汽車發(fā)動機(jī)能量回收系統(tǒng)及回收方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種汽車發(fā)動機(jī)能量回收系統(tǒng)及回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車發(fā)動機(jī)在燃燒燃油的過程中，通常有20%?30%的能量被冷卻系統(tǒng)帶走，另有約30%的能量被排氣帶走，最終只有40%?50%的能量被用來驅(qū)動汽車；因此，回收發(fā)動機(jī)余熱(即能量)對提升汽車發(fā)動機(jī)燃油能量利用率有著重要意義。
[0003]汽車剛啟動的時(shí)候，冷卻系統(tǒng)的溫度較低，而且為降低排放，需加快催化器起燃，此時(shí)可以利用的余熱較少。當(dāng)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)達(dá)到工作溫度后，冷卻系統(tǒng)需要帶走缸體、缸蓋的多余熱量，同時(shí)排氣系統(tǒng)帶走了燃燒后的高溫高壓廢氣的熱量，這些熱量最終流向了大氣，被無形的浪費(fèi)了。
[0004]CN104500159A公開了一種發(fā)動機(jī)能量綜合利用系統(tǒng)及控制方法，其采用有機(jī)工質(zhì)(即冷卻劑)，利用冷卻系統(tǒng)的冷卻回路，外加蒸發(fā)器、膨脹機(jī)和動力耦合裝置，將發(fā)動機(jī)能量轉(zhuǎn)換為膨脹機(jī)的軸功，該軸功與發(fā)動機(jī)曲軸軸功耦合，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)能量的綜合利用。但是，其仍然存在如下問題:(1)系統(tǒng)利用了冷卻系統(tǒng)的冷卻回路，如果出現(xiàn)問題，會直接影響發(fā)動機(jī)的冷卻效果；(2)在只有冷卻回路工作時(shí)，有機(jī)工質(zhì)不經(jīng)過蒸發(fā)器、膨脹機(jī)，而是直接進(jìn)入冷凝器，在這個(gè)過程中，冷卻系統(tǒng)的余熱不能被回收利用，而被浪費(fèi)掉了 ；(3)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制方法繁瑣，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種汽車發(fā)動機(jī)能量回收系統(tǒng)及回收方法，以充分回收冷卻系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)的多余熱量，提高燃油能量利用率，同時(shí)避免影響發(fā)動機(jī)的正常冷卻。
[0006]本發(fā)明所述的汽車發(fā)動機(jī)能量回收系統(tǒng)，包括電控栗、蒸汽透平、冷凝器和儲液罐，還包括控制器、限壓閥、能量回收機(jī)構(gòu)、安裝在冷卻系統(tǒng)中的第一熱交換器(用于吸收冷卻系統(tǒng)中的熱量，并用來加熱工作介質(zhì))、安裝在冷卻系統(tǒng)中的冷卻液溫度傳感器、安裝在排氣系統(tǒng)中的第二熱交換器(用于吸收排氣系統(tǒng)中的排氣熱量，并用來加熱工作介質(zhì))和安裝在第二熱交換器內(nèi)的工作介質(zhì)溫度傳感器；所述冷卻液溫度傳感器、工作介質(zhì)溫度傳感器分別與控制器的兩個(gè)輸入端口電連接，控制器的輸出端口與電控栗電連接，所述能量回收機(jī)構(gòu)安裝在蒸汽透平的輸出軸上，所述儲液罐的出液口與電控栗的進(jìn)液口連通，電控栗的出液口與第一熱交換器的進(jìn)液口連通，第一熱交換器的出液口與第二熱交換器的進(jìn)口連通，第二熱交換器的出口與限壓閥的進(jìn)口連通，限壓閥的出口與蒸汽透平的進(jìn)口連通，蒸汽透平的出口與冷凝器的進(jìn)口連通，冷凝器的出口與儲液罐的進(jìn)液口連通，儲液罐、電控栗、第一熱交換器、第二熱交換器、限壓閥、蒸汽透平和冷凝器形成了工作介質(zhì)的循環(huán)流動通道。工作介質(zhì)從儲液罐流出，依次經(jīng)電控栗、第一熱交換器、第二熱交換器、限壓閥、蒸汽透平、冷凝器后再流回儲液罐，從而形成循環(huán)流動，回收發(fā)動機(jī)能量。
[0007]所述控制器集成安裝在電控栗上。
[0008]所述冷凝器安裝在發(fā)動機(jī)艙的風(fēng)扇與格柵之間。
[0009]所述能量回收機(jī)構(gòu)為發(fā)電機(jī)或者壓縮機(jī)。
[0010]采用上述能量回收系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)動機(jī)能量回收的方法為:
冷卻液溫度傳感器檢測冷卻系統(tǒng)中冷卻液的溫度并將其送入控制器內(nèi)判斷，工作介質(zhì)溫度傳感器檢測工作介質(zhì)的溫度并將其送入控制器內(nèi)判斷，控制器根據(jù)冷卻液的溫度和工作介質(zhì)的溫度對電控栗的轉(zhuǎn)動進(jìn)行控制，電控栗轉(zhuǎn)動并抽取儲液罐中的工作介質(zhì)進(jìn)入第一熱交換器中，進(jìn)行加熱，工作介質(zhì)吸收冷卻系統(tǒng)的熱量，溫度升高，然后再進(jìn)入第二熱交換器中，進(jìn)行加熱，工作介質(zhì)吸收排氣熱量，并由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)的工作介質(zhì)進(jìn)入限壓閥，限壓閥使氣態(tài)的工作介質(zhì)以恒定的壓力推動蒸汽透平旋轉(zhuǎn)(即氣態(tài)的工作介質(zhì)對蒸汽透平做功)，蒸汽透平帶動能量回收機(jī)構(gòu)回收能量，做功后的氣態(tài)的工作介質(zhì)進(jìn)入冷凝器中冷凝，轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的工作介質(zhì)，然后流回儲液罐中。
[0011]控制器根據(jù)冷卻液的溫度和工作介質(zhì)的溫度對電控栗的轉(zhuǎn)動進(jìn)行控制的過程為:
當(dāng)冷卻液的溫度小于設(shè)定溫度時(shí)(相當(dāng)于冷卻液的溫度未達(dá)到設(shè)定溫度時(shí))，電控栗的轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速，設(shè)定溫度與額定轉(zhuǎn)速都由控制器預(yù)先設(shè)定，電控栗的轉(zhuǎn)速大小由控制器根據(jù)工作介質(zhì)的溫度實(shí)時(shí)控制，在發(fā)動機(jī)冷啟動時(shí)，工作介質(zhì)的溫度最低，電控栗不轉(zhuǎn)動，在工作介質(zhì)的溫度較低時(shí)，電控栗的轉(zhuǎn)速較小，如果工作介質(zhì)的溫度升高，則電控栗的轉(zhuǎn)速增加，如果工作介質(zhì)的溫度降低，則電控栗的轉(zhuǎn)速減?。?br> 當(dāng)冷卻液的溫度大于或者等于設(shè)定溫度時(shí)(相當(dāng)于冷卻液的溫度達(dá)到設(shè)定溫度后)，控制器控制電控栗以額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，并維持額定轉(zhuǎn)速。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下效果:
(1)儲液罐、電控栗、第一熱交換器、第二熱交換器、限壓閥、蒸汽透平和冷凝器形成了工作介質(zhì)的獨(dú)立循環(huán)流動通道，第一熱交換器只是利用了冷卻系統(tǒng)的多余熱量，不會影響發(fā)動機(jī)的正常冷卻，不會對冷卻系統(tǒng)的冷卻效果造成影響。
[0013](2)電控栗為工作介質(zhì)提供循環(huán)流動動力，工作介質(zhì)通過第一熱交換器進(jìn)行低溫加熱，通過第二熱交換器進(jìn)行高溫加熱，加熱后的工作介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏旱臍鈶B(tài)的工作介質(zhì)，經(jīng)限壓閥的壓力調(diào)節(jié)后，對蒸汽透平做功，通過能量回收機(jī)構(gòu)回收能量，從發(fā)動機(jī)啟動后冷卻液的溫度升高開始，工作介質(zhì)會一直從冷卻系統(tǒng)中吸收熱量、從排氣中吸收熱量，其充分回收了冷卻系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)的多余熱量，提高了燃油能量利用率。
[0014](3)能量回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量可靠，控制器控制電控栗轉(zhuǎn)動的過程簡便，成本低。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0017]如圖1所示的汽車發(fā)動機(jī)能量回收系統(tǒng)，包括電控栗1、控制器2、第一熱交換器3、冷卻液溫度傳感器4、第二熱交換器5、工作介質(zhì)溫度傳感器6、限壓閥7、蒸汽透平8、能量回收機(jī)構(gòu)9、冷凝器10和儲液罐11，控制器2集成安裝在電控栗1上，第一熱交換器3安裝在冷卻系統(tǒng)中，用于吸收冷卻系統(tǒng)中的熱量，并用來加熱工作介質(zhì)(比如液氨)，冷卻液溫度傳感器4安裝在冷卻系統(tǒng)中，用于檢測冷卻系統(tǒng)中冷卻液的溫度，第二熱交換器5安裝在排氣系統(tǒng)中，用于吸收排氣系統(tǒng)中的排氣熱量，并用來加熱工作介質(zhì)，工作介質(zhì)溫度傳感器6安裝在第二熱交換器5內(nèi)，用于檢測第二熱交換器5內(nèi)的工作介質(zhì)的溫度，能量回收機(jī)構(gòu)9安裝在蒸汽透平8的輸出軸上，能量回收機(jī)構(gòu)9為發(fā)電機(jī)(也可以是壓縮機(jī))，冷凝器10安裝在發(fā)動機(jī)艙的風(fēng)扇12與格柵13之間。
[0018]冷卻液溫度傳感器4、工作介質(zhì)溫度傳感器6分別與控制器2的兩個(gè)輸入端口電連接，控制器2的輸出端口與電控栗1電連接，儲液罐11的出液口與電控栗1的進(jìn)液口連通，電控栗1的出液口與第一熱交換器3的進(jìn)液口連通，第一熱交換器3的出