專利名稱：燃料重整器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的重整器設(shè)計(jì)，并且尤其涉及用于來自(火花點(diǎn)火)汽油機(jī)的排放物的改進(jìn)的重整器。
背景技術(shù)：
重整碳?xì)浠衔镆孕纬珊铣蓺?H2和CO)是廣為人知的工藝。這種工藝主要在穩(wěn)態(tài)和受控條件下操作。已經(jīng)提出用于燃料電池驅(qū)動(dòng)車輛的車載燃料重整器，但尚未商業(yè)化。即使少量CO也會(huì)使燃料電池催化劑中毒，并且因此必須考慮重整產(chǎn)物的進(jìn)一步處理，以去除CO。例如在SAE-07NAPLES-175中已經(jīng)提出重整來自汽油機(jī)的廢氣成分。由于可以通過將廢氣成分轉(zhuǎn)換成熱值較高的燃料成分(H2和CO)而回收排放物中燃燒熱形式的能量，因此現(xiàn)在人們對(duì)重整有興趣。這可以提高汽油機(jī)的總效率并且相關(guān)聯(lián)地降低燃料消耗和減少CO2排放物。而且，確信可以通過在汽油機(jī)的燃料中引入氫而改善受限污染物水平。廢氣再循環(huán)(EGR)的使用現(xiàn)在在公路車輛上是普通的，這主要是由于減少了 NOx污染物。然而，還有一些效率增加的潛能。即使不是全部也是大多數(shù)目前的重整建議都是理論或?qū)W術(shù)研究，而難以轉(zhuǎn)化成用于裝配到公路車輛上的實(shí)用設(shè)備。車輛排放物中氣體體積和溫度的較大變化使得重整具有挑戰(zhàn)性。本發(fā)明的目的是提供這種實(shí)用的重整器。來自汽油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的溫度在600-800°C量級(jí)，并且能將重整器的溫度升高到吸熱的蒸氣重整反應(yīng)所需的溫度。來自化學(xué)計(jì)量比汽油機(jī)的廢氣主要是來自進(jìn)氣的氮、CO2和水蒸氣，帶有少量受限污染物CO、未燃燒的碳?xì)浠衔?HC)和NOx。有足夠的水蒸氣來允許在不添加補(bǔ)充水的情況下以適于廢氣重整的水平進(jìn)行蒸氣重整，但未燃燒的HC的量太少而無法獲得有用的重整。來自標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)計(jì)量比的汽油機(jī)的廢氣充分地消耗了氧，使得無法在不添加空氣的情況下實(shí)現(xiàn)氧化的或部分氧化的重整。因此，必須添加燃料，該燃料方便地是來自發(fā)動(dòng)機(jī)燃料管路的汽油的形式。這顯著優(yōu)于將諸如氧化燃料(甲醇、乙醇、MTBE)的其他燃料供給至重整器，將其他燃料供給至重整器將需要車載的和燃料供給基礎(chǔ)設(shè)施中的額外存儲(chǔ)和供給裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目前不用于渦輪增壓(或機(jī)械增壓)汽油機(jī)。因此，本發(fā)明提供一種用于汽油機(jī)的廢氣處理系統(tǒng)，其包括:排氣歧管，該排氣歧管包括安裝在環(huán)狀殼體中的環(huán)狀重整催化劑和與所述催化劑直接流體連接的燃料供給裝置；與所述催化劑直接流體連接的用于重整燃料產(chǎn)物的出口 ；和用于允許一部分發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣進(jìn)入環(huán)狀催化劑以與來自燃料供給裝置的燃料混合并穿過催化劑的裝置，所述環(huán)狀殼體定位成使得熱的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣可以繞殼體的中心流動(dòng)并且通過殼體的中心，以便使熱從廢氣傳遞至殼體內(nèi)的催化劑。
本發(fā)明還提供一種提高汽油機(jī)效率的方法，包括操作根據(jù)本發(fā)明的廢氣處理系統(tǒng)。理想的是保證廢氣良好且受控地流過重整器催化劑。雖然在發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中有輕微正壓，但目前確信這有利于通過利用進(jìn)氣歧管中的真空來輔助流動(dòng)。當(dāng)然，諸如某種形式的泵送的其他可行方案對(duì)于特定發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)而言可以是有利的。催化劑的成分對(duì)于本發(fā)明并不是關(guān)鍵的，并且可以是任何適當(dāng)?shù)恼魵庵卣呋RIJ。例如可以是二氧化鈰上的Pt和/或Pd。催化劑被理想地承載在貫通金屬蜂窩狀支撐件上。雖然這種金屬支撐件是非常牢固的，但也是傳導(dǎo)性的，并且允許熱容易地從熱氣傳入和傳出環(huán)狀物。希望環(huán)狀催化劑密度目數(shù)較小，例如5或6目的密度。傳統(tǒng)地，環(huán)狀殼體具有一個(gè)敞開端以允許熱的廢氣進(jìn)入，并且具有封閉端，在該封閉端中在重整產(chǎn)物通過出口離開之前收集重整產(chǎn)物。理想地,這種殼體的封閉端具有一個(gè)或多個(gè)廢氣排出孔，以使氣體容易流過環(huán)狀物的中心。公認(rèn)在SAE-07NAPLES-175中公開了一種環(huán)狀重整器催化劑，但該裝置并沒有推薦使廢氣自由地流過環(huán)狀物的中心，而是陳述了借助安裝在環(huán)狀物內(nèi)的三元催化器(TWC)實(shí)現(xiàn)較高的性能。來自TWC內(nèi)放熱的熱量通過傳導(dǎo)加熱環(huán)狀催化劑。因而，所述SAE文獻(xiàn)將環(huán)狀催化劑與TWC設(shè)置在一起，可以是諸如私人汽車的車輛上地板下方的位置?？偠灾鯯AE文獻(xiàn)教導(dǎo)的重整器的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明重整器的結(jié)構(gòu)不同。理想地在電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理單元的控制下將來自發(fā)動(dòng)機(jī)燃料管路的汽油供給至重整器?？梢允褂脗鹘y(tǒng)的燃料噴射器，并且例如通過與被廢氣加熱的帶肋的環(huán)狀物接觸而使燃料汽化。排氣歧管包括連接至傳統(tǒng)廢氣管的一個(gè)或多個(gè)廢氣口，所述傳統(tǒng)廢氣管可以通向TffC和/或其他廢氣后處理裝置。重整產(chǎn)物從重整器排出以傳統(tǒng)地通過供給到EGR管路中而反饋到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣側(cè)。如果重整產(chǎn)物供給到EGR閥上游的EGR管路中，并且根據(jù)重整產(chǎn)物和再循環(huán)廢氣的相應(yīng)流量和體積，希望的是在與再循環(huán)廢氣混合之前冷卻重整產(chǎn)物。這種冷卻可以通過使用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑的熱交換器而實(shí)現(xiàn)，或者可以通過強(qiáng)制空氣冷卻而實(shí)現(xiàn)。


附圖是部分剖視圖，部分示意性地示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，將參照該

本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式六缸直列汽油機(jī)用附圖標(biāo)記I指示，并且包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體la、氣缸蓋Ib和凸輪罩lc。氣缸蓋的側(cè)面上安裝有修改了的排氣歧管2。該歧管通過廢氣管3連接至三元催化器4。所述歧管內(nèi)安裝有環(huán)狀殼體5，該環(huán)狀殼體容納承載在金屬蜂窩狀支撐件(未單獨(dú)示出)上的薄環(huán)狀重整催化劑。殼體5包括敞開端5a和封閉端5b。在敞開端處，燃料噴射器6能將燃料噴射到與催化劑連接的帶肋的環(huán)狀物8的表面上。帶肋的環(huán)狀物被流過的廢氣加熱，并且提供擴(kuò)展的表面，汽油在該表面上汽化。使用來自發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)冷卻劑冷卻燃料噴射器。燃料噴射器可以提供恒定的燃料流動(dòng)，但優(yōu)選地是在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(未示出)的控制下。環(huán)狀殼體具有一個(gè)或多個(gè)排出口 9，所述排出口允許通過端部5a進(jìn)入環(huán)狀殼體的廢氣在進(jìn)入廢氣管3之前排出并且與其余的廢氣混合。通過箭頭指示發(fā)動(dòng)機(jī)熱廢氣的流動(dòng)。燃料/廢氣混合物在催化劑內(nèi)流動(dòng)的同時(shí)被轉(zhuǎn)化成重整產(chǎn)物。包括任何未反應(yīng)的燃料和廢氣成分的重整產(chǎn)物被收集在歧管10中，并且通過重整產(chǎn)物管路11供給通過可選的重整產(chǎn)物冷卻器12。通過使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑循環(huán)通過冷卻管路13而冷卻重整產(chǎn)物冷卻器。所得到的冷卻了的重整產(chǎn)物繼而通過重整產(chǎn)物管路供給到EGR閥(未示出)上游的再循環(huán)廢氣中。根據(jù)本發(fā)明并且根據(jù)上述具體說明的重整器系統(tǒng)已經(jīng)被構(gòu)造并且裝配在直列六缸Holden汽油機(jī)的修改了的排氣歧管中。本領(lǐng)域技術(shù)人員能以多種方式修改本發(fā)明并且應(yīng)用于多種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣處理系統(tǒng)，其包括:排氣歧管(2)，該排氣歧管包括安裝在環(huán)狀殼體(5 )中的環(huán)狀重整催化劑和與所述催化劑直接流體連接的燃料供給裝置(6 );與所述催化劑直接流體連接的用于重整燃料產(chǎn)物的出口(10，11);和用于允許一部分發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣進(jìn)入所述環(huán)狀催化劑以與來自所述燃料供給裝置的燃料混合并穿過所述催化劑的裝置(5a)，所述環(huán)狀殼體定位成使得熱的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣可以繞所述殼體的中心流動(dòng)并且流動(dòng)通過殼體的中心，以便使熱從廢氣傳遞至所述殼體內(nèi)的催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)狀的重整催化劑被承載在貫通的金屬催化劑支撐件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，包括用于將重整燃料產(chǎn)物從所述出口供給至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括廢氣再循環(huán)(EGR)裝置，并且所述用于供給重整燃料產(chǎn)物的裝置連接到所述EGR裝置中。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，設(shè)有用于利用進(jìn)氣歧管真空來輔助廢氣和燃料流過所述重整器催化劑的裝置。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料供給裝置是由所述發(fā)動(dòng)機(jī)的電子發(fā)動(dòng)機(jī)管理單元控制的燃料噴射器。
7.一種提高汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率的方法，其包括根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的操作。
全文摘要
一種用于汽油機(jī)的廢氣處理系統(tǒng)，其包括排氣歧管(2)，該排氣歧管包括安裝在環(huán)狀殼體(5)中的環(huán)狀重整催化劑和與所述催化劑直接流體連接的燃料供給裝置(6)；與所述催化劑直接流體連接的用于重整燃料產(chǎn)物的出口(10，11)；和用于允許一部分發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣進(jìn)入所述環(huán)狀催化劑以與來自所述燃料供給裝置的燃料混合并穿過所述催化劑的裝置(5a)，所述環(huán)狀殼體定位成使得熱的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣可以繞所述殼體的中心流動(dòng)并且流動(dòng)通過殼體的中心，以便使熱從廢氣傳遞至所述殼體內(nèi)的催化劑。重整產(chǎn)物可以輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣側(cè)以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率，和/或可以在催化后處理之前與廢氣混合以改善排放物控制。
文檔編號(hào)F01N3/28GK103210193SQ201180054176
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者J·F·皮尼翁 申請(qǐng)人:莊信萬(wàn)豐股份有限公司