[发明专利]一种车载发动机排气能量多级联合回收装置

说明书

本发明涉及一种车载发动机排气能量多级联合回收装置，该回收装置包括电子控制单元、转速传感器、车载发动机、进气歧管、电子节气门、余热能回收装置、排气入口、高速涡轮机、中速涡轮机、低速涡轮机、进气压缩机、排气歧管、高速排气电磁阀、中速排气电磁阀、低速排气电磁阀、余动能余压能转换装置；电子控制单元通过控制高速排气电磁阀、中速排气电磁阀和低速排气电磁阀的通断，使进气压缩机与相应开启的高速涡轮机、中速涡轮机或低速涡轮机组成涡轮增压回收排气中的余动能、余压能，将排气通过高速涡轮机、中速涡轮机或低速涡轮机排入余热能回收装置中回收余热能。本发明对车载发动机排气中的能量进行多级联合梯级回收。

技术领域

本发明涉及一种车载发动机排气能量回收装置，尤其涉及一种车载发动机排气能量多级联合回收装置。

背景技术

随着经济持续稳健的发展，城市交通用车，轿车急剧增长，各种机动车排气释放物对环境的污染日趋严重，国内许多大城市的空气污染已由燃煤型污染转向燃煤和机动车混合型污染，而机动车排气污染物和致癌物质对环境和人们身体健康的危害已相当严重。虽然机动车尾气污染已引起了社会广泛关注，国家制定了更加严格的法规，但各项措施有待进一步加强与贯彻执行，治理力度还远远不够。同时机动车消耗的主要能源是传统的石油燃料，随着化石燃料的资源枯竭，必须提高机动车的能量利用率，按照当前法规，到2020年，整车企业轿车百公里耗油量要低于5L，这对汽车制造商生成先进车载发动机提出了更高的技术要求，而传统车载发动机百公里耗油量要远远大于这个数字。因此除了继续研发更加先进的燃烧系统，减低摩擦损失之外，要进一步的提高对燃油的热工转换效率。

从车载发动机的能量平衡来看，在标准工况下，燃料所含的能量在车载发动机缸内完全燃烧时，有效输出功占总能量的30％，冷却系统带走的能量占总能量的30％，排气带走的能量也占总能量的30％，其余10％的能量由附件消耗的功、发动机机体对外界空气传热与辐射消耗。机动车在实际的运行过程中，车载发动机排气能量是随着工况的变化而变化，在低负荷的时候，排气能量占比在30％左右，随着车载发动机运行负荷的增加，排气带走的能量迅速增加，甚至超过了50％，也就是说，燃油所包含的能量，有一半以上由排气带走，损失了50％的效率。因此，对排气能量回收利用是提高燃料能量和提高车载发动机有效效率的有效途径之一。

目前汽车车载发动机排气能量回收利用的技术主要有三种：第一种是废气涡轮增压技术(主要回收排气能量中的余动能和余压能，将能量转换为提高进气新鲜空气的压力)，第二种是热电转换以及结合热管技术(主要回收排气能量的中高品位能，通过温差发电片将排气能量中的余热能转化为电能，但是该技术受到了转换效率低的限制，还没有广泛的应用)，第三种是有机朗肯循环回收排气中的能量(有机朗肯循环使用低沸点有机物作为工质来吸收排气余热能，蒸发气化后进入膨胀机做功，从而回收排气余热能)。

现有技术中，如CN201080020552中国发明专利一种发动机排气能量回收装置，其提供一种相对于发动机的负载、发动机转速而使发动机性能(燃料消耗率)成为最佳的最佳换气压力的方式调整向动力涡轮侧抽出的废气量，始终能够确保发动机的最佳运转状态的排气能量回收装置，但其只回收了排气中的余动能；CN201180036912中国发明专利一种发动机排气能量回收装置，其提供一种极力避免起动比船舶用柴油机(主机)的燃料利用率差的柴油机(辅机)的情况出现，而能够满足船内电力的需要，从而能够抑制总的运行成本的发动机排气能量回收装置，但回收的能量也只是单一的，没有综合回收排气能量。CN201380069538中国发明专利一种排气能量回收系统，提供了一种容积式流体膨胀器，通过膨胀工作流体从而产生有用功，但也只回收了余热能，并没有考虑余动能和余压能。CN201510064451中国发明专利一种发动机能量回收系统，其通过设置辅助增压装置，充分利用发动机的热量这一发动机最大的能量，将之重新用在发动机的动力回收利用中，但这种方式也是单一回收了余动能。综上所述，这些现有技术只单一回收了车载发动机排气能量的部分能量，并没有对车载发动机的能量进行综合回收，也没有周全的考虑排气能量分布，未进行最大限度的回收排气能量。

发明内容