[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

说明书

本发明提出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，系统包括发动机系统、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，本发明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，本发明具有结构紧凑、易于控制、效率较高等优点，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明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。