車輛發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管余熱直接利用的可行性研究

陳然 李樂 許牧遠(yuǎn)

摘要：自上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，然而，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒岙?dāng)量?jī)H占燃料燃燒發(fā)熱量的三分之一左右，其他大部分能量則是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水散熱和高溫尾氣散熱而流失，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。本文通過(guò)分析目前汽車余熱直接利用的現(xiàn)狀，從而論證車輛發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管余熱直接利用的可能性。

關(guān)鍵詞：排氣管 余熱利用 發(fā)動(dòng)機(jī)

自上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的良性發(fā)展和人民生活水平的的日益提升，我國(guó)私家車擁有量迅速增加。同時(shí)，我國(guó)汽車工業(yè)發(fā)展迅速，年均增長(zhǎng)率達(dá)到了10%—13%。但隨之而來(lái)的則是石油能源的消耗量劇增，為石油能源的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)挑戰(zhàn)。另一方面，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒岙?dāng)量?jī)H占燃料燃燒發(fā)熱量的三分之一左右，其他大部分能量則是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水散熱和高溫尾氣散熱而流失，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)，這就進(jìn)一步加劇了能源危機(jī)。在新能源動(dòng)力汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)石油能源汽車之前，如何提高內(nèi)燃機(jī)的效率，降低能源損耗成了我們不得不思考的問(wèn)題。

據(jù)相關(guān)研究表明，在我國(guó)，目前占燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)燃料60%以上的熱值被白白浪費(fèi)掉。其中，隨高溫尾氣散熱而流失的熱量更是達(dá)到了燃料熱值的30%以上，而排氣管溫度約在400度左右。這為直接利用排氣管溫度，從而達(dá)到減少能源損耗的目的提供了可能性。

一、實(shí)例及設(shè)想

目前，直接利用汽車排氣管溫度大致分為兩種方式：一種是在排氣管上加裝導(dǎo)熱套，進(jìn)行熱量傳導(dǎo)，用導(dǎo)熱盤進(jìn)行加熱；一種是改變排氣管路線，使排氣管通過(guò)所需加熱裝置內(nèi)部，用排氣管直接加熱。在我國(guó)，已有學(xué)者對(duì)排氣管溫度的直接利用進(jìn)行探索。

山東理工大學(xué)提出一種利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管加熱水的裝置，其原理是在排氣管上加裝導(dǎo)熱套，并將熱量傳導(dǎo)至托盤空腔內(nèi)。將水杯置于水杯電機(jī)托盤上，啟動(dòng)開關(guān)，水杯在水杯電機(jī)托盤的帶動(dòng)下旋至托盤空腔。廢棄熱量經(jīng)導(dǎo)熱材料傳導(dǎo)傳遞給水杯，對(duì)水杯內(nèi)的水進(jìn)行加熱。同時(shí)該裝置可控制加熱溫度，當(dāng)水杯內(nèi)的水達(dá)到一定溫度時(shí)，升降電機(jī)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將水杯從托盤空腔內(nèi)托出，從而阻止對(duì)水杯的進(jìn)一步加熱，避免水杯內(nèi)的水溫度過(guò)高。

除了上述利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管加熱水的方式，還可以在考慮材料性能的前提下，將水管直接纏繞或附著在排氣管上，從而對(duì)行駛過(guò)程中的飲用水或洗漱用水進(jìn)行加熱，尤其適用于房車熱水器和長(zhǎng)途駕駛用水。在實(shí)際實(shí)施使用的過(guò)程中，也可以考慮將此種水管導(dǎo)入車廂內(nèi)部，作為“暖氣”，用以冬季的車內(nèi)供暖，但此種方法的安全性仍有待進(jìn)一步考證。

至于通過(guò)改變排氣管路線從而對(duì)排氣管余熱進(jìn)行利用的方式，則更有可能廣泛運(yùn)用于房車或者大型貨車等內(nèi)部空間較大的車輛。對(duì)于房車來(lái)說(shuō)，存在更多直接利用排氣管余熱的可能性。例如，可以考慮在排氣管上加裝導(dǎo)向閥門，使排氣管直接經(jīng)過(guò)從房車中開辟出來(lái)的一段密閉空間，從而提高該空間內(nèi)的溫度，用以烘干衣物或?qū)κ澄锏冗M(jìn)行加熱。再者，亦可在排氣管上增加可調(diào)節(jié)閥門，使排氣管有規(guī)律地經(jīng)由整個(gè)空間，用以調(diào)節(jié)空間內(nèi)部溫度，減少冬天空調(diào)的使用頻次，實(shí)現(xiàn)能源的再次利用。

二、結(jié)語(yǔ)

除了上述列舉的實(shí)例和設(shè)想，關(guān)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管余熱直接利用仍有很多種可能性有待繼續(xù)探索。在我國(guó)，發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的開發(fā)和利用仍處于探索階段，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和環(huán)保要求的提高，利用尾氣余熱將作為提高能源利用率、減少環(huán)境污染的手段，被人們加以重視。除了本文所述的直接利用余熱的方式之外，仍有學(xué)者研究將其轉(zhuǎn)化為電能等其他形式的能源再加以利用的方式，但這些研究目前還存在例如設(shè)備過(guò)大等一些瓶頸，要使其投入使用仍然需要進(jìn)行大量研究。但不可否認(rèn)的是，隨著能源供應(yīng)日益緊張，發(fā)動(dòng)機(jī)余熱的再次利用是必然的發(fā)展趨勢(shì)。

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（作者單位：華北理工大學(xué)；作者簡(jiǎn)介：陳然，本科，研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。）