汽車發(fā)動機排氣余熱回收節(jié)能低碳項目探索與研究

劉福貴

（牡丹江電業(yè)局，黑龍江 牡丹江 157005）

1 項目引出

項目消音原理：a、將噪音氣流通過擴張收縮斷面；b、分割氣流，將一束氣流分割成多束氣流；c、改變氣流流通方向；d、降低氣流溫度和換熱“四理論”[a、有溫差；b換熱面積；c導(dǎo)熱材料厚度；d換熱系數(shù)（導(dǎo)熱系數(shù)、放熱系數(shù)、吸熱系數(shù)）]中，薄螺旋片結(jié)構(gòu)組成的消音換熱器，同時滿足上述“四原理”和“四理論”。

它實現(xiàn)了噪音氣流四級擴張收縮流動；實現(xiàn)了氣流粗分割和細(xì)分割再粗分割的三次分割形式；實現(xiàn)了氣流流動過程的3600以上流通方向變化；實現(xiàn)了氣流螺旋擾動湍流，提高放熱（吸熱）系數(shù)的功效。

2 汽車發(fā)動機消聲器應(yīng)用及螺旋消音換熱器構(gòu)成

消聲器是發(fā)動機排放系統(tǒng)重要組成部分。先進(jìn)的消聲性能，既滿足乘駕車舒適性、環(huán)境和安靜，又適應(yīng)汽車的動力性能及排放?，F(xiàn)應(yīng)用的消聲器是傳統(tǒng)的管板殼組成的阻型、抗型及阻抗復(fù)合型，使排氣聲波經(jīng)過此結(jié)構(gòu)組成障礙進(jìn)行衰減，不但沒有隨工況可變的主動消聲式，更沒有排氣余熱回收功能。

螺旋消聲換熱器（L－XH型）項目實現(xiàn)了：

提高乘駕車舒適性，降低噪聲；內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，與同類回收熱能配件相比，體積和質(zhì)量都降低；適合功率不同發(fā)動機的需要，配件為標(biāo)準(zhǔn)部件；換熱器裝置不影響發(fā)動機動力性能，提高動力性，有助于降低排放；實現(xiàn)熱能回收，用在取暖和燃燒進(jìn)氣溫度最佳恒定以及發(fā)電和制冷等，提高不可再生能源利用效率。

項目可應(yīng)用于內(nèi)燃機（發(fā)動機）排氣系統(tǒng)?；厥盏臒崃刻岣邇?nèi)燃機進(jìn)氣溫度，將熱能循環(huán)利用，進(jìn)而提高燃燒效率和能源利用率，減少溫室氣體排放，使內(nèi)燃機達(dá)到低排放、低油耗及高功率的節(jié)能減排效果，可以在乘用車內(nèi)取暖、制冷和發(fā)電，提高乘用車的經(jīng)濟舒適性。

項目技術(shù)特點：利用薄螺旋片，依據(jù)消音量和換熱量設(shè)計成不同結(jié)構(gòu)的交替螺旋通道；冷熱工質(zhì)在各自通道內(nèi)進(jìn)行擴張、收縮、分割、加速、減速等螺旋流動產(chǎn)生切向分速，尤其是靠近外壁處剪切應(yīng)力增加、工質(zhì)的混合及擾動增強以及工質(zhì)“水力”直徑的降低，使傳熱系數(shù)急劇增加，達(dá)到非常理想適用熱傳遞效果。

3 項目應(yīng)用領(lǐng)域及對相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的沖擊影響

3.1 現(xiàn)用車輛空調(diào)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1.1 乘用車取暖系統(tǒng)現(xiàn)狀

在使用ICIs過程中，肌鈣蛋白升高的患者要進(jìn)一步明確有無心臟病史，必要時停止ICIs使用并對癥處理。對于肌鈣蛋白變化輕微、心電圖和超聲心動圖正常的無癥狀患者，可1～2周重復(fù)檢查進(jìn)行密切監(jiān)測。這種方法可以早預(yù)防、早期診斷和治療心臟并發(fā)癥，可以防止過早中斷治療，達(dá)到更好的療效。

冬季乘用車取暖主要靠發(fā)動機缸體冷卻系統(tǒng)帶出熱量，其只能滿足轎車等小型車輛，對于中型及大型客車該熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足供暖需求，需加裝另一套獨立燃燒加熱取暖系統(tǒng)，針對零下20度以下地區(qū)，小型轎車取暖大風(fēng)量將造成發(fā)動機缸體冷卻溫度過低（在60－70度以下）而影響發(fā)動機運行特性。

3.1.2 乘用車制冷系統(tǒng)（冷風(fēng)），主要以內(nèi)燃機為動力源。

1）小轎車、中小型面包車采用直連式，即驅(qū)動壓縮機運轉(zhuǎn)發(fā)動機為汽車主發(fā)動機，沒有其他動力源，冷氣裝置消耗主發(fā)動機動力；2）大中型面包車、大客車、旅游車等乘人較多車輛，制冷系統(tǒng)采用獨立式驅(qū)動，另增設(shè)專用發(fā)動機，制冷效果不受車輛行使性能影響；3）目前座位少的小型車輛制冷系統(tǒng)，均采用先進(jìn)的變量壓縮機和VSD變速傳動，即用改變供電頻率的方法，控制電動機（壓縮機）轉(zhuǎn)速，以期達(dá)到能量控制和與車室負(fù)荷匹配的變速傳動。其動力源主要是內(nèi)燃機帶的發(fā)電機及蓄電池。

以上制冷、制熱系統(tǒng)用動力源，在冷熱負(fù)荷用量小時均采用發(fā)動機帶動（熱負(fù)荷是冷卻系統(tǒng)帶動）；冷熱負(fù)荷用量較大時，均采用獨立系統(tǒng)供給，也靠獨立消耗能源實現(xiàn)。而目前發(fā)動機為動力的機動車排氣系統(tǒng)，除進(jìn)行尾氣凈化及消音兩種功能外，無其他任何功能，即排氣余熱沒有得到開發(fā)應(yīng)用，近40%的燃料熱能白白排放大氣中。

3.2 項目應(yīng)用前景

項目適用于內(nèi)燃機（發(fā)動機）排氣系統(tǒng)中，以消除排氣噪音，將排氣余熱回收?；厥沼酂峁べ|(zhì)可用空氣也可用液體（如導(dǎo)熱母工質(zhì)：26.5%的聯(lián)苯 (C8H5)2和73.5%的聯(lián)苯醚(C6H5)2的共溶點混合物），具體依應(yīng)用設(shè)計綜合研究?；厥諢崃靠梢詰?yīng)用以下方面。

3.2.1 用于乘用車內(nèi)取暖及恒溫

主要取暖熱源，另以發(fā)動機缸體冷卻液取暖補充為輔，尤其是大中型乘用車和水果蔬菜保溫運輸車、軍用載人運輸車等，不需額外加裝獨立燃燒燃料取暖裝置，節(jié)約能源并減少車體自重，適合北方冬季乘用車低碳環(huán)保；

3.2.2 用于乘用車制冷系統(tǒng)；

3.2.3 用于余熱發(fā)電；

3.2.4 用于提高燃燒進(jìn)氣溫度。

目前，發(fā)動機進(jìn)氣溫度不允許太高，但利用尾氣余熱回收熱量，使進(jìn)氣溫度控制在最佳允許最高溫度范圍內(nèi)，能將熱能循環(huán)利用，特別是燃?xì)獍l(fā)動機溫度對其燃燒特性影響很大。

上述應(yīng)用最終目的提高能源利用效率，減少熱能向大氣排放，提高駕乘人員舒適性，使內(nèi)燃機達(dá)到低排放、低油耗、高功率的節(jié)能減排效果。

3.3 項目應(yīng)用對現(xiàn)實相關(guān)產(chǎn)業(yè)的沖擊影響：

我國已成為世界第一大汽車生產(chǎn)國和新車消費市場，2009年全年產(chǎn)銷量雙超1300萬輛。巨大的產(chǎn)銷市場帶動了汽車零部件生產(chǎn)供應(yīng)企業(yè)快速發(fā)展。汽車消音器是發(fā)動機汽車必須裝配的零部件，現(xiàn)這一零部件無一具有熱回收功能，目前上百家發(fā)動機用消音器生產(chǎn)企業(yè)均在引進(jìn)外來技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過獨資合資公司為不同型號發(fā)動機及整車組裝企業(yè)生產(chǎn)配套消音器產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)原理均由管、板、殼及部份管板沖孔分別組成阻式、抗式和阻抗復(fù)合式消音器，其生產(chǎn)設(shè)備也不同程度達(dá)到了系列標(biāo)準(zhǔn)，成熟度較高。

而螺旋消音換熱器，該元件具有兩種功能；一是消音、二是換熱，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原用只有消音功能消音器相比，所生產(chǎn)新的消音換熱器所需設(shè)備和工藝不相同，如若生產(chǎn)首先勢必對原生產(chǎn)消音器企業(yè)產(chǎn)生沖擊；二是對整車組裝原有模具產(chǎn)生沖擊。由于現(xiàn)車不考慮排氣余熱回收，大部份消音器被安裝在車后底部（卡車在中部），有多節(jié)組成排氣系統(tǒng)并通過管路連接，若考慮余熱回收勢必將消音換熱器部件向發(fā)動機前移（后置發(fā)動機不用），以減少延程連接管路的散熱損失，故此，將考慮整車組裝（底盤系統(tǒng)）模具的改變和相應(yīng)部件的移位調(diào)整；

其三是該產(chǎn)品若能鑒定應(yīng)用，則將帶動其熱量應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)業(yè)（空調(diào)系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)），特別是促進(jìn)高進(jìn)氣溫度發(fā)動機研發(fā)，將有十分重要的節(jié)能減排意義。

4 項目產(chǎn)業(yè)化路線圖

螺旋消聲換熱器易采用導(dǎo)熱性好，耐一定高溫、耐腐蝕，具有一定強度并易于加工的較高韌性鋁合金材料。中間螺旋通道用鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)及設(shè)備模具一次擠壓成形，兩端內(nèi)部件及端蓋用專用模具壓鑄成形，最后組合成完整配件。非等比通道生產(chǎn)工藝較同比通道生產(chǎn)工藝復(fù)雜，但也易于大批量系列生產(chǎn)。