[发明专利]运行内燃机排气系统中的燃料电池的系统和方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种运行内燃机排气系统中燃料电池的系统和方法，其中，可根据燃料电池的工作条件对发动机的运行进行调整。

背景技术

由于热损耗、摩擦、不完全燃烧以及其它因素，内燃机利用的燃料能量仅仅是所供燃料能量的一部分(例如，有些情况下大约31％到38％)。另外，所供燃料能量大约3-17％被用于维持待机时发动机的运行，并且，另有1-2％用于运转附件。因此，利用这些损耗的能量，尤其是热能和化学能形式的能量有利于提高总体车辆系统燃效。

例如美国专利申请2004/0177607(以下简称为‘607)所述的一种使用安装在内燃机排气系统内的燃料电池的方法。该系统使用发动机未燃燃料将化学能转化为可为车辆使用的电能。该系统包括多种与燃料电池分离的排气传感器，例如控制运行的空燃比传感器。此外，‘607描述了不依靠燃料电池的条件来运行发动机。

发明人于此认识到，当使用分离的空燃比传感器时，至少在一些情况下也有可能使用燃料电池来提供用于控制或调整发动机运行的信息。例如，燃料电池的条件可用于确定、估计或提供排气系统中关于空燃比或相对氧气量的信息。因此，有可能使用燃料电池的电流、电压和/或阻抗来提供排气空燃比或排气系统其它条件的指示。

发明内容

因此，根据一个方面，提供一种用于车辆的系统，所述车辆具有带排气系统的发动机，所述系统包含连接到发动机排气系统内的燃料电池，其中，燃料电池具有输出电路；与所述燃料电池连接的电池；和控制器，该控制器接收指示燃料电池输出电路电气输出的信号，并响应所述信号调整供给发动机的燃料量或空气量从而影响发动机排气系统的空燃比。

这样，燃料电池的电气输出可用作排气信息的指示，例如排气空燃比，用于调整发动机运行。例如，在一个实施例中，燃料电池可作为能斯脱电池工作。

因此，在一个实施例中，可减少多个排气空燃比传感器，从而减小系统成本。在另一个实施例中，燃料电池可用作附加的空燃比传感器以补充其它的空燃比传感器信息。进一步的，在一些实例中，燃料电池输出可用于确定燃料电池和/或其它排气空燃比传感器的降级。因此，燃料电池可用作多个功能，例如发电、传感和/或诊断。

根据另一个方面，一种运行车辆内燃发动机的方法，所述发动机也包括位于发动机下游并连接到发动机排气系统内的燃料电池，以及与燃料电池连接的电池。该方法包括调整发动机的运行参数以响应接入发动机排气系统内的燃料电池的电气输出。

这样，有可能利用燃料电池位置和工作条件来提供关于发动机运行的信息，例如，可用于调整发动机运行的信息。

根据再一个方面，一种运行车辆内燃机的方法，所述发动机也具有位于发动机下游的燃料电池以及与燃料电池连接的电池。该方法包含：通过控制电池供给燃料电池的电流来产生燃料电池的电气输出；以及调整发动机运行参数以响应所述燃料电池的电气输出。

这样的系统具有多种优势。例如，电流在燃料电池上的运用允许产生电气输出，该电气输出可提供关于排气的信息，例如空燃比。例如在一实施例中，通过确定电流的变化，使用结合组成特性的能斯脱方程式，有可能推断出排气空燃比。进一步的，应用电流使产生将NOx还原为N2和O2的电气化学反应。这样的方法可使燃料电池用作多个功能，例如发电、传感和/或减少排放。

附图说明

图1是示例的混合动力系统中发动机的示意图。

图2是内燃机一实施例的示意图。

图3是示范系统的一实施例的示意图，其中，燃料电池位于发动机排气系统内。

图4是运行发动机向燃料电池供给空气和燃料的方法的一实施例的流程图。

图5是为提高进入燃料电池的排气的温度的发动机运行方法的一实施例的流程图。

图6是具有燃料电池和催化剂的发动机系统的一实施例的示意图。

图7是具有燃料电池和催化剂的发动机系统的另一实施例的示意图。

图8是包含燃料电池部分和催化转化部分的催化装置的示范实施例的示意图。

图9是包含燃料电池部分和催化转化部分的催化装置的示范实施例的示意视图，说明了第一示范氧化剂入口。

图10是包含燃料电池部分和催化转化部分的催化装置的示范实施例的示意视图，说明了第二示范氧化剂入口。

图11是通过调整发动机空燃比控制排放的方法的一实施例的流程图。

图12是使用燃料电池作为空燃比传感器的方法的一实施例的流程图。

图13是诊断燃料电池及空燃比传感器机能的方法的一实施例的流程图。