Установка риформинга топлива

Авторы патента:

 

F01N13/00 - Глушители выхлопа или выхлопные устройства для машин или двигателей вообще; глушители выхлопа или выхлопные устройства для двигателей внутреннего сгорания (устройства и приспособления силовых установок транспортных средств, связанные с выпуском отработанных газов B60K 13/00; глушители шума всасывания, специально приспособленные для двигателей внутреннего сгорания или расположенные на них F02M 35/00; поглощение шума или снижение его уровня вообще G10K 11/16)

Владельцы патента RU 2573729:

ДЖОНСОН МЭТТИ ПАБЛИК ЛИМИТЕД КОМПАНИ (GB)

Изобретение относится к установке риформинга для выхлопа из бензинового двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: система обработки выхлопных газов для бензинового двигателя содержит коллектор (2) выхлопных газов, содержащий кольцевой катализатор риформинга, установленный внутри кольцевого корпуса (5). Средство (6) подачи топлива в непосредственном соединении по текучей среде с упомянутым катализатором. Выпуск (10, 11) для продукта риформинга топлива в непосредственном соединении по текучей среде с упомянутым катализатором. Средство (5а), обеспечивающее попадания части выхлопных газов на выходе из двигателя в упомянутый кольцевой катализатор, чтобы смешиваться с топливом из средства подачи топлива и проходить через упомянутый катализатор. Упомянутый кольцевой корпус расположен так, что выхлопные газы на выходе из двигателя способны перемещаться вокруг и через центр упомянутого корпуса так, что тепло из выхлопных газов передается катализатору внутри упомянутого корпуса. Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности бензинового двигателя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение касается усовершенствованной конструкции установки риформинга топлива и более конкретно касается усовершенствованной установки риформинга для выхлопа из бензиновых (с электрическим зажиганием) двигателей внутреннего сгорания.

Риформинг углеводородов для образования синтетического газа (Н2 и СО) является хорошо известным производственным процессом. Такие процессы работают по существу в установившемся режиме и при контролируемых условиях. Предлагались бортовые установки риформинга топлива для транспортных средств, работающих на топливных элементах, однако серийно они пока еще не выпускаются. Катализаторы топливных элементов отравлены даже небольшими количествами СО и поэтому это вызывает необходимость значительной дополнительной обработки продукта риформинга для удаления СО.

Было предложено осуществлять риформинг компонентов выхлопного газа из бензиновых двигателей, например, в SAE-07NAPLES-175. В настоящее время существует некоторый интерес к риформингу вследствие возможности рекуперации энергии в виде теплоты сгорания в выхлопе посредством преобразования выхлопных компонентов в топливные компоненты с более высокой теплотворной способностью (Н2 и СО). Это могло бы обеспечить увеличение общей эффективности бензинового двигателя и соответствующее уменьшение расхода топлива и уменьшение выбросов СО2. Кроме того, считается, что посредством включения водорода в топливо бензинового двигателя могут быть достигнуты улучшения в уровнях регулируемых загрязняющих веществ.

Использование рециркуляции выхлопных газов (exhaust gas recirculation - EGR) в дорожных транспортных средствах в настоящее время широко применяется преимущественно из-за уменьшения примесей NOx. Однако существует также возможность для некоторых увеличений эффективности.

До настоящего времени большая часть, если не все, предложений по риформингу представляли собой теоретические или академические исследования и не могли быть легко преобразованы в практическое устройство для размещения в дорожном транспортном средстве. Значительные колебания в объемах и температурах газов в выхлопе транспортного средства существенно затрудняют риформинг. Целью настоящего изобретения является создание такой практичной установки риформинга.

Выхлопные газы, выходящие из бензиновых двигателей, находятся при температурах порядка 600-800°С и способны повышать температуру установки риформинга до температуры, требуемой для эндотермической реакции парового риформинга. Выхлопные газы, выходящие из стехиометрического бензинового двигателя, представляют собой преимущественно азот из всасываемого воздуха, СО2 и водяные пары с минимальными количествами регулируемых примесей СО, несгоревших углеводородов (НС) и NOx. Имеется достаточно водяных паров, для того чтобы обеспечить паровой риформинг на уровнях, пригодных для риформинга выхлопных газов без введения дополнительной воды, однако количество несгоревшего НС слишком мало, чтобы осуществить практичный риформинг. Выхлопные газы из обычного стехиометрического бензинового двигателя в значительной степени обеднены кислородом настолько, что окислительный или частичный окислительный риформинг не может быть осуществлен без добавления воздуха. Следовательно, необходимо добавить топливо обычно в виде бензина из топливопровода в двигатель. Значительно предпочтительнее было бы подавать в установку риформинга другие топлива, такие как кислородсодержащие топлива (метанол, этанол, метилтретбутиловый эфир - MTBE), которые требуют дополнительных приспособлений для хранения и подачи как на борту транспортного средства, так и в инфраструктуре доставки топлива.

Настоящее изобретение не предназначено для бензиновых двигателей с турбонаддувом (или с наддувом).

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает систему обработки выхлопного газа для бензинового двигателя, содержащую коллектор выхлопного газа, содержащий кольцевой катализатор риформинга, установленный внутри кольцевого корпуса, и средство подачи топлива в непосредственном соединении по текучей среде с упомянутым катализатором, выходное отверстие для продукта риформинга топлива в непосредственном соединении по текучей среде с упомянутым катализатором и средство, позволяющее части выхлопных газов, выходящих из двигателя, попадать в упомянутый кольцевой катализатор, чтобы смешиваться с топливом из упомянутого средства подачи топлива и проходить через катализатор, причем упомянутый кольцевой корпус расположен так, что выхлопные газы, выходящие из двигателя, способны перемещаться вокруг и через центр упомянутого корпуса, так что тепло от выхлопных газов передается катализатору внутри упомянутого корпуса.

Настоящее изобретение обеспечивает способ увеличения эффективности бензинового двигателя, включающий приведение в действие упомянутой системы обработки выхлопного газа в соответствии с изобретением.

Желательно обеспечить надлежащее и контролируемое перемещение выхлопного газа через катализатор установки риформинга. Поскольку существует небольшое положительное давление в выхлопе, выходящем из двигателя, в настоящее время считается, что предпочтительно способствовать перемещению посредством использования вакуума во впускном коллекторе, чтобы способствовать перемещению. Для конкретных типов двигателей, конечно, могут быть предпочтительны другие возможности, например некоторый способ подачи насосом.

Композиция катализатора не является критически важной для настоящего изобретения и может представлять собой любой пригодный катализатор парового риформинга. Это может быть, например, Pt и/или Pd или окись церия. Желательно, чтобы катализатор поддерживался на проточной металлической ячеистой опоре. Хотя такая металлическая опора очень прочная, она является также теплопроводной и обеспечивает простую передачу тепла от горячих газов за пределами и внутри кольцевого канала. Желательно, чтобы кольцевой катализатор содержал небольшое количество ячеек в толщину, например, 5 или 6 ячеек.

Удобно, если кольцевой корпус содержит один открытый конец, чтобы обеспечить вход горячих газов, и закрытый конец, в котором продукт риформинга собирают перед удалением через выпуск. Желательно, закрытый конец такого корпуса содержит одно или несколько выходных отверстий для выхлопа, чтобы обеспечить удобное перемещение газов через центр кольцевого канала. Обнаружено, что кольцевой катализатор установки риформинга описан в SAE-07NAPLES-175, однако данная конструкция не рекомендует, чтобы выхлопные газы свободно проходили через центр кольцевого канала, и утверждает, что более высокая производительность достигается при трехходовом катализаторе выхлопных газов (three-way exhaust catalyst - TWC), установленном внутри кольцевого канала. Тепло от экзотермического эффекта в TWC нагревает кольцевой катализатор посредством проводимости. Таким образом, документ SAE размещает кольцевой катализатор с TWC, который будет расположен под полом на транспортном средстве, таком как личный автомобиль. Вообще документ SAE описывает другую конструкцию установки риформинга, отличающуюся от установки риформинга настоящего изобретения.

Бензин из топливной магистрали двигателя подается, желательно под управлением электронного блока контроля двигателя, в установку риформинга. Может быть использован обычный топливный инжектор, и топливо подвергается испарению, например, в результате контакта с ребристым кольцевым каналом, который нагревается выхлопными газами.

Выхлопной коллектор включает в себя одно или несколько выпусков, соединенных с обычной выпускной трубой, которая может приводить к TWC и/или к другой дополнительной обработке выхлопных газов.

Продукт риформинга выводят из установки риформинга для возвращения обратно на входную сторону двигателя, обычно посредством подачи в линию рециркуляции отработавших газов (exhaust gas recirculation - EGR). Если продукт риформинга подают в EGR линию, расположенную впереди по потоку от EGR клапана, и в зависимости от соответствующих расходов и объемов продукта риформинга и подвергнутого рециркуляции выхлопа может быть желательно охлаждать продукт риформинга перед смешиванием с подвергнутым рециркуляции выхлопом. Такое охлаждение может быть осуществлено посредством теплообменника с использованием охлаждающей жидкости двигателя или, возможно, посредством принудительного воздушного охлаждения.

Ниже настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемый чертеж, который представляет собой частичное схематичное изображение в частичном разрезе одного варианта осуществления изобретения.

Ссылочной позицией 1 показан шестицилиндровый однорядный бензиновый двигатель, который содержит блок 1а двигателя, головку 1b цилиндров и криволинейную крышку 1с. На стороне головки цилиндров закреплен модифицированный выхлопной коллектор 2. Посредством выхлопной трубы 3 коллектор подсоединен к трехходовому катализатору 4.

В коллекторе установлен кольцевой корпус 5, содержащий тонкий кольцевой катализатор риформинга, расположенный на металлической ячеистой опоре (отдельно не показанной). Корпус 5 включает в себя открытый конец 5а и закрытый конец 5b. В открытом конце топливный инжектор 6 выполнен с возможностью подачи топлива на поверхность ребристого кольцевого канала 8, соединяющегося с катализатором. При пропускании выхлопного газа ребристый кольцевой канал нагревается и образует удлиненную поверхность, на которой испаряется бензин. Топливный инжектор подвергается охлаждению с использованием циркулирующей охлаждающей жидкости двигателя. Топливный инжектор может обеспечить постоянное перемещение топлива, но предпочтительно под управлением системы контроля двигателя (не показанной).

Кольцевой корпус содержит одно или более выходных отверстий 9, которые позволяют выхлопному газу проходить в кольцевой корпус через конец 5а, чтобы выходить и смешиваться с оставшимися выхлопными газами перед попаданием в выпускную трубу 3. Стрелками показано перемещение горячих выхлопных газов, выходящих из двигателя.

Смесь топлива с выхлопным газом выполнена с возможностью риформинга, при этом перемещаясь внутри катализатора. Продукт риформинга, включающий в себя любые компоненты непрореагированного топлива и выхлопного газа, собирается в коллекторе 10 и выдается через линию 11 подачи продукта риформинга через необязательный охладитель 12 продукта риформинга. Охладитель продукта риформинга подвергается охлаждению посредством циркулирующей охлаждающей жидкости двигателя через линию 13 охлаждающей жидкости. Затем образующийся в результате охлажденный продукт риформинга подают через линию продукта риформинга для обеспечения рециркуляции выхлопного газа выше по потоку от EGR клапана (не показанного).

Система установки риформинга в соответствии с настоящим изобретением и в соответствии с вышеприведенным подробным описанием выполнена и размещена в модифицированном выхлопном коллекторе, прикрепленном к рядному шестицилиндровому Holden бензиновому двигателю.

Специалист в данной области техники способен адаптировать настоящее изобретение множеством способов и применить множество других типов двигателей.

1. Система для обработки выхлопных газов для бензинового двигателя, содержащая коллектор (2) выхлопных газов, содержащий кольцевой катализатор риформинга, установленный внутри кольцевого корпуса (5), и средство (6) подачи топлива в непосредственном соединении по текучей среде с упомянутым катализатором, выпуск (10, 11) для продуктов реформинга топлива в непосредственном соединении по текучей среде с упомянутым катализатором и средство (5а), обеспечивающее прохождения части выхлопных газов, выходящих из двигателя, в упомянутый кольцевой катализатор, чтобы смешиваться с топливом из средства подачи топлива и проходить через катализатор, причем упомянутый кольцевой корпус расположен так, что горячие выхлопные газы, выходящие из двигателя, способны протекать вокруг и через центр упомянутого корпуса так, что тепло из выхлопных газов передается катализатору внутри корпуса.

2. Система по п. 1, в которой кольцевой катализатор риформинга опирается на металлическую проточную опору катализатора.

3. Система по п. 1, содержащая средство для подачи продуктов риформинга топлива из выпуска к впускному коллектору двигателя.

4. Система по п. 3, в которой двигатель содержит устройство рециркуляции выхлопного газа (EGR) и средство для подачи продуктов риформинга топлива соединено с EGR устройством.

5. Система по любому из предыдущих пунктов, содержащая средство для использования вакуумного впускного коллектора для облегчения протекания выхлопного газа и топлива через катализатор установки риформинга.

6. Система по пп. 1-4, в которой средство подачи топлива представляет собой топливный инжектор, управляемый электронным блоком контроля двигателя.

7. Способ повышения эффективности бензинового двигателя, включающий приведение в действие системы по любому из предыдущих пунктов.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к конструкции для установки модуля очистки выхлопных газов в выпускном канале. Конструкция для установки модуля (2) очистки выхлопных газов в выпускном канале содержит устройство (13) крепления, с помощью которого можно закреплять с возможностью отсоединения модуль (2) очистки выхлопных газов в требуемом положении установки в выхлопном канале через отверстие (1a) со съемно устанавливаемой крышкой (9).

Изобретение относится к выхлопной системе для транспортного средства, содержащего систему «stop-start» (пуск-остановка) двигателя. Сущность изобретения: транспортное средство содержит двигатель с воспламенением от сжатия, снабженный средством управления двигателем, и нейтрализатор для обработки выхлопных газов.

Изобретение относится к каталитическим нейтрализаторам отработанных газов. Устройство очистки отработанных газов содержит элемент закручивания потока отработанных газов, каталитический элемент, выполненный в виде спирали 2, две шайбы 8, и введен корпус 4.

Изобретение относится к способу пайки металлического сотового элемента (1), используемого для снижения токсичности отработавших газов. Выполняют, по меньшей мере, следующие стадии: а) сотовый элемент (1) подвергают предварительной обработке при температуре выше 400°C; б) сотовый элемент (1) охлаждают, в) сотовый элемент (1) подвергают пайке при температуре в пределах от 1050 до 1100°C при атмосферном давлении и г) сотовый элемент (1) охлаждают.

Изобретение относится к устройству для обработки отработавших газов в выпускном трубопроводе. Структура (1) содержит два расположенных друг за другом устройства (2, 3) для очистки отработавшего газа (ОГ) в выпускном трубопроводе (4).

Изобретение относится к очистке отработавших газов. Узел (1) очистки отработанного газа (ОГ), по меньшей мере, имеет расположенные гидродинамически друг за другом область (2) входного потока, область (3) поворота, область (4) обратного потока, и область (5) выходного потока.

Изобретение относится к очистке выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Способ очистки содержащего оксиды азота, монооксид углерода, углеводороды и твердые частицы выхлопного газа из двигателя внутреннего сгорания включает стадию контактирования выхлопного газа с одним или с несколькими катализаторами на одном или на нескольких листах из проволочной сетки с перекрещивающимися складками, расположенными между двумя или несколькими непроницаемыми для газа листами с перекрещивающимися складками.

Изобретение относится к системе нейтрализации отработавших газов. Система нейтрализации отработавших газов для двигателей внутреннего сгорания содержит в качестве первого компонента (1) фильтр с проточной стенкой, а в качестве второго компонента (2) - проточный монолит, расположенный после указанного фильтра по потоку отработавших газов.

Изобретение относится к сотовому элементу для системы снижения токсичности отработавших газов (ОГ). Сущность изобретения: сотовый элемент (1) имеет каналы (2), осевое основное направление (3), плоскую переднюю поверхность (4), плоскую концевую поверхность (5) и окружную боковую поверхность (6), расположенную параллельно осевому основному направлению (3), наклонно к которому при этом расположена по меньшей мере передняя поверхность (4) или концевая поверхность (5), и выполненный из по меньшей мере двух составляющих его секций (9), каждая из которых имеет по меньшей мере одну плоскую и перпендикулярную осевому основному направлению (3) торцевую поверхность (10) и у которых эти их перпендикулярные торцевые поверхности (10) обращены друг к другу.

Изобретение относится к способу изготовления сотового элемента, имеющего проточные для потока отработавших газов (ОГ) каналы. Сущность изобретения: способ изготовления металлического сотового элемента (1) с покрытием (2) заключается в подготовке по меньшей мере одного по меньшей мере частично гофрированного металлического слоя (3), выполнении первого цикла нанесения покрытия (2) на по меньшей мере один из числа по меньшей мере одного металлического слоя (3) таким образом, что его отдельные участки (4) остаются обнаженными.

Изобретение относится к системе выпуска отработавших газов. Система (1) выпуска отработавших газов (ОГ) по меньшей мере с одним компонентом (2) нейтрализации ОГ, по меньшей мере одним выпускным трубопроводом (3), по меньшей мере одним присоединительным устройством (4) для подсоединения системы (1) выпуска ОГ к двигателю внутреннего сгорания (ДВС) (5) автомобиля (6) и по меньшей мере одним крепежным элементом (7) для дополнительного крепления системы (1) выпуска ОГ на автомобиле (6).

Глушитель // 2565628
Изобретение относится к глушителю для системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: глушитель для системы (2) выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, в частности механического транспортного средства, содержит корпус (3) глушителя, который окружает внутреннюю полость (5) корпуса, по меньшей мере один расположенный во внутренней полости (5) корпуса проводящий отработавшие газы полый элемент (4) полуоболочечной конструкции.

Настоящее изобретение относится к конструкции для установки модуля очистки выхлопных газов в выпускном канале. Конструкция для установки модуля (2) очистки выхлопных газов в выпускном канале содержит устройство (13) крепления, с помощью которого можно закреплять с возможностью отсоединения модуль (2) очистки выхлопных газов в требуемом положении установки в выхлопном канале через отверстие (1a) со съемно устанавливаемой крышкой (9).

Изобретение относится к системе выпуска отработавших газов для механического транспортного средства. Система (10) выпуска отработавших газов для механического транспортного средства содержит дозирующее устройство (14) для введения в выпускной трубопровод (12) восстановительного средства с целью дополнительной обработки отработавших газов.

Изобретение относится к устройству обработки выхлопных газов транспортного средства. Сущность изобретения: устройство (2) для транспортного средства (4) для дополнительной обработки выхлопных газов (20) транспортного средства (4) путем подачи жидкого восстанавливающего агента (18) в выхлопные газы (20) в выхлопной трубе (32).

Изобретение относится к устройству для подачи жидкой среды в выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство для введения жидкой среды в выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания содержит смешивающий патрубок (2), впрыскивающее средство (4) для впрыска жидкой среды в смешивающий патрубок и впускной канал (6), расположенный перед смешивающим патрубком.

Изобретение относится к системе удаления выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Система содержит первый фланец, который может быть соединен с выхлопной трубой двигателя.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для снижения уровня шума отработанных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в частности в выпускных трактах ДВС на автобусах.

Изобретение относится к системе выпуска отработавших газов двигателей транспортных средств. Сущность изобретения: система выпуска отработавших газов для транспортного средства, содержащего кабину и двигатель внутреннего сгорания, установленный в моторном отсеке, содержит устройство для очистки отработавших газов, размещенное вне моторного отсека и содержащее впускной патрубок, в который поступают отходящие газы из двигателя, и выпускной патрубок, который транспортирует очищенные газы в конечную часть системы выпуска газов.

Изобретение относится к устройству каталитической нейтрализации для двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство каталитической нейтрализации, которое используется в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, включает в себя корпус с впускным и выпускным отверстиями для газов, а также носитель катализатора, расположенный в корпусе.

Изобретение может быть использовано в системах выпуска двигателей внутреннего сгорания. Резонатор (250) для двухпоточной системы выпуска двигателя содержит кожух (302), формирующий полость, перегородку (308), проходящую через кожух (302) и разделяющую первую и вторую расширительные камеры (310), (312) полости. Перегородка (308) содержит по меньшей мере одно отверстие (314). Первый и второй выпускной трубопроводы проходят через перегородку (308) и кожух (302). Каждый трубопровод связан по текучей среде с отдельным рядом цилиндров и содержит перфорированный участок. Перфорированные участки (316), (318) обоих трубопроводов расположены в различных отдельных расширительных камерах (312), (310). Раскрыты вариант выполнения резонатора для двухпоточной системы выпуска двигателя и способ эксплуатации двухпоточной системы выпуска двигателя. Технический результат заключается в ослаблении частот внутри двухпоточной системы выпуска и в уменьшении противодавления, создаваемого резонатором. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх