本发明涉及汽车发动机技术领域，特别是涉及一种能够利用废气余热的蒸汽和汽油混合动力发动机。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，汽车保有量越来越大，汽车能源消耗在总能源消耗中所占比例越来越高，汽车节能问题越来越受到各国关注。
目前，汽车发动机是为汽车提供动力的机器，是汽车的心脏和关键部件，影响汽车的动力性、经济性和环保性。调查研究表明，汽车发动机动力输出功率只占燃油燃烧总热量的20％～30％(当为汽油机时)，而以废气余热(即尾气余热)形式排出车外的能量占燃烧总能量的40％～45％(当为汽油机时)。因此，目前，汽车发动机的废气余热资源被浪费掉，没有得到充分地利用。
因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以充分、有效地回收利用汽车的汽油发动机所排放的废气余热，避免能源浪费。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够利用废气余热的蒸汽和汽油混合动力发动机，其可以充分、有效地回收利用汽车的汽油发动机所排放的废气余热，增加汽油发动机的动力输出，降低汽油发动机的油耗，避免能源浪费，有利于广泛地推广应用，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了一种能够利用废气余热的蒸汽和汽油混合动力发动机，包括汽油发动机、汽轮机和蒸汽发生器，其中：
所述汽油发动机的传动端与所述汽轮机的传动端相互串联连接；
所述汽油发动机的废气排气管与所述蒸汽发生器相连通；
所述蒸汽发生器，与所述汽轮机相连通，用于利用所述废气排气管排出的废气余热来对其内部所存储的水进行加热，形成用于驱动所述汽轮机的高压蒸汽。
其中，所述汽油发动机的右端具有发动机传动轴，所述汽轮机横向贯穿设置有汽轮机传动轴；
所述发动机传动轴与所述汽轮机传动轴相连接。
其中，所述发动机传动轴与所述汽轮机传动轴位于同一轴线上；
所述发动机传动轴与所述汽轮机传动轴的转动方向相同。
其中，所述蒸汽发生器上横向贯穿设置有预热管，
所述预热管外露于所述蒸汽发生器的左端通过第一法兰与所述废气排气管相连通；
所述废气排气管位于所述汽油发动机的底部；
所述预热管位于所述蒸汽发生器内部的部分位于水里面。
其中，所述预热管的外壁安装有多个中空的加热片，每个所述加热片与预热管相连通。
其中，所述蒸汽发生器的顶部具有一个高压蒸汽出口，所述高压蒸汽出口与一根高压蒸汽管相连通；
所述高压蒸汽管垂直贯穿所述汽轮机，并且所述高压蒸汽管位于所述汽轮机内的汽轮机叶轮的正下方。
其中，还包括凝汽器，所述凝汽器分别与所述汽轮机和蒸汽发生器相连通；
所述汽轮机的右端下部通过一根低压蒸汽管与所述凝汽器的顶部相连通；
所述凝汽器的左端通过一根回水管与所述蒸汽发生器顶部具有的回水口相连通。
其中，所述回水管上安装有一个水泵；
所述汽轮机传动轴的右端外露于所述汽轮机右侧壁；
所述汽轮机传动轴的右端外部和所述水泵的驱动轴上套有一个环形的水泵皮带。
其中，所述高压蒸汽管上安装有一个常闭电磁阀。
其中，所述蒸汽和汽油混合动力发动机还包括电控单元和排气温度传感器，其中：
所述排气温度传感器，安装于所述预热管外露于所述蒸汽发生器的左端部分，用于实时检测所述废气排气管所排出的废气的温度，然后发送给电控单元；
电控单元，分别与排气温度传感器和常闭电磁阀通过信号线相连接，用于实时接收所述排气温度传感器发来的废气的温度，当该废气的温度大于或者等于预设温度值时，向常闭电磁阀发出开启控制信号，控制常闭电磁阀开启。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种能够利用废气余热的蒸汽和汽油混合动力发动机，其可以充分、有效地回收利用汽车的汽油发动机所排放的废气余热，增加汽油发动机的动力输出，降低汽油发动机的油耗，避免能源浪费，有利于广泛地推广应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种能够利用废气余热的蒸汽和汽油混合动力发动机的结构示意图；
图2为本发明提供的一种能够利用废气余热的蒸汽和汽油混合动力发动机中蒸汽发生器的结构示意图；
图中：1为电控单元，2为汽油发动机，3为发动机传动轴，4为废气排气管，5为常闭电磁阀；
6为高压蒸汽管，8为高压蒸汽出口，9为第一法兰，10为排气温度传感器；
11为蒸汽发生器，12为预热管，13为加热片，15为回水口，16为第二法兰，17为水泵皮带，18为水泵，19为回水管；
21为凝汽器，22为低压蒸汽管，24为汽轮机传动轴，25为汽轮机，26为汽轮机叶轮，201为进气管。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1、图2，本发明提供了一种能够利用废气余热的蒸汽和汽油混合动力发动机，其用于充分、有效地回收利用汽车的汽油发动机所排放的废气余热，具体包括汽油发动机2、汽轮机25和蒸汽发生器11，其中：
所述汽油发动机2的传动端与所述汽轮机25的传动端相互串联连接；
所述汽油发动机2的废气(即尾气)排气管4与所述蒸汽发生器11相连通；
所述蒸汽发生器11，与所述汽轮机25相连通，用于利用所述废气排气管4排出的废气余热来对其内部所存储的水进行加热，形成用于驱动所述汽轮机25的高压蒸汽。
在本发明中，需要说明的是，关于所述汽油发动机2的传动端与所述汽轮机25的传动端相互串联连接，具体结构为：所述汽油发动机2的右端具有发动机传动轴3，所述汽轮机25横向贯穿设置有汽轮机传动轴24；
所述发动机传动轴3与所述汽轮机传动轴24相连接。
具体实现上，所述发动机传动轴3与所述汽轮机传动轴24位于同一轴线上。
具体实现上，所述发动机传动轴3与所述汽轮机传动轴24的转动方向相同(例如都为顺时针或者都为逆时针旋转)。
因此，对于本发明，由于在汽油发动机2的传动端直接安装设置有汽轮机25，从而当汽轮机25被蒸汽发生器11所产生的高压蒸汽驱动运行时，汽轮机25产生的动力能够直接附加到发动机传动轴3(即汽油发动机2的传动端)上，为汽油发动机产生辅助的动力，从而达到提高汽油发动机的性能目的。
在本发明中，具体实现上，所述汽油发动机2的上部通过进气管201与外部环境相连通。
在本发明中，具体实现上，关于所述汽油发动机2的废气(即尾气)排气管4与所述蒸汽发生器11相连通，具体结构为：
所述蒸汽发生器11上横向贯穿设置有预热管12，
所述预热管12外露于所述蒸汽发生器11的左端通过第一法兰9与所述废气排气管4相连通；
所述废气排气管4位于所述汽油发动机2的底部；
所述预热管12位于所述蒸汽发生器11内部的部分位于水里面。
具体实现上，所述预热管12外露于所述蒸汽发生器11的右端通过第一法兰161密封。
因此，基于以上结构，从废气排气管4中排出的汽油发动机的废气可以同预热管12中通过，从而对所述蒸汽发生器11中预热管12外部的水进行加热，能够产生高压蒸汽，从而，蒸汽发生器11可以利用上汽油发动机的废气余热。
具体实现上，所述预热管12的外壁安装有多个中空的加热片13，每个所述加热片13与预热管12相连通，从而可以增加废气与预热管的接触面积，提高加热效果。
在本发明中，具体实现上，关于所述蒸汽发生器11与所述汽轮机25相连通，具体结构为：
所述蒸汽发生器11的顶部具有一个高压蒸汽出口8，所述高压蒸汽出口8与一根高压蒸汽管6相连通；
所述高压蒸汽管6垂直贯穿所述汽轮机25，并且所述高压蒸汽管6位于所述汽轮机25内的汽轮机叶轮26的正下方。
具体实现上，所述高压蒸汽管6上安装有一个常闭电磁阀5，用于控制所述蒸汽发生器11与所述汽轮机25之间的高压蒸汽的导通和断开。
对于本发明，为了回收利用蒸汽发生器11内的水，实现水的循环利用，本发明提供的蒸汽和汽油混合动力发动机，还包括凝汽器21，所述凝汽器21分别与所述汽轮机25和蒸汽发生器11相连通。
具体实现上，所述汽轮机25的右端下部通过一根低压蒸汽管22与所述凝汽器21的顶部相连通；
所述凝汽器21的左端通过一根回水管19与所述蒸汽发生器11顶部具有的回水口15相连通。
具体实现上，所述回水管19上安装有一个水泵18，所述汽轮机传动轴24的右端外露于所述汽轮机25右侧壁；
所述汽轮机传动轴24的右端外部和所述水泵18的驱动轴上套有一个环形的水泵皮带17。
因此，对于本发明，可以利用述汽轮机传动轴24上的动能，来驱动水泵18工作，使得水泵18能够将凝汽器21内的水抽回到所述蒸汽发生器11内。水流方向如图1中的箭头所示。
需要说明的是，对于本发明，蒸汽发生器11在加热后产生的高压蒸汽，通过高压蒸汽管6进入汽轮机25内，从而能够推动汽轮机叶轮26做功。高压蒸汽对汽轮机25做功后，将形成低压蒸汽并进入凝汽器21进行冷凝，形成的凝结水进入到低压蒸汽管22中，并由水泵18抽回到蒸汽发生器11内。
对于本发明，为了能够灵活控制在汽油动力模式以及蒸汽和汽油混合动力模式下运行，具体实现上，本发明还包括电控单元1和排气温度传感器10，其中：
所述排气温度传感器10，安装于所述预热管12外露于所述蒸汽发生器11的左端部分，用于实时检测所述废气排气管4所排出的废气的温度，然后发送给电控单元1；
电控单元1，分别与排气温度传感器10和常闭电磁阀5通过信号线相连接，用于实时接收所述排气温度传感器10发来的废气的温度，当该废气的温度大于或者等于预设温度值(例如200℃)时，向常闭电磁阀5发出开启控制信号，控制常闭电磁阀5开启(即使得高压蒸汽管6导通)，这时候，本发明提供的蒸汽和汽油混合动力发动机进入蒸汽和汽油混合动力模式，否则，保持常闭电磁阀5处于关闭状态，即保持在汽油动力模式。
具体实现上，所述电控单元1可以为原汽油发动机的电控单元，当然，根据用户的需要，还可以为新增设置的可编程控制器plc、中央处理器cpu、数字信号处理器dsp或者单片机mcu。
实施例。
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。汽油发动机的原机主要技术参数见下表1；本发明提供的蒸汽和汽油混合动力发动机与原汽油机的性能和排放对比见下表2。
在本实施例中，汽油发动机的转速为2500r/min，负荷为118.42n·m，发动机的排气温度为700℃。汽油发动机启动后，当汽油发动机的排气温度高于200℃时，高压蒸汽管上的常闭电磁阀开起，由蒸汽发生器和汽轮机组成的蒸汽动力装置开始工作。调整汽油发动机的转速为2500r/min，同时调整节气门的开度与原汽油机相同，此时，在蒸汽和汽油混合动力模式下，测得的蒸汽和汽油混合动力发动机输出扭矩为129.9n·m，该蒸汽和汽油发动机的输出扭矩较原汽油机提高了9.7％。
表1:
表2:
因此，通过本发明，可以显著提高了汽油机的动力性、经济性。
与现有的汽油发动机相比较，本发明提供的蒸汽和汽油混合动力发动机，具有如下优点：
1、实现了利用废气余热驱动汽轮机，从而能够直接为汽油发动机提供辅助的动力，额外增加汽油发动机的输出功率；
2、实现了汽油模式向蒸汽和汽油混合动力模式的自动切换和平稳运行。
3、经过检验证明，与汽油发动机相比，动力性提高5％以上。
4、经过检验证明，与汽油发动机相比，本发明提供的蒸汽和汽油混合动力发动机的比油耗得到较大的提高。
基于以上技术方案可知，本发明在传统的汽油发动机的基础上进行大幅度的改进，本发明根据汽油发动机的尾部排气温度高的特点，在汽油发动机的排气管上设置蒸汽发生器，从而产生蒸汽来推动汽轮机做功，汽轮机作为汽油发动机的辅助动力，可以在汽油发动机的调节参数不变的情况下，额外增加了汽油发动机的输出动力，从而达到提高汽油发动机的动力性的目的。另外，由于汽油发动机的动力性的提高，也使发动机的比油耗降低，从而达到提高发动机经济性和降低排放的目的。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种能够利用废气余热的蒸汽和汽油混合动力发动机，其可以充分、有效地回收利用汽车的汽油发动机所排放的废气余热，增加汽油发动机的动力输出，降低汽油发动机的油耗，避免能源浪费，有利于广泛地推广应用，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。