本实用新型属于内燃机余热利用技术领域，尤其涉及一种生物质能内燃机的余热利用系统。
背景技术：
随着中国工业的快速发展，汽车保有量急速上升，同时伴随的是石油能源的快速消耗和环境污染的加剧，世界各国都在积极寻求解决办法。
提高传统化石能源的利用效率和寻求可再生能源都是可行性方案，然而可再生能源完全替代化石能源并承担人类社会的能源消费重任短时间内难以实现。因此，提高石油能源的利用效率可极大的延缓能源使用周期和降低环境污染。
在汽车内内燃机的热效率一般低于50%，剩余大部分热量没能有效转化为动力而是随着尾气和传热而消耗，消耗的热量具有很大的利用空间。
在内燃机领域，提高能源的利用效率主要通过优化缸内燃烧和搜集利用内燃机余热，随着内燃机技术的成熟，大幅提高内燃机燃烧效率变得极为困难，因此，有效利用内燃机余热是大幅提高石油能源利用效率的最佳捷径。
内燃机余热主要可分为排气及辐射热损失，高温冷却液热损失，低温冷却液热损失，机油热损失等，因内燃机的热量损失路径较多，并有难以搜集的特点，将内燃机余热利用转化为其他形式的能量并加以利用是提高利用效率的关键，因此，急需一种能够将内燃机的余热转换为其他形式的能量，从而将内燃机的余热利用起来的方案。
技术实现要素：
本实用新型旨在提供一种生物质能内燃机的余热利用系统，可以最大限度实现内燃机余热的回收，提高能源利用率，降低能源消耗。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：一种生物质能内燃机的余热利用系统，包括冷凝器，还包括主控ECU、内燃机余热回收部、热交换器、油泵、热力转换部、进气电磁阀、排气电磁阀、储油罐和活塞；
内燃机余热回收部连接热交换器的热传导介质入口；
主控ECU的信号输出端通过油泵驱动电路输出信号控制油泵的工作；
储油罐内充设有机液，储油罐的出油口与油泵的进油口连接，油泵的出油口连接热交换器的受热介质入口；
热力转换部内设有热力腔，活塞滑动设置于热力腔中，热交换器的受热介质出口连接热力腔的入口；热力腔上连接有与储油罐的进油口连通的回流管；
热力腔的入口处设有进气门，热力腔的排气口处设有与冷凝器连接的排气门，活塞在进气门下方往返运动；主控ECU的信号输出端通过驱动电路输出信号到进气电磁阀和排气电磁阀，进气电磁阀控制进气门的开闭，排气电磁阀控制排气门的开闭。
优选的，进气门设于热力腔侧部且进气门临近热力腔顶部设置；排气门设于热力腔顶部，且排气门中线与热力腔顶部中线重合。
优选的，内燃机余热回收部包括尾气余热回收单元、低温冷却液余热回收单元、高温冷却液余热回收单元、机油冷却余热回收单元；尾气余热回收单元、低温冷却液余热回收单元、高温冷却液余热回收单元、机油冷却余热回收单元的出口均连接热交换器的热传导介质入口。
优选的，尾气余热回收单元、低温冷却液余热回收单元、高温冷却液余热回收单元、机油冷却余热回收单元上均设有温度传感器，或热交换器的热传导介质入口处设有温度传感器；所述温度传感器的信号输出端连接主控ECU的信号输入端。
优选的，热力腔的入口处设有进气缓冲腔，进气门设于进气缓冲腔中；热力腔的排气口处设有排气缓冲腔，排气门设于排气缓冲腔中；进气缓冲腔和排气缓冲腔均与热力腔连通。
优选的，进气缓冲腔上设有与热交换器的热传导介质出口连接的热入口。
优选的，热力腔内设有活塞距离传感器，活塞距离传感器的信号输出端连接主控ECU。
所述生物质能内燃机为采用生物质能源的内燃机。
通过以上技术方案，本实用新型的有益效果为：（1）本实用新型所述的系统可以实现内燃机余热的充分回收利用，将内燃机的余热转换为活塞的机械能，从而带动外部装置做功，提高了能源利用率，降低了能源损耗。（2）设置的温度传感器可以时刻检测进入到热交换器中的热传导介质的温度，从而根据热交换器中的热量控制油泵转速，保证活塞运动的稳定性。（3）设置的进气缓冲腔和排气缓冲腔实现了进气和排气的缓冲，同时有效避免了有机液的泄漏。（4）设置的活塞距离传感器可以时刻检测活塞的移动量，进而为主控ECU向进气电磁阀和排气电磁阀输出信号提供依据。
附图说明
图1为本实用新型所述系统结构示意图。
具体实施方式
一种生物质能内燃机的余热利用系统，如图1所示，包括冷凝器17、主控ECU19、内燃机余热回收部、热交换器6、油泵7、热力转换部、进气电磁阀10、排气电磁阀16、储油罐8和活塞12。
本实施例所述的系统用于对车辆内燃机的余热进行回收利用，其中冷凝器17为车辆中的现有部件，其温度较低可以实现冷凝。
主控ECU19也为车辆内的现有部件，其包括单片机（型号为AT89S51）可以对接收到的信号进行分析，从而得出控制信号，本实施例中分析方法为成熟的现有技术，不涉及程序方面的改进。
热力转换部内设有热力腔11，热力腔11呈柱型，活塞12滑动设置于热力腔11中，本实施例中，活塞的运动轨迹为在热力腔11中且在上止点和下止点之间。
在热力腔11内还设有活塞距离传感器14，其中，活塞距离传感器14位于活塞12上止点的上方。活塞距离传感器14的信号输出端连接主控ECU19的信号输入端。活塞距离传感器14检测活塞12的距离信号，并将检测到的距离信号传输到主控ECU19，从而主控ECU19可以根据活塞12的距离，判定出活塞12的位置，进而输出信号控制进气电磁阀10和出气电磁阀16的工作。活塞距离传感器为市售产品。
热交换器6为市售产品，在热交换器6上设有热传导介质入口、受热介质入口、受热介质出口和热传导介质出口。在热交换器6中热传导介质将热量传递给受热介质，从而实现受热介质的加热。本实施例中，热传导介质为内燃机余热回收部传输过来的气体，受热介质为从储油罐8中出来的有机液。
内燃机余热回收部用于回收内燃机1内的余热，其中内燃机余热回收部包括尾气余热回收单元、低温冷却液余热回收单元、高温冷却液余热回收单元、机油冷却余热回收单元。
尾气余热回收单元、低温冷却液余热回收单元、高温冷却液余热回收单元、机油冷却余热回收单元的出口均连接热交换器6的热传导介质入口。
尾气余热回收单元、低温冷却液余热回收单元、高温冷却液余热回收单元、机油冷却余热回收单元可以分别实现尾气、低温冷却液、高温冷却液和机油冷却液余热的回收，具体的实现方式为：尾气余热回收单元、低温冷却液余热回收单元、高温冷却液余热回收单元、机油冷却余热回收单元分别包括尾气余热交换器和尾气余热回收管2、低温冷却液余热交换器和低温冷却余热回收管3、高温冷却液余热交换器和高温冷却余热回收管4、机油冷却余热交换器和机油冷却热回收管5。
将排放的尾气通入到尾气余热交换器对气体进行加热，加热后的气体通过尾气余热回收管2通入到热交换器6。
将内燃机中吸热后的低温冷却液和高温冷却液分别通入到低温冷却液余热交换器和高温冷却液余热交换器对气体进行加热，加热后的气体分别通过低温冷却余热回收管3和高温冷却余热回收管4通入到热交换器6。
将吸热的机油冷却液通入到机油冷却余热交换器对气体进行加热，加热后的气体通过机油冷却热回收管5通入到热交换器6。
内燃机中的低温冷却液、高温冷却液和机油冷却液均可以从内燃机中需要降温的部件中吸热，其中，低温冷却液、高温冷却液、机油冷却液以及内燃机排放的尾气为本实施例余热的来源。通过低温冷却液、高温冷却液和机油冷却液对内燃机进行降温为现有技术。
通过以上方式可以实现内燃机1余热的回收，当然，排放的尾气也可以直接通入到热交换器6，进行热量的传递。
为了实现对进入到热交换器6的气体的温度的检测，在尾气余热回收管2、低温冷却余热回收管3、高温冷却余热回收管4和机油冷却热回收管5上均设置温度传感器（型号为DS18B20），温度传感器的信号输出端连接主控ECU19的信号输入端。
通过温度传感器分别检测尾气余热回收管2、低温冷却余热回收管3、高温冷却余热回收管4和机油冷却热回收管5内的气体的温度，并将检测到的温度值传输到主控ECU19，主控ECU19可以得出进入到热交换器6的气体的热量。
作为本实施例的变换，也可以在热交换器6的热传导介质入口处设与主控ECU的信号输入端连接的温度传感器，该温度传感器可以将检测到的热交换器热传导介质入口处的温度值传输到主控ECU，从而主控ECU根据标定的脉谱图找到对应的油泵的转速，进而主控ECU输出信号到油泵驱动电路，通过油泵驱动电路控制油泵的转速，油泵驱动电路为现有技术，具体可以选用电机PWM调速电路。其中，脉谱图的标定为成熟的现有技术，在此不再赘述。根据热交换器的热传导介质的温度值进行油泵转速的确定，可以最大限度的利用内燃机的热量。
储油罐8内充设有机液，本实施例中有机液可以为丙酮，之所以选择有机液是因为有机液沸点较低，遇热易汽化。
储油罐8的出油口与油泵7的进油口连接，油泵7的出油口连接热交换器6的受热介质入口，油泵7为市售产品，可以将储油罐8内的有机液抽入到热交换器6中，进行热量的交换。
热交换器6的受热介质出口连接热力腔11的入口；热力腔11上连接有与储油罐8的进油口连通的回流管18。为了实现对有机液回流的控制，在回流管18上设有回流电磁阀，主控ECU19输出信号控制回流电磁阀的工作，从而实现回流管18的导通或截止。主控ECU通过电磁阀驱动电路控制回流电磁阀的动作为成熟的现有技术。热力腔中的有机液遇冷变为液态后，热力腔中的液态有机液会通过回流管18回流到储油罐8中，从而实现有机液的回收利用，防止有机液浪费，降低运行成本。
在热力腔11的入口处设有位于热力腔11外侧的进气缓冲腔21；热力腔11的出口处设有位于热力腔11外侧的排气缓冲腔20，进气缓冲腔21和排气缓冲腔均与热力腔11连通。
进气缓冲腔21和排气缓冲腔20可以对进入到热力腔11中的气态有机液进行缓冲，同时有效避免有机液的泄漏现象。
进气缓冲腔21上设有与热交换器6的热传导介质出口连接的热入口，气态的有机液通过热入口进入到进气缓冲腔21中，通过热力腔11的入口进入到热力腔11中。
在热力腔11的入口处设有位于进气缓冲腔21中的进气门9，进气门9设于热力腔11侧部且进气门9临近热力腔11顶部设置，活塞12在进气门9下方往返运动，因为活塞的上止点要位于进气门9的下方，通过将进气门9临近热力腔的顶部设置，可以给予活塞足够大的行程轨迹。
热力腔11的出口处设有与冷凝器17连接的且位于排气缓冲腔20中的排气门15，排气门15设于热力腔11顶部，且排气门15中心与热力腔11顶部中线重合，从而保证排气门15与有机液接触的均匀性，保证活塞运动的稳定性。
主控ECU19的信号输出端连接电磁阀驱动电路，电磁阀驱动电路输出信号到进气电磁阀10和排气电磁阀16，进气电磁阀10控制进气门9的开闭，排气电磁阀16控制排气门15的开闭。
其中电磁阀驱动电路为成熟的现有技术，在此不再赘述。进气电磁阀10和排气电磁阀16分别控制进气门9和排气门15的开闭实现方式也为成熟的现有技术，可以为：进气电磁阀10控制进气电机的动作，进气电机的输出轴驱动进气门9做远离或接近热力腔11入口的运动，具体可以为：进气电机的输出轴上传动连接有进气电动推杆，进气电动推杆带动进气门9移动；排气电磁阀16控制排气电机的动作，排气电机的输出轴驱动排气门15做远离或接近热力腔11出口的运动，具体可以为：出气电机的输出轴上传动连接有出气电动推杆，出气电动推杆带动出气门移动。
内燃机余热回收部将回收的余热输入到热交换器6，在热交换器6中将热量传导至有机液，有机液吸收热量后由液态转化为气态，气态的有机液进入到热力腔11，推动活塞12到达下止点；进气门9和排气门15均关闭，气态的有机液与排气门15接触，因排气门15与冷凝器17连接，冷凝器17带给排气门15的低温效果使得热力腔11内的有机液遇冷由气态转化为液态，进而导致热力腔11内压力低于外界压力，大气压推动热力腔11中的活塞12朝向上止点运动，此过程将内燃机的余热转化为活塞12的机械动能，实施的时候可以通过活塞12带动外界动力装置13做功，从而实现余热的再利用，提高燃油利用效率；而热力腔11中的液态的有机液通过回流管18返回到储油罐8等待下次热力循环。
一种利用上述系统进行的内燃机的余热利用方法，其中，本实施例中，活塞的运动轨迹为在上止点和下止点之间滑动，所述方法包括如下步骤：
（1）进气门和排气门均处于开启状态，活塞位于上止点，有机液与收集的内燃机的余热进行热交换，从而有机液由液体变为气态；本实施例中有机液可以为丙酮，之所以选择有机液是因为有机液沸点较低，遇热易汽化。
在初始时刻，活塞位于上止点、进气门和排气门均处于开启状态；回收的内燃机余热进入到热交换器，其中回收的内燃机余热包括内燃机尾气余热、内燃机低温冷却液中的热量、内燃机高温冷却液中的热量以及内燃机的机油冷却液中的热量。温度传感器时刻检测进入到热交换器中的热传导介质的温度，并将检测到的温度值传输到主控ECU，主控ECU输出信号控制油泵转动，油泵带动有机液进入到热交换器。
液态的有机液在热交换器中与内燃机的余热进行换热，有机液预热由液态变为气态，气态的有机液经过进气缓冲腔进入到热力腔，在热力腔中气态的有机液推动活塞朝向下止点运动，活塞距离传感器时刻检测活塞距离，并将检测到的活塞距离信号传输到主控ECU。
其中，主控ECU根据接收到的温度信号控制油泵转速，油泵转速确定方法为：
1）首先，根据油泵转速和热传导介质的温度标定油泵脉谱图；其中，脉谱图是根据实验标定得出的一系列数据值，通过实验标定得出脉谱图为成熟的现有技术，在此不再赘述。
2）然后，主控ECU根据接收到的余热温度查询脉谱图中对应的油泵的转速，如果该余热温度值有对应的转速则进行步骤3）；如果该温度值没有对应的转速则进行步骤4）。
3）油泵驱动电路接收到控制信号，并输出信号控制油泵的转速达到与余热温度对应的值，其中，油泵驱动电路根据接收到的信号控制油泵转速为成熟的现有技术，在此不再赘述。
4）设定余热温度为T，根据比较函数确定大于余热温度T的温度Th集合{Th1，Th2，……，Thn}和小于余热温度T的温度Tm(Tm<T) 集合{ Tm1，Tm2，……，Tmn }；
依据公式（一）和公式（二）得到两个端点温度值；
min{ (Th1-T)，( Th1-T)，…..，( Thn-T)} （一）
min{ (T-Tm1)，( T-Tm2)，…..，( T-Tmn)} （二）
其中，min为最小值函数；Th1，Th2，……，Thn为脉谱图中温度值大于余热温度T的温度值；Tm1，Tm2，……，Tmn为脉谱图中温度值小于余热温度T的温度值；
公式（一）得到的值对应的温度值Th为端点温度值T1；
公式（二）得到的值对应的温度值Tm为端点温度值T2，T1和T2分别对应转速(T1，N1)和(T2，N2)；
根据公式（三）得到油泵转速，油泵驱动电路根据接收到的控制信号，输出信号控制油泵的转速，使得油泵的转速达到值N；
N=N1+(T-T1)·(T2-T1) /(N2-N1) （三）。
其中，N为得出的油泵的转速；T1、T2为两个端点温度值；N1为温度值T1对应的油泵的转速；N2为温度值T2对应的油泵的转速。
（2）气态的有机液进入到热力腔，推动活塞朝向下止点运动；
因热力腔的入口处的进气门处于开启状态，故气态的有机液可以通过热力腔的入口进入到热力腔中，热力腔中压力变大，从而活塞朝向下止点运动。在活塞滑动的过程中，距离传感器时刻检测活塞的距离信号，从而根据活塞的距离信号得出活塞的位置。
（3）活塞达到下止点，进气门和排气门均关闭；
当主控ECU根据接收到的活塞的距离信号，得出活塞到达下止点时，主控ECU分别输出信号控制进气电磁阀和排气电磁阀动作，在进气电磁阀和排气电磁阀作用下进气门和排气门均关闭。
当然，此处为了保证热力腔中进气量的充足，可以在活塞到达下止点1~5s后再关闭排气门，优选实施例为活塞到达下止点3s后关闭排气门。
（4）排气门关闭后，气态的有机液接触到排气门变为液态，液态的有机液通过回流管返回到储油罐中，热力腔中压力降低，大气压推动活塞朝向上止点运动，活塞到达上止点时，进气门和排气门从关闭状态变为开启状态。
具体为：排气门关闭后，排气门与热力腔接触，因排气门与冷凝器连接，热力腔中的气态的有机液在冷凝器传递给排气门的低温作用下迅速变成液态，热力腔中压力降低，大气压推动活塞朝向上止点运动，当主控ECU检测到活塞到达上止点时，主控ECU输出信号控制进气电磁阀和排气电磁阀动作，在进气电磁阀和排气电磁阀作用下进气门和排气门均开启。
此处为保证热力腔中进气量的充足，在活塞到达上止点前就将进气门开启，保证热力腔的进气量。
热力腔中的液态的有机液通过回流管返回到储油罐中，为了实现有机液回流的控制，可以在回流管上设置回流电磁阀，主控ECU输出信号控制回流电磁阀的开闭即可。
（5）依次重复步骤（1），（2），（3），（4）。
步骤（1），（2），（3），（4）使得活塞完成一个运动行程，重复步骤（1），（2），（3），（4）则可以实现活塞的往复做功，进而将内燃机的余热源源不断的利用起来，提高能源利用率。
本实用新所述的系统，可以将内燃机的余热回收起来，并将回收的内燃机的余热转换成活塞的动能，实现了余热的回收利用，提高内燃机余热的综合利用效率，降低能源消耗。