液壓式車載全面能量回收利用系統(tǒng)技術(shù)方案

液壓式車載全面能量回收利用系統(tǒng)是涉及汽車節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域（特別是關(guān)于汽車內(nèi)燃機(jī)余熱利用、發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)載時(shí)的富余功率回收以及車輛的制動(dòng)、震動(dòng)能量的回收利用方面）的一項(xiàng)發(fā)明專利技術(shù)。本發(fā)明專利技術(shù)是在綜合分析汽車運(yùn)行中各個(gè)環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化過程后提出的一個(gè)效率較高、較為全面的能量回收利用方案，該系統(tǒng)可有效回收利用汽車制動(dòng)能量、震動(dòng)能量、發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的富余功率，同時(shí)還利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱建立一個(gè)回?zé)嵫h(huán)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械能的再生。本發(fā)明專利技術(shù)通過全面回收利用汽車運(yùn)行過程中的各種能量，以達(dá)到降低汽車燃油消耗的目的。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)對(duì)能量的利用率在理論上超過現(xiàn)有的混合動(dòng)力等其他技術(shù)，可以預(yù)見，本系統(tǒng)研發(fā)裝車成功后必然大大提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，尤其是對(duì)在制動(dòng)頻繁的市區(qū)內(nèi)行駛的公交車、轎車等，燃油消耗量有望節(jié)省50％以上。2、汽車在利用儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)、加速時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)由于本專利技術(shù)的核心部分在能量的儲(chǔ)存、釋放過程中理論上可處于恒壓狀態(tài)，因此只要采用現(xiàn)有的在應(yīng)用上最廣泛、技術(shù)上最成熟、構(gòu)造上最簡單的等容齒輪泵，即可使汽車在利用液壓儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)和加速時(shí)獲得平穩(wěn)的運(yùn)行效果。3、構(gòu)造簡單、易于實(shí)現(xiàn)液壓式車載全面能量回收利用系統(tǒng)的工作全過程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)均沒有尖銳、突出的矛盾，如液壓系統(tǒng)的工作最高壓強(qiáng)基本在15MPa左右，這個(gè)壓強(qiáng)在液壓系統(tǒng)中屬于中等水平；儲(chǔ)能工質(zhì)的最高工作溫度在150℃左右(視廢氣可利用的最高溫度可適當(dāng)調(diào)整)，這些條件均十分容易滿足。對(duì)于儲(chǔ)能工質(zhì)，可選用二氧化碳、氨氣、一氧化二氮等。從化學(xué)穩(wěn)定性和分子間作用力相對(duì)較小的角度考慮采用二氧化碳比較好(分子間作用力小則熱效率高)，并且根據(jù)不同季節(jié)自然界溫度的變化可采用純二氧化碳或二氧化碳與少量其他有機(jī)物的混合物(如丁醛、甲苯、環(huán)己烷等，摻入少量第二組分可提高工質(zhì)的臨界點(diǎn)溫度——見《高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)》VOL23《超臨界二氧化碳二元體系相平衡性質(zhì)的研究》，作者張敬暢、吳向氧、曹維良)。同時(shí)液壓式車載全面能量回收利用系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有汽車結(jié)構(gòu)改變小，在汽車上裝配該系統(tǒng)不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的汽車制造技術(shù)造成影響。四、在汽車上裝配本系統(tǒng)后的經(jīng)濟(jì)性分析在汽車上裝配液壓式全面能量回收利用系統(tǒng)后，在一定程度上增加了汽車構(gòu)造的復(fù)雜性，對(duì)汽車的成本有所提高。從定性的角度分析，對(duì)普通轎車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)成本約占整車成本的30％，從構(gòu)造上比較本專利技術(shù)比汽車發(fā)動(dòng)機(jī)要簡單很多。以價(jià)格為10萬元的普通轎車衡量，若裝配該能量回收利用系統(tǒng)后汽車價(jià)格提高2萬元。按目前的汽油價(jià)格5.0元/升計(jì)算，一般家庭用車年行駛里程2萬公里，市區(qū)行駛消耗在燃油方面的成本按0.5元/公里計(jì)算，則每年的燃油費(fèi)用為1萬元。若裝備液壓式全面能量回收利用系統(tǒng)后燃油消耗降低50％，則每年節(jié)省5000元燃油費(fèi)。按照這樣估算對(duì)家庭轎車而言4年以內(nèi)在燃油方面的節(jié)省可抵消購車時(shí)增加的費(fèi)用。若對(duì)于城市出租汽車，每年行駛里程約20萬公里，則半年內(nèi)節(jié)省的燃油費(fèi)用足可抵消購車時(shí)增加的成本。以上估算表明本專利技術(shù)描述的全面能量回收利用系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)方面具有良好的可行性，而同時(shí)它在環(huán)保方面的意義卻是難以估量的。五、將本專利技術(shù)應(yīng)用于1.5噸級(jí)轎車的估算液壓式車載全面能量回收利用系統(tǒng)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在汽車運(yùn)行過程中需要頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合(主要是市區(qū)行駛工況)。現(xiàn)以運(yùn)行重量1.5噸級(jí)的城市出租汽車為例，計(jì)算出適合裝配在這一重量等級(jí)的汽車上的全面能量回收利用系統(tǒng)的一些關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。由于在城市中運(yùn)行的汽車速度一般不會(huì)很高，現(xiàn)按照儲(chǔ)能設(shè)備能夠?qū)⑵囁俣忍岣叩?0km/h為標(biāo)準(zhǔn)來考慮。汽車以50km/h的速度行駛時(shí)其動(dòng)能為E=12mv2=12×1.5×(503.6)2=145(kJ)]]>按工質(zhì)釋放能量時(shí)壓強(qiáng)15MPa、齒輪泵機(jī)械效率0.85、流動(dòng)及其他環(huán)節(jié)的能量傳遞效率0.95計(jì)算，聚能罐中至少需要儲(chǔ)存的液壓油體積為 根據(jù)系統(tǒng)效率分析計(jì)算中的數(shù)據(jù)，二氧化碳工質(zhì)在15MPa下定壓吸熱膨脹(工作溫度60℃～150℃，體積變化1.68L～4.04L)每公斤二氧化碳可對(duì)外做功35.4kJ，因此所需工質(zhì)質(zhì)量為 聚能罐內(nèi)部所需有效容積為V罐＝5.1×4.04＝20.6(升)聚能罐外形取Ф250mm×500mm(直徑×長度)的圓柱筒體即可滿足內(nèi)部容積要求。汽車每次加速需要吸收的熱量為Q吸＝5.1×(21+171)＝980(kJ)運(yùn)行質(zhì)量1.5噸級(jí)的轎車其發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率在100kW左右，但市區(qū)行駛條件下發(fā)動(dòng)機(jī)一般遠(yuǎn)達(dá)不到最大功率，若發(fā)動(dòng)機(jī)平均實(shí)際運(yùn)行功率按40kW計(jì)，其熱效率按30％計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收利用率按20％計(jì)，則為蓄積供汽車一次加速必需的熱量所需時(shí)間為 即若汽車發(fā)動(dòng)機(jī)以平均40kW的功率(余熱排放功率93.3kW)每正常運(yùn)行52.5秒，只要利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的20％，即可供給能量回收利用系統(tǒng)完成工質(zhì)的預(yù)期膨脹做功過程將汽車速度提高到50km/h。若高溫?zé)嵩床捎盟鳛樾顭岵牧希刂扑淖罡邷囟?80℃(飽和液壓強(qiáng)1.002MPa)，對(duì)工質(zhì)加熱后按水溫平均下降30℃考慮，則所需熱水量為 汽車每次加速完成后，為了能夠按照效率分析中限定的過程完成能量的再次蓄積，工質(zhì)須向外釋放熱量，其中定容降溫過程釋放的熱量為Q放，1＝5.1×84＝428(kJ)等溫壓縮過程(向聚能罐充入液壓油的過程)釋放的熱量為Q放，2＝5.1×89＝454(kJ)由于聚能罐向外釋放機(jī)械能是在汽車啟動(dòng)時(shí)，能量釋放完成后工質(zhì)處于高溫狀態(tài)，聚能罐內(nèi)的溫度比環(huán)境溫度高很多，且在汽車啟動(dòng)之后一般會(huì)正常運(yùn)行一段時(shí)間，在段時(shí)間內(nèi)聚能罐表面可自動(dòng)與外界發(fā)生熱傳遞。因此若對(duì)工質(zhì)的冷卻只考慮帶走工質(zhì)壓縮過程中釋放的熱量，采用水作為冷卻劑，在對(duì)工質(zhì)進(jìn)行冷卻的過程中其溫度若從10℃升高到20℃，則所需冷水量為 在溫度較低的季節(jié)(如冬季)，冷卻水通過與外界進(jìn)行熱交換可重新回到低溫狀態(tài)。在溫度較高的季節(jié)(如夏季)，則可同時(shí)提高冷卻水溫度和工質(zhì)壓縮時(shí)的溫度，對(duì)二氧化碳工質(zhì)可在其中加入少量有機(jī)物組分以提高工質(zhì)臨界點(diǎn)溫度，由此便可通過與外界的自發(fā)熱交換保持冷源的低溫狀態(tài)。通過以上將本專利技術(shù)應(yīng)用于1.5噸級(jí)轎車的各個(gè)工作環(huán)節(jié)的計(jì)算，結(jié)果表明，該系統(tǒng)的工作過程中每個(gè)環(huán)節(jié)均可實(shí)現(xiàn)。由此可見，本專利技術(shù)在技術(shù)上是完全可行的。權(quán)利要求1.帶有回?zé)嵫h(huán)的儲(chǔ)能核心，其特征為利用熱交換器回收發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱并將其儲(chǔ)存在蓄熱劑中形成高溫?zé)嵩矗焕门c自然環(huán)境之間的熱交換使冷卻劑保持常溫狀態(tài)形成冷源；利用封閉在聚能罐中的工質(zhì)工作在高溫?zé)嵩磁c冷源之間構(gòu)成一個(gè)封閉熱功循環(huán)；通過液壓油流入、流出聚能罐實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的壓縮、膨脹以及能量的儲(chǔ)存、釋放過程；當(dāng)外界向聚能罐輸入能量時(shí)，通過與冷源的熱交換使工質(zhì)維持在相對(duì)低溫低壓狀態(tài)，當(dāng)聚能罐向外界輸出能量時(shí)，通過與高溫?zé)嵩吹臒峤粨Q使工質(zhì)維持在相對(duì)高溫高壓狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱轉(zhuǎn)化為宏觀機(jī)械能的熱工過程。2.汽車制動(dòng)能量回收利用模塊，其特征為汽車制動(dòng)時(shí)，根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)方向傳感器和儲(chǔ)能容量記錄表的信息對(duì)制動(dòng)類別作出判斷，當(dāng)汽車處于前進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)且儲(chǔ)能尚未飽滿時(shí)，利用汽車動(dòng)能驅(qū)動(dòng)液壓泵，將油箱中的液壓油輸送到權(quán)利要求1所述的核心聚能罐中，使汽車產(chǎn)生制動(dòng)效果并實(shí)現(xiàn)能量的回收。3.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)富余功率回收利用模塊，其特征為通過監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩判斷發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載情況，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率有富余時(shí)，通過閉合離合器使發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，將油箱中的液壓油輸送到權(quán)利要求1所述的核心聚能罐中，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)富余功率的回收。4.汽車震動(dòng)能量回收利用模塊，其特征為通過與汽車減震系統(tǒng)相聯(lián)的油缸與活塞、單向閥及限壓閥的組合作用，在汽車有震動(dòng)時(shí)將油箱中的液壓油輸送到權(quán)利要求1所述的核心聚能罐中，從而實(shí)現(xiàn)汽車震動(dòng)能量的回收；在儲(chǔ)能罐壓強(qiáng)偏高的情況下，限壓閥能夠自動(dòng)釋放液壓油使儲(chǔ)能壓強(qiáng)維持在正常水平。5.汽車液壓驅(qū)動(dòng)模塊，其特征為當(dāng)汽車需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)時(shí)，駕駛員根據(jù)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
帶有回?zé)嵫h(huán)的儲(chǔ)能核心，其特征為：利用熱交換器回收發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱并將其儲(chǔ)存在蓄熱劑中形成高溫?zé)嵩矗焕门c自然環(huán)境之間的熱交換使冷卻劑保持常溫狀態(tài)形成冷源；利用封閉在聚能罐中的工質(zhì)工作在高溫?zé)嵩磁c冷源之間構(gòu)成一個(gè)封閉熱功循環(huán)；通過液壓油流入、流出聚能罐實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的壓縮、膨脹以及能量的儲(chǔ)存、釋放過程；當(dāng)外界向聚能罐輸入能量時(shí)，通過與冷源的熱交換使工質(zhì)維持在相對(duì)低溫低壓狀態(tài)，當(dāng)聚能罐向外界輸出能量時(shí)，通過與高溫?zé)嵩吹臒峤粨Q使工質(zhì)維持在相對(duì)高溫高壓狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱轉(zhuǎn)化為宏觀機(jī)械能的熱工過程。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曾禮，鈕忠華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：曾禮，鈕忠華，
類型：發(fā)明
國別省市：86[中國|杭州]