CN108930580B - 一种具有热回收功能的排气歧管 - Google Patents

Abstract

一种具有热回收功能的排气歧管，涉及发动机排气系统装置技术领域，包括位于发动机排气侧的歧管本体，还包括:蓄电池组件，蓄电池组件连接车辆的电路系统；导热模块，包括贴设于歧管本体的第一热管和分别连接第一热管的第二热管和第三热管，第一热管包括主管和设于主管端部的热控制模块，热控制模块联通第一热管、第二热管和第三热管；余热回收模块，包括连接第二热管的热电转换装置，热电转换装置连接蓄电池组件；第三热管连接发动机的进气侧，第三热管包括贴设于发动机表面的导热部和可动连接于导热片上方的散热部。本发明具有热量利用效率高、适应新能源汽车的发展方向、可提高发动机工作状态提高工作效率进一步节能减排、发电效率高等优点。

Description

一种具有热回收功能的排气歧管

技术领域

本发明涉及发动机排气系统装置技术领域，尤其涉及一种具有热回收功能的排气歧管。

背景技术

发动机作为内燃机为达到最佳的输出效率和燃烧效率需要具有一定的最适工作温度，如整体温度过低会导致燃料在气缸内燃烧不足，而温度过高的话则会导致燃料震爆或发动机本体过热损坏等问题。一般通过在发动机缸体内设置水道并充入冷却水，通过冷却水的导热能力将气缸内燃烧的热量传导从而加热发动机或将多余的热量带到中冷器冷却散热。水作为比热容较高的介质，其加热较慢，在发动起启动后需要较长时间才能达到适合的工作温度。如公开号为CN104775888B的中国发明专利所述的一种水套式排气歧管及具有其的发动机，其通过在发动机周围设置水套达到快速升温的效果，但是其原理仍旧为采用水作为调温介质，其无法克服以上问题。

在如今的汽车发展中，节能减排的新能源汽车为主要的发展方向。一般的纯电动车因电池技术的限制具有里程短、续航差的缺点；在现今的科技条件下，内燃机电机混合的驱动模式成为主流，其中，部分车辆厂商通过将原有内燃机车中的12V电路升级为48V以达到混动、支持更多车辆电子元件，这一系统中48V蓄电池需要发动机带动发电机发电，相对现有技术中的12V蓄电池需要消耗更多的发动机动能来发电，即变相的增加了发动机的载荷和功耗，此时需要更为高效、低污染、低功耗的发电模式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有热回收功能的排气歧管。通过该具有热回收功能的排气歧管，可以通过对排气歧管处热量有效传导使得发动机整体温度的快速、有效提升；同时可将排气歧管处的热量回收利用用于发电；同时可根据车辆状态调节自身状态，提高对排气歧管热量有效利用的同时不影响排气歧管的工作状态；同时可有效的适配于发动机，减少热量的无效散失。

为实现发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有热回收功能的排气歧管，包括位于发动机排气侧的歧管本体，还包括以下组件:蓄电池组件，所述蓄电池组件连接车辆的电路系统；导热模块，包括贴设于所述歧管本体的第一热管和分别连接所述第一热管的第二热管和第三热管，所述第一热管包括主管和设于所述主管端部的热控制模块，所述热控制模块连通所述第一热管、第二热管和第三热管；余热回收模块，包括连接所述第二热管的热电转换装置，所述热电转换装置连接所述蓄电池组件；所述第三热管连接所述发动机的进气侧，所述第三热管包括贴设于所述发动机表面的导热部和可动连接于所述导热部上方的散热部。

由此，通过所述第一热管将排气歧管在发动机工作时具有的热量向所述第二热管和所述第三热管传导，通过所述第二热管连接的所述热电转换装置，将传导至第二热管的热能转化为电能并储存于所述蓄电池组件中供新能源技术下的大功耗的电机和车辆电气系统使用；同时通过所述第三热管将热能传递至发动机的进气侧，从而为进气侧提供冷机启动时快速升温的热量；同时，通过所述导热部为所述进气侧提供热量，通过所述散热部在传递热量较多时通过其散热能力减少对进气侧的热量传导，使得发动机燃烧过程处于适宜的工作温度。

作为本发明的优选，所述热控制模块包括驱动器、受所述驱动器驱动的导热换向器和温度感应器，所述导热换向器包括壳体，所述第一热管、第二热管和第三热管以120度均匀间隔连接于所述壳体，所述壳体内设有换向柱，所述换向柱轴向间隔设有第一换向部和第二换向部，所述换向柱顶端连接所述驱动器，所述驱动器为端部设有往复机构的电机。

由此，通过所述驱动器中具有往复机构的电机带动，所述换向柱可在所述壳体内沿轴线往复移动，从而调节所述第一换向部和第二换向部之间的相对移动，从而调节从所述第一热管于所述第二、第三热管间的连接、导热关系，从而可以根据车辆的不同行驶状态调节从所述第一热管流出的热量的流向。如在车辆冷启动低速时，联通所述第一、第三热管使得热量全部传递至进气侧，提高发动机升温速度；在车辆平稳运行时联通第一、第二、第三热管，使得热量分别传递至发动机进气侧和所述热电转换装置，同时保证发动机的运行温度和发电需求；在车辆高负荷加速、高速状态下，联通所述第一、第二热管，一方面断开向发动机的供热避免其过热，另一方面使得较高的热量传递使所述热电转换装置提高发电量，从而满足高负荷下的电能消耗。

作为本发明的优选，所述第一换向部包括三个周向120度均布的换向块，所述第二换向部包括两个周向120度间隔的换向块。

由此，所述第一换向部可以同时联通所述第一、第二、第三热管；所述第二换向部可以通过所述驱动器的转动作用实现联通第一、第二热管或第一、第三热管。120度为圆周的三等分点，便于其控制。

作为本发明的优选，所述换向块为互相连通的铜块，所述换向柱为包裹连接所述换向块的高温陶瓷柱体。

由此，铜块具有良好的导热性，便于热量的传导；同时所述高温陶瓷柱体具有良好的机械性能，以及较好的耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性，从而保证满足工作强度的同时隔绝所述第一、第二换向部之间的热量传递，从而，减少不同工况下的相互影响。同时陶瓷可以通过烧结制成，在所述第一、第二换向部形状不同的情况下提高了加工的简便性。

作为本发明的优选，所述热电转换装置包括半导体发电器、温控单元和风扇。

由此，所述半导体发电器通过吸收所述第二热管传递的热量发电，所述温控单元用于监测所述半导体发电器的温度情况，所述风扇用于将所述半导体发电器的工作温度控制在适宜的范围内，通过以上设置使得所述热电转换装置具有良好的工作效率。

作为本发明的优选，所述半导体发电器包括贴合于所述第二热管的高温端和连接所述风扇的低温端，所述温控单元分别连接所述高温端、低温端和风扇。

由此，所述半导体发电器通过所述高温端吸收所述第二热管的热量，所述风扇位于所述低温端通过其增加空气流通的作用降低所述低温端的温度。所述半导体发电器应用热差发电原理，即金属的两端温度不均时，金属中的电子会形成从高温端向低温端的流动，即形成电势差，从而开始发电，所述第二热管于所述风扇同时配合增大温差的作用使得所述热电转换装置可以高效的发电。同时，通过所述温控单元分别连接所述高温端、低温端和风扇可以控制所述风扇的转速以控制温度差在最佳的发电效率温度下。

作为本发明的优选，所述导热部与所述散热部通过连接有伺服电机的铰链连杆连接。

由此，所述伺服电机通过转动控制所述铰链的转动，从而使得所述导热部于所述散热部可以受控的的开合。

作为本发明的优选，所述热控制模块还包括处理器，所述处理器连接所述温度感应器、伺服电机和温控单元。

由此，通过所述处理器可以综合收集信息并控制所述所述温度感应器、伺服电机和温控单元，从而实现对各个零部件工作状态的有效调控。

作为本发明的优选，所述第一热管与所述歧管本体连接处包括柔性连接部。

由此，出于空气动力、噪音、燃烧状态和重量的考虑，一般的排气歧管外部形状较为复杂，若采用纯金属作为第一热管来高效传热的话，其与歧管本体的连接面形状过于复杂，难以加工，成本过高，在所述第一热管与所述歧管本体连接处设置柔性连接部，使得所述柔性连接部于所述歧管本体可以充分接触的同时所述柔性连接部加工时无需加工成复杂表面，有助于提高热量传递效率且降低生产成本。

作为本发明的优选，所述柔性连接部包括连接所述第一热管表面的石棉层和覆盖于所述石棉层表面的铜箔层，所述铜箔层与所述第一热管间设有穿设于所述石棉层内的导热管。

由此，所述铜箔层具有良好的导热性与柔性，通过所述导热管将热量有效的传递至所述第一热管，所述石棉层作为所述铜箔层与所述导热管间的填充，具有隔热防火的作用，同时可通过其柔性的结构适配所述歧管本体的形状，使得所述铜箔层与所述歧管本体完全贴合，具有良好的导热性。

本发明具有热量利用效率高、适应于新能源汽车的发展方向、可提高发动机工作状态提高工作效率进一步节能减排、发电效率高等优点。

附图说明

图1为本发明的结构及控制简图；

图2为本发明导热换向器的三维剖视示意图；

图3为本发明热电转换装置的结构示意图；

图4为本发明导热部处的结构示意图；

图5为本发明柔性连接部的结构示意图；

图中各项分别为：1歧管本体，2蓄电池组件，3导热模块，31第一热管，311主管，32第二热管，33第三热管，331导热部，332散热部，333伺服电机，4热控制模块，41驱动器，411往复机构，42导热换向器，43壳体，44换向柱，441第一换向部，442第二换向部，443换向块，45温度感应器，46处理器，5热电转换装置，51半导体发电器，511高温端，512低温端，52温控单元，53风扇，6柔性连接部，61铜箔层，62石棉层，63导热管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述：

如图1、4所示的一种具有热回收功能的排气歧管，包括位于发动机排气侧的歧管本体1，还包括以下组件:蓄电池组件2，蓄电池组件2连接车辆的电路系统；导热模块3，包括贴设于歧管本体1的第一热管31和分别连接第一热管31的第二热管32和第三热管33，以上三个热管都为铜管，其截面可以为圆形、矩形或其他易于和其他装置贴合的形状，第一热管31包括主管311和设于主管311端部的热控制模块4，热控制模块4连通第一热管31、第二热管32和第三热管33；余热回收模块，包括连接第二热管32的热电转换装置5，热电转换装置5连接蓄电池组件2；第三热管33连接发动机的进气侧，第三热管33包括贴设于发动机表面的导热部331和可动连接于导热部331上方的散热部332。导热部331与散热部332通过连接有伺服电机333的铰链连杆连接。

如图2所示本实施例中，热控制模块4包括驱动器41、受驱动器41驱动的导热换向器42和温度感应器45，导热换向器42包括壳体43，壳体为隔热材料如高温陶瓷制成的壳体，第一热管31、第二热管32和第三热管33以120度均匀间隔连接于壳体43且它们的端部暴露于壳体43的内壁，壳体43内设有换向柱44，换向柱44轴向间隔设有第一换向部441和第二换向部442，换向柱44顶端连接驱动器41，驱动器41为端部设有往复机构411的电机，往复机构411为螺纹螺母、滚珠丝杠、平面凸轮等同类的将转动转化为直动的装置。第一换向部441包括三个周向120度均布的换向块443，第二换向部442包括两个周向120度间隔的换向块443。换向块443的外周为与壳体43内壁直径相同的扇形圆周，可以有效的和壳体43贴合，换向块443为互相连通的铜块，换向柱44为包裹连接换向块443的高温陶瓷柱体。

如图3所示，本实施例中，热电转换装置5包括半导体发电器51、温控单元52和具有微型电机的风扇53。半导体发电器51包括贴合于第二热管32的高温端511和连接风扇53的低温端512，温控单元52分别连接高温端511、低温端512和风扇53并时刻检测它们的温度情况，在高温端511和低温端512间温差较小时温控单元52启动风扇53，通过其驱动气流对低温端512散热，增加高温端511和低温端512间温差以提高发电效率。同时，若发电效率小于风扇53散热能耗，则温控单元52控制风扇53静止。

本实施例中，热控制模块4还包括处理器46，处理器46连接温度感应器45、伺服电机333和温控单元52。

本实施例中，第一热管31与歧管本体1连接处包括耐热海绵制成的柔性连接部6以有效贴合歧管本体1的复杂表面。

如图5所示，本实施例中，柔性连接部6包括连接第一热管31表面的石棉层62和粘合覆盖包裹石棉层62表面的铜箔层61，铜箔层61与第一热管31间具有穿设于石棉层62内的导热管63。

在工作时，处理器46连接温度感应器45、伺服电机333和温控单元52，从以上部件中检测车辆、发动机信息并进行反馈控制。如在车辆冷启动低速时，联通第一、第三热管31、33使得热量全部传递至进气侧，提高发动机升温速度；在车辆平稳运行时联通第一、第二、第三热管31、32、33，使得热量分别传递至发动机进气侧和热电转换装置5，同时保证发动机的运行温度和发电需求；在车辆高负荷加速、高速状态下，联通第一、第二热管31、32，一方面断开向发动机的供热避免其过热，另一方面使得较高的热量传递使热电转换装置5提高发电量，从而满足高负荷下的电能消耗。

以上实施例只是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种具有热回收功能的排气歧管，包括位于发动机排气侧的歧管本体（1），其特征在于，还包括以下组件:

蓄电池组件（2），所述蓄电池组件（2）连接车辆的电路系统；

导热模块（3），包括贴设于所述歧管本体（1）的第一热管（31）和分别连接所述第一热管（31）的第二热管（32）和第三热管（33），所述第一热管（31）包括主管（311）和设于所述主管（311）端部的热控制模块（4），所述热控制模块（4）连通所述第一热管（31）、第二热管（32）和第三热管（33）；

余热回收模块，包括连接所述第二热管（32）的热电转换装置（5），所述热电转换装置（5）连接所述蓄电池组件（2）；

所述第三热管（33）连接所述发动机的进气侧，所述第三热管（33）包括贴设于所述发动机表面的导热部（331）和可动连接于所述导热部（331）上方的散热部（332）。

2.根据权利要求1所述的一种具有热回收功能的排气歧管，其特征在于，所述热控制模块（4）包括驱动器（41）、受所述驱动器（41）驱动的导热换向器（42）和温度感应器（45），所述导热换向器（42）包括壳体（43），所述第一热管（31）、第二热管（32）和第三热管（33）以120度均匀间隔连接于所述壳体（43），所述壳体（43）内设有换向柱（44），所述换向柱（44）轴向间隔设有第一换向部（441）和第二换向部（442），所述换向柱（44）顶端连接所述驱动器（41），所述驱动器（41）为端部设有往复机构（411）的电机。

3.根据权利要求2所述的一种具有热回收功能的排气歧管，其特征在于，所述第一换向部（441）包括三个周向120度均布的换向块（443），所述第二换向部（442）包括两个周向120度间隔的换向块（443）。

4.根据权利要求3所述的一种具有热回收功能的排气歧管，其特征在于，所述换向块（443）为互相连通的铜块，所述换向柱（44）为包裹连接所述换向块（443）的高温陶瓷柱体。

5.根据权利要求2所述的一种具有热回收功能的排气歧管，其特征在于，所述热电转换装置（5）包括半导体发电器（51）、温控单元（52）和风扇（53）。

6.根据权利要求5所述的一种具有热回收功能的排气歧管，其特征在于，所述半导体发电器（51）包括贴合于所述第二热管（32）的高温端（511）和连接所述风扇（53）的低温端（512），所述温控单元（52）分别连接所述高温端（511）、低温端（512）和风扇（53）。

7.根据权利要求4或5所述的一种具有热回收功能的排气歧管，其特征在于，所述导热部（331）与所述散热部（332）通过连接有伺服电机（333）的铰链连杆连接。

8.根据权利要求7所述的一种具有热回收功能的排气歧管，其特征在于，所述热控制模块（4）还包括处理器（46），所述处理器（46）连接所述温度感应器（45）、伺服电机（333）和温控单元（52）。

9.根据权利要求1所述的一种具有热回收功能的排气歧管，其特征在于，所述第一热管（31）与所述歧管本体（1）连接处包括柔性连接部（6）。

10.根据权利要求9所述的一种具有热回收功能的排气歧管，其特征在于，所述柔性连接部（6）包括连接所述第一热管（31）表面的石棉层（62）和覆盖于所述石棉层（62）表面的铜箔层（61），所述铜箔层（61）与所述第一热管（31）间设有穿设于所述石棉层（62）内的导热管（63）。