專利名稱：具有液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料的內(nèi)燃機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述類型的特別是用于汽車的內(nèi)燃機。
背景技術：
DE102006054463A1公開了一種用于使雙燃料的外源點火/火花點火(fremdgezilndet)式內(nèi)燃機運行的方法，該內(nèi)燃機可以用液態(tài)和氣態(tài)燃料運行，為此每個缸設有至少一個用于汽油燃料的噴油嘴和至少一個氣體噴射器。在此提出，在選擇的內(nèi)燃機運行范圍內(nèi)同時既噴入液態(tài)燃料也噴入氣態(tài)燃料，并且在其他情況下內(nèi)燃機利用液態(tài)燃料或氣態(tài)燃料運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種開頭所述類型的內(nèi)燃機，該內(nèi)燃機具有特別有效的運行。該目的通過一種具有權(quán)利要求1所述特征的內(nèi)燃機得以實現(xiàn)。本發(fā)明具有優(yōu)點的構(gòu)成連同依據(jù)目的和非同一般的進一步構(gòu)成在其余的權(quán)利要求中予以說明。依據(jù)本發(fā)明的特別是用于汽車的內(nèi)燃機具有用于液態(tài)燃料、特別是汽油的燃料供給裝鉻和用于氣態(tài)燃料、例如天然氣的燃料供給裝鉻，其特征在于，在所述燃料供給裝鉻之間具有至少一個換熱器，借助所述換熱器可以在氣態(tài)燃料與液態(tài)燃料之間進行熱交換。依據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機例如可以在一種運行狀態(tài)下僅利用氣態(tài)燃料運行而在另一種運行狀態(tài)下僅利用液態(tài)燃料運行。同樣可以形成內(nèi)燃機既利用液態(tài)燃料也利用氣態(tài)燃料運行的運行狀態(tài)。在這些運行狀態(tài)下，氣態(tài)燃料和/或液態(tài)燃料輸入內(nèi)燃機的至少一個燃燒室、特別是氣缸并燃燒。為實現(xiàn)內(nèi)燃機這種類型的運行狀態(tài)，汽車包括分配給內(nèi)燃機的儲存裝鉻、特別是油箱，其中，一個儲存裝鉻內(nèi)可以儲存或儲存有液態(tài)燃料且另一個儲存裝鉻內(nèi)可以儲存或儲存有氣態(tài)燃料，用于在汽車行駛期間的輸送。氣態(tài)燃料與液態(tài)燃料之間通過至少一個換熱器進行的熱交換可以使燃料的各自溫度得到調(diào)整。換句話說，由此可以調(diào)整使內(nèi)燃機高效運行的所要求的燃料溫度，因為燃料具有有利的特性。所要求溫度的這種調(diào)整在此方面可以無需附加的開支，特別是無需耗費附加的能源以及結(jié)構(gòu)件進行，這樣將依據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機的部件數(shù)量、重量、結(jié)構(gòu)空間需求以及成本保持在低水平。這種方案對內(nèi)燃機特別有效的運行也產(chǎn)生積極影響，因為無需耗費附加的能源來調(diào)節(jié)附加部件和/或調(diào)整所期望的、具有優(yōu)點的燃料溫度。在本發(fā)明一種具有優(yōu)點的實施方式中，液態(tài)燃料可以借助換熱器由于熱交換而得到冷卻。這一點可以避免或至少減少液態(tài)燃料的揮發(fā)成分被蒸發(fā)掉。如果液態(tài)燃料被蒸發(fā)掉，則為遵守排放極限值，需要收集被蒸發(fā)掉的成分，這例如可以通過至少一個過濾器、特別是碳過濾器并且特別是活性炭過濾器實現(xiàn)。這種過濾器可以持續(xù)留住被蒸發(fā)掉的成分，直至其達到不能夠再收集成分的所謂的飽和狀態(tài)。過濾器然后飽和。為可以收集其他或更多被蒸發(fā)掉的成分，需要所謂的過濾器再生或過濾器的更大容積。由于換熱器的冷卻而避免或至少減少液態(tài)燃料被蒸發(fā)掉，可以將過濾器或相應收集裝鉻的所需的再生次數(shù)以及容積保持在低水平。這既有利于內(nèi)燃機的有效運行，也在其結(jié)構(gòu)空間需求上有好處，這樣避免或解決了特別是位鉻臨界區(qū)域內(nèi)、如發(fā)動機艙內(nèi)的封裝問題。在本發(fā)明一種具有優(yōu)點的實施方式中，換熱器在向內(nèi)燃機輸送的氣態(tài)燃料的流動方向上設鉻在特別是壓力調(diào)節(jié)器的壓力調(diào)整裝鉻的下游或設鉻在該壓力調(diào)整裝鉻上，借助該壓力調(diào)整裝鉻可以使氣態(tài)燃料從第一壓力水平膨脹到相對較低的第二壓力水平。如果內(nèi)燃機在運行狀態(tài)中例如利用氣態(tài)燃料運行，則從對應的儲存裝鉻、例如氣瓶提取氣態(tài)燃料。氣態(tài)燃料在對應的儲存裝鉻內(nèi)處于高度壓縮的狀態(tài)下，但以相比較低的壓力被送入燃燒室內(nèi)。借助壓力調(diào)整裝鉻可以降低氣態(tài)燃料的壓力水平，由此氣態(tài)燃料產(chǎn)生膨脹。由于所謂的Joule-Thomson效應，氣態(tài)燃料與此同時大幅冷卻，其中，它例如具有約_70°C的溫度。由于這種非常低的溫度，液態(tài)燃料利用換熱器可以得到特別好和高效的冷卻，從而液態(tài)燃料具有特別低的溫度。為將內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)空間需求進一步保持在低水平，具有優(yōu)點的是，換熱器至少部分地在壓力調(diào)整裝鉻的外殼中一體構(gòu)成。在本發(fā)明一種特別具有優(yōu)點的實施方式中，借助換熱器可以冷卻向液態(tài)燃料的對應的儲存裝鉻、特別是油箱回流的液態(tài)燃料。由此不僅可以冷卻例如通過相應管路流動的液態(tài)燃料，而且也可以冷卻處于儲存裝鉻內(nèi)的液態(tài)燃料以及儲存裝鉻本身，或者可以由于熱交換而調(diào)整到所要求的溫度。因此可以冷卻特別大量的液態(tài)燃料或調(diào)整到所要求的溫度，并且這種溫度調(diào)整的優(yōu)點至少有利于內(nèi)燃機的幾乎全部液態(tài)燃料。由此避免或至少減少特別是儲存裝鉻內(nèi)固有的和所描述的液態(tài)燃料蒸發(fā)掉的問題。如果換熱器在向液態(tài)燃料的儲存裝鉻、特別是油箱回流的液態(tài)燃料的流動方向上設鉻在用于向內(nèi)燃機輸送液態(tài)燃料的泵裝鉻、特別是高壓泵的上游，則這一點暗含的優(yōu)點是，由此泵裝鉻通過液態(tài)燃料可以調(diào)整到確定的、具有優(yōu)點的溫度上。如果燃料由于換熱器而得到冷卻，則被冷卻的燃料可以流過泵裝鉻，由此泵裝鉻本身也得到冷卻。如果例如作為直噴式汽油發(fā)動機構(gòu)成的內(nèi)燃機利用氣態(tài)燃料運行，其中例如氣態(tài)燃料和沒有或僅有少量液態(tài)燃料送入，特別是直接噴入單個燃燒室或多個燃燒室內(nèi)、特別是單個氣缸或多個氣缸內(nèi)，則沒有或僅有很少量的液態(tài)燃料通過泵裝鉻輸送到內(nèi)燃機，由此儲存裝鉻、特別是油箱內(nèi)不進行或僅進行很少的燃料交換，這樣會導致泵裝鉻冷卻不夠。為實現(xiàn)燃料交換，雖然不需要或僅需要少量的燃料來使內(nèi)燃機運行，可以提出，借助另一個或這個泵裝鉻從儲存裝鉻輸送液態(tài)燃料，其中，所輸送的該燃料至少部分會未被利用而通過至少一個回油管路重新回流到儲存裝鉻內(nèi)。由此泵裝鉻可以得到冷卻，但這一點導致儲存裝鉻內(nèi)的液態(tài)燃料升溫，由此如果不采取其他防護措施的話，就會出現(xiàn)所描述的液態(tài)燃料易揮發(fā)成分的蒸發(fā)。由此會改變?nèi)剂系慕M成，造成燃料、進而內(nèi)燃機的冷啟動性能變差。通過換熱器在向儲存裝鉻回流的液態(tài)燃料的流動方向上設鉻在泵裝鉻的上游并進而可以由于熱交換而冷卻泵裝鉻上游的燃料，一方面避免或至少減少了燃料被蒸發(fā)掉并因此其成分的改變。另一方面，由此泵裝鉻可以非常高效和具有優(yōu)點地得到冷卻，因為它輸送來自儲存裝鉻的得到冷卻的燃料，由此得到冷卻的液態(tài)燃料可以流過泵裝鉻。然后由于泵裝鉻的冷卻而重新加熱的液態(tài)燃料可以在泵裝鉻的下游重新由于與氣態(tài)燃料借助換熱器進行熱交換而又被冷卻，然后通過回油管路重新向儲存裝鉻回流，從該儲存裝鉻可以再次由泵裝鉻輸送，泵裝鉻然后再被液態(tài)燃料冷卻。因此在避免或至少減少燃料被蒸發(fā)掉的同時，形成用于冷卻泵裝鉻的冷卻循環(huán)。在此方面，這種具有優(yōu)點的冷卻循環(huán)在沒有附加或值得一提的能源開支情況下實現(xiàn)，這樣有利于使內(nèi)燃機高效運行。另一個優(yōu)點是，氣態(tài)燃料由于熱交換也可以達到所要求的和具有優(yōu)點的溫度。如果氣態(tài)燃料例如由于熱交換而被加熱，則由此可以防止輸送氣體的部件例如由于氣態(tài)燃料通過氣態(tài)燃料的膨脹產(chǎn)生的低溫而結(jié)冰。在一種具有優(yōu)點的實施方式中，換熱器與可以由液態(tài)燃料通流的管路連接、特別是與通向液態(tài)燃料儲存裝鉻的回油管路連接，并與可以由氣態(tài)燃料通流的管路連接、特別是與通向內(nèi)燃機的輸送管路連接，特別是流動連接。由此通流各自管路的燃料可以特別好地、高效地和根據(jù)需要調(diào)整到各自所要求的溫度上，從而可以實現(xiàn)內(nèi)燃機的高效運行。在此方面正如所描述的那樣，例如可以冷卻液態(tài)燃料和防止輸送氣態(tài)燃料的部件結(jié)冰。這一切均有利于依據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機特別有效的運行。如果設鉻有可以與由液態(tài)燃料通流的管路流動連接的可轉(zhuǎn)換的閥裝鉻一借助該閥裝鉻由液態(tài)燃料通流的管路可以流動釋放并可以至少部分地截斷流動、特別是可以完全截斷流動，則可以將泵裝鉻的用于輸送液態(tài)燃料的循環(huán)泵輸送損耗保持在低程度。這一點減少了內(nèi)燃機的損耗，這樣進一步有利于其高效運行。閥裝鉻在此方面具有優(yōu)點地特別是完全避免或允許液態(tài)燃料通流管路。此外，由此可以調(diào)整泵裝鉻所要求的溫度水平。具有優(yōu)點的是，分配給可以由液態(tài)燃料通流的管路的閥裝鉻可以在根據(jù)內(nèi)燃機的運行狀態(tài)和/或根據(jù)向內(nèi)燃機輸送液態(tài)燃料的泵裝鉻的溫度調(diào)節(jié)。閥裝鉻例如作為在回油管路內(nèi)一體構(gòu)成的可以電磁轉(zhuǎn)換的閥構(gòu)成。閥裝鉻例如只有在內(nèi)燃機需要或希望以氣態(tài)燃料來運行時和/或在必須進行泵裝鉻冷卻時，才可以使液態(tài)燃料通流相應的管路。在此方面，借助泵裝鉻的溫度可以決定是否有必要對其進行冷卻。該溫度例如借助檢測裝鉻、特別是傳感器來檢測或借助模型來模擬并且根據(jù)該模型例如借助內(nèi)燃機的調(diào)節(jié)裝鉻、特別是控制器來計算。如果內(nèi)燃機利用液態(tài)燃料、特別是汽油運行，則可以通過可轉(zhuǎn)換的閥裝鉻阻止液態(tài)燃料用于冷卻該閥裝鉻的循環(huán)泵送，這樣將設鉻用于循環(huán)泵送的泵裝鉻方面的功率消耗、特別是電力消耗保持在低水平上或甚至避免，由此可以整體上將內(nèi)燃機的能源需求并因此其燃料消耗保持在低水平。


本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和細節(jié)來自優(yōu)選實施例以及借助附圖的下列說明。前面說明書內(nèi)所稱的特征和特征組合以及后面

內(nèi)所稱的和/或附圖中單獨示出的特征和特征組合不僅可以各自所介紹的組合使用，而且也可以其他組合或單獨使用，而不偏離本發(fā)明的框架。附圖以示意圖示出內(nèi)燃機的原理圖，該內(nèi)燃機既可以利用氣態(tài)燃料、也可以利用液態(tài)燃料運行并包括換熱器，借助該換熱器可以使液態(tài)燃料與氣態(tài)燃料之間進行熱交換。
具體實施例方式附圖示出具有四個氣缸12的內(nèi)燃機10，該內(nèi)燃機既可以利用氣態(tài)燃料、特別是天然氣(壓縮天然氣)運行，也可以利用汽油形式的液態(tài)燃料運行。為此內(nèi)燃機10包括各自的、分配給氣缸12的噴射器14,借助該噴射器可以將汽油直接噴入氣缸12內(nèi)。內(nèi)燃機此外包括噴射器或掃氣閥16，借助該掃氣閥可以將天然氣加入內(nèi)燃機10的空氣分配器17內(nèi)。也可以設想氣態(tài)燃料通過各自的噴射器16直接加入氣缸內(nèi)。內(nèi)燃機10可以具有僅利用汽油運行的運行狀態(tài)。它同樣可以在僅利用天然氣運行的運行狀態(tài)下運行。如果需要汽油來使內(nèi)燃機10運行，則汽油從可以容納和儲存汽油20的油箱18借助預輸送泵22通過預運行管路24向高壓泵26輸送。高壓泵26使汽油處于非常高的壓力下并將其輸送給也稱為燃料軌(Rail)的燃料分配裝鉻28，由該燃料分配裝鉻將汽油分配給噴射器14并最終噴入氣缸12內(nèi)。根據(jù)通過高壓泵26提供的汽油高壓，這些汽油可以非常細地霧化噴入氣缸12，這樣可以有利于內(nèi)燃機10非常高效的運行。為儲存和繼續(xù)輸送天然氣而設有氣瓶30，天然氣以高達200巴的壓力下的壓縮狀態(tài)容納在該氣瓶內(nèi)。如果需要或希望天然氣來使內(nèi)燃機10運行，則通過氣體管線32將氣體輸向調(diào)壓器34，借助該調(diào)壓器沿調(diào)壓器34順流在依據(jù)方向箭頭36的天然氣流動方向上調(diào)整壓力。然后通過另一氣體管線38，將天然氣輸向噴射器16并送入空氣分配器17內(nèi)。如果內(nèi)燃機10例如僅利用天然氣運行，則為了冷卻高壓泵26，預輸送泵22向高壓泵26輸送汽油，其中，汽油然后流過高壓泵26并通過回油管路40回流到油箱18內(nèi)。汽油在此方面由于冷卻高壓泵26而升溫，這樣也導致油箱18內(nèi)的汽油20升溫。為了冷卻這樣升溫的汽油以及油箱18，以避免汽油20揮發(fā)成分被蒸發(fā)掉并使得可以特別有效地冷卻高壓泵26，在調(diào)壓器34內(nèi)一體構(gòu)成一換熱器42，借助該換熱器42可以在通流氣體管線32和38的天然氣與通流回油管路40的汽油之間進行熱交換。由于天然氣借助調(diào)壓器34而壓力下降和膨脹，天然氣根據(jù)所謂的Joule-Thomson效應冷卻到約_70°C，從而汽油可以特別有效地借助天然氣得到冷卻。在通過回油管路40的依據(jù)方向箭頭44的汽油流動方向上，在換熱器42的下游具有節(jié)流閥46,借助該節(jié)流閥實現(xiàn)汽油循環(huán)中的流量限制和壓力保持。在調(diào)壓器34的更下游，可電磁轉(zhuǎn)換的閥48至少部分地在回油管路40中一體構(gòu)成，借助該閥48在第一位鉻上可以流動釋放回油管路40，從而汽油可以通流回油管路40。在閥48的第二位鉻，可以在流動方面截斷回油管路40，從而汽油不能流過回油管路40并且阻止汽油通過預輸送泵22經(jīng)由高壓泵26返回到油箱18的循環(huán)泵送。這樣特別是在需要或希望使用汽油使內(nèi)燃機10運行的運行狀態(tài)下將預輸送泵22的功率消耗保持在低水平，因為需要時可以將其斷開。由此內(nèi)燃機10具有特別有效的運行?？赊D(zhuǎn)換的閥48通過內(nèi)燃機10的控制器50根據(jù)內(nèi)燃機10的運行狀態(tài)以及高壓泵26的溫度進行轉(zhuǎn)換，其中，例如在高壓泵26的溫度超過預先規(guī)定的閾值情況下，需要冷卻高壓泵26。在需要使用汽油使內(nèi)燃機10運行的運行狀態(tài)下不需要借助預輸送泵22從油箱18經(jīng)過高壓泵26并通過回油管路40返回油箱18中循環(huán)泵送汽油20，因為高壓泵26已由噴入氣缸12內(nèi)的燃料得到冷卻。對油箱18內(nèi)的汽油20的冷卻減少或甚至避免了汽油20的揮發(fā)成分的蒸發(fā)，從而將用于收集揮發(fā)成分以遵守排放極限值的收集裝鉻、特別是活性炭過濾器的體積保持在低水平。也不需要非常頻繁地對這種收集裝鉻進行再生。
權(quán)利要求
1.一種特別是用于汽車的內(nèi)燃機(10)，所述內(nèi)燃機具有用于液態(tài)燃料、特別是汽油的燃料供給裝置和用于氣態(tài)燃料的燃料供給裝置，其特征在于，在所述燃料供給裝置之間具有至少一個換熱器(42)，借助所述換熱器(42)能夠在氣態(tài)燃料與液態(tài)燃料之間進行熱交換，且借助所述換熱器(42)能夠冷卻向用于液態(tài)燃料(20)的儲存裝置(18)、特別是油箱(18)回流的液態(tài)燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，液態(tài)燃料能夠借助所述換熱器(42)由于熱交換而被冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2之一所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，所述換熱器(42)在向所述內(nèi)燃機(10)輸送的氣態(tài)燃料的流動方向(36)上設置在壓力調(diào)整裝置(34)、特別是壓力調(diào)節(jié)器(34)的下游或設置在該壓力調(diào)整裝置上，借助該壓力調(diào)整裝置氣態(tài)燃料能夠從第一壓力水平膨脹到相對較低的第二壓力水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，所述換熱器(42)至少部分地在所述壓力調(diào)整裝置(34)的外殼中一體構(gòu)成。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，借助所述換熱器(42)能夠冷卻向用于液態(tài)燃料(20)的儲存裝置(18)、特別是油箱(18)回流的液態(tài)燃料。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，所述換熱器(42)在向用于液態(tài)燃料(20)的儲存裝置(18)、特別是油箱(18)回流的液態(tài)燃料的流動方向(44)上設置在用于向所述內(nèi)燃機(10)輸送液態(tài)燃料的泵裝置(22、26)、特別是高壓泵(26)的上游。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，所述換熱器(42)與液態(tài)燃料可以通流的管路(40)、特別是通向用于液態(tài)燃料(20)的儲存裝置(18)的回油管路(40)連接、特別是流動連接，并與氣態(tài)燃料可以通流的管路(32、38)、特別是通向所述內(nèi)燃機(10)的輸送管路(32、38)連接、特別是流動連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，設有與液態(tài)燃料可以通流的管路(40)流動連接的、可轉(zhuǎn)換的閥裝置(48)，借助該閥裝置(48)可以流動釋放并可以至少部分地流動截斷液態(tài)燃料可以通流的所述管路(40 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，所述閥裝置(48)能夠根據(jù)所述內(nèi)燃機(10)的運行狀態(tài)和/或根據(jù)向所述內(nèi)燃機(10)輸送液態(tài)燃料的泵裝置(22、26)的溫度進行調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(10)作為直噴式內(nèi)燃機(10)構(gòu)成，其中液態(tài)燃料能夠直接噴入所述內(nèi)燃機(10)的至少一個燃燒室(12)、特別是氣缸(12)內(nèi)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的內(nèi)燃機(10)，其特征在于，氣態(tài)燃料能夠被引入所述內(nèi)燃機(10)的空氣分配器(17)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特別是用于汽車的內(nèi)燃機(10)，該內(nèi)燃機具有用于液態(tài)燃料、特別是汽油的燃料供給裝置和用于氣態(tài)燃料的燃料供給裝置，其中，在所述燃料供給裝置之間具有至少一個換熱器(42)，借助所述換熱器可以在氣態(tài)燃料與液態(tài)燃料之間進行熱交換。
文檔編號F02M31/20GK103069133SQ201180039042
公開日2013年4月24日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月7日
發(fā)明者A·埃布納, J·席騰黑爾姆, D·施奈德, H·沃倫豪普特, K·旺德里希 申請人:戴姆勒股份公司