CN101956594B - 一种发动机废气能量利用装置及应用该装置的汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种结构紧凑、能量利用率高的发动机废气能量利用装置及应用该装置的汽车。该装置包括一个中空的、具有进气口和出气口的壳体，壳体内沿废气流动方向依次填充有三元催化器的催化载体和热电转换元件，所述壳体在贴近热电转换元件的位置设置有用于与汽车冷却管路相通的温差发生装置；所述壳体的出气口旁侧设置有一个用于将壳体内部与EGR系统连通的分出气管，所述分出气管的管壁内设置有水套，所述水套与温差发生装置相通并与汽车冷却管路形成闭路循环。上述发动机废气能量利用装置结构简单、紧凑，可以利用废气发电和降低油耗。
Description
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，特别涉及利用发动机的废气能量的装置及应用该装置的汽车。
背景技术
随着石油资源的日益枯竭，油价不断攀升，同时大众的环保意识也逐渐提高，因此高性能、低油耗、低排放的新一代发动机已经成为众多汽车厂家的研发目标，除了应用更加先进的技术使机动车降低油耗外，更充分的利用由燃油燃烧发出的热能成为降低机动车油耗的一个重要手段。例如专利“排气热回收发电装置以及配备该发电装置的汽车”(专利申请号：CN200580012118.5)及“内燃机余热温差电转换发电系统”(专利申请号：CN200810246985.0)中所公开的，采用热电转换装置将发动机排出废气中的热能转换成电能提供给整车用电设备，就是利用发动机废气能量的一个应用。但现有的发动机废气的热电转换装置体积较大、离热源较远，不能够充分的利用发动机排出的热能，同时现有的装置仅单一的解决了热电转换问题，而没有同其他技术手段一起，达到提升发动机性能，降低机动车燃油消耗，降低二氧化碳排放量的目的。
发明内容
本发明的第一个目的是提出一种结构紧凑、能量利用率高的发动机废气能量利用装置。
本发明的发动机废气能量利用装置包括一个中空的、具有进气口和出气口的壳体，壳体内沿废气流动方向依次填充有三元催化器的催化载体和热电转换元件，所述壳体在贴近热电转换元件的位置设置有用于与汽车冷却管路相通的温差发生装置；壳体的出气口旁侧设置有一个用于将壳体内部与EGR(Exhaust Gas Recycle，废气再循环)系统连通的分出气管，所述分出气管的管壁内设置有水套，所述水套与中空的温差发生装置相通并与汽车冷却管路形成闭路循环。
本发明相当于将三元催化器与热电转换装置集成为一体，以使热电转换装置能够更充分利用发动机尾气的热能，使得结构更加紧凑；同时在热电转换元件附近引入发动机冷却系统，利用发动机尾气与发动机冷却水之间的温差，使热电转换元件产生电能，提供给整车用电设备及蓄电池。同时利用温差发生装置为提供给EGR系统的尾气降温，使EGR系统得到温度适宜的发动机尾气，这也为发动机节省了一个EGR中冷器，使得发动机的结构更加紧凑、合理，并降低了发动机的成本。
为避免分出气管的废气热量提高温差发生装置中的冷却水的温度，降低流经热电转换元件的废气与温差发生装置中的冷却水的温差，从而影响热电转换元件的发电效果，所述分出气管的水套最好通过一个旁支管与温差发生装置相通，所述旁支管的出水口在温差发生装置的出水口处与温差发生装置的出水口相通，旁支管的入水口在温差发生装置的入水口处与温差发生装置的入水口相通。这样发动机冷却水通过两个管路分别对EGR系统的尾气降温和促进热电转换元件的发电，效果更好。
所述温差发生装置呈迂回状围绕热电转换元件，以提高热电转换元件的发电效果。
所述温差发生装置的入水口位于靠近壳体出气口的位置，所述温差发生装置的出水口位于靠近三元催化器的催化载体和热电转换元件交界的位置。这样在温差发生装置的入水口处，也就是靠近壳体的出气口位置，发动机的废气温度较低，同时温差发生装置中的冷却水的温度也较低；而在温差发生装置的出水口处，也就是靠近三元催化器的催化载体和热电转换元件交界的位置，发动机的废气温度较高，同时温差发生装置中的冷却水的温度也较高，因此热电转换元件的前后两部分的废气与冷却水的温差比较一致，可以使得热电转换元件的发电效果更好。
本发明的第二个目的是提出应用上述发动机废气能量利用装置的汽车。
本发明的应用上述发动机废气能量利用装置的汽车的结构如下：汽车发动机的废气出口与发动机废气能量利用装置的壳体进气口相通，汽车消音器的进气口与发动机废气能量利用装置的壳体出气口相通；汽车冷却系统与温差发生装置相通并形成闭路循环；汽车蓄电池的电极与热电转换元件的电极相连；汽车发动机的EGR系统的进气口与发动机废气能量利用装置的分出气管相通。
本发明的发动机废气能量利用装置结构简单、紧凑、合理，可以充分利用发动机的废气来发电及降低EGR系统中的气体温度，从而降低油耗，达到提高汽车燃油经济性的目的，因此提高了废气的利用率，并使得应用该装置的汽车结构更加紧凑，成本更低。
附图说明
图1是本发明的发动机废气能量利用装置的结构示意图；
图2是本发明的发动机废气能量利用装置在汽车中与其它装置的连接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。
实施例1：
如图1所示，本实施例的发动机废气能量利用装置包括一个中空的、具有进气口11和出气口12的壳体1，壳体1内沿废气流动方向依次填充有三元催化器的催化载体2和热电转换元件3，壳体1在贴近热电转换元件的位置设置有用于与汽车冷却管路相通的温差发生装置，温差发生装置呈迂回状围绕热电转换元件3，其进水口4、出水口5露出壳体1的表面。壳体1的出气口12旁侧设置有一个用于将壳体内部与EGR系统连通的分出气管6，分出气管6的管壁内设置有水套7，水套7与温差发生装置相通并与汽车冷却管路形成闭路循环。
为避免分出气管6的废气热量提高温差发生装置中的冷却水的温度，降低流经热电转换元件3的废气与温差发生装置中的冷却水的温差，从而影响热电转换元件3的发电效果，分出气管的水套7通过一个旁支管与温差发生装置相通，旁支管的出水口9在温差发生装置的出水口处与温差发生装置的出水口5相通，旁支管的入水口8在温差发生装置的入水口处与温差发生装置的入水口4相通。这样发动机冷却水通过旁支管、温差发生装置分别对EGR系统的尾气降温和促进热电转换元件的发电，效果更好。
温差发生装置的入水口4位于靠近壳体出气口12的位置，温差发生装置的出水口5位于靠近三元催化器的催化载体2和热电转换元件3交界的位置。这样在温差发生装置的入水口处，也就是靠近壳体的出气口位置，发动机的废气温度较低，同时温差发生装置中的冷却水的温度也较低；而在温差发生装置的出水口处，也就是靠近三元催化器的催化载体和热电转换元件交界的位置，发动机的废气温度较高，同时温差发生装置中的冷却水的温度也较高，因此热电转换元件的前后两部分的废气与冷却水的温差比较一致，可以使得热电转换元件的发电效果更好。
如图2所示，应用上述发动机废气能量利用装置的汽车的结构如下：汽车发动机的废气出口与发动机废气能量利用装置的壳体进气口11相通，汽车消音器的进气口与发动机废气能量利用装置的壳体出气口12相通；汽车冷却系统与温差发生装置的进水口4、出水口5相通并形成闭路循环；汽车蓄电池的电极与热电转换元件的电极相连；汽车发动机的EGR系统的进气口与发动机废气能量利用装置的分出气管6相通(蓄电池及热电转换元件在图2中未画出)。
整车开始运行时，发动机的废气温差发生装置由发动机废气能量利用装置的壳体1的进气口11进入该装置中，发动机废气经过壳体1内的三元催化期的催化载体2净化后，在热电转换元件3处与入水口4引入的发动机冷却系统的冷却水产生温差，热电转换元件3产生电能，提供给整车用电设备及发动机蓄电池。被发动机废气加热的冷却水由温差发生装置出水口5重新返回发动机冷却系统中进行循环，发动机废气经壳体1的出气口12排入整车的消音器等排气管路中。EGR系统通过分出气管6获取发动机的废气，这部分废气被水套7中的循环冷却水进行降温，低温的冷却水经过旁支管的入水口8进入水套7，被尾气加热后的高温冷却水由旁支管的出水口9，会合温差发生装置中被加热的冷却水一起返回发动机冷却系统中进行循环。
Claims (5)
1.一种发动机废气能量利用装置，包括一个中空的、具有进气口和出气口的壳体，壳体内沿废气流动方向依次填充有三元催化器的催化载体和热电转换元件，所述壳体在贴近热电转换元件的位置设置有用于与汽车冷却管路相通的温差发生装置；其特征在于所述壳体的出气口旁侧设置有一个用于将壳体内部与EGR系统连通的分出气管，所述分出气管的管壁内设置有水套，所述水套与温差发生装置相通并与汽车冷却管路形成闭路循环。
2.根据权利要求1所述的发动机废气能量利用装置，其特征在于所述分出气管的水套通过一个旁支管与温差发生装置相通，所述旁支管的出水口在温差发生装置的出水口处与温差发生装置的出水口相通，旁支管的入水口在温差发生装置的入水口处与温差发生装置的入水口相通。
3.根据权利要求1或2所述的发动机废气能量利用装置，其特征在于所述温差发生装置呈迂回状围绕热电转换元件。
4.根据权利要求1或2所述的发动机废气能量利用装置，其特征在于所述温差发生装置的入水口位于靠近壳体出气口的位置，所述温差发生装置的出水口位于靠近三元催化器的催化载体和热电转换元件交界的位置。
5.一种应用权利要求1所述发动机废气能量利用装置的汽车，其特征在于汽车发动机的废气出口与发动机废气能量利用装置的壳体进气口相通，汽车消音器的进气口与发动机废气能量利用装置的壳体出气口相通；汽车冷却系统与温差发生装置相通并形成闭路循环；汽车蓄电池的电极与热电转换元件的电极相连；汽车发动机的EGR系统的进气口与发动机废气能量利用装置的分出气管相通。
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