CN104775885B - 一种配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置 - Google Patents

Abstract

一种配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置，包含触媒转换装置，该触媒转换装置设置在排气管内吸收引擎废气的热量，作为对燃料水溶液做分子重组所需的热能，从而能够产生氢气。该氢气送入内燃机内与燃油一起点火燃烧。该排气管装置包含：与内燃机连接的排气管前段、作为内燃机废气排出路径的排气管后段、以及构成排气管中段的第一支管与第二支管。该第一支管的前端与第二支管的前端均与排气管前段连通，该第一支管的后端与第二支管的后端均与排气管后段连通，该第一支管的内部设置该触媒转换装置。通过选择第一支管为排气路径，使触媒转换装置获得引擎废气的热源以制氢；或选择第二支管为排气路径，达到对触媒转换装置进行气冷式降温的保护操作。

Description

一种配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置

技术领域

本发明有关于一种内燃机的排气管装置，其包含两条供引擎废气排放的路径，可选择内设触媒转换装置的路径排气与制氢，或选择只具排气作用的路径，以对触媒转换装置进行降温的保护操作。

背景技术

内燃机引擎为实现良好的点火燃烧效率，必须设定最佳的空燃比(空气与燃料的混合比率，通常为14.5-15.0)，在此数值下能使燃料发挥最大的燃烧效益。因此，国际知名的汽车制造商在生产省油车辆时，在油、气混合上，以精确的控制系统使空燃比接近前述的最佳值。

油箱送出的油与进气歧管输入的空气，在混合后进入引擎内点火燃烧、爆炸，进而推动引擎内的活塞作功。在燃烧过程中约有1/3的燃料未燃烧完全，这些未燃烧完全的燃料随废气由排气管排出，造成污染。当空燃比过低时，更会发生燃料燃烧不完全的现象，使废气污染度较高，影响空气质量，有害环保。由于氢气的燃烧热值极低(0.017MJ；汽油,0.29MJ)，快速燃烧时其火焰速度(3.2-4.4M/s)远比汽油的火焰速度(0.34M/s)快，因此在引擎内加氢，可通过氢气的快速燃烧，提高燃油在引擎的燃烧效率，使原来无法完全稳定燃烧的燃料瞬间燃烧殆尽，排放的废气中含碳量降低，减少污染。即利用氢燃料辅助提高石油能源的效率与净化其排气，从而减少石油的消耗及温室气体排放。

本发明的申请人所申请的专利号为201310009573.6的中国发明专利“内燃机引擎的加氢装置”(公开日为2014年7月16日)就是一种对引擎加氢的装置。该发明案中，采用触媒转换装置设置在引擎的排气管内吸取废气的热能，使得触媒转换装置达到制氢的工作温度而制氢。所制得的氢气经由设计管路送入引擎内。为了保护触媒转换装置内的触媒，在触媒转换装置的温度升高到设定的极限值时，必须将冷却液送入该触媒转换装置内，降低温度，避免触媒因温度过高而损坏。此种水冷方式虽能够达到预期的目的，但会增加机构的复杂性，及增加触媒转换装置加工与配管。

发明内容

本发明是针对一种利用引擎废热来制造氢气的加氢装置的触媒转换装置在过热时的冷却装置，其主要在排气管装置中设置一不设置触媒转换装置的支管，从而可在触媒转换装置在过热时，引擎废气沿该支管排出，使该触媒转换装置以气冷方式降温。

本发明所提供的该配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置包含：与内燃机连接的排气管前段、作为内燃机废气排出路径的排气管后段、以及构成排气管中段的第一支管与第二支管。该第一支管的前端与第二支管的前端均与排气管前段连通，该第一支管的后端与第二支管的后端均与排气管后段连通，该第一支管的内部设置该触媒转换装置。该第一支管的前端设置有一由第一驱动装置所制动的第一蝶阀，该第一蝶阀用于控制该第一支管与该排气管前段之间为开启的畅通状态或关闭的封闭状态。该第二支管的前端设置有一由第二驱动装置所制动的第二蝶阀。该第二蝶阀用于控制该第二支管与该排气管前段之间为关闭的封闭状态或开启的畅通状态。通过控制第一蝶阀与第二蝶阀的开启或关闭控制引擎废气沿第一支管的路径排出，以实现对触媒转换装置加热或令引擎废气沿第二支管的路径排出，使第一支管可与外界冷空气作热交换而降温。

所述第一蝶阀在常态下为开启状态，使引擎的废气能够沿该第一支管的路径排出。且该第二蝶阀在常态下为关闭状态。则设置在该第一支管内的触媒转换装置能够吸收引擎废热，达到对燃料水溶液作分子重组的制氢工作。

所述第一蝶阀与第一驱动装置构成一气动式蝶阀装置。该气动式蝶阀装置包含设置有一气动式的伸缩杆。凭借该伸缩杆的伸缩操作来带动该第一蝶阀的轴心转动。

所述第二蝶阀与第二驱动装置构成一气动式蝶阀装置。该气动式蝶阀装置包含设置有一气动式的伸缩杆。凭借该伸缩杆的伸缩操作来带动该第二蝶阀的轴心转动。

所述第一驱动装置与第二驱动装置为伺服马达，该伺服马达能够驱动该第一或二蝶阀轴心转动。

附图说明

图1为本发明内燃机引擎加氢系统结构的示意图；

图2为图1所示实施例的电路结构示意图；

图3为本发明排气管中段的结构图；

图4为引擎废气沿第二支管排出的状态图；

图5为第一气动式蝶阀装置的结构示意图。

附图标记说明：1-燃料水溶液输送装置；2-触媒转换装置；3-第一温度侦测开关；4-油料输送的控制装置；6-第二温度侦测开关；7-润滑油输入设备；8-电源供应装置；9-排气管装置；10-储槽；101-液面侦测开关；11-液泵；12-输送管路；121-第四电磁阀；13-引擎；131-氢气输送管路；132-进气歧管；14-压力传感器；141-第二电磁阀；15-油门；20-触媒床；21-预热体；40-油箱；41-第一电磁阀；50-第一气动式蝶阀装置；501-第一驱动装置；502-第一蝶阀；503-轴心；504-连杆；505-伸缩杆；51-第二气动式蝶阀装置；511-第二驱动装置；512-第二蝶阀；513-轴心；514-连杆；515-伸缩杆；70-润滑油储槽；71-第三电磁阀；91-排气管前段；92-排气管后段；93-第一支管；94-第二支管。

具体实施方式

请参阅图1及图2。本发明的内燃机引擎的加氢装置，其主要控制一液泵11作动，以将储槽10内的燃料水溶液输送到一触媒转换装置2内产生氢气。该氢气经进气歧管132送入引擎13内与燃油一起点火燃烧。本发明的内燃机引擎13的加氢系统包含：一燃料水溶液输送装置1、一触媒转换装置2、一第一温度侦测开关3、一油料输送的控制装置4、一第二温度侦测开关6、以及一润滑油输送装置7。其中，该燃料水溶液输送装置1包含一储槽10、一第一液泵11、以及输送管路12。储槽10主要用于容置燃料水溶液。图2中，编号8的构件为电源供应装置。

请参阅图1、图3～图5。所述引擎13运转时所产生的废气由排气管装置9排出。该排气管装置9包含：与内燃机连接的排气管前段91、作为内燃机废气排出路径的排气管后段92、以及构成排气管中段的第一支管93与第二支管94。该第一支管93的前端与第二支管94的前端均与排气管前段91连通，该第一支管93的后端与第二支管94的后端均与该排气管后段92连通。该第一支管93的内部设置该触媒转换装置2，可吸收引擎13废气的热量，作为制氢用的热能。该第一支管93的前端设置有一第一气动式蝶阀装置50，该第一气动式蝶阀装置50由一第一驱动装置501、以及由该第一驱动装置所制动的一第一蝶阀502所构成。该第一蝶阀502主要用于控制该第一支管93与该排气管前段91之间为开启的畅通状态或关闭的封闭状态。常态下，该第一蝶阀502维持在开启状态下，使引擎13的废气能够沿该第一支管93的路径排出，如图3所示的状态。则该触媒转换装置2可吸收引擎废气的热量，使温度升高到其内部所设置触媒(图上未示出)能够制氢的工作温度(220℃)，从而制造氢气。

该第二支管94的前端处设置有一第二气动式蝶阀装置51，该第二气动式蝶阀装置51由一第二驱动装置511、以及由该第二驱动装置511所制动的一第二蝶阀512所构成。该第二蝶阀512主要用于控制该第二支管94与该排气管前段91之间为关闭的封闭状态或开启的畅通状态。常态下，该第二蝶阀512维持关闭状态，如图3所示的状态。当触媒转换装置2的温度达到预设的最高安全温度(280℃)时，该第一驱动装置501与第二驱动装置511分别启动该第一蝶阀502与第二蝶阀512作动，令第一蝶阀502改变为关闭状态、第二蝶阀512改变为开启状态，则引擎废气沿该第二支管94的路径排出，如图4所示的状态。

前述第一气动式蝶阀装置50与第二气动式蝶阀装置51为结构相同的装置。该第一蝶阀502与第二蝶阀512的轴心503、513分别固设一连杆504、514转动。该第一驱动装置501与第二驱动装置511分别更包含设置有一气动式的伸缩杆505、515。该伸缩杆505、515与该第一蝶阀502、第二蝶阀512的轴心503、513之间通过一连杆连接504、514连接；该连杆504、514的一端与该第一蝶阀502、第二蝶阀512的轴心503、513固接，另一端与该伸缩杆505、515枢接。通过该第一驱动装置501与第二驱动装置511分别驱动该伸缩杆505、515作伸或缩的动作来带动该第一蝶阀502与第二蝶阀512的轴心503、513转动。前述的第一驱动装置501与第二驱动装置511为高压气体输出装置。前述的伸缩杆505、515为气压缸。

该触媒转换装置2包含设置有触媒床20与预热体21。该触媒床20内设置有制氢用触媒(图上未示出)，能够在设定的工作温度下将燃料水溶液的分子作重组而产生氢气与二氧化碳的气体。该燃料水溶液在该预热体21内可气化成气态，再送入触媒床20内做分子重组而产生氢气与二氧化碳气体。该触媒转换装置2与该燃料水溶液输送装置1的输送管路12连通。所述燃料水溶液输送装置1包含一储槽10、一液泵11、以及输送管路12。储槽10主要用于容置燃料水溶液。该液泵11主要将储槽10内的燃料水溶液汲出并沿该输送管路12输出，送至该触媒转换装置2内。

请配合图1～图2。当该储槽10的液面侦测开关101与第一温度侦测开关3为ON的状态时，表示该触媒转换装置2的温度已达到制氢的工作温度(220℃)，该液泵11开始输出燃料水溶液。常开状态的第一电磁阀41作动，减少燃油送入引擎13。长闭状态的第四电磁阀121作动，使该输送管路12成通路。长闭状态的第三电磁阀71作动，能够适时将润滑油储槽70内的润滑剂送入引擎13内。另外通过一压力传感器14来感测油门15的加油量来控制一第二电磁阀141作动，该第二电磁阀141的作动可增加燃料水溶液的吞吐量。图1中，编号40的构件为油箱。以上的控制理论，非本发明的诉求标的，且在前述的第201310009573.6号专利申请案中有更详细的说明。

前述的燃料水溶液可以是甲醇水溶液。前述触媒床20内触媒在220～330℃的温度时能对甲醇水溶液作分子重组，而产生氢气。该触媒可以是铜锌触媒。该触媒的工作温度可设定在220℃。当环境温度超过330℃时，触媒有被烧毁的可能。故触媒的安全温度可设定在280℃。

该第一温度侦测开关3侦测到触媒转换装置2的温度达到触媒制氢的工作温度时，即令液泵11启动，将燃料水溶液输送到触媒转换装置2内产生氢气。氢气沿一氢气输送管路131送到引擎13的进气歧管132内，再送入引擎13内与燃油一起点火燃烧。

该第二温度侦测开关6在侦测到触媒转换装置2的温度达到制氢用触媒的设定的最高安全温度(280℃)时，该第一驱动装置501与第二驱动装置511分别驱动该第一蝶阀502与第二蝶阀512作动，令引擎13废气沿该第二支管94的路径排出，如前述。则引擎废气无法再对第一支管93内的触媒转换装置2加热，且该第一支管93本身的热量会因与外界冷空气作热交换而逐渐降温。当第二温度侦测开关6侦测到该触媒转换装置2的温度为220℃时，该第一驱动装置501与第二驱动装置511分别制动该第一蝶阀502与第二蝶阀512作回复的作动，令第一蝶阀502回复到开启状态、第二蝶阀512回复到关闭状态，则引擎13废气沿该第一支管93的路径排出。则引擎13废气再度送入该第一支管93内，对该触媒转换装置2加热。这种以气冷方式对该触媒转换装置2降温来保护触媒的装置，更能精简机构，降低制作成本，以及避免不必要的能量支出。

前述驱动第一蝶阀502动作的第一驱动装置501也可以是一伺服马达(图上未示出)。该伺服马达能够直接传动该第一蝶阀502轴心转动。同理，前述驱动第二蝶阀512动作的第二驱动装置511也可以是一伺服马达(图上未示出)。该伺服马达能够直接传动该第二蝶阀512轴心转动。

本发明以增设第二支管94作为引擎排出废气路径的选择，可在触媒转换装置2温度过高时，不再吸收引擎废气的热能，并自然与外界冷空气作热交换而降温，为一种以气冷方式对触媒转换装置2降温的型态。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附说明书所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置，该排气管装置包含触媒转换装置，该触媒转换装置设置在排气管内吸收引擎废气的热量，使触媒转换装置的温度能够达到触媒对燃料水溶液做分子重组的工作温度，从而产生氢气；该氢气送入内燃机引擎内与燃油一起点火燃烧；其特征在于：

该配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置包含：与内燃机引擎连接的排气管前段、作为内燃机废气排出路径的排气管后段、以及构成排气管中段的第一支管与第二支管；该第一支管的前端与第二支管的前端均与排气管前段连通，该第一支管的后端与第二支管的后端均与排气管后段连通；该第一支管的内部设置该触媒转换装置；该第一支管的前端设置一由第一驱动装置所制动的第一蝶阀；该第一蝶阀用于控制该第一支管与该排气管前段之间为开启的畅通状态或关闭的封闭状态；常态下，该第一蝶阀维持开启状态，使引擎的废气能够沿该第一支管的路径排出；该第二支管的前端设置一由第二驱动装置所制动的第二蝶阀；该第二蝶阀用于控制该第二支管与该排气管前段之间为关闭的封闭状态或开启的畅通状态；常态下，该第二蝶阀维持关闭状态；当触媒转换装置的温度达到预设的最高安全温度时，该第一驱动装置与第二驱动装置分别启动该第一蝶阀与第二蝶阀，令第一蝶阀改变为关闭状态、第二蝶阀改变为开启状态，则引擎废气沿该第二支管的路径排出。

2.根据权利要求1所述的配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置，其特征在于，该第一蝶阀与该第一驱动装置构成一气动式蝶阀装置；该第一驱动装置包含：一高压气体输出装置及一气动式的伸缩杆；通过该高压气体输出装置制动该伸缩杆作伸缩操作，从而带动该第一蝶阀的轴心转动。

3.根据权利要求2所述的配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置，其特征在于，该第一驱动装置所驱动的伸缩杆为一气压缸；该伸缩杆与该第一蝶阀轴心之间通过一连杆连接；该连杆的一端与该第一蝶阀轴心固接，另一端与该伸缩杆枢接。

4.根据权利要求1所述的配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置，其特征在于，该第二蝶阀与该第二驱动装置构成一气动式蝶阀装置；该第二驱动装置包含：一高压气体输出装置及一气动式的伸缩杆；通过该高压气体输出装置制动该伸缩杆作伸缩操作，从而带动该第二蝶阀的轴心转动。

5.根据权利要求4所述的配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置，其特征在于，该第二驱动装置所驱动的伸缩杆为一气压缸；该伸缩杆与该第二蝶阀轴心之间通过一连杆连接；该连杆的一端与该第二蝶阀轴心固接，另一端与该伸缩杆枢接。

6.根据权利要求1所述的配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置，其特征在于，该触媒转换装置的温度降到预设的最低工作温度时，该第一驱动装置与第二驱动装置分别启动该第一蝶阀与第二蝶阀作回复的作动，令第一蝶阀回复到开启状态、第二蝶阀回复到关闭状态，则引擎废气沿该第一支管的路径排出。

7.根据权利要求1所述的配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置，其特征在于，该第一驱动装置为一伺服马达，该伺服马达用于驱动该第一蝶阀轴心转动。

8.根据权利要求1所述的配置有加氢装置的内燃机中的排气管装置，其特征在于，该第二驱动装置为一伺服马达，该伺服马达用于驱动该第二蝶阀轴心转动。