汽车排气废热温差发电系统与发动机消声器一体化设计研究

摘要

随着汽车工业的不断发展，汽车保有量逐年攀升，如何实现车辆的节能减排、降低百公里油耗成为政府部门、汽车生产商以及消费者重点关注的问题。改进发动机性能无疑是提高燃油经济性的一个直接途径，然而发动机产业发展至今已十分成熟，想要再取得重大突破已非常困难，因此可以从能源回收利用的角度来实现车辆燃油经济性的提高。本课题针对发动机尾气热量高的特点，通过温差发电转换装置将尾气余热转换化为电能，供车载用电设备使用或作为基于热电的42V汽车弱混合动力系统的能量来源，实现尾气热量的重复利用，提高车辆的燃油经济性。
　　 本文介绍了课题组搭建的温差发电实验台架的构成，探讨了影响温差发电系统效率的因素并提出针对性的改进方法；针对温差发电器废热箱体的不同结构对尾气热量利用率的影响，设计了多种废热箱体内部结构，并进行实验验证和计算机仿真：用温度传感器和GUIDE TP8S红外热像仪分别测量标定点温度并拍摄箱体表面的温度分布情况；用CFD软件Fluent对不同内部结构的箱体进行仿真研究，最后确定废热箱体的内部结构。
　　 在温差发电实验台架进行尾气回收实验的过种中，有两个值得关注的问题：一是废热箱体外形尺寸较大，在将来的装车实验中会与消声器安装位置发生冲突；二是由于制造工艺及内部结构设计的原因，废热箱体的工作噪声较大。为了解决废热箱体与消声器安装位置的矛盾以及噪声问题，本文提出了一种新的研究方法，即将废热箱体与消声器进行一体化设计，通过实验验证与发动机仿真软件GT-power的仿真研究，提出一种较为可行的废热箱体设计方法，既解决了箱体与消声器安装位置的矛盾、降低了箱体的工作噪声，同时也节省了原材料，体现了环保的初衷。
　　 温差发电系统通过回收发动机尾气所得到的电能，除了可储存在蓄电池中供车载用电设备使用外，本文还提出其可以作为基于热电的42V弱混合动力系统的能量来源之一，作为后续温差发电研究的方向。