一种强制冷却的活塞温差发电装置的制作方法

本实用新型涉及内燃机余热利用领域，更确切地说，本实用新型涉及一种强制冷却的活塞温差发电装置。

背景技术：

汽车内燃机热效率在20％～45％之间，燃料燃烧产生的热量大部分被冷却水和尾气带走而白白耗散掉，因而对内燃机余热进行温差发电可以回收一部分能量，达到节能的效果。

目前针对内燃机活塞领域的研究逐渐增多，例如基于电机的可变压缩比活塞，基于无线WIFI的可变压缩比活塞。这些研究无一例外都需要解决活塞内部供电的问题，从活塞外部引入供电线路可靠性差，线路布置较为困难。活塞顶部的平均温度在400℃以上，若能直接对这部分余热进行温差发电，为活塞优化设计提供电能支持，将会有很大的应用价值和意义。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种强制冷却的活塞温差发电装置，实现对内燃机余热的利用，为活塞的优化设计提供电源。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：

本实用新型所述的一种强制冷却的活塞温差发电装置，包括热电模块、集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压DC/DC电路、负载、冷却装置、单向阀、活塞销、连杆，其特征在于：

所述的单向阀包括阀体、阀芯、弹簧；

所述的热电模块、集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压DC/DC电路依次相连，升压降压DC/DC电路的输出端和负载相连；

所述的热电模块安装在活塞内部上顶面上，热电模块的热端紧贴活塞内部上顶面，热电模块的冷端面上安装有冷却装置；

所述的单向阀安装在冷却装置出油油道上。

一种强制冷却的活塞温差发电装置，其特征在于，所述的连杆在杆身上钻有一条油道，连杆大端为入口，连杆小端为出口。

一种强制冷却的活塞温差发电装置，其特征在于，所述的活塞销内的油道布置在一侧，活塞销在与活塞销座油道口的接触位置有一圈矩形截面油槽，活塞销在与连杆油道口的接触位置有一圈矩形截面油槽，在这两圈油槽底部沿垂直于活塞销轴线方向内各自钻有四条短油道，并通过平行于活塞销轴线的四条长油道将这八条短油道连接起来。

一种强制冷却的活塞温差发电装置，其特征在于，所述的活塞销两个油槽的左右两侧各开有一圈密封槽。

一种强制冷却的活塞温差发电装置，其特征在于，所述活塞销的密封槽内填充材料是聚四氟乙烯O形圈。

一种强制冷却的活塞温差发电装置，其特征在于，所述的冷却装置出油油道的出油口为两个圆孔，冷却装置出油口两个圆孔的总面积小于冷却装置进油油道的进油口面积。

一种强制冷却的活塞温差发电装置，其特征在于，所述的冷却装置的冷却介质为机油，机油泵将机油通过曲轴导入连杆的油道，依次经过活塞销四条油道、活塞销座油道、冷却装置进油油道进入冷却装置的油腔中，随后机油通过冷却装置出油油道流出。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述的一种强制冷却的活塞温差发电装置，在活塞内部利用温差进行发电，解决了活塞内部狭小空间的供电问题，为活塞优化设计提供电能支持，避免了从活塞外部引进电源线路带来的问题，降低了技术难度，极大的简化了供电线路。

2.本实用新型所述的一种强制冷却的活塞温差发电装置，采用机油对热电模块冷端进行强制冷却，降低了热电模块冷端温度，增大了发电功率。

3.本实用新型所述的一种强制冷却的活塞温差发电装置，布置在活塞内部，对内燃机的正常工作没有影响。

4.本实用新型所述的一种强制冷却的活塞温差发电装置，利用了部分内燃机余热，达到了节能的效果。

附图说明

图1是本实用新型所述的热电模块供电流程示意图；

图2是本实用新型所述的一种强制冷却的活塞温差发电装置主视图上的全剖视图；

图3是本实用新型所述活塞销的主视图；

图4是本实用新型所述活塞销主视图的C-C截面投影视图；

图5是本实用新型所述连杆的主视图；

图6是本实用新型所述连杆主视图的A-A投影视图；

图7是图2中E处的局部放大图；

图8是本实用新型所述冷却装置出油油道出口图；

图9是本实用新型所述集成稳压电路的示意图；

图10是本实用新型所述升压降压DC/DC电路的示意图。

图中：1.热电模块，2.集成稳压电路，3.超级电容蓄能装置，4.升压降压 DC/DC电路，5.负载，6.冷却装置，7.单向阀，8.活塞销，9.连杆，10.阀体， 11.阀芯，12.弹簧。

具体实施方式

如图1与图2所示，本实用新型所述的一种强制冷却的活塞温差发电装置，包括热电模块1、集成稳压电路2、超级电容蓄能装置3、升压降压DC/DC电路 4、负载5、冷却装置6、单向阀7、活塞销8、连杆9。

热电模块1、集成稳压电路2、超级电容蓄能装置3、升压降压DC/DC电路 4依次相连，升压降压DC/DC电路4的输出端和负载5相连。

热电模块1安装在活塞内部上顶面上，热电模块1的热端紧贴活塞内部上顶面，热电模块1的冷端面安装有冷却装置6。热电模块1和活塞内部上顶面、冷却装置6油腔上表面之间涂有导热硅脂，增强传热。

如图2、图3与图4所示，对原机的活塞销8进行再加工，活塞销8内的油道布置在一侧，活塞销8在与活塞销座油道口的接触位置有一圈矩形截面油槽，活塞销8在与连杆9油道口的接触位置有一圈矩形截面油槽，在这两圈油槽底部沿垂直于活塞销8轴线方向内各自钻有四条短油道，并通过平行于活塞销8 轴线的四条长油道将这八条短油道连接起来。

每圈矩形截面油槽左右两侧各有一圈矩形截面的密封槽，密封槽内安装聚四氟乙烯O形密封圈，对油槽进行密封。

如图5与图6所示，对原机的连杆9进行再加工，在连杆9的杆身上，以连杆大端为入口，连杆小端为出口，钻有一条油道。

对原机的曲轴进行再加工，从曲轴的轴端钻进一条油道，并沿连杆轴颈钻出油道。

如图2与图8所示，冷却装置6的冷却介质为机油，冷却装置6有进油油道和出油油道，冷却装置6进油油道一端和活塞销座油道相连，另一端和冷却装置6的油腔相连，冷却装置6出油油道一端和冷却装置6的油腔相连，另一端为出油口。冷却装置6油腔上表面和热电模块1冷端相贴合。冷却装置6出油油道的出油口为两个直径1mm的圆孔。

冷却装置6油腔内的机油对热电模块1的冷端进行冷却，增大热电模块1 冷端和热端之间的温差，增大发电功率。

冷却装置6出油口为两个直径1mm的圆孔，两个圆孔的总面积小于冷却装置6进油油道的进油口面积，减少出油量，防止冷却装置6油腔的油压过快下降。

如图2与图7所示，单向阀7包括阀体10、阀芯11、弹簧12。单向阀7安装在冷却装置6出油油道上，单向阀7上端入口为机油进口，单向阀7下端出口为机油出口。冷却装置6出油油道的油压达到一定值后，才能够推动阀芯11 克服弹簧力，机油才能顺利流通，所以单向阀7起到了保压作用，防止冷却装置6油腔的油压过快下降。

如图2所示，机油泵将机油通过曲轴导入连杆9的油道，依次经过活塞销8 四条油道、活塞销座油道、冷却装置6进油油道进入冷却装置6的油腔中，随后机油通过冷却装置6出油油道流出，从而形成循环，对热电模块1冷端进行持续冷却。

如图9所示，所述的集成稳压电路2是由运算放大器组成的同相输入恒压源，其中集成稳压电路2输出电压U_OUT＝(1+R_f/R₁)·U_Z，R_f是可调电阻，R₁为定值电阻，U_Z为稳压管稳定电压，可通过调节R_f的值改变集成稳压电路2输出电压 U_OUT的值，因此集成稳压电路2为连续可调的恒压源。

如图10所示，所述的升压降压DC/DC电路4是基于Buck-Boost升降压斩波电路设计的，升压降压DC/DC电路4控制系统的电压采集单元对负载5电压变化进行实时采样，系统采样反馈电压后与基准电压进行比较，然后经PID调节器调节，输出结果与三角波信号比较，调制产生所需PWM(Pulse width modulation脉宽调剂)脉冲的占空比，PWM电路产生相应占空比的PWM脉冲控制功率开关管Q的通断。在开关管Q导通，二极管VD截止期间，升压降压DC/DC 电路4输入电压U_in向电感L输入能量，靠电容C维持升压降压DC/DC电路4输出电压U_OUT基本不变，实现负载5电压的稳定；在开关管Q截止，二极管VD导通期间，电感L把前一阶段贮存的能量释放给电容C和负载5，以此来实现负载 5电压的稳定。而且保持开关管Q开关周期不变，开关管Q导通时间越长，升压降压DC/DC电路4输出电压U_OUT越高；同理，开关管Q导通时间越短，升压降压 DC/DC电路4输出电压U_OUT越低。

如图1与图2所示，机油泵将机油通过曲轴导入连杆9的油道，依次经过活塞销8四条油道、活塞销座油道、冷却装置6进油油道进入冷却装置6的油腔中，随后机油通过冷却装置6出油油道流出，从而形成循环，对热电模块1 冷端进行持续冷却。

热电模块1利用活塞内部上顶面和冷却装置6油腔上表面之间的温差进行发电，产生的电能经过集成稳压电路2进行稳压，进而为超级电容蓄能装置3 进行稳压充电，升压降压DC/DC电路4使超级电容蓄能装置3的输出电压保持稳定，为负载5提供稳定的输入电压。

一种强制冷却的活塞温差发电装置的工作原理：

如图1、图2所示，机油泵将机油通过曲轴导入连杆9的油道，依次经过活塞销8四条油道、活塞销座油道、冷却装置6进油油道进入冷却装置6的油腔中，随后机油通过冷却装置6出油油道流出，从而形成循环，对热电模块1冷端进行持续冷却。

所述的热电模块1利用活塞内部上顶面和冷却装置6油腔上表面之间的温差进行发电，产生的电能经过集成稳压电路2进行稳压，进而为超级电容蓄能装置3进行稳压充电，升压降压DC/DC电路4使超级电容蓄能装置3的输出电压保持稳定，为负载5提供稳定的输入电压。