用于內(nèi)燃機的醇重整系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于內(nèi)燃機的醇重整系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括經(jīng)過用于從燃料管線接收液體燃料的重整器入口管線與燃料管線選擇性流體連通的重整器。所述重整器將燃料的醇-汽油混合物中的醇重整成包含氫氣和汽油的重整物混合物。與所述重整器流體連通的緩沖罐接收所述重整物混合物并且將所述重整物混合物中的氫氣與汽油脫離。所述緩沖罐包括液體燃料出口和重整物氣體出口，所述液體燃料出口與用于將呈液體的所述汽油再次引入所述燃料管線的所述燃料管線流體連通，所述重整物氣體出口用于將所述重整物氣體傳送至重整物管線，所述重整物氣體通過所述重整物管線被傳送至所述內(nèi)燃機。
【專利說明】用于內(nèi)燃機的醇重整系統(tǒng) 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明總體涉及一種用于內(nèi)燃機的醇重整系統(tǒng)以及一種在具有內(nèi)燃機的車輛上 重整醇的方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 作為用于內(nèi)燃機的燃料，醇重整物優(yōu)于母體醇。醇重整物，尤其是由甲醇和乙醇形 成的那些醇重整物，其優(yōu)越性主要歸于氫的存在。重整物比原料醇燃燒得更快，并且更耐受 空氣或排氣的稀釋。在部分負載下，稀釋通過減少節(jié)流損失和燃燒熱量到冷卻劑的損失而 有益于效率。另外，重整物的燃燒熱量大于原料醇的燃燒熱量。醇和重整物兩者都是可耐 受高壓縮比的高辛烷值燃料。
[0004] 發(fā)明概述
[0005] 本公開涉及用汽油-醇混合物供燃的車輛的操作，其中燃料重整在由廢熱驅(qū)動的 車輛上進行。在一方面，E85或其它醇-汽油燃料共混物通過被稱為"重整器"的反應器，通 常利用廢熱將所述反應器維持在約300°C-350°C溫度下。重整器中的催化劑催化根據(jù)等式 1和等式2 (針對乙醇）以及等式3 (針對甲醇）的燃料中醇組分到永久氣體的混合物的轉(zhuǎn) 化。
[0006] CH3CH20H-CH3CHCHH2 (1)
[0007] CH3CHO-CH4+C0 (2)
[0008] CH3OH-C0+2H2 (3)
[0009] 產(chǎn)物包含被稱為"重整物"的永久氣體與液體（主要是汽油以及一些未反應的醇 和乙醛）的混合物。在300°C至350°C下，汽油不發(fā)生反應。產(chǎn)物通過熱交換被冷卻并且進 入"緩沖罐"，所述緩沖罐用作分離液體時氣體燃料的貯存器。
[0010] 重整物的氫含量使其成為有吸引力的發(fā)動機燃料，因為它使內(nèi)燃機在部分負載下 (節(jié)氣門打開和/或在高水平EGR下）的稀釋操作成為可能。因此，重整醇的車輛依靠兩 種燃料來操作：重整物和液體燃料。后者因為重整而部分消耗乙醇。重整器和其它子系統(tǒng) 需要提供可靠的重整物供應并且管理液體燃料流的組成。但是，在部分負載下，重整物的值 最大。在高負載（2000rpm，8. 5巴NMEP)下，由重整物提供的稀釋耐受性不能部分地提高效 率，因為可使用的稀釋劑（EGR或過量空氣）的量是有限的并且還歸因于在高負載下的液體 乙醇的裝料冷卻的值。
[0011] 在一方面，一種用于內(nèi)燃機的醇重整系統(tǒng)總體上包括：燃料系統(tǒng)，其被構(gòu)造成將包 含醇-汽油混合物的液體燃料傳送至內(nèi)燃機，所述燃料系統(tǒng)包括將液體燃料傳送至內(nèi)燃機 所通過的燃料管線；重整器，其經(jīng)過用于從燃料管線接收液體燃料的重整器入口管線與燃 料管線選擇性流體連通，所述重整器被構(gòu)造成將燃料的醇-汽油混合物中的醇重整為包含 氫氣和汽油的重整物混合物；以及緩沖罐，其經(jīng)過用于接收重整物混合物的重整器出口管 線與重整器流體連通，所述緩沖罐被構(gòu)造成將重整物混合物中的氫氣與汽油脫離，其中所 述緩沖罐包括液體燃料出口和重整物氣體出口，所述液體燃料出口與燃料管線流體連通以 用于將呈液體的汽油再次引入燃料管線，所述重整物氣體出口用于將重整物氣體傳送至重 整物管線,重整物氣體通過所述重整物管線被傳送至內(nèi)燃機。
[0012] 在另一方面，一種在具有內(nèi)燃機的車輛上重整醇的方法總體上包括：將包含 醇-汽油混合物的液體燃料傳送至內(nèi)燃機，其中液體燃料通過燃料管線傳送；將燃料管線 中的液體燃料的一部分通過重整器入口管線選擇性地分流至重整器；使用重整器將燃料的 醇-汽油混合物中的醇重整成包含氫氣和汽油的重整物混合物；將重整物混合物通過重整 器出口管線傳送至緩沖罐；在緩沖罐中將氫氣與汽油脫離；以預選的流率將呈液體的汽油 從緩沖罐再次引入燃料管線；以及將重整物氣體從緩沖罐傳送至重整物管線，重整物氣體 通過所述重整物管線被傳送至內(nèi)燃機。
[0013] 其它特征將會在下文中部分地顯而易見并且部分地指出。
[0014] 附圖簡述
[0015] 圖1是用于在具有內(nèi)燃機的車輛上使用的醇重整系統(tǒng)的示意圖；
[0016] 圖2是圖1中的醇重整系統(tǒng)的緩沖罐的示意圖；
[0017] 圖3是圖2中的緩沖罐的除霧器支撐件；
[0018] 圖4是圖1中的醇重整系統(tǒng)的針閥的示意分解透視圖；
[0019] 圖5是圖4中的針閥的示意截面，其中閥在打開位置；
[0020] 圖6與圖5相似，但其中閥在關(guān)閉位置；
[0021] 圖7是示出E30,80%重整器轉(zhuǎn)化率情況下的Em相對分流比（SR)的圖；
[0022] 圖8是實施例1中使用的醇重整系統(tǒng)的透視圖；并且
[0023] 圖9是圖8中的醇重整系統(tǒng)的緩沖罐和液體燃料出口的放大的截面。
[0024] 在整個附圖中，對應的參考字符指示對應的零件。
[0025] 優(yōu)選實施方案的描述
[0026] 參照圖1，用于內(nèi)燃機動力系統(tǒng)的醇重整系統(tǒng)總體以參考數(shù)字10指示。一般來說， 重整系統(tǒng)10包括重整器12,所述重整器12用于將包含醇-汽油共混物（或混合物）的液 體燃料F重整為包含重整物氣體R和汽化了的液體的重整物混合物RM。燃料系統(tǒng)14將液 體燃料F傳送至重整器12和內(nèi)燃機E。經(jīng)過重整器12后，重整物氣體R可包含氫氣（H 2)、 一氧化碳（CO)和甲烷氣體CH4，并且汽化液體可包含汽油、未重整的醇和乙醛。如下所說明 的,在重整物混合物RM離開重整器12后，汽化液體將被冷凝。這種汽化液體在本文中也可 被稱為燃料F，因為它主要包含汽油。緩沖罐（總體以16指示）接收重整物混合物RM并且 將重整物R與冷凝的燃料F (或液體冷凝物或液體燃料）脫離（即分離）。燃料再次引入系 統(tǒng)（總體以20指示）將冷凝的燃料F再次引入燃料系統(tǒng)14,如下文詳細說明。
[0027] 仍然參照圖1，燃料系統(tǒng)14包括燃料罐22,所述燃料罐22用于在車輛上儲存一定 量的汽油-醇共混物（或混合物）燃料F。在一個實施方案中，燃料F包含乙醇-汽油共混 物，如E85(即，85%乙醇和15%汽油）、或E20、或E50、或以任何其它百分比與汽油共混的 乙醇。目前這些燃料F中的許多可在加油站商購獲得。第一泵24與罐22的內(nèi)部流體連通 以用于將燃料F引入燃料系統(tǒng)14的燃料管線26 (如導管、管子、管道）中。燃料管線26連 接燃料系統(tǒng)14的部件，如下文所說明的。第一泵24可為低壓泵，如通常在現(xiàn)代商用車輛中 所用的。在一個實施例中，緊鄰第一泵24下游的燃料系統(tǒng)管線26中的壓力被安全閥30限 制，所述安全閥30被設定為在比緩沖罐16的壓力設定點低至少約兩巴的壓力下打開。在 另一個實施方案中，由壓力傳感器控制的致動閥（未示出）也可用來實現(xiàn)這個目的。
[0028] 在第一泵24下游的是第一熱交換器32,所述熱交換器32也與將來自重整器12 的重整物混合物RM傳送至緩沖罐16的重整器出口管線34流體連通。在第一熱交換器32 中，來自燃料罐22的液體燃料F將來自重整器12的重整物混合物RM冷卻，并且反過來，重 整物混合物將燃料加熱。適合的熱交換器的實例為具有2ft 2的熱交換器面積的平型銅焊 熱交換器，如產(chǎn)品編號為35115K61、可從McMaster Carr商購獲得的熱交換器。
[0029] 在流過第一熱交換器32后，燃料F流經(jīng)止回閥36并且流進貯存室40。如圖1所 示，燃料再次導入系統(tǒng)與燃料系統(tǒng)管線26在位于燃料系統(tǒng)止回閥36與貯存室40中間的燃 料再次導入位置FL處流體相連。止回閥36抑制燃料系統(tǒng)管線26中的燃料F (來自燃料罐 22和緩沖罐16)向燃料罐22回流。貯存室40在燃料再次引入位置FL與第二燃料泵42中 間維持適合容積的燃料F。也就是說，貯存室40在燃料再次引入位置FL的下游和第二燃料 泵42的上游。與燃料管線26相比，貯存室40可為容積增加的容器，或者貯存器可為在燃 料再次引入位置FL和第二燃料泵42之間、具有適合容積、適合長度的管道。在一個實施例 中，貯存室40的容積運載能力可為在約1秒內(nèi)，在中等負載下，內(nèi)燃機E使用的燃料F的容 積。貯存室40可包括混合器（例如，靜態(tài)混合器）以將來自燃料管線22的燃料F和來自 緩沖罐16的燃料F均勻化?？梢岳斫?，來自緩沖罐16的燃料其醇被耗盡，因為它已通過重 整器12。
[0030] 第二燃料泵42可為高壓泵，并且具體來說可為直接噴射式燃料泵。燃料泵42提 供驅(qū)動燃料F通過重整器12所需的壓力并且也將燃料通過燃料軌道（未示出）傳送至燃 料噴射器46。通過燃料管線26后，燃料F分流并且進入重整器入口管線48 (例如，管子、導 管、管道），所述重整器入口管線48將燃料傳送至重整器12。燃料F向入口重整器管48和 重整器12的供應由控制閥50控制，所述控制閥50本身由控制器52控制?？刂破?2可包 括處理器（例如，微處理器）、包括用于控制處理器的一組指令的存儲器?；蛘?，可由發(fā)動機 控制模塊（ECM)適當?shù)靥峁┛刂?。使用控制?2來控制控制閥50,并且從而控制燃料F進 入重整器12的流率的方法在下文中陳述。在流過閥50后，燃料F流過第二熱交換器54,在 那里它被經(jīng)過重整器出口管線34 (例如，管子、導管、管道）從重整器12中流出的重整物混 合物RM加熱。在一個實施方案中，第二熱交換器54用作汽化器，借此燃料F在進入重整器 12之前被汽化。第二熱交換器54可與第一熱交換器32相似或相同（即，第二熱交換器可 為具有2ft 2的熱交換器面積的平型銅焊熱交換器，如產(chǎn)品編號為35115K61、可從McMaster Carr商購獲得的熱交換器）。
[0031] 在流過第二熱交換器54后，液體燃料F流入重整器12。重整器12可包括包含銅 和鎳的粉末狀催化劑，其中燃料F中的醇（例如，乙醇）的重整由廢熱驅(qū)動。通常使用廢熱 將重整器12維持在約300°C -350°C溫度下。重整器12中的催化劑催化根據(jù)等式1和等式 2 (針對乙醇）以及等式3 (針對甲醇）的燃料中醇組分到永久氣體的混合物的轉(zhuǎn)化。
[0032] CH3CH2OH - CH3CHCHH2 (1)
[0033] CH3CHO - CH4+C0 (2)
[0034] CH3OH - C0+2H2 (3)
[0035] 汽油汽化但不在重整器12中反應（即汽油不在重整器的操作溫度下反應）。雖然 圖1中所示的實施方案只具有一個重整器12,但如果車輛具有雙排氣管，可采用兩個重整 器12,每個管道上一個，優(yōu)選具有單獨燃料控制閥50。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，重 整器12可以是另一種類型。
[0036] 重整物混合物RM離開重整器12并且進入重整器出口管線34。在它離開重整器 12時，重整物混合物中汽油的至少一部分是蒸氣。重整物混合物RM流過第二熱交換器54， 在這里混合物被進入的液體燃料F冷卻（S卩，熱量從重整物混合物RM傳遞至燃料F)。然后 重整物混合物RM流過熱交換器32,在這里重整物混合物被進入的燃料F進一步冷卻。在第 二熱交換器54和第一熱交換器32處重整物混合物RM的冷卻促進了重整物混合物RM中的 液體F (例如，汽油）的冷凝。
[0037] 在流過第一熱交換器32后，重整物混合物RM流向緩沖罐16。參照圖2,在一個實 施方案中，緩沖罐16包括限定了內(nèi)部容積62的本體60。內(nèi)部容積62連通的液體或冷凝 物出口 64位于本體60底部或下部部分，并且與內(nèi)部容積連通的重整物出口 66位于本體的 頂部或上部部分。例如，包括除霧材料墊的除霧器70位于本體60的上部部分在內(nèi)部容積 62和重整物出口 66之間。除霧器70抑制冷凝物液滴（或霧）進入重整物出口 66?？蓮?Amistco Separation Products of Alvin, Texas獲得適合的除霧材料（例如，金屬絲網(wǎng)）。 除霧器支撐件72可將除霧器70保持在本體60的上部部分，同時允許重整物R通過除霧器 支撐件和除霧器70并且進入重整物出口 66。舉例來說，除霧器支撐件72可包括線或穿孔 金屬篩網(wǎng)，并且為了防止旁通，可將除霧器70壓縮在支撐件與本體60上部部分之間。
[0038] 在所示的實施方案中，重整物混合物RM經(jīng)過重整物混合物入口 76進入緩沖罐的 內(nèi)部容積62。在所示的實施方案中，入口 76包括接收在內(nèi)部容積62中的水平的入口導管 (例如，管子或管道）。入口導管76包括用于將重整物混合物RM導向緩沖罐本體60底部 的朝下的噴孔78。在另一實施例中，可使用偏轉(zhuǎn)板或有角度的入口管道來實現(xiàn)緩沖罐16中 的重整物下流。為了將液體冷凝物排至位于緩沖罐16下面的再次引入系統(tǒng)20中，本體60 的底部可為漏斗形（例如具有圓錐或倒置圓拱形狀）。這樣，進入緩沖罐16的重整物混合 物RM分成氣體（例如，氫氣（H2)、一氧化碳（CO)和甲烷氣體CH4)以及液體冷凝物（例如， 汽油、未重整的醇和乙醛）。冷凝物（即，燃料F)流向內(nèi)部容積62的底部并且經(jīng)過冷凝物 出口 64進入再次引入系統(tǒng)20。重整物R流過除霧器支撐件72和除霧器70并且流入重整 物出口 66。
[0039] 在一個實施方案中，緩沖罐16限定足以為內(nèi)燃機E的冷啟動供應足夠的重整物R 的內(nèi)部容積62。可通過向內(nèi)燃機供以50%重整物和50% E85或相似的富含乙醇或甲醇的 汽油共混燃料，直到催化轉(zhuǎn)化器達到起燃溫度來實現(xiàn)清潔冷啟動。較大的緩沖罐尺寸提供 較大的儲備，但這要與車輛的空間約束相平衡。本體60的截面可以足夠大以將重整物R的 表面速度減少到懸浮液體液滴所需的速度以下，雖然對于截面直徑為IOcm或更大的緩沖 罐本體60來說，這可能不是問題。
[0040] 再次參照圖1，壓力傳感器80 (例如，壓力換能器）監(jiān)測緩沖罐16中的重整物R的 壓力。可針對重整物壓力改變，使用壓力傳感器80來校正重整物燃料噴射器脈沖寬度。在 所示的實施方案中，壓力傳感器80緊鄰緩沖罐16的下游并且測量重整物管線82 (例如，管 子、導管、管道）中的重整物R的壓力。重整物管線82下游可導向用于將重整物R傳送至 內(nèi)燃機E的重整物端口噴射器（未示出）。雖然使用醇重整物R的內(nèi)燃機的詳細操作模式 在本發(fā)明范圍之外，本發(fā)明是涉及為了將重整物引入內(nèi)燃機，利用端口燃料噴射或煙熏將 基本不含冷凝物液滴的重整物R流供應至內(nèi)燃機，但這類操作模式是本領(lǐng)域技術(shù)人員所已 知的。此外，本發(fā)明意圖在低至中等內(nèi)燃機負載下如重整物R那樣，向內(nèi)燃機E供應約10% 至約75%、更典型地約20%至約75%的燃料F，并且在冷啟動期間以及重整器預熱后，更優(yōu) 選地供應約25%至約60%的燃料。在高負載（2000rpm，8. 5巴NMEP)下，由重整物氣體R 提供的稀釋耐受性可能不能部分地提高效率，因為可使用的稀釋劑（EGR或過量空氣）的量 是有限的并且還歸因于在高負載下液體乙醇的裝料冷卻的值。然而，本發(fā)明的確涵蓋用于 重整物利用的某些通用操作原理，如下文所述。
[0041] 在一個實施方案中，為了使重整物噴射器準確地測量進入內(nèi)燃機E的重整物R，必 須準確地了解重整物軌道（未示出）中重整物R的壓力和溫度，以使得可通過內(nèi)燃機控制 單元（例如，控制單元或控制器52或另一種控制單元）用理想氣體定律計算出重整物的容 積濃度。壓力傳感器80將重整物管線82中的重整物R的壓力和/或緩沖罐16中的重整 物R的壓力傳達至控制器（例如，控制器52)。溫度傳感器86(例如，熱電偶）可位于燃料 軌道（或多個燃料軌道）中。燃料軌道可以充當散熱器，從而將重整物R冷卻到緩沖罐16 中重整物的溫度以下。因此，優(yōu)選的是將溫度傳感器86置于燃料軌道而不是緩沖罐16中， 雖然可將溫度傳感器置于緩沖罐中。
[0042] 此外，為了準確地測量重整物R，重整物壓力應高于閾值。閾值壓力取決于使用的 噴射器的類型，但是通常為至少約4巴。出于這個原因，優(yōu)選地，當緩沖罐16中的壓力低于 閾值時，內(nèi)燃機E將不會利用重整物R。另外，內(nèi)燃機E優(yōu)選地不在不有助于效率的高功率 點下利用重整物。如果緩沖罐16在驅(qū)動循環(huán)開始時處于足夠壓力下，這些條件確保內(nèi)燃機 E將利用重整物R用于冷啟動（或熱啟動）并且保持另外一段時間，直到緩沖罐16達到其 壓力下限，然后等待重整器12預熱并且開始重整器操作，這使得緩沖罐壓力升高。
[0043] 參照圖1，燃料再次引入系統(tǒng)20包括再次引入管線90 (管子、導管、管道），所述再 次引入管線90將燃料再次引入系統(tǒng)的部件與緩沖罐16的冷凝物出口 64流體連接。流量 控制裝置92在緩沖罐16的下游，并且閥94 (例如，截止閥）在流量控制裝置的下游以阻止 冷凝燃料回流到緩沖罐。閥94可為電磁閥并且可被控制器（例如，控制器52)控制。出于 以下說明的原因，通過壓力傳感器96(例如，壓力換能器）測量再次引入管線90中的壓力。 如上所說明，再次引入管90與燃料管線26在再次引入位置FL處流體相連。
[0044] 可以理解，燃料系統(tǒng)14中冷凝燃料F的再次引入會影響通到液體燃料噴射器46 的燃料F的組成。這是因為冷凝燃料F主要由汽油組成，所以當冷凝燃料與來自燃料罐22 的新進入的燃料F (例如，在乙醇情況下的E20至E85)合并（例如，混合）時，燃料管線26 中的燃料的醇的含量因稀釋而減少。兩種操作并發(fā)癥因稀釋產(chǎn)生。首先，如果內(nèi)燃機E在高 扭矩下操作，減少的乙醇濃度使得液體燃料F更容易爆震。冷凝物共混回新燃料中的速率 的波動引起乙醇含量的變化或"辛烷噪聲"。在不利情況下一在驅(qū)動循環(huán)中在高扭矩點下， 低乙醇含量一內(nèi)燃機爆震的風險增加。此外，液體燃料系統(tǒng)14中醇濃度的變化影響化學計 量空燃比。在現(xiàn)代汽車中，使用排氣中的氧傳感器將空燃比控制為其化學計量值。在數(shù)秒 的時間量程內(nèi)，燃料組成中的波動可使氧傳感器控制回路動搖，潛在地損害處理后排氣的 功效并且降低燃料經(jīng)濟性。
[0045] 為了防止供應至液體燃料噴射器46的燃料F中醇（例如，乙醇）含量有過多變化， 優(yōu)選地維持冷凝燃料F以接近在緩沖罐累積率的速度從緩沖罐16中穩(wěn)定排出。這相當于 在緩沖罐16中維持恒定的冷凝水平。一般來說，目的是維持冷凝物以穩(wěn)定的細流回到燃料 系統(tǒng)14中并且避免冷凝流突然涌流。如圖1所示，在第二泵42上游引入冷凝燃料F是優(yōu) 選的，因為第二泵下游的壓力通常會超過緩沖罐16中的壓力。在內(nèi)燃機E利用直接燃料噴 射01)的情況下尤其如此，但是由于重整器12,反壓也可能是顯著的。
[0046] 實現(xiàn)對冷凝物水平和流量的控制的一個方法是對緩沖罐16中的冷凝物水平提供 持續(xù)監(jiān)測，同時使用電磁閥控制水平。可通過浮子或者電導或電容探針（未示出）監(jiān)測水 平，并且可將流量控制裝置或限流器92安裝在緩沖罐16與電磁截止閥94之間以將峰值冷 凝物排出流率降到最低。無論何時，當由壓力傳感器96監(jiān)測的燃料管線26中的壓力超過 緩沖罐16中的壓力時，電磁閥94可被關(guān)閉。如下所述，當內(nèi)燃機E在高BMEP下操作時，也 可使用電磁閥94來切斷冷凝物流。
[0047] 可設定限流器92的尺寸以將緩沖罐壓力下的冷凝物流量限制為冷凝物流平均速 率的約4至約10倍。如果已知重整物與液體燃料的設計比率，可估算平均冷凝物流量。例 如，在重整器100%轉(zhuǎn)化乙醇的情況下，對于在內(nèi)燃機（含有70%液體燃料）中使用30%重 整物的E50車輛而言，冷凝物流量平均為平均總?cè)剂狭髁康?0%。假設重整器中醇有一定 程度的損耗是明智的。因此，對于E50車輛，優(yōu)選地將限流器的尺寸設定為總?cè)剂狭髁康募s 40%。在其它實施方案中，浮閥可以是有效的。浮閥不依賴水平傳感器，所述水平傳感器易 受因移動車輛中液體晃動所產(chǎn)生的水平噪聲的影響，但是限流器的使用緩和了流噪聲。
[0048] 參照圖4至圖6,在一個實施例中，限流器92可包括浮閥或"針"閥。在這個實施 例中，電磁閥94對于冷凝物水平控制而言不是必須的，但它被保留用于其它目的，并且水 平傳感器可被省略。浮閥是眾所周知、便宜且可靠的維持容器（例如，小型發(fā)動機化油器 碗）中的水平的裝置。如圖4所示，閥92包括具有入口端口 100A和出口端口 100B的閥 體100,所述入口端口 100A與出口 64或管線90流體相連，并且所述出口端口 100B與管線 90流體相連。桿，總體以102指示，包括浮子104和圓錐形盤106,所述盤106配合在本體 100中的座1〇8(圖5和圖6)中。參照圖5,當燃料冷凝物水平低時，盤106沉入圓錐形座 (圖5和圖6)，并且抑制冷凝物從出口 100B中流出。參照圖5,隨著燃料冷凝物F的累積， 桿104從座108浮起，使得冷凝物從緩沖罐16流過管線90。為了正確操作，優(yōu)選地將緩沖 罐16和浮閥92下游的壓力維持在緩沖罐中的壓力，以便在浮閥打開時驅(qū)動冷凝物從罐中 流出并且阻止液體回流到緩沖罐中。在所示的實施方案中，浮閥92包括附接到桿102的永 久磁鐵110。鄰近浮閥92的簧片開關(guān)112或其它裝置監(jiān)測本體100中浮桿102的位置，并 且將位置傳達至控制器（例如，控制器52)以提供車載診斷，從而確保浮閥正確操作。
[0049] 既然已描述了醇重整系統(tǒng)10的各部件，現(xiàn)在本發(fā)明將描述重整系統(tǒng)10的示例性 操作。
[0050] 對液體燃料（F)流向重整器的流率的控制
[0051] 如已經(jīng)討論的，第二泵42,其可為直接噴射燃料泵，提供驅(qū)動燃料通過重整器12 所需的壓力。直接噴射燃料泵可為電動的或安裝在凸輪軸上的。此泵42將燃料供應至燃 料噴射器46 (經(jīng)過燃料軌道）并且經(jīng)過控制閥50供應至重整器12。
[0052] 在低至中等內(nèi)燃機負載下，優(yōu)選地基于緩沖罐16中的壓力，控制流向重整器12的 燃料F的流量，其中目的為維持穩(wěn)定的緩沖罐壓力。在此情況下，"低至中等內(nèi)燃機負載"意 指驅(qū)動循環(huán)中，盡管因重整器12消耗乙醇而導致辛烷損失，但內(nèi)燃機E仍可"無爆震"地操 作的點?？墒褂没趦?nèi)燃機E實際所消耗的重整物R的量的"前向供料"控制，但向重整器 12供給的燃料F的組成的變化可能使這種方法變得復雜。在一個實施例中，使用修改版本 的比例-積分-微分（PID)控制，其中只利用了比例"P"和積分"I"。在這個實施例中，可 根據(jù)以下描述利用用于操作重整系統(tǒng)10的指令來預編程控制器52或其它控制器。
[0053] 完整PID控制方案可能不是優(yōu)選的，因為高度瞬態(tài)內(nèi)燃機負載使得時間導數(shù) ("D"）嘈雜并且對控制無用。因此使用只基于緩沖罐中設定點壓力與瞬時壓力之間的差 "P"和積分項"I"的"PI"方案。以下僅就乙醇流率（kg/hr)而言給出控制等式。與乙醇一 同行進的汽油未被重整，并且不影響緩沖罐壓力。
[0054]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于內(nèi)燃機的醇重整系統(tǒng)，其包括： 燃料系統(tǒng)，其被構(gòu)造成將包含醇-汽油混合物的液體燃料傳送至內(nèi)燃機，所述燃料系 統(tǒng)包括將所述液體燃料傳送至所述內(nèi)燃機所通過的燃料管線； 重整器，其經(jīng)過用于從所述燃料管線接收液體燃料的重整器入口管線與所述燃料管線 選擇性流體連通，所述重整器被構(gòu)造成將所述液體燃料的所述醇-汽油混合物中的醇重整 成包含氫氣和汽油的重整物混合物； 緩沖罐，其經(jīng)過用于接收所述重整物混合物的重整器出口管線與所述重整器流體連 通，所述緩沖罐被構(gòu)造成將所述重整物混合物中的所述氫氣與所述汽油脫離，其中所述緩 沖罐包括液體燃料出口和重整物氣體出口，所述液體燃料出口與所述燃料管線流體連通以 用于將呈液體的所述汽油再次引入所述燃料管線，所述重整物氣體出口用于將所述重整物 氣體傳送至重整物管線，所述重整物氣體通過所述重整物管線被傳送至所述內(nèi)燃機。
2. 如權(quán)利要求1所述的醇重整系統(tǒng)，其中所述重整器被構(gòu)造成使得所述重整物混合物 中的所述汽油的至少一部分在其進入所述重整物出口管線時被汽化，并且 其中所述醇重整系統(tǒng)進一步包括通過重整器出口管線與所述重整器流體連通的熱交 換器，所述重整器出口管線用于接收并且冷卻所述重整物混合物，以使所述重整物混合物 中的汽化的汽油的至少一部分在其進入所述緩沖罐之前被冷凝成液體汽油。
3. 如權(quán)利要求2所述的醇重整系統(tǒng)，其中所述熱交換器與所述燃料管線流體連通，其 中所述熱交換器被構(gòu)造成將熱量從所述重整器出口管線中的所述重整物混合物傳遞至所 述燃料管線中的所述液體燃料。
4. 如權(quán)利要求3所述的醇重整系統(tǒng)，其進一步包括與所述重整器入口管線和所述重整 器出口管線流體連通的第二熱交換器，其中所述第二熱交換器被構(gòu)造成將熱量從所述重整 器出口管線中的所述重整物混合物傳遞至所述重整器入口管線中的所述液體燃料。
5. 如權(quán)利要求1所述的醇重整系統(tǒng)，其進一步包括與所述重整器上游的所述燃料管線 流體連通的控制閥，以及與所述控制閥連通的控制器，所述控制閥是用于控制通過所述控 制閥流向所述重整器的液體燃料的流量，其中所述控制器被構(gòu)造成控制所述控制閥并且至 少部分地基于所述緩沖罐中的所述重整物氣體的壓力控制流向所述重整器的流量。
6. 如權(quán)利要求5所述的醇重整系統(tǒng)，其進一步包括與所述緩沖罐連通以用于測量所述 緩沖罐中的所述重整物氣體的壓力的壓力傳感器，其中所述壓力傳感器與所述控制器連通 以傳達指示所述緩沖罐中的所述重整物氣體的壓力的壓力信號。
7. 如權(quán)利要求6所述的醇重整系統(tǒng)，其中所述控制器被構(gòu)造成在低至中等內(nèi)燃機負載 下，維持所述緩沖罐中的所述重整物氣體的穩(wěn)態(tài)壓力。
8. 如權(quán)利要求7所述的醇重整系統(tǒng)，其中所述控制器被構(gòu)造成使用根據(jù)以下等式的基 于所述緩沖罐中設定點壓力與瞬時壓力之間的差"P"和積分項"I"的"PI"方案，至少部分 地基于所述液體燃料中醇的流率來控制流入所述重整器的液體燃料的流量： 流率(P = ·. in) + a' (r?......:...........忑 K)丄 JnW:, 其中Kp和Ki是與tint -起支配PI控制的參數(shù)，所述tint將誤差函數(shù)的積分向后延伸 多遠的時間參數(shù)化。
9. 如權(quán)利要求1所述的醇重整系統(tǒng)，其中所述緩沖罐包括本體，所述本體具有上部部 分和下部部分并且限定用于接收所述重整物混合物的內(nèi)部容積，其中所述液體燃料出口位 于所述本體的下部部分并且所述重整物氣體出口位于所述本體的上部部分。
10. 如權(quán)利要求9所述的醇重整系統(tǒng)，其中所述緩沖罐包括除霧器，所述除霧器在所述 本體的上部部分在所述內(nèi)部容積和所述重整物氣體出口中間，其中所述除霧器被構(gòu)造成允 許重整物氣體流過所述除霧器并流入所述重整物氣體出口，并且抑制液體冷凝物進入所述 重整物氣體出口。
11. 如權(quán)利要求1所述的醇重整系統(tǒng)，其進一步包括液體燃料再次引入系統(tǒng)，所述再次 引入系統(tǒng)被構(gòu)造成將所述液體燃料從所述緩沖罐的所述液體出口，在所述燃料管線的燃料 再次引入位置處，引入所述燃料管線中，所述燃料再次引入系統(tǒng)包括用于控制從所述緩沖 罐的所述液體出口流入所述燃料管線的液體燃料流量的流量控制裝置。
12. 如權(quán)利要求11所述的醇重整系統(tǒng)，其中所述流量控制裝置被構(gòu)造成維持液體燃料 F以基于所述緩沖罐中液體燃料累積速率的速率從所述緩沖罐流入所述燃料管線的穩(wěn)定流 量。
13. 如權(quán)利要求12所述的醇重整系統(tǒng)，其中所述流量控制裝置包括針閥。
14. 如權(quán)利要求11所述的醇重整系統(tǒng)，其進一步包括與所述燃料管線流體連通的液體 燃料泵，所述液體燃料泵位于所述燃料再次引入位置的下游和沿著所述燃料管線，所述重 整器與所述燃料管線流體連接的位置的上游。
15. 如權(quán)利要求14所述的醇重整系統(tǒng)，其進一步包括貯存室，所述貯存室在所述燃料 再次引入位置的下游和沿著所述燃料管線，所述重整器與所述燃料管線流體連接的位置的 上游，所述貯存室限定基本等于在中等負載下，在約1秒內(nèi)所述內(nèi)燃機所使用的液體燃料 的容積的容積。
16. -種在具有內(nèi)燃機的車輛上重整醇的方法，所述方法包括： 將包含醇-汽油混合物的液體燃料傳送至所述內(nèi)燃機,其中所述液體燃料通過燃料管 線傳送； 將所述燃料管線中的所述液體燃料的一部分通過重整器入口管線選擇性地分流至重 整器； 使用所述重整器，將所述燃料的所述醇-汽油混合物中的醇重整成包含氫氣和汽油的 重整物混合物； 將所述重整物混合物通過重整器出口管線傳送至緩沖罐； 在所述緩沖罐中將所述氫氣與所述汽油脫離； 以預選的流率將呈液體的所述汽油從所述緩沖罐再次引入所述燃料管線；以及 將所述重整物氣體從所述緩沖罐傳送至重整物管線，所述重整物氣體通過所述重整物 管線被傳送至所述內(nèi)燃機。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述將所述汽油再次引入包括以大體等于所述緩 沖罐中累積速率的速率將呈液體的所述汽油從所述緩沖罐再次引入所述燃料管線。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述選擇性地分流所述液體燃料的一部分包括至 少部分地基于所述液體燃料中醇的流率，選擇性地分流所述液體燃料的一部分。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其進一步包括將所述緩沖罐內(nèi)的氫氣的壓力維持在至 少約4巴。
20.如權(quán)利要求16的方法，其進一步包括在將所述氫氣傳送至所述內(nèi)燃機之前對所述 氫氣進行除霧以抑制液化氣體從所述重整物管線傳送至所述內(nèi)燃機。
【文檔編號】F02M25/07GK104321520SQ201380028409
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】E·D·薩爾, D·A·莫根斯特恩, J·D·威爾遜二世 申請人:孟山都技術(shù)公司