CN103953515B - 利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置及发电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置及发电方法，属于压电发电技术领域。本发明包括车辆排气系统中的消声器，车辆排气系统中的消声器上设有进气管与排气管，其特征在于：所述的车辆排气系统中的消声器内分为两个共振腔室，共振腔室内分别设有若干组谐振式悬臂梁压电振子；谐振式悬臂梁压电振子的两极用导线引出。本发明提供的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置及发电方法，具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染和易于实现机构的微小化、集成化等诸多优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置及发电方法，属于压电发电技术领域。
背景技术
发动机噪声是内燃机车辆的主要噪声源，其中由进、排气引起的空气振动而产生的噪声可以直接向周围的空气中辐射，是发动机的最大噪声源。发动机排气是间歇性的，在排气管中存在着气压的脉动，因此将尾气排放到大气中时，将伴随产生频谱比较复杂的噪声。消声器可通过各种手段降低排气压力，衰减排气脉动，使排气能量较快损耗。但是，在通常情况下，此部分能量在消声器中都被转化为热能直接排放到大气中，造成了能源的浪费。
在车辆排气系统中存在诸多传感器，如氧传感器、压力传感器及温度传感器等，它们工作需要的电能通常需要从蓄电池、发电机或者专门配备的电源中输出。尽管传感器的工作功率较小，但鉴于能量传递路线的复杂或者需要专门配备电源，会使排气系统结构复杂、成本变高。
发明内容
本发明针对上述不足提供了一种利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置及发电方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，包括车辆排气系统中的消声器，车辆排气系统中的消声器上设有进气管与排气管，所述的车辆排气系统中的消声器内分为两个共振腔室，共振腔室内分别设有若干组谐振式悬臂梁压电振子；谐振式悬臂梁压电振子的两极用导线引出。
本发明所述的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，所述的谐振式悬臂梁压电振子包括质量块、压电片和金属悬臂梁，固定架；所述的金属悬臂梁垂直安装在固定架上，顶端布置质量块，悬臂两侧分别布置压电片；所述的固定架布置在车辆排气系统中的消声器内壁上。
本发明所述的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，所述的谐振式悬臂梁的振动频率位于尾气脉动振动频带内。调整梁末端质量块的质量和金属悬臂梁的厚度、宽度或者长度等，保证悬臂梁的振动频率位于尾气脉动振动频带内。
本发明所述的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，发电方法如下：
1）、尾气的脉冲振动迫使悬臂梁压电阵子发生振动，从而使悬臂梁两侧的压电片产生压电电压；
2）、压电片产生的电压经导线引出的电能被整流和滤波之后，由电能存储装置将电能储存起来；
3）、电能存储装置可供排气系统中的各传感器或其他小功率耗电装置使用。
本发明所述的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，导线引出的电能经整流电路和滤波电路之后，由电能存储装置储存起来，供排气系统中的氧传感器、压力传感器、温度传感器或其其他小功率耗电装置使用。
有益效果
本发明提供的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置及发电方法，具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染和易于实现机构的微小化、集成化等诸多优点。
可以利用车辆排放尾气的脉冲振动能量发电，既能降低发动机的排气噪声，也能回收尾气中的能量，节约资源。
附图说明
图1是安装有压电发电装置的消声器结构示意图。
图中A为进气管；B为共振腔；C为共振腔；D为排气管；1为质量块；2为压电片；3为金属悬臂梁；4为固定架；5为消声器壳体，
图2是安装有压电发电装置的内装式赫尔姆兹消音器结构示意图。
图中A为进气管；B为共振腔；C为共振腔；D为排气管；1为质量块；2为压电片；3为金属悬臂梁；4为固定架；5为消声器壳体；6为消音器隔音盘；7为排气孔。
图3是悬臂梁压电振子结构示意图。
图中1为质量块；2为压电片；3为金属悬臂梁；4为固定架。
图4是车辆排气系统组成示意图。
图中11为发动机；22为排气歧管；33为连接法兰；44为第一氧传感器；55为催化转化装置； 6为挠性节；7为第二为氧传感器；8为第一压力传感器；9为螺母；10为垫片；11为螺栓；12为连接法兰；13为消声器；14为排气尾管；15为第二压力传感器；16为排气管；17为温度传感器；18为螺栓；19为螺母；20为垫片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细说明：
发动机1产生的尾气，经排气歧管2、连接法兰3进入尾气催化转化装置5，氧传感器4可测出尾气中氧气的含量，并将信息传递至车辆。催化转化装置5，将尾气中的有害物质进行催化处理发生化学反应，以减少有害气体的排放。催化处理后的尾气经过挠性节进行初步降噪，并由氧传感器7，压力传感器8和温度传感器17测得初步降噪后的尾气的氧含量、压力和温度等信号，并传递至车辆。尾气经过连接法兰12进入消声器13，最后经过排气尾管14进入大气中，温度传感器15可测得最后排出尾气的温度，并传递至车辆。
利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，包括车辆排气系统中的消声器13，车辆排气系统中的消声器13上设有进气管A与排气管D，所述的车辆排气系统中的消声器13内分为两个共振腔室B和C，两个共振腔室内分别设有若干组谐振式悬臂梁压电振子；谐振式悬臂梁压电振子由连接导线引出。
谐振式悬臂梁压电振子包括质量块1、压电片2和金属悬臂梁3，固定架4；所述的金属悬臂梁3垂直安装在固定架4上，顶端布置质量块1，悬臂两侧分别布置压电片2；所述的固定架4布置在车辆排气系统中的消声器13内壁上；调整梁末端质量块1的质量和金属悬臂梁3的厚度、宽度或者长度等，保证悬臂梁的振动频率位于尾气脉动振动频带内。压电阵子两级导线引出的电能经整流电路和滤波电路之后，由电能存储装置储存起来，供排气系统中的氧传感器4和7、压力传感器8、温度传感器15和17或其其他小功率耗电装置使用。
尾气的脉冲振动迫使悬臂梁压电阵子发生振动，从而使悬臂梁两侧的压电片产生压电电压；压电片产生的电压经导线引出的电能被整流和滤波之后，由电能存储装置储存起来；电能存储装置的电能可供排气系统中的氧传感器4和7、压力传感器8、温度传感器15和17或其他小功率耗电装置使用。
Claims (5)
1.利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，包括车辆排气系统中的消声器（13），车辆排气系统中的消声器（13）上设有进气管与排气管，其特征在于：所述的车辆排气系统中的消声器（13）内分为两个共振腔室，两个共振腔室内分别设有若干组谐振式悬臂梁压电振子；谐振式悬臂梁压电振子的两极用导线引出。
2.根据权利要求1所述的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，其特征在于：所述的谐振式悬臂梁压电振子包括质量块（1）、压电片（2）和金属悬臂梁（3）、固定架（4）；所述的金属悬臂梁（3）垂直安装在固定架（4）上，金属悬臂梁（3）的顶端布置质量块（1），悬臂粱两侧分别布置压电片（2）；所述的固定架（4）布置在车辆排气系统中的消声器（13）内壁上。
3.根据权利要求2所述的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，其特征在于：所述的金属悬臂梁（3）的振动频率位于尾气脉动振动频带内。
4.根据权利要求1所述的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，其特征在于发电方法如下：
1）、尾气的脉冲振动迫使悬臂梁压电振子发生振动，从而使悬臂梁两侧的压电片产生压电电压；
2）、压电片产生的电压经导线引出，引出的电能经过整流和滤波之后，由电能存储装置将电能储存起来；
3）、电能存储装置可供排气系统中小功率耗电装置使用。
5.根据权利要求4所述的利用车辆尾气的脉冲振动发电的压电发电装置，其特征在于：所述的小功率耗电装置为传感器。
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