CN101004156A - 具有燃料重整机构的柴油机排放系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有燃料重整机构的柴油机排放系统。其解决控制和降低柴油机有害排放物和燃油消耗的问题，特点是：排气管上并联一重整废气控制阀；排气管口连通着燃油重整器的进气口，燃油重整器的进气口通过三通管连通着重整废气控制阀的出气口；燃油重整器内沿轴向设有蜂窝煤状催化剂载体材料。本发明的有益技术效果是：NOX排放会减少50％左右，微粒排放几乎不增加；并提高发动机的有效功率和热效率，破解柴油机“NOX－微粒”难题。

Description

具有燃料重整机构的柴油机排放系统
技术领域
本发明涉及柴油机排放系统。
背景技术
柴油机与汽油机相比，具有热效率高、功率大、可靠性强、使用寿命长、燃油经济性好等优势。因此，被广泛应用于汽车、机车、船舶、农用机械、发电机组等大功率需求的地方。而且，随着柴油机的轻型化和控制技术的进步，柴油机也广泛使用在轿车上。
车用柴油机的HC、CO排放较少，但它的NOx和微粒排放非常高。特别是微粒排放，它使柴油机被人们误认为是不清洁发动机。特别是随着柴油机排放法规的日益严格，加上柴油机排放控制中“NOx-微粒”折中曲线的束缚，柴油机的排放控制成本也日益增加。而且，柴油机的NOx排放主要是通过废气再循环进行控制，但它是以牺牲柴油机经济性为代价的。这些因素都限制了柴油机的发展。
燃料重整技术就是利用蒸汽重整、部分氧化、自供热重整和催化裂解技术将天然气、煤及生物质和醇类等燃料重整为氢气或富氢混合气，国内外对这种技术的研究起步很早，但大多是用在燃料电池上，重整得到的氢气作为燃料电池的燃料。但是，氢气具有热值最高、火焰传播速度快、点火能量低和扩散系数大等优点，一直被认为是内燃机最有前途的代用燃料。受生产和储存问题限制，氢气很难直接用在内燃机上。柴油废气重整技术的目的就是要在柴油机上实时产生氢气。其本质是向燃料重整器引入部分柴油和废气，两者在催化剂表面接触反应产生氢气，重整后的富氢混合气代替部分再循环废气进入缸内，改善缸内柴油的燃烧质量。由于氢气燃烧可以减少缸内过热区域的数量，且允许使用空燃比更大的稀薄燃烧，因此能同时降低NOx和微粒排放，并能提高发动机的热效率和燃烧质量。正因为有如此优点，国外对汽油和柴油重整技术的研究日趋重视，也在积极探讨利用燃料重整技术扩大HCCI燃烧工作范围的可行性。相比国外，国内虽有研究者涉及过燃料重整技术，但也多是应用于燃料电池，还未见到针对汽油和柴油废气重整技术研究。
近年来，随着柴油机排放法规的日益严格，以及对内燃机经济性的迫切要求，柴油机的“NOx-微粒”折中曲线已成为汽车工业发展中迫切需要解决的关键科技问题。
发明内容
本发明的目的是，研究柴油废气重整技术，将它和EGR系统结合起来，以同时控制和降低柴油机有害排放物和燃油消耗，为柴油机的高效率、低污染燃烧开拓新的途径，提供一种具有燃料重整机构的柴油机排放系统。
具体的结构设计方案如下：
具有燃料重整机构的柴油机排放系统，包括柴油机进气管、排气管，在进气管和排气管之间连通着废气再循环控制阀，所述废气再循环控制阀为真空膜片结构阀，
A、排气管上并联一重整废气控制阀；
B、排气管口连通着燃油重整器的进气口，燃油重整器的进气口通过三通管连通着重整废气控制阀的出气口；
所述燃油重整器为圆柱筒状，其内沿轴向设有蜂窝煤状催化剂载体材料，轴向两端为倒喇叭口状，一端为进气口，另一端为排气口；燃油重整器进气口一侧设有重整燃料喷嘴；
燃油重整器的排气口通过旁通管连通着柴油机进气管。
所述催化剂载体材料为堇青石，蜂窝煤状，直径为30-60mm，催化剂均布在载体上；载体固定在燃油重整器内，蜂窝煤状催化剂载体材料与燃油重整器筒内壁之间设有隔热保温层。
本发明的有益技术效果是：一般来说，相比普通柴油机，带废气再循环系统的柴油机，NOx排放减少30％左右，微粒排放会增加90％。而带有废气重整技术和废气再循环系统的柴油机，NOX排放会减少50％左右，微粒排放几乎不增加。
本发明根据申请人相关研究工作和国际上最新燃烧研究趋势，考虑到NOx排放的生成条件和柴油机的“NOx-微粒”折中曲线规律，提出利用柴油机废气重整系统产生的富氢气体作为柴油机燃料的添加剂，并结合废气再循环措施，同时降低发动机的NOx和微粒排放量，并提高发动机的有效功率和热效率，破解柴油机“NOx-微粒”难题。
附图说明
图1为本发明结构示意图，
图2为燃料重整器结构示意图，
图3为图2的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例：
具有燃料重整机构的柴油机排放系统包括柴油机进气管1、排气管2，在进气管1和排气管2之间连通着废气再循环控制阀3，废气再循环控制阀为真空膜片结构阀。
在排气管2上并联一重整废气控制阀4；
在排气管口连通着燃油重整器5的进气口，燃油重整器5的进气口通过三通管连通着重整废气控制阀4的出气口；
燃油重整器5为圆柱筒状，其内沿轴向安装有蜂窝煤状催化剂载体材料6，蜂窝煤状催化剂载体材料6与筒内壁之间设有隔热材料层7，轴向两端为倒喇叭口状，一端为进气口，另一端为排气口；燃油重整器5进气口一侧安装有重整燃料喷嘴8；
燃油重整器5的排气口通过旁通管9连通着柴油机进气管1。
催化剂载体材料为堇青石，蜂窝煤状，直径为30-60mm，催化剂均匀涂在载体上；载体固定在燃油重整器内，两者之间有隔热保温层，保证载体内能快速达到催化剂的起燃温度300℃。
该排放控制系统的工作原理为：首先利用废气再循环措施控制柴油机的NOx排放，废气再循环控制阀3可以根据工况需要控制EGR的比例，废气再循环控制阀为常用的真空膜片结构，可根据柴油机型号进行选购。一般柴油机使用废气再循环控制阀后，其经济性变差和碳烟排放会增加。本排放控制系统中增加了燃料重整器，利用重整得到的氢气或富氢混合气来改善缸内燃烧质量，降低碳烟排放。这就是基于燃料重整技术的柴油机排放控制系统的发明点。其基本工作原理为：利用重整废气控制阀引入适量的柴油机排气进入燃料重整器的入口，同时通过重整燃料喷嘴向重整器喷入一部分柴油，喷入的柴油和废气在催化剂的作用下，反应生成氢气或富氢混合气，然后，这部分气体通过管道被引入到柴油机的进气道，进入缸内燃烧。由于氢气的火焰传播速度快、点火能量低和扩散系数大，它的加入会减少缸内过热区域数量，改善燃烧质量，同时降低柴油机的NOx和碳烟排放。重整废气控制阀根据排气压力的大小来控制阀的开度，从而控制引入的废气量的多少。因此，重整废气控制阀也选用真空膜片结构的EGR阀。

Claims (2)

1、具有燃料重整机构的柴油机排放系统，包括柴油机进气管、排气管，在进气管和排气管之间连通着废气再循环控制阀，所述废气再循环控制阀为真空膜片结构阀，其特征在于：
A、排气管上并联一重整废气控制阀；
B、排气管口连通着燃油重整器的进气口，燃油重整器的进气口通过三通管连通着重整废气控制阀的出气口；
所述燃油重整器为圆柱筒状，其内沿轴向设有蜂窝煤状催化剂载体材料，轴向两端为倒喇叭口状，一端为进气口，另一端为排气口；燃油重整器进气口一侧设有重整燃料喷嘴；
燃油重整器的排气口通过旁通管连通着柴油机进气管。
2、根据权利要求1所述的具有燃料重整机构的柴油机排放系统，其特征在于：所述催化剂载体材料为堇青石，蜂窝煤状，直径为30-60mm，催化剂均布在载体上；载体固定在燃油重整器内，蜂窝煤状催化剂载体材料与燃油重整器筒内壁之间设有隔热保温层。
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Assignee: Zhejiang Xinchai Co., Ltd.

Assignor: Hefei University of Technology

Contract fulfillment period: 2008.10.29 to 2014.10.28 contract change

Contract record no.: 2008330002411

Denomination of invention: Discharging system of diesel engine with mechanism for reconditioning fuel

Granted publication date: 20081203

License type: Exclusive license

Record date: 20081126

LIC Patent licence contract for exploitation submitted for record

Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.10.29 TO 2014.10.28; CHANGE OF CONTRACT

Name of requester: ZHEJIANG PROVINCE NEW DIESEL CO., LTD.

Effective date: 20081126

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20081203

Termination date: 20120119