CN101845988A - 回收利用内燃机废热的气动燃油混合动力系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气动与燃油混合动力系统及方法，旨在提供一种回收利用内燃机废热的气动与燃油混合动力系统及实现方法。该系统包括燃油缸和气动缸；该系统以两个燃油缸和气动缸为一个动力单元，所述燃油缸的排气门均通过排气管与气动缸的进气门相连，两个燃油缸具有相反的行程方向。本发明将燃油缸的排气直接引入气动缸进行二次膨胀，直接利用了排气中的热能和压力能，弥补了以其他方式回收排气余热所面临的能量品位低的问题；在气动缸上另外增设了气阀，可以在燃油缸排气压力过低时对其进行压力能补充，使得低压排气在二次膨胀过程中不会产生压缩负功；对进、排气门实施电子控制，使得相位精确匹配，最大程度优化整机效率。
Description
技术领域
本发明涉及气动与燃油混合动力系统及方法，特别是一种回收利用内燃机废热的气动与燃油混合动力系统及实现方法。
背景技术
全球范围的能源危机及环境污染问题已经刻不容缓，而汽车作为主要的污染物排放源，其对能源和环境问题的双重压力不容忽视，混合动力汽车作为一种节能环保的动力模式，已经受到越来越多的关注。另一方面，压缩空气作为一种无污染的清洁能源，其应用前景相当广泛，然而其自身也有着能量密度低，能量转化效率低等缺陷。已有研究显示，内燃机工作过程中会产生大量废热，这对能源无疑也是一种浪费，如果将这些废热加以回收，可以同时达到节约能源，以及提升压缩空气发动机性能的目的。中国专利[CN1398740]及中国专利[CN101225767]分别提出了气动/燃油混合动力系统模式，其基本原理是将内燃机的高温排气以及内燃机的燃烧热量通过换热模块应用于加热气动发动机的进气，从而达到提高能量利用效率的目的。然而，由于热能本身是一种能量品位较低的能量，上述模式的能量回收效果还有待于进一步的实验验证。本发明提出了一种新型的气动/燃油混合动力联合循环——将内燃机的排气直接引入压缩空气发动机，令其在气动缸内进行二次膨胀，从而充分利用这些排气的热能和压力能；此外，气动缸还可以发挥回收燃油缸冷却系余热的作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种回收利用内燃机废热的气动燃油混合动力系统及实现方法。
为解决技术问题，本发明提供了一种回收利用内燃排气的气动与燃油混合动力系统，包括燃油缸和气动缸；该系统以两个燃油缸和气动缸为一个动力单元，所述燃油缸的排气门均通过排气管与气动缸的进气门相连，两个燃油缸具有相反的行程方向。
本发明中，所述气动缸上设有气阀，气阀通过管路与车载气源相连；气动缸的缸内设压力传感器，压力传感器通过信号线连接至控制电路，控制电路通过信号线与气阀相连。
本发明还提供了一种基于前述系统的气动与燃油混合动力实现方法，包括：燃油缸的排气直接进入气动缸进行二次膨胀，带动气动缸做功；在第一个燃油缸的排气完成二次膨胀后，第二个燃油缸的排气以相同的方式进入气动缸进行二次膨胀；在燃油缸的一个完整工作循环中，气动缸完成两次工作循环。
本发明中，当在燃油缸排气压力低于设定值时，相应的压力传感器将信号传递至控制电路，控制电路将气阀打开，使车载气源内的压缩空气通过气阀进入气动缸，对低压排气实施压力能补充。
本发明中，当发动机制动时，油路控制电路会对两个燃油缸实施断油控制，燃油缸将吸入的新鲜充量压入车载气源，实现压缩空气的补充。
本发明中，用电子控制的方式对排气门和进气门进行精确控制，以求达到最精确的相位匹配，使得整机效率达到最优。
本发明中，燃油缸与气动缸之间设有换热模块，当燃油缸冷却液流经该模块时，燃油缸冷却液携带的余热可以经由换热模块被气动缸吸收，使得这部分余热也能够得到回收利用。换热模块是本领域通用技术，可有多种实现形式，如换热器、包围气动缸的夹套等，在此不再赘述。
由于内燃机的高温排气具有一定的压力，如果直接被排到大气中，会造成极大的浪费及污染，因此，本发明通过管路将燃油缸的排气门与气动缸的进气门相连，使得燃油缸的排气可以直接进入气动缸进行二次膨胀，充分利用燃油缸排气中的热能和压力能，以求达到最大化的能量回收。
相比于其他形式的混合动力模式，本发明有益效果在于：
(1)将燃油缸的排气直接引入气动缸进行二次膨胀，直接利用了排气中的热能和压力能，弥补了以其他方式回收排气余热所面临的能量品位低的问题；
(2)在气动缸上另外增设了气阀，可以在燃油缸排气压力过低时对其进行压力能补充，使得低压排气在二次膨胀过程中不会产生压缩负功。
(3)对进、排气门实施电子控制，使得相位精确匹配，最大程度优化整机效率。
附图说明
图1为本发明的实现原理图。
图中附图标记为：1燃油缸、2排气管、3气阀、4排气管、5燃油缸、6气动缸、7排气门、8进气门、9进气门、10排气门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式加以描述。
在图1中，燃油缸1和燃油缸5的排气门7、10分别通过排气管2、4与气动缸6的进气门8、9相连。当燃油缸1进入排气冲程时，排气门7打开，燃油缸1的高温排气进入排气管2，气动缸进气门8同时打开，使得燃油缸1的排气可以进入气动缸6，进行二次膨胀；由于气动缸为二冲程，因此在燃油缸1的排气完成二次膨胀后，燃油缸5的排气也会以相同的方式进入气动缸6进行二次膨胀，即在燃油缸的一个完整工作循环中，气动缸完成两次工作循环。
当发动机处于低负荷工况时，相应的传感器会将信号采集至控制电路，控制电路会将气阀3打开，使得车载气源内的压缩空气通过气阀3进入气动缸6，对低压排气实施压力能补充，避免低压排气可能带来的负功；此外，当发动机制动时，控制电路会对燃油缸1及燃油缸5实施断油控制，燃油缸则会将吸入的新鲜充量压入车载气源，实现压缩空气的补充。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种回收利用内燃机废热的气动与燃油混合动力系统，包括燃油缸和气动缸，其特征在于，该系统以两个燃油缸和气动缸为一个动力单元，所述燃油缸的排气门均通过排气管与气动缸的进气门相连。
2.根据权利要求1所述的气动与燃油混合动力系统，其特征在于，所述气动缸上设有气阀，气阀通过管路与车载气源相连；气动缸的缸内设压力传感器，压力传感器通过信号线连接至控制电路，控制电路通过信号线与气阀相连。
3.根据权利要求1所述的气动燃油混合动力系统，其特征在于，在燃油缸和气动缸之间设置有换热模块。
4.一种基于权利要求1所述系统的气动与燃油混合动力实现方法，包括：燃油缸的排气直接进入气动缸进行二次膨胀，带动气动缸做功；在第一个燃油缸的排气完成二次膨胀后，第二个燃油缸的排气以相同的方式进入气动缸进行二次膨胀；在燃油缸的一个完整工作循环中，气动缸完成两次工作循环。
5.根据权利要求4所述的实现方法，其特征在于，当在燃油缸排气压力低于设定值时，相应的压力传感器将信号传递至控制电路，控制电路将气阀打开，使车载气源内的压缩空气通过气阀进入气动缸，对低压排气实施压力能补充。
6.根据权利要求4所述的实现方法，其特征在于，当发动机制动时，油路控制电路会对两个燃油缸实施断油控制，燃油缸将吸入的新鲜充量压入车载气源，实现压缩空气的补充。
7.根据权利要求4所述的实现方法，其特征在于，用电子控制的方式对排气门和进气门进行精确控制。
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