一种利用汽车尾气余热的车辆挡风玻璃除霜系统的制作方法

[0001]
本发明属于汽车领域，具体涉及一种利用汽车尾气余热的车辆挡风玻璃除霜系统。


背景技术：

[0002]
汽车的前风挡玻璃外部在温度低的环境中容易形成覆霜。在冬季寒冷地区，如果遇到降雪，在驻车时由于车内温度较高，导致挡风玻璃内侧温度高，雪落在前挡风玻璃上时会遇热融化，又因持续降雪导致玻璃温度下降，融化成的水会凝结成冰霜，很难清理，在货运长途汽车上很常见，覆霜不清理会降低可见度，不利于行车安全，清理又没有很好的方式。目前,一般采取的传统除冰霜方式有三种，第一，物理去冰，也是最常见的方法，用坚硬物体刮去冰霜，这种方法很简单但是毁坏玻璃并且在比较大的覆霜是很难有效的；第二，化学去冰，购买高性能去冻液，很高效但是花费巨大；第三，在国外一些高级厂商采用边框加导热材料加热玻璃，这是目前为止较好的方式，但是都只在高档车辆上使用，研发成本高，使用成本也很高。当前国外有采用ptc(热敏电阻)技术进行加热清洗液的方式来加强清晰效果，但是会消耗更多能量，成本也会增加很多，并且热量利用率不高。


技术实现要素：

[0003]
本发明针对现有除霜系统存在的除霜效果差、汽车尾气利用率低的问题，进而提出了一种利用汽车尾气余热的车辆挡风玻璃除霜系统。
[0004]
本发明采用如下技术方案：一种利用汽车尾气余热的车辆挡风玻璃除霜系统，包括电磁阀、主控芯片、离心风机和汽车的车载蓄电池，所述电磁阀、主控芯片和离心风机均由车载蓄电池供电；所述电磁阀为两位三通气动电磁阀，电磁阀的线圈控制端连接主控芯片的输出端，电磁阀设有进气口、出气口和排气口，电磁阀的进气口和排气口均与汽车排气管道连通，且电磁阀关闭时排气口为常开状态，电磁阀的出气口回流连接离心风机；车载蓄电池的正极连接电子开关s1，经电子开关s1后连接离心风机，电子开关s1连接汽车内控制面板的手动开关。其中，离心风机不需要主控芯片控制，直接由开关控制。
[0005]
电磁阀与主控芯片输出端之间设有电磁阀控制电路，电磁阀控制电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、三极管q1、场效应管q2和二极管d1，电阻r1一端连接主控芯片的输出端，电阻r1另一端和电阻r2串联后接地，三极管q1的基极连接于电阻r1和电阻r2之间，三极管q1的发射极接地，三极管q1的集电极经串联的电阻r3和电阻r4后与场效应管q2的源极连接，二极管d1并联于电磁阀两端，二极管d1的正极接地、负极与场效应管q2的漏极连接，场效应管q2的栅极连接于电阻r3和电阻r4的线路中。
[0006]
所述车载蓄电池与控制芯片之间连接有降压模块。如ns6312模块，输入4~30v，输出5v的电源芯片。
[0007]
所述主控芯片为at89c51单片机。
[0008]
所述离心风机的压缩比为1.15-3。
[0009]
所述电磁阀安装于汽车的后氧化器装置之后。
[0010]
电磁阀的出气口与离心风机之间采用不锈钢管道作为回流管道。
[0011]
本发明具有如下有益效果：本发明专利具有以下有益效果：（1）汽车废气的二次利用，增加了能量的利用率，不增加能量消耗；（2）汽车尾气在从发动机排出后温度很高，随着管道温度逐渐降低，在三元催化器后降温到400度，在后氧化器降温到300度，从后氧化器后加入电磁阀做气体分流，经回流管道温度会再次降低至100度左右，从扇形喷嘴处喷出的气体温度为80度左右，用80度气体加压覆盖在挡风玻璃覆冰上，按照冰比热容计算得融化时间在2分钟左右（实验中发现使用高温气体除冰时，冰霜无需全部融化，融化表层时形成浮冰，即可处理干净），通过该设计去冰时间大大缩短；（3）利用热水化冰是有风险的，因为通过热水化冰，挡风玻璃有受热不均而导致炸裂风险，利用高温气体除冰，因为气体比液体的温度更加平均，不容易形成温差过大的区域，降低了玻璃炸裂的风险；（4）该设计利用的都是市场上常见的设备进行组装，系统核心为三通电磁阀和直流耐热离心风机，这两个核心器件的价格并不算昂贵，市场价格为几百元不等，整体设计费用不超过1000元，成本比较合理；（5）兼容性高，针对不同车辆，可以选择不同的离心风机、三通电磁阀和气体管道，合理控制气体温度衰减，确保最后的高温气体可以快速去除冰霜并且不伤害汽车上的所有硬件；（6）因为尾气气体是内燃机燃烧所得，所以不需要补充其他热质，节省了投入和减少了设备数量。
附图说明
[0012]
图1为本发明系统的框架示意图；图2为本发明的控制原理图；图3为电磁阀结构图；图4为电磁阀控制原理图；图5为离心风机控制的电路原理图。
具体实施方式
[0013]
如图1和2所示，本发明所述利用汽车尾气余热的车辆挡风玻璃除霜系统包括电磁阀电路系统、耐高温离心风机电路系统和管道气体流动控制系统，其基本原理是通过车内手动开关控制电磁阀的开关，电磁阀将排气管道中的高温气体截流，送入离心风机中；耐高温离心风机电路系统利用车载电池的电功率，在电压功率稳定，工作温度适宜情况下供电给耐高温离心风机工作，从吸气口吸入由电磁阀截流过来的高温气体，经过离心风机内部加压轮加压后由排气口快速排出；气体流动控制系统是由新加装的回流管道和车辆本身的尾气管道组成，通过电磁阀控制气体流向，电磁阀关断，气体从尾部排除，电磁阀开通，气体
回流到离心风机。
[0014]
如图3所示，电磁阀电路系统核心器件是两位三通开关型气动电磁阀，有一个进气口和一个出气口（给目标设备提供气源，即离心风机），一个排气口（电磁阀关闭时此口常开）。在接收到启动信号时，会开启出气口让气体流入目标设备离心风机，接收到停止信号时，出气口关闭，从排气口排出气体。为了快速地实现随时随地控制电磁阀的开关，主控芯片通过p0_1输出所需开关控制信号，通过图4所示的控制电路控制电磁阀的开合，电磁阀控制电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、三极管q1、场效应管q2和二极管d1，电阻r1一端连接主控芯片的输出端，电阻r1另一端和电阻r2串联后接地，三极管q1的基极连接于电阻r1和电阻r2之间，三极管q1的发射极接地，三极管q1的集电极经串联的电阻r3和电阻r4后与场效应管q2的源极连接，二极管d1并联于电磁阀两端，二极管d1的正极接地、负极与场效应管q2的漏极连接。其中因为电路是最简单的开关控制电路，所以主控芯片的选择也比较多，可以选择stc或at系列单片机作为主控芯片，在这里选择较为便宜的at89c51单片机作为主控芯片，蓄电池经过降压模块降至5v给单片机供电，在给电状态下，当车内手动开关处于关闭状态，开关量输入端口p0_0=0，则输出信号端口p0_1=0，三极管的基极电压为0，使三极管处于截止状态，场效应管也不符合导通条件，也处于截止状态，则电磁阀不得电，处于关闭状态，排气孔排气，当手动打开开关时，开关输入端口p0_0=1，输出端口p0_1=1，输出高电平，三极管处于饱和状态，场效应管irf9530作为电子开关，irf9530加了驱动电压，漏极获得放大电流，irf9530稳定导通，电磁阀开启，出气孔出气，提供给离心风机。其余器件为三极管q12sc2240（q1）、场效应管irf9530（q2）、肖特基二极管sr34（d1）。二极管，作为三极管，或者mosfet（q2）关断后，电磁阀感性负载能量的泄放途径。
[0015]
耐高温离心风机电路系统的核心是耐高温离心风机，属于常规模块，市面上可选择的型号很多。选择耐高温离心风机的四个要求是1、小型化；2、工作电压为直流12v/24v/36v等，可以由车载蓄电池直接给电；3、耐高温，使其加压温度高的气体也不会损害正常工作；4、采用压缩比在1.15~3之间的离心式风机，既可以保证风压也节省能量。车内蓄电池正极接到车内电子开关s1上，电子开关s1由车内控制面板上的手动开关控制接通或者关断，经过开关后接到离心风机正极，因为离心风机距离铅蓄电池较近并且离心风机耐压大，所以不需要复杂电路控制，保护电路可以后期加装保险丝等保护装置。电路控制如图5所示。
[0016]
其中，电磁阀电路的电子开关s2和离心风机电路的电子开s1关统一由一个手动开关控制，做到同时启停，保证系统的高效和稳定。
[0017]
管道气体流动控制系统的核心气体管道结构。系统前半段是汽车本身的排气系统，在后氧化器装置后加装电控电磁阀用于切换管道，电磁阀后的排气口接到汽车原本的排气尾段管道，排出气体。电磁阀出气口接在回流管道上，回流管道是不锈钢sus304材质制作，卡套和接口采用不锈钢或镀铝钢。回流管道一直向前延伸到车头部位后接入离心风机的进气口，离心风机加压后由出气口排出，出气口接出气口管道，材质仍然是不锈钢sus304，管道最后接入两个不锈钢软管中，接出汽车前机盖的204不锈钢高压扇形喷嘴，气体可以扇形喷出。喷出的扇形气体覆盖在前挡风玻璃上，以此消融冰雪。

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