[發明專利]一種基于活塞膨脹機的發動機余熱回收系統

有效

• 申請號: 201410602374.0
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104533604A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 趙光耀;張紅光;常瑩;李高勝;劉昊
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F02B41/02
• 分類號: F02B41/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 紀佳

技術領域

本發明涉及一種基于活塞膨脹機的發動機余熱回收系統，涉及可再生能源領域，尤其涉及發動機余熱回收與利用領域。

背景技術

隨著我國汽車保有量的快速增長，汽車內燃機在消耗大量汽油、柴油的同時，排放到大氣中的燃燒產物也對環境造成了很大的影響。從目前內燃機的熱平衡看，用于有效動力輸出的能量僅占燃料燃燒總熱量的20％-40％，以廢熱形式排出車外的能量可占到燃燒總能量的60％-70％，主要包括內燃機冷卻液帶走的熱量和排氣帶走的熱量，其中排氣帶走的熱量約占燃料燃燒總熱量的40％-45％，內燃機排氣余熱回收是內燃機提高熱效率、節約能源、降低有害排放物總量的關鍵技術之一。但是，由于車內布置空間小，余熱回收系統部件多等原因，尚無成型的產品問世，故該領域市場正處于空白階段，具有較為廣闊的市場前景與投資空間。因此開發一套適用于發動機余熱回收的系統迫在眉睫。

為解決上述問題，本發明提出一種基于活塞膨脹機的發動機余熱回收系統。本系統通過回收發動機排氣和冷卻液中的熱能，將其轉化為作用在發動機曲軸上的機械能，用于發動機壓縮過程和排氣過程上的能量的消耗，進而提升發動機的效率。同時，通過將活塞膨脹機與活塞發動機進行集成，有效減少整個余熱回收系統的體積，便于布置。

發明內容

本發明目的在于設計一種基于活塞膨脹機的發動機余熱回收系統。本系統通過回收發動機排氣與冷卻液中廢熱，經由有機朗肯循環將熱能轉化為機械能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種基于活塞發動機與活塞膨?脹機集成裝置的余熱回收系統。

一種基于活塞膨脹機的發動機余熱回收系統，其特征在于：該系統包括蒸發器1、冷凝器2、工質罐3、工質泵4、冷卻液泵5、膨脹缸6、燃燒缸7、回熱器8、曲柄連桿機構9；氣體流分別流經兩個燃燒缸7，之后再流入蒸發器1；工質流依次流經工質泵4、回熱器8、蒸發器1、膨脹缸6、冷凝器2、工質罐3，工質罐3內的工質再經由工質泵4泵出，變為高壓工質的流經回路；冷卻液流依次流經冷卻液泵5、燃燒缸7四周的冷卻液通道、回熱器8、冷凝器2，冷凝器2中的冷卻液再流入冷卻液泵5，由冷卻液泵5泵出構成冷卻液回路；所述的膨脹缸6與燃燒缸7的活塞連桿均集成到曲柄連桿機構9，膨脹缸6與燃燒缸7的活塞連桿大頭在曲軸上的連接相位呈180°夾角；工質泵4與冷卻液泵5均集成到曲柄連桿機構9中曲軸的一端。

在膨脹缸6與蒸發器1之間，膨脹缸6與冷凝器2之間分別連接有常開電磁閥a10與常開電磁閥b11，常開電磁閥a10與常開電磁閥b11所在的管路通過常閉電磁閥12連通，且常閉電磁閥12靠近蒸發器1和冷凝器2的出入口。

工質流與冷卻液流均使用同一風冷式冷凝器2進行冷卻。?

當燃燒缸7中的活塞處于下止點時，膨脹缸6中的活塞處于上止點；當燃燒缸7中的活塞處于上止點時，膨脹缸6中的活塞處于下止點。

當兩個燃燒缸7分別處于進氣過程和做功過程時，兩個膨脹缸6均處于排氣過程；當兩個燃燒缸7分別處于壓縮過程和排氣過程時，兩個膨脹缸6均處于膨脹過程。

系統中發動機使用的燃料為汽油，使用的冷卻液為發動機防凍液，余熱回收系統使用的工質為乙醇。運行過程中，汽油與空氣的混合氣體流入燃燒缸7，?燃燒后轉變為高溫的廢氣排出燃燒缸7，流入蒸發器1，成為余熱回收系統的主要熱源；冷卻液在冷卻液泵5的作用下，流經燃燒缸7四周的冷卻液通道，冷卻發動機缸體并回收部分熱量，隨后流入回熱器8，成為余熱回收系統的次要熱源；工質乙醇在工質泵4的作用下，依次流經回熱器8、蒸發器1、膨脹缸6、冷凝器2、工質罐3，基于有機朗肯循環的工作原理，完成對發動機余熱的回收與利用。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、將活塞膨脹機與活塞發動機進行集成，可直接將回收的能量作用在發動機的耗功過程(包括進氣過程、壓縮過程、排氣過程)上，減少能量的傳遞損失，且結構緊湊。