一种汽车余热回收再利用系统的制作方法

本发明属于汽车发动机技术领域，更具体地说，是涉及一种汽车余热回收再利用系统。

背景技术：

在全球能源局势越来越紧张，环境保护越来越刻不容缓，而世界各国汽车保有量又持续高涨的行业大背景下，传统燃油汽车和混合动力汽车面临巨大的节能减排压力。对于传统汽车发动机而言，冷启动时发动机水套中的水温较低，此时发动机各零部件润滑效果较差，摩擦力大，热效率较低，此时缸体内燃烧也较为不充分，所以有害气体的产生和排放均较高，目前没有较好的方法提升发动机冷启动时的热效率，减排也是依靠排气系统三元催化转化器来完成，冷启动时的排气温度和流量均较低，所以三元催化的效果并不好。此外，冬季客舱加热也受冷启动的影响较大，直至发动机水套中的冷却液温度升高至80℃左右大循环开启时客舱加热能量供应需求才能得以保证。传统汽车动力总成系统的热效率一般只有30～40％，发动机冷却系统散热和排气系统带走的热能各占30％左右。提高发动机本体热效率是一条技术路线，但是存在较大的技术难度，且提升空间十分有限。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单，在汽车冷启动时能够从汽车尾气中回收部分热量，再利用于加热汽车发动机冷却系统中的冷却液，从而快速可靠对发动机进行暖机，提高发动机冷启动时的热效率和缸内燃烧充分性，从而减少冷启动时燃烧不充分产生的大量有害气体，保护环境，同时还能够使得冬季客舱加热能够快速升温，提高车内驾乘人员人体热舒适性的汽车余热回收再利用系统。

要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：

本发明为一种汽车余热回收再利用系统，所述的汽车余热回收再利用系统包括发动机本体、排气歧管、排气管，所述的排气管包括排气管支管管路ⅰ和排气管支管管路ⅱ，排气管支管管路ⅱ上设置热交换器，排气管上设置旁通阀致动器和旁通阀，旁通阀致动器设置为能够控制旁通阀的阀片位置移动的结构，冷却液管路一端与发动机本体的冷却水路出水口连通，冷却液管路经过热交换器后再与发动机本体的冷却水路回水口连通，所述的冷却液管路位于热交换器内的部位设置螺旋换热管路部，经过热交换器的冷却液管路部位设置热交换器出口冷却液温度传感器，所述的热交换器出口冷却液温度传感器与控制部件连接，旁通阀致动器与控制部件连接。

所述的控制部件内设置为存储有热回收终止设定温度数值的结构，所述的发动机本体启动后，当热交换器出口冷却液温度传感器检测到的热交换器出口冷却液实际温度数值低于热回收终止设定温度数值时，控制部件设置为能够控制旁通阀致动器控制旁通阀的阀片移动封堵排气管支管管路ⅰ的结构；发动机本体启动后，当热交换器出口冷却液温度传感器检测到的热交换器出口冷却液实际温度数值高于热回收终止设定温度数值时，控制部件设置为能够控制旁通阀致动器控制旁通阀的阀片移动封堵排气管支管管路ⅱ的结构。

所述的汽车余热回收再利用系统还包括暖风芯体，暖风芯体一端通过暖风管路ⅰ与发动机本体的冷却水路出水口连通，暖风芯体另一端通过暖风管路ⅱ与发动机本体的冷却水路回水口连通，暖风芯体侧面设置鼓风机。

所述的汽车余热回收再利用系统还包括储液罐、进液截止阀、出液截止阀，储液罐设置在冷却液管路上，储液罐包括储液罐外层和储液罐内层，储液罐外层和储液罐内层之间设置空腔部，空腔部设置为真空状态，所述的进液截止阀位于储液罐一侧冷却液管路上，出液截止阀位于储液罐另一侧冷却液管路上，进液截止阀和出液截止阀分别与控制部件连接。

所述的发动机本体启动后，控制部件设置为能够控制进液截止阀和出液截止阀均处于打开状态的结构；所述的发动机本体的冷却液小循环完全关闭时，控制部件设置为能够控制进液截止阀和出液截止阀均处于关闭状态的结构。

所述的汽车余热回收再利用系统的储液罐的储液罐外层内表面设置低黑度ε材料涂层，储液罐内层外表面设置低黑度ε材料涂层。

所述的汽车余热回收再利用系统还包括蓄热热换器、进液截止阀、出液截止阀，蓄热热换器设置在冷却液管路上，蓄热热换器包括蓄热热换器外层和蓄热热换器内层，冷却液管路设置为能够经过蓄热热换器内层的结构，蓄热热换器外层和蓄热热换器内层之间的空腔部内填充相变蓄热材料块，进液截止阀位于蓄热热换器一侧冷却液管路上，出液截止阀位于蓄热热换器另一侧冷却液管路上，进液截止阀和出液截止阀分别与控制部件连接。

所述的冷却液管路包括冷却液管路a段、冷却液管路b段，冷却液管路c段、螺旋换热管路部，冷却液管路的冷却液管路a段一端与发动机本体的冷却水路出水口连通，冷却液管路a段另一端与螺旋换热管路部一端连通，螺旋换热管路部另一端与冷却液管路b段一端连通，冷却液管路b段另一端与储液罐入口连通，所述的储液罐出口与冷却液管路c段一端连通，冷却液管路c段另一端与发动机本体的冷却水路回水口连通。

所述的储液罐的空腔部内的相变蓄热材料块设置为选用相变温度低于热回收终止设定温度数值的相变蓄热材料制成的结构。

所述的排气管包括排气管前段、排气管支管管路ⅰ和排气管支管管路ⅱ、排气管后段，排气管支管管路ⅰ一端与排气管前段连通，排气管支管管路ⅰ另一端与排气管后段连通，排气管支管管路ⅱ一端与排气管前段连通，排气管支管管路ⅱ另一端与排气管后段连通。

采用本发明的技术方案，能得到以下的有益效果：

本发明所述的汽车余热回收再利用系统，为实现余热回收再利用，从发动机冷却系统和排气系统方面着手，从温度角度考虑，发动机冷却系统的余热品质比排气系统低很多，所以汽车尾气余热回收系统成为研究重点。通过上述结构设置，当发动机本体(发动机)冷启动时，控制部件通过热交换器出口冷却液温度传感器检测冷却液温度，当检测到的实际温度低于热回收终止设定温度tset(一般在80℃左右)，此时，控制部件通过旁通阀致动器控制旁通阀的阀片位置发生移动，从而封堵排气管支管管路ⅰ，时，排出的汽车尾气全部进入热交换器内，而发动机小循环中的冷却液通过冷却液管路进入热交换器的螺旋换热管路部，汽车尾气的热量通过螺旋换热管路部吸收余热，螺旋换热管路部对冷却液管路中的冷却液进行加热，实现汽车尾气的热能的回收。而经过热交换器后的尾气再排出。这样，经过汽车尾气热能回收而加热的冷却液流回发动机水套中，完成发动机的冷却液小循环，对发动机进行暖机，这样，大大缩短了现有发动机的暖机时间，提升发动机冷启动时间间隔内的热效率。因为发动机冷却液小循环和暖风冷却液回路成并联关系，因此，在有乘客舱有加热需求时，启动发动机并进入热回收模式时，从汽车尾气中回收的热能不仅可以对发动机进行暖机，也可以经过暖风冷却液回路对乘客舱进行加热，迅速提升乘客舱驾乘人员人体舒适性。具体来说：吸热升温后冷却液从发动机水套中流出，经过暖风管路ⅰ进入暖风芯体，放热给暖通风道中的空气，然后经暖风管路ⅱ返回发动机水套中，完成暖风冷却液回路循环；暖通风道中的空气先经过暖风芯体的空气侧吸热升温，然后经过鼓风机吹入乘客舱。而当热交换器出口冷却液温度传感器检测到的冷却液温度高于热回收终止设定温度tset(一般在80℃左右)时，热回收阶段结束。此时，传感器向控制部件反馈信号，控制部件通过旁通阀致动器控制旁通阀的阀片位置发生变化，阀片封堵排气管支管管路ⅱ，排管支管管路ⅰ开通，便于尾气排出，最终排向大气空间。此时，从发动机水套中流出的冷却液经过热交换器，再回到发动机水套中，完成常规冷却液小循环。此时暖风冷却液回路也为常规循环，具体来说：冷却液从发动机水套中流出，进入暖风芯体后，再返回发动机水套中，完成暖风冷却液回路循环；暖通风道中的空气先经过暖风芯体的空气侧吸热升温，然后经过鼓风机吹入乘客舱。本发明所述的汽车余热回收再利用系统，结构简单，在汽车冷启动时能够从汽车尾气中回收部分热量，再利用于加热汽车发动机冷却系统中的冷却液，快速可靠对发动机进行暖机，提高发动机冷启动时的热效率和缸内燃烧充分性，从而减少冷启动时燃烧不充分产生的大量有害气体，保护环境，同时还能够有效提高乘客舱内的驾乘人员人体热舒适性。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作出简要的说明：

图1为本发明所述的汽车余热回收再利用系统的实施例1的结构示意图；

图2为本发明所述的汽车余热回收再利用系统的实施例2的结构示意图；

图3为本发明所述的汽车余热回收再利用系统的实施例3的结构示意图；

附图中标记分别为：1、发动机本体；2、排气歧管；3、排气管；4、排气管支管管路ⅰ；5、排气管支管管路ⅱ；6、热交换器；7、旁通阀致动器；8、旁通阀；9、冷却液管路；10、螺旋换热管路部；11、热交换器出口冷却液温度传感器；12、控制部件；13、暖风芯体；14、暖风管路ⅰ；15、暖风管路ⅱ；16、鼓风机；17、储液罐；18、进液截止阀；19、出液截止阀；20、相变蓄热材料块；21、冷却液管路a段；22、冷却液管路b段；23、冷却液管路c段；24、排气管前段；25、排气管后段；26、蓄热热换器；27、乘客舱。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明：

如附图1所示，本发明为一种汽车余热回收再利用系统，所述的汽车余热回收再利用系统包括发动机本体1、排气歧管2、排气管3，所述的排气管3包括排气管支管管路ⅰ4和排气管支管管路ⅱ5，排气管支管管路ⅱ5上设置热交换器6，排气管3上设置旁通阀致动器7和旁通阀8，旁通阀致动器7设置为能够控制旁通阀8的阀片位置移动的结构，冷却液管路9一端与发动机本体1的冷却水路出水口连通，冷却液管路9经过热交换器6后再与发动机本体1的冷却水路回水口连通，所述的冷却液管路9位于热交换器6内的部位设置螺旋换热管路部10，经过热交换器6的冷却液管路9部位设置热交换器出口冷却液温度传感器11，所述的热交换器出口冷却液温度传感器11与控制部件12连接，旁通阀致动器7与控制部件12连接。上述结构，为实现余热回收再利用，从发动机冷却系统和排气系统方面着手，从温度角度考虑，发动机冷却系统的余热品质比排气系统低很多，所以汽车尾气余热回收系统成为研究重点。通过上述结构设置，当发动机本体(发动机)冷启动时，控制部件通过热交换器出口冷却液温度传感器检测冷却液温度，当检测到的实际温度低于热回收终止设定温度tset(一般在80℃左右)，此时，控制部件通过旁通阀致动器控制旁通阀的阀片位置发生移动，从而封堵排气管支管管路ⅰ4，这时，排出的汽车尾气全部进入热交换器内，而发动机小循环中的冷却液通过冷却液管路9进入热交换器的螺旋换热管路部10，汽车尾气的热量通过螺旋换热管路部10吸收余热，螺旋换热管路部10对冷却液管路中的冷却液进行加热，实现汽车尾气的热能的回收。而经过热交换器后的尾气再排出。这样，经过汽车尾气热能回收而加热的冷却液流回发动机水套中，完成发动机的冷却液小循环，对发动机进行暖机，这样，大大缩短了现有发动机的暖机时间，提升发动机冷启动时间间隔内的热效率。因为发动机冷却液小循环和暖风冷却液回路成并联关系，因此，在有乘客舱有加热需求时，启动发动机并进入热回收模式时，从汽车尾气中回收的热能不仅可以对发动机进行暖机，也可以经过暖风冷却液回路对乘客舱进行加热，迅速提升乘客舱驾乘人员人体舒适性。具体来说：吸热升温后冷却液从发动机水套中流出，经过暖风管路ⅰ进入暖风芯体，放热给暖通风道中的空气，然后经暖风管路ⅱ返回发动机水套中，完成暖风冷却液回路循环；暖通风道中的空气先经过暖风芯体的空气侧吸热升温，然后经过鼓风机吹入乘客舱。而当热交换器出口冷却液温度传感器检测到的冷却液温度高于热回收终止设定温度tset(一般在80℃左右)时，热回收阶段结束。此时，传感器向控制部件反馈信号，控制部件通过旁通阀致动器控制旁通阀的阀片位置发生变化，阀片封堵排气管支管管路ⅱ5，排气管支管管路ⅰ4开通，便于尾气排出，最终排向大气空间。此时，从发动机水套中流出的冷却液经过热交换器，再回到发动机水套中，完成常规冷却液小循环。此时暖风冷却液回路也为常规循环，具体来说：冷却液从发动机水套中流出，进入暖风芯体后，再返回发动机水套中，完成暖风冷却液回路循环；暖通风道中的空气先经过暖风芯体的空气侧吸热升温，然后经过鼓风机吹入乘客舱。本发明所述的汽车余热回收再利用系统，结构简单，在汽车冷启动时能够从汽车尾气中回收部分热量，再利用于加热汽车发动机冷却系统中的冷却液，快速可靠对发动机进行暖机，提高发动机冷启动时的热效率和缸内燃烧充分性，从而减少冷启动时燃烧不充分产生的大量有害气体，保护环境，同时还能够使得冬季客舱加热能够快速升温，提高车内驾乘人员人体热舒适性。

所述的控制部件12内设置为存储有热回收终止设定温度数值的结构，所述的发动机本体1启动后，当热交换器出口冷却液温度传感器11检测到的热交换器出口冷却液实际温度数值低于热回收终止设定温度数值时，控制部件12设置为能够控制旁通阀致动器7控制旁通阀8的阀片移动封堵排气管支管管路ⅰ4的结构；发动机本体1启动后，当热交换器出口冷却液温度传感器11检测到的热交换器出口冷却液实际温度数值高于热回收终止设定温度数值时，控制部件12设置为能够控制旁通阀致动器7控制旁通阀8的阀片移动封堵排气管支管管路ⅱ5的结构。上述结构，通过热交换器出口冷却液温度传感器11实现热交换器出口部位冷却液温度的实时监控，并且实时反馈温度数值给控制部件，而控制部件与旁通阀致动器7连接，这样，在热交换器出口冷却液温度传感器11和旁通阀致动器7之间建立关联，在发动机启动后，能够可靠实现余热回收再利用，对发动机热机。

所述的汽车余热回收再利用系统还包括暖风芯体13，暖风芯体13一端通过暖风管路ⅰ14与发动机本体1的冷却水路出水口连通，暖风芯体13另一端通过暖风管路ⅱ15与发动机本体1的冷却水路回水口连通，暖风芯体13侧面设置鼓风机16。

如附图2所示，作为实施例2，在实施例1的基础上进行进一步的改进。所述的汽车余热回收再利用系统还包括储液罐17、进液截止阀18、出液截止阀19，储液罐17设置在冷却液管路9上，储液罐17包括储液罐外层和储液罐内层，储液罐外层和储液罐内层之间设置空腔部，空腔部设置为真空状态，所述的进液截止阀18位于储液罐17一侧冷却液管路9上，出液截止阀19位于储液罐17另一侧冷却液管路9上，进液截止阀18和出液截止阀19分别与控制部件12连接。上述结构，使得本发明的汽车余热回收再利用系统具有余热回收再利用和储能两种功能。储液罐、进液截止阀和出液截止阀设置时，储液罐由两层组成，储液罐外层和储液罐内层之间的空腔部抽真空处理。这样，使得储液罐能够可靠实现保温功能。这样，当发动机冷启动时，控制部件(控制器)控制打开进液截止阀和出液截止阀，储液罐中储存的高温冷却液此时率先沿着冷却液管路进入发动机水套，对发动机进行提前暖机，或者在冬季给乘客舱提前加热。与此同时，热交换器出口冷却液温度传感器检测到的冷却液温度低于热回收终止设定温度tset(一般在80℃左右)，控制部件通过旁通阀致动器控制旁通阀的阀片移动，使汽车尾气全部进入热交换器，进入热回收模式。

所述的汽车余热回收再利用系统的储液罐17的储液罐外层内表面设置低黑度ε材料涂层，储液罐内层外表面设置低黑度ε材料涂层。上述结构，通过低黑度ε材料涂层，能够进一步提高保温效果。

在实施例2中，当发动机冷启动后，冷却液温度低，汽车尾气从发动机排出，经排气歧管和排气管后，进入热交换器，放热传递给经过热交换器的冷却液，放热降温后的汽车尾气排出排气管后，最终排向大气空间；而从发动机水套中流出的冷却液，经过暖风管路ⅰ进入热交换器，吸收汽车尾气的热能后，在回到发动机水套中，完成冷却液小循环，对发动机进行暖机，这样，大大缩短了现有发动机的暖机时间，提升发动机冷启动时间间隔内的热效率，满足汽车整体需求。

因为发动机冷却液小循环和暖风冷却液回路成并联关系，因此，在有乘客舱有加热需求时，启动发动机并进入热回收模式时，从汽车尾气中回收的热能不仅可以对发动机进行暖机，也可以经过暖风冷却液回路对乘客舱进行加热，迅速提升乘客舱驾乘人员人体舒适性。具体来说：吸热升温后的冷却液从发动机水套中流出，经过暖风管路ⅰ进入暖风芯体，放热给暖通风道中的空气，然后经暖风管路ⅱ返回发动机水套中，完成暖风冷却液回路循环；暖通风道中的空气先经过暖风芯体的空气侧吸热升温，然后经过鼓风机吹入乘客舱，提高舒适性。

在本发明实施例2中，在发动机冷却液小循环完全关闭时，控制器控制进液截止阀和出液截止阀关闭，这样就可以在储液罐中储存高温冷却液，待下次发动机冷启动时使用，用来对发动机进行提前暖机，或者在冬季给乘客舱提前加热。这样，有效提高发动机的暖机效果。

所述的发动机本体1启动后，控制部件12设置为能够控制进液截止阀18和出液截止阀19均处于打开状态的结构；所述的发动机本体的冷却液小循环完全关闭时，控制部件12设置为能够控制进液截止阀18和出液截止阀19均处于关闭状态的结构。

如附图3所示，作为实施例3，在实施例1的基础上进行进一步的改进。所述的汽车余热回收再利用系统还包括蓄热热换器26、进液截止阀18、出液截止阀19，蓄热热换器26设置在冷却液管路9上，蓄热热换器26包括蓄热热换器外层和蓄热热换器内层，冷却液管路9设置为能够经过蓄热热换器内层的结构，蓄热热换器外层和蓄热热换器内层之间的空腔部内填充相变蓄热材料块20，进液截止阀18位于蓄热热换器26一侧冷却液管路9上，出液截止阀19位于蓄热热换器26另一侧冷却液管路9上，进液截止阀18和出液截止阀19分别与控制部件12连接。上述结构，本发明的装置同时具有余热回收再利用和pcm储能两种功能。蓄热换热器由两层组成，蓄热热换器外层和蓄热热换器内层之间的空腔部抽真空处理，这样，在发动机工作过程中，蓄热换热器有效吸收热能进行储备，而低黑度ε材料涂层能够进一步提高保温效果。该pcm材料的相变温度点优选低于冷却液热回收终止设定温度tset(冷却液热回收终止设定温度tset一般在80℃左右,选择在75℃-85℃范围之间)的材料。进液截止阀和出液截止阀要起保温作用。pcm优选相变潜热值高、比热容大、熔点合适、热膨胀系数小的材料；内部换热管优选导热系数高的金属或非金属材料，壁厚在保证运行可靠性和寿命的前提下尽量取小值；外壳部分优选保温效果好的材料，另外双层+真空+内腔体低黑度ε涂层的保温方案优势明显。这样，能够有效提高余热回收利用效果，满足性能需求。

在实施例3中，当发动机冷启动时，控制器(控制部件)控制打开进液截止阀和出液截止阀，蓄热换热器中储存相变热能首先释放热能，传递给流经蓄热换热器的冷却液，使之升温后率先进入发动机水套，对发动机进行提前暖机，或者在冬季给乘客舱提前加热；热交换器出口冷却液温度传感器检测到的冷却液温度明显低于热回收终止设定温度tset(一般在80℃左右)时，控制部件通过旁通阀致动器控制旁通阀的阀片位置移动，使得汽车尾气全部进入热交换器，小循环中的冷却液进入热交换器，进入热回收模式，实现余热回收再利用。

在实施例3中，在发动机冷却液小循环完全关闭时，控制器控制进液截止阀和出液截止阀关闭，这样就可以储存部分热能在pcm材料中，另外，填充在蓄热换热器中的部分高温冷却液也包含一定的热能，待下次发动机冷启动时使用，用来对发动机进行提前暖机，或者在冬季给乘客舱提前加热。pcm材料优选相变温度低于冷却液热回收终止设定温度tset的材料，另外蓄热换热器的设计需要与热回收功率相匹配，这样，在发动机小循环完全关闭前储存更多的相变热能。

本发明所述的汽车余热回收再利用系统中，所述的冷却液管路9包括冷却液管路a段21、冷却液管路b段22，冷却液管路c段23、螺旋换热管路部10，冷却液管路9的冷却液管路a段21一端与发动机本体1的冷却水路出水口连通，冷却液管路a段21另一端与螺旋换热管路部10一端连通，螺旋换热管路部10另一端与冷却液管路b段22一端连通，冷却液管路b段22另一端与储液罐17入口连通，所述的储液罐17出口与冷却液管路c段23一端连通，冷却液管路c段23另一端与发动机本体1的冷却水路回水口连通。

所述的储液罐17的空腔部内的相变蓄热材料块20设置为选用相变温度低于热回收终止设定温度数值的相变蓄热材料制成的结构。

所述的排气管3包括排气管前段24、排气管支管管路ⅰ4和排气管支管管路ⅱ5、排气管后段25，排气管支管管路ⅰ4一端与排气管前段24连通，排气管支管管路ⅰ4另一端与排气管后段25连通，排气管支管管路ⅱ5一端与排气管前段24连通，排气管支管管路ⅱ5另一端与排气管后段25连通。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。