RU2650142C2 - Выхлопная система с катализатором реформинга - Google Patents

Выхлопная система с катализатором реформинга Download PDF

Info

Publication number
RU2650142C2
RU2650142C2 RU2015137672A RU2015137672A RU2650142C2 RU 2650142 C2 RU2650142 C2 RU 2650142C2 RU 2015137672 A RU2015137672 A RU 2015137672A RU 2015137672 A RU2015137672 A RU 2015137672A RU 2650142 C2 RU2650142 C2 RU 2650142C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
twc
exhaust gas
fuel
catalyst
reforming
Prior art date
Application number
RU2015137672A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015137672A (ru
Inventor
Кирсти Эллен КОКЛ
Пол Джеймс МИЛЛИНГТОН
Эдвард Джеймс МОСС
Джон Фредерик ПИГНОН
Original Assignee
Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани filed Critical Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани
Publication of RU2015137672A publication Critical patent/RU2015137672A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2650142C2 publication Critical patent/RU2650142C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/16—Selection of particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101—Three-way catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2053—By-passing catalytic reactors, e.g. to prevent overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0668—Treating or cleaning means; Fuel filters
    • F02D19/0671—Means to generate or modify a fuel, e.g. reformers, electrolytic cells or membranes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/14—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • F02M26/15—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system in relation to engine exhaust purifying apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/36—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for adding fluids other than exhaust gas to the recirculation passage; with reformers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/30—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel reformer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2370/00—Selection of materials for exhaust purification
    • F01N2370/02—Selection of materials for exhaust purification used in catalytic reactors
    • F01N2370/04—Zeolitic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/025—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting O2, e.g. lambda sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/14—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics having more than one sensor of one kind
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03—Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2825—Ceramics
    • F01N3/2828—Ceramic multi-channel monoliths, e.g. honeycombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/45—Sensors specially adapted for EGR systems
    • F02M26/46—Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к выхлопной системе, предназначенной для обработки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания. Выхлопная система включает тройной катализатор (TWC – three-way catalyst), катализатор реформинга топлива, расположенный по потоку после TWC, и устройство подачи топлива, расположенное по потоку до катализатора реформинга топлива, при этом первую часть выхлопного газа направляют в обход TWC и приводят в контакт с катализатором реформинга топлива в присутствии топлива, добавляемого из устройства подачи топлива, с образованием потока газообразных продуктов реформинга, а вторую часть выхлопного газа приводят в контакт с TWC и используют для нагревания катализатора реформинга топлива, после чего сбрасывают в атмосферу, и при этом поток газообразных продуктов реформинга рециркулируют в систему впуска двигателя. Изобретение обеспечивает улучшение теплообмена и максимальное снятие тепла выхлопного газа с целью улучшения каталитического реформинга. 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл., 2 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к выхлопной системе, предназначенной для обработки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В двигателях внутреннего сгорания образуется выхлопной газ, содержащий множество загрязняющих веществ, включая углеводороды, монооксид углерода, оксиды азота, оксиды серы и твердые частицы. В постоянно ужесточаемом национальном и местном законодательстве уменьшается количество загрязняющих веществ, которое разрешено к выбросу из двигателей внутреннего сгорания. В выхлопных системах уже применяется множество разнообразных технологий, направленных на очистку выхлопного газа до его выброса в атмосферу.
Один из предложенных способов очистки выхлопного газа основан на использовании процесса каталитического реформинга. См., например, SAE-07NAPLES-175, где описан бортовой реформинг выхлопного газа бензинового двигателя с использованием комбинации реформинга и тройного катализатора. В заявке на патент СШВ №2012/0117943 также описана бортовая система реформинга газа.
Считается, что меньшего количества испускаемых загрязняющих веществ можно достичь путем введения водорода из устройства каталитического реформинга в топливо двигателя внутреннего сгорания. Например, было предложено подвергать дизельное или бензиновое топливо реформингу с получением водорода и добавлять этот водород в подаваемое в двигатель топливо, чтобы непосредственно восстанавливать выбрасываемые из двигателя NOx и твердые частицы. Кроме того, реформинг сейчас привлекает внимание благодаря возможности извлечения из выхлопного газа энергии (например, теплоты сгорания) путем превращения компонентов выхлопного газа в компоненты топлива с большей теплотворной способностью (Н2 и СО). Это могло бы позволить увеличить общую эффективность бензинового двигателя и, соответственно, снизить потребление топлива и выбросы СО2.
Что касается автомобильных систем и процессов, желательно добиться дополнительного усовершенствования систем обработки выхлопного газа, в частности, тех систем, в которых используется каталитический реформинг. Авторами обнаружена новая выхлопная система, в которой используется катализатор реформинга топлива.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение представляет собой выхлопную систему, предназначенную для обработки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания. Эта система включает тройной катализатор (TWC), катализатор реформинга топлива, расположенный по потоку после TWC, и устройство подачи топлива, расположенное по потоку до катализатора реформинга топлива. Выхлопной газ разделяется на два части. Первая часть направляется в обход TWC и вступает в контакт с катализатором реформинга топлива в присутствии топлива, добавляемого из устройства подачи топлива, после чего рециркулируется в систему впуска двигателя, вторая часть вступает в контакт с TWC, после чего, до выброса в атмосферу, используется для нагревания катализатора реформинга топлива. Изобретение способствует улучшению теплообмена (уменьшению потерь тепла) с целью улучшения каталитического реформинга.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой схему одного из вариантов осуществления изобретения.
Фиг. 2 представляет собой схему второго варианта осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение представляет собой выхлопную систему, предназначенную для обработки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания. Эта система включает тройной катализатор (TWC).
Системы с тройным катализатором хорошо известны в данной области. Как правило, TWC осуществляет три основные функции: (1) окисление СО до СО2; (2) окисление несгоревшего топлива до СО2 и Н2О; и (3) восстановление NOx до N2. Тройной катализатор, предпочтительно, включает один или несколько металлов платиновой группы и одну или несколько подложек из неорганического оксида. Металлом платиновой группы (PGM – platinum group metal), предпочтительно, является платина, палладий, родий или их смеси.
Подложки из неорганического оксида, чаще всего, содержат оксиды элементов групп 2, 3, 4, 5, 6, 13 и 14 и лантаноидов. Пригодные подложки из неорганического оксида, предпочтительно, характеризуются удельной площадью поверхности в диапазоне от 10 до 700 м2/г, пористостью в диапазоне от 0,1 до 4 мл/г и диаметром пор, примерно, от 10 до 1000 Å. Подложка из неорганического оксида представляет сбой, предпочтительно, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана, оксид циркония, оксид церия, оксид ниобия, оксиды тантала, оксиды молибдена, оксиды вольфрама или смешанные оксиды или составные оксиды из двух или более из перечисленных, например оксид кремния – алюминия, оксид церия – циркония или оксид алюминия – церия – циркония. Оксид алюминия и оксид церия являются особенно предпочтительными. Помимо функции подложки, подложка, содержащая оксид церия, например оксид церия (СеО2) или смешанный оксид церия - циркония, также может выполнять функцию компонента хранения кислорода (OSC – oxygen storage component) в TWC. Подложка из неорганического оксида также может представлять собой цеолит, такой как бета-цеолит, цеолит ZSM, ферриерит или хабазит.
Тройной катализатор, предпочтительно, наносят в виде покрытия на субстрат. Субстрат, предпочтительно, представляет собой керамический субстрат или металлический субстрат; более предпочтительно субстрат представляет собой металлический субстрат, обеспечивающий лучший теплообмен и простоту конструкции. Керамический субстрат может быть изготовлен из любого пригодного жаропрочного материала, например оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида церия, оксида циркония, оксида магния, цеолитов, нитрида кремния, карбида кремния, силикатов циркония, силикатов магния, алюмосиликатов и металл-алюмосиликатов (таких как кордиерит и сподумен) или смеси или смешанного оксида любых двух или более из них. Кордиерит, магнийалюмосиликат и карбид кремния являются особенно предпочтительными.
Металлический субстрат может быть изготовлен из любого пригодного металла, в частности, жаропрочных металлов и металлических сплавов, таких как титан и нержавеющая сталь, а также ферритные сплавы, содержащие железо, никель, хром и/или алюминий, помимо других металлов в следовых количествах.
Субстрат может представлять собой фильтрующий субстрат или проточный субстрат, наиболее предпочтительно, фильтрующий субстрат, особенно – сотовый монолит. Субстрат обычно выполняют имеющим некоторое количество каналов, через которые проходят выхлопные газы автомобиля. На поверхность каналов наносят тройной катализатор.
Тройной катализатор может быть нанесен на субстрат любым известным способом. Например, подложка из неорганического оксида или содержащий PGM материал подложки могут быть нанесены и связаны с субстратом в форме реактивной грунтовки, при этом, пористый, обладающий большой удельной площадью поверхности слой соединяется с поверхностью субстрата. Реактивную грунтовку обычно наносят на субстрат из суспензии на водной основе, затем сушат и обжигают при высокой температуре. Если в форме реактивной грунтовки на субстрат наносят только подложку из неорганического оксида, PGM может быть нанесен на высушенный слой нанесенной в виде реактивной грунтовки подложки (путем пропитки, ионного обмена и т.п.), после чего высушен и обожжен. Предпочтительные величины заполнения субстрата PGM лежат в диапазоне от 0,02 до 1,7 г/л (от 1 до 300 г/фут3) объема катализатора.
Система настоящего изобретения дополнительно включает катализатор реформинга топлива, расположенный по потоку после TWC. Катализатор реформинга топлива размещен так, что может использовать тепло, выделяющееся в ходе экзотермических реакций TWC. Пригодными катализаторами реформинга топлива являются те, которые катализируют реформинг топлив с образованием синтез-газа (Н2 и СО).
К предпочтительным катализаторам реформинга топлива относятся катализаторы на основе платины, палладия, родия, никеля и их смесей. Предпочтительно, катализаторы реформинга топлива, используемые в системе настоящего изобретения, включают до 5 вес.%, более предпочтительно, от 0,5 до 4 вес.% платины, палладия, родия и/или никеля, диспергированных на жаропрочном оксидном материале подложки, см., например, патент США №6887455, положения которого включаются в настоящее описание путем ссылки. К предпочтительным катализаторам относятся Rh-катализаторы, содержащие до 3 вес.% Rh, Pt-катализаторы, содержащие до 5 вес.% Pt, и Rh-Pt-катализаторы, содержащие до 3 вес.% Rh и до 5 вес.% Pt. Подложки для PGM и содержащих Ni катализаторов реформинга включают подложки из неорганического оксида, наиболее часто, включат оксиды элементов групп 2, 3, 4, 5, 13 и 14 и лантаноидов, в частности оксид алюминия, оксид титана, оксид церия, оксид циркония, оксид кремния, оксид кремния - алюминия и смеси или смешанные оксиды, содержащие два или более из перечисленных компонентов. Катализатор реформинга топлива, предпочтительно, находится в форме осажденного слоя на обычном сотовом субстрате, желательно – металлическом.
Система настоящего изобретения дополнительно включает устройство подачи топлива, расположенное по потоку до катализатора реформинга топлива. Устройство подачи топлива обеспечивает введение топлива в первую часть выхлопного газа, которую направляют в обход TWC. Предпочтительно, устройство подачи топлива, по существу, идентично устройствам, используемым для инжекции топлива в двигатель. Предпочтительно, устройство подачи топлива включает инжектор топлива, предназначенный для инжекции топлива в выхлопной газ по току непосредственно перед катализатором реформинга топлива. Предпочтительно, устройство подачи топлива управляется надлежащим образом запрограммированным устройством управления, необязательно, являющимся частью блока управления двигателем (ECU - engine control unit), с вводными параметрами, включающими температуру катализатора и/или температуру газов на входе и выходе блока реформинга топлива.
Обычно устройство подачи топлива представляет собой инжектор топлива, предпочтительно, снабжено насосом или другим пригодным дозатором, вход которого соединен с топливным насосом. Насос, в свою очередь, соединен с инжектором, который может иметь одно или несколько сопел, расположенных по потоку до катализатора реформинга топлива.
Топливо, добавляемое в первую часть выхлопного газа при помощи устройства подачи топлива, предпочтительно, представляет собой то же топливо, что и топливо, используемое в двигателе. Топливо, предпочтительно, является углеводородным (например, дизельным или бензиновым), однако также могут быть использованы другие виды топлива, такие как спирты или простые эфиры.
В выхлопной системе выхлопной газ, выходящий из двигателя внутреннего сгорания, разделяется на две части. Первая часть выхлопного газа направляется в обход TWC, так что первая часть выхлопного газа не контактирует с каталитическим материалом TWC. После обхода TWC первая часть выхлопного газа, наряду с топливом, введенным при помощи устройства подачи топлива, вступает в контакт с катализатором реформинга топлива, образуя поток газообразных продуктов реформинга. Поток газообразных продуктов реформинга затем рециркулируют в систему впуска двигателя.
Предпочтительно, по потоку после катализатора реформинга топлива размещают охладитель продуктов реформинга, так что он располагается между катализатором реформинга топлива и системой впуска двигателя. Охладитель продуктов реформинга обеспечивает понижение температуры потока газообразных продуктов реформинга до их подачи в систему впуска двигателя. Охладитель продуктов реформинга, предпочтительно, охлаждается охлаждающей жидкостью двигателя, циркулирующей по трубопроводу охлаждающей жидкости.
До вступления в контакт с катализатором реформинга топлива первая часть выхлопного газа может быть направлена вокруг TWC и/или направлена сквозь TWC. Под выражением «направлена сквозь TWC» понимается, что первая часть выхлопного газа проходит по пространству внутри TWC, не контактируя с каталитическим материалом TWC. Под выражением «направлена вокруг TWC», предпочтительно, понимается, что первая часть контактирует с наружной частью субстрата TWC, не контактируя с каталитическим материалом TWC.
Будучи направленной сквозь или вокруг TWC, первая часть выхлопного газа нагревается теплом экзотермических реакций TWC перед вступлением в контакт с катализатором реформинга топлива. Чем выше температура газа, вступающего в контакт с катализатором реформинга топлива, тем более эффективной будет реакция реформинга. Предпочтительно, первая часть выхлопного газа составляет менее половины (предпочтительно, от 1 до 30 об.%, более предпочтительно, от 10 до 30 об.%) всего количества выхлопного газа.
Вторая часть выхлопного газа вступает в контакт с TWC. Предпочтительно, вторая часть выхлопного газа является большей частью (предпочтительно, от 70 до 99 об.%, более предпочтительно, от 70 до 90 об.%) всего количества выхлопного газа. При контакте с TWC выделяется тепло вследствие окисления СО до СО2, окисления несгоревшего топлива до СО2 и Н2О и восстановления NOx до N2 в выхлопном газе. Нагретую вторую часть выхлопного газа затем, перед выбросом в атмосферу, используют для нагревания катализатора реформинга топлива. Выхлопная система обеспечивает максимальный теплообмен с выхлопным газом, результатом чего является, предположительно, на 70–100% более горячий катализатор реформинга.
Предпочтительно, катализатор реформинга устанавливают в выхлопной системе по потоку после TWC, чтобы повысить теплообмен со второй частью выхлопного газа. Предпочтительно, катализатор реформинга может быть расположен в кольцевом пространстве выхлопной системы по потоку после TWC так, чтобы катализатор реформинга находится в окружении из внутреннего газового канала и наружного газового канала. Вторая часть выхлопного газа следует по внутреннему и наружному газовым каналам и передает дополнительное тепло блоку реформинга.
Кроме того, поскольку первая часть выхлопного газа, направляемая в обход TWC, содержит непрореагировавшие О2, СО и NOx, эти газы могут вступать в реакцию на катализаторе реформинга топлива с выделением тепла в блоке реформинга. Тепло экзотермических реакций может быть использовано для облегчения пуска блока реформинга и подъема температуры для работы в разогретом состоянии. Авторами изобретения также показано, что NOx, содержащиеся в первой части выхлопного газа, которую направляют в обход TWC, также могут облегчать активацию топлива перед стадией каталитического реформинга.
После контакта с катализатором реформинга топлива поток газообразных продуктов реформинга выхлопного газа рециркулируют в систему впуска двигателя. Предпочтительно, перед введением в двигатель поток газообразных продуктов реформинга охлаждаются при помощи охладителя продуктов реформинга.
На фиг. 1 один из вариантов осуществления изобретения показан в виде поперечного сечения устройства. В это устройство входит двигатель 10 и выхлопная система 12. Выхлопная система включает трубу 14, соединяющую двигатель с TWC 16. В этой трубе первая часть выхлопного газа двигателя проходит по байпасному трубопроводу 18 внутри TWC к катализатору 20 реформинга топлива. Первая часть выхлопного газа нагревается в TWC 16 в результате теплообмена и вступает в реакцию на катализаторе 20 реформинга в присутствии добавляемого инжектором 22 топлива с образованием потока продуктов реформинга, который отводится по трубе 24 рециркуляции продуктов реформинга и поступает в систему впуска двигателя 10. На фиг. 1 также показана предпочтительная секция охлаждения 26 продуктов реформинга, предназначенная для охлаждения продуктов реформинга перед введением потока газообразных продуктов реформинга в систему впуска двигателя. Вторая часть выхлопного газа вступает в контакт с TWC 16 перед выбросом в атмосферу. После прохождения TWC 16 выхлопной газ, который был нагрет вследствие экзотермических реакций окисления в системе TWC, проходит над катализатором 20 реформинга топлива, нагревая катализатор реформинга посредством теплообмена, после чего выбрасывается в атмосферу.
Предпочтительно, выхлопная система также включает первый и второй универсальный датчик содержания кислорода в выхлопном газе (universal exhaust gas oxygen - UEGO). Датчики UEGO хорошо известны в данной области техники. Датчик UEGO генерирует сигнал, величина которого пропорциональна содержанию кислорода (и отношению воздух-топливо) в выхлопном газе. В присутствии водорода датчики UEGO показывают более богатую смесь из-за более быстрой диффузии водорода (по сравнению с СО) в датчики. Это завышение может быть использовано для определения количества водорода, образовавшегося в газообразных продуктах реакции, по сравнению с его количеством в выхлопом газе двигателя. Таким образом, датчики UEGO позволяют измерять количество водорода в условиях реформинга, что обычно затруднительно, поскольку многие датчики водорода не работают должным образом в присутствии СО, пара или при высокой температуре. Датчики UEGO в таких условиях работают.
Первый датчик UEGO расположен по потоку до TWC, так что он контактирует с выхлопным газом двигателя внутреннего сгорания. Второй датчик UEGO расположен по потоку после катализатора реформинга топлива, так что он контактирует с потоком газообразных продуктов реформинга, рециркулируемым в систему впуска двигателя. Разность показаний между датчиками UEGO на входе и на выходе уже используют для выявления снижения активности ловушки NOx в отношении выделения водорода во время обогащенной регенерационной продувки. См., например, патент США №7628063.
Выхлопная система настоящего изобретения, предпочтительно, дополнительно включает турбонагнетатель. Турбонагненатели представляют собой хорошо известные устройства, предназначенные для подачи воздуха в систему впуска двигателя внутреннего сгорания с давлением выше атмосферного (давление наддува). Обычный турбонагнетатель, по существу, включает турбинное колесо, приводимое в движение выхлопным газом, которое установлено на вращающейся оси в корпусе турбины. Вращением турбинного колеса приводится во вращение компрессорное колесо, установленное на другом конце оси в корпусе компрессора. Компрессорное колесо обеспечивает подачу сжатого воздуха во впускной патрубок двигателя. Турбины могут относиться к типу с изменяемой или неизменяемой геометрией. Турбины с изменяемой геометрией отличаются от турбин с неизменяемой геометрией тем, что размер входного канала может изменяться с целью оптимизации скорости потока газа во всем диапазоне массового расхода для изменения выходной мощности турбины в соответствии с изменяющимися потребностями двигателя.
В выхлопной системе настоящего изобретения турбонагнетатель располагают по потоку после двигателя и до TWC. Если турбонагнетатель используют, вторую часть выхлопного газа перед ее контактом с TWC направляют через турбонагнетатель. Первую часть выхлопного газа перед ее контактом с катализатором реформинга топлива, предпочтительно, направляют в обход турбонагнетателя и в обход TWC. Поскольку перед турбонагнетателем выхлопной газ (газ перед турбиной) имеет большую температуру и меньшее давление, а газ после турбины имеет большее давление и меньшую температуру, является предпочтительным, чтобы первая часть выхлопного газа до вступления в контакт с катализатором реформинга направлялась в обход турбонагнетателя, то есть, чтобы в результате прохождения первой части через турбонагнетатель ее давление не увеличивалась, и чтобы ее температура сохранялась максимально возможно высокой, благоприятной для реакции реформинга.
На фиг. 2 показан второй вариант осуществления изобретения, поясняющий добавление турбонагнетателя и датчиков UEGO. На фиг. 2 показано поперечное сечение устройства. В устройство входит двигатель 100 и выхлопная система 110. Выхлопная система включает трубу 120, соединяющую двигатель с TWC 140 и выхлопом через турбонагнетатель 130. В этой трубе первая часть выхлопного газа двигателя проходит по байпасному трубопроводу 150, идущему в обход турбонагнетателя 130, и направляется к катализатору 160 реформинга топлива. Катализатор 160 реформинга топлива расположен в кольцевом пространстве, окружающем трубу 120, в той части трубы, которая находится между TWC и точкой выброса выхлопного газа в атмосферу. Труба 120 представляет собой внутренний газовый канал для второй части выхлопного газа, благодаря которой к катализатору 160 реформинга подводится дополнительное тепло. Несмотря на то, что на чертеже это не показано, катализатор 160 реформинга также может быть окружен наружным газовым каналом для второй части выхлопного газа, что также способствует подведению к катализатору 160 реформинга дополнительного тепла. Первая часть выхлопного газа проходит вокруг TWC 140 и нагревается в результате теплообмена с TWC 140, после чего вступает в реакцию на катализаторе 160 реформинга в присутствии топлива, вводимого через инжектор топлива 170, с образованием потока продуктов реформинга. Поток продуктов реформинга затем отводят по трубе 180 рециркуляции продуктов реформинга и рециркулируют в систему впуска двигателя 100. Для охлаждения продуктов реформинга перед введением потока газообразных продуктов реформинга в систему впуска двигателя может быть использована секция 190 охлаждения продуктов реформинга. Вторая часть выхлопного газа проходит через турбонагнетатель 130 и вступает в контакт с TWC 140 перед выбросом в атмосферу. Вследствие экзотермических реакций в системе TWC температура второй части выхлопного газа увеличивается, после чего нагретую вторую часть выхлопного газа используют для нагревания катализатора 160 реформинга топлива посредством теплообмена, а затем сбрасывают в атмосферу. Датчики 200 UEGO размещены в трубе 120 по потоку до TWC 140 и в трубе 180 рециркуляции продуктов реформинга с целью определения количества водорода, образовавшегося на катализаторе реформинга, как описано выше.
Нижеследующие примеры лишь поясняют изобретение. Для специалистов в данной области очевидны многие изменения, которые соответствуют сущности изобретения и входят в объем формулы изобретения.
Пример 1: Испытание каталитической активности с использованием катализатора реформинга Pt-Rh
Платина-родиевый катализатор реформинга на подложке, нанесенный в виде покрытия на монолит 600 ячеек/дюйм2 (93 ячейки/см2), использовали в серии проводимых в печи испытаний активности нагретого катализатора. Для моделирования газовой смеси после-TWC и до-TWC использовали две композиции выхлопного газа. Композиции смесей после-TWC и до-TWC представлены в таблице 1. Газовые смеси после-TWC и до-TWC смешивали с различными количествами изооктана (0,3, 0,5 и 0,8 об.% изооктана), полученные газовые смеси приводили в контакт с катализатором реформинга при температурах в диапазоне от 250 до 550°С.
Результаты приведены в таблице 2.
Пример 2: Влияние NO на образование водорода
Влияние NO на образование водорода изучали, используя процедуру примера 1 за исключением того, что количество изооктана поддерживали равным 5000 частей на миллион, и в обе газовые композиции добавляли NO. Композиции искусственных смесей после-TWC и до-TWC представлены в таблице 3.
Результаты приведены в таблице 4.
Полученные результаты показали, что использование выхлопного газа двигателя приводит к образованию на катализаторе реформинга значительного количества водорода, если прежде этого он не вступал в контакт с тройным катализатором (см. таблицу 2). При наличии NO в выхлопном газе продемонстрировано дополнительное увеличение образование водорода (см. таблицу 4). Эти результаты были особенно очевидными при температурах менее 550°С.
Таблица 1
Сравнение использованных в испытании композиций выхлопного газа
После-TWC До-TWC
Компоненты Концентрация, об.% Концентрация, об.%
N2 Остальное Остальное
СО2 10 10
Н2О 10 10
СО 0 2
О2 0 1
и-С8Н18 0,3, 0,5, 0,8 0,3, 0,5, 0,8
Таблица 2
Сравнение влияния подаваемого газа до- и после -TWC на образование водорода на катализаторе реформинга
Образование Н2 ( об.%) при различных температурах
Пример № До- или после-TWC Изооктан, об.% 250°С 350°С 450°С 550°С
1А* После 0,3 0 0,1 2,0 3,5
1В До 0,3 0,6 1,7 3,2 3,6
1С* После 0,5 0 0,05 1,8 4,2
1D До 0,5 0,55 1,2 4,1 4,6
1Е* После 0,8 0 0,15 1,7 4,3
1F До 0,8 0,5 1,3 4,2 5,3
* Сравнительный пример
Таблица 3
Сравнение использованных в испытании композиций выхлопного газа
После-TWC До-TWC
Компоненты Концентрация, об.% Концентрация, об.%
N2 Остальное Остальное
СО2 10 10
Н2О 10 10
СО 0 2
О2 0 1
NO 0 или 1500 частей на миллион 0 или 1500 частей на миллион
и-С8Н18 5000 частей на миллион 5000 частей на миллион
Таблица 4
Влияние NO на образование водорода на катализаторе реформинга
Образование Н2 ( об.%) при различных температурах
Пример № До- или после-TWC NO, частей на миллион 250°С 350°С 450°С 550°С
2А* После 0 0 0 1,8 4,1
2В* После 1500 0 0,2 2,2 3,7
2С* До 0 0,5 1,2 4,1 4,6
2D До 1500 0,9 3,1 5,9 3,9
* Сравнительный пример

Claims (13)

1. Выхлопная система, предназначенная для обработки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания, включающая:
(а) тройной катализатор (TWC – three-way catalyst);
(b) катализатор реформинга топлива, расположенный по потоку после TWC; и
(с) устройство подачи топлива, расположенное по потоку до катализатора реформинга топлива,
при этом первую часть выхлопного газа направляют в обход TWC и приводят в контакт с катализатором реформинга топлива в присутствии топлива, добавляемого из устройства подачи топлива, с образованием потока газообразных продуктов реформинга, а вторую часть выхлопного газа приводят в контакт с TWC и используют для нагревания катализатора реформинга топлива, после чего сбрасывают в атмосферу; и
при этом поток газообразных продуктов реформинга рециркулируют в систему впуска двигателя.
2. Выхлопная система по п. 1, в которой первую часть выхлопного газа до приведения в контакт с катализатором реформинга топлива направляют вокруг TWC.
3. Выхлопная система по п. 1, в которой первую часть выхлопного газа до приведения в контакт с катализатором реформинга топлива направляют сквозь TWC.
4. Выхлопная система по любому из пп. 1 – 3, в которой катализатор реформинга топлива включает металл, выбранный из группы, состоящей из платины, палладия, родия, никеля и их смесей.
5. Выхлопная система по п. 1 или п. 2, в которой тройной катализатор включает один или несколько металлов платиновой группы и одну или несколько подложек из неорганического оксида.
6. Выхлопная система по п. 1 или п. 2, дополнительно включающая охладитель продуктов реформинга, расположенный по потоку после катализатора реформинга топлива, при этом при прохождении охладителя продуктов реформинга температура потока газообразных продуктов реформинга перед его подачей в систему впуска двигателя уменьшается.
7. Выхлопная система по п. 1 или п. 2, дополнительно включающая: (1) первый датчик UEGO, расположенный по потоку до TWC, при этом первый датчик UEGO контактирует с выхлопным газом двигателя внутреннего сгорания; и (2) второй датчик UEGO, расположенный по потоку после катализатора реформинга топлива, при этом второй датчик UEGO контактирует с потоком газообразных продуктов реформинга, рециркулируемым в систему впуска двигателя.
8. Выхлопная система по п. 1 или 2, дополнительно включающая турбонагнетатель, расположенный по потоку после двигателя и до TWC, при этом вторую часть выхлопного газа перед ее контактом с TWC направляют через турбонагнетатель, а первую часть выхлопного газа перед ее контактом с катализатором реформинга топлива направляют в обход турбонагнетателя и в обход TWC.
RU2015137672A 2013-02-04 2014-02-04 Выхлопная система с катализатором реформинга RU2650142C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361760329P 2013-02-04 2013-02-04
US61/760,329 2013-02-04
PCT/GB2014/050298 WO2014118574A1 (en) 2013-02-04 2014-02-04 Exhaust system with a reformer catalyst

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015137672A RU2015137672A (ru) 2017-03-10
RU2650142C2 true RU2650142C2 (ru) 2018-04-09

Family

ID=50114387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015137672A RU2650142C2 (ru) 2013-02-04 2014-02-04 Выхлопная система с катализатором реформинга

Country Status (8)

Country Link
US (1) US8984864B2 (ru)
EP (1) EP2950912B1 (ru)
JP (1) JP6448549B2 (ru)
KR (1) KR20150113192A (ru)
CN (1) CN104968415B (ru)
BR (1) BR112015018123A2 (ru)
RU (1) RU2650142C2 (ru)
WO (1) WO2014118574A1 (ru)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6356413B2 (ja) * 2013-12-13 2018-07-11 フタバ産業株式会社 触媒コンバータ
DE102015201193B3 (de) 2015-01-23 2016-06-30 Continental Automotive Gmbh Abgasreinigungskomponente zur Reinigung der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine
WO2016206720A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-29 Volvo Truck Corporation An internal combustion engine system
KR20180005781A (ko) * 2016-07-06 2018-01-17 현대자동차주식회사 차량용 연료 개질 시스템
CN106321203B (zh) * 2016-09-20 2019-03-12 哈尔滨工业大学 一种蒸汽重整型化学回热内燃机
US20180106740A1 (en) * 2016-10-14 2018-04-19 Air Products And Chemicals, Inc. Monitoring the Activity of Reforming Catalyst
US9945801B1 (en) * 2016-10-14 2018-04-17 Air Products And Chemicals, Inc. Monitoring the activity of reforming catalyst
US10107213B2 (en) 2016-12-01 2018-10-23 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust gas recirculation and heat recovery
KR20180102335A (ko) * 2017-03-07 2018-09-17 주식회사 아모그린텍 배기가스를 이용하는 수소 개질기
KR102201276B1 (ko) 2017-03-13 2021-01-11 현대자동차주식회사 차량의 제어방법
KR102322256B1 (ko) * 2017-05-08 2021-11-04 현대자동차 주식회사 연료 개질 시스템
CN109630245B (zh) * 2018-12-14 2020-12-01 武汉理工大学 一种轻烃/柴油燃料重整***及重整方法
US12025041B2 (en) 2019-02-21 2024-07-02 Johnson Matthey Public Limited Company Catalytic article and the use thereof for the treatment of an exhaust gas
NL2024727B1 (en) * 2020-01-22 2021-09-09 Stc Developments Ltd Fuel treatment system and process
CN111677602B (zh) * 2020-05-14 2021-11-02 天津大学 一种预防热氧化结焦问题的车载废气柴油重整器
WO2021232126A1 (pt) * 2020-05-18 2021-11-25 Fca Fiat Chrysler Automoveis Brasil Ltda Reformador e catalisador automotivo integrados e método de reforma de combustível
JP2023014660A (ja) 2021-07-19 2023-01-31 株式会社キャタラー 排ガス浄化用触媒
US11674419B1 (en) 2021-11-24 2023-06-13 Saudi Arabian Oil Company Engine system with catalytic reactor
US11649761B1 (en) * 2021-12-22 2023-05-16 Caterpillar Inc. Systems for methanol vaporization

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020038542A1 (en) * 2000-10-02 2002-04-04 Nissan Motor Co., Ltd. Hydrogen-containing gas producing system and exhaust gas purifying system using same
US20030163988A1 (en) * 2000-10-30 2003-09-04 Delphi Technologies, Inc. System and controls for near zero cold start tailpipe emissions in internal combustion engines
US20100212611A1 (en) * 2007-11-02 2010-08-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine
US20120117943A1 (en) * 2010-11-11 2012-05-17 Johnson Matthey Public Limited Company Reformer

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9806199D0 (en) 1998-03-24 1998-05-20 Johnson Matthey Plc Catalytic generation of hydrogen
JP2006037768A (ja) * 2004-07-23 2006-02-09 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
US7628063B2 (en) 2007-01-11 2009-12-08 Cummins Inc. Method for on-board diagnostics of diesel engine NOx adsorber catalysts
JP2008223537A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気リフォーマシステム
JP2008232067A (ja) * 2007-03-22 2008-10-02 Toyota Motor Corp エンジンの排気ガス浄化システム
JP4888307B2 (ja) * 2007-09-26 2012-02-29 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP2009165904A (ja) * 2008-01-10 2009-07-30 Honda Motor Co Ltd 排ガス浄化装置
JP5018550B2 (ja) * 2008-02-27 2012-09-05 トヨタ自動車株式会社 燃料改質装置
JP5106261B2 (ja) * 2008-06-17 2012-12-26 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 メタルハニカム基材、その製造方法、及びメタルハニカム触媒コンバータ
US20100186391A1 (en) * 2009-01-28 2010-07-29 Gm Global Technology Operations, Inc. Technique for production of ammonia on demand in a three way catalyst for a passive selective catalytic reduction system
WO2011077168A1 (en) * 2009-12-24 2011-06-30 Johnson Matthey Plc Exhaust system for a vehicular positive ignition internal combustion engine
JP2012241608A (ja) * 2011-05-19 2012-12-10 Denso Corp 内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020038542A1 (en) * 2000-10-02 2002-04-04 Nissan Motor Co., Ltd. Hydrogen-containing gas producing system and exhaust gas purifying system using same
US20030163988A1 (en) * 2000-10-30 2003-09-04 Delphi Technologies, Inc. System and controls for near zero cold start tailpipe emissions in internal combustion engines
US20100212611A1 (en) * 2007-11-02 2010-08-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine
US20120117943A1 (en) * 2010-11-11 2012-05-17 Johnson Matthey Public Limited Company Reformer

Also Published As

Publication number Publication date
CN104968415A (zh) 2015-10-07
EP2950912A1 (en) 2015-12-09
US8984864B2 (en) 2015-03-24
KR20150113192A (ko) 2015-10-07
WO2014118574A1 (en) 2014-08-07
BR112015018123A2 (pt) 2017-07-18
US20140216030A1 (en) 2014-08-07
CN104968415B (zh) 2017-03-22
JP2016513198A (ja) 2016-05-12
JP6448549B2 (ja) 2019-01-09
EP2950912B1 (en) 2016-08-24
RU2015137672A (ru) 2017-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2650142C2 (ru) Выхлопная система с катализатором реформинга
JP6312210B2 (ja) 内燃機関排気ガスの浄化方法
EP1837076B1 (en) Diesel particulate filter catalyst with low no2 emissions
JP4381610B2 (ja) 微粒子抑制における改良
US7293409B2 (en) Process and system for improving combustion and exhaust aftertreatment of motor vehicle engines
KR101223383B1 (ko) 터보차저 이전의 배기 가스 이차 처리
US8226914B2 (en) Catalyst system and use thereof
EP2993322B1 (en) On-site regeneration method for denitrification catalyst in exhaust gas purification systems
CN103386252A (zh) 通过银基催化剂的一氧化氮氧化
CN105673157A (zh) 用于还原n2o排放物的分区的催化剂***
US11859526B2 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
RU2592791C2 (ru) СПОСОБ ОБРАБОТКИ NOx ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЗОН КАТАЛИЗАТОРОВ SCR
EP3639907A1 (en) Exhaust gas purification system for a gasoline engine
CN105658329A (zh) 尾气净化催化装置及尾气净化方法
JP2013174203A (ja) 排ガス浄化装置
KR20200134608A (ko) 배기가스 후처리 장치
JP2008036629A (ja) 内燃機関排気ガスの浄化方法
JP2007327460A (ja) 排ガス浄化装置
JP5705128B2 (ja) 触媒物質を試験する方法および装置
KR100763411B1 (ko) 다중배열형 디젤 산화/환원 촉매변환장치
JP2015112553A (ja) 排気ガス浄化用触媒
WO2017104668A1 (ja) 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法
JP7462730B2 (ja) 排出ガスを後処理するための装置及び方法、並びにその利用
JP5006776B2 (ja) 燃料改質装置
KR20170127544A (ko) 발전 기능을 갖춘 배기가스 정화 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200205