本實(shí)用新型屬于內(nèi)燃機(jī)廢氣余能回收利用領(lǐng)域，同時(shí)也屬于內(nèi)燃機(jī)排放后處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，內(nèi)燃機(jī)單靠機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)已經(jīng)很難滿足排放要求，所以排放后處理技術(shù)對(duì)于提高內(nèi)燃機(jī)的排放水平顯得尤為重要，但是現(xiàn)有后處理裝置對(duì)廢氣溫度的要求較為苛刻，只有在很窄的溫度窗內(nèi)時(shí)后處理裝置才有較高的轉(zhuǎn)化效率，然而車用內(nèi)燃機(jī)的廢氣溫度波動(dòng)范圍大且具有高度瞬變性，這將導(dǎo)致后處理裝置的處理效果很差，所以本實(shí)用新型的目的在于控制廢氣溫度，將其控制在后處理器要求的高效溫度窗內(nèi)，這對(duì)于提高內(nèi)燃機(jī)排放水平意義重大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是提供一種分段式壓力溫度調(diào)節(jié)的內(nèi)燃機(jī)排氣溫度控制裝置，該裝置可以存儲(chǔ)一定量的低沸點(diǎn)工質(zhì)作為蓄熱載體，并且通過分段式的壓力溫度調(diào)節(jié)使蓄熱工質(zhì)基本保持在某一預(yù)設(shè)的目標(biāo)狀態(tài)附近，該狀態(tài)的溫度可取在后處理器要求的高效溫度窗內(nèi)(比如中間值)，壓力可取為稍大于工質(zhì)的臨界壓力(此時(shí)工質(zhì)的密度相對(duì)較大)，當(dāng)流經(jīng)該裝置的內(nèi)燃機(jī)廢氣溫度高于蓄熱工質(zhì)的溫度時(shí)，所存儲(chǔ)的工質(zhì)可以吸收并蓄存內(nèi)燃機(jī)高溫廢氣的能量，使廢氣溫度降低，當(dāng)后續(xù)流經(jīng)該裝置的內(nèi)燃機(jī)廢氣溫度低于蓄熱工質(zhì)的溫度時(shí)，工質(zhì)又可以將所蓄熱量傳給低溫廢氣，使廢氣溫度升高，即起到“取高補(bǔ)低”的作用，由于經(jīng)過分段式的壓力溫度調(diào)節(jié)后，蓄熱工質(zhì)的溫度基本保持恒定，所以流經(jīng)該裝置并與蓄熱工質(zhì)換熱后的廢氣的溫度波動(dòng)范圍將大大減小，并且廢氣溫度平均值也會(huì)移向蓄熱工質(zhì)的溫度，從而將內(nèi)燃機(jī)所排廢氣的溫度控制在后處理裝置要求的高效溫度窗內(nèi)，同時(shí)也達(dá)到了廢氣余能回收利用的目的。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)特征，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
如附圖1所示，所述的分段式壓力溫度調(diào)節(jié)的內(nèi)燃機(jī)排氣溫度控制裝置由廢氣溫度傳感器1、廢氣進(jìn)管電磁閥2、廢氣進(jìn)管3、廢氣直通管電磁閥4、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5、溫度壓力傳感器Ⅰ6、工質(zhì)進(jìn)管7、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8、壓力分割閥Ⅰ9、溫度壓力傳感器Ⅱ10、噴嘴Ⅰ11、連通管Ⅰ12、噴嘴Ⅱ13、工質(zhì)進(jìn)流量計(jì)14、狀態(tài)恒定箱15、廢氣通道16、狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17、壓力分割閥Ⅱ18、連通管Ⅱ19、溫壓調(diào)節(jié)器20、廢氣直通管21、工質(zhì)出流量計(jì)22、廢氣出管電磁閥23、安全閥24、工質(zhì)出管電磁閥25、廢氣出管26、工質(zhì)出管27、工質(zhì)罐、泵、控制模塊等組成。溫壓調(diào)節(jié)器20由溫度壓力傳感器Ⅰ6、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8、壓力分割閥Ⅰ9、溫度壓力傳感器Ⅱ10、噴嘴Ⅰ11、連通管Ⅰ12、噴嘴Ⅱ13、狀態(tài)恒定箱15、廢氣通道16、狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17、壓力分割閥Ⅱ18、連通管Ⅱ19和安全閥24等組成。
工質(zhì)罐、泵、工質(zhì)進(jìn)管7、溫壓調(diào)節(jié)器20和工質(zhì)出管27串聯(lián)連接，形成工質(zhì)的閉合循環(huán)回路，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8、壓力分割閥Ⅰ9、壓力分割閥Ⅱ18打開后，連通管Ⅰ12和連通管Ⅱ19將狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17連通，進(jìn)而使得工質(zhì)進(jìn)管7、狀態(tài)恒定箱15、狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17和工質(zhì)出管27相互連通，壓力分割閥Ⅰ9和壓力分割閥Ⅱ18關(guān)閉后能使?fàn)顟B(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17斷開，從而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17之間的壓力分段，進(jìn)而使得兩者的壓力互不影響。狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17之間為廢氣通道16，狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17的容積構(gòu)成工質(zhì)通道，工質(zhì)通道和廢氣通道交叉分布，狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17分別與廢氣通道16有著共用壁面，此共用壁面為換熱壁面，廢氣通道內(nèi)的廢氣和工質(zhì)通道內(nèi)的工質(zhì)可以通過該換熱壁面進(jìn)行換熱。工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8和壓力分割閥Ⅰ9打開后，在泵的作用下，工質(zhì)罐內(nèi)的工質(zhì)能通過工質(zhì)進(jìn)管7、噴嘴Ⅰ11和噴嘴Ⅱ13分別被噴入到狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)，然后通過換熱壁面吸收廢氣的熱量后蒸發(fā)，壓力分割閥Ⅰ9和壓力分割閥Ⅱ18關(guān)閉，工質(zhì)出管電磁閥25打開后，狀態(tài)調(diào)節(jié)箱 17內(nèi)的氣態(tài)工質(zhì)可以通過工質(zhì)出管27流進(jìn)工質(zhì)罐。發(fā)動(dòng)機(jī)、廢氣進(jìn)管3、廢氣通道16、廢氣出管26、后處理器串聯(lián)連接，形成廢氣第一線路，發(fā)動(dòng)機(jī)、廢氣直通管21、后處理器串聯(lián)連接，形成廢氣第二線路，廢氣第一線路和廢氣第二線路并聯(lián)。安全閥24為單向閥，與工質(zhì)出管電磁閥25并聯(lián)，當(dāng)工質(zhì)通道內(nèi)的工質(zhì)壓力達(dá)到某一預(yù)設(shè)的安全上限時(shí)，高壓工質(zhì)頂開安全閥24，流進(jìn)工質(zhì)罐。
以工質(zhì)進(jìn)流量計(jì)14為依據(jù)，定量工質(zhì)在泵的作用下由工質(zhì)罐被加入到狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)后，控制模塊控制工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5和工質(zhì)出管電磁閥25關(guān)閉，此后工質(zhì)吸收并蓄存廢氣的熱量逐漸全部蒸發(fā)，然后經(jīng)過一段定容加熱過程后達(dá)到某一預(yù)設(shè)的目標(biāo)狀態(tài)，此過程是目標(biāo)狀態(tài)的建立過程(詳細(xì)建立過程將在“具體實(shí)施方式”中介紹)，此后控制模塊根據(jù)廢氣溫度傳感器的信號(hào)控制廢氣流經(jīng)第一線路或第二線路。
以廢氣溫度傳感器1的信號(hào)為依據(jù)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)所排廢氣的溫度不處于后處理器要求的高效溫度窗內(nèi)時(shí)，控制模塊控制廢氣進(jìn)管電磁閥2和廢氣出管電磁閥23打開，廢氣直通管電磁閥4關(guān)閉，廢氣流經(jīng)廢氣進(jìn)管3后會(huì)流進(jìn)廢氣通道16，并通過換熱壁面與狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)的工質(zhì)換熱，當(dāng)流經(jīng)的廢氣溫度高于工質(zhì)溫度時(shí)，蓄熱工質(zhì)吸收廢氣的熱量并蓄存，當(dāng)后續(xù)流經(jīng)的廢氣溫度低于工質(zhì)溫度時(shí)，蓄熱工質(zhì)向低溫廢氣傳熱，以此來調(diào)節(jié)廢氣的溫度，然后廢氣流經(jīng)廢氣出管26，通過廢氣第一線路流進(jìn)后處理器。當(dāng)廢氣溫度處在后處理器要求的高效溫度窗內(nèi)時(shí)，廢氣進(jìn)管電磁閥2和廢氣出管電磁閥23關(guān)閉，廢氣直通管電磁閥4打開，廢氣流經(jīng)廢氣直通管21經(jīng)廢氣第二線路直接流進(jìn)后處理器。
蓄熱工質(zhì)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)后仍會(huì)與持續(xù)經(jīng)過工質(zhì)通道16的廢氣進(jìn)行熱交換，由于廢氣溫度是波動(dòng)的，所以蓄熱工質(zhì)一會(huì)吸熱，一會(huì)放熱，蓄熱工質(zhì)的狀態(tài)也將會(huì)繞目標(biāo)狀態(tài)上下波動(dòng)，但為了使工質(zhì)基本保持在目標(biāo)狀態(tài)附近，當(dāng)工質(zhì)通道內(nèi)的壓力溫度超過控制模塊內(nèi)預(yù)設(shè)的上限值時(shí)，這就需要利用溫壓調(diào)節(jié)器20的分段式調(diào)壓調(diào)溫功能來降低工質(zhì)通道的壓力和溫度，所謂分段式的壓力溫度調(diào)節(jié)是指把狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17暫時(shí)斷開，使它們互不影響，降低狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)工質(zhì)的壓力和溫度后再將狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17重新連通，以此降低狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)工質(zhì)的壓力和溫度，具體實(shí)現(xiàn)方法是:控制模塊控制壓力分割閥Ⅰ9和壓力分割閥Ⅱ18關(guān)閉(此時(shí)工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5和工質(zhì)出管電磁閥25是關(guān)閉的，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8是打開的)，將狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17分割開，工質(zhì)出管電磁閥25打開，將狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)一部分高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)排向工質(zhì)罐，工質(zhì)在工質(zhì)罐液化后待用，這時(shí)狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)的壓力便會(huì)下降，而狀態(tài)恒定箱15內(nèi)的工質(zhì)仍是高溫高壓，即狀態(tài)恒定箱15內(nèi)的工質(zhì)仍然保持著很高的能量，也即仍然具有加熱低溫廢氣的能力，然后工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8和工質(zhì)出管電磁閥25關(guān)閉，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5和壓力分割閥Ⅰ9打開，利用泵向狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17加入一部分低溫液態(tài)工質(zhì)，然后工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5關(guān)閉，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8和壓力分割閥Ⅱ18打開，狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17重新連通，由于此時(shí)狀態(tài)恒定箱15內(nèi)工質(zhì)的壓力溫度高于狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)的，所以狀態(tài)恒定箱15內(nèi)的高壓高溫工質(zhì)將在壓差溫差的作用下經(jīng)過連通管Ⅰ12和連通管Ⅱ19流向狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17，與狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)的低溫工質(zhì)進(jìn)行換熱，低溫工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，待平衡后，整個(gè)工質(zhì)通道內(nèi)的壓力溫度將會(huì)降低，以此來調(diào)節(jié)工質(zhì)通道內(nèi)工質(zhì)的壓力。狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17上裝有溫度壓力傳感器Ⅰ6、溫度壓力傳感器Ⅱ10，可以實(shí)時(shí)地將工質(zhì)的壓力和溫度情況反饋給控制模塊。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)持續(xù)怠速或小負(fù)荷即廢氣持續(xù)低溫時(shí)，廢氣將持續(xù)吸收工質(zhì)的熱量，工質(zhì)將持續(xù)降溫，如果此時(shí)工質(zhì)的量不夠，當(dāng)工質(zhì)溫度降到與廢氣溫度相等時(shí)，工質(zhì)將會(huì)失去加熱低溫廢氣的能力，所以，在選用工質(zhì)通道的容積即工質(zhì)存儲(chǔ)量也即裝置最大蓄熱量時(shí)(目標(biāo)狀態(tài)下工質(zhì)密度一定，工質(zhì)通道的容積確定后，存儲(chǔ)工質(zhì)的質(zhì)量隨之確定)，要根據(jù)內(nèi)燃機(jī)平均小負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間來定，小負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)，則選用大容積的工質(zhì)通道，保證工質(zhì)在內(nèi)燃機(jī)小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)能持續(xù)加熱低溫廢氣。此外，在選擇工質(zhì)通道的容積即工質(zhì)存儲(chǔ)量時(shí)，內(nèi)燃機(jī)廢氣的質(zhì)量流量也是考慮因素，如果廢氣的質(zhì)量流量大，則說明相同時(shí)間內(nèi)需要加熱或冷卻的廢氣多，則需要大容積的工質(zhì)通道。具體容積為多大需要根據(jù)廢氣的質(zhì)量流量、廢氣隨 時(shí)間的溫度譜和溫壓調(diào)節(jié)器20的總傳熱系數(shù)等做傳熱計(jì)算后確定。
本實(shí)用新型的有益效果在于：
本實(shí)用新型利用溫壓調(diào)節(jié)器20實(shí)現(xiàn)了分段式的壓力、溫度調(diào)節(jié)，可以利用低壓泵實(shí)現(xiàn)高壓蓄熱，控制模塊根據(jù)溫度壓力傳感器的信號(hào)，控制相關(guān)閥的開閉，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)冷熱工質(zhì)的充放，使蓄熱工質(zhì)的溫度和壓力始終恒定在預(yù)設(shè)的目標(biāo)狀態(tài)附近，進(jìn)而作為溫度基準(zhǔn)來調(diào)節(jié)廢氣的溫度；在壓力調(diào)節(jié)過程中，狀態(tài)恒定箱15內(nèi)的工質(zhì)始終保持著高溫高壓，即始終保持著加熱低溫廢氣的能力，這對(duì)廢氣熱狀態(tài)高瞬變，高起伏的車用內(nèi)燃機(jī)來說意義重大。
本實(shí)用新型針對(duì)車用內(nèi)燃機(jī)尾氣熱狀態(tài)固有的瞬變性，可以吸收并蓄存前一時(shí)刻高溫廢氣的熱量，并將所蓄熱量傳給后續(xù)的低溫廢氣，從而將車用內(nèi)燃機(jī)高起伏、瞬變的廢氣溫度控制在后處理器所要求的高效溫度窗內(nèi)，解決了后處理器要求的高效溫度窗與內(nèi)燃機(jī)實(shí)時(shí)排溫不匹配的問題，同時(shí)也達(dá)到了廢氣余能回收利用的目的。
對(duì)于不同的后處理器，其對(duì)廢氣溫度的要求也不同，針對(duì)某種后處理器，本實(shí)用新型只需調(diào)整控制模塊中預(yù)設(shè)的目標(biāo)狀態(tài)即可，具有普遍適應(yīng)性。
本實(shí)用新型中的溫壓調(diào)節(jié)器20可用焊接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，可承受高溫高壓，成本較低。
附圖說明
附圖1為分段式壓力溫度調(diào)節(jié)的內(nèi)燃機(jī)排氣溫度控制裝置的示意圖。
由附圖可知，本裝置由廢氣溫度傳感器1、廢氣進(jìn)管電磁閥 2、廢氣進(jìn)管 3、廢氣直通管電磁閥 4、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ 5、溫度壓力傳感器Ⅰ 6、工質(zhì)進(jìn)管 7、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ 8、壓力分割閥Ⅰ 9、溫度壓力傳感器Ⅱ 10、噴嘴Ⅰ 11、連通管Ⅰ 12、噴嘴Ⅱ 13、工質(zhì)進(jìn)流量計(jì) 14、狀態(tài)恒定箱 15、廢氣通道 16、狀態(tài)調(diào)節(jié)箱 17、壓力分割閥Ⅱ 18、連通管Ⅱ 19、溫壓調(diào)節(jié)器 20、廢氣直通管 21、工質(zhì)出流量計(jì) 22、廢氣出管電磁閥 23、安全閥 24、工質(zhì)出管電磁閥 25、廢氣出管 26、工質(zhì)出管 27、工質(zhì)罐、泵、控制模塊等組成。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做詳細(xì)闡述：
本實(shí)用新型由廢氣溫度傳感器1、廢氣進(jìn)管電磁閥2、廢氣進(jìn)管3、廢氣直通管電磁閥4、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5、溫度壓力傳感器Ⅰ6、工質(zhì)進(jìn)管7、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8、壓力分割閥Ⅰ9、溫度壓力傳感器Ⅱ10、噴嘴Ⅰ11、連通管Ⅰ12、噴嘴Ⅱ13、工質(zhì)進(jìn)流量計(jì)14、狀態(tài)恒定箱15、廢氣通道16、狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17、壓力分割閥Ⅱ18、連通管Ⅱ19、溫壓調(diào)節(jié)器20、廢氣直通管21、工質(zhì)出流量計(jì)22、廢氣出管電磁閥23、安全閥24、工質(zhì)出管電磁閥25、廢氣出管26、工質(zhì)出管27、工質(zhì)罐、泵、控制模塊等組成。溫壓調(diào)節(jié)器20由溫度壓力傳感器Ⅰ6、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8、壓力分割閥Ⅰ9、溫度壓力傳感器Ⅱ10、噴嘴Ⅰ11、連通管Ⅰ12、噴嘴Ⅱ13、狀態(tài)恒定箱15、廢氣通道16、狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17、壓力分割閥Ⅱ18、連通管Ⅱ19和安全閥24等組成。工質(zhì)罐、泵、工質(zhì)進(jìn)管7、溫壓調(diào)節(jié)器20和工質(zhì)出管27串聯(lián)連接，形成工質(zhì)的閉合回路，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8、壓力分割閥Ⅰ9、壓力分割閥Ⅱ18打開后，連通管Ⅰ12和連通管Ⅱ19將狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17連通，進(jìn)而使得工質(zhì)進(jìn)管7、狀態(tài)恒定箱15、狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17和工質(zhì)出管27相互連通，壓力分割閥Ⅰ9和壓力分割閥Ⅱ18關(guān)閉后能使?fàn)顟B(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17斷開，狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17之間為廢氣通道，狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17的容積構(gòu)成工質(zhì)通道，廢氣通道內(nèi)的廢氣和工質(zhì)通道內(nèi)的工質(zhì)可以通過換熱壁面進(jìn)行換熱。壓力分割閥Ⅰ9、壓力分割閥Ⅱ18關(guān)閉，工質(zhì)出管電磁閥25打開后，工質(zhì)通道內(nèi)的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)可以通過工質(zhì)出管27流向工質(zhì)罐，氣態(tài)工質(zhì)在工質(zhì)罐內(nèi)液化后待用。安全閥24為單向閥，與工質(zhì)出管電磁閥25并聯(lián)，當(dāng)工質(zhì)通道內(nèi)的工質(zhì)壓力達(dá)到某一預(yù)設(shè)的安全上限時(shí)，高壓工質(zhì)頂開安全閥24，流進(jìn)工質(zhì)罐。廢氣進(jìn)管3、廢氣通道16和廢氣出管26之間相互連通，構(gòu)成廢氣的第一線路。廢氣直通管21與廢氣第一線路并聯(lián)，形成廢氣的第二線路。
工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5、工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8和壓力分割閥Ⅰ9打開后，在泵的作用下，以工質(zhì)進(jìn)流量計(jì)14為依據(jù)，定量工質(zhì)由工質(zhì)罐通過工質(zhì)進(jìn)管7、噴嘴Ⅰ11和噴嘴Ⅱ13分別被噴入到狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)，噴嘴Ⅰ11和噴嘴Ⅱ13朝向換熱壁面，這樣能將液態(tài)工質(zhì)噴到換熱壁面上，有利于工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，定量工質(zhì)被噴入到工質(zhì)通道后，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5和工質(zhì)出管電磁閥25會(huì)關(guān)閉，此后工質(zhì)通過換熱壁面吸收廢氣的熱量全部蒸發(fā)，然后經(jīng)過一段定容加熱過程后達(dá)到某一預(yù)設(shè)的目標(biāo)狀態(tài)，此后控制模塊根據(jù)廢氣溫度傳感器的信號(hào)控制廢氣流經(jīng)廢氣第一線路或廢氣第二線路。根據(jù)廢氣溫度傳感器1的信號(hào)，當(dāng)廢氣溫度不處在后處理器要求的高效溫度窗內(nèi)時(shí)，控制模塊控制廢氣進(jìn)管電磁閥2和廢氣出管電磁閥23打開，廢氣直通管電磁閥4關(guān)閉，廢氣通過第一線路流進(jìn)后處理器，廢氣第一線路的作用是調(diào)節(jié)廢氣溫度，盡量使廢氣溫度處于后處理器高效溫度窗，如果流經(jīng)廢氣通道16的廢氣溫度高于蓄熱工質(zhì)的溫度，工質(zhì)會(huì)吸收高溫廢氣的熱量并蓄存；如果流經(jīng)的廢氣溫度低于蓄熱工質(zhì)的溫度時(shí)，工質(zhì)向低溫廢氣傳熱，以此來達(dá)到控制廢氣溫度的目的。如果廢氣溫度滿足后處理器的要求，控制模塊控制廢氣進(jìn)管電磁閥2和廢氣出管電磁閥23關(guān)閉，廢氣直通管電磁閥4打開，廢氣流經(jīng)廢氣直通管21經(jīng)廢氣第二線路直接流進(jìn)后處理器。
所選用泵的出口壓力最高為10bar，所以只有當(dāng)工質(zhì)通道的壓力低于10bar時(shí)，低溫液態(tài)工質(zhì)才可能被充入到工質(zhì)通道，但工質(zhì)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)后其壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于10bar，所以欲往工質(zhì)通道內(nèi)充入低溫液態(tài)工質(zhì)，必須先將工質(zhì)通道泄壓至低于10bar。如果配備大功率，大出口壓力的泵，勢(shì)必會(huì)增加電能消耗，這與我們最初余能回收利用的節(jié)能目標(biāo)是矛盾的，甚至?xí)黾幽芰肯模?/p>
本實(shí)用新型的創(chuàng)新點(diǎn)為溫壓調(diào)節(jié)器20，它的作用是通過分段式的壓力溫度調(diào)節(jié)方式來穩(wěn)定工質(zhì)通道內(nèi)工質(zhì)的溫度和壓力，使工質(zhì)基本保持在預(yù)設(shè)的目標(biāo)狀態(tài)附近，并且在溫壓調(diào)節(jié)過程中，狀態(tài)恒定箱15始終保持高溫高壓，即始終保持著加熱低溫廢氣的作用，利用低壓泵即可實(shí)現(xiàn)高壓蓄熱。定量工質(zhì)被噴入到溫壓調(diào)節(jié)器20并經(jīng)過一段定容加熱后會(huì)達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)狀態(tài)，此后工質(zhì)仍會(huì)與持續(xù)經(jīng)過廢氣通道16的廢氣換熱，可能吸熱，也可能放熱，所以工質(zhì)的狀態(tài)會(huì)以目標(biāo)狀態(tài)為中心上下波動(dòng)，當(dāng)控制模塊通過溫度壓力傳感器Ⅰ6和溫度壓力傳感器Ⅱ10檢測(cè)到工質(zhì)通道內(nèi)工質(zhì)的壓力和溫度超過某一上限時(shí)(例如預(yù)設(shè)目標(biāo)狀態(tài)溫度壓力值的1.1倍)，控制模塊控制壓力分割閥Ⅰ9和壓力分割閥Ⅱ18關(guān)閉(此時(shí)工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5和工質(zhì)出管電磁閥25是關(guān)閉的，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8是打開的)，將狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17與狀態(tài)恒定箱15斷開，狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17成為了一個(gè)孤立的工質(zhì)通道，此時(shí)打開工質(zhì)出管電磁閥25，狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)快速由工質(zhì)出管27排向工質(zhì)罐并液化，狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)的壓力將在很短的時(shí)間內(nèi)下降到低于10bar(但狀態(tài)恒定箱15內(nèi)的工質(zhì)仍處在高溫高壓的狀態(tài))，此過程排出工質(zhì)的質(zhì)量記為M排，M排可通過流量計(jì)22獲得，然后關(guān)閉工質(zhì)出管電磁閥25和工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8，打開工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5和壓力分割閥Ⅰ9，在所選用泵的作用下低溫液態(tài)工質(zhì)流經(jīng)工質(zhì)進(jìn)管7、壓力分割閥Ⅰ9和噴嘴Ⅱ13被充入到狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17，以工質(zhì)進(jìn)流量計(jì)14為根據(jù)，使工質(zhì)充入量M充等于M排，然后關(guān)閉工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5，打開工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8和壓力分割閥Ⅱ18，狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17重新連通，此時(shí)狀態(tài)恒定箱15內(nèi)的工質(zhì)壓力溫度高于狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)的，由于壓差和溫差的存在，狀態(tài)恒定箱15的高溫高壓工質(zhì)氣體將流向狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17進(jìn)行熱交換，狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)新加入的低溫液態(tài)工質(zhì)吸熱后蒸發(fā)，經(jīng)過一段時(shí)間之后狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17內(nèi)的壓力溫度將達(dá)到平衡，因?yàn)槔錈峁べ|(zhì)的交換使得工質(zhì)的能量減少(認(rèn)為充放過程中溫壓控制器20內(nèi)工質(zhì)的吸熱量Q吸小于工質(zhì)充放過程排出的熱量Q排，Q排＝M充c(T排-T充)＝M排c(T排-T充)，T充為充入的低溫液態(tài)工質(zhì)的溫度，T排為排出的高溫工質(zhì)的溫度，c為工質(zhì)的比熱容)，所以平衡后的壓力溫度值會(huì)低于工質(zhì) 充放之前的值。如果Q吸大于Q排，即狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17的降壓降溫能力不足，可以并聯(lián)一個(gè)狀態(tài)調(diào)節(jié)箱以增強(qiáng)降壓降溫能力。
如果不利用分段式的壓力調(diào)節(jié)，只是通過打開工質(zhì)出管電磁閥25將溫壓調(diào)節(jié)器20內(nèi)所有工質(zhì)的壓力降至10bar后再充入低溫液態(tài)工質(zhì)，則會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問題。其一，工質(zhì)充放持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，壓力溫度調(diào)節(jié)速度慢。可能在充放過程還沒結(jié)束時(shí)內(nèi)燃機(jī)就變?yōu)榈∷倩蛐∝?fù)荷即廢氣溫度就變低了，這將不能滿足工況瞬變的車用內(nèi)燃機(jī)的需求；其二，工質(zhì)充放過程熱量損失大，溫壓調(diào)節(jié)器將失去加熱低溫廢氣的能力。欲將全部工質(zhì)的壓力降到10bar，高溫工質(zhì)放出量將會(huì)達(dá)到一半以上，熱量損失大，失去了加熱低溫廢氣的能力。
利用分段式的壓力調(diào)節(jié)方式來調(diào)節(jié)工質(zhì)通道內(nèi)的壓力和溫度便可解決以上問題，狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17的容積小，工質(zhì)充放時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)“快放、快充”；并且充放過程工質(zhì)交換量小，熱量散失不會(huì)過大，狀態(tài)恒定箱15內(nèi)仍保留著高溫高壓的工質(zhì)，即使工況突然變到怠速或小負(fù)荷，即廢氣溫度突然降低，裝置仍具有較強(qiáng)的加熱低溫廢氣的能力，這對(duì)于工況瞬變的車用內(nèi)燃機(jī)來說至關(guān)重要。
本實(shí)用新型的具體工作模式描述如下(以SCR后處理系統(tǒng)為例)：
模式一：即溫壓調(diào)節(jié)器20內(nèi)工質(zhì)目標(biāo)狀態(tài)建立的過程。內(nèi)燃機(jī)開始運(yùn)行后，所述裝置要首先經(jīng)過一個(gè)工質(zhì)吸熱，并達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)狀態(tài)的過程，所設(shè)的目標(biāo)狀態(tài)可以根據(jù)后處理裝置要求的高效溫度、所選工質(zhì)的臨界壓力而定，以SCR后處理系統(tǒng)，工質(zhì)為R123為例(SCR后處理系統(tǒng)的高效廢氣溫度窗為220℃--280℃)，工質(zhì)的目標(biāo)狀態(tài)可預(yù)設(shè)為250℃，37bar。此過程時(shí)，廢氣進(jìn)管電磁閥2和廢氣出管電磁閥23打開，廢氣直通管電磁閥4關(guān)閉，廢氣流經(jīng)如上所述的第一線路，工質(zhì)被充入到狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17后，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5和工質(zhì)出管電磁閥25關(guān)閉，工質(zhì)充入量以工質(zhì)進(jìn)流量計(jì)14為依據(jù)，質(zhì)量為M1(M1＝ρ目標(biāo)V，ρ目標(biāo)為工質(zhì)在預(yù)設(shè)目標(biāo)狀態(tài)時(shí)的密度，V為工質(zhì)通道的容積)。工質(zhì)吸收廢氣的熱量升溫后蒸發(fā)，待液態(tài)工質(zhì)全部汽化后，進(jìn)入定容加熱過程，因?yàn)棣?sub>目標(biāo)為工質(zhì)在預(yù)設(shè)目標(biāo)狀態(tài)時(shí)的密度，所以理想情況下，當(dāng)溫度達(dá)到250℃時(shí)，壓力則為37bar。工質(zhì)溫度達(dá)到250℃時(shí)，控制模塊將采集到的工質(zhì)實(shí)際壓力與37bar比較，如果大于37bar，控制模塊打開工質(zhì)出管電磁閥25泄壓至37bar,如果小于37bar，說明工質(zhì)的量不夠，需再加入部分工質(zhì)，但此時(shí)工質(zhì)壓力過高，泵的出口壓力達(dá)不到，所以需要將狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17的壓力降至10bar以下后再充入部分工質(zhì)，且使充入量大于放出量，此時(shí)，控制模塊控制壓力分割閥Ⅰ9和壓力分割閥Ⅱ18關(guān)閉，工質(zhì)出管電磁閥25打開，放出少部分工質(zhì)，質(zhì)量M0，然后工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8和工質(zhì)出管電磁閥25關(guān)閉，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5和壓力分割閥Ⅰ9打開，充入部分工質(zhì)，質(zhì)量大于M0，然后工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅰ5關(guān)閉，工質(zhì)進(jìn)電磁閥Ⅱ8和壓力分割閥Ⅱ18打開，狀態(tài)恒定箱15和狀態(tài)調(diào)節(jié)箱17重新連通，待工質(zhì)溫度達(dá)到250℃時(shí)，控制模塊采集工質(zhì)通道的實(shí)際壓力，將采集到的實(shí)際壓力與37bar比較，如此往復(fù)，直到工質(zhì)達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)。裝置的最大蓄熱量即工質(zhì)通道最大容積也即工質(zhì)存儲(chǔ)量可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的常用廢氣熱狀態(tài)和溫壓調(diào)節(jié)器20的總傳熱系數(shù)來設(shè)計(jì)，如果內(nèi)燃機(jī)平均小負(fù)荷運(yùn)行(此工況廢氣溫度低)的時(shí)間較長(zhǎng)，廢氣質(zhì)量流量較大，則選用較大容積的工質(zhì)通道，以保證該裝置有足夠的溫度調(diào)節(jié)能力。內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行幾分鐘后工質(zhì)的目標(biāo)狀態(tài)便可達(dá)到，然后控制模塊根據(jù)廢氣溫度傳感器1所反饋的廢氣溫度，控制該裝置轉(zhuǎn)向下面某個(gè)工作模式。
模式二：工質(zhì)放熱過程，即工質(zhì)加熱低溫廢氣的過程。工質(zhì)的目標(biāo)狀態(tài)達(dá)到后，如果廢氣溫度傳感器1檢測(cè)到廢氣溫度低于220℃，控制模塊控制廢氣進(jìn)管電磁閥2和廢氣出管電 磁閥23打開，廢氣直通管電磁閥4關(guān)閉，廢氣經(jīng)第一線路吸熱升溫后流向后處理器。
模式三：工質(zhì)吸熱過程，即工質(zhì)冷卻高溫廢氣的過程。如果廢氣溫度傳感器1檢測(cè)到廢氣溫度高于280℃，廢氣進(jìn)管電磁閥2和廢氣出管電磁閥23打開，廢氣直通管電磁閥4關(guān)閉，廢氣流經(jīng)第一線路。此時(shí)工質(zhì)的狀態(tài)有兩種可能，其一，工質(zhì)低于目標(biāo)狀態(tài)，這是由在“模式二”中工質(zhì)被低溫廢氣吸熱所致，此時(shí)工質(zhì)對(duì)高溫廢氣有較好的冷卻作用，并且也是積蓄熱量的過程；其二，工質(zhì)處在或高于預(yù)設(shè)目標(biāo)狀態(tài)，這是由內(nèi)燃機(jī)持續(xù)高負(fù)荷運(yùn)行，廢氣持續(xù)高溫所致，此種情況下工質(zhì)持續(xù)吸熱后壓力溫度將會(huì)超過控制模塊內(nèi)預(yù)設(shè)的上限值，此時(shí)便需要通過溫壓調(diào)節(jié)器20按上文提到的分段式壓力溫度調(diào)節(jié)方法來調(diào)節(jié)工質(zhì)的壓力和溫度，使其始終保持在目標(biāo)狀態(tài)附近，此種情況下，工質(zhì)對(duì)高溫廢氣也具有一定的冷卻作用。安全閥24是單向閥，與工質(zhì)出管電磁閥25并聯(lián)，當(dāng)工質(zhì)通道壓力超過某一安全上限時(shí)，工質(zhì)將由狀態(tài)恒定箱15通過安全閥24流出以泄壓。
模式四：即廢氣直通過程，如果廢氣溫度傳感器1檢測(cè)到廢氣溫度在220℃至280℃之間，即滿足后處理器的溫度要求，控制模塊控制廢氣進(jìn)管電磁閥2和廢氣出管電磁閥23關(guān)閉，廢氣直通管電磁閥4打開，廢氣經(jīng)廢氣直通管21直接流進(jìn)后處理器。
內(nèi)燃機(jī)開始運(yùn)行后，所述裝置首先按模式一運(yùn)行，待工質(zhì)達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)狀態(tài)后，控制模塊根據(jù)廢氣溫度傳感器1的信號(hào)控制該裝置運(yùn)行在其他三個(gè)模式下，從而將車用內(nèi)燃機(jī)高起伏、瞬變的廢氣溫度控制在后處理器所要求的高效溫度窗內(nèi)。
為了敘述方便，附圖1中溫壓調(diào)節(jié)器20只畫出了兩個(gè)工質(zhì)通道和一個(gè)廢氣通道，但在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程中，可以根據(jù)具體廢氣熱狀態(tài)以附圖1所示溫壓調(diào)節(jié)器為最小單元進(jìn)行多個(gè)并聯(lián)，以加強(qiáng)該裝置的溫度調(diào)節(jié)能力；廢氣和工質(zhì)也可采用逆流的方式；為避免模糊本實(shí)用新型的重點(diǎn)，本實(shí)用新型只對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作示意說明，所述的各管件及溫壓調(diào)節(jié)器20等部件可以有不同的具體實(shí)現(xiàn)形式，例如采用具體的零部件或材料，只要不違背中心思想即可。