氣醚 熏蒸(功能)(fumigation)的自點火內(nèi)燃機。本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求11前序部分 所述的、在機動車輛的自點火內(nèi)燃機中用于對燃燒空氣醚進行熏蒸的方法。
背景技術(shù)：
目前，在全世界減少空氣污染物排放進行努力的范圍內(nèi)，在所有工業(yè)國家中存在 著對于釋放某些有害物質(zhì)的極限值或目標值形式的法律規(guī)定。其中也包括柴油發(fā)動機的廢 氣排放、尤其是氮氧化物(NOx)和炭黑(PM顆粒)，這一點由于全世界增加的交通是特別有 意義的。因此存在對具有大功率的燃燒處理和廢氣后處理的發(fā)動機的需求，它們要能夠符 合提高的環(huán)境保護要求和伴隨而來的更加嚴厲的廢氣標準，尤其是在排放氮氧化物和炭黑 方面。為了減少炭黑排放作為適合的措施已知使用含氧燃料。以甲醇(十六烷值約為 3)、乙醇(十六烷值約為8)、n 丁醇(十六烷值約為17)或二甲醚(DME，十六烷值約為55至 80)工作的發(fā)動機在稀薄混合氣運行時實際上不排放炭黑。但是現(xiàn)代的高速運轉(zhuǎn)柴油機的 運行要求十六烷值> 50，因此甲醇、乙醇和n- 丁醇由于其較低的十六烷值不能直接在自點 火內(nèi)燃機或柴油發(fā)動機中使用，而是需要附加的點火輔助措施，例如火花塞或/和加速點 火附件。而二甲醚在這方面不受限制，但是限制在于，DME是處于壓力下的沸點-26°C的液 體，因此與液化氣燃料(LPG-液化石油氣)類似，需要特殊的運輸系統(tǒng)，它在柴油發(fā)動機的 傳統(tǒng)機動車輛中不存在。通過選擇性催化還原能夠降低柴油發(fā)動機的氮氧化物排放，這種方法30多年以 來作為SCR方法(SCR選擇性催化還原)已知。按照該方法將尿素水溶液(AdBlue )定量 添加到催化器上的廢氣流中，由此在水解反應中形成氨和水。然后使產(chǎn)生的氨在所謂的SCR 催化器中在200至600°C溫度時將廢氣中含有的氮氧化物還原成氮氣，催化器由二氧化鈦、 五氧化釩和氧化鎢組成或者由沸石組成。通過這種方式盡管能夠在很大程度上從廢氣中去 除氮氧化物。但是消耗的尿素水溶液最多為發(fā)動機運行所需的柴油燃料量的約8%，并且因 此必需總是在附加的油箱中準備相應的溶液量。近幾年來已經(jīng)證實，冷卻的廢氣回輸(AGR)是選擇性催化還原的一種合理的用于 減少柴油發(fā)動機的氮氧化物排放的替代方案，柴油發(fā)動機燃燒低硫的、基于礦物油的柴油 燃料。這里通過使廢氣通道與抽吸空氣通道或燃燒空氣通道連接的控制閥，使一部分廢氣 與冷卻的抽吸空氣或燃燒空氣混合，并且以這種混合物輸送到燃燒室，由此能夠使在柴油 燃料燃燒時的溫度下降到對于形成氮氧化物必需的水平以下?？蛇x地，可以在吸氣沖程期 間通過進氣閥通過直接將廢氣導入到發(fā)動機燃燒室中來實現(xiàn)所述溫度降低。因此通過廢氣 回輸實現(xiàn)的降低溫度是以在燃燒室中提供的低氧的柴油燃料氣體混合物的較低燃燒值為 基礎(chǔ)的。對于柴油發(fā)動機，廢氣回輸率在滿負荷時最大為35%。但是這種高AGR率的發(fā)動機在制造上比沒有AGR裝置的柴油發(fā)動機昂貴，因為高廢氣回輸率導致高的增壓壓力，例 如通過具有中間冷卻的兩級增壓，并且導致超過ISOObar的高燃料噴射壓力。在使用含氧 燃料時可以沒有排放缺點地放棄高的增壓壓力，這也能夠?qū)崿F(xiàn)具有傳統(tǒng)的單級充氣組的發(fā) 動機運行。背景是，一些國家尤其是如中國在幾年內(nèi)將擁有較高的由天然氣制造甲醇(生產(chǎn) 成本約2至3EUR/GJ)和由煤制造甲醇(生產(chǎn)成本約7EUR/GJ)的生產(chǎn)能力，在同時缺少基于 礦物油的燃料的情況下，預計額外的生產(chǎn)成本約16EUR/GJ，并且在巴西目前已經(jīng)普遍地提 供生物乙醇或生物柴油，并且對于用酒精燃料與以基于礦物油的柴油燃料運行的發(fā)動機， 對于柴油發(fā)動機或商用車發(fā)動機上面給出的針對環(huán)境的要求同樣重要。
對于在柴油發(fā)動機中使用甲醇，已經(jīng)證實熏蒸方案是適合的。在此一部分甲醇在 車載催化反應器中按照方程式2CH30H — (CH3) 20+H20 (1)轉(zhuǎn)換成氣體的二甲醚和水蒸汽并直接混合到燃燒空氣中。催化的反應器含有氧化 鋁球作為催化劑。對于按照方程式1的反應，氧化鋁(Y-Al2O3)已經(jīng)證實是有最為效的催 化劑，其特征還在于其高的熱穩(wěn)定性。為了例如可以為ISOkW發(fā)動機的熏蒸提供足夠的二 甲醚，需要0.7kg的Y-Al2O3催化劑。對于穩(wěn)定的反應過程還需要> 250°C的反應-轉(zhuǎn)換 溫度，在冷起動時利用甲醇燃燒器在25s以內(nèi)達到該溫度。如果代替甲醇使用乙醇作為燃料，與按照方程式1的反應類似地按照方程式2C2H50H— (C2H5)2CHH2O (2)實現(xiàn)熏蒸所需的催化脫水成二甲醚(十六烷值150)和水蒸汽。同樣可以使η-丁醇(十六烷值17)脫水成十六烷值為100的雙η-二丁醚。由flj Proceeding of the Mechanical Engineers, D 部分Journalof Automobile Engineering，217卷，2003第三期，第155至164頁已知這樣一種方法，用于在 用甲醇驅(qū)動的柴油發(fā)動機中將酒精轉(zhuǎn)換成醚。據(jù)此，首先將一小部分作為燃料使用的甲醇 在機動車輛中催化地轉(zhuǎn)換成二甲醚和水。接著通過燃燒空氣將這種轉(zhuǎn)換產(chǎn)物供應給發(fā)動 機，用于實現(xiàn)發(fā)動機功率和廢氣排放，如由用酒精工作的柴油發(fā)動機在給燃料添加聚乙二 醇(PEG)作為點火加速劑中已知的那樣。這里作為催化器在固定床反應器中設(shè)有氧化鋁 (Y-Al2O3),其中為了加速甲醇脫水，并由此為了改善其冷起動特性，通過配設(shè)的甲醇燃燒 器的熱燃燒氣體將這個反應器加熱最高250°C。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，給出一個用于機動車輛的具有燃燒空氣醚熏蒸的自點火內(nèi)燃 機，它對應于目前的現(xiàn)有技術(shù)裝備有冷卻的廢氣回輸并優(yōu)選也裝備有廢氣渦輪增壓，并且 在不需要對這種在現(xiàn)代柴油發(fā)動機中常見的運輸系統(tǒng)以及不需要附加的點火輔助措施和 點火加速劑的情況下，也適用于燃燒烷醇燃料，如低硫的、基于礦物油的柴油燃料和烷醇 (Alkanol)燃料，并且能夠在遵守有關(guān)的廢氣標準并且沒有用于附加的、僅用于還原廢氣的 運行物質(zhì)的存儲費用的情況下基本上完全從廢氣中除去氮氧化物和炭黑，并且與相應的已 知類型的發(fā)動機相比，它還可以沒有顯著的附加成本地制造和運行。本發(fā)明的目的通過如權(quán)利要求1所述的、用于機動車輛的具有燃燒空氣醚熏蒸的自點火內(nèi)燃機得以實現(xiàn)，內(nèi)燃機該按照本發(fā)明適于實施根據(jù)權(quán)利要求11所述的、用于在機 動車輛的內(nèi)燃機中對回輸廢氣的醚熏蒸的方法，并且其特征在于，為了醚熏蒸，所述內(nèi)燃機 沿流動方向包括用于烷醇燃料的供應裝置；廢氣熱交換器，用于冷卻一部分在內(nèi)燃機點 火/燃燒(Befeuerimg)時產(chǎn)生的廢氣并用于蒸發(fā)所述輸送的烷醇燃料，從而吸收在冷卻廢 氣時導出的熱能；以及催化器，用于使蒸發(fā)的烷醇燃料脫水成醚，其中所述供應裝置、廢氣 熱交換器和催化器以這樣方式構(gòu)造并與內(nèi)燃機的燃燒室連接，使得能夠?qū)⒂糜趦?nèi)燃機點火 所需的燃料的一部分通過燃燒空氣的醚熏蒸(裝置)在混入在廢氣熱交換器中冷卻的廢氣 的情況下供應給內(nèi)燃機的燃燒室。按照本發(fā)明的內(nèi)燃機不需要明顯改動運輸系統(tǒng)，并且不需要附加的點火輔助措施 地不僅以烷醇燃料運行，而且以低硫的、基于礦物油的柴油燃料和烷醇燃料運行。通過供應高十六烷值的醚有利地提高燃料_空氣混合物或燃燒混合物(VG)的易 于點火性，由此可以不必添加成本昂貴的點火加速劑，它們還經(jīng)常含有硝基化合物。通過按照本發(fā)明的醚熏蒸，通過顯著改善的發(fā)動機燃燒室中燃料-空氣混合物的 均勻化，可以實現(xiàn)在很大程度上降低有害排放，同時提高發(fā)動機功率或效率。因此按照本發(fā) 明的內(nèi)燃機尤其也滿足重要的法律上的廢氣標準，例如適用于商用車發(fā)動機的、用于釋放 氮氧化物和炭黑的EU V(EU-準則2006/51/EC)和EU VI (EU-準則2009頒布)；在USA和 日本存在類似的法律。另一個優(yōu)點是，無需預存附加的僅用于減少排放的工作原料。與常見的具有廢氣渦輪增壓器和冷卻的廢氣回輸?shù)淖渣c火發(fā)動機相比只是在結(jié) 構(gòu)上略微的改動就能夠?qū)崿F(xiàn)按照本發(fā)明的發(fā)動機的制造而沒有明顯的附加成本。僅由于上 述優(yōu)點與已知結(jié)構(gòu)形式的相應發(fā)動機相比就已經(jīng)減少了運行成本。最后，以有利的方式通 過可使用礦物柴油燃料和烷醇燃料實現(xiàn)的明顯擴展的發(fā)動機使用領(lǐng)域也有助于降低運行 成本。按照本發(fā)明的內(nèi)燃機的或按照本發(fā)明的方法的其它優(yōu)點直接由從屬權(quán)利要求2 至15的內(nèi)容給出。下面通過給出相應的優(yōu)點來具體地詳細解釋這些內(nèi)容對于燃燒氣體的醚熏蒸優(yōu)選采用一價或二價烷醇，它們在機動車輛中利用適合于 此的常見形式的油箱提供。為了發(fā)動機的運行，根據(jù)機動車輛中的結(jié)構(gòu)條件通過至少一個 燃料輸送泵將烷醇燃料從油箱首先通過至少一個噴射閥供應給廢氣熱交換器，以便實現(xiàn)盡 可能均勻的分布。對于在按照本發(fā)明的內(nèi)燃機中、或者在按照本發(fā)明的方法中的使用，尤其 已經(jīng)證實有利的是一價烷醇甲醇、乙醇、n-丙醇和i-丙醇、n-丁醇和二價烷醇，1，2-乙二一價烷醇的脫水按照前面給出的用于脫水的方程式1和2進行。二價烷醇或烷二 醇按照方程式2H0-CH2-CH2-0H — (-CH2-CH2-0_) 2+2Hx0 (3)催化地轉(zhuǎn)換。因此例如1，2_乙二醇轉(zhuǎn)換成二氧雜環(huán)乙烷(Kp = 100°C )。在按照 本發(fā)明的醚熏蒸中優(yōu)選使用醚_ 二烴基醚和二氧雜環(huán)乙烷。特別優(yōu)選的是，不僅通過燃燒空氣、或回輸?shù)膹U氣和燃燒空氣的醚熏蒸將烷醇燃 料供應給發(fā)動機的燃燒，而且和在常見的柴油發(fā)動機運行時一樣，利用直接噴射由油箱、最 好由共同的油箱通過燃料輸送泵將所述烷醇燃料加入燃燒室中。這種具有廢氣回輸和醚熏蒸的自點火烷醇發(fā)動機能夠不添加的點火加速劑地實現(xiàn)基本上無氮氧化物地運行。按照本 發(fā)明的發(fā)動機的另一優(yōu)點時，只需要一個油箱或燃料箱?？蛇x地優(yōu)選，通過直接噴射到燃燒室中，以上述的方式利用油箱、燃料輸送泵和直 接噴射輸送柴油燃料、尤其是低硫、基于礦物油的柴油燃料，同時通過對燃燒空氣或回輸廢 氣和燃燒空氣的醚熏蒸加入烷醇燃料，其中兩種燃料中的每種燃料部分地滿足發(fā)動機運行 的能量需求。按照本發(fā)明的除了烷醇燃料以外對傳統(tǒng)的、易于獲得的礦物柴油燃料的可使 用性有利地擴大發(fā)動機的使用領(lǐng)域，并且也導致節(jié)省運行成本，尤其在對于以后十年的烷 醇和基于礦物油的柴油燃料的價格趨勢預測的背景下，據(jù)此，烷醇明顯比基于礦物油的柴 油燃料更便宜地獲得。在減少氮氧化物和改善燃燒混合物的易于點火性方面，不僅在按照本發(fā)明的烷醇 發(fā)動機，而且也在柴油-烷醇發(fā)動機中都已經(jīng)出人意料地證實是最佳的是，對于內(nèi)燃機點 火所需的所有燃料的約5至40%、尤其是發(fā)動機燃燒所需的全部燃料的約10至35%且特 別是約25%利用醚熏蒸而其余部分利用直接噴射供應給發(fā)動機的燃燒。在按照本發(fā)明的內(nèi) 燃機中通過相應地設(shè)計燃料供應裝置、廢氣熱交換器和催化器、必要時在引入適合的控制 或調(diào)節(jié)裝置的條件下考慮這一點。上面給出的自點火烷醇發(fā)動機構(gòu)成按照本發(fā)明的方法的一個重要應用，特別是其 燃料需求的5至40%通過氣相、即通過混有醚的廢氣實現(xiàn)，并且因此稱為具有回輸廢氣醚 熏蒸的自點火烷醇內(nèi)燃機。在此已經(jīng)證實特別有利的是，提供所有的、對于按照本發(fā)明的內(nèi) 燃機(10)點火所需的燃料需求的約10至35%，尤其是約25%通過氣相提供。按照本發(fā)明在發(fā)動機燃燒時通過回輸廢氣實現(xiàn)明顯減少氮氧化物的形成。在使用 所述的含氧燃料時通過提高燃燒氣體中的水蒸汽濃度或水蒸汽含量并由此提高燃燒氣體 的熱容量，能夠進一步降低氮氧化物的形成。所述水蒸汽濃度一方面可以通過在按照上述 方程式1至3脫水時所釋放的水控制。但按照本發(fā)明優(yōu)選的是，為此沿流動方向在催化器與 內(nèi)燃機的燃燒室之間設(shè)有適合的水供應裝置，利用該水供應裝置通過燃燒空氣、回輸?shù)膹U 氣和/或烷醇醚實現(xiàn)水引入到燃燒室中。可選或補充地優(yōu)選通過直接噴射的燃料引入水。按照本發(fā)明的內(nèi)燃機為了提高功率以壓縮和冷卻的燃燒空氣運行。因此按照本發(fā) 明的內(nèi)燃機沿流動方向在增壓空氣入口與燃燒室之間包括廢氣渦輪增壓器、尤其是用于靜 壓增壓的廢氣渦輪增壓器或用于沖擊增壓的壓力波增壓器、和燃燒空氣冷卻器，用于在進 入燃燒室之前冷卻壓縮的燃燒空氣。在考慮各發(fā)動機的功率和結(jié)構(gòu)形式的條件下，按照本發(fā)明通過用于回輸廢氣的廢 氣路程的單流道或多流道、尤其是雙流道的構(gòu)型確保了有效的廢氣回輸和利用。通過廢氣回輸?shù)倪@種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)在引入廢氣熱交換器的情況下保證，使烷醇燃料 蒸汽以> 200°C、尤其是約210至240°C，尤其是約220°C的溫度輸送到催化器，由此以有利 的方式影響催化式的脫水。按照本發(fā)明的內(nèi)燃機優(yōu)選具有優(yōu)選由金屬制成的蜂窩狀的載體催化器，它用二氧 化鈦或二氧化鈦、二氧化硅和/或氧化鋁的混合物或含鐵沸石作為用于催化反應的有效組 分涂覆。目前，這種形式的催化器成功地作為用于尿素的水解催化器用于按照SCR技術(shù)車
載產(chǎn)生氨氣。所述蜂窩狀的金屬載體催化器優(yōu)選由金屬膜制成，其厚度約為20至50i!m、尤其是約25至40 ii m,特別是約為30 u m。該催化器是盡可能細單元的，具有約400至800cpsi、 尤其約500至SOOcpsi且特別約600cpsi的單元密度。用于催化反應的有效組分以載體涂 料(Washcoat)涂層涂覆在優(yōu)選構(gòu)成為金屬載體催化器的蜂窩狀的催化器上，用于避免由 于孔隙擴散限制從烷醇到烷基醚的轉(zhuǎn)換速度，該載體涂料覆層具有約5至100g金屬氧化物 /I、尤其是約10至40g金屬氧化物/I且特別約20g金屬氧化物/I的低涂覆濃度。所述催 化器優(yōu)選具有約20至100mm，尤其是約40至80mm，特別是約60mm的直徑，以及具有約50 至400mm，尤其是約100至300mm，特別是約200mm的長度。二氧化鈦作為有效組分在水參與的催化反應中在其有效性方面超過其它氧化 物。此外，氧化鈦抗硫化并因此也可以使用低硫含量的燃料。因此，用于載體催化器覆層 的Y_A1203和其它在文獻中描述的物質(zhì)只與絕對無硫的廢氣一起使用。因此例如硫含量 < lOppm的燃料已經(jīng)足以使Y_A1203催化器在較短的時間內(nèi)去活。此外優(yōu)選，所述廢氣熱交換器為了受控地將冷卻的廢氣回輸?shù)饺紵抑袑γ總€出 口具有一個壓力峰值閥。此外，最好在所述或每個廢氣回輸路徑中設(shè)有一廢氣回輸閥，利用它在相應適合 的管道分布的情況下能夠有控制地將與醚混合的廢氣受供應給燃燒空氣、有控制地將廢氣 供應給與燃燒空氣混合之前的醚或者有控制地將廢氣供應給已經(jīng)與燃燒空氣混合的醚。因此，按照本發(fā)明的內(nèi)燃機具體地優(yōu)選地具有管道裝置和至少一個廢氣回輸閥， 其中這些部件以這樣的方式構(gòu)成并相互連接，使得在廢氣熱交換器中冷卻的廢氣和在催化 器中形成的醚通過所述或每個所述廢氣回輸閥可控地與壓縮的和冷卻的燃燒空氣混合。可選地優(yōu)選使管道裝置和所述至少一個廢氣回輸閥以這樣的方式構(gòu)成并且相互 連接，使得在廢氣熱交換器中冷卻的廢氣能夠首先受控地定量添加到在催化器中形成的醚 中，然后能夠使這樣形成的廢氣_醚混合物與壓縮的和冷卻的燃燒空氣混合。按照第二優(yōu)選的供應方案，管道裝置和所述至少一個廢氣回輸閥以這樣的方式構(gòu) 成并且相互連接，使得在廢氣熱交換器中冷卻的廢氣能受控地，而在催化器中形成的醚能 直接地與壓縮和冷卻的燃燒空氣混合。最后，按照第三優(yōu)選的供應方案，管道裝置和所述至少一個廢氣回輸閥以這樣的 方式構(gòu)成并且相互連接，使得在廢氣熱交換器中冷卻的廢氣能受控地與壓縮的和冷卻的燃 燒空氣混合，而在催化器中形成的醚能直接與壓縮的和未冷卻的燃燒空氣混合。在這個供應方案中，催化器通過適合的管道裝置與廢氣渦輪增壓器與燃燒空氣冷 卻裝置之間的燃燒空氣管道連接，由此首先使得醚能與壓縮的燃燒空氣混合，接著使得能 利用設(shè)置在燃燒空氣管道中的燃燒空氣冷卻裝置實現(xiàn)醚-燃燒空氣混合物的冷卻。在所有 三個供應方案中，利用至少一個廢氣回輸閥，通過在廢氣回輸閥與燃燒空氣管道之間的至 少一個管道，在燃燒空氣冷卻裝置與發(fā)動機的吸入管之間的區(qū)域中實現(xiàn)受控地定量加入冷 卻的廢氣。將按照這些實施例或供應備選方案所產(chǎn)生的并富含冷卻廢氣的醚_燃燒空氣混 合物導入到燃燒室中，并與直接噴射到燃燒室中燃料一起形成用于按照本發(fā)明的內(nèi)燃機運 行所需的燃燒混合物。為了處理廢氣，按照本發(fā)明的內(nèi)燃機按照一個有利的實施變型在廢氣路徑中具有 帶有鉬和/或鈀作為有效組分的氧化催化器，用于有效地抑制一氧化碳和烷烴，尤其也抑制醛(甲醛、乙醛和較高價的醛)的排放。


在附圖1至4中給出按照本發(fā)明的、具有用于機動車輛的燃燒空氣醚熏蒸(功能) 的內(nèi)燃機的優(yōu)選實施形式圖1用示意圖示出按照本發(fā)明的內(nèi)燃機的實施例，該發(fā)動機作為六缸商用車發(fā)動 機具有醚熏蒸和雙流道(zweiflutig)廢氣回輸，以說明燃料、廢氣和燃燒空氣的流動分 布，圖2示出按照圖1的按照本發(fā)明的內(nèi)燃機的實施例，具有可選的第一醚導入結(jié)構(gòu)，圖3示出按照圖1的按照本發(fā)明的內(nèi)燃機的實施例，具有可選的第二醚導入結(jié)構(gòu)，圖4示出按照圖1的按照本發(fā)明的內(nèi)燃機的實施例，具有可選的第三醚導入結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式在圖1中以一個六缸商用車發(fā)動機(10)的實施例示出按照本發(fā)明的整個系統(tǒng)， 該發(fā)動機具有廢氣渦輪增壓器(11)和雙流道的廢氣回輸，如可以由申請人處以名稱Motor D2066獲得的發(fā)動機。為了提供烷醇燃料設(shè)有油箱(1)，它通過第一管道(18)、燃料泵⑵和噴射閥(3) 與廢氣熱交換器(4)的第一入口連接。在第一入口與第一出口之間在廢氣熱交換器(4)中 構(gòu)成用于在吸收熱能的條件下蒸發(fā)烷醇燃料的第一區(qū)域。為了提供所需的熱能所述廢氣熱 交換器(4)在第二入口與第二出口之間具有第二區(qū)域，在第三入口與第三出口之間具有第 三區(qū)域，其中第二和第三入口分別直接通過一第二和一第三管道(19，20)與發(fā)動機(10)的 廢氣出口(8)連接。通過廢氣熱交換器(4)的三個區(qū)域相應形成的結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證從第二 和第三區(qū)域到第一區(qū)域最佳的熱傳遞，由此在廢氣熱交換器(4)的第一出口上提供溫度> 200°C的蒸發(fā)的烷醇燃料，并且為了繼續(xù)傳送在第二和第三出口上分別提供冷卻的廢氣。為了繼續(xù)引導來自所述雙流道的廢氣熱交換器(4)的冷卻的廢氣，第二和第三出 口分別通過壓力峰值閥(6)與一共同的第四管道(21)連接，該第四管道連接在一 AGR閥 (7)上。AGR閥(7)通過一第五管道(22)直接與發(fā)動機(10)的吸入管(Ansaugtrakt) (9) 連接。為了繼續(xù)引導來自廢氣熱交換器(4)的第一出口的蒸發(fā)的烷醇燃料設(shè)有一第六管道 (23)，它與催化器(5)的入口連接。所述催化器(5)作為有效的組分具有二氧化鈦，用于在 溫度> 200°C時按照上述方程式1和2使從熱交換器(4)排出的烷醇燃料蒸汽脫水成二烴 基醚。所述催化器(5)的出口通過一第七管道(24)與第四管道(21)連接，用于對從廢氣 熱交換器(4)流出的冷卻的廢氣進行醚熏蒸，并且用于接著將在此產(chǎn)生的醚廢氣混合物導 入發(fā)動機(10)。利用所屬的直接噴射系統(tǒng)提供發(fā)動機(10)的六個所示燃燒室或汽缸的點 火所需的燃料供應以對于自點火發(fā)動機常見的方式構(gòu)成，因此不再結(jié)合

。所述燃燒空氣路徑沿流動方向包括增壓空氣入口(12)、空氣過濾器(14)、具有廢 氣渦輪增壓器(11)的壓縮輪和燃燒空氣冷卻裝置(17)的燃燒空氣管道(15)以及發(fā)動機 (10)的吸入管(9)。所述廢氣路徑沿流動方向包括發(fā)動機(10)的廢氣出口(8)、廢氣渦輪 增壓器(11)的渦輪、排氣管(16)和廢氣出口(13)。在圖2中所示的按照本發(fā)明的內(nèi)燃機的實施例替代第七管道(24)具有第八管道(25)，它繞過AGR閥(7)使催化器(5)的出口與第五管道(22)連接。因此按照本發(fā)明的內(nèi) 燃機的這個實施例(對應于在圖1中所示出的實施例)也包括回輸廢氣的醚熏蒸。圖3示出按照本發(fā)明的內(nèi)燃機，具有另一可選的醚導入結(jié)構(gòu)以繞過AGR閥(7)，其 中催化器(5)的出口通過代替圖1中的第七管道(24)的第九管道(26)直接與燃燒空氣冷 卻裝置(17)與發(fā)動機(10)的吸入管(9)之間的燃燒空氣管道(15)連接，并因此可以直接 與壓縮的和冷卻的燃燒空氣混合。在圖4中示出按照本發(fā)明的圖1中的內(nèi)燃機中的最后一個可選的醚導入結(jié)構(gòu)。在 此催化器(5)的出口通過一也替代圖1中的第七管道(24)的第十管道(27)直接與燃燒空 氣冷卻裝置(17)前面的燃燒空氣管道(15)連接，由此能夠?qū)崿F(xiàn)蒸發(fā)的烷醇燃料與壓縮的 燃燒空氣的混合，并使得可以在定量供應冷卻的廢氣之前冷卻所述混合物。此外，本發(fā)明的目的還在于，提供一種如權(quán)利要求11所述的、在用于機動車輛的 自點火內(nèi)燃機中的對燃燒空氣進行醚熏蒸的方法，該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的在前面具體說 明的缺點，并且尤其可以在使用如權(quán)利要求1至10中至少一項所述的內(nèi)燃機的條件下應用 該方法。本發(fā)明的這個目的通過一種如權(quán)利要求11所述的方法得以實現(xiàn)，該方法適用于 按照本發(fā)明的如權(quán)利要求1所述的用于機動車輛的具有燃燒空氣醚熏蒸的自點火內(nèi)燃機， 并且具有以下方法步驟(a)在機動車輛上車載提供烷醇燃料；(b)蒸發(fā)烷醇燃料；(c)在 催化器中使蒸發(fā)的烷醇燃料脫水成醚和水蒸汽；(d)對燃燒空氣進行醚熏蒸；(e)在內(nèi)燃機 的燃燒室中通過使直接噴射的燃料與醚-燃燒空氣混合物混合制備燃燒混合物；(f)通過 燃燒混合物在燃燒室中燃燒使內(nèi)燃機點火；該方法的特征在于，在方法步驟(a)中通過一 供應裝置提供烷醇燃料，在方法步驟(b)中在廢氣熱交換器中使所提供的烷醇燃料蒸發(fā)， 其中將在內(nèi)燃機點火時產(chǎn)生的廢氣的一部分輸送給廢氣熱交換器進行冷卻，并且烷醇燃料 在吸收在廢氣冷卻時散放的熱能的情況蒸發(fā)，在方法步驟(c)至(e)通過對燃燒空氣的醚 熏蒸在混入在廢氣熱交換器中冷卻的廢氣的情況下將一部分用于內(nèi)燃機點火所需的燃料 輸送到內(nèi)燃機的燃燒室，在方法步驟(f)通過燃燒混有冷卻的、回輸?shù)膹U氣的燃燒混合物 實現(xiàn)內(nèi)燃機的點火。按照本發(fā)明的方法特別是使得能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟的且盡可能低排放的、利用烷醇燃料 或烷醇燃料與低硫的、基于礦物油的柴油燃料的發(fā)動機運行。按照本發(fā)明的方法的有利實施例是從屬權(quán)利要求11至15的內(nèi)容。由上面結(jié)合按 照本發(fā)明的如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機以及結(jié)合按照本發(fā)明的如權(quán)利要求2至10所述的 內(nèi)燃機的對應的有利改進方案的說明可以直接得出所述方法的有利的實施例和其它優(yōu)點 的細節(jié)。附圖標記清單1 油箱2燃料輸送泵3 噴射閥4廢氣熱交換器5催化器6 壓力峰值閥[00707廢氣回輸閥/agr閥[00718廢氣出口[00729吸入,[007310發(fā)動機[007411廢氣渦輪增壓器[007512增壓空氣入口[007613廢氣排出口[007714空氣過濾器[007815燃燒空氣;管道[007916排氣■[008017燃燒空氣冷卻裝置[008118第一,？道(燃燒空氣管道)[008219第二,？道(廢氣管道)[008320第三■？道(廢氣管道)[008421第四■？道(廢氣管道)[008522第五僅？道(廢氣管或廢氣-醚-f )[008623第六僅？道(廢氣管道)[008724第七■？道(醚管道)[008825第八,？道(醚管道)/24的第--替代方案[008926第九■？道(醚管道)/24的第二替代方案[009027第十■；5道(醚管道)/24的第三[替代方案
權(quán)利要求
用于機動車輛的帶有燃燒空氣醚熏蒸的自點火內(nèi)燃機(10)，其特征在于，為了進行醚熏蒸，沿流動方向設(shè)有用于烷醇燃料的供應裝置(1、2、3)、用于冷卻在內(nèi)燃機(10)點火時產(chǎn)生的廢氣的一部分和用于在吸收在冷卻廢氣時要散發(fā)的熱能的條件下使所供應的烷醇燃料蒸發(fā)的廢氣熱交換器(4)，和用于使蒸發(fā)的烷醇燃料脫水成醚的催化器(5)，其中所述供應裝置(1、2、3)、廢氣熱交換器(4)和催化器(5)以這樣的方式構(gòu)成并與內(nèi)燃機(10)的燃燒室連接，使得能夠?qū)?nèi)燃機(10)點火所需的燃料的一部分通過對燃燒空氣的醚熏蒸在混入在廢氣熱交換器(4)中冷卻的廢氣的情況下供應給內(nèi)燃機(10)的燃燒室。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機，其特征在于，用于醚熏蒸的供應裝置設(shè)定為用于將烷 醇燃料噴射到廢氣熱交換器(4)中，為了提供用于內(nèi)燃機(10)點火所需的燃料的另一部 分，用于將燃料直接噴射到內(nèi)燃機(10)的燃燒室中的供應裝置設(shè)定成用于供應烷醇燃料 或可選地供應柴油燃料，其中用于醚熏蒸和用于直接噴射的供應裝置沿流動方向包括至少 一個油箱(1)、相應地至少一個燃料輸送泵(2)和相應地至少一個噴射閥(3)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機，其特征在于，所述烷醇燃料是一價的烷醇燃料，尤 其是甲醇、乙醇、η-丙醇、i-丙醇或η- 丁醇，或者是二價烷醇燃料，尤其是1，2-乙二醇，用 于內(nèi)燃機(10)點火所需的燃料的所述另一部分是柴油燃料、尤其是低硫的、基于礦物油的 柴油燃料。
4.如權(quán)利要求1至3中至少一項所述的內(nèi)燃機，其特征在于，所述用于烷醇燃料的供應 裝置(1、2、3)、廢氣熱交換器(4)和催化器(5)以這樣的方式構(gòu)成，使得通過對燃燒空氣醚 熏蒸供應的燃料部分能調(diào)整到為內(nèi)燃機(10)點火所需的所有燃料的約5至40%，尤其是約 10至35%，特別是約25%。
5.如權(quán)利要求1至4中至少一項所述的內(nèi)燃機，其特征在于，沿流動方向在催化器(5) 與內(nèi)燃機(10)的燃燒室之間設(shè)有水供應裝置，用于提高燃燒空氣的水蒸汽含量。
6.如權(quán)利要求1至5中至少一項所述的內(nèi)燃機，其特征在于，沿流動方向在增壓空氣 入口(12)與內(nèi)燃機(10)的燃燒室之間設(shè)有一個用于壓縮燃燒空氣的廢氣渦輪增壓器(11) 和一個用于冷卻壓縮的燃燒空氣的燃燒空氣冷卻器(17)。
7.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機，其特征在于，在廢氣熱交換器(4)中冷卻的廢氣和在 催化器(5)中形成的醚能夠受控地通過管道裝置(21、22、24)與壓縮和冷卻的燃燒空氣混 合，或者，在廢氣熱交換器(4)中冷卻的廢氣能夠受控地通過管道裝置(21、25)與在催化器 (5)中形成的醚混合，并且這種廢氣-醚混合物能夠通過另一個管道裝置(22)與壓縮和冷 卻的燃燒空氣混合，其中為了受控地供應廢氣或廢氣-醚混合物所述管道裝置(21、22)包 括至少一個廢氣回輸閥(7)。
8.如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機，其特征在于，在廢氣熱交換器(4)中冷卻的廢氣能夠受 控地通過管道裝置(21、22)與壓縮和冷卻的燃燒空氣混合，并且在催化器(5)中形成的醚 能夠通過另一個管道裝置(26)直接與壓縮和冷卻的燃燒空氣混合或者能夠通過另一個管 道裝置(27)直接與壓縮和未冷卻的燃燒空氣混合，其中為了受控地供應廢氣所述管道裝 置(21、22)包括至少一個廢氣回輸閥(7)。
9.如權(quán)利要求1至8中至少一項所述的內(nèi)燃機，其特征在于，所述催化器(5)具有二氧 化鈦或二氧化鈦與二氧化硅和/或氧化鋁的混合物或含鐵沸石作為催化反應的有效組分。
10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)燃機，其特征在于，所述用于催化反應的有效組分作為載體涂料覆層在催化器(5)上構(gòu)成，所述載體涂料覆層具有約5至IOOg金屬氧化物/1、尤其是 約10至40g金屬氧化物/1、特別是約20g金屬氧化物/1的涂覆濃度，其中所述催化器(5) 以載體催化器的形式、尤其是以蜂窩狀的金屬載體催化器的形式設(shè)置。
11.在用于機動車輛的自點火內(nèi)燃機中用于對燃燒空氣醚熏蒸的方法，具有以下方法 步驟(a)車載地提供烷醇燃料；(b)使烷醇燃料蒸發(fā)；(c)在催化器中使蒸發(fā)的烷醇燃料 脫水成醚和水蒸汽；(d)對燃燒空氣進行醚熏蒸；(e)在內(nèi)燃機的燃燒室中通過使直接噴射 的燃料與醚-燃燒空氣混合物混合制備燃燒混合物；(f)通過燃燒混合物在燃燒室中燃燒 點火內(nèi)燃機，其特征在于，在方法步驟(a)中通過供應裝置(1、2、3)提供烷醇燃料，在方法 步驟(b)中在廢氣熱交換器⑷中使所提供的烷醇燃料蒸發(fā)，其中將在內(nèi)燃機(10)點火時 產(chǎn)生的廢氣的一部分供應給廢氣熱交換器(4)進行冷卻，并且在吸收在廢氣冷卻時散發(fā)的 熱能的情況下使烷醇燃料蒸發(fā)，在方法步驟(c)至(e)中通過對燃燒空氣的醚熏蒸在混入 在廢氣熱交換器(4)中冷卻的廢氣的情況下將內(nèi)燃機點火(10)所需的燃料的一部分供應 給內(nèi)燃機(10)的燃燒室，在方法步驟(f)中通過混合有冷卻的、回輸?shù)膹U氣的燃燒混合物 的燃燒實現(xiàn)內(nèi)燃機的點火。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，作為烷醇燃料使用一價的烷醇燃料，尤其 是甲醇、乙醇、η-丙醇、i-丙醇或η- 丁醇，或者使用二價烷醇燃料、尤其是1，2-乙二醇，其 中烷醇燃料用于醚熏蒸和用于直接噴射，或者可選地對于醚熏蒸使用烷醇燃料，而對于直 接噴射使用柴油燃料，尤其是低硫的、基于礦物油的柴油燃料
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，為了內(nèi)燃機(10)點火所供應的所有 燃料的約5至40%、尤其是約10至35%、特別是約25%作為烷醇燃料供應給燃燒空氣的醚
14.如權(quán)利要求11至13中至少一項所述的方法，其特征在于，所述烷醇燃料蒸汽在廢 氣熱交換器(4)中加熱到> 200°C、尤其是約210至240°C、特別是約220°C的溫度。
15.如權(quán)利要求11至14中至少一項所述的方法，其特征在于，為了在燃燒混合物燃燒 時盡可能減少有害物排放，給醚_燃燒空氣混合物供應水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機動車輛的帶有燃燒空氣醚熏蒸的自點火內(nèi)燃機(10)，其中為了進行醚熏蒸，沿流動方向設(shè)有用于烷醇燃料的供應裝置(1、2、3)、用于冷卻在內(nèi)燃機(10)燃燒時產(chǎn)生的廢氣的一部分并用于在吸收在冷卻廢氣時散發(fā)的熱能的情況下使所供應的烷醇燃料蒸發(fā)的廢氣熱交換器(4)、和用于使蒸發(fā)的烷醇燃料脫水成醚的催化器(5)，其中所述供應裝置(1、2、3)、廢氣熱交換器(4)和催化器(5)以這樣的方式構(gòu)成和與內(nèi)燃機(10)的燃燒室連接，使得用于內(nèi)燃機(10)點火所需的燃料的一部分通過對燃燒空氣的醚熏蒸在混入在廢氣熱交換器(4)中冷卻的廢氣的情況下供應給內(nèi)燃機(10)的燃燒室。本發(fā)明還涉及一種在機動車輛的自點火內(nèi)燃機中用于對燃燒空氣醚熏蒸的方法。
文檔編號F02M25/07GK101868609SQ200980101039
公開日2010年10月20日 申請日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者J·埃伯哈德 申請人:曼恩載重汽車股份公司