本發(fā)明涉及一種包括混合燃料的內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)組，尤其涉及使用富含氫的常規(guī)燃料的內(nèi)燃機(jī)。本發(fā)明還涉及一種用于給前述內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)的方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，在汽車工業(yè)領(lǐng)域，存在減小污染物排放的迫切需求。為了實(shí)現(xiàn)這一目的所采用的途徑之一是提供富含氫的常規(guī)燃料，例如甲烷或天然氣。

進(jìn)一步已知在機(jī)動(dòng)車輛上制造可用氫是存在問題的。

根據(jù)第一種已知技術(shù)，氫氣可以以液體或者壓縮氣體的形式在車輛中存儲(chǔ)在專門設(shè)置的罐中。然而，氫氣管理的難度和提供網(wǎng)絡(luò)保證的缺乏，這個(gè)方案沒有商業(yè)吸引力。

另一個(gè)已知的可能是在車輛上通過電解生產(chǎn)氫氣。然而迄今為止，由于在電解過程中所占用的由車載交流發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能決定了損耗的增加，這使得這個(gè)過程在經(jīng)濟(jì)上是不可行的，因而在這個(gè)方向上進(jìn)行的這種研究從能源的角度來(lái)看已經(jīng)證明是不盡如人意的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明發(fā)現(xiàn)在機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)燃機(jī)中的一種優(yōu)選、但不唯一的應(yīng)用，其參考下文做出，但是并不暗示不具有普遍性。

本發(fā)明的目的在于提供一種包括混合燃料內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)組，以及用于給該內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)的方法，該發(fā)動(dòng)機(jī)組將顯著解決之前提到的問題。

前述的目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的內(nèi)燃機(jī)和根據(jù)權(quán)利要求6的供應(yīng)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在消耗無(wú)論如何都要排入環(huán)境的排氣的能源的情況下，在車輛上生成氫氣使得在損耗程度以及排放方面有相當(dāng)大的減少。

附圖說明

為了更好的理解本發(fā)明的方案，它的實(shí)施例將參考附圖1接下來(lái)進(jìn)行描述，圖1示出了本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)組的操作圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，標(biāo)記1總體上表示了車輛(未示出)的發(fā)動(dòng)機(jī)組。

發(fā)動(dòng)機(jī)組1包括具有至少一個(gè)氣缸3的發(fā)動(dòng)機(jī)2、進(jìn)氣歧管4和排氣歧管5。

發(fā)動(dòng)機(jī)2包括用于每個(gè)氣缸3的主噴射器6，主噴射器6連接到用于供應(yīng)主燃料的系統(tǒng)7，主燃料例如為已知種類的甲烷或者天然氣。備選地，任何其它常規(guī)燃料，例如汽油、柴油、LPG、生物燃料或者它們的混合物，都可以用作主燃料。

發(fā)動(dòng)機(jī)2進(jìn)一步包括用于每個(gè)汽缸3的用于富含氫的主燃料的副噴射器8，這將在下面進(jìn)行描述。

發(fā)動(dòng)機(jī)組1包括用于回收排氣熱能并且將它轉(zhuǎn)換成電能的渦輪發(fā)電裝置9。渦輪發(fā)電裝置9包括渦輪機(jī)10和通過軸12旋轉(zhuǎn)地連接到渦輪機(jī)10的轉(zhuǎn)子的發(fā)電機(jī)11。

渦輪機(jī)10具有連接到發(fā)動(dòng)機(jī)2的排氣歧管5的入口13和出口14。

發(fā)電機(jī)11與常用類型的交流發(fā)電機(jī)(未示出)并行地與車輛的電池15連接。

噴射器6、8由控制單元16控制。

發(fā)動(dòng)機(jī)組1還包括電解質(zhì)單元17，電解質(zhì)單元17被設(shè)計(jì)成用于分解液態(tài)或者蒸汽態(tài)的水以產(chǎn)生氫氣和氧氣。

由電池15供應(yīng)的電解質(zhì)單元17可以是一種常規(guī)的(堿性的)類型，在環(huán)境溫度下以大約75％的效率運(yùn)行。備選地，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，電解質(zhì)單元17可以是在高溫下運(yùn)行的SOEC(固氧電解質(zhì)單元)類型，例如700-900℃，具有高于90％的效率。

在這種情況下，使得電解質(zhì)單元17達(dá)到操作溫度的熱量由渦輪機(jī)10下游的排氣余熱通過熱交換裝置18(示意性示出)來(lái)供應(yīng)。水以蒸汽的形式供應(yīng)到電解質(zhì)單元，所述蒸汽可以由平行的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路來(lái)產(chǎn)生，這有助于冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)模塊。

電解質(zhì)單元17具有產(chǎn)生氧氣(O₂)的陽(yáng)極19和產(chǎn)生氫氣(H₂)的陰極20。

陽(yáng)極19通過氧氣供應(yīng)線路21與發(fā)動(dòng)機(jī)1的進(jìn)氣歧管4連接，從而產(chǎn)生的氧氣可以與發(fā)動(dòng)機(jī)2吸入的空氣混合。

陰極20與具有合適的低容量(例如，0.5升，等同于溫度為0℃、壓力為1bar-密度：0.090kg/m3或者備選地，在環(huán)境溫度下10bar的4.5mg氫氣)的緩沖器22連接，用于暫時(shí)存儲(chǔ)產(chǎn)生的氫氣，所述緩沖器接著連接副噴射器8。氫氣可以以大約10bar的壓力保存在緩沖器22中。

接下來(lái)描述發(fā)動(dòng)機(jī)組1的操作。常規(guī)的燃料和由電解質(zhì)單元17產(chǎn)生的氫氣通過各自的噴射器6、8被噴入氣缸3中。在電解質(zhì)單元17中產(chǎn)生的氧氣被導(dǎo)入進(jìn)氣歧管4。

通過常規(guī)燃料與氫氣混合形成的混合燃料的使用本身是公知的。氫氣有提高火焰鋒(flame front)比率的效果，因此提高了性能并且有減少CO₂排放物的效果。富含氫的混合燃料的供應(yīng)使得CO₂排放物減少成為可能，通過甲烷減小15-20％而通過汽油可以減小到比30％更多。

使用富含氫的天然氣(NG)或者甲烷氫氣混合物(hydromethane)(NG 70vol％，H₂30vol％)在汽車菲亞特(Fiat)Panda 1200cc 52CV上進(jìn)行的測(cè)試顯示在混合駕駛時(shí)混合物的消耗程度為大約25km/kg，例如大約4kg/100km。

體積比率為70∶30的4kg量的NG/H₂的混合物等同于197.34g(2.217Nm³)的氫氣。通過電解質(zhì)單元15生成的氫氣所需的電能被估計(jì)為4.9kwWh/Nm³，其中效率為70％(在環(huán)境溫度下)，或者3kWwh/Nm³，其中效率為95％(在800℃下)，也即分別為10.86或者6.65kWwh/100km。通過渦輪發(fā)電裝置9回收的能源用于供應(yīng)電解質(zhì)單元17是非常充足的。

因此，由于渦輪發(fā)電裝置8，所使用的氫氣可以通過消耗在任何情況下都將損失的排氣的熱能在電解質(zhì)單元17中生成，即，相比于常規(guī)類型的發(fā)動(dòng)機(jī)是“零成本”。

因此，除了上面提及的優(yōu)點(diǎn)，它可以得到整個(gè)消耗降低大約15-20％，并且相比于僅采用天然氣的情況工作范圍擴(kuò)大。

就過量氧氣減少氮氧化物(NOx)的形成而言，由電解質(zhì)單元17生成并且接著通過管路21送到進(jìn)氣歧管的氧氣在燃燒方面具有有益的效果。

最后，應(yīng)當(dāng)清楚在沒有偏離權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)的情況下，能夠?qū)Ρ疚乃枋龅陌l(fā)動(dòng)機(jī)組進(jìn)行修改和變形。

例如，通過預(yù)混合并且采用單一噴射器噴射混合物來(lái)取代通過各自的噴射器進(jìn)行常規(guī)燃料和氫氣的噴射是可行的。