内燃机和用于运行内燃机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的特征的内燃机以及一种根据权利要求9的前序部分的特征的用于运行内燃机的方法。
【背景技术】
[0002]存在内燃机的一系列使用，其中，这些内燃机利用燃料来运行，所述燃料具有相对低的热值和此外局部强烈变化的热值。将燃气发动机作为具体的实例，该燃气发动机利用所谓的低BTU燃气来运行，所述低BTU燃气例如源自煤矿。因为该低BTU燃气(BTU:英国热量单位)不仅具有低的热值，而且具有强烈变化的热值，所以给该可燃气体掺入稳定气体是现有技术，当可燃气体暂时具有很低的热值时，所述稳定气体也确保了燃烧。这例如在申请人的产品系列(Baureihe) 6，型号(Model) 620 E51中得以实现。
[0003]在此，所述掺入如此进行，使得正好仍满足这种确保燃烧的条件。在此应当节约使用稳定气体，因为所述稳定气体必须得购买并且由于其更好的可燃性而大都比可燃气体更为昂贵。
[0004]在此，优选将包含氢气和/或包含甲烷的气体、例如纯氢气或者纯甲烷以及天然气或者煤气用作稳定气体。但是原则上可以将能够实现内燃机的持久运行的各种气体用作稳定气体。
[0005]从上述的尽可能少地使用稳定气体的追求中得出另一种研发方案。已知的是，在输入内燃机之前持续测量可燃气体的组成，并且从中确定恰好当前的热值。当可燃气体刚好具有特别小的热值时，可以按这种方式有针对性地输入更多的稳定气体。在此不利的是，用于分析可燃气体所必需的测量仪器、例如气相色谱仪或者质谱仪的成本相当高。这些分析方法是相对迟缓的，从而在可燃气体的热值快速变化时，不可能精确按照要求地掺入稳定气体。此外，它们是昂贵的并且存在提高的失效风险，从而又必须回到开头所述的恒定掺入稳定气体的方法。
【发明内容】
[0006]本发明的任务在于，提供一种内燃机以及一种用于运行内燃机的方法，其中，在燃烧具有可变的和/或过低的热值的可燃气体时能够实现安全的运行以及稳定气体的高效的使用。
[0007]该任务通过一种具有权利要求1的特征的内燃机以及通过一种具有权利要求9的特征的方法来解决。
[0008]这通过以下方式来进行:依据所述至少一个发动机参量控制或调节向所述至少一个燃烧室输入的稳定气体的量。
[0009]因此，本发明基于如下认识:在很多情况下已经在内燃机上存在的传感器能够用于检测燃烧的品质。因此，本发明允许，在用于测量元件的耗费基本保持不变的情况下，高效且目标明确地使用稳定气体。
[0010]同样在相反的情况下(在该情况下可燃气体具有对于所述内燃机来说过高的热值)可以借助于稳定气体来确保稳定运行。通过在此使用具有较低热值的稳定气体可以实现的是，在燃烧室中始终存在具有对内燃机来说可接受的热值的气体混合物。
[0011]此外，当可燃气体的其它参数对于现有的内燃机来说不合适时，也可以根据本发明使用稳定气体。在此，一个重要的实例是火焰传播速度。也就是说，如果存在具有过低(过高)的火焰传播速度的可燃气体，那么就可以将具有较高(较低)的火焰传播速度的稳定气体掺入，以便总体上为内燃机提供具有恰当的火焰传播速度的混合物。
[0012]如果可燃气体的多个参数对于内燃机来说都不合适，那么当然也可以使用多种不同的稳定气体，以便适配待燃烧的气体。
[0013]所有参照现有技术所讨论的对同类型的内燃机或者同类型的方法的可能的使用也可以在根据本发明的内燃机或方法中考虑。
[0014]本发明的其它有利的实施方式在从属权利要求中限定。
[0015]优选地，本发明可以用在具有8、10、12、16、18、20、22或者24个气缸的燃气发动机中。
[0016]优选地，本发明用在特别是外源点火的固定式内燃机中，所述内燃机优选与用于发电的发电机耦联或者用于直接驱动机器、特别是栗和压缩机。
[0017]向所述至少一个燃烧室输入的稳定气体、可燃气体或者空气的量优选可以理解为气体的物质量。原则上，例如可以将根据基于质量的量概念的参量用于控制或调节。但是，例如也可以将各气体的量经由它们的化学能量含量来给出。
[0018]可以优选这样一种实施方式，在该实施方式中，设有λ探测器用以测量λ值(过量空气系数)作为发动机参量，所述λ探测器与控制或调节装置连接。λ探测器优选可以设置在排气歧管中。于是，在控制或调节稳定气体的输入时可以使用所测量的λ值。
[0019]在输入管中，λ值同样可以经由测量氧含量来确定并且被提供给发动机调节器。
[0020]备选地或附加地，λ值可以借助于氧气传感器来确定，因为从氧气传感器的测量值中可以推断出λ值。当然也可以使用其测量值允许确定λ值的其它传感器。可列举一氧化碳探测器作为实例。
[0021 ] 此外，可以优选这样一种实施方式，在该实施方式中，设有至少一个传感器用以测量在燃烧期间位于所述至少一个燃烧室中的由可燃气体、稳定气体和空气形成的混合物的至少一个压力作为发动机参量，所述至少一个传感器与控制或调节装置连接。从如此检测的气缸压力中能够计算时间参量，该时间参量表征在所述至少一个燃烧室中的气体的燃烧速度。在控制或调节稳定气体时也可以按有利的方式考虑这样的时间参量。
[0022]在本公开文件中提到压力传感器的任何地方同样可想到使用
[0023]——离子流传感器或者
[0024]一一用于检测在所述至少一个燃烧室中的温度的传感器。
[0025]利用这些传感器的测量值同样能够推断出特征性的燃烧曲线。
[0026]在本发明的一种特别优选的实施方式中，为每个燃烧室设置恰好一个传感器、特别是压力传感器。以这种方式能够为每个燃烧室计算单独的时间参量。在另一种优选的实施方式中可以规定，经由这些单独的时间参量求取平均值或者计算单独时间参量的中值，以便改善要计算的时间参量的精确性。但是也可想到，单独控制或调节用于每个燃烧室的稳定气体的掺入。
[0027]在确定时间参量和/或单独时间参量时可以动用所谓的“已燃质量分数”(MFB)。对于MFB的定义参考在海伍德的专业著作《内燃机原理(Internal Combust1n EngineFundamentals)))(麦格劳.希尔，1988)的章节9.1和9.2、特别是9.2.1和9.2.2。可将MFB达到其最大值的被定义的份额时的时刻用作时间参量和/或单独时间参量。该份额的对于本发明来说优选的值在30%至80%之间、特别是在40%至65%之间并且特别优选是50%。以这种方式所产生的时间参量和/或单独时间参量称为MFB50 (在份额为50%的情况下；在其它选择的份额的情况下相似)。
[0028]所述份额也可以在0%至10%之间。那么时间参量和/或单独时间参量称为点火延迟。对于点火延迟的定义参考在海伍德的专业著作《内燃机原理(Internal Combust1nEngine Fundamentals)))(麦格劳.希尔，1988)的章节 9.2.3。
[0029]在本发明的一种特别优选的实施方式中可以规定，在燃烧期间，借助于所述至少一个压力传感器测量在所述至少一个燃烧室中的压力曲线并且将其用于计算时间参量。这优选可以通过经由所述至少一个压力传感器来测量多个压力值来进行。每次燃烧由所述至少一个压力传感器提供的压力值越多、也就是说所测量的压力曲线的时间分辨率越高，就可以越精确地计算从中所确定的时间参量。
[0030]这尤其适用于该实施方案的下述的进一步扩展方案。可以规定，将热曲线作为压力曲线和拖曳压力曲线的差来计算，以及将累积的热曲线作为热曲线的积分来计算，并且将累积的热曲线用于计算时间参量。拖曳压力可理解为，在没有燃烧的情况下燃烧室中的压力的曲线。例如在活塞-气缸单元的情况下，在拖曳运行中，即使不发生燃烧，压力也周期性地变化。拖曳压力曲线可以实验地、利用仿真或者通过解析计算来确定。通过该实施方式可以检测在燃烧室中的精确的燃烧曲线。
[0031 ] 在MFB基础上的时间参量或者单独时间参量可以从热曲线中以如下方式简单地