保持發(fā)動機(jī)熱量和背壓平衡的熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及監(jiān)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于節(jié)能與新能源汽車領(lǐng)域，具體涉及一種保持發(fā)動機(jī)熱量和背壓平衡的熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及監(jiān)控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)燃油發(fā)動機(jī)的燃油能量約30%以尾氣廢熱的方式排放，造成了巨大的能量浪費，采用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)回收尾氣廢熱進(jìn)行發(fā)電供給車載系統(tǒng)使用是提高其燃油經(jīng)濟(jì)性的一個重要途徑。熱電轉(zhuǎn)換的功率與各個熱電器件冷熱端的溫差成正比，目前，現(xiàn)有的大多數(shù)汽車尾氣熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)采用外部循環(huán)水栗加冷卻風(fēng)扇方式對冷卻水進(jìn)行降溫冷卻控制熱電器件的冷端溫度，消耗了大量電能，并且有時候消耗的電能大于熱電器件回收尾氣廢熱產(chǎn)生的電量，這樣造成了系統(tǒng)整體效率低下。此外，發(fā)動機(jī)排氣管與熱交換器相連未做背壓處理，熱交換器內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)加大了發(fā)動機(jī)原有的尾氣背壓，降低發(fā)動機(jī)原有的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能，這種情況下盡管熱電器件回收尾氣廢熱產(chǎn)生了電能，但是也是得不償失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)的不足，提供一種保持發(fā)動機(jī)熱量和背壓平衡的熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及監(jiān)控方法，既實現(xiàn)了發(fā)動機(jī)尾氣廢熱回收發(fā)電的要求，又保持了發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的熱平衡和發(fā)動機(jī)背壓的穩(wěn)定。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的保持發(fā)動機(jī)熱量和背壓平衡的尾氣熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括熱電轉(zhuǎn)換單元及與所述熱電轉(zhuǎn)換單元相連的監(jiān)控單元，所述熱電轉(zhuǎn)換單元包括發(fā)動機(jī)及通過排氣歧管與所述發(fā)動機(jī)相連的熱交換器，所述發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)通過調(diào)壓閥與主散熱片管道的入口相連，所述主散熱片管道的出口分為兩路，一路與第一多列冷卻水箱組的入口相連，另一路與第二多列冷卻水箱組的入口相連，所述第一多列冷卻水箱組與第一低溫?zé)犭娖骷M的冷端相連，所述第二多列冷卻水箱組與第二低溫?zé)犭娖骷M的冷端相連，所述第一低溫?zé)犭娖骷M的熱端與所述熱交換器上表面相連，所述第二低溫?zé)犭娖骷M的熱端與所述熱交換器下表面相連，所述第一多列冷卻水箱組的出口和所述第二多列冷卻水箱組的出口相連后分為兩路，一路通過第一水閥與保溫管道的入口相連，另一路通過水閥與至少一個副散熱片管道的入口相連，所述保溫管道的出口和副散熱片管道的出口相連后與冷卻系統(tǒng)的入口相連；
[0005]所述發(fā)動機(jī)的排氣歧管經(jīng)過第一截止閥與過濾器相連，所述過濾器的出口與自力式閥前壓力調(diào)節(jié)閥的入口相連，所述自力式閥前壓力調(diào)節(jié)閥的出口與第二截止閥的入口相連，所述第二截止閥的出口分為兩路，一路與所述熱交換器的入口相連，另一路與旁通閥的入口相連，所述旁通閥的出口與所述發(fā)動機(jī)的排氣歧管出口相連。
[0006]進(jìn)一步地，所述副散熱片管道采用三個，分別為第一副散熱片管道、第二副散熱片管道和第三副散熱片管道，第一副散熱片管道的長度小于第二副散熱片管道的長度，第二副散熱片管道的長度小于第三副散熱片管道的長度;所述第一多列冷卻水箱組的出口和所述第二多列冷卻水箱組的出口相連后分別通過第二水閥與第一副散熱片管道連通、第三水閥與第二副散熱片管道連通、第四水閥與第三副散熱片管道連通。
[0007]進(jìn)一步地，所述冷卻系統(tǒng)與所述調(diào)壓閥之間設(shè)置有溫度傳感器Tl，所述調(diào)壓閥與所述主散熱管道之間設(shè)置有壓力傳感器Pl，所述主散熱管道的出口經(jīng)過溫度傳感器T2后分為兩路，所述第一多列冷卻水箱組的出口和所述第二多列冷卻水箱組的出口相連后經(jīng)過溫度傳感器T3分為兩路，所述保溫管道的出口和所述副散熱片管道的出口相連后經(jīng)過溫度傳感器T4與所述冷卻系統(tǒng)的入口相連，所述發(fā)動機(jī)的排氣歧管與所述第一截止閥的入口和旁通閥的出口之間設(shè)置有壓力傳感器P2，所述過濾器與所述自力式閥前壓力調(diào)節(jié)閥之間設(shè)置有壓力傳感器P3，所述第二截止閥的出口經(jīng)過壓力傳感器P4后分為兩路，所述第一低溫?zé)犭娖骷M和所述第二低溫?zé)犭娖骷M之間連接有電壓傳感器Vl。
[0008]進(jìn)一步地，所述熱交換器的出口依次與三元催化器和消聲器相連后通往大氣。
[0009]進(jìn)一步地，所述監(jiān)控單元包括微控制器MCT、D/A輸出模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊及I/O模塊，D/A輸出模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊及I/O模塊均與微控制器MCU相連;所述D/A輸出模塊與所述調(diào)壓閥的信號控制端相連;所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與壓力傳感器P1、壓力傳感器P2、壓力傳感器P3、壓力傳感器P4及電壓傳感器Vl的信號輸出端相連，所述I/O模塊與溫度傳感器T1、溫度傳感器T2、溫度傳感器T3、溫度傳感器T4、第一水閥、第二水閥、第三水閥、第四水閥、第一截止閥、第二截止閥及旁通閥的信號端相連。
[0010]進(jìn)一步地，所述監(jiān)控單元包括與所述微控制器MCU相連的上位機(jī)和LCD模塊，所述上位機(jī)和LCD模塊實時顯示A/D轉(zhuǎn)換模塊采集的各種信息以及各個閥的開關(guān)狀態(tài)。
[0011]進(jìn)一步地，所述監(jiān)控單元包括與所述微控制器MCU相連的Zigbee模塊和GPRS模塊，所述Zigbee模塊和所述GPRS模塊將A/D轉(zhuǎn)換模塊采集的各種信息和各個閥的開關(guān)狀態(tài)發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。
[0012]—種如上述所述保持發(fā)動機(jī)熱量和背壓平衡的尾氣熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括如下步驟:
[0013]步驟1:不接熱交換器測試發(fā)動機(jī)在額定功率時的尾氣壓力值P’，以此值作為依據(jù)設(shè)置自力式閥前壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值；
[0014]步驟2:接上發(fā)動機(jī)排氣歧管后的閥和熱交換器，發(fā)動機(jī)啟動后，同時控制第一截止閥、第二截止閥、旁通閥的開度，使壓力傳感器P2的值與P’之間的誤差小于5%;
[0015]步驟3:發(fā)動機(jī)啟動后，控制調(diào)壓閥開啟，若T3< Tl，控制第一水閥開啟，同時控制與副散熱片管道相連的水閥關(guān)閉;若T1<T3，控制與副散熱片管道相連的水閥開啟，同時控制第一水閥關(guān)閉。
[0016]進(jìn)一步地，所述副散熱片管道采用三個，分別為第一副散熱片管道、第二副散熱片管道和第三副散熱片管道，第一副散熱片管道的長度小于第二副散熱片管道的長度，第二副散熱片管道的長度小于第三副散熱片管道的長度;所述第一多列冷卻水箱組的出口和所述第二多列冷卻水箱組的出口相連后分別通過第二水閥與第一副散熱片管道連通、第三水閥與第二副散熱片管道連通、第四水閥與第三副散熱片管道連通；
[0017]所述控制方法包括如下步驟:
[0018]步驟1:不接熱交換器測試發(fā)動機(jī)在額定功率時的尾氣壓力值P’，以此值作為依據(jù)設(shè)置自力式閥前壓力調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值；
[0019]步驟2:接上發(fā)動機(jī)排氣歧管后的閥和熱交換器，發(fā)動機(jī)啟動后，同時控制第一截止閥、第二截止閥、旁通閥的開度，使壓力傳感器P2的值與P’之間的誤差小于5%;
[0020]步驟3:發(fā)動機(jī)啟動后，控制調(diào)壓閥開啟，若T3 5 Tl，控制第一水閥開啟，同時控制第二水閥、第三水閥和第四水閥關(guān)閉；若0<(T3-T1)<3°C，控制第二水閥開啟同時控制第三水閥、第四水閥和第一水閥關(guān)閉；若3 < (T3-T1) < 50C，控制第三水閥開啟同時控制第一水閥、第二水閥和第四水閥關(guān)閉；若(T3-T1)>5°C，控制第四水閥開啟同時控制第一水閥、第二水閥和第三水閥關(guān)閉。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:充分利用散熱片管道進(jìn)行冷卻水的預(yù)先冷卻，以及經(jīng)過熱電器件組熱交換后再做二次冷卻，一方面可以較大程度降低熱交換器的冷端溫度，另一方面又保持了原有冷卻系統(tǒng)的熱平衡;此外，采用自力式閥前壓力調(diào)壓閥及其輔助設(shè)備控制發(fā)動機(jī)排氣歧管出口的尾氣背壓與未連接熱交換器時的壓力值盡可能一致，在進(jìn)行尾氣廢熱回收發(fā)電的同時實現(xiàn)了發(fā)動機(jī)的背壓平衡；
[0022]該系統(tǒng)未增加輔助系統(tǒng)的功率消耗，在保持發(fā)動機(jī)熱平衡和背壓平衡的前提下還能高效回收尾氣廢熱進(jìn)行發(fā)電，可廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)燃油發(fā)動機(jī)尾氣熱電轉(zhuǎn)換再利用的場合，并且清潔、高效、無污染，具有良好的節(jié)能與減排前景。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明保持發(fā)動機(jī)熱量和背壓平衡的尾氣熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的原理圖；
[0024]圖2為本發(fā)明保持發(fā)動機(jī)熱量和背壓平衡的尾氣熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法流程圖。
[0025]圖中各部件標(biāo)號如下:發(fā)動機(jī)1、冷卻系統(tǒng)2、調(diào)壓閥3、主散熱片管道4、第一副散熱片管道5、第二副散熱片管道6、第三副散熱片管道7、保溫管道8、第二水閥9、第三水閥