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技术领域

本实用新型涉及一种汽油发动机余热转换驱动系统。

背景技术

众所周知，发动机在运行时会产生大量热量，而现有的自然吸气汽油机中，不论是国产还是进口汽车，都只有不到30%的热能被利用，约40%的热能以排气方式损耗，约30%在引擎冷却过程中被损耗，这表示高达70%的可用能源因此而浪费。传统柴油机由于高的压缩比，发动机膨胀效率被有效利用，其热效率也只有约37%.目前国际上在用内燃机最高热能利用率也只有40%多一点，仍然有大量的热能以废气和冷却方式浪费。如果能将如此众多的热能加以有效利用，可以让能源的使用率提升到更高的程度。

各行各业使用的以石油产品为燃料的内燃机实际上是一个将石油产品燃烧并转换为热能的机械系统，其在工作时并没有将能量大量转换，燃烧所产生的热能实际上被大量浪费，不论是国产还是进口产品，都只有不到30%的热能被转换成机械能利用，约40%的热能以排气方式损耗，约30%在引擎冷却过程中被损耗，这表示高达70%的可用能源因此而浪费。

目前，国际上一些大的汽车公司均在进行这方面的研究，但尚未推出实用型的产品。

德国宝马公司于2012年推出了利用废弃余热产生的高压蒸汽助力发动机曲轴的设想，并已经投入研究实验。在该设想中，必须在发动机的曲轴前端加装一个一定体积的助力驱动装置。其设想的动力产生及利用原理如下：

废气（600℃-1000℃）加热安装于消声器附近的蒸汽锅炉→产生高压蒸汽→蒸汽管道→曲轴蒸汽涡轮助力器→散热器（蒸汽凝结）→高压微型水泵→蒸汽锅炉。

日本丰田公司正在其混合动力汽车上加装汽轮发电机，进行废弃余热产生高压蒸汽驱动发电机实验。然后将发电机发出的电能输送给混合动力汽车的电池组。其动力产生及利用原理如下：

废气（600℃-1000℃）加热安装于消声器附近的蒸汽锅炉→产生高压蒸汽→蒸汽管道→蒸汽涡轮发电机→散热器（蒸汽凝结）→高压微型水泵→蒸汽锅炉

宝马公司的研究是将热能动力作用于发动机曲轴，在发动机运行过程中，发动机的曲柄连杆机构和配气机构、变速器的机械摩擦将消耗部分能量，能源得不到最大程度的利用。丰田公司的蒸汽涡轮用来在混合动力汽车上产生电能，能量也经过了两次转换，转换过程中的能量损失同样不可小视。汽车发动机蒸汽涡轮助力驱动系统直接作用于汽车变速器后端，避开了发动机和变速器等需要在运行时消耗部分机械能的机械构件，使机械摩擦损失小，能源利用率能够得到进一步的提高。

国内多家企业和科研单位的研究人员目前将主要目标集中在发电机余热发电方面，也就是将热能直接转换为电能，没有进行热能至动能的直接转换。由于能量在每次转换过程中都有部分损失，经过二次转换以后的最终利用率不是很理想。

如：吉林大学公共卫生学院刘洪阳以及哈尔滨理工大学电气与电子工程学院赵刚等研究人员都在进行“发动机排气管余热发电研究”，并取得了一定进展。

另有部分研究项目将目标集中在废弃能源在其他方面的利用，如：广州的廖光辉申请了“汽车尾气热能转换空调能量的方法及装置”专利，该创新仅将发动机排气管废气余热用于汽车空调。河北省邢台交通运输有限公司唐振龙进行了废气加热开水、取暖的研究。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种汽油发动机余热转换驱动系统，在大量吸收热能的同时，使排气管内高温气体被急速冷却，增加内燃机输出功率。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种汽油发动机余热转换驱动系统，包括安装在汽油发动机排气歧管与排气管接口处高温部位的锅炉、分别安装于汽车左右两个后轮上且与汽车后车轮同轴的两个驱动组件、安装在汽油发送机冷却液管道上的温度开关；所述锅炉包括气化锅和预热锅，所述气化锅和预热锅之间设有隔板，且所述隔板上开设有小孔；所述两个驱动组件的腔室入口端通过管道与所述锅炉的气化锅连通，所述两个驱动组件的腔室出口端与散热器入口端连通，所述散热器出口端与供水装置入口端、气化锅连通，所述供水装置出口端与所述锅炉的预热锅连通，所述供水装置的腔室入口端通过管道与所述锅炉的气化锅连通，所述供水装置顶部安装有凸轮、用于驱动所述凸轮的减速机和用于驱动所述减速机的压力补偿电机，所述供水装置内设有能在所述凸轮带动下上下移动的压水平板；所述两个驱动组件与所述气化锅之间的管道内均设有膨胀阀，所述预热锅与所述供水装置之间的管道内设有第一电磁阀，所述两个驱动组件与所述散热器之间的管道内设有第二电磁阀；所述供水装置底部设有压力开关；所述压力开关、第一电磁阀、第二电磁阀均与继电器的触点电连接；所述温度开关与继电器的线包电连接，所述继电器接外部电源，所述压力开关与所述压力补偿电机电连接。

所述供水装置形状为内壁光滑的漏斗状，且所述漏斗状较小一端的出口与所述预热锅连通。

其中一个驱动组件通过总管道与所述气化锅连通，另外一个驱动组件通过分管道与所述总管道连通；所述总管道上安装有截断电磁阀；所述散热器与所述气化锅之间的管道内设有旁通阀；所述截断电磁阀与所述继电器的触点电连接。

所述温度开关通过倒档开关与所述继电器的线包连接。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：本实用新型结构简单，能提取以排气方式输出的约40%的热能，产生高温高压蒸汽（蒸汽排出压力可达到3MPa，即30公斤力），由该蒸汽驱动发电机（微型涡轮蒸汽发电机）或直接驱动汽车行驶；在大量吸收热能的同时，使排气管内高温气体被急速冷却，导致管内背压下降，排气阻力减小，从而气缸内排气彻底，汽缸循环过程中的进气量增大，内燃机输出功率增加（相当于进气增压）。

附图说明

图1为本实用新型一实施例结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一实施例包括安装在汽油发动机排气歧管与排气管接口处高温部位的锅炉1、分别安装于汽车左右两个后轮上且与汽车后车轮同轴的两个驱动组件2、安装在汽油发送机冷却液管道上的温度开关3；所述两个驱动组件2的腔室入口端通过管道与所述锅炉的气化锅4连通，所述两个驱动组件2的腔室出口端与散热器5入口端连通，所述散热器5出口端与供水装置6入口端、气化锅4连通，所述供水装置6出口端与所述锅炉的预热锅7连通，所述供水装置6顶部安装有凸轮16、用于驱动所述凸轮的减速机8和用于驱动所述减速机的压力补偿电机9，所述供水装置6内设有能在所述凸轮带动下上下移动的压水平板10；所述两个驱动组件2与所述气化锅4之间的管道内均设有膨胀阀11，所述预热锅7与所述供水装置6之间的管道内设有第一电磁阀12，所述两个驱动组件2与所述散热器之间的管道内设有第二电磁阀19，所述供水装置6底部设有压力开关13；所述第二电磁阀19与所述压力开关13电连接；所述压力开关13、第一电磁阀12、第二电磁阀19均与继电器14的触点电连接；所述温度开关3与继电器14的线包电连接，所述继电器14接外部电源，所述压力开关13与所述压力补偿电机9电连接。

所述供水装置6形状为内壁光滑的漏斗状，且所述漏斗状较小一端的出口与所述预热锅7连通。

其中一个驱动组件2通过总管道与所述气化锅4连通，另外一个驱动组件2通过分管道与所述总管道连通；所述总管道上安装有截断电磁阀18；所述散热器5与所述气化锅4之间的管道内设有旁通阀17；所述截断电磁阀20与所述继电器14电连接。

所述温度开关3通过倒档开关18与所述继电器14连接。

锅炉安装在汽油发动机排气歧管与排气管接口处高温部位，接受供水装置的液态水进行初次加温后再将高温水气化，并形成约2MP的气压。由预热锅和气化锅组成，中间由隔板隔开，隔板上开有小孔。左右后轮驱动组件安装于汽车左右两个后轮，与后车轮同轴，承受来自于膨胀阀的高压蒸汽，在蒸汽作用下给后车轮轴助力。散热器安装在高于供水装置处，将来自于驱动叶轮室和旁通管道的蒸汽冷却成液态水并存储，利用水本身重力将水输送给供水装置，蒸汽进入端位于散热器顶部，液态水流出端位于靠近散热器底部位置。供水装置位于锅炉顶部，主要利用液态水本身重力将液态水输送给锅炉加热炉，为内壁光滑的漏斗，底部出水口较小，便于利用水本身重力将液态水从出水口压出。截断电磁阀在温度开关和倒档开关作用下接通或关闭该段管道，为12V普通电磁阀。第一电磁阀安装于供水装置与预热锅之间的管道内，在温度开关和倒档开关作用下接通或关闭该段管道。第二截断电磁阀安装于驱动组件出口与散热器入口之间的管道内，在温度开关和倒档开关作用下接通或关闭该段管道。温度开关安装在发动机冷却液管道上，60°以上时接通，由于发动机在刚启动时，排气管温度较低，不利于将水迅速气化，因此发动机温度较低时通过温度开关将系统关闭。压力开关位于压水箱底部，在压水箱底部压力低于3MP时接通，由于锅炉进口与出口端保持较高压力，方可使高压蒸汽顺着出口端进入驱动叶轮。压力补偿电机在供水装置底部压力低于3MP时，压力开关接通给电机供电，电机驱动减速及凸轮机构，其为12V直流电机。减速机及凸轮对电动机输出的动力减速增扭，并通过凸轮机构驱动位于水箱内部的压水平板作往复运动，达到给重力压水箱加压的目的。旁通阀（泄压阀）安装于气化锅出口至散热器之间的旁通管道内，在发动机冷却液温度低于60摄氏度，而截断电磁阀1、2、3均处于截断状态时，如气化锅内压力高于2.5MP时，旁通阀打开，释放气化锅内高温蒸汽至冷凝器。

倒档时，发动机不管处于什么工况系统状态均关闭，保证在汽车倒车时不向驱动叶轮施加反向力阻碍车辆倒车。

发动机冷却水低于60摄氏度时，由于排气管表面温度较低，产生的蒸汽量有限，对于驱动叶轮的作用较小，此时截断电磁阀均关闭，系统不工作。在发动机冷却液温度低于60摄氏度，而截断电磁阀1、2、3均处于截断状态时，如气化锅内压力高于2.5MP时，旁通阀打开，释放气化锅内高温蒸汽至散热器。

发动机冷却水达到60摄氏度以上时，发动机排气管前节表面温度达到150摄氏度以上，并随着发动机的持续工作，该温度将保持持续升高，且持续产生高温，此时，截断电磁阀1、2、3均打开，气化锅内产生的高温（120摄氏度）高压（约2-2.5MP）蒸汽经截断电磁阀1、膨胀阀、驱动叶轮室、截断电磁阀3、冷凝器、重力压水箱、截断电磁阀2、预热锅、气化锅完成一个循环。在蒸汽循环的过程中温度逐步降低，到达冷凝器后蒸汽将被散热冷却成约50摄氏度液态水进入重力压水箱。在重力压水箱自身重力作用下，液态水被重新注入预热锅，此时如重力压水箱出口端压力低于3MP，压力开关接通，压力补偿电机启动，通过减速及凸轮机构驱动水箱上部压水活塞给注入预热锅的液态水加压，保证预热锅的两端具有近1MP的压力差，高温液态水能在此压力下顺利注入气化锅。在发动机冷却液温度高于60摄氏度，如气化锅内压力高于2.5MP时，旁通阀打开，释放气化锅内高温蒸汽至冷凝器。

本实用新型工作原理如下：

启动发动机，发动机冷却水温度低于60摄氏度时，温度开关控制继电器关闭，安装于给水端的截断电磁阀1、2、3以及压力开关均不得电而关闭，循环系统处于静止状态。

当冷却液温度达到60摄氏度时，此时发动机排气管气化炉处已经达到150摄氏度以上温度，预热锅的温度约为110-120摄氏度之间，安装于排气管表面的锅炉已经将锅炉内的存水气化。冷却液温度开关在冷却液60摄氏度以上时开关闭合，安装在管道上的三个截断电磁阀打开，在重力压水箱的作用下，液态水被注入预热锅加热至70-80摄氏度，在重力压水箱的持续作用下，高温水通过隔板小孔注入气化锅，在气化锅表面高达200摄氏度的作用下，高温水被瞬间气化，形成约2MP的蒸汽压力，该蒸汽经管道、膨胀阀进入驱动组件的驱动叶轮，驱动叶轮在高压蒸汽作用下转动，从而助力后车轮轴。系统运行时如重力压水端压力低于3MP，压力开关接通，压力补偿电机开始工作，通过减速及凸轮机构在重力压水箱顶部施加压力，加压水箱水压，达到压力补偿的目的。