[发明专利]富氢废气再循环系统和方法

说明书

提供了一种用于富氢废气再循环的系统和方法。该系统包括添加补充喷射器，该喷射器将超过化学计量点的额外的天然气添加到发动机气缸中的一个中。在燃烧后，该缸的废气仍旧保持较高氢含量。然后，该废气通过富氢排放路径导引到废气再循环混合器，在该混合器中，该废气与来自其它气缸的废气和天然气混合。然后将最终的混合物导引到发动机的所有气缸中以由于该增加的氢而获得改善的燃烧。

相关申请

本申请参照美国临时专利申请第61/594,698号，要求其优先权，并且要求保护其权益，该临时专利申请于2012年2月3日提交并且名称为“用于天然气火花点火发动机的富氢废气再循环系统(Hydrogen Rich EGR System for Natural Gas Spark IgnitedEngines)”。上述临时专利申请的全部内容通过引用的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及富氢废气再循环系统和方法。

背景技术

目前，火花点火(SI)天然气发动机按化学计量的或者接近化学计量的空气/燃料比(AFR)运行，由于天然气燃料的非常差的点火性和可燃性，需要通过废气再循环(EGR)进行有限的混合稀释。较低的EGR水平由于排放温度限制和爆震燃烧而降低发动机的性能(扭矩和功率)。低EGR水平也降低发动机的效率，因为需要较低的压缩比来防止爆震燃烧。

发明内容

一个或多个实施例提供一种富氢废气再循环系统和方法，其包括添加补充的喷射器，该喷射器将超过化学计量点的额外天然气注射到发动机气缸中的一个内。在燃烧后，该气缸的废气中仍保持较高的氢含量。然后，将废气经由富氢排放路径导引到废气再循环混合器，其中，该废气与来自其它缸的废气和天然气混合。然后将所得的混合物导引到发动机的所有气缸中，以由于增加的氢而改善燃烧。

附图说明

图1示出了根据本系统和方法的天然气火花点火发动机的富氢超EGR系统。

具体实施方式

本系统和方法显著改善了非常稀薄且/或高度稀释(借助EGR)天然气(NG)燃料混合物的燃烧，由此使得实现更高的EGR水平，从而用于更高的发动机性能和效率。

目前，在汽车应用中，大多数NG火花点火发动机以化学计量AFR或接近化学计量AFR运行并且以低水平EGR运行。此允许用于排放标准的三效催化器进行可靠的燃烧和应用。然而，稀薄燃烧和/或较高的EGR需要更复杂、更高的火花能量点火系统，而这种系统又会损害火花塞的耐用性。相反地，稀薄燃烧和/或较高的EGR由于较低的泵送损失和较高的压缩比而提高了发动机的性能。

现有EGR系统利用氢燃料的特性。更具体地，氢是高度可燃的，其火焰速度比天然气燃烧快6倍。此使得添加氢能够显著地提高点火和燃烧性能。在一个实施例中，如以下进一步所述，来自六缸发动机的一个气缸的富氢“超EGR”恒定地将17％的增量提供到EGR流中，该EGR流由第二(按化学计量的)EGR路径调节。

更具体地，目前，化学计量的化学计量天然气发动机运行标准EGR回路。即，按化学计量的废气(没有氢含量)被馈送通过EGR控制阀和可选的EGR冷却器。该燃料系统通常包括一个或多个中心馈送天然气喷射器。

所提出的系统和方法将“超富”回路添加到现有EGR系统中。该“超富”回路包括具有富氢喷射器的富氢混合物端口，以提高空燃当量——在一个实施例中对于六个气缸中的一个，提高到1.2至1.4级别。对于所有缸，富氢(在一个实施例中为3％至6％)EGR路径馈送通过EGR冷却器和EGR混合器。