本发明属于动力机械技术领域，涉及一种汽车动力系统，具体涉及一种带有发动机尾气余热发电系统的混动汽车。
背景技术：
近年来汽车的生产量连年剧增，汽车尾气成为了环境污染的重要原因。针对汽车污染的问题，各国政府都积极制定汽车尾气排放标准，其中欧盟的标准极其严格，成为了其他国家制定标准的重要参照。为了应对不断严格的汽车尾气排放标准，各大汽车厂商目前主要采取利用新能源来解决汽车尾气和能源匮乏的重要问题。随着世界各国环境保护的措施越来越严格，混合动力车辆由于其节能、低排放等特点成为汽车研究与开发的一个重点，并已经开始商业化。混合动力汽车使用的电动力系统中包括高效强化的电动机、发电机和蓄电池。
混合动力汽车的驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成，汽车的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或共同提供。混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，全球进入了汽车混合动力时代。以燃油发动机与氢气膨胀机和发电机相结合的氢气混合动力汽车尚未见过文献报道。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种带有发动机尾气余热发电系统的混动汽车，优化汽车的动力系统，提高汽车的热效率，降低汽车的废气排放，减少大气环境污染。
本发明的技术方案是：带有发动机尾气余热发电系统的混动汽车，包括车体、车轮、燃油发动机、三元催化器、涡轮增压单元、尾气换热器、电动机、蓄电池、1号逆变器、变速器和驱动桥。燃油发动机通过离合器与变速器连接，蓄电池通过1号逆变器电路连接到电动机，电动机通过离合器连接到变速器。燃油发动机的排气口通过涡轮增压单元、三元催化器和尾气换热器连接到尾气排放口。变速器通过传动轴与驱动桥连接，驱动桥通过半轴连接到车轮。混动汽车设有柯来浦单元和2号逆变器，柯来浦单元设有工质膨胀机和工质压缩机、发电机，工质膨胀机的出口通过尾气换热器的管程连接到工质压缩机的入口。工质膨胀机、工质压缩机和发电机同轴连接，发电机的输出端通过2号逆变器连接到蓄电池。
柯来浦单元包括升压床结构、低压氢气缓冲罐、高压氢气缓冲罐、氢气泵、有机工质压缩机、有机工质膨胀机和发电机，有机工质膨胀机设有中段抽出口和中段入口。升压床结构包括1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床，1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床设有换热介质入口、换热介质出口、低压氢气入口和高压氢气出口，低压氢气入口、高压氢气出口、换热介质入口和换热介质出口分别设有阀门。有机工质压缩机的出口通过高压氢气缓冲罐分别连接到1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质入口。1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口通过氢气泵连接到有机工质膨胀机的中段入口。有机工质膨胀机的中段抽出口通过低压氢气缓冲罐、低压氢气循环泵和四通阀连接到1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的低压氢气入口。1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的高氢气出口连接到有机工质膨胀机的入口。混动汽车设有外接电源接头，外接电源接头连接在2号逆变器的输入端。涡轮增压单元包括涡轮机和压气机，涡轮机和压气机同轴连接，燃油发动机的排气口通过涡轮机连接到三元催化器。混动汽车设有空气口，空气口通过压气机连接到燃油发动机的空气入口。燃油发动机为汽油发动机或柴油发动机，其它燃油发动机也属于本发明的保护范围。柯来浦单元的循环工质是氢气或二氧化碳，不排除其它气体。
作为选择，发电机和电动机替换为发电-电动机，工质膨胀机和工质压缩机同轴连接，发电-电动机一头通过离合器与工质膨胀机连接，另一头通过离合器和传动设备与变速器连接。
本发明带有发动机尾气余热发电系统的混动汽车通过将燃油发动机、电力驱动与柯来浦单元相结合，联合驱动汽车行驶，优化了汽车的动力系统。柯来浦单元能高效利用发动机高温尾气余热进行发电，产生的电力通过辅助动力系统，混动汽车由电动机或燃油发动机独立驱动，或以燃油发动机同轴连接的电动机作为辅助动力，与燃油发动机共同驱动，提高了混合动力汽车的热效率，同时有利于降低汽车的废气排放，减少大气环境污染。
附图说明
图1为本发明动机尾气余热发电系统的混动汽车的结构示意图；
图2为本发明另一种实施方案的结构示意图；
其中：1—尾气换热器、2—发电-电动机、3—工质膨胀机、4—工质压缩机、5—低压氢气储罐、6—三元催化器、7—涡轮增压单元、8—燃油发动机、9—驱动桥、10—变速器、11—电动机、12—1号逆变器、13—2号逆变器、14—蓄电池、15—高压氢气储罐、16—车体、17—车轮、18—外接电源接头、19—氢气泵、20—发电机、21—离合器、22—低压氢气循环泵、23—四通阀、a—1号氢反应床、b—2号氢反应床、c—3号氢反应床。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明带有发动机尾气余热发电系统的混动汽车如图1所示，包括车体16、车轮17、燃油发动机8、柯来浦单元、三元催化器6、涡轮增压单元7、尾气换热器1、空气口、尾气排放口、电动机11、蓄电池14、1号逆变器12、2号逆变器13、变速器10和驱动桥9。柯来浦单元包括升压床结构、低压氢气缓冲罐5、高压氢气缓冲罐15、氢气泵19、有机工质压缩机4、有机工质膨胀机3和发电机20，有机工质膨胀机3设有中段抽出口和中段入口。升压床结构包括1号氢反应床a、2号氢反应床b和3号氢反应床c，1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床设有换热介质入口、换热介质出口、低压氢气入口和高压氢气出口，低压氢气入口、高压氢气出口、换热介质入口和换热介质出口分别设有阀门。有机工质压缩机4的出口通过高压氢气缓冲罐15分别连接到1号氢反应床a、2号氢反应床b和3号氢反应床c的换热介质入口。1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的换热介质出口通过氢气泵19连接到有机工质膨胀机3的中段入口。有机工质膨胀机3的中段抽出口通过低压氢气缓冲罐5、低压氢气循环泵22和四通阀23连接到1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的低压氢气入口，1号氢反应床、2号氢反应床和3号氢反应床的高氢气出口连接到有机工质膨胀机3的入口。工质膨胀机3的出口通过尾气换热器1的管程连接到工质压缩机4的入口。工质膨胀机、工质压缩机和发电机同轴连接，发电机输出端通过2号逆变器13连接到蓄电池14，2号逆变器13输入端的一路与外接电源接头18连接，以方便用外部电力充电。蓄电池14通过1号逆变器12电路连接到电动机11，电动机通过离合器连接到变速器10的一端。燃油发动机通过离合器21与变速器10的另一端连接，变速器通过传动轴与驱动桥9连接，驱动桥通过半轴连接到车轮。有机工质压缩机4设有电力驱动设备，用于开机时暖机运行，电力驱动设备与蓄电池14电路连接。涡轮增压单元7包括涡轮机和压气机，涡轮机和压气机同轴连接。燃油发动机的排气口通过涡轮增压单元7的涡轮机、三元催化器6和尾气换热器1的壳程连接到尾气排放口。空气口通过压气机连接到燃油发动机8的空气入口。柯来浦单元的循环工质为氢气。
本发明带有发动机尾气余热发电系统的混动汽车电动机与燃油发动机分别通过曲轴与变速箱连接，电动机与变速箱之间和燃油发动机与变速箱之间均设有离合器，可由电动机或燃油发动机独立驱动，也可以电动机或燃油发动机联合驱动。电动机通过逆变器与蓄电池电路连接，当蓄电池中电量大于20%时，汽车行驶采用电动机独立驱动，蓄电池通过逆变器与外接充电线路和柯来浦单元发电机电路连接。当蓄电池中电量小于20%时，汽车行驶采用燃油发动机独立驱动，燃油发动机排气口依次连接到涡轮增压单元、三元催化器和柯来浦单元的尾气换热器。燃油发动机的高温带压尾气先推动涡轮增压单元运转压缩燃油发动机的空气进气后，再经过三元催化器净化，最后进入柯来浦单元余热利用进行发电，产生的电力小部分自用，大部分供给蓄电池充电。
柯来浦单元的发电机输出电路一路供有机工质压缩机自用，一路到蓄电池储存。从三元催化器来的净化后的高温尾气进入柯来浦单元换热器，与有机工质膨胀机来的低温氢气进行换热，换热后的常温尾气外排。换热器中被加热的氢气则进入有机工质压缩机，被压缩至高压同时温度进一步提高，出有机工质压缩机的高温高压氢气通过高压氢气缓冲罐进入升压床结构中的任意一个氢反应床，加热氢反应床中的金属氢化物使其放出高压氢气，氢反应床放出的高压氢气与有机工质压缩机来的高压氢气一起通过氢反应床的高压氢气出口进入有机工质膨胀机，推动膨胀机运转。正常工作时，有机工质膨胀机同时带动有机工质压缩机和发电机运转。有机工质膨胀机经前段膨胀后的低温低压氢气从中段出口进入低压氢气缓冲罐，再经低压氢气循环泵进入升压床结构中的另一个氢反应床进行吸氢，吸氢时放出的热量由未吸收的低压氢气带走经氢气泵通过有机工质膨胀机的中段入口回到有机工质膨胀机继续膨胀做功，经后端膨胀的低温低压氢气从有机工质膨胀机出口进入到换热器循环使用。
实施例2
本发明另一种实施方式如图2所示，包括车体16、车轮17、燃油发动机8、柯来浦单元、发电-电动机2、三元催化器6、涡轮增压单元7、尾气换热器1、空气口、尾气排放口、电动机11、蓄电池14、2号逆变器13、变速器10和驱动桥9。工质膨胀机3和工质压缩机4同轴连接，发电-电动机2一头通过离合器21与工质膨胀机3连接，另一头通过离合器和传动设备与变速器连接。燃油发动机通过离合器21与变速器10的另一端连接，变速器通过传动轴与驱动桥9连接，驱动桥通过半轴连接到车轮。有机工质压缩机4设有电力驱动设备，用于开机时暖机运行，电力驱动设备与蓄电池14电路连接。发电机输出端通过2号逆变器13连接到蓄电池14，2号逆变器13输入端的一路与外接电源接头18连接，以方便用外部电力充电。本实施例的其它结构与实施例相同。
开始用燃油发动机驱动汽车行驶，产生的高温尾气通过涡轮增压单元，一部分尾气的能量用于为燃油发动机的助燃气体增压。高温尾气经三元催化器净化后进入柯来浦单元换热器，推动膨胀机运转带动发电-电动机发电，发的电储存到蓄电池。蓄电池蓄电95%～100%，燃油发动机停止工作，蓄电池开始输电，驱动发电-电动机转动，通过离合器和传动设备带动变速箱，驱动汽车行驶。当蓄电池蓄电下降到30%～50%，停止蓄电池输电，利用燃油发电机驱动汽车行驶。通过各个离合器21的开闭，实现工作模式的转换。