CN107989722A - 一种汽车能源综合利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车能源综合利用系统，主要由空气滤清器、电动空气压缩机、汽车发动机、水蒸汽发生器、蒸汽涡轮发电机、冷凝器、高压水泵、废气尾气出口、水蒸汽尾气出口组成；空气滤清器设置为进气管、滤芯、滤芯支架、外壳、除尘电磁控制阀组成；蒸汽发生器由废气热交换回路、回收蒸汽热交换回路、发动机缸体热交换回路组成；冷凝器由一级冷凝器、二级冷凝器、直喷冷凝装置组成。将散热器设置到汽车尾部下方，发动机仓设置成相对封闭结构，后保险杠设置横向的向后上方倾斜的导叶。本发明将热能用于发电并循环使用，充分利用能源，减少浪费；设置气流导向，大大减小汽车行驶时的空气阻力。

Description

一种汽车能源综合利用系统
技术领域
本发明涉及一种汽车能源综合利用系统，是通过充分利用汽车发动机的热能循环使用、汽车行驶产生的气流，减小汽车风阻和汽车尾部的负压，增加空气涡轮增压器过程的可控制性，汽车刹车的能源回收等，提高汽车能源的利用率，降低汽车能耗。
背景技术
当前市场汽车用能源只有30-40％用于了驱动汽车做功，大部分转化为热量排放到大气中；利用涡轮增压器提高发动机的效率，当前发动机空气增压器主要采用废气涡轮增压和机械增压，前者因发动机产生的废气温度高，涡轮增压器效率低，过程可控性差，且使发动机气缸内产生背压，降低发动机的功效，后者直接使用发动机的机械力，是通过增加了汽车发动机的负荷来实现的，虽然能提升发动机的功率，但提升功率部分大多用于了机械增压器的功耗，发动机的空气进气量也不能有效控制，甚至会浪费更多的能源。因为汽车散热器的需要，汽车前方都设置大面积的进气格栅，汽车进驶时大量的高速空气通过格栅进入汽车发动机仓，高速空气在汽车发动机仓内形成湍流，产生较大的阻力。汽车尾部的负压也是产生阻力的主要因素，因尾部负压产生的阻力也消耗了汽车大量的能源。
发明内容
本发明目的在于提供一种充分利用汽车浪费的热能、制动能，并减小汽车行驶时的风阻和汽车尾部的负压的系统。
本发明的技术方案是：一种汽车发动机空气滤清器，其内部的气流方向设置为与汽车行驶产生的气流方向相同，空气从滤芯内中间向外壁流动，空气滤清器滤芯设置成双锥形结构，其锥形方向顺着气流方向向内倾斜；空气滤清器滤芯外部设置一支架，顺着滤芯设置成双锥形结构，支承空气滤清器滤芯，支架侧壁布满小孔，利于空气通过，支架顶部设置一排气管，由于空气流速将进入空气滤清器的水份和微尘顺着空气滤清器滤芯内壁的锥形方向经支架顶部的排气管排出空气滤清器，清洁空气滤清器滤芯。进入空气滤清器的空气通过滤芯、支架经空气滤清器外壳内壁导向进入电动涡轮增压器，由电动涡轮增压器送入汽车发动机进气歧管。设置电动涡轮增压器，汽车发动机的空气进气量能够有效的控制，能提高发动机的效率。
利用汽车发动机产生的废气通过蒸汽发生器产生高压蒸汽，高压蒸汽驱蒸汽涡轮发电机发电，供应电动涡轮增压器、照明及其它电气设备用电或向蓄电池充电。蒸汽发生器设置一回路与发动机缸体相连，吸收发动做功产生的热量，增加蒸汽产生量。从蒸汽涡轮发电机出来的高温蒸汽经过蒸汽发生器，将热量交换给更低温度的蒸汽和水，热能循环利用，产生更多的蒸汽，同时降低回收蒸汽的温度，并通过冷凝器以及利用冷凝液直喷冷凝方式冷凝回收蒸汽使回收蒸汽液化并循环使用。冷凝器的冷却液分别为冷却发动机出来的高温冷却液和低温发动机冷却液分别对蒸汽进行一级冷凝和二级冷凝，直喷方式冷凝用的冷凝液为一级冷凝器和、或二级冷凝器产生的冷凝液，根据一级冷凝液的温度、二级冷凝后剩余的蒸汽量通过智能控制系统控制蒸汽冷凝过程，保证一级冷凝后的冷凝液的温度在95度或更高温度和蒸汽尾气量更少。一级冷凝的冷凝液通过高压水泵送入蒸汽发生器，补充蒸汽发生器的水量，蒸汽、冷凝液循环使用。
本发明设置的电动发电两用机，其通过皮带轮、皮带与发动机的主轴相连接，刹车设置可给出普通制动、紧急制动信号等信号形式，汽车制动时，通过刹车传递信号给智能控制系统，智能控制系统识别制动时刹车给出的信号，指挥电动发电两用机和汽车发动机操作不同的步骤，智能控制系统指挥电动发电两机为发电状态时，发电产生的力矩作用通过发动机、变速箱、传动轴传递给车轮制动，产生的电向蓄电池充电。油门设置可给出电动发电两用机为电动状态和空转状态信号给智能控制系统，智能控制系统根据蓄电池电量判定电动发电两用机的运转状态，当为电动状态时，为汽车行驶提供动力，节约汽车油耗，当蓄电池电量较少量，电动发电机为空转状态。
本发明的汽车发动机仓前部进气格栅设置较小的面积，汽车发动机仓内后部合理设置排气口，其它部位设置为封闭状态。从进气格栅进来的气体通过设置管道引至需要冷却的设备，充分利用汽车行驶产生的气流的能量，避免高速气流形成湍流对汽车产生大的阻力而消耗汽车能源，并可以控制发动机仓的温度，避免热能损失。
本发明的汽车散热器设置在汽车尾部的下方，散热器设置成卧式结构，散热器内的气流方向与汽车行驶产生的气流方向相同，减小散热器的气流进气面积，以减小汽车行驶时散热器产生的空气阻力，减少汽车能源的损耗。
本发明的汽车后保险杠设置多条横向的向后上部倾斜的导叶，气流顺着汽车后保险杠上的导叶方向流出，到达汽车尾部产生负压的部位，消减汽车高速行驶时汽车尾部产生的负压，降低汽车尾部负压产生的风阻，减少汽车能源的损耗。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明空气滤清器结构示意图；
图3为本发明空气滤清器外壳及滤芯支架结构示意图；
图4为本发明空气滤清器滤芯结构示意图；
图5为本发明蒸发生器结构示意图；
图6为本发明冷凝器结构示意图；
图7为本发明散热器由散热器风扇冷却结构示意图；
图8为本发明散热器由气流冷却结构示意图；
图9为本发明后保险杠结构示意图。
图中：1、空气滤清器；2、电动涡轮增压器；3、汽车发动机；4、蒸汽发生器；5、蒸汽涡轮机发电机；6、高压水泵；7、冷凝器；8、蒸汽尾气出口；9、废气尾气出口；10、废气冷凝水净化器；11、智能控制系统；12、电动发电两用机；13、进气管；14、滤芯；15、外壳；16、滤芯支架；17、除尘电磁控制阀；18、滤芯过滤层；19、滤芯过滤层固定层；20、废气热交换一回路；21、废气热交换二回路；22、废气热交换三回路；23、废气热交换四回路；24、回收蒸汽热交换一回路；25、回收蒸汽热交换二回路；26、一级冷凝器；27、二级冷凝器；28、冷凝液直喷装置；29、散热器风扇；30、散热器片；31、后保险杠；32、导叶。
具体实施方式
如图1-6所示，本发明由空气滤清器1、电动涡轮增压器2、汽车发动机3、蒸汽发生器4、蒸汽涡轮发电机5、高压水泵6、冷凝器7、废气冷凝水净化器10、智能控制系统11、电动发电两用机12组成，匀设置在汽车发动机仓内。空气滤清器1由进气管13、滤芯14、外壳15、滤芯支架16、除尘电磁控制阀17组成，滤芯12由过滤层18和滤芯过滤层固定层19组成。蒸汽发生器5由4个废气热交换回路、2个回收蒸汽热交换回路和发动机缸体回路组成。冷凝器7由一级冷凝器26、二级冷凝器27、冷凝液直喷装置28组成，每个冷凝器内设置一贮水箱，其上部分别设置冷凝直喷装置。空气滤清器1内空气流方向设置为与汽车行驶产生的气流方向相同，汽车高速行驶时产生的空气流顺着空气滤清器进气管13进入空气滤清器1，通过滤芯14及滤芯支架16由空气滤清器外壳15内壁导向至电动涡轮增压器2入口。汽车发动机3启动时，电动涡轮增压器2通过汽车蓄电池供电产生高压空气进入汽车发动机3进气歧管，汽车发动机3做功排出的废气经过发动机排气歧管进入蒸汽发生器4，蒸汽发生器4产生的高压蒸汽驱动蒸汽涡轮发电机5，在高压蒸汽的作用下蒸汽涡轮发电机5高速旋转产生电能，产生的电能提供给空气涡轮增压器2运转、灯光照明、其它电气用电及给蓄电池充电。从蒸汽涡轮发电机5出来的做功后的蒸汽进入蒸汽发生器进行热交换，充分利用蒸汽的余热，降低蒸汽的温度，再经过冷凝器7变成高温冷凝液，冷凝液通过高压水泵6抽到蒸汽发生器4内，补充蒸汽发生器的水量，循环使用，从冷凝器蒸汽尾气出口8出来的蒸汽直接排到大气中；经过热交换后，从蒸汽发生器4废气尾气出口9出来的废气进入汽车消声器排出，冷凝的部分水分经过废气冷凝水净化器净化10进行净化，流入二级冷凝器的贮水箱中，补充未冷凝的蒸汽排放出去的水量，减少水的贮存量及补充水的频次。
如图1-2所示，本发明的空气滤清器1进气管13设置成锥形，进口面积为出口面积的1.3-2倍，其长度为进口长度的2.5倍或更长，可以提升进气气流的流速和气压，空气更容易克服空气滤清器的阻力，汽车发动机更容易获得充足的进气量。
如图1-4所示，本发明的空气滤清器1内的滤芯14设置为沿气流方向向内缩小的双锥形结构，滤芯过滤层18锥度为小角度的锥度，保证更大过滤面积，锥度小端的滤芯固定层19设置大锥度，减小非过滤部位占更多的空间，滤芯支架16顺着滤芯14的形状设置为双锥形，滤芯支架16侧壁设置为布满小孔，顶端设置一排气管道，管道通过空气滤清器外壳15伸出空气滤清器1外；外部管道上设置一除尘电磁控制阀17，除尘电磁控制阀17处于常关闭状态，内设置一小孔，关闭状态时其内的小孔连通空气滤清器内外部；当汽车行驶时，将进入空气滤清器内的微尘和水份通过滤芯14和滤芯支架16的双锥形导向并在空气流速的作用下从滤芯支架顶部的管道排出空气滤清器，可以完全清除或减少滤芯14壁上的微尘吸附和排出进入空气滤清器中的水份，在汽车高速滑行时打开除尘电磁控制阀17，增大支架顶部管道的空气排出量，带走附在滤芯14壁上附着的微尘，彻底清洁滤芯14，减小空气滤清器滤芯的空气阻力，保证滤芯的进气效率。
如图1、5所示，本发明的蒸汽发生器4废气热交换回路设置为废气热交换一回路20、废气热交换二回路21、废气热交换三回路22、废气热交换四回路23四个回路结构；蒸汽发生器4的回收蒸汽热交换回路设置为回收蒸汽热交换一回路24、回收蒸汽热交换二回路25两个回路结构；发动机缸体设置为双回路结构，其上一回路用于从蒸汽发生器来的蒸汽吸收发动机热量，另一回路用于发动机冷却液冷却发动机。发动机出来的废气依次进入废气热交换一回路20、废气热交换二回路21、废气热交换三回路22、废气热交换四回路23，从废气尾气出口9排至汽车消声器。做功后的从蒸汽涡轮发电机5出来的蒸汽首先进入回收蒸汽热交换一回路24进行热交换，再进入回收蒸汽热交换二回路25进行热交换。高压水泵6从一级冷凝器26的水箱中抽来的水首先进入回收蒸汽热交换二回路25和废气热交换四回路23，再进入回收蒸汽热交换一回路24和废气热交换三回路22，分别与回收蒸汽和废气进行热交换，经过两个回路的升温，产生的蒸汽进入发动机的缸体内吸收发动机热量回路，充分利用汽车发动机做功产生的热量，从发动机缸体内吸收发动机热量回路出来的蒸汽进入废气热交换二回路，再进入废气热交换一回路，吸收废气中的热量，产生高压的蒸汽进入到涡轮蒸汽发电机进行发电。整个回路的热量大部分循环利用，大大减少了热量的浪费，加上新的废气和发动机缸体的热量，为产生更多的电量提供了保障。
如图6所示，本发明的冷凝器7设置由一级冷凝器26、二级冷凝器27、冷凝液直喷冷凝28组成，一级冷凝器26、二级冷凝器2内部分别设置有贮水箱，冷凝液直喷装置28分别设置在一级冷凝器26和二级冷凝器27的上部，从蒸汽发生器出来的回收蒸汽通过一级冷凝器26、二级冷凝器27、冷凝直喷装置28冷凝蒸汽。一级冷凝器上的冷凝直喷装置28的冷凝直喷液分别为一级冷凝器26和、或二级冷凝器27冷凝的冷凝液，冷凝直喷装置28通过智能控制器11根据一级冷凝器26冷凝的水温和蒸汽尾气出口8出来的蒸汽量进行智能运转，保证一级冷凝器26冷凝后的水有更高的温度，同时蒸汽尾气出口8出来的蒸汽量更少。二级冷凝器上的冷凝直喷装置28的冷凝直喷液为二级冷凝器27冷凝的水，利用冷凝直喷保证更多的蒸汽液化。一级冷凝器26的冷却液为从汽车发动机出来的高温冷却液，其温度在85度左右，经一级冷凝器26冷凝后的水可控制到90度或更高的温度；二级冷凝器27的冷却液为汽车发动机的低温冷却液，确保更多的蒸汽被冷凝。经过冷凝器7进行热交换的冷却液进入汽车散热器进行冷却，循环使用。
本发明的汽车发动机仓前部进气口设置进气面积小于0.026平方米，汽车发动机仓内后部合理位置设置排气口，其它部位设置为封闭状态。从进气口进来看气体设置管道引至需要冷却的设备，如电动涡轮增压器的电机、蒸汽涡轮发电机的发电机的冷却，二级冷凝器内可以设置空气冷凝装置，以及其它需要冷却的设备，保证更好的冷却效果，可将须冷却的设备设置成半封闭状态，充分利用汽车行驶产生的气流的能量，避免发动机仓内因高速气流形成湍流，对汽车产生大的阻力而消耗汽车能源，并使发动机仓的温度可控，避免热能损失。
如图7、8所示，本发明的汽车散热器由散热器风扇29和散热器片30组成，散热器设置在汽车尾部的下方，散热器设置成卧式结构，散热器内的气流方向与汽车行驶产生的气流方向相同，散热器风扇设置在散热器气流入口前方，当汽车处于低速状态时由散热器风扇为散热器散热，当汽车较高速度行驶时，散热器风扇旋转一定的角度，散热器风扇下部变为散热器气流导向叶片，由高速气流给散热器散热。充分利用汽车尾部空间，减小散热器的进气面积，散热器设置更为合理，可以减小汽车行驶时散热器产生的空气阻力，汽车行驶时利用其产生的气流冷却发动机冷却液降低汽车能耗。
如图9所示，本发明的汽车后保险杠31设置多个横向长方形孔，孔的下方设置为向汽车后部上方倾斜的导叶32，空气经过汽车后保险杠31上的导叶32流向汽车尾部上方汽车行驶时产生负压的区域，消减汽车高速行驶时汽车尾部产生的负压，降低汽车尾部负压产生的风阻。
本发明设置的电动发电两用机，其通过皮带轮、皮带与发动机的主轴相连接，刹车设置可给出普通制动、紧急制动信号等信号形式，汽车制动时，通过刹车传递信号给智能控制系统，智能控制系统识别制动时刹车给出的信号，指挥电动发电两用机和汽车发动机操作不同的步骤，智能控制系统指挥电动发电两机为发电状态时，发电产生的力矩作用通过发动机、变速箱、传动轴传递给车轮制动，产生的电向蓄电池充电。油门设置可给出电动发电两用机为电动状态和空转状态信号给智能控制系统，智能控制系统根据蓄电池电量判定电动发电两用机的运转状态，当为电动状态时，为汽车行驶提供动力，节约汽车油耗，当蓄电池电量较少量，电动发电机为空转状态。
本发明适合于发动机前置的中小型乘用车，未提供示图的陈述是以前置发动机仓汽车通常的相同或相近的结构为对象进行的陈述。

Claims (9)

1.一种汽车能源综合利用系统，其特征在于：一种汽车能源综合利用系统，主要由空气滤清器、电动涡轮增压器、汽车发动机、水蒸汽发生器、蒸汽涡轮发电机、冷凝器、高压水泵、废气冷凝水净化器、智能控制系统、电动发电两用机组成，匀设置在汽车发动机仓内；空气滤清器由进气管、滤芯、外壳、滤芯支架、除尘电磁控制阀组成；蒸汽发生器由废气热交换回路、回收蒸汽热交换回路、发动机缸体热交换回路组成，废气热交换回路设置为四个回路，回收蒸汽热交换回路设置为两个回路，发动机缸体设置为从蒸汽发生器来的蒸汽吸收发动机产生的热量回路和用于发动机冷却液冷却发动机回路的双回路结构；冷凝器由一级冷凝器、二级冷凝器、冷凝液直喷装置组成，各级冷凝器内分别设置水箱；空气滤清器内的空气气流方向设置为与汽车行驶产生的气流方向相同，汽车发动机启动时，电动涡轮增压器通过汽车蓄电池供电产生高压空气进入汽车发动机进气歧管，汽车发动机做功排出的废气经过发动机排气歧管进入蒸汽发生器，蒸汽发生器产生的高压蒸汽驱动蒸汽涡轮发电机发电产生电能，从蒸汽涡轮发电机出来的做功后的蒸汽进入蒸汽发生器进行热交换，再经过冷凝器变成高温冷凝液，冷凝液通过高压水泵抽到蒸汽发生器内，补充蒸汽发生器的水量；从蒸汽发生器废气尾气出口出来的废气进入汽车消声器排出，冷凝的水经冷凝水净化器净化后流入二级冷凝器贮水箱内；从蒸汽尾气出口出来的水蒸气直接排到大气中；智能控制系统接收汽车制动刹车和加油踏板传出的信号，指挥电动发电两用机进行发电、电动或空转；汽车发动机仓前部进气口设置进气面积小于0.026平方米，汽车发动机仓内后部设置排气口，其它部位设置为封闭状态；汽车散热器设置在汽车尾部的下方，散热器设置成卧式结构，散热器内的气流方向与汽车行驶产生的气流方向相同；汽车后保险杠设置多个横向长方形孔，孔的下方设置向汽车后部上方倾斜的导叶。
2.根据权利要求1所述的汽车能源综合利用系统，其特征在于：所述的空气滤清器由进气管、滤芯、外壳、滤芯支架、除尘电磁控制阀组成；空气滤清器进气管设置成锥形，进口面积为出口面积的1.3-2倍，其长度为进口长度的2.5倍或更长；滤芯设置为沿气流方向向内缩小的双锥形结构，滤芯支架设置在滤芯的外部，顺着滤芯形状设置为双锥形，滤芯支架顶端设置一排气管道，管道通过空气滤清器外壳伸出空气滤清器外；外部管道设置一除尘电磁控制阀，其内设置一小孔，除尘电磁控制阀处于常关闭状态，关闭状态时其内设置的小孔连通空气滤清器内外。
3.根据权利要求1或2所述的汽车能源综合利用系统，其特征在于：所述的空气滤清器滤芯由滤芯过滤层和滤芯过滤层固定层组成，滤芯设置为沿空气滤清器内的气流方向向内缩小的双锥形结构，空气流向设置为从滤芯内壁向外流动，滤芯过滤层锥度为小角度的锥度，滤芯过滤层锥度小端的滤芯过滤层固定层设置大锥度。
4.根据权利要求1或2所述的汽车能源综合利用系统，其特征在于：所述的空气滤清器滤芯支架，设置为顺着滤芯形状的双锥形，其顶部设置一排气管道，管道通过空气滤清器外壳伸出空气滤清器外；外部管道设置一除尘电磁控制阀，其内设置一小孔，除尘电磁控制阀处于常关闭状态，关闭状态时其内设置的小孔连通空气滤清器内外。
5.根据权利要求1所述的汽车能源综合利用系统，其特征在于：所述蒸汽发生器由废气热交换回路、回收蒸汽热交换回路、发动机缸体热交换回路组成，废气热交换回路设置废气热交换一回路、废气热交换二回路、废气热交换三回路、废气热交换四回路4个回路，回收蒸汽热交换回路设置回收蒸汽热交换一回路、回收蒸汽热交换二回路两个回路，发动机缸体热交换回路设置为从蒸汽发生器来的蒸汽吸收发动机热量回路和用于发动机冷却液冷却发动机缸体回路的双回路结构；发动机出来的废气依次进入废气热交换一回路、废气热交换二回路、废气热交换三回路、废气热交换四回路，从废气尾气出口排至汽车消声器；做功后的从蒸汽涡轮发电机出来的蒸汽首先进入回收蒸汽热交换一回路，再进入回收蒸汽热交换二回路，再进入冷凝器冷凝；高压水泵从一级冷凝器的水箱中抽来的水首先进入回收蒸汽热交换二回路和废气热交换四回路，再进入回收蒸汽热交换一回路和废气热交换三回路，分别与回收蒸汽和废气进行热交换，经过两个回路热交换产生的蒸汽进入发动机缸体蒸汽吸收发动机热量回路，从发动机缸体热交换回路出来的蒸汽进入废气热交换二回路，再进入废气热交换一回路，与高温废气进行热交换，产生的高压蒸汽驱动蒸汽涡轮发电机发电。
6.根据权利要求1或5所述的汽车能源综合利用系统，其特征在于：所述的冷凝器由一级冷凝器、二级冷凝器、冷凝液直喷装置组成，一级冷凝器和二级冷凝器上方分别设置独立运转的冷凝直喷装置；蒸汽发生器出来的回收蒸汽经过一级冷凝器、二级冷凝器冷凝；一级冷凝器的冷凝直喷液为一级冷凝器和、或二级冷凝器冷凝的冷凝液，冷凝直喷装置通过智能控制系统根据一级冷凝器冷凝的水温和蒸汽尾气出口出来的蒸汽量进行智能运转；二级冷凝器的冷凝直喷液为二级冷凝器冷凝内的冷凝液；一级冷凝器的冷却液为从冷却汽车发动机出来的高温冷却液，二级冷凝器的冷却液为低温冷却液。
7.根据权利要求1所述的汽车能源综合利用系统，其特征在于：汽车发动机仓前部进气口设置进气面积小于0.026平方米，汽车发动机仓后部设置小的排气口，其它部位设置为封闭状态。
8.根据权利要求1所述的汽车能源综合利用系统，其特征在于：所述的汽车散热器由散热器风扇和散热器片组成，散热器设置在汽车尾部的下方，散热器设置成卧式结构，散热器内的气流方向与汽车行驶产生的气流方向相同，散热器风扇设置在散热器气流入口前方，当汽车处于低速状态时由散热器风扇为散热器散热，当汽车较高速度行驶时，散热器风扇旋转一定的角度，散热器风扇下部变为散热器气流导向叶片，由高速气流给散热器散热。
9.根据权利要求1所述的汽车能源综合利用系统，其特征在于：所述的汽车后保险杠设置多个横向长方形孔，孔的下方设置为向汽车后部上方倾斜的导叶。
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