CN104763500A - 汽车高效节能减排子系统 - Google Patents

Abstract

一种汽车用节能减排子系统，属于机械制造技术领域，利用汽车发动机尾气的废热对系统温度尽快升温至80℃左右并保持之；并对进入发动机的空气升温、调温至56-76℃。发动机在这两个温度状态下，燃油呈单个分子状态，可以和空气中的氧分子充分混合就能充分燃烧而节能减排。当系统温度达到80℃时，液泵停转传热介质靠虹吸回流至储存盒而停止回收废热，装在外循环管路的闸阀能加速系统温度达到80℃，比例阀将热的冷却液分流给空气热交换器对空气升温、调温。对动力有大的需求时，温度档位开关拨至零档停止对空气调温，节气门开度达70％以上时增压风扇启动增压，并可利用冷气使空气快速降温。

Description

汽车高效节能减排子系统

技术领域：

本发明属于机械制造技术领域，是一种汽车用节能、减排、环保新型子系统。

背景技术：

在当今人们追求方便、快捷、交通发达的时代，汽车成为重要的国内外普遍使用的交通工具，仅就中国而言，正在使用的汽车就有两亿多辆，除此之外，每年新生产的汽车两千万辆，这些使用燃油的车辆每年消耗的燃油约五亿吨，价值约五万亿元人民币。然而资料显示：已经探明的世界石油储量仅够使用百年左右。现在正处在世界性能源紧缺阶段，尤其是我国，情况更为严重：即我国是石油进口大国，约一半的石油要依靠进口。有的专家预测：如果海湾发生战争，尤其若是：“伊朗封锁了霍尔木兹海峡”，石油价格至少翻一番。燃油价格成为左右物价的重要因素之一。自内燃机问世以来，就存在热效率不高问题，即使利用目前最先进的供油技术——电喷式供油，也只能达到38％左右，即绝大部分燃油没做有用功，这同时还存在尾气排放超标、污染大气环境等问题，尤其是我们已经认识到“汽车尾气是造成阴霾天气的重要原因”的情况下，更是要注重这些污染大户的“节能减排”问题。国家每年都拿出大笔资金支持“节能减排”技术创新产品的研发和生产。目前国内外各型汽车普遍存在：1)初期行驶阶段或者环境温度低时，进入发动机的空气温度低，雾化后的燃油呈微小颗粒状态，不能与空气中的氧分子充分混合而不能充分燃烧，热效率低下还易产生积碳，影响发动机寿命。2)系统温度升温慢：环境温度低于0℃以下时还存在过度冷却问题。例如：用某款国产引进型轿车实测，在环境温度为-10℃，以每小时70公里时速匀速行驶1小时，系统温度只能达到61℃。这就因系统温度低而费油且对发动机润滑不利，尤其是：环境温度低于-20℃时的初驶阶段，其耗油量特别高。专利号为201310325748.4的发明专利申请文件，公开了一种提高汽车发动机混合气雾化水平的节能减排装置，主要由热气收集罩、电动比例阀、热交换器、温度传感器、调温模块ECU、温度档位变换开关、温度数字表构成，利用热的冷却液热能将进入发动机的空气(以下称空气)升温、调温至51-75℃左右，并利用四档可调式风挡阻断或者调节自然风的冷却作用，使系统温度尽快提升至80℃左右并保持之；发动机在这两个温度状态下，燃油分子的热运动加强，使雾化后的燃油原本呈微小颗粒状态而现在呈单个分子状态，这就易与空气中的氧分子充分混合，达到极好的雾化状态，因而能充分燃烧， 充分燃烧就必然提高了热效率，必然能减少积碳；发动机工作在80℃左右，则改善了润滑；减少了积碳、改善了润滑则能延长发动机的寿命；该专利特别适合于环境温度较高或者不大停驶车辆(例如出租车)及跑长途车辆，有很好的节能、减排效果。但其热源取自发动机的冷却液，在汽车初驶阶段或者环境温度低时，系统温度本身就不高，用其来加热进入发动机的空气，效果不十分理想，尤其是我国北部地区的冬季，气温常常低至-20℃以下，光是怠速热车至40℃就需要15分钟以上，且该热车阶段需要较浓的混合气而很费油，尤其是有采暖功能的公交车辆，需要增加燃油消耗量来支持采暖，与此同时，尾气的热能却没利用而浪费掉了。专利号为201410073161.3的发明专利申请文件公开了一种利用汽车尾气废热来提高空气温度及系统工作温度而节能减排的子系统，该子系统是在201310325748.4的基础上，增加液泵、传热介质储存盒、废热收集器、增压风扇、切换废热或热的“冷却液”两热源用的电动比例阀并将“单回路”空气热交换器变为“双回路”热交换器，利用尾气废热来提升空气温度和系统工作温度，解决了专利号为：201310325748.4的发明专利在汽车初驶阶段及系统工作温度低时效果不佳的问题，该发明专利特别适合于环境温度低及有采暖功能的公交车辆。上述两个发明专利在环境温度高且有大的动力需求时，空气热交换器有“热惰性”存在，动力提升时间稍长。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是公开一种利用发动机尾气废热使系统温度尽快提升至80-84℃左右并保持之；并使进入发动机的空气升温、调温至56-76℃；进气口放置在冷凝器旁侧以便降低空气热交换器的“热惰性”；在动力有大的需求时，停止空气升温、调温，在节气门开度达到70％以上时，启动增压风扇使进气管道增压，如果车辆正在制冷，则利用“冷气”使空气快速降温，可提高动力性。

本发明解决技术问题的方案是：利用燃油随着温度的提高，其挥发性也提高的特性，由调温模块ECU控制：通过回收汽车尾气废热能量对系统温度尽快提升至80-84℃左右并保持之；对进入发动机的空气温度尽快提升至56-76℃，使发动机尽快工作在最佳状态。当系统温度达到80℃、环境温度低需采暖时该温度达到84℃后，液泵停转，传热介质靠虹吸回流至储存盒而停止回收废热。用装在内循环管路内的电动比例阀分流的热的“冷却液”提供热能对空气调温至设定的56-76℃温度范围内。对动力有一般需求时，可通过降低空气温度档 位解决；有大的动力需求(比如：要超车)时，可将空气温度档位拨至零档，此时停止了对空气的调温，如果此时使用制冷，就利用该冷气对空气快速降温，且在节气门开度达到70％以上时，进气管道内的增压风扇启动，使进气管道增压而提升了动力性。另外，为使系统温度尽快提升至80-84℃左右并保持之，还需在外循环管路增设一个电动闸阀，用以调节外循环管路的流量，即调节冷凝器的散热效果，以便使系统温度尽快达到80-84℃左右并保持之。

发动机系统温度的升温、调温控制：由传热介质及其储存盒、管路、废热收集器、液泵、电动闸阀1及其限位开关、继电器1、继电器2、调温模块ECU、温度传感器1、冷却液热交换器构成。液泵的进水口放置在储存盒底部，回水口放置在储存盒上盖处，在液泵停转时由于传热介质有落差而能产生虹吸现象。废热收集器装在排气歧管处，以便收集尾气的废热；电动闸阀1放置在外循环管路内，以便控制、调节外循环的流量。温度传感器1装在内循环管路内，以便检测系统温度，可与原车共享。继电器1和继电器2的常开触点串接在两个冷凝器风扇馈电回路内，以便更精确的控制两风扇。由ECU控制：发动机启动5秒后，检测温度传感器1所表达的系统工作温度，若低于75℃，液泵启动将废热收集器回收的热能传送给内循环管路中的冷却液热交换器对冷却液升温；当系统温度达到80℃(采暖时达到84℃)并保持了10秒时液泵停转，传热介质靠虹吸现象回流至储存盒而停止回收废热；当系统温度低于75℃并保持了100秒，液泵重新启动而再次回收废热。当系统温度低于77℃时，电动闸阀1关闭，此时只有内循环，没有外循环；当系统温度达到77℃并保持了2秒，ECU控制电动闸阀1的电机正向旋转2秒钟左右，使变比为50---60/1的闸阀1打开一小部分，阀片开度约为10％，即开始小部分外循环，当系统温度达到78℃并保持了10秒，ECU控制该电机正向旋转2秒，即闸阀1的开度约为30％，外循环的流量大了些，外循环流量的加大会使冷凝器的散热效果加大；当系统温度达到79℃并保持了10秒，ECU控制该电机正向旋转2秒，使闸阀1的开度约为50％；当系统温度达到80℃并保持了10秒，ECU控制电机正向旋转(大约5秒)直至触动限位开关为止，此时电动闸阀1全部打开，是外循环的最大流量；当系统温度达到81℃并保持了2秒，继电器1的常开触点闭合，使左侧冷凝器风扇旋转而增加散热效果；当系统温度达到83℃并保持了2秒，继电器2的常开触点闭合，使右侧冷凝器风扇旋转。温度高于83℃是恢复了原设计。当系统温度回落至某一温度并保持了100秒，电动闸阀1和冷凝器风扇要恢复该温度相对应的工作状态，比如：系统温度从84℃回落 至79℃并保持了100秒时，ECU控制：继电器1和继电器2动作，两风扇停转，电机反向旋转5秒，电动闸阀1阀片的开度约为50％；以此类推。为了增加热交换效果，冷却液热交换器的内、外交换界面呈双面齿形。ECU在发动机启动5秒后开始工作，在发动机停转50秒后停止工作。

进入发动机的空气之升温、调温控制：由电动比例阀及其限位开关、双回路空气热交换器、增压风扇、电动闸阀2、温度传感器2、温度档位开关、温度数字表构成。电动比例阀装在内循环管路内，以便调节内循环冷却液流经空气热交换器和内循环管路之流量比例；双回路空气热交换器装在空气滤清器与进气歧管间的进气管道内，以便对空气调温；增压风扇装在空气热交换器前侧，以便给进气管道增压提升动力；电动闸阀2装在制冷管路与双回路空气热交换器间的管路中，以便给空气快速降温；温度传感器2放置在空气热交换器与进气歧管间的管道内，以便检测空气温度；温度档位开关和温度数字表装在驾驶室内，以便驾驶人员控制和监视空气温度。我们知道：控制流经空气热交换器热的“冷却液”流量，就可控制空气温度。由调温模块ECU控制：在发动机启动5秒后，调温模块ECU自动检测温度传感器2的参数，若空气温度低于驾驶员根据动力需求设定的四档温度：57-62、63-67、68-72、73-76℃之上限值时，ECU给电动比例阀电机正向旋转信号，使其旋转1秒钟左右，带动比例阀阀片正向移动一个小角度(大约是可移动角度的八分之一)，使流经内循环管路和空气热交换器热的“冷却液”之比例有个小变化，即原本流经内循环管路的一小部分冷却液改流到空气热交换器，使其增加一小部分流量而提高了空气温度；之后每10秒检测一次该温度，若还是低于上限值，ECU就还给电机正向旋转1秒的信号，使比例阀阀片再次移动一个小角度，使流经空气热交换器的流量再增加一小部分而再提高空气温度，直至达到上限值或者触动限位开关为止。若空气温度高于设定的温度档位的上限值并保持了5秒，ECU就给电机反向旋转1秒的信号，使比例阀阀片反向移动一个小角度而减少了流经空气热交换器的流量，进而使空气温度有所下降，10秒后再检测该温度，若还高于上限值，ECU就再给电机反向旋转1秒信号，使比例阀阀片再反向移动一个小角度，再次减少了流经空气热交换器的流量，直至该温度不高于上限值为止。若每10秒的检测，该温度低于下限值并保持了20秒，ECU控制电机正向旋转1秒，比例阀2阀片又正向移动一个小角度而增加了流经空气热交换器的流量，使空气温度又有所上升；如此，就可以控制空气温度在设定的档位范 围内。使用高端温度档位，节能减排效果最好，但动力性稍差；使用低端温度档位，动力性好但节能减排效果稍差。对动力需求不大(比如市内行驶)时，使用高端温度档位；对动力有一般需求时，降低温度档位解决；对动力有大的需求(比如要超车)时，将温度档位置于零档，此时电动比例阀阀片反向到底而关闭了空气热交换器管路，停止了对空气的调温；若此时车辆正在“制冷”，则电动闸阀2从关闭状态变为完全打开，冷气经由双管路空气热交换器对空气快速降温；同时，当节气门开度达到70％以上时，放置在进气管道内的增压风扇启动旋转，使进气管道增压而可提高动力性。放置在驾驶室内的温度档位开关和温度数字表可实时控制、监视空气温度。为了减少电机的动作频率，整个控制程序都有一定的延时。为了减少“热损耗”，当系统温度超过85℃时，ECU自动控制温度档位降低一档运作；为了降低空气热交换器的“热惰性”，避免影响动力性，进气口应放置在冷凝器旁侧；为了不影响动力性能，进气管道的有效截面积应加大七分之一以上；调温模块ECU在发动机启动5秒开始工作，在发动机停转50秒后停止工作；电动闸阀、电动比例阀均配有手动摇柄以便在系统故障时手动解除之。

本发明工作性能安全可靠，不使用添加剂而没有化学制剂的副作用；不使用易燃易爆介质而不影响汽车的安全性；用含有本技术的样车与同排量、同型号的汽车对比实测，节油效果特别明显。

附图说明：

附图1、为本发明的系统示意图

附图2、为本发明空气导管部分的布置示意图

附图3、为本发明调温模块ECU的示意图

具体实施方式：

本发明有三种组合方式：

第一种：由空气热交换器9、电动比例阀13、电动闸阀14、增压风扇26、空气温度传感器28、系统温度传感器(可与原车共享)、调温模块ECU、温度档位开关、温度数字表构成，原车水泵15泵出的热的冷却液通过电动闸阀14、外循环管路11、冷凝器12散热，调节闸阀14的开度即调节冷凝器的散热效果而达到调节系统温度之目的，；装在内循环管路8中的比例阀13，由调温模块ECU根据温度传感器28的参数给装在阀体20外侧的电机21 旋转信号，通过螺杆22带动阀片24移动来调节左出水口25和右出水口23的开度，即调节了热的冷却液流经空气热交换器9的流量而给进入发动机的空气调温。空滤器的进气口不在冷凝器旁侧的要改在旁侧；空气导管处的有效截面积要加大七分之一以上。

第二种：在第一种的基础上，加电动闸阀10，并用管路将其与空气热交换器9及制冷回路相连接，有大的动力需求时，温度档位开关拨至零档，闸阀10从关闭状态变为全部打开，利用冷气使空气快速降温，以便提升动力性。

第三种：在第二种的基础上，加液泵1、储存盒2、传热介质3、装在排气歧管5处的废热收集器4、冷却液热交换器7并由管路6连接起来，由调温模块ECU根据系统温度传感器的参数，控制液泵1的启动与停止，即控制了是否回收废热。装在冷却液热交换器7的外壳16内的交换界面18呈双面齿形，废热管路与外套17相连接，内循环管路与内套19相连接。

Claims (3)

1.一种利用汽车尾气废热使发动机工作温度(即系统温度)尽快升温、调温至80℃左右并保持之；并使进入发动机的空气温度升温、调温至56-76℃的节能减排子系统；系统温度升温、调温部分，主要由传热介质及其储存盒、液泵、废热收集器、冷却液热交换器、电动闸阀1、温度传感器1、继电器1、继电器2、调温模块ECU构成；其特征在于：发动机启动后若系统温度低于75℃，液泵启动旋转，传热介质通过管路将废热收集器收集的汽车尾气废热能量传输给冷却液热交换器，使系统尽快升温至80℃时液泵停转；液泵的进水口装在储存盒底部，回水口装在储存盒的上盖处，在液泵停转时，传热介质靠虹吸现象回流至储存盒而停止回收废热；装在外循环管路内的电动闸阀1在系统温度达到77℃前关闭，此时只有内循环，没有外循环，当系统温度达到77℃时，电动闸阀1打开十分之一而有少量外循环，当系统温度达到78℃时闸阀1打开十分之三，当系统温度达到79℃时闸阀1打开二分之一，当系统温度达到80℃时闸阀1全部打开，此时是最大外循环流量；当系统温度达到81℃时由继电器1控制左风扇旋转，当系统温度达到82℃时由继电器2控制右风扇旋转；系统温度回落至某一温度时，液泵、电动闸阀1、风扇都要恢复该温度相对应的工作状态。

2.根据权利要求1所述的汽车节能减排子系统，其空气温度升温、调温部分，主要由电动比例阀、双回路空气热交换器、增压风扇、、温度传感器2、电动闸阀2、温度档位开关、温度数字表构成，其特征在于：装在内循环管路中的电动比例阀将全部或部分冷却液分流给空气热交换器对进入发动机的空气升温、调温，温度传感器2所测得的空气温度若低于驾驶员设定的四档温度：56-61、62-67、68-72、73-76℃之上限值时，调温模块ECU自动控制电动比例阀加大冷却液在空气热交换器回路的流量，直至触动限位开关为止，若空气温度高于上限值，ECU自动控制比例阀减少冷却液在空气热交换器回路的流量，通过控制空气热交换器回路的冷却液流量，控制空气温度在设定的温度档位范围内；动力需求不大时，使用高端温度档位，一般的动力需求，使用低端温度档位；有大的动力需求时，温度档位拨至零档，停止对空气的调温，当节气门的开度达到70％以上时，增压风扇启动旋转给进气管道增压，此时若车辆在制冷，则电动闸阀2打开，冷气进入空气热交换器，使空气快速降温。

3.根据权利要求1所述的汽车节能减排子系统，其特征在于：冷却液热交换器的交换界面呈双面齿形；进气管道的有效截面积要加大七分之一以上；系统温度高于85℃时，温度档位自动降低一档运作；调温模块ECU在发动机启动5秒后开始工作，在发动机停转50秒后停止工作。