CN103032203A - 回收利用发动机废气能量的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

回收利用发动机废气能量的装置及方法，其装置包括气体混合室，所述气体混合室的一端设有两个进气口，另一端设有一个出气口；所述两进气口中一个为废气进口，另一个为空气进口；所述废气进口与发动机的废气排出端通过废气通道连通；所述废气通道内设置一对所述气体混合室输送发动机排出的热废气的第一进气风扇；所述空气进口与外界大气环境通过空气通道连通；所述空气通道内设置一对所述气体混合室进行输送空气的第二进气风扇；所述气体混合室的出气口通过出气通道与气动装置的进气口连通。它可以回收发动机废气中的能量，降低最终排出废气的温度，并将其转化为可利用的能量，即减少废气热量导致的能量损失，达到节能的效果，提高了发动机的效率。

Description

回收利用发动机废气能量的装置及方法
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体是一种可以回收利用发动机废气能量的装置及方法。
背景技术
理想状态下，如果燃油燃烧的产生的能量全部转化为对外做的功即效率100%，则发动机作功行程结束时气体的压强、温度应该与吸气冲程末的压强、温度相同,即发动机排出的废气温度、压力应与进入的空气温度、压力相同，空气只起到了工作介质的作用，燃油燃烧的产生的能量全部对外做功了，没有转变为其他形式，这是理想发动机模型，在实际中是无法实现的。
四冲程发动机在活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气四个过程，即在一个活塞行程内只进行一个过程。
对于汽油机气缸压力、温度变化情况如下：
进气终了时刻：气缸压力p：0.08-0.09MPa<大气压；气缸温度T：320-380K压缩终了时刻：气缸压缩压力p：0.8-1.5MPa；气缸温度T：600-750K作功行程中：燃气最大压力p：3.0-6.5MPa；最高温度T：2200-2800K作功行程结束时：气缸压力p：0.35-0.5MPa；气缸温度T：1200-1500K排气终了时：气缸压力p：0.105-0.12MPa；气缸温度T：900-1100K
由于只有膨胀行程对外做功，那么在气缸压力、温度最大值（燃气燃烧时）一定的情况下，作功行程结束时气缸压力、气缸温度越低说明转化为动能的能量越多，发动机效率越高。反之也是这样。
现有的涡轮增压技术在提高了气缸压力、温度最大值的同时也提高了作功行程结束时气缸压力、气缸温度，所以并不能改善发动机的效率，仅能改善功率。
从目前汽车所用发动机的热平衡来看，用于动力输出的功率一般只占燃油燃烧总热量的30％一45％(柴油机)或20％一30％(汽油机)。以废热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55％一70％(柴油机)或80一70％(汽油机)，主要包括循环冷却水带走的热量和尾气带走的热量。
从表l中可以看出汽车废热利用有较大的空间，其有效利用自然受到人们越来越多的关注。
表1：内燃机的热平衡
热平衡各分项％ 汽油机 高速柴油机 中速柴油机
转变为有效功的热量 20～30 30～40 35～45
冷却介质带走的热量 25～30 20～25 10～20
废气带走的热量 40～45 35～40 30～40
其它热量损失 5～10 5～10 10～15
根据热力学第一定律即能量守恒定律,要想提高发动机的效率就要尽量减少冷却介质带走的能量和废气带走的能量。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种回收利用发动机废气能量的装置及方法，它可以回收发动机废气中的能量，降低最终排出废气的温度，并将其转化为可利用的能量，即减少废气热量导致的能量损失，达到节能的效果，提高了发动机的效率。
本发明提供的回收利用发动机废气能量的装置，包括气体混合室，所述气体混合室的一端设有两个进气口，另一端设有一个出气口；所述两进气口中一个为废气进口，另一个为空气进口；
所述废气进口与发动机的废气排出端通过废气通道连通；所述废气通道内设置一对所述气体混合室输送发动机排出的热废气的第一进气风扇；
所述空气进口与外界大气环境通过空气通道连通；所述空气通道内设置一对所述气体混合室进行输送空气的第二进气风扇；
所述气体混合室的出气口通过出气通道与气动装置的进气口连通。
进一步的技术方案：该回收利用发动机废气能量的装置中，所述气动装置的动力输出端通过传动机构与发动机输出端联接。
进一步的技术方案：该回收利用发动机废气能量的装置中，所述气动装置的动力输出端通过传动机构与一发电机的动力输入端连接，发电机的电输出端连接蓄电池。
进一步的技术方案：该回收利用发动机废气能量的装置中，所述废气通道的轴线与空气通道的轴线在所述气体混合室内交叉。
本发明提供的回收利用发动机废气能量的方法，包括如下步骤：
1）第一进气风扇抽吸发动机排出的废气经废气通道进入一气体混合室内；同时，第二进气风扇对空气进行压缩经空气通道向所述气体混合室内输入空气，使空气压强与输入的废气的压强相同；
2）所述废气与所述空气在气体混合室内混合，同时产生热交换；
3）进行热交换后的混合气体经气体混合室的出气口排出经出气通道进入气动装置的进气口驱动所述气动装置输出机械能。
进一步的：该回收利用发动机废气能量的方法中，所述气动装置输出的机械能通过传动机构耦合到发动机输出端上。
进一步的：该回收利用发动机废气能量的方法中，所述气动装置输出的机械能通过传动机构带动发电机进行发电，发电机输出的电能储存至蓄电池。
进一步的：回收利用发动机废气能量的方法的步骤1）中，在气体混合室内，输入空气形成的空气流与输入废气形成的废气流相交。
本发明的有益效果是：它利用气体混合室使废气与空气混合，空气在其中定压加热，体积增大，输出的混合气体压强与废气压强相同，温度较废气温度下降，将废气不能对外做功的热能转化为空气的压力能，增加了可以对外做功的气体量，推动气动马达或涡轮，转化为动能对外做功，充分回收利用了废气中的热能，降低了最终排出废气的温度，减少了废气热量带走的能量损失，可使发动机的效率提高到60%以上，而且也有利于保护环境。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：
图1为本发明中回收利用发动机废气能量的装置的结构示意图；
图中：1气体混合室，2废气进口，3空气进口，4废气通道，5空气通道，6第一进气风扇，7第二进气风扇，8出气口，9出气通道，10气动装置。
具体实施方式
如图1所示，该回收利用发动机废气能量的装置主要包括气体混合室1，气体混合室1的一端设有两个进气口，另一端设有一个出气口8；所述两进气口中一个为废气进口2，另一个为空气进口3。
废气进口2与发动机的废气排出端通过废气通道4连通；所述废气通道4内设置一对所述气体混合室1输送发动机排出的热废气的第一进气风扇6。
空气进口3与外界大气环境通过空气通道5连通；空气通道5内设置一对所述气体混合室进行输送空气的第二进气风扇7。
废气通道4的轴线与空气通道5的轴线在气体混合室1内交叉。
气体混合室的出气口8通过出气通道9与气动装置10的进气口连通。该气动装置可以是气动马达或涡轮等装置，优选气动马达。
进一步：所述气动装置10的动力输出端可以通过传动机构与发动机输出端联接。
另一种进一步的方案：所述气动装置10的动力输出端也可以通过传动机构与一发电机的动力输入端连接，发电机的电输出端连接蓄电池。
利用上述装置实现的回收利用发动机废气能量的方法，包括如下步骤：
1）第一进气风扇抽吸发动机排出的废气经废气通道进入一气体混合室内；同时，第二进气风扇对空气进行压缩经空气通道向所述气体混合室内输入空气，使空气压强与输入的废气的压强相同；在气体混合室1内，输入空气形成的空气流与输入废气形成的废气流相交；
2）所述废气与所述空气在气体混合室1内混合，同时产生热交换；步骤1）中空气流与废气流相交更有利于快速有效的混合及热交换；空气在气体混合室1内吸热后相当于被定压加热，体积增大；
3）进行热交换后的混合气体经气体混合室1的出气口排出经出气通道9进入气动装置10的进气口驱动所述气动装置10输出机械能。完成对发动机废气能量的回收及利用。
作为一种能量利用的方式：所述气动装置10输出的机械能通过传动机构耦合到发动机输出端上。
作为另一种能量利用的方式：所述气动装置10输出的机械能通过传动机构带动发电机进行发电，发电机输出的电能储存至蓄电池。

Claims (8)

1.回收利用发动机废气能量的装置，其特征是：包括气体混合室，所述气体混合室的一端设有两个进气口，另一端设有一个出气口；所述两进气口中一个为废气进口，另一个为空气进口；
所述废气进口与发动机的废气排出端通过废气通道连通；所述废气通道内设置一对所述气体混合室输送发动机排出的热废气的第一进气风扇；
所述空气进口与外界大气环境通过空气通道连通；所述空气通道内设置一对所述气体混合室进行输送空气的第二进气风扇；
所述气体混合室的出气口通过出气通道与气动装置的进气口连通。
2.根据权利要求1所述的回收利用发动机废气能量的装置，其特征是：所述气动装置的动力输出端通过传动机构与发动机输出端联接。
3.根据权利要求1所述的回收利用发动机废气能量的装置，其特征是：所述气动装置的动力输出端通过传动机构与一发电机的动力输入端连接，发电机的电输出端连接蓄电池。
4.根据权利要求1-3所述的任一回收利用发动机废气能量的装置，其特征是：所述废气通道的轴线与空气通道的轴线在所述气体混合室内交叉。
5.回收利用发动机废气能量的方法，其特征是：包括如下步骤：
1）第一进气风扇抽吸发动机排出的废气经废气通道进入一气体混合室内；同时，第二进气风扇对空气进行压缩经空气通道向所述气体混合室内输入空气，使空气压强与输入的废气的压强相同；
2）所述废气与所述空气在气体混合室内混合，同时产生热交换；
3）进行热交换后的混合气体经气体混合室的出气口排出经出气通道进入气动装置的进气口驱动所述气动装置输出机械能。
6.根据权利要求5所示的回收利用发动机废气能量的方法，其特征是：所述气动装置输出的机械能通过传动机构耦合到发动机输出端上。
7.根据权利要求5所示的回收利用发动机废气能量的方法，其特征是：所述气动装置输出的机械能通过传动机构带动发电机进行发电，发电机输出的电能储存至蓄电池。
8.根据权利要求5-7所示的任一回收利用发动机废气能量的方法，其特征是：步骤1）中，在气体混合室内，输入空气形成的空气流与输入废气形成的废气流相交。
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