天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)。該等離子體系統(tǒng)包括：進(jìn)氣管；排氣管；EGR管，其一端與所述排氣管連通，另一端與所述進(jìn)氣管連通，所述EGR管上設(shè)置有EGR調(diào)節(jié)閥，該EGR調(diào)節(jié)閥與ECU控制連接；等離子體發(fā)生器，其設(shè)置在所述排氣管上，并位于所述EGR管與排氣管連通位置的上游；以及催化器，其設(shè)置在所述排氣管上，并位于所述EGR管與排氣管連通位置的下游。該天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)能夠縮短發(fā)動機(jī)點火延時，加快缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣?，拓寬爆震邊界，從而提高燃燒效率，降低HC排放，同時，也能夠降低點火系統(tǒng)的點火能量，提高點火系統(tǒng)可靠性。另外，該等離子體系統(tǒng)能夠提高這三種污染物的轉(zhuǎn)化效率。
【專利說明】
天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及天然氣發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家排放法規(guī)越來越嚴(yán)格，對發(fā)動機(jī)排放控制要求也越來越高。為使天燃?xì)獍l(fā)動機(jī)滿足歐六及以上排放水平，在現(xiàn)階段所有排放控制技術(shù)路線中，當(dāng)量燃燒與EGR(廢氣再循環(huán)系統(tǒng))及TWC(三效催化轉(zhuǎn)化器)相結(jié)合的方式被認(rèn)為是主流技術(shù)。在該技術(shù)中，為盡量降低排氣中的NOx(氮氧化物)，將部分排氣引入進(jìn)氣系統(tǒng)，與空氣和燃?xì)饣旌虾筮M(jìn)入氣缸燃燒，由于混合氣中二氧化碳等惰性氣體的增加，造成氣缸內(nèi)燃燒速度變慢，同時混合氣的比熱容也增高，導(dǎo)致缸內(nèi)燃燒溫度的降低，從而抑制了 NOx的生成。
[0003]一般來說EGR率不能超過20%，但是對于采用當(dāng)量燃燒的發(fā)動機(jī)，熱負(fù)荷較高，EGR率的增加能明顯降低發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷，因此需要增加EGR率。但EGR率增加時進(jìn)氣系統(tǒng)中引入廢氣后，發(fā)動機(jī)各個氣缸的燃燒穩(wěn)定性下降，發(fā)動機(jī)點火也會更困難，需要提高點火能量，但會使點火系統(tǒng)的可靠性下降，并且隨著EGR率(引入的廢氣量與新鮮燃?xì)饣旌蠚獾谋嚷?的升高，發(fā)動機(jī)的燃?xì)庀牧繒黾?，發(fā)動機(jī)功率下降，HC(碳?xì)浠衔?排放升高，同時由于采用TWC處理排氣中的CH4、Ν0χ和⑶，必須保證TWC在化學(xué)計量比附近的狹窄區(qū)間內(nèi)才能這三種排氣污染物的轉(zhuǎn)化效率同時達(dá)到最高，否則，將出現(xiàn)排放惡化的情況，三種排氣污染物的轉(zhuǎn)化效率難于控制。
[0004]公開于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理的天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)，該天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)能夠改善發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)引入排氣后燃燒穩(wěn)定性下降的問題，可以縮短發(fā)動機(jī)點火延時，加快缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣?，拓寬爆震邊界，從而提高燃燒效率，降低HC排放，同時，也能夠降低點火系統(tǒng)的點火能量，提高點火系統(tǒng)可靠性。另外，由于等離子體的加入，可以提高催化劑的活性，降低CH4、NOx和CO等污染物的起燃溫度、最大燃燒點溫度和燃盡溫度，從而提高這三種污染物的轉(zhuǎn)化效率。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)，該天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)包括:進(jìn)氣管;排氣管;EGR管，其一端與所述排氣管連通，另一端與所述進(jìn)氣管連通，所述EGR管上設(shè)置有EGR調(diào)節(jié)閥，該EGR調(diào)節(jié)閥與E⑶控制連接;等離子體發(fā)生器，其設(shè)置在所述排氣管上，并位于所述EGR管與排氣管連通位置的上游；以及催化器，其設(shè)置在所述排氣管上，并位于所述EGR管與排氣管連通位置的下游。
[0007]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，等離子體發(fā)生器通過與等離子體電源連接供電。
[0008]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，等離子體發(fā)生器通過氣體放電法產(chǎn)生等離子體。
[0009]優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，等離子體發(fā)生器為筒筒式、線筒式、針板式、填充床式、線板式和平板式。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:該天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)能夠改善發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)引入排氣后燃燒穩(wěn)定性下降的問題，可以縮短發(fā)動機(jī)點火延時，加快缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣?，拓寬爆震邊界，從而提高燃燒效率，降低HC排放，同時，也能夠降低點火系統(tǒng)的點火能量，提高點火系統(tǒng)可靠性。另外，由于等離子體的加入，可以提高催化劑的活性，降低CH4、N0x和CO等污染物的起燃溫度、最大燃燒點溫度和燃盡溫度，從而提高這三種污染物的轉(zhuǎn)化效率。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0013]除非另有其它明確表示，否則在整個說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。
[0014]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明【具體實施方式】的天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)排氣中產(chǎn)生等離子體并且一部分通過EGR系統(tǒng)引入進(jìn)氣系統(tǒng)中參與燃燒。而且在發(fā)動機(jī)排氣中產(chǎn)生等離子體與催化器相結(jié)合的方式處理排氣中的污染物。該等離子體系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)包括:進(jìn)氣管1、EGR管2、EGR調(diào)節(jié)閥3、等離子體發(fā)生器5、等離子體電源6和催化器7。進(jìn)氣管I內(nèi)的空氣與燃?xì)獾幕旌蠚庠谂cEGR管2內(nèi)含有等離子的EGR氣體混合后，進(jìn)入氣缸被火花塞4點燃燃燒，燃燒完成后的排氣進(jìn)入等離子體發(fā)生器5產(chǎn)生等離子體，含有等離子體的排氣一部分被重新引入到進(jìn)氣系統(tǒng)中參與燃燒，另一部分經(jīng)過催化器7后直接排入大氣環(huán)境中，在EGR系統(tǒng)中，EGR3調(diào)節(jié)閥由ECU控制其開度，從而精確控制弓I入進(jìn)氣系統(tǒng)的排氣量的大小即EGR率的大小。該天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)能夠改善發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)引入排氣后燃燒穩(wěn)定性下降的問題，可以縮短發(fā)動機(jī)點火延時，加快缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣龋貙挶疬吔?，從而提高燃燒效率，降低HC排放，同時，也能夠降低點火系統(tǒng)的點火能量，提高點火系統(tǒng)可靠性。另外，由于等離子體的加入，可以提高催化劑的活性，降低CH4、N0x和CO等污染物的起燃溫度、最大燃燒點溫度和燃盡溫度，從而提高這三種污染物的轉(zhuǎn)化效率。
[0015]具體來講，EGR管2的一端與發(fā)動機(jī)的排氣管8連通，另一端與進(jìn)氣管I連通，將部分排氣引入進(jìn)氣系統(tǒng)，與空氣和燃?xì)饣旌虾筮M(jìn)入氣缸燃燒，由于混合氣中二氧化碳等惰性氣體的增加，造成氣缸內(nèi)燃燒速度變慢，同時混合氣的比熱容也增高，導(dǎo)致缸內(nèi)燃燒溫度的降低，從而抑制了NOx的生成。在EGR系統(tǒng)中，EGR調(diào)節(jié)閥3設(shè)置在EGR管2上，并與ECU控制連接，由ECU控制其開度，從而精確控制引入進(jìn)氣系統(tǒng)的排氣量的大小即EGR率的大小。EGR即排氣再循環(huán)(Exhaust Gas Recirculat1n)，內(nèi)燃機(jī)在燃燒后將排出氣體的一部分分離出、并導(dǎo)入進(jìn)氣側(cè)使其再度燃燒的技術(shù)(手法或方法)。主要目的為降低排出氣體中的氮氧化物(NOx)0
[0016]空氣與燃?xì)獾幕旌蠚馔ㄟ^進(jìn)氣管I進(jìn)入氣缸，EGR管2與進(jìn)氣管I連通后，進(jìn)氣管I內(nèi)的空氣與燃?xì)獾幕旌蠚庠谂cEGR管2內(nèi)的EGR氣體混合后，進(jìn)入氣缸被火花塞4點燃燃燒。
[0017]等離子體發(fā)生器5設(shè)置在發(fā)動機(jī)的排氣管8上，并位于EGR管2與排氣管連通位置的上游。等離子體發(fā)生器5通過等離子體電源6供電，燃燒完成后的排氣進(jìn)入等離子體發(fā)生器5能夠通過氣體放電法產(chǎn)生等離子體，如輝光放電、射頻放電、微波放電、電暈放電和介質(zhì)阻擋放電，放電完成后在等離子體發(fā)生器5內(nèi)產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的N02、0、0H、03、亞穩(wěn)態(tài)的氮原子、氧原子等自由活性離子，進(jìn)氣系統(tǒng)中主要的氣體成分為CH4、N2、02和H20等，而含有等離子體的排氣一部分被重新引入到進(jìn)氣系統(tǒng)中參與燃燒，被引入的排氣中的除了N2、C02、H20、02、THC、N0x和⑶外，還有大量的化學(xué)活性基如O原子、H原子、OH基等，與可燃混合氣混合后進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)，這些化學(xué)活性基團(tuán)可以破壞燃燒系統(tǒng)的平衡，誘化氧化連鎖反應(yīng)，從而縮短點火延時，加快燃燒速度，從而抑制爆震的產(chǎn)生。一方面活性基團(tuán)的存在可以提高燃燒效率，從而可以降低THC污染物的生成；另一方面，可以極大的增加EGR率(超過20%)，突破現(xiàn)有技術(shù)條件的EGR率限制，從而使發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和NOx降低的幅度更大，爆震邊界更寬，發(fā)動機(jī)的可靠性更好。
[0018]優(yōu)選地，等離子體發(fā)生器5的形式可以是多種，一般來說可以是筒-筒式、線-筒式、針-板式、填充床式、線-板式、平板式等。
[0019]催化器7設(shè)置在發(fā)動機(jī)的排氣管上，并位于EGR管2與排氣管連通位置的下游。含有等離子體的排氣的另一部分經(jīng)過催化器7后直接排入大氣環(huán)境中，利用排氣中的等離子體可以使催化劑的活性得到提高，排氣污染物的起燃溫度、最大燃燒點溫度和燃盡溫度都將大幅度的降低，從而提高了催化器中污染物的轉(zhuǎn)化效率。
[0020]綜上，該天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)能夠改善發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)引入排氣后燃燒穩(wěn)定性下降的問題，可以縮短發(fā)動機(jī)點火延時，加快缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑ニ俣?，拓寬爆震邊界，從而提高燃燒效率，降低HC排放，同時，也能夠降低點火系統(tǒng)的點火能量，提高點火系統(tǒng)可靠性。另外，由于等離子體的加入，可以提高催化劑的活性，降低CH4、N0x和CO等污染物的起燃溫度、最大燃燒點溫度和燃盡溫度，從而提高這三種污染物的轉(zhuǎn)化效率。
[0021]前述對本發(fā)明的具體示例性實施方案的描述是為了說明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對示例性實施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。
【主權(quán)項】
1.一種天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)，其特征在于，包括: 進(jìn)氣管； 排氣管； EGR管，其一端與所述排氣管連通，另一端與所述進(jìn)氣管連通，所述EGR管上設(shè)置有EGR調(diào)節(jié)閥，該EGR調(diào)節(jié)閥與ECU控制連接； 等離子體發(fā)生器，其設(shè)置在所述排氣管上，并位于所述EGR管與排氣管連通位置的上游；以及 催化器，其設(shè)置在所述排氣管上，并位于所述EGR管與排氣管連通位置的下游。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體發(fā)生器通過與等離子體電源連接供電。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體發(fā)生器通過氣體放電法產(chǎn)生等離子體。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天然氣發(fā)動機(jī)的等離子體系統(tǒng)，其特征在于，所述等離子體發(fā)生器為筒筒式、線筒式、針板式、填充床式、線板式和平板式。
【文檔編號】F02M26/35GK106050485SQ201610632671
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月4日
【發(fā)明人】董偉, 朱贊, 趙俊萍
【申請人】廣西玉柴機(jī)器股份有限公司