本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特性的内燃机。本发明还涉及一种用于这种内燃机的运行的方法以及适用于该方法的计算机程序产品。
背景技术：
1、这种内燃机，也称为内燃式发动机，通过燃烧空气-燃料混合物产生机械动力，以例如驱动发电机。
2、所述内燃机的一个众所周知的问题是爆震(knock)。解决爆震的常见策略(例如，ep 3308006 a1中提出的)是应用爆震控制方法，其中爆震传感器用于专门(ad-hoc)检测爆震，并且检测到的爆震触发某些内燃机参数的改变以使工作点远离抗爆震性能或转变抗爆震性能，特别是增加抗爆震性能。增加的或高的抗爆震性能对应于减少的或低的爆震发生可能性，即爆震概率。转变或改变抗爆震性能的常见方式是延迟点火或降低发动机的负载或转速。
3、这种方法的主要缺点是，爆震必须发生，特别是在有害水平下，至少持续很短的时间，控制方法才能发挥作用。因此，发生的爆震仍然会对内燃机造成损害——即使不是很快，也至少随着时间的推移会发生。当供应具有低甲烷值的燃料或气体时，这是特别有害的，其中甲烷值是燃烧速度和效率的指标。
4、替代地，并且不利地，可以降低内燃机的额定值来避免爆震。
技术实现思路
1、本发明的主要目的是提供一种克服现有技术的缺陷的内燃机，特别是在永久高效的发动机运行期间避免爆震或允许将爆震概率降低到期望的、特别低的水平的内燃机。
2、该目的通过具有权利要求1的特征的内燃机来实现。对应地，本发明提供了一种如权利要求11给出的用于这种内燃机的运行的方法，以及如权利要求13给出的计算机程序产品。
3、本发明基于影响爆震发生的一些关键参数：燃料或空气-燃料混合物的温度以及燃料的甲烷值和/或氢含量。一般而言，爆震的可能性或概率随着甲烷值越高、氢含量越低以及温度越低而降低，特别是在燃烧室内部。
4、本发明及其对应方法和计算机程序产品的主要优点在于，可以借助于温度控制来避免和/或控制爆震，而不必改变燃料的成分构成，特别是不必调整影响甲烷值和/或氢含量的参数，和/或无需改变影响抗爆震性能和/或爆震概率的任何其它参数(温度除外)。
5、抗爆震性能优选地被理解为燃料和/或空气燃料混合物在压缩期间不自燃和燃烧以及防止爆震的能力。
6、爆震概率优选地被理解为发生爆震的可能性。因此，高抗爆震性能对应于低爆震概率。
7、抗爆震性能可以由范围在0和1之间的数值(kr)表示，其中0对应于容易自燃的燃料和/或空气-燃料混合物，并且其中1对应于根本不自燃的燃料和/或空气-燃料混合物。
8、对应地，爆震概率可以由范围在0和1之间的数值(kp)表示，其中0对应于根本不自燃的燃料和/或空气-燃料混合物，并且其中1对应于容易自燃的燃料和/或空气-燃料混合物。
9、这可以分别意味着kp＝1-kr和kr＝1-kp。
10、利用本发明，可以改变和/或精确控制抗爆震性能和/或爆震概率，使得内燃机始终无爆震或以期望的爆震概率工作，特别是避免任何不受控制的、有害的和/或严重的爆震。
11、在一些情况下，可能期望内燃机能够无爆震运行。在其它情况下，以期望的爆震概率、特别是以低概率和/或轻微的爆震来运行内燃机是有利的。在一些情况下，对于发动机的燃烧和/或效率，轻微的爆震是有利的。
12、本发明允许精确控制抗爆震性能或爆震概率，即使当燃料参数诸如其成分构成、甲烷值和/或氢含量随时间变化时也是如此。该特征是解耦内燃机所供应燃料的效率的关键，这对于天然气作为燃料和/或当氢存在于燃料中和/或与燃料混合时特别有用。
13、本发明的对应优点在于，即使在相对低和/或变化的甲烷值和/或高氢含量的情况下，内燃机也可以在恒定和/或满负载和/或转速下运行。
14、由于空气、燃料和/或空气-燃料混合物的温度较低，只要其它边界条件允许，即使当甲烷值低和/或氢含量高时，内燃机也可以保持满负荷运行。
15、这意味着，与具有空气、燃料和/或空气-燃料混合物的恒定温度的设置相比，在低甲烷值和/或高氢含量的较低温度的空气、燃料和/或空气-燃料混合物的情况下，内燃机的降低额定值开始较晚。
16、在一些情况下，空气、燃料和/或空气-燃料混合物的温度可以借助于温度调节装置来升高，特别是为了优化和/或提高内燃机的效率。
17、总体而言，内燃机可以在整个或至少较长一段时间内高效地运行。与普通内燃机相比，所提出的内燃机提供了更高的热效率以及在燃料成分构成和/或质量方面增加的灵活性，其中后者例如由甲烷值和/或氢含量表示。
18、本发明的有利实施例及其温度控制机制在所附权利要求中叙述。
19、本发明的特别有利的实施例是控制单元被配置为如果需要的话和/或实时地控制空气、燃料和/或空气-燃料混合物的温度，使得内燃机即使当燃料的质量，即甲烷值和/或氢含量变化时，也可以在无爆震状态下或以期望的爆震概率运行。
20、在本发明的特别有利的实施例中，控制单元被配置为控制至少一个温度调节装置，以在空气和/或燃料和/或空气-燃料混合物进入内燃机的燃烧室之前冷却或加热空气、燃料和/或空气-燃料混合物。
21、温度调节装置借助于冷却或加热介质和/或流体和/或通过热传导和/或热对流和/或热辐射引起冷却或加热，即温度控制机制。
22、在特别优选的变型中，至少一个温度调节装置包括至少一个增压空气或中间冷却器和/或至少一个具有用于冷却或加热的温度调节流体的流体回路，其中温度调节流体可以是空气和/或水。
23、在本发明的特别有利的实施例中，控制单元被配置为，优选地主动地实时或接近实时地，将实际抗爆震性能向目标抗爆震性能转变。
24、这意味着目标抗爆震性能比实际抗爆震性能更远离内燃机的运行点，以便提供无爆震发动机运行状态或具有期望的、特别低的爆震概率的状态。
25、优选地，仅在需要时，即当发动机的运行点或状态移动到接近或达到实际抗爆震性能时，才应用温度控制。
26、在优选的变型中，控制单元被配置为优选地通过实时调节来控制空气、燃料和/或空气-燃料混合物的温度，使得内燃机无爆震地运行或在恒定和/或满负载和/或转速下以期望的爆震概率运行。
27、这意味着控制单元被配置为通过借助于至少一个温度调节装置主动控制空气、燃料和/或空气-燃料混合物的温度来维持实际抗爆震性能和实际运行点之间的距离，该实际运行点可以例如由燃烧室中的压力和/或点火角来表征。
28、燃料可以含有氢、h2和/或甲烷等。也可以将组分添加到燃料和/或空气-燃料混合物中。
29、在优选的变型中，内燃机包括至少一个被配置以获得甲烷值的传感器，即直接提供燃料和/或空气-燃料混合物的甲烷值作为信号的甲烷值传感器。
30、在优选的变型中，内燃机包括至少一个传感器，其被配置为感测燃料和/或空气-燃料混合物的氢含量。
31、如果通过至少一个传感器获得了燃料和/或空气-燃料混合物的氢含量，那么可以借助于获得的氢含量来确定甲烷值。
32、借助于氢含量和/或天然气含量来计算或导出甲烷值是普遍知识。
33、在特别有利的变型中，内燃机包括至少一个传感器，其被配置为感测
34、-物理参数，诸如空气、燃料和/或空气-燃料混合物的温度和/或湿度，和/或
35、-空气、燃料和/或空气-燃料混合物的化学参数，和/或
36、-空气、燃料和/或空气-燃料混合物的成分构成，和/或
37、-爆震
38、并且生成其数据。
39、至少一个传感器还可以检测关于内燃机的参数，诸如内燃机的部件(例如，燃烧室、流体回路等)的温度。
40、至少一个传感器还可以检测关于燃料成分构成的参数，诸如水含量，其可以例如用于确定燃料的质量和/或稳定性。
41、在特别有利的变型中，控制单元被配置为处理由至少一个传感器生成的数据，以例如导出空气、燃料和/或空气-燃料混合物的至少一个质量参数，例如甲烷值和/或氢含量。
42、由至少一个传感器生成的数据可以被实时或接近实时地存储和/或处理。
43、在优选的变型中，内燃机是固定发动机，其例如用于驱动发电机以进行发电。
44、在内燃机的优选变型中，内燃机是往复式发动机。
45、一般而言，内燃机包括其运行所需的所有零件，诸如喷射器阀、火花塞、活塞、活塞气缸、压缩装置，诸如涡轮或增压器、冷却或加热源和/或排气系统。
46、在所要求保护的方法的优选变型中，该方法包括确定和/或计算燃料和/或空气-燃料混合物的实际抗爆震性能。
47、抗爆震性能的确定可以例如借助于模型、地图、图表、区域等和/或在测试设施处的测试来执行，其中模型、地图、图表、区域等和/或测试设施可以取决于发动机而不同。
48、在所要求保护的方法的优选变型中，该方法包括确定和/或计算燃料和/或空气-燃料混合物的目标抗爆震性能和/或爆震概率。
49、在所要求保护的方法的优选变型中，该方法包括确定和/或计算空气、燃料和/或空气-燃料混合物的目标温度和/或目标温度差，使得实际抗爆震性能和/或实际爆震概率等于和/或变成目标抗爆震性能和/或目标爆震概率，例如其中使用表示目标抗爆震性能和/或目标爆震概率的模型、地图、图表、区域等来进行计算和/或推导。
50、在所要求保护的方法的优选变型中，该方法包括借助于至少一个温度调节装置和/或控制与内燃机相关的其它参数，诸如空气-燃料混合物的压缩率、燃烧室的温度、燃烧室的几何形状、内燃机功率和/或点火正时，通过冷却或加热空气、燃料和/或空气-燃料混合物以达到目标温度和/或目标温度差来调整实际温度，。
51、计算机程序产品提供使执行计算机接收或读取数据和/或接收测量值的指令。
52、数据是指包括燃料和/或空气-燃料混合物的甲烷值和/或氢含量的数据。
53、测量值可以是由传感器生成的数据并且是指用于确定和/或计算燃料和/或空气-燃料混合物的甲烷值和/或氢含量的值。
54、数据和/或测量值可以存储在存储装置中和/或手动输入和/或由传感器在经过或不经过存储装置等的情况下提供。
55、在所要求保护的计算机程序产品的优选变型中，计算机程序产品包括供执行计算机执行的以下指令：
56、-计算和/或利用给定燃料和/或空气-燃料混合物和/或内燃机的甲烷值和/或氢含量，
57、-基于燃料和/或甲烷值和/或氢含量确定实际抗爆震性能，
58、-设置内燃机的目标抗爆震性能，优选地基于目标运行点，该目标运行点例如由目标负载和/或转速表示，以及
59、-检查目标抗爆震性能是否等于实际抗爆震性能，以及如果实际抗爆震性能不同于目标抗爆震性能，那么导出将实际抗爆震性能转变为目标抗震性所需的空气、燃料和/或空气-燃料混合物的目标温度和/或温度差。
60、计算机程序产品主要用于与其关联的内燃机的运行。
61、还可以使用计算机程序产品作为独立产品，例如与内燃机的模拟和/或模型结合。
1.一种用于燃烧含有空气(3)和燃料(4)的空气-燃料混合物(2)的内燃机(1)，包括：至少一个用于冷却或加热空气(3)、燃料(4)和/或空气-燃料混合物(2)的温度调节装置(5)，以及被配置为确定燃料(4)和/或空气-燃料混合物(2)的甲烷值(7)和/或氢含量(8)的控制单元(6)，其特征在于，控制单元(6)被配置为通过控制所述至少一个温度调节装置(5)基于所确定的甲烷值(7)和/或氢含量(8)来控制空气(3)、燃料(4)和/或空气-燃料混合物(2)的温度。
2.如前一权利要求所述的内燃机(1)，其中控制单元(6)被配置为在空气(3)、燃料(4)和/或空气-燃料混合物(2)进入内燃机(1)的燃烧室(13)之前，控制所述至少一个温度调节装置(5)以冷却或加热空气(3)、燃料(4)和/或空气-燃料混合物(2)。
3.如前述权利要求之一所述的内燃机(1)，其中所述至少一个温度调节装置(5)包括至少一个中间冷却器(9)和/或至少一个具有温度调节流体(11)，优选为冷却水的流体回路(10)。
4.如前述权利要求之一所述的内燃机(1)，其中控制单元(6)被配置为将实际抗爆震性能向目标抗爆震性能转变。
5.如前述权利要求之一所述的内燃机(1)，其中控制单元(6)被配置为控制空气(3)、燃料(4)和/或空气-燃料混合物(2)的温度，使得内燃机(1)以恒定和/或满负载和/或具有期望爆震概率的转速运行。
6.如前述权利要求之一所述的内燃机(1)，其中燃料(4)包含氢。
7.如前述权利要求之一所述的内燃机(1)，还包括至少一个传感器(12)，所述至少一个传感器(12)被配置为感测
8.如前一权利要求所述的内燃机(1)，其中控制单元(6)被配置为处理由所述至少一个传感器(12)生成的数据，以例如导出空气(3)、燃料(4)和/或空气-燃料混合物(2)的至少一个质量参数。
9.如前述权利要求之一所述的内燃机(1)，其中内燃机(1)是固定发动机。
10.如前述权利要求之一所述的内燃机(1)，其中内燃机(1)是往复式发动机。
11.一种用于内燃机(1)的运行的方法，所述内燃机(1)优选地是前述权利要求中的至少一项所述的内燃机(1)，用于燃烧包含空气(3)和燃料(4)的空气-燃料混合物(2)，其中所述方法包括以下步骤：
12.如前一权利要求所述的方法，还包括：
13.一种计算机程序产品，用于内燃机(1)，优选地权利要求1至10之一所述的内燃机(1)和/或根据权利要求11或12所述的方法的内燃机(1)的运行，所述内燃机(1)用于燃烧含有空气(3)和燃料(4)的空气-燃料混合物(2)，包括使执行计算机执行以下各项操作的指令：
14.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述指令使执行计算机还执行以下各项操作：
