本发明涉及一种用于机动车的内燃机和具有这种内燃机的机动车。
背景技术：
传统的内燃机通常配备有废气再循环装置，用于减少在火花点火式发动机以及柴油发动机中的燃料燃烧期间产生的氮氧化物的排放。
在引入内燃机的燃烧室内的燃料-空气混合物的燃烧期间，所用燃料的烃分子被氧化。引入燃烧室内的氧在过程中几乎或甚至完全被消耗，使得废气中几乎不再存在氧分子。现在，当废气与引入燃烧室内的新鲜空气混合时，新鲜空气与废气的混合物的氧气浓度下降。然而，为了完全燃烧喷射到燃烧室内的燃料，由于较低的氧浓度，所以在现代内燃机中喷射的燃料较少，使得内燃机的整体燃料消耗减少。
尽管具有上面解释的通过废气再循环可以实现的燃料消耗减少的优点，在内燃机中使用具有尽可能高的抗爆震性的燃料还证明是有利的，尤其是当内燃机是火花点火式发动机时。以这种方式，通过所涉及的燃烧室中的大部分燃料-空气混合物的同时爆炸-这种效果对于本领域技术人员而言以术语“爆震”知晓-可以防止对磨损敏感的内燃机的滑动轴承和其他部件处于不期望的高负荷。
技术实现要素：
因此，本发明的目的在于创建特征在于低燃料消耗和良好的磨损特性的用于内燃机的改进的实施方案。
根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题来解决的。有利的实施方案是从属权利要求的主题。
因此，本发明的基本思想是以废气再循环装置装备内燃机，并利用该废气再循环装置以这样的方式化学地转换待喷射到内燃机的燃烧室中的液体燃料，使得所述燃料的抗爆震性在喷射到燃烧室内之前增加。根据本发明，为此目的提出，热交换器与所述废气再循环装置成一体，该废气再循环装置被设计为催化燃料蒸发器。这意味着，为了增加爆震数，将燃料引入所述热交换器中，并且在热交换器中发生化学氧化反应，通过该化学氧化反应，包含在燃料中的长链烃被转化为较短链烃。这种转换伴随着燃料爆震数的期望的增加。为了触发用于转换燃料的所述氧化反应，燃料的温度必须超过一定的温度水平。为此目的，从通过热交换器传导的废气中提取热量并将其传递至燃料，由此使所述燃料的温度升高到所述温度水平或更高。这种温度升高通常伴随着原本为液态燃料的蒸发。以这种方式被赋予高爆震数的燃料可以随后被喷射到内燃机的燃烧室内。
通过这种方式，可以避免或者与具有非较高爆震数的燃料相比显著减少在燃料-空气混合物的点火期间的过度“爆震”。这伴随着内燃机耐磨性的提高。
根据本发明的一种内燃机包括至少一个汽缸，该至少一个汽缸具有用于燃烧被引入到该至少一个燃烧室内的燃料-空气混合物的燃烧室。对于内燃机中存在的每个燃烧室，设置了用于将燃料喷射到相应的燃烧室中的至少一个燃料喷射器。此外，设置了用于将新鲜空气供给到相关的燃烧室中的新鲜空气供给装置。此外，设置了有用于将在燃烧室内产生的废气从燃烧室排出的废气排出装置。除此之外，该内燃机还包括废气再循环装置，其为了使从燃烧室排出的废气再循环而与新鲜空气供给装置和废气排出装置流体连通。在废气再循环装置中布置热交换器，该热交换器包括至少一个第一流体路径，该第一流体路径是废气再循环装置的一部分，并且待再循环的废气流过该第一流体路径。根据本发明，热交换器还包括第二流体路径，燃料流过与第一流体路径流体分离的该第二流体路径，该燃料在流过热交换器时爆震数增加。在该过程中，热交换器的该至少一个第二流体路径与至少一个燃料喷射器流体连通，用于将具有较高爆震数的燃料引入到该至少一个燃烧室中。
根据优选的实施方案，热交换器被设计为催化燃料蒸发器，用于化学地转换流过该至少一个第二流体路径的燃料。这意味着热交换器在包含于燃料中的烃化合物的氧化期间充当催化转化器。在此过程中，废气中所含的燃料被蒸发。通过将来自待再循环废气的热量传递到待转化的燃料而在热交换器中实现氧化反应所需的燃料的温度水平。通过上面解释的进一步发展，可以容易地提高在燃料蒸发器中转换的燃料的抗爆震性。
特别优选地，在该至少一个第二流体路径中设置催化涂层。以这种方式，可以设置用于进行氧化反应所需的催化转化器。
实际上，热交换器被设计为用于将燃料中包含的长链烃化合物转化为短链烃化合物。
特别优选地，燃料蒸发器可以设计成用于将烃类化合物c8h18转化为烃类化合物c3h8。然而，在其他变体中，其他烃类化合物也可以通过燃料蒸发器的合适设计来转化。
特别地实际上，燃料蒸发器以这样的方式设计，使得燃料的爆震数在烃链转化之后增加2ron。
根据优选的实施方案，在用于转化燃料的热交换器的该至少一个第二流体路径与内燃机的该至少一个燃料喷射器之间布置有用于冷却(优选地用于液化)离开热交换器燃料的燃料冷却器。这允许具有较高爆震数的燃料的温度有利地适应将直接从使用内燃机的机动车的燃料箱喷入到燃烧室内的燃料的燃料温度。
实际上，燃料冷却器也可以被设计为热交换器，待冷却的燃料流过该热交换器，并且该热交换器通过冷却剂与该燃料流体分离，该冷却剂在该热交换器中用于冷却废气和燃料的混合物，与其热耦合。这种热交换器在市场上可以以多种技术实现形式获得，而且特别容易并且因此也能成本有效地与废气再循环装置成一体。诸如堆叠板式热交换器，尤其是所谓的翅片管式热交换器的这种热交换器的技术实现尤其是可以想到的。
根据另一优选的实施方案，在热交换器的该至少一个第一流体路径与新鲜空气供给装置之间布置有用于冷却离开热交换器的废气的废气冷却器。以这种方式，待再循环的废气的温度可以在其经由新鲜空气供给装置被再次引入内燃机的燃烧室内之前被降低。
在有利的进一步发展中，废气冷却器也被设计为热交换器，待冷却的废气流过该热交换器，并且该热交换器通过冷却剂与废气流体分离。在流过该热交换器时，用于冷却的冷却剂与废气热耦合，使得该热量可以传递到冷却剂。这种热交换器在市场上可以以多种技术实现形式获得，而且特别容易并且因此也能成本有效地与废气再循环装置成一体。诸如堆叠板式热交换器，尤其是所谓的翅片管式热交换器的这种热交换器的技术实现尤其是可以想到的。
特别优选地，配备有废气再循环装置和燃料蒸发器的内燃机可以设计为火花点火式发动机。
此外，本发明涉及一种具有上面介绍的内燃机的机动车。因此，上述内燃机的优点也适用于根据本发明的机动车。
在有利的进一步发展中，机动车包括具有制冷剂流过的制冷回路的制冷系统。在该进一步发展中，燃料冷却器和/或废气冷却器结合在制冷系统的制冷回路中，使得制冷剂用作流过燃料冷却器的燃料或流过废气冷却器的废气的冷却剂。
实际上，制冷系统可以是机动车中存在的空气调节系统的一部分，用于空气调节机动车的车辆内部。在这种情况下不需要设置单独的制冷系统，这伴随着显著的成本优势。
本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、附图以及借助于附图的相关联的附图描述得出。
应当理解，上述特征以及还将在下文中解释的特征不仅可以在所指出的各个组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选的示例性实施方案在附图中示出，并且将在以下描述中更详细地解释。
其示出了：
图1是根据本发明的内燃机的示例，
图2以单独的示意图示出了在内燃机的废气再循环装置中布置的燃料蒸发器，其对于本发明是重要的。
具体实施方式
在示意图中，图1示出了根据本发明的内燃机1的示例，其可以实施为火花点火式发动机。在图1的示例中，内燃机1被实现为四缸发动机，并且因此包括四个汽缸2，其中分别存在用于燃烧被引入相应的燃烧室3中的燃料-空气混合物的燃烧室3。应当理解，在该示例的变体中，可以设置不同数量的汽缸2，并且因此也可以设置不同数量的燃烧室3。
对于每个燃烧室3，在内燃机1中设置用于将燃料15喷射到相关燃烧室3中的相应的燃料喷射器30。燃料喷射器30经由燃料线路31与燃料储存器32连通，该燃料储存器在图中仅示意性地示出，燃料喷射器30从该燃料储存器供应燃料15。典型地，燃料储存器32是装备有根据本发明的内燃机1的车辆的燃料箱。
此外，内燃机1包括新鲜空气供给装置4，用于将新鲜空气6供给到汽缸2的燃烧室3中。新鲜空气供给装置4可以是内燃机1的新鲜空气系统(其在附图中未更详细地示出)的一部分。向燃烧室3内供给新鲜空气6可以借助于布置在新鲜空气供给装置4中的阀装置33来控制。此外，内燃机1包括废气排出装置5，用于排出通过燃料-空气混合物燃烧而在汽缸2的燃烧室3中产生的废气7。废气排出装置5可以是废气系统(其在附图中未更详细地示出)的一部分，其经由通常被描述为弯管的各个废气管9从燃烧室3排出废气7。
内燃机1还包括废气再循环装置8，用于将从汽缸2排出的废气7经由新鲜空气供给装置4部分地再循环到内燃机1的燃烧室3中。为此目的，在废气排出装置5中设置分支24，在该分支中，废气再循环装置8从废气排出装置5分支。从内燃机1的汽缸2排出的废气7的一部分离开废气排出装置5进入分支24中，并且随后通过废气再循环装置8处理。废气再循环装置8可以包括待再循环的废气7可以流过的再循环线路10，并且该再循环线路与新鲜空气供给装置4和废气再循环装置8流体连通。至少部分再循环线路10可以以再循环管11的方式设计。废气7到燃烧室3中的再循环可以借助于在废气再循环装置8中布置的阀装置34来控制。
在废气再循环装置8中布置热交换器40，该热交换器可以设计为传统的堆叠板式热交换器41。堆叠板式热交换器41包括在堆叠板式热交换器41中流体地分离并彼此相邻地交替布置的第一流体路径42a和第二流体路径42b。堆叠板式热交换器41的结构仅在图1中大致示意性地示出。第一流体路径42a是废气再循环装置8的一部分，并且为此目的流体地与再循环线路10或再循环管道11成一体。因此，待再循环的废气7流过热交换器40的第一流体路径42a。
燃料15流过与第一流体路径42a流体地分离的第二流体路径42b，该燃料15经由燃料供给线路43从燃料储存器32抽出。燃料15的爆震数在热交换器40中或在堆叠板式热交换器41中升高。为此目的，热交换器40的第二流体路径42b设计为催化燃料蒸发器12，用于化学地转换流过第二流体路径42b的燃料15。
图2以单独的示意图示出了实现为燃料蒸发器12的热交换器40或堆叠板式热交换器41的单个第二流体路径42b。根据图2，燃料蒸发器12的每个第二流体路径42b可以包括相应的管体16，通过该管体，第二流体路径42b结合在燃料供给线路43中。管体16限定了燃料15可以流过的管体内部17。在内壁25上，尤其是在管体16的内周壁上，存在催化涂层18，通过该催化涂层，存在于燃料15中的长链烃转化为较短链烃。为此目的，借助于催化涂层18在管体内部17中发生氧化反应。在燃料15中达到进行氧化反应所需的温度，因为热量从流过第一流体路径42a的废气7提取并被传送到燃料15。在该过程中，发生燃料15的蒸发。在燃料15的蒸发过程期间，包含在燃料15中的长链烃类化合物c8h18通过将作为氧化剂的氧气(o2)加入到短链烃类化合物c3h8中而转化，其中二氧化碳(co2)被释放。燃料15的氧化优选地在严重缺气(λ<0.1)的情况下进行。
另外，热交换器40或燃料蒸发器12可以配备有电加热装置19。然后电加热装置19用于加热待转换的燃料15。电加热装置19可以被设计为例如电加热线圈20，该电加热线圈在图2中仅大致示意性地示出，其布置在管体内部17中。借助于电加热装置19，可以在燃料15中达到氧化反应所需的温度，而燃料15的热值在此过程中不被降低。当待转换的燃料15的温度高到足以在进入燃料蒸发器12时进行氧化反应时，则可以省去通过电加热装置19对燃料15的额外加热。
在转换之后离开热交换器40或燃料蒸发器12的具有短链烃类化合物c3h8的气体燃料15比在进入热交换器40之前的具有长链烃类化合物c8h18的燃料15具有更高的抗爆震性。在示例场景中，辛烷值或爆震数在转换过程期间从ron98增加到ron≥100的值。
在出口侧上，热交换器40的第二流体路径42b与燃料喷射器30流体连通，用于将具有较高爆震数的燃料15引入内燃机1的燃烧室3中。为此目的，第二流体路径42b连接至燃料线路31，经由该燃料线路31-如上所述-来自燃料储存器32的燃料15被喷射到燃烧室3中而没有直接增加爆震数。
为了对具有较高爆震数的燃料15在喷射到燃烧室3内之前进行冷却和液化，在热交换器40的下游，即在热交换器40的第二流体路径42b与燃料喷射器30之间，布置有用于冷却或液化离开热交换器40的燃料15的燃料冷却器27。燃料冷却器27也可以设计为热交换器28或者包括这种热交换器28。作为所谓的翅片管式热交换器或传统的堆叠板式热交换器的热交换器28的技术实现是可以想到的。其他技术形式的实现对于本领域的技术人员来说也是已知的。待冷却的燃料15以已知的方式流过热交换器28。
除此之外，在图1中未详细示出的冷却剂流过-与燃料15流体分离的-热交换器28。在热交换器22内，冷却剂以已知的方式与燃料15热连接，用于冷却燃料15。通过将热量从燃料15传递到冷却剂，燃料15的温度降低。在此过程中，燃料15被液化。在离开设计为热交换器28的燃料冷却器27后，燃料15经由接合点29被引入具有较高爆震数的燃料线路31中，在该接合点处-与直接从燃料储存器32获得的具有非较高的爆震数的燃料15混合-其经由燃料线路31和燃料喷射器30被引入到燃烧室3中。
为了在新鲜空气供给装置4中与新鲜空气6混合以及将废气7重新引入到燃烧室3中之前冷却废气7，在热交换器40下游的废气再循环装置8中，即在热交换器40的第一流体路径42a与新鲜空气供给装置4之间，布置有用于冷却离开热交换器40的废气7的废气冷却器21。在图1中，废气冷却器21仅示意性地示出。废气冷却器21也可以设计为热交换器22或者包括这种热交换器22。作为所谓的翅片管式热交换器或传统的堆叠板式热交换器的热交换器22技术实现的是可以想到的。其他技术形式或实现对于本领域的技术人员来说也是已知的。以已知的方式，待冷却的废气7流过热交换器22。除此之外，图1中未详细示出的冷却剂-与待再循环的废气7流体分离地-流过热交换器22。在热交换器22内，冷却剂以已知的方式与废气7热耦合，用于冷却废气7。通过将热量从废气7传递至冷却剂，废气7的温度被降低。
在流过废气冷却器21之后，被冷却的废气7经由分支23从废气再循环装置8排出，该分支通向新鲜空气供给装置4，并且与新鲜空气6一起被再次引入到内燃机1的汽缸2中。
上面介绍的内燃机1可以可选地在配备有制冷系统(未在图中示出)的机动车中使用。这种制冷系统包括制冷剂在其中循环的制冷回路(未示出)。制冷系统可以是设置在机动车中的空气调节系统的一部分，机动车的车辆内部通过该空气调节系统进行空气调节。设计为热交换器22的废气冷却器21以及替代地或附加地，设计为热交换器28的燃料冷却器27可以结合在制冷回路中。在第一种情况下，制冷系统的制冷剂用作用于冷却流经废气冷却器21的废气7的冷却剂。在第二种情况下，制冷系统的制冷剂用作用于冷却流过燃料冷却器27的燃料15的冷却剂。