CN108374710B - 一种汽车尾气涡轮发电装置及其工作方法 - Google Patents

一种汽车尾气涡轮发电装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽车尾气涡轮发电装置，包括涡轮增压系统、发电储电系统、废气流量调节系统，所述涡轮增压系统包括废气涡轮、压气机，所述废气涡轮与压气机为同轴联动；所述发电储电系统包括动力涡轮、发电机、整流器、滤波器、电位计、蓄电池，所述废气流量调节系统包括电磁蝶阀A、电磁蝶阀B、压力传感器、温度传感器、速度传感器A、速度传感器B；本本发明还涉及一种汽车尾气涡轮发电装置的工作方法。本发明能够利用汽车排放的尾气进行发电、蓄电，并能通过模糊控制，实现动力涡轮及发电机的平稳运转，进而实现汽车尾气的能量再收集，再利用。

Description

一种汽车尾气涡轮发电装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种汽车尾气涡轮发电装置及其工作方法，属于车辆零部件试验技术领域。
背景技术
车用发动机涡轮增压器是利用发动机的废气能量驱动涡轮高速旋转，然后带动同轴的叶轮将空气压缩送入气缸，使燃油得到充分的燃烧，达到提高发动机功率并降低油耗的目的。涡轮增压器是提高发动机输出功率的关键部件，其转速可达4万-10万r/min。从发电机热平衡来看，理想工况下废气带走的热量占总热量的30%左右，很多的能量直接浪费了，同时带有动力涡轮的发动机的经济性没有明显的变化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是在于提供了一种汽车尾气涡轮发电装置及其工作方法，利用汽车尾气的能量进行发电、蓄电。
本发明采用以下方案实现：一种汽车尾气涡轮发电装置，包括排气主路、与排气主路相连通的两个排气支路；还包括发电储电系统和废气流量调节系统，所述发电储电系统包括设置在其中一个排气支路上的动力涡轮以及与动力涡轮同轴联动发电机；所述废气流量调节系统包括分别位于两个排气支路上的电磁蝶阀A和电磁蝶阀B,所述排气主路上安装有废气涡轮。
进一步的，废气流量调节系统还包括了用于感应废气涡轮转速的速度传感器A，用于感应发电机转速的速度传感器B，用于感应排气主路温度的温度传感器，用于感应排气主路压力的压力传感器，所述速度传感器A、速度传感器B、温度传感器和压力传感器与控制器相连接，电磁蝶阀A和电磁蝶阀B也与控制器相连接。
进一步的，所述废气涡轮连接着压气机，并且两者为同轴联动。
进一步的，发电机与蓄电池电连接，发电机与蓄电池之间还依次设置有整流器、滤波器和电位计。
进一步的，所述速度传感器A安装在废气涡轮与压气机之间的连轴上，所述速度传感器B安装在动力涡轮与发电机之间的连轴上。
本发明提供的另一种技术方案是：一种汽车尾气涡轮发电装置的工作方法，包括所述的汽车尾气涡轮发电装置：
（1）当发动机处于低负荷时，来自发动机的废气量较小，导致废气涡轮及动力涡轮低速运转，此时速度传感器A、速度传感器B检测到废气涡轮及动力涡轮低速运转的信号，控制系统发出信号使电磁蝶阀B打开，电磁蝶阀A关闭使废气均从动力涡轮所在支路通过，并对动力涡轮做功进而对发电机进行发电，伴随着动力涡轮的做功，此时动力涡轮与废气涡轮之间会产生背压，反过来对废气涡轮有提速作用，进而带动压气机的提速，提高压气机的增压效果；
（2）当发动机处于中等负荷时，来自发动机的废气量较平稳，利用速度传感器A与速度传感器B分别实时采集废气涡轮和动力涡轮的速度信号，当转速和负荷平稳运行时，通过模糊控制不断地调整电磁蝶阀A、电磁蝶阀B的开度，对进入动力涡轮的废气量进行控制，进而可以控制动力涡轮及发电机平稳运行；
（3）当发动机处于高负荷运行时，进入废气涡轮及动力涡轮的废气量增大，此时速度传感器A、速度传感器B检测到废气涡轮及动力涡轮高速运转的信号，控制系统发出信号降低电磁蝶阀B的开度，增加电磁蝶阀A的开度，减少从动力涡轮通过的废气量，降低动力涡轮及发电机的转速，防止发电机因过载而烧坏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）该装置可利用汽车尾气进行能量收集及转换,将汽车尾气的能量转换为电能进行储蓄，避免尾气中大量的能量浪费；
（2）该装置通过废气涡轮、压气机组成涡轮增压器系统，用以压缩空气提高发动机进气量，增加发动机的工作效率，特别是当低负荷工况时，动力涡轮与废气涡轮之间会产生背压，反过来对废气涡轮又有提速的作用，带动压气机的提速，使得增压的效果更佳突出；
（3）该装置能通过检测废气涡轮的速度，对比系统预设的发起涡轮速度，自动调节进入动力涡轮的废气量，使与动力涡轮同轴转动的发电机在运行中保持良好的工作状况；
（4）该装置使用废气涡轮发电达到最佳的方法与废气涡轮增压器结合得当，结构紧凑，体积小，重量轻，可维修性好。
附图说明
图1为为本发明的硬件系统框图；
图2为本发明实施例的发动机低负荷工况下系统运行示意图；
图3为本发明实施例的发动机中等负荷工况下系统运行示意图；
图4为本发明实施例的发动机高负荷工况下系统运行示意图。
图中：1、电磁蝶阀A；2、电磁蝶阀B；3、废气涡轮；4、压气机；5、动力涡轮；6、发电机；7、整流器；8、滤波器；9、电位计；10、蓄电池；11、压力传感器；12、温度传感器；13、速度传感器A；14、速度传感器B。
为使得本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
如图1～4所示，一种汽车尾气涡轮发电装置，包括排气主路、与排气主路相连通的两个排气支路；还包括发电储电系统和废气流量调节系统，所述发电储电系统包括设置在其中一个排气支路上的动力涡轮5以及与动力涡轮5同轴联动发电机6，当尾气进入动力涡轮5后，动力涡轮5转动，带动发电机6转动，进行发电；所述废气流量调节系统包括分别位于两个排气支路上的电磁蝶阀1和电磁蝶阀2,通过控制电磁蝶阀1和电磁蝶阀2的开度可以分别控制其所在支路上的尾气流量，所述排气主路上安装有废气涡轮3。
本实施例中，废气流量调节系统还包括了用于感应废气涡轮3转速的速度传感器A13，用于感应发电机6转速的速度传感器B14，用于感应排气主路温度的温度传感器12，用于感应排气主路压力的压力传感器11，所述速度传感器A13、速度传感器B14、温度传感器12和压力传感器11与控制器相连接，所述电磁蝶阀A1和电磁蝶阀B2也与控制器相连接，运行时速度传感器A13、速度传感器B14、温度传感器12和压力传感器11检测的信号传递给控制器，控制器根据采集的信号与系统设置的数值进行对比，进而控制电磁蝶阀A1和电磁蝶阀B2的开度。
本实施例中，所述废气涡轮3连接着压气机4，并且两者为同轴联动，通过同轴联动，当废气涡轮3转动时，能同时带动压气机4转动，进而压缩空气提高发动机进气量，增加发动机的工作效率，特别是当低负荷工况时，动力涡轮5与废气涡轮3之间会产生背压，反过来对废气涡轮3又有提速的作用，带动压气机4的提速，使得增压的效果更佳突出。
本实施例中，发电机6与蓄电池10电连接，发电机6与蓄电池10之间还依次设置有整流器7、滤波器8和电位计9对发电机6产生的电流进行滤波整流后，接入蓄电池10中进行储蓄。
本实施例中，所述速度传感器A13安装在废气涡轮3与压气机4之间的连轴上，用来检测废气涡轮3及压气机4的转速，所述速度传感器B14安装在动力涡轮5与发电机6之间的连轴上，用来检测发电机6的转速。
一种汽车尾气涡轮发电装置的工作方法，包括所述的汽车尾气涡轮发电装置：
（1）当发动机处于低负荷时，来自发动机的废气量较小，导致废气涡轮3及动力涡轮5低速运转，此时速度传感器A13、速度传感器B14检测到废气涡轮3及动力涡轮5低速运转的信号，控制系统发出信号使电磁蝶阀B2打开，电磁蝶阀A1关闭使废气均从动力涡轮5所在支路通过，并对动力涡轮5做功进而对发电机6进行发电，伴随着动力涡轮5的做功，此时动力涡轮5与废气涡轮3之间会产生背压，反过来对废气涡轮3有提速作用，进而带动压气机4的提速，提高压气机4的增压效果；
（2）当发动机处于中等负荷时，来自发动机的废气量较平稳，利用速度传感器A13与速度传感器B14分别实时采集废气涡轮3和动力涡轮5的速度信号，当转速和负荷平稳运行时，控制系统通过模糊控制将电磁蝶阀A1、电磁蝶阀B2控制在相应的开度，对进入动力涡轮5的废气量进行控制，进而可以控制动力涡轮5及发电机6平稳运行；
（3）当发动机处于高负荷运行时，进入废气涡轮3及动力涡轮5的废气量增大，此时速度传感器A13、速度传感器B14检测到废气涡轮3及动力涡轮5高速运转的信号，控制系统发出信号降低电磁蝶阀B2的开度，增加电磁蝶阀A1的开度，减少从动力涡轮5通过的废气量，降低动力涡轮5及发电机6的转速，保护发电机6不因过载而烧坏。
上述操作流程及软硬件配置，仅作为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种汽车尾气涡轮发电装置的工作方法，其特征在于：汽车尾气涡轮发电装置包括排气主路、与排气主路相连通的两个排气支路；还包括发电储电系统和废气流量调节系统，所述发电储电系统包括设置在其中一个排气支路上的动力涡轮以及与动力涡轮同轴联动发电机；所述废气流量调节系统包括分别位于两个排气支路上的电磁蝶阀A和电磁蝶阀B,所述排气主路上安装有废气涡轮；
废气流量调节系统还包括了用于感应废气涡轮转速的速度传感器A，用于感应发电机转速的速度传感器B，用于感应排气主路温度的温度传感器，用于感应排气主路压力的压力传感器；
所述废气涡轮连接着压气机，并且两者为同轴联动；
汽车尾气涡轮发电装置的工作方法：
（1）当发动机处于低负荷时，来自发动机的废气量较小，导致废气涡轮及动力涡轮低速运转，此时速度传感器A、速度传感器B检测到废气涡轮及动力涡轮低速运转的信号，控制系统发出信号使电磁蝶阀B打开，电磁蝶阀A关闭使废气均从动力涡轮所在支路通过，并对动力涡轮做功进而对发电机进行发电，伴随着动力涡轮的做功，此时动力涡轮与废气涡轮之间会产生背压，反过来对废气涡轮有提速作用，进而带动压气机的提速，提高压气机的增压效果；
（2）当发动机处于中等负荷时，来自发动机的废气量较平稳，利用速度传感器A与速度传感器B别实时采集废气涡轮和动力涡轮的速度信号，当转速和负荷平稳运行时，通过模糊控制不断地调整电磁蝶阀A、电磁蝶阀B的开度，对进入动力涡轮的废气量进行控制，进而可以控制动力涡轮及发电机平稳运行；
（3）当发动机处于高负荷运行时，进入废气涡轮及动力涡轮的废气量增大，此时速度传感器A、速度传感器B检测到废气涡轮及动力涡轮高速运转的信号，控制系统发出信号降低电磁蝶阀B的开度，增加电磁蝶阀A的开度，减少从动力涡轮通过的废气量，降低动力涡轮及发电机的转速。
2.根据权利要求1所述的汽车尾气涡轮发电装置的工作方法，其特征在于：发电机与蓄电池电连接，发电机与蓄电池之间还依次设置有整流器、滤波器和电位计。
3.根据权利要求1所述的汽车尾气涡轮发电装置的工作方法，其特征在于：所述速度传感器A安装在废气涡轮与压气机之间的连轴上，所述速度传感器B安装在动力涡轮与发电机之间的连轴上。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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