[发明专利]针对汽油机余热回收及排气净化的有机朗肯循环-三元催化联合控制策略

权利要求书

1.有机朗肯循环-三元催化联合系统，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)。

2.根据权利要求1所述的有机朗肯循环-三元催化联合系统，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。

3.控制如权利要求1或2所述有机朗肯循环-三元催化联合系统的方法，其特征在于：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)流向第二温度传感器(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)流向第二温度传感器(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)流向第二温度传感器(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)流向第二温度传感器(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℃，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：若有机工质质量流量、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)；

还包括膨胀机保护管路，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)；

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)，发动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。