汽車尾氣變溫發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計論文】

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購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 汽車尾氣變溫發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計說明書 學 院 汽車工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 提交日期 2016年 月 日 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 華南理工大學廣州學院 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工 作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 學位論文作者簽名： 日期： 2016 年 月 日 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解華南理工大學廣州學院關(guān)于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：按照有關(guān)要求提交學位論文的印刷本和電子版本；華南理工大學廣州學院圖書館有權(quán)保存學位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服 務(wù)；可以采用復印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的的前提下，可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。 學位論文作者簽名： 日期： 2016 年 月 日 指導教師簽名： 日期： 2016 年 月 日 作者聯(lián)系電話： 電子郵箱： I 摘 要 汽車尾氣會以熱的形式大量散失 , 散失的熱量在 100瓦的量級。本項目基于微電腦控制技術(shù)將汽車發(fā)動機尾氣原本以余熱直接排放到大氣中的能量，運用半導體溫差發(fā)電組 件轉(zhuǎn)化成電能回收利用。并且將發(fā)電核心裝置和汽車三元催化器結(jié)合。使此裝置在現(xiàn)有車輛上應(yīng)用的可行性大幅度提高，并且彌補了三元催化器在汽車啟動時催化效率低的缺陷。發(fā)電核心模塊為全固態(tài)結(jié)構(gòu)，正常使用時間達 10于開關(guān)穩(wěn)壓電路設(shè)計的穩(wěn)壓模塊為車載電器提供穩(wěn)定的 12電組件在為車載電器供電還有盈余時對蓄電池充電。并且發(fā)電組件的工作情況，發(fā)電功率等信息通過顯示器顯示。同時發(fā)電組件和發(fā)動機三元催化器結(jié)合，在發(fā)動機啟動時蓄電池為發(fā)電件供電，發(fā)電組件具有制熱功能可以為三元催化器加熱，縮短發(fā)動機起動時三元催化器 達到正常催化效率溫度的時間，從而提升三元催化器在發(fā)動機啟動時的催化效率。當發(fā)動機正常工作時發(fā)電組件高溫面的溫度符合三元催化器正常工作溫度范圍。所以兩部分結(jié)合既可以提升三元催化器在發(fā)動機起動時的催化性能，又方便此系統(tǒng)在現(xiàn)有車輛上安裝。 關(guān)鍵詞 :汽車尾氣發(fā)電；溫差發(fā)電；三元催化器；節(jié)能減排。 of be in of in 00 is on is of of of of in is of of at of is is of of up 02V a by in be to so as to is in of of so it to on 錄 摘 要 ......................................................... I ....................................................... 一章 緒論 ...................................................... 1 題背景和意義 ............................................. 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀及我國的研究近況 ............................. 2 車尾氣溫差發(fā)電 ........................................... 3 第二章 基本原理 ................................................. 5 貝克效應(yīng) ................................................. 6 差發(fā)電器 ................................................. 7 第三章 實驗過程 .................................................. 9 差發(fā)電組件的技術(shù)參數(shù) .................................... 10 車尾氣溫差發(fā)電發(fā)光燈珠實驗 .............................. 10 車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)的分析 ................................ 11 車尾氣的排熱量 ...................................... 11 濟性分析 ............................................ 12 車三元催化器的工況溫度分析 .......................... 13 力發(fā)熱加熱三元 催化器的可行性分析 .................... 15 第四章 汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)的創(chuàng)新 ............................... 16 結(jié) 論 ........................................................ 17 致 謝 ........................................................ 18 參考文獻 ........................................................ 19 1 第一章 引 言 題的背景和意義 隨著科技和社會的發(fā)展和進步，各種各樣的車輛將會陸續(xù)出現(xiàn)在公路上面，與此同時，車輛對環(huán)境造成的污染問題也越來越嚴重，嚴重影響了人們的生活環(huán)境，所以機動車輛所帶來的環(huán)境污染問題是人類當前必須解決的一個問題。對這個問題解決的程度如何，反映著一個社會從科技水平到人文關(guān)懷等各方面的發(fā)達程度。我國對這種現(xiàn)狀的重視程度還是不夠 ， 即在 交通工具上沒有安裝減除費油廢氣排放的節(jié)能設(shè)施，這種現(xiàn)狀存在著許多不和諧因素，更使群體分化加劇，社會人文關(guān)懷程度的下降。而如果能夠大量使用無油污，無污染的電動汽車，將會大大減少環(huán)境污染程度，給人類一個無碳、環(huán)保的、綠色的生態(tài)環(huán)境。 在新的市場需求的驅(qū)動下，電動汽車的更新和優(yōu)化升級更加迫切。國內(nèi)電動汽車生產(chǎn)企業(yè)充分挖掘市場潛力，大力發(fā)展經(jīng)濟節(jié)能型環(huán)保節(jié)能的電動汽車，在機動車輛向綠色環(huán)?；霓D(zhuǎn)變中揮積極作用。一般生產(chǎn)電動汽車的企業(yè)對設(shè)備環(huán)保指數(shù)上都有嚴格的要求。各企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)備時，都充分考慮到設(shè)備在運行中 可能會出現(xiàn)的種種問題，從而減少設(shè)備因為排放的廢氣以及運行過程中產(chǎn)生的噪音而引起的噪音大、污染重等現(xiàn)象。國內(nèi)電動汽車的研發(fā)及制造要與全球號召的低碳經(jīng)濟、綠色世界主題保持一致。加大電動汽車新型節(jié)能綠色環(huán)保類型的研發(fā)及生產(chǎn)是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展的需求。 實現(xiàn)綠色駕車無污染化，并實現(xiàn)通過司乘人員，以及經(jīng)過專門培訓的人員對此類電動汽車的簡單輔助操作，即可完成的電動汽車充電、制動、行駛等等方面的控制，達到環(huán)保節(jié)能無污染的目的。首先應(yīng)該從機理的可行性方案上進行深入討論，通過對動力單元研究著手，然后 經(jīng)過反復細致的可行性，安全性分析以及對整個系統(tǒng)的運動校核，功能分析，而得到并形成系統(tǒng)的整體的結(jié) 2 構(gòu)，并且針對本系統(tǒng)的特點，來選擇最適合的系統(tǒng)方案。 當前 , 我們社會面臨環(huán)境惡化和能源危機的威脅 , 人類的可持續(xù)發(fā)展需要對綠色能源技術(shù)的發(fā)展給予更多地關(guān)注 ?這使得溫差發(fā)電技術(shù)越來越引人注目 , 該技術(shù)是一種固態(tài)能量轉(zhuǎn)換方式 , 能夠直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能 ?半導體溫差發(fā)電組件無汽車轉(zhuǎn)動 , 因而無噪聲 ?壽命長 ?工作穩(wěn)定可靠 ?輕便 ,且可利用各種設(shè)備的廢熱、余熱等 , 因而適用于軍事、勘探和邊遠地區(qū)等的小功率發(fā)電和深空探測 ?另外 , 半導體發(fā)電模塊可廣泛用于小家電制造、儀器儀表、玩具及旅游業(yè)。由于傳統(tǒng)能源價格日益高漲，廢熱回收利用愈形重要，熱電廢熱回收技術(shù)可望繼太陽光電技術(shù)之外，成為下一波新興產(chǎn)業(yè)。其技術(shù)特點 :利用汽車尾氣發(fā)出的電給汽車電瓶充電，供應(yīng)用電系統(tǒng)。設(shè)計發(fā)明的目的和基本思路： 針對現(xiàn)有汽車燃油中大部分能量以余熱的形式排放到大氣中 ,造成了巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的環(huán)境污染問題。利用半導體溫差發(fā)電芯片為核心元件，以發(fā)動機尾氣為能量來源發(fā)電。從而達到提高發(fā)動機綜合能效實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。 本作品的創(chuàng)新點： 將汽車發(fā)動機尾氣原本 以余熱直接排放到大氣中的能量，用運半導體溫差發(fā)電芯片轉(zhuǎn)化成電能回收利用。并且將發(fā)電核心裝置和汽車，三元催化器結(jié)合。使此裝置在現(xiàn)有車輛上應(yīng)用的可行性大幅度提高，并且彌補了三元催化器在汽車啟動時催化效率低的缺陷。 主要技術(shù)指標： 發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速工況下發(fā)電功率曲線。三元催化器在發(fā)動機啟動時性能對比曲線。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀及我國的研究近況 汽車是現(xiàn)代社會的重要交通工具，為人們提供了便捷、舒適的出行服務(wù)，然而車輛對環(huán)境造成的污染問題也越來越嚴重，嚴重影響了人們的生活環(huán)境和起居環(huán)境。所以鑒于這些歷史原因， 電動汽車以其環(huán)保節(jié)能，經(jīng)久耐用，外觀多樣化等等諸多特點文明于世。以鋰電池為主要電動來源的特征使得電動汽車能夠在任何時候，任何地方 3 只要有充電樁的地方都能夠充電。目前，我國正在大力研發(fā)高徐電能的鋰電子充電樁。通過在指定的區(qū)域設(shè)置一定數(shù)量的充電樁，使得電動汽車的使用率將會大大提高，并且由于鋰電池蓄電能力強，經(jīng)久耐用，所以一般人們只要偶爾幾天充一次電就能夠保持一段時間，這對于汽油，柴油等傳動的動力源泉來說，是一場歷時性的變革。 由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠遠超越個人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度 的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。機械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟效益為目標，并研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟目標和任務(wù) 。機器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機械工程機械和機械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復雜，很多幻想成為過去的現(xiàn)實。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細胞和分子。電子計算機硬件和軟件，人類的新興科學已經(jīng)開始加強，并部分代替人腦科學，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復雜的工作，從而促進手功能。又一方面實踐促進人腦智力。在人類的 進化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進和平行進化。 4 隨著國際標準化（ 實施，世界小型拖拉機整體車架以采用新材料、新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ) ,19世紀 80年代，美國的 過幾年的運行，為該公司創(chuàng)造了不菲的利潤。繼美國 國的 入了相當大的人力和精力來開發(fā)研制小型拖拉機車架，并且與二十世紀中期投入到了北美等市場。 當前，全世界各大機械人廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力，都大力進行小型拖拉機整體車架的研發(fā)工作?，F(xiàn)在國外等著名小型拖拉機整體車架的品牌中，都有小型拖拉機整體車架的銷售，全世界小型拖拉機整體車架的應(yīng)用越來越廣泛。有一點值得注意的是，小型拖拉機整體車架的市場，由最初的日本，歐洲，已經(jīng)滲透到北美市場，因此小型拖拉機整體車架是當今小型拖拉機車架生產(chǎn)加工企業(yè)比配的設(shè)備已經(jīng)成為主要趨勢。西方資本主義國家有巨大的小型拖拉機整體車架銷售市場，機械人工業(yè)是西方資本主義國家的機械工業(yè)之一。 由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠遠超越個 人掌握所有，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。機械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟效益為目標，并研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制 ，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟目標和任務(wù)。機器能完成人的手和腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務(wù)?，F(xiàn)代機械工程機械和機械設(shè)備創(chuàng)造出更多、更精美的越來越復雜，很多幻想成為 5 過去的現(xiàn)實。人類現(xiàn)在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數(shù)十億光年的密切觀察，細胞和分子。電子計算機硬件和軟件，人類的新興科學已經(jīng)開始加強，并部分代替人腦科學，這是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續(xù)創(chuàng)造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復雜的工作，從而 促進手功能。又一方面實踐促進人腦智力。在人類的進化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進和平行進化。 大腦和手之間的人工智能和機械工程的近似關(guān)系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機械制造。在過去，各種機械離不開人類的操作和控制，反應(yīng)速度和運算精度的進化是非常緩慢的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，人工智能將消除這種限制。相互促進，計算機科學和機械工程進展之間的平行，將在更高層次的新一輪發(fā)展的開始使機械工程。在第十九世紀，機械工程的知識總量仍然是有限的，大學在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學科，稱 為土木工程，下半場的第十九個世紀成為一門獨立的學科。在第二十世紀，隨著機械工程和知識增長的發(fā)展開始分解，機械工程專業(yè)，有分支機構(gòu)。在第二十世紀中期趨勢分解，在時間之前和之后的第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時達到的峰值。由于機械工程的知識總量已經(jīng)遠遠從個人掌握所有，一些專業(yè)是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識使分割，視野狹隘，可以查看和統(tǒng)籌大局和全球工程和技術(shù)交流，縮小范圍，新技術(shù)的進步和整個塊的技術(shù)，外部條件變化的適應(yīng)能力差。封閉的專業(yè)知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。 在未來的幾年里，電動汽 車的使用將會越來越普遍，越來越多的人們將會選擇電動汽車，與此同時，充電樁的使用數(shù)量將會普及到我國的各個角落，由于電能便宜，綠色無污染，所以人們將會越來越喜歡這種方式，長此以往，我國的環(huán)境，氣候?qū)玫礁?6 步的改變。 汽車工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的汽車裝備，汽車工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。汽車工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的 重要標志。在人類社會發(fā)展的今天，電動汽車也同樣在不斷地發(fā)展著，隨著新能源的開發(fā)，電動汽車工業(yè)的發(fā)展將會越來越快捷和實用。隨著電動汽車的出現(xiàn)，人們就可以很方便地出行，而再沒有像機動車輛那樣排氣嚴重，在某種程度上污染了人類的生活環(huán)境。 人們對能源的不斷的需求，以及環(huán)境保護意識的日益增強，使得各國科學家不斷探索新的能源，例如：風能、太陽能、潮汐和地熱發(fā)電等?？茖W家開始嘗試利用汽車尾氣的余熱發(fā)電，而汽車的余熱發(fā)出的電相當于有“ 1000節(jié) 美國加州的熱力生命能量公司主要生產(chǎn)工業(yè)用溫差發(fā)電系統(tǒng)。該公司目前也在 研制能夠在只有幾攝氏度溫差環(huán)境下工作的發(fā)電機，這與汽車尾氣發(fā)電的原理大致相當。將 1000臺這樣的發(fā)電機組合在一起，就能夠提高能量輸出。該公司已經(jīng)研制成功的原型系統(tǒng)可以在 50度溫差條件下發(fā)電 100W，足以驅(qū)動一個心臟起搏器或者生物傳感器。而美國北卡三角州國際研究院采用納米材料制成 1 以在 出 144慮到能量損失，最終輸出電量也達到了 67W，足以維持心臟起搏器正常工作，這塊貼片輸出的 10~20 可以為充電電池補足 3次電力。 車尾氣溫差 發(fā)電 早在 1821年，德國物理學家塞貝克發(fā)現(xiàn)了溫差電勢，溫差電勢的大小，同被加熱的接點（熱端）和沒有加熱的冷端的溫度差成正比，而且與兩種導體本身的材料有關(guān)?；诖嗽淼臒犭娕甲鳛楣I(yè)測溫的主要探測頭。利用“塞貝克效應(yīng)”原理來開 7 發(fā)發(fā)電電池有著廣闊的前景。作品利用基于塞貝克效應(yīng)制成的半導體溫差發(fā)電芯片對汽車發(fā)動機尾氣熱能回收利用，遵循基本的科學原理。 第二章 基本原理 貝克效應(yīng) 如圖 1A、 果兩個結(jié)點所處的溫度不同 (，回路中就會有電 動勢存在。這一現(xiàn)象是德國物理學家塞貝克發(fā)現(xiàn)的，被稱為塞貝克效應(yīng)，它是溫差發(fā)電技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 （ a）半導體效應(yīng)產(chǎn)生 如 于其熱端空穴的濃度較高，則空穴便從高溫端向低溫端擴散；在開路情況下，就在 端有負電荷，冷端有正電荷），同時在半導體內(nèi)部出現(xiàn)電場；當擴散作用與電場的漂移作用相互抵消時，即達到穩(wěn)定狀態(tài)，在半導體的兩端就出現(xiàn)了由于溫度梯度所引起的電動勢 —— 溫差電動勢。自然， 向高溫端（ 相反， 因此利用溫差電動勢的方向即可判斷半導體的導電類型。可見，在有溫度差的半導體中，即存在電場，因此這時半導體的能帶是傾斜的，并且其中的 端 導體的 般，半導體 8 的 ，這要比金屬的高得多。 （ b）金屬效應(yīng)因為金屬的載流子濃度和 以金屬的 般 ～ 10。 雖然金屬的 是在一定條件下還是可觀的；實際上，利用金屬 （ c）塞貝克效應(yīng)電勢差的計算公式： 果 上式即可表示成如下形式：圖 1稱溫差電池）， 和 在一端用金屬片 3連接起來，另一端接負載電阻 R。當一端加熱至溫度 另一端保持在溫 度 路中產(chǎn)生溫差電動勢，使負載電阻上有電流差發(fā)電效率的定義是 :外電路中得到的有用電能 源消耗的能量包括以下幾項： ①在熱端吸收的珀爾帖熱 21(R+r) ②由熱端傳導到冷端的熱量 K(式中 =(λ 1 2l，式中λ 1、λ 2分別為兩臂的熱導率。 ③溫差電池內(nèi)部，電流 一半將轉(zhuǎn)移到熱端，因而把功率還給熱源。溫差發(fā)電機的效率主要取決于熱端和冷端的溫度和溫差發(fā)電材料的品 質(zhì)因數(shù) Z， 而對于不同的工作溫度需要選取不同的材料。 熱電轉(zhuǎn)換器件是溫差發(fā)電器的基本組件，能將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，其效率取決于熱電材料的性能和器件的設(shè)計制造水平。把一只 型半導體組件通過連接片連接起來，當接頭處存在溫差和熱量的轉(zhuǎn)移時，按照塞貝克效應(yīng)就會有電動勢產(chǎn)生 (圖 1b)，把若干對半導體組件在電路上串聯(lián)起來，而在傳熱方面是并聯(lián) 9 的，這就構(gòu)成了一個通用的熱電轉(zhuǎn)換器件，其結(jié)構(gòu)如圖 1有溫差存在的條件下它就能將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，且不需任何運動部件，也無 氣體或液體介質(zhì)存在，安全可靠，對環(huán)境無任何污染，是十分理想的電源。 差發(fā)電器 單個熱電轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換功率很小，需要經(jīng)過串 /并聯(lián)組合制成溫差發(fā)電器，實現(xiàn)標準化、系列化。溫差發(fā)電器的結(jié)構(gòu)趨向通用化和組件化，并取決于熱源特征、散熱方式和溫度分布，以及所用熱電轉(zhuǎn)換器件的性能和排列情況。 1、一種利用汽車尾氣高效率發(fā)電裝置，包括排氣管、進氣管、發(fā)動機、運動缸、單向輔助閥、火花塞、吸氣管、滑動體、彈簧、曲軸、曲柄連桿機構(gòu)、發(fā)電機、蓄電池、調(diào)壓器、穩(wěn)壓器、溫差發(fā)電片、 態(tài) 時 繼電器、尾氣聚集腔及冷卻腔，其特征在于：排氣管出氣口設(shè)計為喇叭口，在排氣管上設(shè)有兩個對稱分布的吸氣管，在吸氣管上與排氣管前端喇叭口處分別設(shè)有單向輔助閥；排氣管與運動缸相連，在運動缸頂部設(shè)有一個火花塞，彈簧與活塞、運動缸相連，曲柄連桿結(jié)構(gòu)與滑動體相連，曲軸與發(fā)電機用聯(lián)軸器連接起來，調(diào)壓器、穩(wěn)壓器與車用蓄電池用導線連接起來，運動缸與尾氣聚集腔通過小孔管道連接起來，在尾氣聚集腔與冷卻腔之間設(shè)有若干溫差發(fā)電片， 態(tài) 目前，溫差發(fā)電器主要有平板 式 (如圖 2所示 )。平板式溫差發(fā)電器的熱電轉(zhuǎn)換模塊適合平鋪在矩形通道上，運行時熱流從通道內(nèi)流過，經(jīng)壁面向轉(zhuǎn)換模塊傳遞熱量。 10 第三章 實驗過程 差發(fā)電組件的技術(shù)參數(shù) 最早用的溫差發(fā)電材料為 (，用康銅片 ( 連接，其熱端溫度可達 400和 ～ 300較好的低溫溫差發(fā)電材料。在 300~600 常采用 600項目選用 驗采用的熱電發(fā)電組件主要的技術(shù)參數(shù)如下： 外型尺寸： 40× 40× 4 大耐溫： 600250 高溫軟線；最大發(fā)電電壓： （溫差為 200最大短路電流： 800 溫差為 200片內(nèi)阻： ；最佳匹配電阻： 組件的構(gòu)成如圖 4：主件采用汽車模型的排氣管，兩片溫差發(fā)電組件包圍構(gòu)成。由于排氣管是圓形的，溫差發(fā)電組件是平面的，為了增加接觸面積，所以，增加 了多邊形鋁制散熱器，內(nèi)涂導熱硅脂，以增強導熱可靠性。使用鋁制散熱器可有效增強冷熱兩端的溫差，溫差越大，發(fā)電效率越高。為了固定散熱片，兩端打孔用 4根螺絲固定，增強發(fā)電的穩(wěn)定性。 實驗技術(shù)參數(shù)如下： 排氣管外型尺寸：直徑： 40面積： 差發(fā)電片：邊長： 40 402片，加熱到 150熱器組件：規(guī)格： 572個； 11 發(fā)電功率： 1W。考慮到今后的實際使用情景，我們設(shè)計了：排氣管外型尺寸：直徑：60面積： 2826差發(fā)電片：邊長 ： 40 405片，加熱到 500熱器組件：規(guī)格： 575個；發(fā)電功率： 50W 實驗表明，溫差發(fā)電系統(tǒng)的溫差越大、熱源溫度越高、材料優(yōu)值越高，發(fā)電的效率就越高。 車尾氣溫差發(fā)電發(fā)光燈珠實驗 電電壓在 2～ 4 據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場所；工作電流在 0～ 15 度隨電流的增大而變量。組件兩面上的溫差在 0～ 60產(chǎn)生電壓 0～ ，電流 0～ 3 A。為了驅(qū)動 以是發(fā)電組件的溫差增大到 60可以使 4～ 5個溫差發(fā)電組件的串聯(lián)起來。本實驗的裝置如圖 5所示，我們將 6 x 4=24個 路為 24個燈珠并聯(lián)，供電為二個發(fā)電組件串聯(lián)。為了便于實驗和減少組件，我們只用兩個發(fā)電組件。我們知道， 以上，才有電流流過。同樣，在合理設(shè)計的情況下，溫差發(fā)電還可以給電池進行充電啦！ （ a）實驗過程采用 2片溫差發(fā)電組片考慮到今后的實際使用情景，我們設(shè)計了如圖6， 00 2片溫差發(fā)電片，加熱到 120可產(chǎn)生 200可點亮 80盞燈；如果加熱溫度越高，散熱片面積增大，溫差越大，發(fā)電量就越大。 車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)的分析 車尾氣的排熱量 汽車排放的尾氣溫度最高可以達到 600℃～ 700℃ , 發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時 400℃。對解放 究結(jié)果表明，將 60塊熱電轉(zhuǎn)換器串 12 聯(lián)或串然后并聯(lián)，能夠滿足額定電壓為 14V，額定電流為 25州電子科技大學應(yīng)用數(shù)學與工程計算研 究所的劉斌和徐江榮對熱電轉(zhuǎn)換模塊在利用發(fā)電機廢熱時的擺放位置進行了研究，分析結(jié)果表明，排氣直管出口處壓力較大，有利于對流傳熱，將溫差發(fā)電器安裝在此處可以有效利用廢氣余熱。在近似長方形的尾氣管上的散 /集熱效率在同樣截面積的情況下，近似長方形尾氣管的周長更長，有利于集熱器的與尾氣管的接觸和熱量的收集。 濟性分析 據(jù)調(diào)查，以上海大約 24000輛出租車，如果所有的這些車輛都是用我們的裝置的話，那這些車輛的電瓶就不用汽油充電啦。假如我們保守估計，一輛車輛充滿自己的電瓶需要兩個小時。這段時間內(nèi)燃油 大約 6L,我們將這個數(shù)字保守的估計，假如這其中只用 2如說這其中現(xiàn)在汽油的價格為 也就是每天每輛車車輛能節(jié)省 15元，一個月能節(jié)省 450元。上海大約有 24000輛這樣一月就會節(jié)省 1080萬，這可不是一個小數(shù)目啊。一年就會節(jié)省 10000萬元。 車三元催化器的工況溫度分析 三元催化器是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的 和氮氣。由于這種催化器可同時將廢氣中的工種主要有害物質(zhì)轉(zhuǎn) 化為無害物質(zhì)，故稱三元。 三元催化器對發(fā)動機排出來的廢氣進行催化轉(zhuǎn)化 ,當發(fā)動機的空燃比控制在理論空燃比附近時 ,其可以凈化 90%的 0%的 化效率是相當高的 ,但是其高低受到溫度的影響 ,只有當三元催化器達到起燃溫度即 250～ 300℃時才能有較高的轉(zhuǎn)化效率 ,而汽油機冷啟動后 2分鐘后才能達到此溫度范圍。試驗表明在汽油車上一個排 13 放測試循環(huán)中 ,絕大部分污染物 (約占總量的 70%～ 80%)是在冷啟動最初的 2～ 3分鐘內(nèi)排出的。在實車實驗中， 在 345其 所以 ,必須采取措施提高三元催化器的起燃溫度。 力發(fā)熱加熱三元催化器的可行性分析 電加熱催化反應(yīng)器主要用于控制冷啟動的廢氣排放 , 是滿足美國加州標準中 加熱催化反應(yīng)器是利用電阻金屬葉片置于催化器前端的進氣流路上 , 使電阻在電流通過時達到使排氣升溫的作用。在汽車啟動之前 , 金屬基體電加熱催化轉(zhuǎn)化器通常和二次空氣泵聯(lián)合使用 , 以保障有充足的氧氣來氧化排氣中的 熱電流可以由汽車尾氣集熱發(fā)電系統(tǒng)存儲 的電能轉(zhuǎn)換供給 , 通過電極加熱葉片、金屬壓膜或金屬基體。金屬基體需要在發(fā)動機啟動之前加熱 10～ 20s, 發(fā)動機啟動之后再加熱 20～ 30 14 第四章 汽車尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng) 的創(chuàng)新 作品利用基于塞貝克效應(yīng)制成的半導體溫差發(fā)電芯片對汽車發(fā)動機尾氣熱能回收利用 ,遵循基本的科學原理?，F(xiàn)有關(guān)于汽車尾氣溫差發(fā)電的研究大多都停留在理論研究層面，本課題在充分理論研究的基礎(chǔ)上制作了性能可靠的樣機，并且提出將尾氣發(fā)電和三元催化器結(jié)合，在實現(xiàn)發(fā)電的同時又能提升三元催化器在發(fā)動機啟動時的催化效率。 15 結(jié) 論 本文所設(shè)計的是汽車尾氣變溫發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計，原理比較簡單，結(jié)構(gòu)比較復雜，在論文完成之際，我首先向我的導師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導師在學業(yè)上嚴格要求，精心指導，在生活上給了我無微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學業(yè)階段的學業(yè)的同時，也學到了很多做人的道理，明確了人生目標。導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，實事求是的作風，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。 經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與 計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學四年來對所學知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學習和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學們身上潛移默化的學到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 通過本次設(shè)計，我還提高了利用制圖軟件的水平，并吸收了大量的經(jīng)驗，總結(jié)出以下幾點。關(guān)于圖紙的繪制方面，當零件的尺寸已經(jīng)給出，不考慮圖紙尺寸不合適的，基于實物，裝配時必須 考慮的大小是合適的，因為 圖效果不好，也會引起的尺寸誤差，和甚至出現(xiàn)欠定義大小，因此，必須通過在這個時候?qū)α慵M行測量，進行修改，直到符合要求。 16 參考文獻 [1] 徐灝等 第 2、 3 冊 )[M](第二版） 車工業(yè)出版社，2003 [2] 程悅蓀 M]國農(nóng)業(yè)出版社， 1981 [3] 周紀良 M]車工業(yè)出版社， 1991 [4] 吉林工業(yè)大學教研室編 [M]國農(nóng)業(yè)出版社， 1982 {5} 成大先主編 — 減（變）速器·電機與電器 [M]學工業(yè)出版社， 1999 [6] 朱冬梅 M]等教育出版社， 2000 [7] 陳立德 M]等教育出版社， 2002 [8] 陳立德 M]等教育出版社， 2002 [9] 劉勁 M]車工業(yè)出版社， 2000 [10] 陳立周 M]金工業(yè)出 版社， 1985 [11] 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