CN210343460U - 针对汽油机余热回收及排气净化的有机朗肯循环-三元催化联合控制装置 - Google Patents

针对汽油机余热回收及排气净化的有机朗肯循环-三元催化联合控制装置 Download PDF

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赵蕊
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许永红
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Abstract

针对汽油机余热回收及排气净化的有机朗肯循环‑三元催化联合控制装置，包括发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化转化系统、控制系统。通过对汽油机排气温度的监测，进而控制不同阀门的开闭以及工质泵转速的调节，实现在回收汽油机排气余热的同时，更高效的净化其排气。相较于现有的技术方案，本装置的优越性体现在通过将有机朗肯循环系统与三元催化转化系统相耦合，不仅能够同时实现汽油机排气余热能的回收利用和汽油机排气净化两大功能，而且能将汽油机高温排气控制在三元催化转化器的最佳工作温度区间，极大地提高了三元催化转化器的净化效率；同时，本装置具有结构紧凑、易于控制、效率较高等优点，具有广泛的应用前景。

Description

针对汽油机余热回收及排气净化的有机朗肯循环-三元催化 联合控制装置
技术领域
本实用新型属于内燃机节能减排与控制技术领域，提出一种将有机朗肯循环系统同三元催化转化装置混联的系统，该系统既能通过有机朗肯循环系统实现对汽油机余热能的回收，又能有效改善三元催化装置的性能，使其可靠地工作在最佳温度区间改善尾气成分，从而达到节能减排的目的。
背景技术
能源是人类生产、生活的基础，也是经济和社会发展的重要物质保证。优质能源的出现和先进能源技术的使用让人类社会得以发展到今天。现如今，“能源”和“环境”，已成为时代发展的主题词，“能源的利用”以及“环境的保护”已经成为我国乃至全世界、全人类共同关心的问题。业界围绕“如何高效利用能源”以及“如何改善环境现状”的讨论从未间断，而汽油机便是讨论中的一个重中之重。随着家用轿车的发展与普及，传统汽油机已经与人类的生活息息相关，它在促进人类社会生产生活水平进步的同时，也引发了能源危机和环境污染等全球范围内亟待解决的问题！资料显示，传统汽油机的热效率极低，燃料燃烧释放出的能量中除极少的一部分用于做功对外输出外，绝大部分以余热的形式损失掉，传统汽车发动机的热效率仅为30％左右，它的低效引起了能源的极大浪费。同时，车辆在行驶过程中由于发动机气缸内的各种非正常燃烧所引起的超标排放对环境造成了极大地危害，其中雾霾问题便是一个典型案例，国内研究表明，机动车的尾气是雾霾颗粒组成的最主要的成分，最新的数据显示，北京雾霾颗粒中机动车尾气占22.2％，燃煤占16.7％，扬尘占16.3％，工业占15.7％。因此，毫无疑问，机动车尾气是造成雾霾的主要元凶之一。汽油机的排放虽未像柴油机那样直接排出颗粒物，但依旧不可小觑，汽油机排出的氮氧化物会在雾天形成二次颗粒，加重雾霾。
目前针对发动机余热能的回收利用以及改善发动机排放的研究均有了不同程度的进展。可用于发动机余热回收利用的技术主要有涡轮增压、复合涡轮、温差发电、及有机朗肯循环技术，其中，有机朗肯循环技术以其较高的回收效率、较高的稳定性及灵活性，得到了广泛的应用。用于发动机排放物改善的技术主要有柴油机氧化催化剂(DOC)、柴油机微粒补集器(DPF)、选择性催化还原(SCR) 以及三元催化技术等，其中，三元催化技术凭借其良好的耐久性能够有效地净化汽油机汽车尾气中的碳氢化合物、碳氧化物以及氮氧化物，已经被广泛的投入到各类车辆的使用当中。
然而，现有的三元催化装置在有效改善汽油机尾气成分的同时，也暴露出了其本身存在的诸多不足之处。由于三元催化技术是依靠其载体表面所覆盖的一层铂、铑、钯贵重金属及稀土涂层作为催化剂来促进排气发生氧化-还原反应以达到净化排气作用，因此金属涂层的耐久性决定着该装置的工作性能。汽油机的排气时常会由于高温导致三元催化装置性能下降乃至失效，主要表现在：
(1)温度过高的排气(超过1000℃)经常导致三元催化装置载体上的贵重金属涂层发生不可逆的氧化反应，直接影响碳氢化合物、碳氧化物以及氮氧化物的转化效率；
(2)贵金属涂层和氧化铝载体会被高温排气(超过1000℃)烧结，极大的减小催化剂的工作面积，从而降低催化效率；
(3)连续不断的高温排气(超过1400℃)使得三元催化装置的陶瓷载体长期工作于高温环境下而致其熔化，从而不仅影响其催化转化效率，更会导致汽油机排气管路堵塞，引起汽油机背压升高，严重影响其效率；
(4)催化器的床身温度较高时，会导致陶瓷载体的热应力超过其设计强度极限，进而产生纵向裂纹，亦会降低其催化转化效率。
为解决上述因汽油机高温排气带来的三元催化转化器性能下降等问题，本文提出将有机朗肯循环系统与三元催化转化系统相耦合的思路，一方面能够让汽油机高温排气通过有机朗肯循环系统中的蒸发器降至可靠温度后进入三元催化转化系统，另一方面能够同时解决内燃机排气余热能的回收及排气净化两大问题。
发明内容
本实用新型的目的是为了提出一种既能实现汽油机排气余热利用又能实现其排气净化的有机朗肯循环-三元催化联合控制装置，由发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化转化系统、控制系统组成。通过对汽油机排气温度的监测、不同阀门的开闭、以及工质泵转速的调节，实现在回收汽油机排气余热的同时，更高效的净化其排气。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术解决方案：
本实用新型所提出的有机朗肯循环-三元催化联合控制装置主要由发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化转化系统和控制系统四个系统组成。
上述的发动机系统，包括汽油机、涡轮、压气机、排气管路。其中排气管路分为两个支路，一个支路与蒸发器烟气侧相连，使得汽油机排气能够进入蒸发器与工质进行换热，另一个支路与三元催化转化系统相连，使得低温排气能够直接通过该系统被净化。
上述的有机朗肯循环系统，包括蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液罐、工质泵、工质管路及排气管路。其中排气管路主要用于连接蒸发器烟气侧的出口与三元催化转化系统的入口，实现汽油机排气进入蒸发器换热后流入三元催化转化装置进行净化的目的；工质管路主要用于有机工质在整个有机朗肯循环系统中的循环，循环路径为：储液罐中的有机工质经工质泵加压后流入蒸发器，在蒸发器内与发动机排气换热形成高温高压蒸汽，进入膨胀机膨胀降压后变成乏汽，随后流入冷凝器冷凝为液态工质后留回储液罐。
上述的三元催化转化系统，包括三元催化转化器、排气管路。其中排气管路与三元催化转化器出口相连，用于净化后的汽油机排气排入大气。
上述的控制系统包括：温度传感器、质量流量传感器、转速传感器、电磁阀、变频器、控制单元以及相应的连接线路。系统进入工作状态后，由控制单元采集系统各处的温度、转速、质量流量传感器的信号，经过分析处理后做出判断，并发出信号，通过调节电磁阀的开启、闭合、工质泵转速，实现回收汽油机排气余热能的同时，高效净化汽油机排气。
有机朗肯循环-三元催化联合控制装置，其特征在于：由发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化转化系统和控制系统四个系统组成；所述的发动机系统，包括汽油机(1)、涡轮(2)、压气机(3)、进气管路(26)、排气管路(28)；所述有机朗肯循环系统，包括第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器 (4-3)、第四蒸发器(4-4)、膨胀机(6)、发电机(7)、冷凝器(8)、储液罐(9)、工质泵(10)、以及连接它们的工质循环管路(27)、冷却水泵(12)、散热器(13) 以及相应的冷凝剂循环管路(29)；所述的三元催化转化系统，包括三元催化转化器(5)；
上述有机朗肯循环-三元催化联合控制装置内部各部件的连接关系是：
发动机系统各部件的连接关系是：进气管路第一段(26)连接到压气机(3)、压气机(3)连接到进气管路第二段(26)、进气管路第二段(26)连接汽油机(1)、汽油机(1)连接排气管路(28)、排气管路第一段(28)连接涡轮机(2)、涡轮机(2)与压气机(3)同轴相连、涡轮机(2)连接到排气管路第二段(28)。
有机朗肯循环系统各部件的连接关系是：第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器 (4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)、膨胀机(6)、冷凝器(8)、工质储液罐(9)、工质泵(10)通过有机工质循环管路依次首尾相连；膨胀机(6) 的输出轴与发电机(7)的输入轴相连；排气管路第二段(28)连接到蒸发器组烟气侧进口(4)，蒸发器组烟气侧出口(4)连接到排气管路第三段(28)。
三元催化转化系统各部件的连接关系是：排气管路第三段(28)分别连接到三元催化转化器(5)的入口及出口，排气管路第二段(28)连接到三元催化器 (5)的入口。
控制系统各部件的连接关系是：第一温度传感器(14)设置在排气管路第二段(28)上，另一端与控制单元(11)相连；第二温度传感器(18)设置在排气管路第三段(28)上，另一端与控制单元(11)相连；第三温度传感器(15)、第四温度传感器(32)、第五温度传感器(33)、第六温度传感器(34)分别设置于第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4) 内部的烟气侧管路上，另一端与控制单元(11)相连；第七温度传感器(16)、压力传感器(17)、第一质量流量传感器(30)分别设置在第四蒸发器(4-4)与膨胀机(6)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连，转速传感器(19) 设置在工质泵(10)上，另一端与控制单元(11)相连；第二质量流量传感器(31) 设置在膨胀机(6)与冷凝器(8)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第一电磁阀(36)设置在排气管路第二段(28)与三元催化器(5)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第二电磁阀(35)设置在排气管路第二段(28) 与第一蒸发器(4-1)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第三电磁阀(45)设置在排气管路第三段(28)与三元催化器(5)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第四电磁阀(38)设置在第一蒸发器(4-1)与排气管路第三段(28)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第五电磁阀(40) 设置在第二蒸发器(4-2)与排气管路第三段(28)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第六电磁阀(42)设置在第三蒸发器(4-3)与排气管路第三段(28)连接的管路上，另一端与控制单元(11)相连；第七电磁阀(43)设置在排气管路第三段(28)上，另一端与控制单元(11)相连；第八电磁阀(46) 设置在第一蒸发器(4-1)与膨胀机(6)的连接管路上，另一端与控制单元(11) 相连；第九电磁阀(21)设置在第二蒸发器(4-2)与膨胀机(6)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十电磁阀(23)设置在第三蒸发器(4-3)与膨胀机(6)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十一电磁阀(25)、第十九电磁阀(47)依次设置在第四蒸发器(4-4)与膨胀机(6)的连接管路上；第十二电磁阀(37)设置在第一蒸发器(4-1)与第二蒸发器(4-2)的烟气侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十三电磁阀(39)设置在第二蒸发器(4-2)与第三蒸发器(4-3)的烟气侧连接管路上，另一端与控制单元(11) 相连；第十四电磁阀(41)设置在第三蒸发器(4-3)与第四蒸发器(4-4)的烟气侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十五电磁阀(20)设置在第一蒸发器(4-1)与第二蒸发器(4-2)的工质侧连接管路上，另一端与控制单元 (11)相连；第十六电磁阀(22)设置在第二蒸发器(4-2)与第三蒸发器(4-3) 的工质侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十七电磁阀(24)设置在第三蒸发器(4-3)与第四蒸发器(4-4)的工质侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十八电磁阀(44)设置在排气管路第三段(28)旁通三元催化器(5)的管路上，另一端与控制单元(11)相连；第二十电磁阀(48)设置在旁通膨胀机(6)的管路上，另一端与控制单元(11)相连；第二十一电磁阀(50)设置在膨胀机(6)与冷凝器(8)的连接管路上，另一端与控制单元(11) 相连；变频器(49)分别通过相应连接线路连接控制单元(11)及工质泵(10)。
所述的控制系统由第一温度传感器(14)、第二温度传感器(18)、第三温度传感器(15)、第四温度传感器(32)、第五温度传感器(33)、第六温度传感器 (34)、第七温度传感器(16)、压力传感器(17)、转速传感器(19)、第一质量流量传感器(30)、第二质量流量传感器(31)、第一电磁阀(36)、第二电磁阀 (35)、第三电磁阀(45)、第四电磁阀(38)、第五电磁阀(40)、第六电磁阀(42)、第七电磁阀(43)、第八电磁阀(46)、第九电磁阀(21)、第十电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)、第十二电磁阀(37)、第十三电磁阀(39)、第十四电磁阀(41)、第十五电磁阀(20)、第十六电磁阀(22)、第十七电磁阀(24)、第十八电磁阀(44)、第十九电磁阀(47)、第二十电磁阀(48)、第二十一电磁阀(50)、变频器(49)分别通过相应的连接线路与控制单元(11)连接组成；其中第三温度传感器(15)、第四温度传感器(32)、第五温度传感器(33)、第六温度传感器(34) 分别用于监测汽油机排气在第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器 (4-3)、第四蒸发器(4-4)内换热过程中的温度，第一温度传感器(14)、第二温度传感器(18)分别用于监测来自涡轮(2)的汽油机排气及经第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)换热后的汽油机排气温度，第七温度传感器(16)、压力传感器(17)分别用于监测经第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)换热后的有机工质蒸汽温度、压力，第一质量流量传感器(30)、第二质量流量传感器(31)分别用于监测进入膨胀机(6)之前的有机工质蒸汽质量流量和进入冷凝器(8)之前的有机工质蒸汽质量流量，转速传感器(19)及变频器(49)用于监测并调节工质泵的转速。
与现有的技术方案比，本实用新型具有如下优点：
(1)将汽油机余热回收技术与汽油机排气净化技术相结合，可同时实现汽油机排气余热能的回收利用和汽油机排气净化两大功能；
(2)通过蒸发器与三元催化转化器串联的方式，可将汽油机高温排气控制在三元催化转化器的最佳工作温度区间(400-800℃)，极大地提高了三元催化转化器的净化效率；
(3)可以避免一切因汽油机排气温度过高(超过800℃)引起的三元催化转化器损坏问题，极大延长了三元催化转化器的寿命。
附图说明
附图1是有机朗肯循环-三元催化联合控制装置的示意图；
1、汽油机；2、涡轮；3、压气机；4-1、第一蒸发器；4-2、第二蒸发器； 4-3、第三蒸发器；4-4、第四蒸发器；36、第一电磁阀；35、第二电磁阀；45、第三电磁阀；38、第四电磁阀；40、第五电磁阀；42、第六电磁阀；43、第七电磁阀；46、第八电磁阀；21、第九电磁阀；23、第十电磁阀；25、第十一电磁阀； 37、第十二电磁阀；39、第十三电磁阀；41、第十四电磁阀；20、第十五电磁阀； 22、第十六电磁阀；24、第十七电磁阀；44、第十八电磁阀；47、第十九电磁阀；48、第二十电磁阀；50、第二十一电磁阀；5、三元催化转化器；6、膨胀机；7、发电机；8、冷凝器；9、工质储液罐；10、工质泵；11、控制单元；12、冷却水泵；13、散热器；14、第一温度传感器；18、第二温度传感器；15、第三温度传感器；32、第四温度传感器；33、第五温度传感器；34、第六温度传感器；16、第七温度传感器；17、压力传感器；19、转速传感器；26、进气系统管路；27、有机工质循环管路；28、排气系统管路；29、冷凝剂循环管路；30、第一质量流量传感器；31、第二质量流量传感器；49、变频器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：
本实用新型的有机朗肯循环-三元催化联合控制装置，其连接关系如图1所示：包括发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化转化系统以及控制系统。上述的发动机系统，包括汽油机(1)、涡轮(2)、压气机(3)、进气管路(26)、排气管路(28)；上述有机朗肯循环系统，包括第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器 (4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)、膨胀机(6)、发电机(7)、冷凝器(8)、储液罐(9)、工质泵(10)、以及连接它们的工质循环管路(27)、冷却水泵(12)、散热器(13)以及相应的冷凝剂循环管路(29)；上述的三元催化转化系统，包括三元催化转化器(5)；上述的控制系统，包括第一温度传感器(14)、第二温度传感器(18)、第三温度传感器(15)、第四温度传感器(32)、第五温度传感器(33)、第六温度传感器(34)、第七温度传感器(16)、压力传感器(17)、转速传感器(19)、第一质量流量传感器(30)、第二质量流量传感器(31)、第一电磁阀(36)、第二电磁阀(35)、第三电磁阀(45)、第四电磁阀(38)、第五电磁阀(40)、第六电磁阀(42)、第七电磁阀(43)、第八电磁阀(46)、第九电磁阀(21)、第十电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)、第十二电磁阀(37)、第十三电磁阀(39)、第十四电磁阀(41)、第十五电磁阀(20)、第十六电磁阀(22)、第十七电磁阀(24)、第十八电磁阀(44)、第十九电磁阀(47)、第二十电磁阀 (48)、第二十一电磁阀(50)、变频器(49)、控制单元(11)及相应连接线路。
上述有机朗肯循环-三元催化转化联合控制装置内各部件的连接关系是：
发动机系统各部件的连接关系是：进气管路第一段(26)连接到压气机(3)、压气机(3)连接到进气管路第二段(26)、进气管路第二段(26)连接汽油机(1)、汽油机(1)连接排气管路(28)、排气管路第一段(28)连接涡轮机(2)、涡轮机(2)与压气机(3)同轴相连、涡轮机(2)连接到排气管路第二段(28)。
有机朗肯循环系统各部件的连接关系是：第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器 (4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)、膨胀机(6)、冷凝器(8)、工质储液罐(9)、工质泵(10)通过有机工质循环管路依次首尾相连；膨胀机(6) 的输出轴与发电机(7)的输入轴相连；排气管路第二段(28)连接到蒸发器组烟气侧进口(4)，蒸发器组烟气侧出口(4)连接到排气管路第三段(28)。
三元催化转化系统各部件的连接关系是：排气管路第三段(28)分别连接到三元催化转化器(5)的入口及出口，排气管路第二段(28)连接到三元催化器 (5)的入口。
控制系统各部件的连接关系是：第一温度传感器(14)、第二温度传感器(18)、第三温度传感器(15)、第四温度传感器(32)、第五温度传感器(33)、第六温度传感器(34)、第七温度传感器(16)、压力传感器(17)、转速传感器(19)、第一质量流量传感器(30)、第二质量流量传感器(31)、第一电磁阀(36)、第二电磁阀(35)、第三电磁阀(45)、第四电磁阀(38)、第五电磁阀(40)、第六电磁阀(42)、第七电磁阀(43)、第八电磁阀(46)、第九电磁阀(21)、第十电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)、第十二电磁阀(37)、第十三电磁阀(39)、第十四电磁阀(41)、第十五电磁阀(20)、第十六电磁阀(22)、第十七电磁阀(24)、第十八电磁阀(44)、第十九电磁阀(47)、第二十电磁阀(48)、第二十一电磁阀(50)、变频器(49)分别通过相应连接线路连接控制单元(11)。
本实用新型的工作原理及控制策略如下：
当汽油机的排气自缸内排出经过涡轮机(2)并流至第一温度传感器(14) 时，控制单元(11)根据第一温度传感器(14)传来的温度信号做出如下两种决策：
一：第一温度传感器(14)测得汽油机排气温度低于450℃时，控制单元(11) 发出指令：接通第一电磁阀(36)，断开第二电磁阀(35)、第三电磁阀(45)关闭，汽油机排气直接经由第一电磁阀(36)流入三元催化转化器被净化后排向大气。
二：第一温度传感器(14)测得汽油机排气温度不低于450℃时，控制单元 (11)发出指令：断开第一电磁阀(36)、第四电磁阀(38)、第五电磁阀(40)、第六电磁阀(42)、第七电磁阀(43)、第八电磁阀(46)、第九电磁阀(21)、第十电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)，接通第二电磁阀(35)、第十二电磁阀(37)、第十三(39)、第十四电磁阀(41)、第十五电磁阀(20)、第十六电磁阀(22)、第十七电磁阀(24)，发动机排气经第二电磁阀(35)依次流入第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)烟气侧，同时工质泵 (10)启动，对储液罐(9)中的有机工质进行加压并使其依次流入第一蒸发器 (4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)工质侧与汽油机排气进行换热，换热过程中，第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)烟气侧分别由第三温度传感器(15)、第四温度传感器(32)、第五温度传感器(33)、第六温度传感器(34)实时监测换热过程中的汽油机排气温度，控制单元(11)会根据温度变化做出如下四种决策：
1、在汽油机排气通过第一蒸发器(4-1)的过程中，温度降至400℃时，则控制单元(11)发出指令：降低工质泵(10)的转速，使得有机工质的质量流量及压力降低，减少其与汽油机排气的换热，避免排气温度降至三元催化转化系统启动温度以下，同时断开第十二电磁阀(37)，接通第四电磁阀(38)，汽油机排气经第四电磁阀(38)流向温度传感器(18)，断开第十五电磁阀(20)，接通第八电磁阀(46)，有机工质蒸汽经第八电磁阀(46)依次流向第一质量流量传感器(30)、第七温度传感器(16)、压力传感器(17)；
2、在汽油机排气通过第二蒸发器(4-2)的过程中，温度降至400℃时，则控制单元(11)发出指令：降低工质泵(10)的转速，使得有机工质的质量流量及压力降低，减少其与汽油机排气的换热，避免排气温度降至三元催化转化系统启动温度以下，同时断开第十三电磁阀(39)，接通第五电磁阀(40)，汽油机排气经第五电磁阀(40)流向温度传感器(18)，断开第十六电磁阀(22)，接通第九电磁阀(21)，有机工质蒸汽经第九电磁阀(21)依次流向第一质量流量传感器(30)、第七温度传感器(16)、压力传感器(17)；
3、在汽油机排气通过第三蒸发器(4-3)的过程中，温度降至400℃时，则控制单元(11)发出指令：降低工质泵(10)的转速，使得有机工质的质量流量及压力降低，减少其与汽油机排气的换热，避免排气温度降至三元催化转化系统启动温度以下，同时断开第十四电磁阀(41)，接通第六电磁阀(42)，汽油机排气经第六电磁阀(42)流向温度传感器(18)，断开第十七电磁阀(24)，接通第十电磁阀(23)，有机工质蒸汽经第十电磁阀(23)依次流向第一质量流量传感器(30)、第七温度传感器(16)、压力传感器(17)；
4、在汽油机排气通过第四蒸发器(4-4)的过程中，温度降至400℃时，则控制单元(11)发出指令：降低工质泵(10)的转速，使得有机工质的质量流量及压力降低，减少其与汽油机排气的换热，避免排气温度降至三元催化转化系统启动温度以下，接通第七电磁阀(43)，汽油机排气经第七电磁阀(43)流向温度传感器(18)，接通第十一电磁阀(25)，有机工质蒸汽经第十一电磁阀(25) 依次流向第一质量流量传感器(30)、第七温度传感器(16)、压力传感器(17)；
以上四种情况中，在蒸发器烟气侧换热后流向第二温度传感器(18)的汽油机排气，经过第二温度传感器(18)时，若排气温度高于800℃，控制单元(11) 发出指令：断开第三电磁阀(45)，接通第十八电磁阀(44)，汽油机排气直接经由第十八电磁阀(44)排向大气；若排气温度不高于800℃，控制单元(11)发出指令：接通第三电磁阀(45)，断开第十八电磁阀(44)，汽油机排气经由第三电磁阀(45)流进三元催化转化器(5)被净化后排向大气。而在蒸发器工质侧换热后依次流向第一质量流量传感器(30)、第七温度传感器(16)、压力传感器 (17)的有机工质，经过第一质量流量传感器(30)、第七温度传感器(16)、压力传感器(17)时：若质量流量、温度、压力均满足膨胀机最低质量流量m1、启动温度T1、启动压力p1时，则控制单元(11)发出指令：接通第十九电磁阀 (47)、第二十一电磁阀(50)，断开第二十电磁阀(48)，工质经第十九电磁阀 (47)进入膨胀机(6)膨胀做功并带动发电机(7)发电，膨胀做功后的乏汽流经第二质量流量传感器(31)时，第二质量流量传感器(31)测得有工质流过，控制单元(11)发出指令：启动冷却水泵(12)，驱动冷凝剂与有机工质乏汽换热，冷凝剂带走的热量经散热器(13)散掉，有机工质乏汽被冷凝为液态，流回储液罐(9)；若质量流量、温度、压力未满足膨胀机最低质量流量m1、启动温度T1、启动压力p1时，则控制单元(11)发出指令：接通第二十电磁阀(48)，断开第十九电磁阀(47)、第二十一电磁阀(50)，工质经第二十电磁阀(48)旁通膨胀机，流经第二质量流量传感器(31)时，第二质量流量传感器(31)测得有工质流过，控制单元(11)发出指令：启动冷却水泵(12)，驱动冷凝剂与有机工质乏汽换热，冷凝剂带走的热量经散热器(13)散掉，有机工质乏汽被冷凝为液态，流回储液罐(9)。

Claims (2)

1.有机朗肯循环-三元催化联合控制装置，其特征在于：由发动机系统、有机朗肯循环系统、三元催化转化系统和控制系统四个系统组成；所述的发动机系统，包括汽油机(1)、涡轮(2)、压气机(3)、进气管路(26)、排气管路(28)；所述有机朗肯循环系统，包括第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)、膨胀机(6)、发电机(7)、冷凝器(8)、储液罐(9)、工质泵(10)、以及连接它们的工质循环管路(27)、冷却水泵(12)、散热器(13)以及相应的冷凝剂循环管路(29)；所述的三元催化转化系统，包括三元催化转化器(5)；
上述有机朗肯循环-三元催化联合控制装置内部各部件的连接关系是：
发动机系统各部件的连接关系是：进气管路第一段(26)连接到压气机(3)、压气机(3)连接到进气管路第二段(26)、进气管路第二段(26)连接汽油机(1)、汽油机(1)连接排气管路(28)、排气管路第一段(28)连接涡轮机(2)、涡轮机(2)与压气机(3)同轴相连、涡轮机(2)连接到排气管路第二段(28)；
有机朗肯循环系统各部件的连接关系是：第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)、膨胀机(6)、冷凝器(8)、工质储液罐(9)、工质泵(10)通过有机工质循环管路依次首尾相连；膨胀机(6)的输出轴与发电机(7)的输入轴相连；排气管路第二段(28)连接到蒸发器组烟气侧进口(4)，蒸发器组烟气侧出口(4)连接到排气管路第三段(28)；
三元催化转化系统各部件的连接关系是：排气管路第三段(28)分别连接到三元催化转化器(5)的入口及出口，排气管路第二段(28)连接到三元催化器(5)的入口；
控制系统各部件的连接关系是：第一温度传感器(14)设置在排气管路第二段(28)上，另一端与控制单元(11)相连；第二温度传感器(18)设置在排气管路第三段(28)上，另一端与控制单元(11)相连；第三温度传感器(15)、第四温度传感器(32)、第五温度传感器(33)、第六温度传感器(34)分别设置于第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)内部的烟气侧管路上，另一端与控制单元(11)相连；第七温度传感器(16)、压力传感器(17)、第一质量流量传感器(30)分别设置在第四蒸发器(4-4)与膨胀机(6)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连，转速传感器(19)设置在工质泵(10)上，另一端与控制单元(11)相连；第二质量流量传感器(31) 设置在膨胀机(6)与冷凝器(8)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第一电磁阀(36)设置在排气管路第二段(28)与三元催化器(5)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第二电磁阀(35)设置在排气管路第二段(28)与第一蒸发器(4-1)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第三电磁阀(45)设置在排气管路第三段(28)与三元催化器(5)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第四电磁阀(38)设置在第一蒸发器(4-1)与排气管路第三段(28)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第五电磁阀(40)设置在第二蒸发器(4-2)与排气管路第三段(28)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第六电磁阀(42)设置在第三蒸发器(4-3)与排气管路第三段(28)连接的管路上，另一端与控制单元(11)相连；第七电磁阀(43)设置在排气管路第三段(28)上，另一端与控制单元(11)相连；第八电磁阀(46)设置在第一蒸发器(4-1)与膨胀机(6)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第九电磁阀(21)设置在第二蒸发器(4-2)与膨胀机(6)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十电磁阀(23)设置在第三蒸发器(4-3)与膨胀机(6)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十一电磁阀(25)、第十九电磁阀(47)依次设置在第四蒸发器(4-4)与膨胀机(6)的连接管路上；第十二电磁阀(37)设置在第一蒸发器(4-1)与第二蒸发器(4-2)的烟气侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十三电磁阀(39)设置在第二蒸发器(4-2)与第三蒸发器(4-3)的烟气侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十四电磁阀(41)设置在第三蒸发器(4-3)与第四蒸发器(4-4)的烟气侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十五电磁阀(20)设置在第一蒸发器(4-1)与第二蒸发器(4-2)的工质侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十六电磁阀(22)设置在第二蒸发器(4-2)与第三蒸发器(4-3)的工质侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十七电磁阀(24)设置在第三蒸发器(4-3)与第四蒸发器(4-4)的工质侧连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；第十八电磁阀(44)设置在排气管路第三段(28)旁通三元催化器(5)的管路上，另一端与控制单元(11)相连；第二十电磁阀(48)设置在旁通膨胀机(6)的管路上，另一端与控制单元(11)相连；第二十一电磁阀(50)设置在膨胀机(6)与冷凝器(8)的连接管路上，另一端与控制单元(11)相连；变频器(49)分别通过相应连接线路连接控制单元(11)及工质泵(10)。
2.根据权利要求1所述的有机朗肯循环-三元催化联合控制装置，其特征在于：所述的控制系统由第一温度传感器(14)、第二温度传感器(18)、第三温度传感器(15)、第四温度传感器(32)、第五温度传感器(33)、第六温度传感器(34)、第七温度传感器(16)、压力传感器(17)、转速传感器(19)、第一质量流量传感器(30)、第二质量流量传感器(31)、第一电磁阀(36)、第二电磁阀(35)、第三电磁阀(45)、第四电磁阀(38)、第五电磁阀(40)、第六电磁阀(42)、第七电磁阀(43)、第八电磁阀(46)、第九电磁阀(21)、第十电磁阀(23)、第十一电磁阀(25)、第十二电磁阀(37)、第十三电磁阀(39)、第十四电磁阀(41)、第十五电磁阀(20)、第十六电磁阀(22)、第十七电磁阀(24)、第十八电磁阀(44)、第十九电磁阀(47)、第二十电磁阀(48)、第二十一电磁阀(50)、变频器(49)分别通过相应的连接线路与控制单元(11)连接组成；其中第三温度传感器(15)、第四温度传感器(32)、第五温度传感器(33)、第六温度传感器(34)分别用于监测汽油机排气在第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)内换热过程中的温度，第一温度传感器(14)、第二温度传感器(18)分别用于监测来自涡轮(2)的汽油机排气及经第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)换热后的汽油机排气温度，第七温度传感器(16)、压力传感器(17)分别用于监测经第一蒸发器(4-1)、第二蒸发器(4-2)、第三蒸发器(4-3)、第四蒸发器(4-4)换热后的有机工质蒸汽温度、压力，第一质量流量传感器(30)、第二质量流量传感器(31)分别用于监测进入膨胀机(6)之前的有机工质蒸汽质量流量和进入冷凝器(8)之前的有机工质蒸汽质量流量，转速传感器(19)及变频器(49)用于监测并调节工质泵的转速。
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