[實用新型]針對汽油機余熱回收及排氣凈化的有機朗肯循環-三元催化聯合控制裝置

有效

• 申請號: 201920684039.8
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN210343460U
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 張紅光;王崇堯;趙蕊;李健;許永紅;楊宇鑫;石鑫
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F01N5/02
• 分類號: F01N5/02;F01N3/28;F01N9/00;F01N11/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

針對汽油機余熱回收及排氣凈化的有機朗肯循環?三元催化聯合控制裝置，包括發動機系統、有機朗肯循環系統、三元催化轉化系統、控制系統。通過對汽油機排氣溫度的監測，進而控制不同閥門的開閉以及工質泵轉速的調節，實現在回收汽油機排氣余熱的同時，更高效的凈化其排氣。相較于現有的技術方案，本裝置的優越性體現在通過將有機朗肯循環系統與三元催化轉化系統相耦合，不僅能夠同時實現汽油機排氣余熱能的回收利用和汽油機排氣凈化兩大功能，而且能將汽油機高溫排氣控制在三元催化轉化器的最佳工作溫度區間，極大地提高了三元催化轉化器的凈化效率；同時，本裝置具有結構緊湊、易于控制、效率較高等優點，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本實用新型屬于內燃機節能減排與控制技術領域，提出一種將有機朗肯循環系統同三元催化轉化裝置混聯的系統，該系統既能通過有機朗肯循環系統實現對汽油機余熱能的回收，又能有效改善三元催化裝置的性能，使其可靠地工作在最佳溫度區間改善尾氣成分，從而達到節能減排的目的。

背景技術

能源是人類生產、生活的基礎，也是經濟和社會發展的重要物質保證。優質能源的出現和先進能源技術的使用讓人類社會得以發展到今天。現如今，“能源”和“環境”，已成為時代發展的主題詞，“能源的利用”以及“環境的保護”已經成為我國乃至全世界、全人類共同關心的問題。業界圍繞“如何高效利用能源”以及“如何改善環境現狀”的討論從未間斷，而汽油機便是討論中的一個重中之重。隨著家用轎車的發展與普及，傳統汽油機已經與人類的生活息息相關，它在促進人類社會生產生活水平進步的同時，也引發了能源危機和環境污染等全球范圍內亟待解決的問題！資料顯示，傳統汽油機的熱效率極低，燃料燃燒釋放出的能量中除極少的一部分用于做功對外輸出外，絕大部分以余熱的形式損失掉，傳統汽車發動機的熱效率僅為30％左右，它的低效引起了能源的極大浪費。同時，車輛在行駛過程中由于發動機氣缸內的各種非正常燃燒所引起的超標排放對環境造成了極大地危害，其中霧霾問題便是一個典型案例，國內研究表明，機動車的尾氣是霧霾顆粒組成的最主要的成分，最新的數據顯示，北京霧霾顆粒中機動車尾氣占22.2％，燃煤占16.7％，揚塵占16.3％，工業占15.7％。因此，毫無疑問，機動車尾氣是造成霧霾的主要元兇之一。汽油機的排放雖未像柴油機那樣直接排出顆粒物，但依舊不可小覷，汽油機排出的氮氧化物會在霧天形成二次顆粒，加重霧霾。

目前針對發動機余熱能的回收利用以及改善發動機排放的研究均有了不同程度的進展。可用于發動機余熱回收利用的技術主要有渦輪增壓、復合渦輪、溫差發電、及有機朗肯循環技術，其中，有機朗肯循環技術以其較高的回收效率、較高的穩定性及靈活性，得到了廣泛的應用。用于發動機排放物改善的技術主要有柴油機氧化催化劑(DOC)、柴油機微粒補集器(DPF)、選擇性催化還原(SCR) 以及三元催化技術等，其中，三元催化技術憑借其良好的耐久性能夠有效地凈化汽油機汽車尾氣中的碳氫化合物、碳氧化物以及氮氧化物，已經被廣泛的投入到各類車輛的使用當中。

然而，現有的三元催化裝置在有效改善汽油機尾氣成分的同時，也暴露出了其本身存在的諸多不足之處。由于三元催化技術是依靠其載體表面所覆蓋的一層鉑、銠、鈀貴重金屬及稀土涂層作為催化劑來促進排氣發生氧化-還原反應以達到凈化排氣作用，因此金屬涂層的耐久性決定著該裝置的工作性能。汽油機的排氣時常會由于高溫導致三元催化裝置性能下降乃至失效，主要表現在：

(1)溫度過高的排氣(超過1000℃)經常導致三元催化裝置載體上的貴重金屬涂層發生不可逆的氧化反應，直接影響碳氫化合物、碳氧化物以及氮氧化物的轉化效率；

(2)貴金屬涂層和氧化鋁載體會被高溫排氣(超過1000℃)燒結，極大的減小催化劑的工作面積，從而降低催化效率；

(3)連續不斷的高溫排氣(超過1400℃)使得三元催化裝置的陶瓷載體長期工作于高溫環境下而致其熔化，從而不僅影響其催化轉化效率，更會導致汽油機排氣管路堵塞，引起汽油機背壓升高，嚴重影響其效率；

(4)催化器的床身溫度較高時，會導致陶瓷載體的熱應力超過其設計強度極限，進而產生縱向裂紋，亦會降低其催化轉化效率。