一种汽车发动机排气管结构的制作方法

本实用新型涉及一种汽车发动机辅助装置，尤其是涉及一种汽车发动机排气管结构，其可充分利用发动机尾气的热能，从而提高发动机的效率。

背景技术：

现有的汽车发动机的能源利用率低，汽油等燃料燃烧的热能最终转化为机械能的效率大致在30%左右， 也就是说，大部分的燃烧热能随尾气被排到大气中，既造成宝贵的能源的浪费，同时造成大气的污染。受现有技术的限制，现有的内燃机形式的发动机的效率难以有很大的提高，为此人们发明了混合动力汽车，例如，一种在中国专利文献上公开的“混合动力汽车及其控制方法、动力传动系统”，其公布号为CN105459798A，包括发动机、多个输入轴、多个输出轴、电机动力轴、驱动一对车轮的第一电动发电机、驱动另一对车轮的第二电动发电机、检测模块、控制模块，所述发动机设置成可选择性地接合所述多个输入轴中的至少一个，每个所述输入轴上设置有挡位主动齿轮，每个所述输出轴上设置有挡位从动齿轮，所述挡位从动齿轮与所述挡位主动齿轮对应地啃合，所述电机动力轴设置成可与所述输入轴中的一个联动，所述第一电动发电机设置成能够与所述电机动力轴联动，检测模块用于检测所述混合动力汽车的动力电池的SOC，当所述混合动力汽车接收到强制进入纯电动模式的指令时，如果所述动力电池的SOC处于预设的电量区间且所述混合动力汽车未接收到强制起动发动机请求信号，所述控制模块控制所述混合动力汽车进入所述纯电动模式。该发明实可增加纯电动模式的续驶里程，降低燃油消耗，从而提高汽车的经济性，同时也减少了燃油所带来的污染排放，大大提升用户体验。

由于现有的混合动力汽车的动力电池主要是依靠市电充电的，而市电的能源转换效率要明显高于内燃形式的发动机的能源转换效率，并且混合动力汽车的发动机可工作在最佳工作模式，从而有利于提高能源的利用效率，减少对大气的污染。但是其同样存在发动机的尾气所具有的热能无法得到充分利用的问题，从而极大地限制了汽车能耗的进一步降低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决具有内燃机形式的发动机的汽车所存在的发动机的热效率低的问题，提供一种汽车发动机排气管结构，可有效地回收利用发动机工作时所排出的尾气中的废热，从而显著地提高发动机的能源转换效率，降低汽车的油耗。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种汽车发动机排气管结构，包括与发动机的排气岐管相连的排气管，所述排气管上串接有具有动力输出端的热机装置，所述热机装置的动力输出端与一发电机的动力输入端相连，所述发电机的输出端与车载的整流器的输入端相连。

我们知道，现有的具有内燃机形式的发动机的汽车通常都配置有蓄电池，以便为车载电器等供电。当发动机工作时，一方面驱动车轮转动，同时驱动车上的发电机工作发电，从而为蓄电池充电。也就是说，现有技术中的蓄电池是纯粹依靠发动机的运转带动发动机工作而产生电能的。而本实用新型通过在排气管上串接一个热机装置，从而使排气管中的高温尾气可以通过热机装置转换为机械能，从而驱动与热机装置的动力输出端相连的发电机转动发电，进而通过整流器输出直流电压，以便为车上的蓄电池充电。也就是说，采用本实用新型技术方案的汽车在为蓄电池充电式利用的是发动机所排放的尾气的热能，并不需要消耗发动机的功率，从而可降低汽车的油耗，提高燃料的热能转换效率，减少对大气的污染。

作为优选，所述热机装置包括具有蒸汽输入口、蒸汽输出口和动力输出端的蒸汽机、具有介质储存腔的加热器以及一个补液罐，所述加热器串接在发动机的排气管上，所述加热器的介质储存腔以及补液罐内分别设有蒸发介质，所述加热器设有补液口以及与介质储存腔连通的出汽口，所述加热器的出汽口通过管道和所述蒸汽机的蒸汽输入口相连接，所述补液罐通过管道与所述补液口相连。

当汽车在行驶时，排气管中的高温尾气使加热器中的蒸发介质受热蒸发，从而形成高温高压的蒸汽，蒸汽从出汽口输出并从蒸汽机的蒸汽输入口进入蒸汽机内，从而推动蒸汽机工作，蒸汽机与发动机的动力输入端相连的动力输出端即可驱动发电机运转发电，从而使发动机的尾气热能得到有效的回收利用。当加热器内的蒸发介质逐渐蒸发而减少时，补液罐内的蒸发介质即可通过补液口补充到加热器内，从而确保蒸汽机的连续运转。

作为优选，所述加热器包括串接在所述排气管上的外壳以及一个出汽管，所述加热器的外壳内固设有若干竖直地间隔设置的加热管，所述加热管的底部之间通过管道依次一一连通，相互连通的加热管内腔即构成所述的介质储存腔，所述加热管的顶部通过管道与所述出汽管相连，所述加热器的出汽口设置在出汽管上，所述补液口设置在其中一个加热管的底部，在所述补液罐与补液口连接的管道上设有输液泵和单向阀。

当排气管内的高温尾气通过加热器的外壳时，可与外壳内的多个加热管充分接触换热，使加热管内的蒸发介质快速地受热蒸发，蒸发形成的高温高压的蒸汽通过出汽管的出汽口输出，从而驱动蒸汽机工作。由于蒸发介质是存储在竖直布置的细长的加热管内的，因此可有效地避免汽车行驶时造成加热器内工作介质的剧烈晃动。由于补液罐与补液口连接的管道上设有输液泵和单向阀，因此，当加热器内的蒸发介质逐步减少时，可通过输液泵将补液罐内的蒸发介质送进加热器的加热管内，而单向阀可有效地阻止加热器内的蒸发介质反向进入补液罐内。

作为优选，在加热器的出汽口与蒸汽机的蒸汽输入口的连接管道上设有限压阀，所述限压阀包括一柱体，所述柱体内设有柱形的滑动腔体，所述滑动腔体内滑动连接柱塞，在柱体外侧面对应滑动腔体内端面处设有贯通滑动腔体的输入口，在柱体外侧壁对应滑动腔体内侧壁处设有贯通滑动腔体的输出口，所述输入口通过管道与加热器的出汽口相连，所述输出口通过管道与蒸汽机的蒸汽输入口相连，所述滑动腔体内远离输入口一端设有抵压柱塞端面的压簧，从而使柱塞的端面封堵输入口，而柱塞的侧面封堵输出口。

当车辆刚起步时，排气管中排出的尾气温度不够高，相应地，加热器所产生的蒸汽少，蒸汽的压力较低，无法驱动蒸汽机正常运转。此时的压簧使柱塞的端面封堵输入口，而此时柱塞的侧面封堵输出口，从而切断加热器与蒸汽机之间的连接管路，从而避免蒸汽的浪费。当车辆正常行驶时，加热器所产生的高温高压蒸汽通过出汽口输出，此时限压阀的柱塞在高压的蒸汽作用下克服压簧的弹力而移动，从而打开输入口和输出口，高压蒸汽即可通过限压阀而进入蒸汽机的蒸汽输入口，从而确保蒸汽机能够稳定地地带动发电机运转发电。

作为优选，所述的蒸发介质采用甲醇或乙醇。

由于甲醇或乙醇的沸点较低，从而可提高排气管尾气与蒸发介质之间的温差，有利于加热器充分地吸收尾气的热量而形成高压蒸汽，确保在发动机处于怠速等低转速状态下发电机能稳定发电。

作为优选，所述热机装置还包括一个冷凝器，所述蒸汽机的蒸汽输出口通过管道与冷凝器的入口相连，所述补液罐通过管道与所述冷凝器的出口相连。

从蒸汽机的蒸汽输出口输出的气态的低压蒸汽通过管道进入冷凝器内冷凝成液态的蒸发介质，并通过管道回流到补液罐内，从而可实现蒸发介质的循环利用，避免蒸发介质的排放对空气的污染。

作为优选，所述热机装置包括一个具有热端和冷端的斯特林发动机，所述斯特林发动机的热端的外面套设有串接在所述排气管上的加热外罩，所述斯特林发动机的冷端的外面套设有冷却外罩，所述冷却外罩内设有蒸发介质，所述冷却外罩的上侧设有蒸发管，所述冷却外罩的下侧设有回流管，在蒸发管和回流管之间连接有盘管式散热器，在回流管和冷却外罩的内侧壁设有烧结层。

本方案中的热机装置采用斯特林发动机，从而有利于简化结构，提高工作的稳定性，排气管内的高温尾气进入加热外罩后使斯特林发动机的热端受热，而冷却外罩内的蒸发介质可吸收斯特林发动机的冷端的热量而蒸发，并通过上侧的的蒸发管迅速进入盘管式散热器散热冷凝，再依靠烧结层的毛细作用而流回到冷却外罩内，从而形成循环的热交换，使斯特林发动机的冷端与特林发动机的热端之间始终形成一个较大的玩温差，有利于提高斯特林发动机的效率。

因此，本实用新型具有如下有益效果：可有效地回收利用发动机工作时所排出的尾气中的废热，从而显著地提高发动机的能源转换效率，降低汽车的油耗。

附图说明

图1是本实用新型的一种布置结构示意图。

图2是本实用新型在采用第一种热机装置时的布置结构示意图。

图3是第一种热机装置中的加热器的结构示意图。

图4是限压阀的一种结构示意图。

图5本实用新型在采用第二种热机装置时的布置结构示意图。

图中：1、排气管 2、热机装置 21、蒸汽机 211、蒸汽输入口 212、蒸汽输出口 22、加热器 221、外壳 222、加热管 223、介质储存腔 224、出汽口 225、补液口 23、动力输出端 24、出汽管 25、补液罐 26、输液泵 27、单向阀 28、冷凝器 29、斯特林发动机 291、冷端 292、热端 293、加热外罩 294、冷却外罩 295、蒸发管 296、回流管 297、盘管式散热器 298、烧结层 3、发动机 31、动力输入端 4、整流器 5、限压阀 51、柱体 511、滑动腔体 512、输出口 513、输入口 52、柱塞 53、压簧。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1所示，一种汽车发动机排气管结构，包括与发动机6的排气岐管61相连的排气管1，在排气管1上串接一个具有动力输出端23的热机装置2，热机装置2的动力输出端23则与一发电机3的动力输入端31相连，发电机3的输出端与车载的整流器4的输入端相连。当发动机工6作时，一方面通过变速器等传动机构驱动车轮转动；另一方面从发动机6的排气岐管61中排出的高温高压的尾气从排气管1输出，从而使排气管1中的高温尾气可以通过串接在排气管1上的热机装置2转换为机械能，以便驱动与热机装置2的动力输出端23相连的发电机3转动发电，进而通过整流器4输出直流电压，为车上的蓄电池充电。也就是说，发动机6所排放的尾气的热能可通过热机装置2充分回收利用，从而降低汽车的油耗，提高燃料的热能转换效率，减少对大气的污染。可以理解的是，热机装置2优选地应设置在靠近排气岐管61一侧，从而减少尾气的热量在排气管1中的损失。

具体地，如图2、图3所示，热机装置2包括具有蒸汽输入口211、蒸汽输出口212和动力输出端23的蒸汽机21、加热器22以及一个充注有蒸发介质的补液罐25，加热器22包括串接在排气管1上的外壳221，加热器22的外壳221内设置若干竖直地间隔布置的加热管222，加热管222的上端固定在外壳的上侧壁上，加热管222的底部之间通过管道依次一一连通，从而使相互连通的加热管222内腔构成充注有蒸发介质的介质储存腔223。此外，在外壳221的上方设置一个出汽管24，各加热管222的顶部分别通过管道与出汽管24相连，从而使出汽管与外壳连成一体，出汽管的一端封闭，另一端构成加热器22的出汽口224。另外，在其中一个加热管222的底部设置一个补液口225，加热器的出汽口224通过管道和蒸汽机21的蒸汽输入口211相连接，补液罐25通过管道与补液口225相连，并且在补液罐25与补液口225连接的管道上设置输液泵26和单向阀27。

当汽车在行驶时，排气管1中的高温尾气进入加热器22的外壳221内，使外壳221内的多个加热管222充分吸热，加热管222内液态的蒸发介质则快速地受热蒸发形成高温高压的蒸汽，也就是说，加热管222内下部为液态的蒸发介质，而上部为气态的蒸发介质，蒸汽通过外壳221上方的出汽管24的出汽口224输入到蒸汽机21的蒸汽输入口211内，从而驱动蒸汽机21的活塞做往复运动，并通过相应的曲轴等机构从动力输出端23输出一个动力，进而带动发电机3转动发电，并通过整流器4输出直流电压，以便为车上的蓄电池充电，实现尾气热能的有效回收利用。当加热器22内的蒸发介质逐步减少时，可通过开启输液泵26将补液罐25内的蒸发介质送进加热器22的加热管222内，而单向阀27可阻止加热器22内的蒸发介质反向进入补液罐25内。由于各加热管222竖直并排布置，并通过底部之间的管道依次一一连通，因此，各加热管222内的蒸发介质的液面保持基本一致，这样，我们可在其中一个加热管222内设置液位传感器，当加热管222内的蒸发介质低于某个液位时，液位传感器即可发出信号，从而让车载的行车电脑（ECU）开启输液泵26；当加热管222内的蒸发介质到达某个液位时，液位传感器即可发出信号，从而让车载的行车电脑关闭输液泵26。

需要说明的是，蒸发介质可采用甲醇或乙醇。由于甲醇的沸点为摄氏64.度，乙醇的沸点为摄氏78.3度，因此可提高排气管尾气与蒸发介质之间的温差，有利于加热器充分地吸收尾气的热量而形成高压蒸汽，确保在发动机处于怠速等低转速状态下发电机能稳定发电。我们知道，蒸汽机主要由汽缸、底座、活塞、曲柄连杆机构、滑阀配汽机构、调速机构和飞轮等部分组成。当蒸汽通过管道送到汽缸内，阀门控制蒸汽到达汽缸的时间，经主汽阀和节流阀进入滑阀室，受滑阀控制交替地进入汽缸的左侧或右侧，推动活塞运动。蒸汽在汽缸内推动活塞做功。由于蒸汽机属于成熟的现有技术，在此不作过多的描述。

此外，我们还可在加热器22的出汽口224与蒸汽机21的蒸汽输入口211的连接管道上设置一个限压阀5，具体地，如图4所示，限压阀5包括一圆柱形的柱体51，柱体51内同轴设置一圆柱形的滑动腔体511，滑动腔体511内设置一个可滑动的圆柱形的柱塞52，在柱体51一端的外侧面对应滑动腔体511内端面处设置一个沿轴向贯通滑动腔体511的输入口513，同时在柱体51外侧壁设置一个沿径向贯通滑动腔体511的输出口512，并且输出口512应在柱体51外侧壁上靠近输入口513一侧。输入口513通过管道与加热器22的出汽口224相连，而输出口512通过管道与蒸汽机21的蒸汽输入口211相连，滑动腔体511内远离输入口513一端设置一个抵压柱塞52端面的压簧53，从而使柱塞52在滑动腔体511内向着输入口513一端移动，柱塞52的端面封堵输入口513，而柱塞52的侧面封堵输出口512，使加热器22与蒸汽机21之间呈断开状态。

当车辆刚起步时，排气管1中排出的尾气温度不够高，相应地，加热器22所产生的蒸汽少，蒸汽的压力较低，无法驱动蒸汽机21正常运转。此时的限压阀5切断加热器22与蒸汽机21之间的连接管路，从而避免蒸汽的浪费。当车辆正常行驶时，加热器22所产生的高温高压蒸汽通过出汽口224输出，此时限压阀5的柱塞52在高压蒸汽作用下克服压簧53的弹力而移动，从而打开输入口513和输出口512，高压蒸汽即可通过限压阀5而进入蒸汽机21的蒸汽输入口211，以确保蒸汽机21能够稳定地地带动发电机3运转发电。需要说明的是，当限压阀5处于关闭状态时，高压蒸汽作用在柱塞52上的面积即为输入口513的截面积，而当柱塞52开始移动时，高压蒸汽作用在柱塞52上的面积即为柱塞52的截面积，因此，我们可通过合理地设计输入口513的截面积与柱塞52的截面积之间的比例，使得柱塞52在开始移动而开启输入口513时，高压蒸汽作用在柱塞52上的推力可克服压簧53逐步递增的压力而快速移动，从而快速地开启输出口512。

进一步地，热机装置2还可包括一个冷凝器28，蒸汽机21的蒸汽输出口212通过管道与冷凝器28的入口一端相连，而补液罐25通过管道与冷凝器28的出口一端相连。这样，从蒸汽机21的蒸汽输出口212输出的气态的低压蒸汽通过管道进入冷凝器28内冷凝成液态的蒸发介质，并通过管道回流到补液罐25内，从而可实现蒸发介质的循环利用，避免蒸发介质的排放对空气的污染。

当然，本实用新型的热机装置2还可采用如图5所示的结构：具体地，热机装置2包括一个具有热端292和冷端291的斯特林发动机29，斯特林发动机29的热端的外面套设有串接在排气管1上的加热外罩293，斯特林发动机29的冷端291的外面套设一个冷却外罩294，冷却外罩294内设置蒸发介质，冷却外罩294的上侧设置蒸发管295，冷却外罩294的下侧设置回流管296，在蒸发管295和回流管296之间连接有盘管式散热器297，在回流管296和冷却外罩294的内侧壁烧结一层无氧铜粉的烧结层298。

当斯特林发动机29的冷端291和热端292之间形成一定的温差时即可正常运转而输出动力，因此，当排气管1内的高温尾气进入加热外罩293后使斯特林发动机29的热端292受热，而冷却外罩294内的蒸发介质可吸收斯特林发动机29的冷端291的热量而蒸发，并通过上侧的蒸发管295迅速进入盘管式散热器297散热冷凝。由于烧结层298具有大量细微的小孔，从而使其具有极佳的毛细作用，冷凝成液态的蒸发介质依靠回流管296和冷却外罩294的内侧壁的烧结层298的毛细作用而流回到冷却外罩294内，从而形成循环的热交换，使斯特林发动机29的冷端291与特林发动机29的热端292之间始终形成一个较大的温差，即可使斯特林发动机29启动，从而带动发电3机正常运转发电。可以理解的是，斯特林发动机的基本结构和工作原理属于现有技术，在此不做过多的描述。