车辆发动机排气管余热直接利用的可行性研究

陈然 李乐 许牧远

摘要：自上个世纪九十年代以来，我国汽车工业发展迅速，然而，汽车发动机转变为有效功的热当量仅占燃料燃烧发热量的三分之一左右，其他大部分能量则是随着发动机的冷却水散热和高温尾气散热而流失，造成了严重的能源浪费。本文通过分析目前汽车余热直接利用的现状，从而论证车辆发动机排气管余热直接利用的可能性。

关键词：排气管 余热利用 发动机

自上个世纪九十年代以来，随着国民经济的良性发展和人民生活水平的的日益提升，我国私家车拥有量迅速增加。同时，我国汽车工业发展迅速，年均增长率达到了10%—13%。但随之而来的则是石油能源的消耗量剧增，为石油能源的可持续发展带来挑战。另一方面，汽车发动机转变为有效功的热当量仅占燃料燃烧发热量的三分之一左右，其他大部分能量则是随着发动机的冷却水散热和高温尾气散热而流失，造成了严重的能源浪费，这就进一步加剧了能源危机。在新能源动力汽车代替传统石油能源汽车之前，如何提高内燃机的效率，降低能源损耗成了我们不得不思考的问题。

据相关研究表明，在我国，目前占燃气发动机燃料60%以上的热值被白白浪费掉。其中，随高温尾气散热而流失的热量更是达到了燃料热值的30%以上，而排气管温度约在400度左右。这为直接利用排气管温度，从而达到减少能源损耗的目的提供了可能性。

一、实例及设想

目前，直接利用汽车排气管温度大致分为两种方式：一种是在排气管上加装导热套，进行热量传导，用导热盘进行加热；一种是改变排气管路线，使排气管通过所需加热装置内部，用排气管直接加热。在我国，已有学者对排气管温度的直接利用进行探索。

山东理工大学提出一种利用汽车发动机排气管加热水的装置，其原理是在排气管上加装导热套，并将热量传导至托盘空腔内。将水杯置于水杯电机托盘上，启动开关，水杯在水杯电机托盘的带动下旋至托盘空腔。废弃热量经导热材料传导传递给水杯，对水杯内的水进行加热。同时该装置可控制加热温度，当水杯内的水达到一定温度时，升降电机齿轮转动，将水杯从托盘空腔内托出，从而阻止对水杯的进一步加热，避免水杯内的水温度过高。

除了上述利用汽车发动机排气管加热水的方式，还可以在考虑材料性能的前提下，将水管直接缠绕或附着在排气管上，从而对行驶过程中的饮用水或洗漱用水进行加热，尤其适用于房车热水器和长途驾驶用水。在实际实施使用的过程中，也可以考虑将此种水管导入车厢内部，作为“暖气”，用以冬季的车内供暖，但此种方法的安全性仍有待进一步考证。

至于通过改变排气管路线从而对排气管余热进行利用的方式，则更有可能广泛运用于房车或者大型货车等内部空间较大的车辆。对于房车来说，存在更多直接利用排气管余热的可能性。例如，可以考虑在排气管上加装导向阀门，使排气管直接经过从房车中开辟出来的一段密闭空间，从而提高该空间内的温度，用以烘干衣物或对食物等进行加热。再者，亦可在排气管上增加可调节阀门，使排气管有规律地经由整个空间，用以调节空间内部温度，减少冬天空调的使用频次，实现能源的再次利用。

二、结语

除了上述列举的实例和设想，关于汽车发动机排气管余热直接利用仍有很多种可能性有待继续探索。在我国，发动机余热的开发和利用仍处于探索阶段，随着科学技术的不断进步，以及人们环保意识的增强和环保要求的提高，利用尾气余热将作为提高能源利用率、减少环境污染的手段，被人们加以重视。除了本文所述的直接利用余热的方式之外，仍有学者研究将其转化为电能等其他形式的能源再加以利用的方式，但这些研究目前还存在例如设备过大等一些瓶颈，要使其投入使用仍然需要进行大量研究。但不可否认的是，随着能源供应日益紧张，发动机余热的再次利用是必然的发展趋势。

参考文献：

[1]刘彬，梁虹，陈研，张红光.发动机余热回收技术的研究現状及发展趋势[J].小型内燃机与摩托车，2011，（02）：93-96.

[2]裴志红，刘畅，谭凯，刘亚妮，孙金凤，卫红，徐媛，谢辉.发动机余热回收及利用专利技术现状及其发展趋势[J].小型内燃机与摩托车，2012，（04）：80-84.

[3]马俊达，卢小锐，黎苏，郑清平.发动机废气余热利用技术的对比分析[J].拖拉机与农用运输车，2012，（05）：33-36.

[4]山东理工大学.一种利用汽车发动机排气管的加热水装置.实用新型专利.CN 204483892 U.2015-7-22.

[5]刘登明.发动机废气余热回收利用[J].黑河科技，2003，（01）：34-35.

（作者单位：华北理工大学；作者简介：陈然，本科，研究方向：工业设计。）