AT518811A2 - Gas engine and method of operating the same - Google Patents

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AT518811A2 ATA285/2017A AT2852017A AT518811A2 AT 518811 A2 AT518811 A2 AT 518811A2 AT 2852017 A AT2852017 A AT 2852017A AT 518811 A2 AT518811 A2 AT 518811A2
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Abstract

Gasmotor (10), mit mindestens einem Zylinder (11), wobei der oder jede Zylinder (11) eine Hauptbrennkammer (12) zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs und eine mit der Hauptbrennkammer (12) über einen Überströmkanal (14 ) gekoppelte, gespülte Vorkammer (13) umfasst, und mit mindestens einem Abgasturbolader (15), der eine Turbine (16) zur Entspannung von den oder jeden Zylinder (11) verlassendem Abgas und einen Verdichter (18, 22) zur Verdichtung von dem oder jedem Zylinder (11) zuzuführender Luft umfasst, und mit mehrere Luftpfaden für die dem oder jedem Zylinder (11)~ zuzuführende Luft, wobei über einen ersten Luftpfad (17) mit einem ersten Verdichter (18) zumindest Luft verdichtbar und der Hauptbrennkammer (12) des oder jedes Zylinders (11) zuführbar ist, und wobei über einen zweiten Luftpfad (21) mit einem zweiten Verdichter (22) ein Brenngas-Luft-Gemisch verdichtbar und der Vorkammer (13) des oder jedes Zylinders (11) zuführbar ist.A gas engine (10) having at least one cylinder (11), the or each cylinder (11) having a main combustion chamber (12) for combusting a fuel gas-air mixture and coupled to the main combustion chamber (12) via an overflow passage (14). purged pre-chamber (13), and with at least one exhaust gas turbocharger (15) having a turbine (16) for venting from the or each cylinder (11) exhaust and a compressor (18, 22) for compression of the or each cylinder ( 11) to be supplied with air, and with a plurality of air paths for the or each cylinder (11) ~ supplied air, via a first air path (17) with a first compressor (18) at least air compressible and the main combustion chamber (12) of the or each Cylinder (11) can be supplied, and wherein via a second air path (21) with a second compressor (22) a fuel gas-air mixture can be compressed and the antechamber (13) of the or each cylinder (11) can be fed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors.The invention relates to a gas engine and a method for operating a gas engine.

Aus der Praxis bekannte Gasmotoren, die der Verbrennung eines gasförmigen Kraftstoffs dienen, verfügen über mindestens einen Zylinder, wobei in den Zylindern ein Brenngas-Luft-Gemisch verbrannt wird. Die Zylinder von aus der Praxis bekannten Gasmotoren verfügen typischerweise über eine Hauptbrennkammer sowie über eine mit der Hauptbrennkammer über mindestens einen Überströmkanal gekoppelte Vorkammer. Es ist bekannt, der Hauptbrennkammer ein Brenngas-Luft-Gemisch aus Brenngas und Luft zuzuführen, wobei der Vorkammer zur Spülung reines Brenngas zugeführt wird. Ferner ist es bei aus der Praxis bekannten Gasmotoren üblich, Abgas, welches bei der Verbrennung des Brenngas-Luft-Gemischs in den Zylindern des Gasmotors anfällt, einem oder mehreren Abgasturbolader, nämlich einer Turbine eines Abgasturboladers zuzuführen, wobei bei der Entspannung des Abgases in der Turbine gewonnene Energie genutzt wird, um zumindest dem oder jedem Zylinder zuzuführende Luft, sogenannte Ladeluft bzw. Verbrennungsluft, zu verdichten. Das Brenngas kann bei aus der Praxis bekannten Gasmotoren entweder vor oder nach Verdichter über ein oder mehrere Zumischpunkte der verdichteten Ladeluft zugemischt werden.Gas engines known in practice, which serve for the combustion of a gaseous fuel, have at least one cylinder, wherein a fuel gas-air mixture is burned in the cylinders. The cylinders of gas engines known in practice typically have a main combustion chamber and an antechamber coupled to the main combustion chamber via at least one overflow channel. It is known to supply the main combustion chamber, a fuel gas-air mixture of fuel gas and air, wherein the pre-chamber for purge pure fuel gas is supplied. Furthermore, it is customary in gas engines known from practice, exhaust gas, which is obtained in the combustion of the fuel gas-air mixture in the cylinders of the gas engine, one or more exhaust gas turbocharger, namely a turbine to supply an exhaust gas turbocharger, wherein during the expansion of the exhaust gas in the Turbine obtained energy is used to at least the or each cylinder to be supplied air, so-called charge air or combustion air to compress. The fuel gas can be admixed in known from practice gas engines either before or after the compressor via one or more mixing points of the compressed charge air.

Es besteht zunehmend Bedarf daran, den Wirkungsgrad von Gasmotoren zu verbessern und Abgasemissionen zu reduzieren.There is an increasing need to improve the efficiency of gas engines and to reduce exhaust emissions.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Gasmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch einen Gasmotor nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist der Gasmotor mehrere Luftpfade für die dem oder jedem Zylinder zuzuführende Verbrennungsluft auf, wobei über einen ersten Luftpfad mit einem ersten Verdichter zumindest Luft verdichtbar und der Hauptbrennkammer des oder jedes Zylinders zuführbar ist, und wobei über einen zweiten Luftpfad mit einem zweiten Verdichter ein Brenngas-Luft-Gemisch verdichtbar und der Vorkammer des oder jedes Zylinders zuführbar ist.On this basis, the present invention has the object to provide a novel gas engine and a method for operating a gas engine. This object is achieved by a gas engine according to claim 1. According to the invention, the gas engine has a plurality of air paths for the combustion air to be supplied to the or each cylinder, at least air being compressible via a first air path with a first compressor and the main combustion chamber of the or each cylinder can be supplied, and via a second air path with a second compressor, a fuel gas Air mixture compressible and the antechamber of the or each cylinder can be fed.

Erfindungsgemäß sind zwei Luftpfade für Verbrennungsluft vorhanden, nämlich der erste Luftpfad, über den der Hauptbrennkammer des oder jedes Zylinders verdichtete Verbrennungsluft zuführbar ist, sowie der zweite Luftpfad, über den ein verdichtetes Brenngas-Luft-Gemisch der Vorkammer des oder jedes Zylinders zur Spülung zuführbar ist. Erfindungsgemäß erfolgt demnach die Spülung der Vorkammer des oder jedes Zylinders nicht mit reinem Brenngas, sondern vielmehr mit einem Brenngas-Luft-Gemisch. Hiermit können Zündbedingungen verbessert und somit eine optimierte Verbrennung des Brenngases gewährleistet werden, wodurch einerseits eineAccording to the invention, two air paths for combustion air are present, namely the first air path, via which the main combustion chamber of the or each cylinder compressed combustion air can be fed, and the second air path through which a compressed fuel gas-air mixture of the antechamber of the or each cylinder can be supplied to the rinse , According to the invention, therefore, the flushing of the pre-chamber of the or each cylinder does not take place with pure fuel gas, but rather with a fuel gas-air mixture. This ignition conditions can be improved and thus an optimized combustion of the fuel gas can be ensured, which on the one hand a

Wirkungsgradverbesserung realisiert werden kann und andererseits Abgasemissionen reduziert werden können.Efficiency improvement can be realized and on the other hand, exhaust emissions can be reduced.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind der erste Luftpfad und der zweite Luftpfad über ein Rückschlagventil derart gekoppelt sind, dass vom zweiten Luftpfad ein Teil des im zweiten Verdichter verdichteten Brenngas-Luft-Gemischs in den ersten Luftpfad stromabwärts des ersten Verdichters einleitbar ist. Hiermit kann der Gasmotor besonders vorteilhaft betrieben werden.According to an advantageous development of the first air path and the second air path are coupled via a check valve such that the second air path, a portion of the second compressor compressed fuel gas-air mixture in the first air path downstream of the first compressor can be introduced. Hereby, the gas engine can be operated particularly advantageous.

Vorzugsweise verdichtet der erste Verdichter des ersten Luftpfads ein Brenngas-Luft-Gemisch und führt dasselbe der Hauptbrennkammer des oder jedes Zylinders zu. Die Variante, in welcher auch der erste Verdichter ein Brenngas-Luft-Gemisch verdichtet, ist besonders bevorzugt.Preferably, the first compressor of the first air path compresses a fuel gas-air mixture and supplies the same to the main combustion chamber of the or each cylinder. The variant in which the first compressor also compresses a fuel gas / air mixture is particularly preferred.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wirkt mit dem ersten Luftpfad jedoch nicht mit dem zweiten Luftpfad eine Abgasrückführung zusammen, wobei die Abgasrückführung Abgas stromaufwärts der Turbine abzweigt und stromabwärts des ersten Verdichters dem ersten Luftpfad und/oder stromabwärts der Turbine abzweigt und stromaufwärts des ersten Verdichters dem ersten Luftpfad zuführt. Vorteile der beiden Luftpfade kommen insbesondere dann zur Geltung, wenn der Gasmotor eine Abgasrückführung nutzt. Je höher die sogenannte Abgasrückführrate ist, desto stärker wirkt sich der Vorteil der gemischgespülten Vorkammer des jeweiligen Zylinders im Hinblick auf eine Wirkungsgradverbesserung und Reduktion von Abgasemissionen aus. Durch die Spülung der Vorkammer mit einem Brenngas-Luft-Gemisch kann insbesondere bei Gasmotoren mit Abgasrückführung eine deutlich verbesserte Homogenität in der Vorkammer, somit ein beschleunigter Druckbrand und eine deutlich geringere Rußentstehung bei der Verbrennung realisiert werden.According to an advantageous development, exhaust gas recirculation cooperates with the first air path but not with the second air path, the exhaust gas recirculation branching off exhaust gas upstream of the turbine and branching off downstream of the first compressor to the first air path and / or downstream of the turbine and upstream of the first compressor to the first air path supplies. Advantages of the two air paths come into their own, especially when the gas engine uses exhaust gas recirculation. The higher the so-called exhaust gas recirculation rate, the more the advantage of the mixture-purged prechamber of the respective cylinder has an effect with regard to an improvement in the efficiency and reduction of exhaust emissions. By flushing the pre-chamber with a fuel gas-air mixture, a significantly improved homogeneity in the pre-chamber, thus an accelerated pressure fire and a significantly lower soot formation during combustion can be realized especially in gas engines with exhaust gas recirculation.

Es bilden sich geringere Ablagerungen von Rußen in der Vorkammer und an einer Zündeinrichtung, die der Zündung des Brenngas-Luft-Gemisch dient, aus.Lower deposits of carbon blacks are formed in the prechamber and on an ignition device which serves to ignite the fuel gas / air mixture.

Vorzugsweise ist dem zweiten Luftpfad stromabwärts des zweiten Verdichters ein weiterer Verdichter zugeordnet, wobei der weitere Verdichter im zweiten Luftpfad stromabwärts des zweiten Verdichters angeordnet ist, und wobei eine das Rückschlagventil aufweisende Koppelleitung des ersten und zweiten Luftpfads zwischen dem zweiten Verdichter und dem weiteren Verdichter vom zweiten Luftpfad in Richtung auf den ersten Luftpfad abzweigt. Über den weiteren Verdichter kann gewährleistet werden, dass der Druck des Brenngas-Luft-Gemischs im zweiten Luftpfad stets oberhalb des Drucks in der Vorkammer des jeweiligen Zylinders liegt, sodass die Vorkammer des jeweiligen Zylinders immer mit dem Brenngas-Luft-Gemisch sicher gespült werden kann. Das Nutzen des weiteren Verdichters ist insbesondere dann von Vorteil, wenn dieser Druck über den zweiten Verdichter nicht immer aufrechterhalten bzw. eingestellt werden kann. In diesem Fall kann dann über einen vorzugsweise elektromotorisch angetriebenen weiteren Verdichter der entsprechende Druck für das Brenngas-Luft-Gemisch im zweiten Luftpfad eingestellt werden.Preferably, the second air path downstream of the second compressor is associated with a further compressor, wherein the further compressor is arranged in the second air path downstream of the second compressor, and wherein a check valve having a coupling line of the first and second air path between the second compressor and the further compressor from the second Air path branches off in the direction of the first air path. About the other compressor can be ensured that the pressure of the fuel gas-air mixture in the second air path is always above the pressure in the antechamber of the respective cylinder, so that the prechamber of the respective cylinder can always be safely flushed with the fuel gas-air mixture , The use of the further compressor is particularly advantageous if this pressure can not always be maintained or adjusted via the second compressor. In this case, the corresponding pressure for the fuel gas-air mixture in the second air path can then be set via a further compressor, which is preferably driven by an electric motor.

Der erste Verdichter und der zweite Verdichter sind gemeinsam ausgehend von einer gemeinsamen Turbine oder ausgehend von getrennten Turbinen antreibbar. Dann, wenn der erste Verdichter und der zweite Verdichter ausgehend von einer gemeinsamen Turbine antreibbar sind, kann der vorrichtungstechnische Aufwand reduziert werden.The first compressor and the second compressor are drivable together starting from a common turbine or from separate turbines. Then, when the first compressor and the second compressor are drivable starting from a common turbine, the device complexity can be reduced.

Das Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors ist in Anspruch 11 definiert.The method of operating a gas engine is defined in claim 11.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:

Fig. 1: einen ersten erfindungsgemäßen Gasmotor;1 shows a first gas engine according to the invention;

Fig. 2: einen zweiten erfindungsgemäßen Gasmotor;2 shows a second gas engine according to the invention;

Fig. 3: einen dritten erfindungsgemäßen Gasmotor; und3 shows a third gas engine according to the invention; and

Fig. 4: einen vierten erfindungsgemäßen Gasmotor.4 shows a fourth gas engine according to the invention.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Gasmotor sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gasmotors.The present invention relates to a gas engine and a method for operating such a gas engine.

Fig. 1 zeigt stark schematisiert ein Schema eines ersten erfindungsgemäßen Gasmotors 10, der mehrere Zylinder 11 umfasst. Jeder der Zylinder 11 verfügt über eine Hauptbrennkammer 12 sowie eine Vorkammer 13, wobei die Vorkammer 13 mit der Hauptbrennkammer 12 des jeweiligen Zylinders 11 über einen Überströmkanal 14 gekoppelt ist.1 shows a highly schematic diagram of a first gas engine 10 according to the invention, which comprises a plurality of cylinders 11. Each of the cylinders 11 has a main combustion chamber 12 and an antechamber 13, wherein the pre-chamber 13 is coupled to the main combustion chamber 12 of the respective cylinder 11 via an overflow channel 14.

In den Zylindern 11 des Gasmotors 10, nämlich im Bereich der Hauptbrennkammern 12 der Zylinder 11, wird ein Gemisch aus Brenngas und Luft verbrannt, wobei hierbei entstehendes Abgas über einen Abgasturbolader 15, nämlich eine Turbine 16 des Abgasturboladers 15, geführt wird. Hierbei im Bereich der Turbine 16 des Abgasturboladers 15 gewonnene Energie wird zum Verdichten von Verbrennungsluft genutzt, die dann als verdichtete Verbrennungsluft bzw. Ladeluft den Zylindern 11 des Gasmotors 10 zugeführt wird.In the cylinders 11 of the gas engine 10, namely in the region of the main combustion chambers 12 of the cylinder 11, a mixture of fuel gas and air is burned, wherein the resulting exhaust gas via an exhaust gas turbocharger 15, namely a turbine 16 of the exhaust gas turbocharger 15, is performed. In this case, energy obtained in the region of the turbine 16 of the exhaust-gas turbocharger 15 is used for compressing combustion air, which is then fed to the cylinders 11 of the gas engine 10 as compressed combustion air or charge air.

Der erfindungsgemäße Gasmotor 10 verfügt über mehrere Luftpfade für die Verbrennungsluft, wobei über einen ersten Luftpfad 17 mit einem ersten Verdichter 18 zumindest Luft 19 verdichtet und der Hauptbrennkammer 12 des jeweiligen Zylinders 11 als verdichtete Ladeluft 20 zugeführt wird, und wobei über einen zweiten Luftpfad 21 einem zweiten Verdichter 22 Luft 19 und Brenngas 23 in Form eines Brenngas-Luft-Gemischs 24 verdichtet und als verdichtetes Brenngas-Luft-Gemisch 25 den Vorkammern 13 der Zylinder 11 zugeführt wird.The gas engine 10 according to the invention has a plurality of air paths for the combustion air, at least air 19 is compressed via a first air path 17 with a first compressor 18 and the main combustion chamber 12 of the respective cylinder 11 is supplied as compressed charge air 20, and wherein a second air path 21 a second compressor 22 compressed air 19 and fuel gas 23 in the form of a fuel gas-air mixture 24 and as a compressed fuel gas-air mixture 25 the prechambers 13 of the cylinder 11 is supplied.

Durch die Spülung der Vorkammern 13 der Zylinder 11 des Gasmotors 10 mit dem Brenngas-Luft-Gemisch 25 können besseren Zündbedingungen bereitgestellt werden, sodass sich eine verbesserte Verbrennung und damit eine Wirkungsgradverbesserung einstellt. Ferner können geringere Abgasemissionen gewährleistet werden.By flushing the pre-chambers 13 of the cylinder 11 of the gas engine 10 with the fuel gas-air mixture 25 better ignition conditions can be provided, so that sets an improved combustion and thus an improvement in efficiency. Furthermore, lower exhaust emissions can be ensured.

Der erste Luftpfad 17 und der zweite Luftpfad 21 sind über eine Koppelleitung 26 mit einem in die Koppelleitung 26 geschalteten Rückschlagventil 27 verbunden bzw. gekoppelt, und zwar derart, dass ausgehend vom zweiten Luftpfad 21 ein Teil des im zweiten Verdichter 22 verdichteten Brenngas-Luft-Gemischs 25 in den ersten Luftpfad 17 stromabwärts des ersten Verdichters 18 einleitbar ist, wohingegen ein Überströmen vom ersten Luftpfad 17 in den zweiten zweiten Luftpfad 21 ausgeschlossen ist.The first air path 17 and the second air path 21 are connected or coupled via a coupling line 26 to a check valve 27 connected to the coupling line 26, in such a way that starting from the second air path 21 a portion of the compressed fuel gas compressed in the second compressor 22. Mixture 25 in the first air path 17 downstream of the first compressor 18 can be introduced, whereas an overflow from the first air path 17 is excluded in the second second air path 21.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind beide Verdichter 18, 22 der beiden Luftpfade 17, 21 von der gemeinsamen Turbine 16 aus antreibbar.In the exemplary embodiment of FIG. 1, both compressors 18, 22 of the two air paths 17, 21 can be driven by the common turbine 16.

Fig. 1 kann entnommen werden, dass in den ersten Luftpfad 17 stromabwärts der Koppelleitung 26 und damit auch stromabwärts . des ersten Verdichters 18 ein Ladeluftkühler 28 integriert ist.Fig. 1 can be seen that in the first air path 17 downstream of the coupling line 26 and thus downstream. the first compressor 18, an intercooler 28 is integrated.

Die Bereitstellung des im zweiten Verdichter 22 des zweiten Luftpfads 21 zu verdichtenden Brenngas-Luft-Gemischs 24 erfolgt über eine Mischvorrichtung 29, die Brenngas 23 mit Verbrennungsluft 19 mischt, wobei es sich bei dieser Mischeinrichtung 29 vorzugsweise um eine Venturi-Düse handeln kann.The provision of the fuel gas-air mixture 24 to be compressed in the second compressor 22 of the second air path 21 takes place via a mixing device 29, which mixes fuel gas 23 with combustion air 19, wherein this mixing device 29 may preferably be a Venturi nozzle.

Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung des Gasmotors 10 der Fig. 2, wobei zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 gleiche Bezugsziffern verwendet werden wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 unterscheidet.2, wherein to avoid unnecessary repetition for the embodiment of FIG. 2, the same reference numerals are used as in the embodiment of FIG. 1 and will be discussed below only on such details, through which the Embodiment of FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1.

Diejenigen optionalen, jedoch bevorzugten Weiterbildungen, die Fig. 2 zeigt, können entweder alleine oder in beliebiger Kombination miteinander an dem Gasmotor 10 der Fig. 1 zum Einsatz kommen.Those optional but preferred developments, which Fig. 2 shows, can either alone or in any combination with each other on the gas engine 10 of FIG. 1 are used.

Beim Gasmotor 10 der Fig. 2 dient der erste Verdichter 18 des ersten Luftpfads 17 nicht ausschließlich der Verdichtung von Verbrennungsluft 19, sondern der Verdichtung der Verbrennungsluft 19 sowie des Brenngases 23, wobei ein entsprechendes Brenngas-Luft-Gemisch 30 von einer Mischeinrichtung 31 bereitgestellt wird, die wiederum vorzugsweise als Venturi-Düse ausgeführt ist. Stromabwärts des ersten Verdichters liegt dann ein verdichtetes Brenngas-Luft-Gemisch 30' vor.2, the first compressor 18 of the first air path 17 is not exclusively the compression of combustion air 19, but the compression of the combustion air 19 and the fuel gas 23, wherein a corresponding fuel gas-air mixture 30 is provided by a mixing device 31 , which in turn is preferably designed as a Venturi nozzle. Downstream of the first compressor is then a compressed fuel gas-air mixture 30 'before.

Weiterhin ist beim Gasmotor 10 der Fig. 2 vorgesehen, dass derselbe mindestens eine Abgasrückführung nutzt, wobei über eine erste Abgasrückführung 32 Abgas stromaufwärts der Turbine 16 abzweigbar und stromabwärts des ersten Verdichters 18 in Richtung auf den ersten Luftpfad 17 führbar und stromabwärts des ersten Verdichters 18 mit dem verdichteten Brenngas-Luft-Gemisch 30'mischbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann über eine zweite Abgasrückführung 33 Abgas stromabwärts der Turbine 16 abgezweigt und stromaufwärts des ersten Verdichters 18 mit dem Brenngas-Luft-Gemisch 30 gemischt werden. In diesem Fall verdichtet dann der erste Verdichter 18 ein Gemisch aus Abgas, Brenngas und Ladeluft. Die Abgasrückführung 32 nutzt ein Regelorgan 34 und die Abgasrückführung 33 nutzt ein Regelorgan 35, um die Menge des rückgeführten Abgases einzustellen. Bei den Regelorganen 34, 35 handelt es sich typischerweise um Abgasrückführklappen. Stromabwärts des Regelorgans 35 ist in die Abgasrückführung 33 ein Wärmetauscher 36 integriert, um das rückgeführte Abgas zu kühlen.Furthermore, it is provided in the gas engine 10 of FIG. 2 that it uses at least one exhaust gas recirculation, via a first exhaust gas recirculation 32 exhaust gas upstream of the turbine 16 branchable and downstream of the first compressor 18 in the direction of the first air path 17 feasible and downstream of the first compressor 18th with the compressed fuel gas-air mixture 30'mischbar. Alternatively or additionally, exhaust gas downstream of the turbine 16 can be branched off via a second exhaust gas recirculation 33 and mixed with the fuel gas / air mixture 30 upstream of the first compressor 18. In this case, the first compressor 18 then compresses a mixture of exhaust gas, fuel gas and charge air. The exhaust gas recirculation 32 uses a control element 34 and the exhaust gas recirculation 33 uses a control element 35 to adjust the amount of recirculated exhaust gas. The control elements 34, 35 are typically exhaust gas recirculation flaps. Downstream of the control element 35, a heat exchanger 36 is integrated in the exhaust gas recirculation 33 in order to cool the recirculated exhaust gas.

Ein weiterer Unterschied des Gasmotors 10 der Fig. 2 gegenüber dem Gasmotor 10 der Fig. 1 besteht darin, dass in dem zweiten Luftpfad 21 stromabwärts des zweiten Verdichters 22 ein weiterer Verdichter 37 integriert ist, wobei die Koppelleitung 26, über welche die beiden Luftpfade 17, 21 gekoppelt sind, zwischen den beiden Verdichtern 22, 37 des zweiten Luftpfads 21 vom zweiten Luftpfad 21 abzweigt und in Richtung auf den ersten Luftpfad 17 führt. Dieser weitere Verdichter 37 kann zur weiteren Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemischs 25 genutzt werden, um stets ein Druckniveau zu gewährleisten, welches eine sichere Spülung der Vorkammern 13 mit dem Brenngas-Luft-Gemisch gewährleistet. Der Druck des Brenngas-Luft-Gemischs im zweiten Luftpfad 21 liegt stets oberhalb des Vorkammerdrucks.A further difference of the gas engine 10 of FIG. 2 compared to the gas engine 10 of FIG. 1 is that in the second air path 21 downstream of the second compressor 22, a further compressor 37 is integrated, wherein the coupling line 26, via which the two air paths 17th 21, between the two compressors 22, 37 of the second air path 21 branches off from the second air path 21 and leads in the direction of the first air path 17. This additional compressor 37 can be used for further compression of the fuel-air mixture 25 to always ensure a pressure level, which ensures a safe flushing of the pre-chambers 13 with the fuel gas-air mixture. The pressure of the fuel gas-air mixture in the second air path 21 is always above the prechamber pressure.

Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass der Druck stromabwärts des zweiten Verdichters 22 im zweiten Luftpfad 21 größer ist als der Druck stromabwärts des ersten Verdichters 18 im ersten Luftpfad 17. Dies kann über eine entsprechende Konfiguration der Verdichter 18, 22 gewährleistet werden. Alternativ oder zusätzlich über den weiteren Verdichter 37, der vorzugsweise elektromotorisch angetrieben ist.Preferably, it is provided for this purpose that the pressure downstream of the second compressor 22 in the second air path 21 is greater than the pressure downstream of the first compressor 18 in the first air path 17. This can be ensured via a corresponding configuration of the compressor 18, 22. Alternatively or additionally via the further compressor 37, which is preferably driven by an electric motor.

Eine weitere Variante der Erfindung zeigt Fig. 3, wobei in Fig. 3 ein Gasmotor 10 gezeigt ist, der zwei Abgasturbolader 15 und damit zwei Turbinen 16 umfasst. Abgas von Zylindern 11 einer ersten Zylindergruppe wird über den Abgasturbolader 15 bzw. die Turbine 16 desjenigen Abgasturboladers 15 geleitet, die den ersten Verdichter 18 des ersten Luftpfads 17 antreibt, wohingegen Abgas von Zylindern 11 einer zweiten Zylindergruppe der Turbine 16 desjenigen Abgasturboladers 15 zugeführt wird, welcher den zweiten Verdichter 19 des zweiten Luftpfads 21 antreibt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 werden demnach im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die beiden Verdichter 18, 22 von getrennten Turbinen 16 angetrieben. Hinsichtlich aller übrigen Details stimmt jedoch das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 überein, sodass wiederum zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwiesen wird.A further variant of the invention is shown in FIG. 3, wherein in FIG. 3 a gas engine 10 is shown, which comprises two exhaust gas turbochargers 15 and thus two turbines 16. Exhaust gas from cylinders 11 of a first cylinder group is passed via the exhaust gas turbocharger 15 or the turbine 16 of that exhaust gas turbocharger 15, which drives the first compressor 18 of the first air path 17, whereas exhaust gas from cylinders 11 is fed to a second cylinder group of the turbine 16 of that exhaust gas turbocharger 15, which drives the second compressor 19 of the second air path 21. In the embodiment of FIG. 3, therefore, in contrast to the embodiment of FIG. 1, the two compressors 18, 22 driven by separate turbines 16. With regard to all other details, however, the embodiment of FIG. 3 is consistent with the embodiment of FIG. 1, so again reference is made to the embodiments of FIG. 1 to avoid unnecessary repetition.

Fig. 4, die ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasmotors 10 zeigt, veranschaulicht, dass auch beim Gasmotor 10 der Fig. 3, dessen Verdichter 18, 22 von getrennten Turbinen 16 angetrieben werden, die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene Weiterbildungen benutzt werden können, also die Verdichtung des Brenngas-Luft-Gemischs 30 im ersten Verdichter 18 des ersten Luftpfads 17 und/oder die Nutzung der Abgasrückführung 32 im ersten Luftpfad 17 und/oder die Nutzung der Abgasrückführung 33 im ersten Luftpfad 17 und/oder dieFig. 4, which shows a further embodiment of a gas engine 10 according to the invention, illustrates that also in the gas engine 10 of Fig. 3, the compressor 18, 22 are driven by separate turbines 16, the developments described in connection with FIG. 2 can be used Thus, the compression of the fuel gas-air mixture 30 in the first compressor 18 of the first air path 17 and / or the use of exhaust gas recirculation 32 in the first air path 17 and / or the use of the exhaust gas recirculation 33 in the first air path 17 and / or

Nutzung des weiteren Verdichters 32 im zweiten Luftpfad 21. Hinsichtlich dieser Details wird für das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 auf die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2 verwiesen. Sämtlichen Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 ist gemeinsam, dass der Gasmotor 10 zwei Luftpfade 17, 21 mit getrennten Verdichtern 18, 22 nutzt, wobei im ersten Luftpfad 17 zumindest Verbrennungsluft 19 ggf. vermischt mit Abgas und/oder Brenngas verdichtet wird, wohingegen im zweiten Luftpfad 21 stets Luft 19 mit Brenngas 23 verdichtet wird, um Vorkammern 13 der Zylinder 11 mit einem Brenngas-Luft-Gemisch zu spülen.Use of the further compressor 32 in the second air path 21. With regard to these details, reference is made to the embodiments of the embodiment of FIG. 2 for the embodiment of FIG. Common to all embodiments of FIGS. 1 to 4 is that the gas engine 10 uses two air paths 17, 21 with separate compressors 18, 22, wherein in the first air path 17 at least combustion air 19 possibly mixed with exhaust and / or fuel gas is compressed, whereas in second air path 21 is always compressed air 19 with fuel gas 23 to purge chambers 13 of the cylinder 11 with a fuel gas-air mixture.

Dann, wenn der Gasmotor 10 als Magermotor mit einem Lambda-Wert größer 1 betrieben werden soll, wird im ersten Luftpfad 17 vorzugsweise ausschließlich Luft 19 verdichtet, wohingegen im zweiten Luftpfad 21 das Gemisch 24 aus Luft 19 und Brenngas 23 verdichtet wird.Then, when the gas engine 10 is to be operated as a lean-burn engine with a lambda value greater than 1, preferably only air 19 is compressed in the first air path 17, whereas in the second air path 21 the mixture 24 of air 19 and fuel gas 23 is compressed.

Dann, wenn der Gasmotor 10 vorzugsweise als stöchiometrischer Magermotor mit einem Lambda-Wert von in etwa 1 betrieben werden soll, wird im ersten Luftpfad 17 die Abgasrückführung 32 und/oder die Abgasrückführung 33 genutzt, um dann über den ersten Luftpfad 17 die Hauptbrennkammern 12 der Zylinder 11 mit einem Gemisch aus Verbrennungsluft 19 und Abgas zu versorgen.Then, when the gas engine 10 is to be operated preferably as a stoichiometric lean-burn engine with a lambda value of approximately 1, the exhaust gas recirculation 32 and / or the exhaust gas recirculation 33 is used in the first air path 17, then the main combustion chambers 12 of the first air path 17 To provide cylinder 11 with a mixture of combustion air 19 and exhaust gas.

Dann, wenn der Gasmotor 10 als stöchiometrischer Gasmotor mit einem Lambda-Wert mit in etwa 1 in Kombination mit einem 3-Wege-Katalysator genutzt werden soll, wird über den ersten Luftpfad 17 vorzugsweise Luft 19, Brenngas 23 und Abgas geführt, vorzugsweise, wie in Fig. 4 gezeigt, derart, dass im ersten Verdichter 18 des ersten Luftpfads 17 das Gemisch 30 aus Brenngas 23 und Verbrennungsluft 19 vermischt wird, und dass entweder über die Abgasrückführung 32 stromabwärts des ersten Verdichters 18 und/oder über die Abgasrückführung 33 stromaufwärts des ersten Verdichters 18 Abgas dem Gemisch 30 und/oder 30' zugeführt wird.Then, when the gas engine 10 is to be used as a stoichiometric gas engine having a lambda value of about 1 in combination with a 3-way catalyst, preferably air 19, fuel gas 23 and exhaust gas is guided via the first air path 17, preferably 4, such that in the first compressor 18 of the first air path 17, the mixture 30 of fuel gas 23 and combustion air 19 is mixed, and that either via the exhaust gas recirculation 32 downstream of the first compressor 18 and / or via the exhaust gas recirculation 33 upstream of first compressor 18 exhaust gas is supplied to the mixture 30 and / or 30 '.

Die Erfindung erlaubt bei Gasmotoren eine Erhöhung des thermodynamischen Wirkungsgrads, eine verbesserte Verbrennung in den Hauptbrennkammern der Zylinder, geringere Abgasemissionen, geringere Rußbildung und die Verringerung von Rußablagerungen im Bereich der Vorkammern sowie im Bereich von den Vorkammern zugeordneten Zündeinrichtungen, die der Fremdzündung im Bereich der Vorkammern dienen. Vorzugsweise kommen Gasmotoren mit Abgasrückführung zum Einsatz, insbesondere stöchiometrische Gasmotoren mit Abgasrückführung und 3-Wege-Katalysator.The invention allows for gas engines an increase in the thermodynamic efficiency, improved combustion in the main combustion chambers of the cylinder, lower exhaust emissions, lower soot formation and the reduction of soot deposits in the antechambers and in the area of the antechamber associated ignition devices, the spark ignition in the antechambers serve. Preferably, gas engines with exhaust gas recirculation are used, in particular stoichiometric gas engines with exhaust gas recirculation and 3-way catalyst.

Bezugszeichenliste 10 Gasmotor 11 Zylinder 12 Hauptbrennkammer 13 Vorkammer 14 Überströmkanal 15 Abgasturbolader 16 Turbine 17 erster Luftpfad 18 Verdichter 19 Luft 20 verdichtete Luft 21 zweiter Luftpfad 22 Verdichter 23 Brenngas 24 Brenngas-Luft-Gemisch 25 verdichtetes Brenngas-Luft-Gemisch 26 KoppeIleitung 27 Rückschalventil 28 Ladeluftkühler 29 Mischeinrichtung 30 Brenngas-Luft-Gemisch 31 Mischeinrichtung 32 Abgasrückführung 33 Abgasrückführung 34 Regeleinrichtung 35 Regeleinrichtung 36 Wärmetauscher 37 VerdichterLIST OF REFERENCES 10 gas engine 11 cylinder 12 main combustion chamber 13 pre-chamber 14 overflow channel 15 exhaust gas turbocharger 16 turbine 17 first air path 18 compressor 19 air 20 compressed air 21 second air path 22 compressor 23 fuel gas 24 fuel gas-air mixture 25 compressed fuel gas-air mixture 26 coupling line 27 return valve 28 Charge air cooler 29 mixing device 30 fuel gas-air mixture 31 mixing device 32 exhaust gas recirculation 33 exhaust gas recirculation 34 control device 35 control device 36 heat exchanger 37 compressor

Claims (14)

Patentansprüche :Claims: 1. Gasmotor (10), mit mindestens einem Zylinder (11), wobei der oder jede Zylinder (11) eine Hauptbrennkammer (12) zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs und eine mit der Hauptbrennkammer (12) über einen Überströmkanal (14) gekoppelte, gespülte Vorkammer (13) umfasst, und mit mindestens einem Abgasturbolader (15), der eine Turbine (16) zur Entspannung von den oder jeden Zylinder (11) verlassendem Abgas und einen Verdichter (18, 22) zur Verdichtung von dem oder jedem Zylinder (11) zuzuführender Luft umfasst, gekennzeichnet durch mehrere Luftpfade für die dem oder jedem Zylinder (11) zuzuführende Luft, wobei über einen ersten Luftpfad (17) mit einem ersten Verdichter (18) zumindest Luft verdichtbar und der Hauptbrennkammer (12) des oder jedes Zylinders (11) zuführbar ist, und wobei über einen zweiten Luftpfad (21) mit einem zweiten Verdichter (22) ein Brenngas-Luft-Gemisch verdichtbar und der Vorkammer (13) des oder jedes Zylinders (11) zuführbar ist.1. A gas engine (10), comprising at least one cylinder (11), wherein the or each cylinder (11) has a main combustion chamber (12) for combustion of a fuel gas-air mixture and one with the main combustion chamber (12) via an overflow channel (14). coupled, purged pre-chamber (13), and with at least one exhaust gas turbocharger (15) having a turbine (16) for venting from the or each cylinder (11) leaving the exhaust gas and a compressor (18, 22) for compression of the or each Cylinder (11) to be supplied air, characterized by a plurality of air paths for the or each cylinder (11) to be supplied air, via a first air path (17) with a first compressor (18) at least air compressible and the main combustion chamber (12) of the or each cylinder (11) can be supplied, and wherein via a second air path (21) with a second compressor (22) a fuel gas-air mixture can be fed and the pre-chamber (13) of the or each cylinder (11) can be supplied. 2. Gasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftpfad (17) und der zweite Luftpfad (21) über ein Rückschlagventil (27) derart gekoppelt sind, dass vom zweiten Luftpfad (21) ein Teil des im zweiten Verdichter (22) verdichteten Brenngas-Luft-Gemischs in den ersten Luftpfad (17) stromabwärts des ersten Verdichters (18) einleitbar ist.2. Gas engine according to claim 1, characterized in that the first air path (17) and the second air path (21) via a check valve (27) are coupled such that from the second air path (21) a part of the second compressor (22) compressed fuel gas-air mixture in the first air path (17) downstream of the first compressor (18) can be introduced. 3. Gasmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdichter (18) des ersten Luftpfads (17) ein Brenngas-Luft-Gemisch verdichtet und der Hauptbrennkammer (12) des oder jedes Zylinders (11) zuführt.3. Gas engine according to claim 1 or 2, characterized in that the first compressor (18) of the first air path (17) compresses a fuel gas-air mixture and the main combustion chamber (12) of the or each cylinder (11) supplies. 4. Gasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Luftpfad (17) jedoch nicht mit dem zweiten Luftpfad (21) eine Abgasrückführung (32, 33) zusammenwirkt.4. Gas engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that with the first air path (17) but not with the second air path (21) an exhaust gas recirculation (32, 33) cooperates. 5. Gasmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (32) Abgas stromaufwärts der Turbine (16) abzweigt und stromabwärts des ersten Verdichters (18) dem ersten Luftpfad (17) zuführt.5. A gas engine according to claim 4, characterized in that the exhaust gas recirculation (32) branches off the exhaust gas upstream of the turbine (16) and downstream of the first compressor (18) to the first air path (17) supplies. 6. Gasmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung (33) Abgas stromabwärts der Turbine (16) abzweigt und stromaufwärts des ersten Verdichters (18) dem ersten Luftpfad (17) zuführt.6. Gas engine according to claim 4 or 5, characterized in that the exhaust gas recirculation (33) branches off the exhaust gas downstream of the turbine (16) and upstream of the first compressor (18) to the first air path (17) supplies. 7. Gasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Luftpfad (21) stromabwärts des zweiten Verdichters (22) ein weiterer Verdichter (37) zugeordnet ist.7. Gas engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second air path (21) downstream of the second compressor (22) is associated with a further compressor (37). 8. Gasmotor nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Verdichter (37) im zweiten Luftpfad (21) stromabwärts des zweiten Verdichters (22) angeordnet ist, wobei eine das Rückschlagventil (27) aufweisende Kopplelleitung (26) des ersten und zweiten Luftpfads (17, 21) zwischen dem zweiten Verdichter (22) und dem weiteren Verdichter (37) vom zweiten Luftpfad (21) in Richtung auf den ersten Luftpfad (19) abzweigt.8. Gas engine according to claim 2 and 7, characterized in that the further compressor (37) in the second air path (21) downstream of the second compressor (22) is arranged, wherein a check valve (27) having the coupling line (26) of the first and second air path (17, 21) branches off between the second compressor (22) and the further compressor (37) from the second air path (21) in the direction of the first air path (19). 9. Gasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdichter (18) und der zweite Verdichter (22) gemeinsam ausgehend von einer gemeinsamen Turbine (16) antreibbar sind.9. Gas engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first compressor (18) and the second compressor (22) are jointly driven, starting from a common turbine (16) can be driven. 10. Gasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verdichter (18) und der zweite Verdichter (22) ausgehend von getrennten Turbinen (16) antreibbar sind.10. Gas engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first compressor (18) and the second compressor (22), starting from separate turbines (16) are drivable. 11. Verfahren zum Betreiben eines Gasmotors (10), insbesondere eines Gasmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Gasmotor (10) mindestens einen Zylinder (11) aufweist, wobei der oder jede Zylinder (11) eine Hauptbrennkammer (12) zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs und eine gespülte Vorkammer (13) umfasst, und wobei der Gasmotor (10) mindestens einen Abgasturbolader (15) aufweist, der eine Turbine (16) zur Entspannung von den oder jeden Zylinder (11) verlassendem Abgas und einen Verdichter (18, 22) zur Verdichtung von dem oder jedem Zylinder (11) zuzuführender Luft umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass über einen ersten Luftpfad (17) mit einem ersten Verdichter (18) zumindest Luft verdichtet und der Hauptbrennkammer (12) des oder jedes Zylinders (1) zugeführt wird, und dass über einen zweiten Luftpfad (21) mit einem zweiten Verdichter (22) ein Brenngas-Luft-Gemisch verdichtet und der Vorkammer (13) des oder jedes Zylinders (11) zugeführt wird.11. A method for operating a gas engine (10), in particular a gas engine according to one of claims 1 to 10, wherein the gas engine (10) has at least one cylinder (11), wherein the or each cylinder (11) has a main combustion chamber (12) Combustion of a fuel gas-air mixture and a purged prechamber (13), and wherein the gas engine (10) at least one exhaust gas turbocharger (15) having a turbine (16) for venting of the or each cylinder (11) leaving the exhaust gas and a compressor (18, 22) for the compression of the or each cylinder (11) to be supplied air, characterized in that via a first air path (17) with a first compressor (18) at least compressed air and the main combustion chamber (12) of the or each cylinder (1) is supplied, and that via a second air path (21) with a second compressor (22) a fuel gas-air mixture compressed and the pre-chamber (13) of the or each cylinder (11) is supplied. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass vom zweiten Luftpfad (21) ein Teil des im zweiten Verdichter (22) verdichteten Brenngas-Luft-Gemischs in den ersten Luftpfad (17) stromabwärts des ersten Verdichters (18) eingeleitet wird.12. The method according to claim 11, characterized in that from the second air path (21) a portion of the second compressor (22) compressed fuel gas-air mixture in the first air path (17) downstream of the first compressor (18) is initiated. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verdichter (18) des ersten Luftpfads (17) ein Brenngas-Luft-Gemisch verdichtet wird.13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that in the first compressor (18) of the first air path (17) a fuel gas-air mixture is compressed. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Luftpfad (17) jedoch nicht dem zweiten Luftpfad (21) Abgas über eine Abgasrückführung (32, 33) zugeführt wird. Λ14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the first air path (17) but not the second air path (21) exhaust gas via an exhaust gas recirculation (32, 33) is supplied. Λ
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