CN106224086B - 混合动力汽车发动机废热余热再利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，包括尾气热能收集转化装置、气动辅助制动装置、气动发电装置、用于储存尾气热能收集转化装置处理后的气体并将该气体分别输送给气动辅助制动装置和气动发电装置的储气装置、用于对气动辅助制动装置和气动发电装置排出的气体进行冷却并将冷却后的气体输送给尾气热能收集转化装置的散热装置，尾气热能收集转化装置、储气装置、气动发电装置、气动辅助制动装置、散热装置之间通过管道组件连接形成循环回路。可有效利用尾排气管中废气的热能，将之转化为电能为蓄电池供电并能够在紧急情况下辅助车轮防抱死制动系统进行制动，避免意外事故的发生，同时还可实现尾气处理及降噪，减少环境污染。

Description

混合动力汽车发动机废热余热再利用系统

技术领域

本发明涉及汽车发动机尾气再利用技术领域，特别涉及一种混合动力汽车发动机废热余热再利用系统。

背景技术

混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。通常所说的混合动力汽车，一般是指油电混合动力汽车，即采用传动的内燃机和电动机作为动力源，使其既有燃料发动机动力性好、反应快和工作时间长的优点，又有电动机无污染和低噪声的好处，达到了发动机和电动机的最佳匹配。现有的油电混合动力汽车，由于发动机在工作过程中热效率过低，在燃料总能量中，仅有25﹪～40﹪的热量被利用起来转化为了有效功，其余60﹪～75﹪都损失掉了。这些损失的热量主要由废气带走，其次传给冷却液，以及燃料不完全燃烧及其它形式的热量损失。

因此如何能够将废气及传递给冷却液的热量利用起来，使混合动力汽车在更多工况下使用电力单独驱动的形式，从而节约燃油，提高燃油经济性，并降低排放，是目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，能够有效利用混合动力汽车发动机尾排气管中废气的热能，将之转化为电能为蓄电池供电并能够在紧急情况下辅助车轮防抱死制动系统(ABS系统)进行制动，避免意外事故的发生，同时还可实现尾气处理及降噪，减少环境污染。

本发明的混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，包括用于对排气管排放的尾气进行收集和处理的尾气热能收集转化装置、气动辅助制动装置、气动发电装置、用于储存尾气热能收集转化装置处理后的气体并将该气体分别输送给气动辅助制动装置和气动发电装置的储气装置、用于对气动辅助制动装置和气动发电装置排出的气体进行冷却并将冷却后的气体输送给尾气热能收集转化装置的散热装置，所述尾气热能收集转化装置、储气装置、气动发电装置、气动辅助制动装置、散热装置之间通过管道组件连接形成循环回路。

进一步，所述尾气热能收集转化装置为催化吸热器，该催化吸热器内沿轴向设置有多个尾气净化管，所述催化吸热器轴向两端分别设有尾气进气口和尾气排气口，催化吸热器径向两侧分别设置有用于与储气装置相连的出气管和用于与散热装置相连的进气管。

进一步，所述尾气净化管内壁附着有三元催化剂层，且尾气净化管内填充有冷却剂。

进一步，所述储气装置包括储气罐和换向阀，所述储气罐的进气端通过管道I与催化吸热器的出气管连通，储气罐的出气端通过管道II与换向阀的进气端连通，所述换向阀的出气端分别与气动发电装置和气动辅助制动装置的进气端相连，气动发电装置和气动辅助制动装置的出气端与散热装置相连。

进一步，所述气动发电装置包括定盘、动盘、螺旋喷管、发电机，所述定盘内设有用于安装动盘的安装腔，所述动盘可转动的设置在定盘的安装腔内，所述螺旋喷管设置在动盘的一轴向端面上，动盘的另一轴向端面通过传动轴与发电机相连，所述螺旋喷管的进口端垂直于动盘且外伸出定盘通过管道III与换向阀的出气端I连通，螺旋喷管的出口端位于动盘边缘且与动盘边缘相切，所述定盘外壁设置有与安装腔连通的气体出口，所述气体出口通过管道IV与散热装置相连。

进一步，所述定盘和动盘同轴设置，所述螺旋喷管的进口端位于动盘中心，且螺旋喷管进口端的轴线与动盘的轴线重合。

进一步，所述螺旋喷管与动盘焊接固定或一体成型。

进一步，所述气动辅助制动装置包括用于控制制动踏板工作的双作用气缸，所述双作用气缸的进气端通过管道V与换向阀的出气端II连通，双作用气缸的出气端通过管道VI与散热装置相连，所述双作用气缸的活塞杆与制动踏板连接。

进一步，所述散热装置包括散热管、设置在散热管外壁上的散热片以及减压阀，所述散热管的进口端分别与气动发电装置和气动辅助制动装置的出气端连通，散热管的出口端通过管道VII与催化吸热器的进气管连通，所述减压阀设置在管道VII上。

进一步，所述散热管为蛇形散热管，所述散热片为多个，多个散热片沿横向呈格栅状分布于蛇形散热管一侧外壁。

本发明的有益效果：本发明的混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，通过设置尾气热能收集转化装置、储气装置、气动发电装置、气动辅助制动装置，使混合动力汽车发动机排气管排出的尾气能够先经尾气热能收集转化装置进行收集、转换和处理后，再进入储气装置中，进入储气装置中的一分部气体直接输送向气动发电装置，利用气体的压力推动气动发电装置进行发电，并将电能储蓄在汽车的蓄电池中供整车空调系统、照明系统等设备以及汽车在依靠蓄电池行驶时的用电需求；而进入储气装置中的另一分部气体蓄压储存在储气装置中，当车轮防抱死制动系统(ABS系统)因其蓄压器蓄压不够而需要人为使用较大的制动力制动时，通过相应传感器检测到这一信号后传递给汽车的ECU(电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”)，ECU接收到信号后控制储气装置的换向阀打开，使储气装置中蓄压储存的气体输送向气动辅助制动装置，利用气动辅助制动装置的双作用气缸推动制动踏板工作以代替人踩踏板的行为，从而避免在紧急情况下人为制动力不足而导致制动不及时，发生意外事故，提高安全性能。通过设置散热装置，使供气动发电装置和气动辅助制动装置使用后的气体，可通过散热装置进行散热降温后再次进入尾气热能收集转化装置中，实现气体循环利用，提高尾气利用率，提高燃油经济性，并降低排放。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明尾气热能收集转化装置的结构示意图；

图3为图2的局部剖视图；

图4为本发明气动发电装置的结构示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为本发明气动辅助制动装置的结构示意图；

图7为本发明散热装置的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明尾气热能收集转化装置的结构示意图，图3为图2的局部剖视图，图4为本发明气动发电装置的结构示意图，图5为图4的剖视图，图6为本发明气动辅助制动装置的结构示意图，图7为本发明散热装置的结构示意图，如图所示：本实施例的混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，包括用于对排气管排放的尾气进行收集和处理的尾气热能收集转化装置、气动辅助制动装置、气动发电装置、用于储存尾气热能收集转化装置处理后的气体并将该气体分别输送给气动辅助制动装置和气动发电装置的储气装置、用于对气动辅助制动装置和气动发电装置排出的气体进行冷却并将冷却后的气体输送给尾气热能收集转化装置的散热装置，所述尾气热能收集转化装置、储气装置、气动发电装置、气动辅助制动装置、散热装置之间通过管道组件连接形成循环回路，使混合动力汽车发动机排气管排出的尾气能够先经尾气热能收集转化装置进行收集、转换和处理后，再进入储气装置中，进入储气装置中的一分部气体直接输送向气动发电装置，利用气体的压力推动气动发电装置进行发电，并将电能储蓄在汽车的蓄电池中供整车空调系统、照明系统等设备以及汽车在依靠蓄电池行驶时的用电需求，而进入储气装置中的另一分部气体蓄压储存在储气装置中，当车轮防抱死制动系统(ABS系统)因其蓄压器蓄压不够而需要人为使用较大的制动力制动时，通过相应传感器检测到这一信号后传递给汽车的ECU(电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”)，ECU接收到信号后控制储气装置中蓄压储存的气体输送向气动辅助制动装置，利用气动辅助制动装置控制制动踏板工作以代替人踩踏板的行为，从而避免在紧急情况下人为制动力不足而导致制动不及时，发生意外事故，提高安全性能，并且供气动发电装置和气动辅助制动装置使用后的气体，可通过散热装置进行散热降温后再次进入尾气热能收集转化装置中，实现气体循环利用。

本实施例中，所述尾气热能收集转化装置为催化吸热器1，该催化吸热器1内沿轴向设置有多个尾气净化管11，本实施例的多个尾气净化管11呈蜂窝状分布，使其不仅具有足够大的反应区域面积，延长反应时间，而且可降低噪音，从而使得尾气中的热量得到有效利用；所述催化吸热器1轴向两端分别设有尾气进气口12和尾气排气口13，本实施例的尾气进气口12用于与排气管相连，尾气排气口13用于与消声器等下游排气系统连接；催化吸热器1径向两侧分别设置有用于与储气装置相连的出气管14和用于与散热装置相连的进气管15，使经尾气热能收集转化装置进行收集、转换和处理后的气体，能够通过出气管14进入储气装置中，而供气动发电装置和气动辅助制动装置使用后的气体，可通过散热装置散热降温后由进气管15再次进入尾气热能收集转化装置中，实现气体循环利用，提高尾气利用率。

本实施例中，所述尾气净化管11内壁附着有三元催化剂层11a，且尾气净化管11内填充有冷却剂，使尾气通过时，首先与三元催化剂反应，减少尾气中有害成分的含量，同时反应过程中尾气热量被冷却剂吸收，从而使得尾气中的热量得到有效利用。由于尾气温度大约为700～800度，在怠速工况下仍有400度，本实施例的冷却剂采用R410A，其具有高温挥发、低温液化的特性，可利用热能使其完成液-气转换，更加便于使用。

本实施例中，所述储气装置包括储气罐21和换向阀22，所述储气罐21的进气端通过管道I31与催化吸热器1的出气管14连通，储气罐21的出气端通过管道II32与换向阀22的进气端连通，所述换向阀22的出气端分别与气动发电装置和气动辅助制动装置的进气端相连，气动发电装置和气动辅助制动装置的出气端与散热装置相连，本实施例的换向阀22与气动发电装置处于常开状态，换向阀22与气动辅助制动装置处于常闭状态，这样使进入储气罐21中的一分部气体直接输送向气动发电装置，利用气体的压力推动气动发电装置进行发电，并将电能储蓄在汽车的蓄电池中供整车空调系统、照明系统等设备以及汽车在依靠蓄电池行驶时的用电需求；而进入储气罐21中的另一分部气体蓄压储存在储气罐21中，当车轮防抱死制动系统(ABS系统)因其蓄压器蓄压不够而需要人为使用较大的制动力制动时，通过相应传感器检测到这一信号后传递给汽车的ECU(电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”)，ECU接收到信号后控制换向阀22打开，使储气罐21中蓄压储存的气体输送向气动辅助制动装置，利用气动辅助制动装置控制制动踏板工作以代替人踩踏板的行为，从而避免在紧急情况下人为制动力不足而导致制动不及时，发生意外事故，提高安全性能。

本实施例中，所述气动发电装置包括定盘41、动盘42、螺旋喷管43、发电机44，所述定盘41内设有用于安装动盘的安装腔，所述动盘42可转动的设置在定盘41的安装腔内，所述螺旋喷管43设置在动盘42的一轴向端面上，动盘42的另一轴向端面通过传动轴45与发电机44相连，所述螺旋喷管43的进口端垂直于动盘42且外伸出定盘41通过管道III33与换向阀22的出气端I连通，螺旋喷管43的出口端位于动盘42边缘且与动盘42边缘相切，所述定盘41外壁设置有与安装腔连通的气体出口41a，所述气体出口41a通过管道IV34与散热装置相连，本实施例的定盘41口端设置有端盖，使动盘42能够在定盘41内转动的同时保证两盘之间具有良好的气密性，螺旋喷管43的进口端外伸出端盖，使用时，储气罐21输出的高压气体由换向阀22的出气端I经管道III33进入螺旋喷管43，螺旋喷管43中的气体由其出口端沿动盘42边缘切线方向喷出，利用反冲力使螺旋喷管43带动动盘42旋转，通过动盘42旋转带动传动轴45转动，从而使传动轴45将动力传递给发电机44进行发电，发电机44将电能储蓄在汽车的蓄电池中供整车空调系统、照明系统等设备以及汽车在依靠蓄电池行驶时的用电需求；而使用后的气体可通过定盘41上的气体出口41a经管道IV34进入散热装置，通过散热装置进行散热降温后循环使用。

本实施例中，所述定盘41和动盘42同轴设置，保证运动的稳定性，提高传动效率；所述螺旋喷管43的进口端位于动盘42中心，且螺旋喷管43进口端的轴线与动盘42的轴线重合，以便于进气，保证气体能够稳定输入。

本实施例中，所述螺旋喷管43与动盘42焊接固定或一体成型，结构简单，方便加工制作，通过螺旋喷管43带动动盘42转动。

本实施例中，所述气动辅助制动装置包括用于控制制动踏板6工作的双作用气缸5，所述双作用气缸5的进气端通过管道V35与换向阀22的出气端II连通，双作用气缸5的出气端通过管道VI36与散热装置相连，所述双作用气缸5的活塞杆51与制动踏板6连接，当汽车上设置的相应传感器检测到车轮防抱死制动系统(ABS系统)蓄压器压力不够时，通过传感器将信号传递给汽车的ECU(电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”)，ECU接收到信号后控制换向阀22打开，使储气罐21中蓄压储存的气体输送向双作用气缸5，双作用气缸5的活塞杆51迅速推出，利用杠杆原理推动制动踏板6工作以代替人踩踏板的行为，从而避免在紧急情况下人为制动力不足而导致制动不及时，发生意外事故，提高安全性能。

本实施例中，所述散热装置包括散热管71、设置在散热管71外壁上的散热片72以及减压阀73，所述散热管71的进口端分别与气动发电装置和气动辅助制动装置的出气端连通，散热管71的出口端通过管道VII37与催化吸热器1的进气管15连通，所述减压阀73设置在管道VII37上，使定盘41的气体出口41a和双作用气缸5的出气端排出的气体能够进入散热管71内，通过散热管71和散热片72进行快速降温，并通过减压阀73使气体压力下降，最终再由管道VII37进入催化吸热器1中，使尾气净化管11中的冷却剂R410A由气态转换为液态进入下一个循环工况。

本实施例中，所述散热管71为蛇形散热管，以增加气体流动路径，提高散热效果，所述散热片72为多个，多个散热片72沿横向呈格栅状分布于蛇形散热管一侧外壁，本实施例的散热片72固定于散热管71外壁上，散热片72固定于汽车前部，使汽车行驶时，可通过空气加速流动加快散热速度，进一步提高散热效果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，其特征在于：包括用于对排气管排放的尾气进行收集和处理的尾气热能收集转化装置、气动辅助制动装置、气动发电装置、用于储存尾气热能收集转化装置处理后的气体并将该气体分别输送给气动辅助制动装置和气动发电装置的储气装置、用于对气动辅助制动装置和气动发电装置排出的气体进行冷却并将冷却后的气体输送给尾气热能收集转化装置的散热装置，所述尾气热能收集转化装置、储气装置、气动发电装置、气动辅助制动装置、散热装置之间通过管道组件连接形成循环回路；所述尾气热能收集转化装置为催化吸热器，该催化吸热器内沿轴向设置有多个尾气净化管，所述催化吸热器轴向两端分别设有尾气进气口和尾气排气口，催化吸热器径向两侧分别设置有用于与储气装置相连的出气管和用于与散热装置相连的进气管，所述尾气净化管内壁附着有三元催化剂层，且尾气净化管内填充有冷却剂；所述储气装置包括储气罐和换向阀，所述储气罐的进气端通过管道I与催化吸热器的出气管连通，储气罐的出气端通过管道II与换向阀的进气端连通，所述换向阀的出气端分别与气动发电装置和气动辅助制动装置的进气端相连，气动发电装置和气动辅助制动装置的出气端与散热装置相连；所述气动发电装置包括定盘、动盘、螺旋喷管、发电机，所述定盘内设有用于安装动盘的安装腔，所述动盘可转动的设置在定盘的安装腔内，所述螺旋喷管设置在动盘的一轴向端面上，动盘的另一轴向端面通过传动轴与发电机相连，所述螺旋喷管的进口端垂直于动盘且外伸出定盘通过管道III与换向阀的出气端I连通，螺旋喷管的出口端位于动盘边缘且与动盘边缘相切，所述定盘外壁设置有与安装腔连通的气体出口，所述气体出口通过管道IV与散热装置相连。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，其特征在于：所述定盘和动盘同轴设置，所述螺旋喷管的进口端位于动盘中心，且螺旋喷管进口端的轴线与动盘的轴线重合。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，其特征在于：所述螺旋喷管与动盘焊接固定或一体成型。

4.根据权利要求1所述的混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，其特征在于：所述气动辅助制动装置包括用于控制制动踏板工作的双作用气缸，所述双作用气缸的进气端通过管道V与换向阀的出气端II连通，双作用气缸的出气端通过管道VI与散热装置相连，所述双作用气缸的活塞杆与制动踏板连接。

5.根据权利要求1所述的混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，其特征在于：所述散热装置包括散热管、设置在散热管外壁上的散热片以及减压阀，所述散热管的进口端分别与气动发电装置和气动辅助制动装置的出气端连通，散热管的出口端通过管道VII与催化吸热器的进气管连通，所述减压阀设置在管道VII上。

6.根据权利要求5所述的混合动力汽车发动机废热余热再利用系统，其特征在于：所述散热管为蛇形散热管，所述散热片为多个，多个散热片沿横向呈格栅状分布于蛇形散热管一侧外壁。