一种发动机余热回收装置、发动机及汽车的制作方法

1.本发明属于汽车零部件技术领域，特别是涉及一种发动机余热回收装置、发动机及汽车。


背景技术：

2.涡轮增压器是利用发动机排出的高温的废弃驱动涡轮端机的叶轮旋转，涡轮端机的叶轮旋转通过连接轴带动压气机端的叶轮旋转，压气机端的叶轮压缩空气滤清器送来的新鲜空气，再将压缩的新鲜空气送入发动机的气缸，当发动机转速加快时，废弃排出的速度与涡轮的转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，从而使得进入发动机气缸的新鲜空气的量也得到增加，实现了增大发动机输出功率的效果。
3.涡轮增压器在工作的过程中会产生较高的热量，受限于温度，涡轮增压器的效率比较低。现有技术中，通常仅在涡轮增压器的布置在中间的轴承处布置冷却水道，用于对涡轮机和压气机中间的轴承降温；或者将涡轮增压器轴承冷却水道并联于汽车发动机的冷却系统中，使得涡轮增压器轴承产生的热量通过冷却系统换热器当成废热，排放到空气中；故现有技术中，涡轮增压器的涡轮机和压气机产生的热量没有被回收再利用，使得发动机的热效率和排放受限，从而导致涡轮增压器的工作效率低，进而影响发动机的油耗。


技术实现要素：

4.本发明解决了现有技术中发动机余热回收装置涡轮增压器的涡轮机和压气机产生的热量没有被回收再利用的问题，提供了一种发动机余热回收装置、发动机及汽车。
5.鉴于以上问题，本发明实施例提供的一种发动机余热回收装置，包括热泵、能量传输装置、冷凝器以及具有涡轮机端、压气机端和轴承端的涡轮增压器；所述涡轮增压器包括用于冷却所述涡轮机端的第一冷却水道、用于冷却所述压气机端的第二冷却水道以及用于冷却所述轴承端的第三冷却水道；
6.所述第一冷却水道的第一进液孔、所述第二冷却水道的第二进液孔以及所述第三冷却水道的第三进液孔均与所述热泵的泵出口连接；所述第一冷却水道的第一出液孔、所述第二冷却水道的第二出液孔以及所述第三冷却水道的第三出液孔均与所述能量传输装置的进气口连接；所述能量转换装置的出气口连接所述冷凝器的冷凝入口；所述冷凝器的冷凝出口连接所述热泵的泵入口；
7.所述第一冷却水道、所述第二冷却水道以及所述第三冷却水道并联。
8.可选地，冷却液在所述第一冷却水道内的流动方向与所述涡轮机端的第一叶轮的旋转方向相反。
9.可选地，冷却液在所述第二冷却水道内的流动方向与所述压气机端的第二叶轮的旋转方向相反。
10.可选地，冷却液在所述第三冷却水道内的流动方向与所述轴承端的轴承的旋转方向相反。
11.可选地，所述能量传输装置包括能量转换端、介质通道以及连接外部机构的输出端；所述能量转换端位于所述介质通道内，所述输出端连接所述能量转换端；所述介质通道的一端连通所述能量传输装置的进气口，所述介质通道的另一端连通所述能量传输装置的出气口；
12.高压高温气态的冷却液自所述驱动所述能量传输装置的进水端进入之后，驱动所述能量转换端做功并通过所述输出端输出给所述外部机构。
13.本发明还提供了一种发动机，包括上述的发动机余热回收装置。
14.本发明还提供了一种汽车，包括上述的发动机余热回收装置。
15.可选地，所述涡轮机端包括连接所述汽车发动机的排气端的废气入口和连接汽车排气管的废气出口；所述废气入口与所述废气出口相互连通；
16.所述压气机端包括连接汽车的空气滤清器空气入口和连接汽车发动机气缸的空气出口；所述空气入口与所述空气出口相互连通。
17.可选地，所述能量传输装置包括能量转换端、介质通道以及连接汽车发动机曲柄的输出端；所述能量转换端位于所述介质通道内，所述输出端连接所述能量转换端；所述介质通道的一端连通所述能量传输装置的进气口，所述介质通道的另一端连通所述能量传输装置的出气口；
18.高压高温气态的冷却液自所述驱动所述能量传输装置的进气口进入之后，驱动所述能量转换端做功并通过所述输出端输出给汽车发动机曲柄。
19.可选地，所述能量转换端为第三叶轮，所述输出端为连接所述第三叶轮的输出轴；高温高压气态的冷却液驱动所述第三叶轮旋转，通过所述输出轴带动汽车发动机曲柄加速旋转。
20.本发明中，由于涡轮增压器在工作的的过程中，涡轮增压器的轴承端的轴承会高速旋转，在涡轮端会产生大量的热量；涡轮机端由于需要通过发动机排放高温的废气以及涡轮机的第一叶轮的高速旋转等原因，在涡轮机端也会产生大量的热量；压气机端由于压气机的第二叶轮的高速旋转等原因，在压气机端也会产生大量的热量；本发明中涡轮增压器的涡轮机端设有第一冷却水道、压气机端设有第二冷却水道以及轴承端设有第三冷却水道，通过第一冷却水道、第二冷却水道、第三冷却水道内的冷却液可以对涡轮增压器整体进行降温，并且第一冷却水道、第二冷却水道、第三冷却水道流出的高温高压气态的冷却液经过能量传输装置进行能量回收，避免了涡轮增压器因为温度过高而影响发动机的传热率和排放受限，提升了涡轮增压器的工作效率，降低了发动机的油耗的同时，也将发动机冷却而散发的能量回收利用起来，提升了发动机的热效率。另外，第一冷却水道对涡轮机端进行冷却，避免了涡轮机端的温度过高而影响发动机的热效率和排放量；第二冷却水道对压气机端进行冷却，避免了涡轮增压器的机油蒸汽因高温而在压气机的第二叶轮上结焦，进而限制涡轮增压器的进气温度，从而提升了发动机的热效率；第三冷却水道用于对轴承端进行冷却，提升了轴承的可靠性以及提升涡轮增压器的使用寿命。
附图说明
21.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
22.图1为本发明一实施例提供的发动机余热回收装置的结构示意图；
23.图2为本发明一实施例提供的发动机余热回收装置的涡轮增压器的结构示意图；
24.图3为本发明一实施例提供的发动机余热回收装置的涡轮增压器的涡轮机端的结构示意图。
25.说明书中的附图标记如下：
26.1、热泵；2、能量传输装置；3、冷凝器；4、涡轮增压器；41、涡轮机端；411、第一冷却水道；412、第一进液孔；413、第一出液孔；414、废气入口；415、废气出口；42、压气机端；421、第二冷却水道；422、第二进液孔；423、第二出液孔；424、空气入口；425、空气出口；43、轴承端；431、第三冷却水道；432、第三进液孔；433、第三出液孔；44、连接轴；5、外部机构。
具体实施方式
27.为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。
29.如图1所示，本发明提供一种发动机余热回收装置包括：热泵1、能量传输装置2、冷凝器3以及具有涡轮机端41、压气机端42和轴承端43的涡轮增压器4；所述涡轮增压器4包括用于冷却所述涡轮机端41的第一冷却水道411、用于冷却所述压气机端42的第二冷却水道421以及用于冷却所述轴承端43的第三冷却水道431；可以理解地，所述能量传输装置2包括但不限定于为小型的发电机、叶轮传动部件、皮带传动部件等。
30.所述第一冷却水道411的第一进液孔412、所述第二冷却水道421的第二进液孔422以及所述第三冷却水道431的第三进液孔432均与所述热泵1的泵出口连接(分别用三根支管道与所述热泵1的泵出口连接)；所述第一冷却水道411的第一出液孔413、所述第二冷却水道421的第二出液孔423以及所述第三冷却水道431的第三出液孔433均与所述能量传输装置2的进气口连接(分别用三根支管道与所述能量传输装置2的进气口连接)；所述能量转换装置的出气口连接所述冷凝器3的冷凝入口(通过主管道连接)；所述冷凝器3的冷凝出口连接所述热泵1的泵入口(通过主管道连接)；可以理解地，所述第一冷却水道411、所述第二冷却水道421以及所述第三冷却水道431并联在该发动机余热回收装置的冷却回路中。
31.所述第一冷却水道411、所述第二冷却水道421以及所述第三冷却水道431并联。具体地，自所述冷凝器3的冷凝出口流出的高压液态的冷却液，在所述热泵1的驱动下流经并联的所述第一冷却水道411、所述第二冷却水道421以及所述第三冷却水道431时，分别吸收涡轮机端41、压气机端42和轴承端43的热量之后转换为高压高温气态的冷却液；高压高温气态的冷却液驱动所述能量传输装置2做功后，经由所述冷凝器3重新冷凝转化为高压液态的冷却液。
32.具体地，该发动机余热回收装置的工作流程为：所述热泵1从所述冷凝器3的冷凝入口抽取低温高压液态的冷却液，并输送到所述涡轮增压器4的第一冷却水道411、所述第二冷却水道421以及所述第三冷却水道431；所述第一冷却水道411、所述第二冷却水道421
以及所述第三冷却水道431内的冷却液吸收该涡轮增压器4的热量后转化为高温高压的气态冷却液(该过程为冷却液的定压吸热过程)；高温高压气态的冷却液进入所述能量传输装置2，并在所述能量传输装置2内膨胀做功，将所述高温高压气态的冷却液携带的能量(也即第一冷却水道411中的冷却液从所述涡轮机端41吸收的热量、第二冷却水道421中的冷却液从所述压气机端42吸收的热量，以及第三冷却水道431中的冷却液从所述轴承端43吸收的热量)利用起来；气态的冷却液进所述冷凝器3并转化为低温高压的液态，再次被所述热泵1抽取到所述涡轮增压器4的第一冷却水道411、所述第二冷却水道421以及所述第三冷却水道431，从而实现了所述冷却液在该发动机余热回收装置内的循环流动，并完成涡轮机端41、压气机端42和轴承端43中的余热吸收再利用的过程。
33.本发明中，由于涡轮增压器4在工作的的过程中，所述涡轮增压器4的轴承端43的轴承会高速旋转，在涡轮端会产生大量的热量；涡轮机端41由于需要通过发动机排放高温的废气以及涡轮机的第一叶轮的高速旋转等原因，在涡轮机端41也会产生大量的热量；压气机端42由于压气机的第二叶轮的高速旋转等原因，在压气机端42也会产生大量的热量；本发明中所述涡轮增压器4的涡轮机端41设有第一冷却水道411、压气机端42设有第二冷却水道421以及轴承端43设有第三冷却水道431，通过所述第一冷却水道411、所述第二冷却水道421、所述第三冷却水道431内的冷却液可以对所述涡轮增压器4整体进行降温(也即冷却液吸收涡轮增压器4中的涡轮机端41、压气机端42和轴承端43散发的热量，并对其进行冷却)，并且所述第一冷却水道411、所述第二冷却水道421、所述第三冷却水道431流出的高温高压气态的冷却液经过所述能量传输装置2进行能量回收，避免了涡轮增压器4因为温度过高而影响发动机的传热率和排放受限，提升了涡轮增压器4的工作效率，降低了发动机的油耗的同时，也将发动机冷却而散发的能量回收利用起来，提升了发动机的热效率。另外，所述第一冷却水道411对涡轮机端41进行冷却，避免了涡轮机端41的温度过高而影响发动机的热效率和排放量；所述第二冷却水道421对压气机端42进行冷却，避免了涡轮增压器4的机油蒸汽因高温而在压气机的第二叶轮上结焦，进而限制涡轮增压器4的进气温度，从而提升了发动机的热效率；所述第三冷却水道431用于对轴承端43进行冷却，提升了轴承的可靠性以及提升涡轮增压器4的使用寿命。
34.在一实施例中，冷却液在所述第一冷却水道411内的流动方向与所述涡轮机端41的第一叶轮的旋转方向相反。可以理解地，流入所述第一冷区水道的冷却液的流向与所述涡轮机端41的第一叶轮的转向相反，使得所述涡轮增压器4的涡轮机端41被所述冷却液冷却的更加充分。
35.在一实施例中，冷却液在所述第二冷却水道421内的流动方向与所述压气机端42的第二叶轮的旋转方向相反。可以理解地，流入所述第二冷区水道的冷却液的流向与所述压气机端42的第二叶轮的转向相反，使得所述涡轮增压器4的压气机端42被所述冷却液冷却的更加充分。
36.在一实施例中，冷却液在所述第三冷却水道431内的流动方向与所述轴承端43的轴承的旋转方向相反。可以理解地，流入所述三冷区水道的冷却液的流向与所述轴承端43的轴承的转向相反(也即与所述涡轮增压器4的中间连接轴44的旋向相反)，使得所述涡轮增压器4的轴承端43被所述冷却液冷却的更加充分。
37.在一实施例中，如图1所示，所述能量传输装置2包括能量转换端、介质通道以及连
接外部机构5的输出端；所述能量转换端位于所述介质通道内，所述输出端连接所述能量转换端；所述介质通道的一端连通所述能量传输装置2的进气口，所述介质通道的另一端连通所述能量传输装置2的出气口；作为优选，所述能量转换端为第三叶轮，所述输出端为连接所述第三叶轮的输出轴。
38.高压高温气态的冷却液自所述驱动所述能量传输装置2的进水端进入之后，驱动所述能量转换端做功并通过所述输出端输出给所述外部机构5。可以理解地，高温高压气态的冷却液经过所述进气口进入所述能量转换端，并带动所述能量转换装置膨胀做功(例如带动所述第三叶轮等)，并通过所述输出轴的将冷却液携带的能量传递给外部机构5(例如给汽车的电灯充电，用于给发动机充电以及用于驱动发动机曲轴转动等)，从而将冷却液的能量利用起来，即提升了该发动机余热回收装置的能量利用率。
39.本发明还提供了一种发动机，包括上述的发动机余热回收装置。
40.本发明还提供了一种汽车，包括上述的发动机余热回收装置。
41.作为优选，如图2和图3所示，所述涡轮机端41包括连接汽车发动机的排气端的废气入口414和连接汽车排气管的废气出口415；所述废气入口414与所述废气出口415相互连通；所述压气机端42包括连接汽车的空气滤清器空气入口424和连接汽车发动机气缸的空气出口425；所述空气入口424与所述空气出口425相互连通。可以理解地，发动机排放的废气通过所述废气入口414进入所述涡轮机端41，并带动涡轮机的第一叶轮旋转，所述涡轮机的第一叶轮旋转通过中间连接轴44带动压气机端42的第二叶轮旋转，第二叶轮旋转将会压缩通过空气滤清器进入的空气，并通过所述空气出口425将压缩的空气输送到发动机气缸内，使得进入发动机气缸内的空气量增大，从而使得发动机缸内的燃油燃烧的更加充分，提升了发动机的输出功率。
42.在一实施例中，所述能量传输装置包括能量转换端、介质通道以及连接汽车发动机曲柄的输出端；所述能量转换端位于所述介质通道内，所述输出端连接所述能量转换端；所述介质通道的一端连通所述能量传输装置的进气口，所述介质通道的另一端连通所述能量传输装置的出气口；
43.高压高温气态的冷却液自所述驱动所述能量传输装置的进气口进入之后，驱动所述能量转换端做功并通过所述输出端输出给汽车发动机曲柄。作为优选，所述能量转换端为第三叶轮，所述输出端为连接所述第三叶轮的输出轴；高温高压气态的冷却液驱动所述第三叶轮旋转，通过所述输出轴带动汽车发动机曲柄加速旋转。可以理解地，所述第三叶轮的旋转通过所述输出轴给所述发动机曲柄旋转加速，从而将发动机废气携带的热量再次应用到发动机曲柄，从而增加了发动机的输出功率，以及提升了发动机的热效率。可以理解地，所述能量转换端还可以是小型的发电机、其它的叶轮传动装置、皮带传动装置等，所述能量转换端收集的能量(高温高压气态的冷却液驱动所述能量转换端做功而释放的能量)可以通过所述输出端输出给汽车上的其他结构件(例如汽车车灯，汽车音响等)。以上仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。