CN114135367B - 一种甲烷转化气生成装置及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种甲烷转化气生成装置及汽车，该装置包括：甲烷存储罐、甲烷转化器、甲烷转化气喷嘴。其中，甲烷存储罐用于存储甲烷和向甲烷转化器喷射甲烷；甲烷转化器用于将甲烷转化成甲烷转化气，甲烷转化气包括氢气和活性碳原子；甲烷转化气喷嘴用于将甲烷转化气喷射进汽车的尾气处理装置。本发明的甲烷转化气生成装置，通过将较经济的甲烷转化成包含氢气和活性碳原子的甲烷转化气，使得汽车在不需要额外多喷燃油的情况下，不仅实现了稀燃NOX捕集器中的NOX释放反应和NOX还原反应，还实现了柴油颗粒捕集器的再生。

Description

一种甲烷转化气生成装置及汽车
技术领域
本发明属于汽车领域，特别是涉及一种甲烷转化气生成装置及汽车。
背景技术
在轻型柴油车(LDD，Light diesel vehicle)的排放法规(国6排放法规)中，对NOX和碳颗粒的排放限值，都做了更严格的要求。
在现有技术中，通过增加LNT(Lean NOx Trap，稀燃NOX捕集技术)、DPF(DieselParticulate Filter，柴油颗粒捕集器)和SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原装置)，来达到降低NOX和碳颗粒的排放量的目的。其中，LNT主要用于对NOx捕集和释放，以及对NOx的还原；DPF主要用于对废气中碳颗粒的捕集；SCR主要用于对LNT中释放的NOx的净化。
然而，在实际应用中，如果想要保证LNT高效地对NOx进行捕集、释放以及还原，就需要发动机额外地多喷燃油，才能实现；并且，如果想要DPF进行多次重复使用，也需要发动机额外地多喷燃油，使DPF在捕集碳颗粒后进行再生，才能实现DPF的重复使用。
因此，在现有技术中，要想使柴油车达到降低NOX和碳颗粒的排放量的目的，就需要额外地多喷燃油，然而多喷燃油对于使用者而言，并不经济，存在耗油较大的问题。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种甲烷转化气生成装置及汽车。
第一方面，本发明提供了一种甲烷转化气生成装置，所述甲烷转化气生成装置包括：甲烷存储罐、甲烷转化器、甲烷转化气喷嘴；
所述甲烷存储罐用于存储甲烷和向所述甲烷转化器喷射甲烷；
所述甲烷转化器用于将甲烷转化成甲烷转化气，所述甲烷转化气包括氢气和活性碳原子；
所述甲烷转化气喷嘴用于将所述甲烷转化气喷出。
优选地，所述甲烷转化器包括脱氢催化剂结构，所述脱氢催化剂结构用于将甲烷转化成所述甲烷转化气。
优选地，所述脱氢催化剂结构包括基底和在所述基底表面涂覆的由脱氢催化剂组成的脱氢催化剂层，或，所述脱氢催化剂结构由所述脱氢催化剂制成；
所述脱氢催化剂对所述甲烷进行脱氢催化，得到所述甲烷转化气。
优选地，所述脱氢催化剂包括碳化钨。
优选地，所述基底的形状结构包括翅片形结构和多孔道结构；
当所述基底的结构为翅片结构时，所述翅片结构的厚度为0.1mm～2.1mm；所述脱氢催化剂层的厚度为1μm～200μm。
优选地，所述甲烷转化气生成装置还包括压力调控装置；
所述压力调控装置用于调控所述甲烷存储罐喷射甲烷的喷射压力。
优选地，所述甲烷转化气喷嘴包括喷射口，所述喷射口的直径为0.1mm～1mm，所述喷射口的直径是根据甲烷转化气的喷射量确定的。
第二方面，本发明提供了一种汽车，所述汽车包括汽车尾气处理装置和上述第一方面所述的甲烷转化气生成装置，所述汽车尾气处理装置包括稀燃NOX捕集器，所述甲烷转化气生成装置的所述甲烷转化气喷嘴安装在所述稀燃NOX捕集器的入口的前端。
优选地，所述汽车包括发动机ECU，当需要向所述汽车尾气处理装置中喷射所述甲烷转化气时，所述发动机ECU启动所述甲烷转化气喷嘴，使所述甲烷转化气喷嘴向所述汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气；
当不需要向所述汽车尾气处理装置中喷射所述甲烷转化气时，所述发动机ECU关闭所述甲烷转化气喷嘴，使所述甲烷转化气喷嘴不再向所述汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气。
优选地，所述甲烷转化气的喷射量，由所述压力调控装置通过调控喷射甲烷的喷射压力而调控；所述汽车尾气处理装置还包括柴油颗粒捕集器；
当所述稀燃NOX捕集器需要进行NOX释放反应和NOX还原反应时，所述压力调控装置以第一喷射压力，控制所述甲烷转化气的喷射量；
当所述柴油颗粒捕集器需要再生时，所述压力调控装置以第二喷射压力，控制所述甲烷转化气的喷射量；
其中，所述第一喷射压力小于所述第二喷射压力。
第三方面，本发明提供了一种净化的方法，应用于上述第二方面所述的汽车，所述方法包括：
基于所述甲烷转化气，得到净化气；所述净化气为混合气体，包括CO、CO2、H2、O2、多环芳烃、碳氢化合物以及醛；
通过所述CO2、H2以及碳氢化合物，释放所述稀燃NOX捕集器中所捕集的NOX；
通过所述CO、H2，净化所述稀燃NOX捕集器中的所述NOX；
通过所述CO、多环芳烃、碳氢化合物以及醛，净化所述汽车中的柴油颗粒捕集器。
本发明实施例提供了一种甲烷转化气生成装置及汽车，该方法包括：甲烷转化气与汽车的尾气反应，得到净化气；净化气为混合气体，包括CO、CO2、H2、O2、多环芳烃、碳氢化合物以及醛；CO2、H2以及碳氢化合物促进稀燃NOX捕集器中所捕集的NOX的释放；CO、H2与NOX发生还原反应，净化稀燃NOX捕集器；CO、多环芳烃、碳氢化合物以及醛，分别与O2发生放热反应，由放热反应生成的热，净化汽车中的柴油颗粒捕集器。本发明的方法，基于由甲烷转化气生成装置得到的甲烷转化气，在不需要额外多喷燃油的情况下，不仅实现了稀燃NOX捕集器中的NOX释放反应和NOX还原反应，还实现了柴油颗粒捕集器的再生。
附图说明
图1示出了现有技术中的一种排放路线主要后处理布置的处理方式的示意图；
图2示出了现有技术中的另一种排放路线主要后处理布置的处理方式的示意图；
图3示出了本发明实施例中的甲烷转化气生成装置的一种结构示意图；
图4示出了本发明实施例中的甲烷转化器的结构示意图；
图5示出了本发明实施例中的甲烷转化器的主视图；
图6示出了本发明实施例中的甲烷转化器的左视图；
图7示出了本发明实施例中的甲烷转化器的剖面图；
图8示出了本发明实施例中的一种排放路线主要后处理布置处理方式的结构示意图；；
图9示出了本发明实施例中的另一种排放路线主要后处理布置处理方式的结构示意图；
图10示出了本发明实施例中的一种净化方法的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
在实际中，为降低柴油车尾气中的氮氧化物(NOX)和碳颗粒的排放量，
现在行业内针对轻型柴油车对国6排放法规的两种排放路线主要后处理布置的处理方式如图1和图2所示，图1为现有技术中的一种排放路线主要后处理布置的处理方式的示意图；图2示出了现有技术中的另一种排放路线主要后处理布置的处理方式的示意图。
如图1所示，现有技术中的一种排放路线主要后处理布置的处理方式，所对应的汽车尾气处理装置包括(从排气入口开始，依次描述)：氧传感器、高温传感器、LNT、氮氧传感器A、氧传感器、高温传感器、压差传感器、DPF、高温传感器、尿素喷嘴、SCR以及氮氧传感器B。
如图2所示，现有技术中的另一种排放路线主要后处理布置的处理方式，所对应的汽车尾气处理装置包括(从排气入口开始，依次描述)：氧传感器A、高温传感器、LNT(或DOC)、氮氧传感器A、氧传感器B、高温传感器、尿素喷嘴A、压差传感器、SDPF、高温传感器、尿素喷嘴B、氮氧传感器B、SCR以及氮氧传感器C。其中，DOC(Diesel Oxidation Catalyst，氧化催化器)的作用与LNT的作用相同；SDPF是指SCR与DPF(Diesel Particulate Filter，柴油颗粒捕集器)两装置的统称，SCR尿素喷嘴布置于DPF前端，此时使用的DPF为SDPF(即所谓的SCR-DPF)或带有SCR涂层的DPF(Diesel Particle Filter with SCR coating)。
由图1和图2可知，柴油车尾气通过增压器后的排气入口，流入汽车尾气处理装置，由汽车尾气处理装置中的LNT对尾气中的氮氧化物(NOX)进行捕集，由汽车尾气处理装置中的DPF或SDPF对尾气中的碳颗粒进行捕集。当需要将LNT中NOX释放出来时，需要通过增大燃油的喷出量才能实现；当需要消除DPF或SDPF中的碳颗粒，实现DPF或SDPF的再生时，也需要发动机额外地多喷燃油，才能实现。
也就是说，在实际应用中，需要通过增大燃油的喷出量，才到达降低柴油车尾气中的NOX和碳颗粒的排放量的目的。然而，燃油的价格并不低，若须通过增大燃油的喷出量，才能到达降低柴油车尾气中的NOX和碳颗粒的排放量的目的，则必然存在经济性低、耗油量大的问题。
本发明实施例提供了一种甲烷转化气生成装置、汽车及净化方法，以解决上述现有技术中存在的经济性差、耗油量大的问题。
首先，发明人分别探索了LNT对NOX释放与还原的原理，和DPF(含SDPF)再生的原理。具体如下：
(一)LNT对NOX释放和还原的原理及费油的原因
当轻型柴油发动机排气温度相对较高时(例如＞300℃时)，轻型柴油机燃烧室内排出的NOX流经增压器、LNT、DPF，然后到达此时净化NOX效率最高的净化装置(针对图1示出的处理方式图，净化装置为SCR；针对图2示出的处理方式图，净化装置为SDPF和SCR)，发明人发现此时NOX净化效率可达到90％以上，此时其净化能力十分优秀。
当轻型柴油发动机排气温度较低时(例如＜300℃时)，轻型柴油机燃烧室内排出的NOX流经增压器、LNT、DPF到达净化装置(针对图1示出的处理方式图，净化装置为SCR；针对图2示出的处理方式图，净化装置为SDPF和SCR)时，净化装置内的排气温度低，此时的NOX净化效率低，此时其净化能力差。此时的排气系统主要净化NOX依靠LNT完成
也就是说，汽车尾气处理装置中的LNT的作用包括：捕集NOX、释放NOX和净化NOX。
LNT的载体内部涂层中含有CeO2、BaCO3。轻型柴油发动机自燃烧室排出的废气中的NOX(NO、NO2)在CeO2、BaCO3的作用下存储于LNT中，此反应过程被称为NOX存储。当温度高于某一设定值(例如300℃)时，需要发动机多喷燃油(浓燃)，此时的尾气中含有更多的CO、H2，用于NOX释放(释放反应如下述1-4)和还原反应(如下述5-6)。根据行业经验，每百公里至少需多喷的燃油量0.4L。
NOX释放反应：
Ce(NO3)3→CeO2+3NO2+1/2O2 (1)
Ba(NO3)2+CO2→BaCO3+3NO2+1/2O2 (2)
Ba(NO3)2+3H2+CO2→BaCO3+2NO+2CO2 (3)
Ba(NO3)2+1/3C3H6→BaCO3+2NO+H2O (4)
NOX还原反应：
CO+NO→1/2N2+CO2 (5)
H2+NO→1/2N2+H2O (6)
(二)DPF(含SDPF)再生的原理及费油的原因
DPF(含SDPF)再生一般是车辆行驶里程达到几百公里(约3百公里～7百公里)，便会再生一次，每次再生额外消耗燃油约1L。具体如下：
DPF(含SDPF)对发动机所排气体中的碳颗粒进行捕集，随着捕集的过程延长，DPF(含SDPF)中积累的碳颗粒逐渐增加，进而引起发动机排气背压升高，导致发动机性能下降，因此，需要定期除去沉积在DPF(含SDPF)内的碳颗粒，实现DPF(含SDPF)再生。去除碳颗粒的传统方式为：通过发动机多喷油提高排气温度，让炙热的排气(例，＞590℃)烧掉DPF(含SDPF)内的碳颗粒。
发明人探索了轻型柴油车中DPF(含SDPF)再生的最主要的工作原理，具体如下：
如图1和图2所示，DPF(含SDPF)两端各有一个压力取气管，取气管与压差传感器连接，因为排气流过DPF是会受到DPF(含SDPF)的阻力，也就是说压差传感器采集到的DPF(含SDPF)前端压差管的压力总比后端大，当发动机ECU(Electric Control Unit，电子控制单元)识别到压差传感器的数值超过某个设定值，发动机开始进行缸内燃油后喷(缸内燃油后喷技术是在发动机正常喷油着火后，在活塞下行的过程中，喷油器额外向气缸内喷射燃油)。
后喷产生的燃油产生大量的HC(是指碳氢化合物)、CO、PAH(是指多环芳烃)以及醛，这些反应剂在LNT内部贵金属Pt、Rh等催化剂的作用下与O2(氧气)，进行催化氧化反应生热(催化氧化反应的反应式见下述公式7-10)，直到LNT出口温度达到DPF(含SDPF)前的高温传感器识别到的温度＞590℃(每个企业略有不同)。这时DPF(含SDPF)内的累积的碳颗粒(PM)就可以被高温烧掉。碳颗粒是可在550℃以上被氧化燃烧，因而，LNT出口的排气温度达到590℃以上时，由于DPF(含SDPF)中的碳颗粒被氧化燃烧而再生，且再生效率高。
LNT内的催化氧化反应生热公式如下：
CO+1/2O2→CO2 (7)
HC+O2→CO2+H2O (8)
PAH+O2→CO2+H2O (9)
醛+O2→CO2+H2O (10)
也就是说，在现有技术中，都是通过发动机额外多喷燃油，才能实现LNT中NOX的释放和还原，以及实现DPF或SDPF的再生。
本发明的技术构思为：采用更经济的甲烷，代替需要多喷的燃油，达到在不需要发动机额外多喷燃油的情况下，实现LNT中NOX的释放和还原，以及实现DPF(或SDPF)再生的目的。
基于上述技术构思，本发明第一方面提供了一种甲烷转化气生成装置，图3示出了本发明实施例中的甲烷转化气生成装置的一种结构示意图。
如图3所示，本发明实施例中，甲烷转化气生成装置包括：甲烷存储罐、甲烷转化器、甲烷转化气喷嘴。甲烷存储罐与甲烷转化器之间通过甲烷输送管连接，甲烷转化器与甲烷转化气喷嘴之间通过甲烷转换气输送管连接。
甲烷存储罐，用于存储甲烷和向甲烷转化器喷射甲烷。甲烷存储罐中所存储的甲烷可以是气态甲烷，也可以是气态甲烷。
甲烷转化器，用于将流经该转化器的甲烷转化成甲烷转化气，甲烷转化气包括氢气和活性碳原子。
甲烷转化气喷嘴用于将甲烷转化气喷出。
本实施例中，该甲烷转化气生成装置可应用于轻型柴油发动机车型，利用甲烷代替燃油，由甲烷转化得到的转化气，实现LNT中NOX的释放和还原，以及实现DPF(或SDPF)再生。
本发明实施例中，优选地，甲烷转化器包括脱氢催化剂结构，脱氢催化剂结构用于将甲烷转化成甲烷转化气。
具体实施时，由于甲烷转化器需要对流经该甲烷转化器的甲烷进行转化，因而在该甲烷转化器中，需要设置具有将甲烷转化成甲烷转化气的功能的结构，即本发明实施例中的脱氢催化剂结构。本发明实施例中的脱氢催化剂结构，可以是由多个结构相同或不同子脱氢催化剂结构组成，每个子脱氢催化剂结构均可实现将甲烷转化成甲烷转化气，也可以是具有多孔道的一体化结构。
例如，图4示出了本发明实施例中的甲烷转化器的结构示意图，如图4所示，本发明实施例中，子脱氢催化剂结构的形状相同，都为翅片形，每个子脱氢催化剂结构包括翅片形的基底和脱氢催化剂涂层。其中，每个基底的厚度可以为0.1mm～2.1mm；每个基底的表面都涂覆有脱氢催化剂涂层，该脱氢催化剂层的厚度为1μm～200μm，然后，由6个翅片形的子脱氢催化剂结构组成一个脱氢催化剂结构，置于甲烷转化器的空腔中。
图5示出了本发明实施例中的甲烷转化器的主视图；图6示出了本发明实施例中的甲烷转化器的左视图；图7示出了本发明实施例中的甲烷转化器的剖面图。图5、图6以及图7，示出的是图4所示的甲烷转化器结构的主视图、左视图以及剖面图。
由图4、图5、图6、图7可知，本发明实施例中的甲烷转化器的结构，为使甲烷在该转化器中被充分转化成氢气和活性碳原子，将设置脱氢催化剂结构的空腔的直径，远大于气体的进出口的直径。
本发明实施例中，优选地，脱氢催化剂结构包括基底和在所述基底表面涂覆的由脱氢催化剂组成的脱氢催化剂层，或，脱氢催化剂结构由脱氢催化剂制成。
具体实施时，本发明实施例中的脱氢催化剂结构，可以是通过在基底的表面涂覆脱氢催化剂涂层而得到的脱氢催化剂结构，也可以是直接用脱氢催化剂涂层的材料制备脱氢催化剂结构。
本发明实施例中的脱氢催化剂对甲烷进行脱氢催化，得到甲烷转化气。脱氢催化的具体原理为：脱氢催化剂具有脱氢功能，可将甲烷中的氢脱掉，得到氢气，和脱掉氢的活性碳原子。即，甲烷(CH4)在脱氢催化剂的作用下，在脱氢催化剂结构的表面生成活性碳(C*)原子和H2。由于碳化钨对甲烷具有优异的脱氢功能，因而，本发明实施例中，脱氢催化剂优选为碳化钨。需要说明的是，本发明实施例中的脱氢催化剂的组成物质可以是一种，也可以是多种，在本发明中不做限制。
本发明实施例中，优选地，甲烷转化气生成装置还包括压力调控装置，该压力调控装置用于调控甲烷存储罐喷射甲烷的喷射压力。该压力调控装置可以设置于甲烷存储罐中，可以设置于甲烷存储罐外，本发明对此不进行限制。
本发明实施例中，优选地，甲烷转化气喷嘴包括喷射口，喷射口的直径为0.1mm～1mm，喷射口的直径是根据甲烷转化气的喷射量确定的。
也就是说，本发明实施例中，“甲烷转化气喷嘴”的喷射量是需要“被设计的”，例如，设计之初可以确定“甲烷转化气喷嘴”的喷射口直径，此直径可以是∮0.3mm、∮0.4mm、∮0.5mm、∮0.7mm，假设∮0.4mm的喷射口直径所喷出的“甲烷转化气”可以达到“设计喷射量”，那就采用∮0.4mm作为“甲烷转化气喷嘴”的喷射口直径。在具体实施中，各个用户可以根据自身需求，对喷射口直径进行设计，在本发明中不做限定。
进一步的，“甲烷转化气喷嘴”的喷射量，也可以通过设定甲烷喷射的压力来实现，其中，通过调控压力调控装置，达到设置甲烷喷射的喷射压力，例如设置喷射压力为5bar、6bar或7bar，假设7bar可以实现“甲烷转化气”的“设计喷射量”，那就将7bar作为压力调控装置所设置的压力。
更进一步的，当脱氢催化剂结构为由多个子脱氢催化剂结构组成，每个子脱氢催化剂结构的形状为翅片形(如图4所示的“翅片”)，则“翅片”间隔，包括“翅片”与“甲烷转化器内壁”的间隔，在不影响气体流通的前提下尽可能的小，间隔可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm……3mm，其中，设置尽可能小的间隔，是为了增加甲烷被碳化钨转化的效率。当然“甲烷转化器内壁”也可以涂覆碳化钨涂层。
为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例中的甲烷转化器，以下通过多个具体的实施例来说明本发明实施例中的甲烷转化器中的脱氢催化剂结构。
实施例1
首先制备厚度为0.5mm的蜂窝状结构的基底，然后在蜂窝状结构的基底的所有外表面，涂覆10μm的脱氢催化剂涂层，得到脱氢催化剂结构，最后将得到的脱氢催化剂结构设置于甲烷转化器的内腔中。本实施例中的脱氢催化剂选择的是碳化钨。
实施例2
首先制备厚度为1.5mm的蜂窝状结构的基底，然后在蜂窝状结构的基底的所有外表面，涂覆50μm的脱氢催化剂涂层，得到脱氢催化剂结构，最后将得到的脱氢催化剂结构设置于甲烷转化器的内腔中。本实施例中的脱氢催化剂选择的是碳化钨。
实施例3
首先制备厚度为2.5mm的翅片状结构的基底，然后在该基底的所有外表面，涂覆50μm的脱氢催化剂涂层，得到子脱氢催化剂结构，最后将得到的多个子脱氢催化剂结构设置于甲烷转化器的内腔中。本实施例中的脱氢催化剂选择的是碳化钨。
实施例4
首先制备厚度为2mm的翅片状结构的基底，然后在该基底的所有外表面，涂覆20μm的脱氢催化剂涂层，得到子脱氢催化剂结构，最后将得到的多个子脱氢催化剂结构设置于甲烷转化器的内腔中。本实施例中的脱氢催化剂选择的是碳化钨。
实施例5
直接由碳化钨制备蜂窝状结构的脱氢催化剂结构，该脱氢催化剂结构的厚度为0.2mm，然后将该脱氢催化剂结构设置于甲烷转化器的内腔中。
实施例6
直接由碳化钨制备蜂窝状结构的脱氢催化剂结构，该脱氢催化剂结构的厚度为0.5mm，然后将该脱氢催化剂结构设置于甲烷转化器的内腔中。
实施例7
直接由碳化钨制备翅片状结构的脱氢催化剂结构，该脱氢催化剂结构的厚度为0.1mm，然后将多个该脱氢催化剂结构设置于甲烷转化器的内腔中。
实施例8
直接由碳化钨制备蜂窝状结构的脱氢催化剂结构，该脱氢催化剂结构的厚度为1mm，然后将多个该脱氢催化剂结构设置于甲烷转化器的内腔中。
第二方面，本发明提供了一种汽车，该汽车包括汽车尾气处理装置和上述第一方面所述的甲烷转化气生成装置。其中，汽车尾气处理装置包括稀燃NOX捕集器。
图8示出了本发明实施例中的一种排放路线主要后处理布置处理方式的结构示意图；图9示出了本发明实施例中的另一种排放路线主要后处理布置处理方式的结构示意图；如图8和图9所示，本发明中的甲烷转化气生成装置安装在该稀燃NOX捕集器的前端。具体的安装为：
将甲烷转化气喷嘴安装在稀燃NOX捕集器的入口的前端，通过甲烷转化气喷嘴，将甲烷转化气喷入汽车尾气处理装置，然后与尾气反应，得到含有多种气体的净化气，一起进入稀燃NOX捕集器。本发明实施例中的稀燃NOX捕集器是指LNT所对应的装置。
本发明实施例中，优选地，汽车包括发动机ECU，当需要向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气时，发动机ECU启动甲烷转化气喷嘴，使甲烷转化气喷嘴向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气；当不需要向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气时，发动机ECU启关闭甲烷转化气喷嘴，使甲烷转化气喷嘴不再向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气。
具体实施时，甲烷转化气喷嘴在发动机ECU的“指挥”下工作。当车辆需要LNT进行NOX释放反应和NOX还原反应时，发动机ECU控制甲烷转化气喷嘴向汽车尾气处理装置中喷射。当车辆不需要LNT进行NOX释放反应和NOX还原反应时，发动机ECU控制甲烷转化气喷嘴不向汽车尾气处理装置中喷射。
其中，发动机ECU根据LNT进口处的高温传感器所测试的进口温度，判断是否需要向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气。具体实施时，用户根据自身需求设置一个预设温度，当测得的进口温度高于该预设温度时，发动机ECU就启动甲烷转化气生成装置，控制甲烷转化气喷嘴向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气；当测得的进口温度低于该预设温度时，发动机ECU则关闭甲烷转化气生成装置，控制甲烷转化气喷嘴不向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气。
具体实施时，当车辆需要DPF(或SDPF)再生时，发动机ECU控制甲烷转化气喷嘴向汽车尾气处理装置中喷射；当车辆不需要DPF(或SDPF)再生时，发动机ECU控制甲烷转化气喷嘴不向汽车尾气处理装置中喷射。
其中，发动机ECU根据DPF(或SDPF)对应的压差传感器(如图8和图9中所示的压差传感器)测得的压差值，判断是否需要DPF(或SDPF)再生。当压差值超过预设压差值时，则表示DPF(或SDPF)中碳颗粒的捕集量达到最大值，DPF(或SDPF)已影响对新来的碳颗粒进行捕集，因而此时需要DPF(或SDPF)再生，因此，当发动机ECU检测到压差值超过预设压差值时，发动机ECU就启动甲烷转化气生成装置，控制甲烷转化气喷嘴向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气。反之，当发动机ECU检测到压差值小于预设压差值时，发动机ECU就关闭甲烷转化气生成装置，控制甲烷转化气喷嘴不向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气。
由于LNT中NOX释放反应、NOX还原反应所需的甲烷转化气的量，与DPF(或SDPF)中DPF(或SDPF)再生所需的甲烷转化气的量不同，因而，需要发动机ECU调控甲烷转化气的喷射量，实现对LNT中NOX释放反应、NOX还原反应，以及实现DPF(或SDPF)再生。
具体实施时，发动机ECU调控甲烷转化气的喷射量，可以通过如下任意一种方式实现：
第一种，发动机ECU通过控制压力调控装置，实现对甲烷转化气的喷射量控制。
具体实施时，甲烷转化气的喷射量，由压力调控装置通过调控喷射甲烷的喷射压力而调控；当稀燃NOX捕集器需要进行NOX释放反应和NOX还原反应时，发动机ECU调控压力调控装置，使其以第一喷射压力，控制甲烷转化气的喷射量；当柴油颗粒捕集器需要再生时，发动机ECU调控压力调控装置，使其以第二喷射压力，控制甲烷转化气的喷射量；其中，第一喷射压力小于第二喷射压力。
第二种，发动机ECU通过控制喷射时间，实现对甲烷转化气的喷射量控制。
具体实施时，甲烷转化气的喷射量，可以根据喷射时间的长短而确定；当稀燃NOX捕集器需要进行NOX释放反应和NOX还原反应时，发动机ECU调控甲烷转化气喷嘴，使其的以第一喷射时间，向汽车尾气处理装置中喷射所述甲烷转化气；当柴油颗粒捕集器需要再生时，发动机ECU调控甲烷转化气喷嘴，使其以第二喷射时间，向汽车尾气处理装置中喷射所述甲烷转化气；其中，第一喷射时间短于第二喷射时间。
第三种，发动机ECU根据检测到的进口温度和/或压差值，实现对甲烷转化气的喷射量控制。
具体实施时，对于LNT需要进行NOX释放反应和NOX还原反应时：
当发动机ECU检测到LNT进口处的高温传感器所测试的进口温度高于预设温度时，判断出LNT需要进行NOX释放反应和NOX还原反应，发动机ECU就启动甲烷转化气生成装置，控制甲烷转化气喷嘴向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气，一直喷射到测得的进口温度低于预设温度时，发动机ECU则关闭甲烷转化气生成装置，停止向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气。
具体实施时，对于车辆需要DPF(或SDPF)再生时：
当发动机ECU根据DPF(或SDPF)对应的压差传感器(如图8和图9中所示的压差传感器)测得的压差值超过预设压差值时，则表示车辆需要DPF(或SDPF)再生，此时，发动机ECU就启动甲烷转化气生成装置，控制甲烷转化气喷嘴向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气，一直喷射到发动机ECU检测到压差值小于预设压差值时，发动机ECU才关闭甲烷转化气生成装置，停止向汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气。
本发明实施提供的汽车，采用甲烷转化气生成装置取代多喷燃油的方式，实现车辆中LNT需要进行的NOX释放反应和NOX还原反应，以及实现车辆需要的DPF(或SDPF)再生。与现有技术相比，本发明提供的汽车，还具有以下优点：
首先，由于甲烷的价格低于燃油，因而本发明提供的汽车，解决了现有技术中存在的经济问题。
其次，由于甲烷转化气为氢气和活性碳原子，其中活性碳原子与尾气中的氧气反应生成的是CO和CO2，而由反应式(2)、(3)、(5)、(6)、(7)可知，由甲烷转化气得到的H2、CO和CO2都会参与反应而被消耗掉；而现有技术中，通过发动机多喷燃油(浓燃)的方式，必然会增加尾气中有害物质的排放。也就是说，本发明提供的汽车，利用甲烷取代燃油，降低了有害物质的排放，更加的经济环保。
第三方面，本发明提供了一种净化的方法，应用于上述第二方面所述的汽车，图10示出了本发明实施例中的一种净化方法的方法流程图。如图10所示，所述方法包括：
S10-1，甲烷转化气与汽车的尾气反应，得到净化气；净化气为混合气体，包括CO、CO2、H2、O2、多环芳烃、碳氢化合物以及醛。
具体实施时，当甲烷转化气(由H2和活性碳原子组成)通过甲烷转化气喷嘴，喷入汽车尾气处理装置中后，首先，甲烷转化气中的活性碳原子与汽车的尾气中的O2反应，生成CO、CO2，其次，活性碳原子与H2在LNT内部生成碳氢化合物(HC)，最后，CO、CO2、H2、HC、以及尾气中原有的气体(多环芳烃和醛)，得到由CO、CO2、H2、O2、HC、多环芳烃以及醛组成的净化气。
S10-2，CO2、H2以及碳氢化合物促进稀燃NOX捕集器中所捕集的NOX的释放。
具体实施时，由反应式(2-4)可知，净化气中的CO2、H2以及碳氢化合物，可参与NOX释放反应，实现稀燃NOX捕集器(LNT)中NOX的释放。
S10-3，CO、H2与NOX发生还原反应，净化稀燃NOX捕集器。
具体实施时，由反应式(5-6)可知，净化气中的CO和H2，可与尾气中的NO反应，实现了NO的还原，达到了净化稀燃NOX捕集器的目的。
S10-4，CO、多环芳烃、碳氢化合物以及醛，分别与O2发生放热反应，由放热反应生成的热，净化汽车中的柴油颗粒捕集器。
具体实施时，由反应式(7-10)可知，净化气中的CO、多环芳烃、碳氢化合物以及醛，分别与O2发生放热反应，由放热反应生成的热去除柴油颗粒捕集器(DPF)中捕集的碳颗粒，达到净化汽车中的柴油颗粒捕集器的目的，实现DPF再生。
本发明实施例中，由反应式(2-6)可知，CO、CO2、H2、还有排气中已有的碳氢化合物(C3H6)和O2，满足了LNT必须的NOX释放反应、NOX还原反应所必须的物质。为此LNT发生NOX释放反应、NOX还原反应时，可不必发动机额外加浓喷油，由此可实现燃油的节约(百公里节约燃油至少0.4L)。
本发明实施例中，由反应式(7-8)可知，活性碳(C*)原子和H2，在LNT内部形成的CO和HC，也是LNT内的催化氧化反应生热所必须的物质。因此，DPF(含SDPF)再生时，可不必发动机额外加浓喷油，由此可实现DPF(含SDPF)再生，进而在每次DPF(含SDPF)再生时，皆可节约燃油约1L。
因此，通过本发明实施例提供的方法，可以在不必发动机额外加浓喷油的情况下，实现LNT发生的NOX释放反应和NOX还原反应，以及实现DPF(含SDPF)再生，达到节约燃油的目的。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明所提供的一种甲烷转化气生成装置及汽车进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种甲烷转化气生成装置，其特征在于，应用于车辆，所述甲烷转化气生成装置包括：甲烷存储罐、甲烷转化器、甲烷转化气喷嘴；
所述甲烷存储罐用于存储甲烷和向所述甲烷转化器喷射甲烷；
所述甲烷转化器用于将甲烷转化成甲烷转化气，所述甲烷转化气包括氢气和活性碳原子；
所述甲烷转化气喷嘴安装在所述车辆的稀燃NOX捕集器的入口的前端，用于将所述甲烷转化气喷出，所述甲烷转化气与所述车辆的尾气反应得到由CO、CO2、H2、O2、多环芳烃、碳氢化合物以及醛组成的净化气；
所述甲烷转化器包括脱氢催化剂结构，所述脱氢催化剂结构用于将甲烷转化成所述甲烷转化气；所述脱氢催化剂结构包括基底和在所述基底表面涂覆的由脱氢催化剂组成的脱氢催化剂层，或，所述脱氢催化剂结构由所述脱氢催化剂制成。
2.根据权利要求1所述的甲烷转化气生成装置，其特征在于，所述脱氢催化剂对所述甲烷进行脱氢催化，得到所述甲烷转化气。
3.根据权利要求1-2任一项所述的甲烷转化气生成装置，其特征在于，所述脱氢催化剂包括碳化钨。
4.根据权利要求1所述的甲烷转化气生成装置，其特征在于，所述基底的结构包括翅片结构和多孔道结构；
当所述基底的结构为翅片结构时，所述翅片结构的厚度为0.1mm～2.1mm；所述脱氢催化剂层的厚度为1μm～200μm。
5.根据权利要求1所述的甲烷转化气生成装置，其特征在于，所述甲烷转化气生成装置还包括压力调控装置；
所述压力调控装置用于调控所述甲烷存储罐喷射甲烷的喷射压力。
6.根据权利要求1所述的甲烷转化气生成装置，其特征在于，所述甲烷转化气喷嘴包括喷射口，所述喷射口的直径为0.1mm～1mm，所述喷射口的直径是根据甲烷转化气的喷射量确定的。
7.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括汽车尾气处理装置和上述权利要求1-6任意一项所述的甲烷转化气生成装置；
其中所述汽车尾气处理装置包括稀燃NOX捕集器，所述甲烷转化气生成装置中的所述甲烷转化气喷嘴安装在所述稀燃NOX捕集器的入口的前端。
8.根据权利要求7所述的汽车，其特征在于，所述汽车包括发动机ECU，当需要向所述汽车尾气处理装置中喷射所述甲烷转化气时，所述发动机ECU启动所述甲烷转化气喷嘴，使所述甲烷转化气喷嘴向所述汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气；
当不需要向所述汽车尾气处理装置中喷射所述甲烷转化气时，所述发动机ECU关闭所述甲烷转化气喷嘴，使所述甲烷转化气喷嘴不再向所述汽车尾气处理装置中喷射甲烷转化气。
9.根据权利要求8所述的汽车，其特征在于，所述甲烷转化气的喷射量，由压力调控装置通过调控喷射甲烷的喷射压力而调控；所述汽车尾气处理装置还包括柴油颗粒捕集器；
当所述稀燃NOX捕集器需要进行NOX释放反应和NOX还原反应时，所述压力调控装置以第一喷射压力，控制所述甲烷转化气的喷射量；
当所述柴油颗粒捕集器需要再生时，所述压力调控装置以第二喷射压力，控制所述甲烷转化气的喷射量；
其中，所述第一喷射压力小于所述第二喷射压力。
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