CN101954853A - 一种节能环保混合动力汽车 - Google Patents

Abstract

一种节能环保混合动力汽车，包括有汽车底盘总成、燃油发动机、压缩空气发动机、空气压缩机、贮气罐、减压阀、控制阀门、动力控制总成，燃油发动机为汽车主动力源，压缩空气发动机为辅助力源，燃油发动机输出和压缩空气发动机输出通过离合器、动力合成装置、变速器连接汽车底盘总成的驱动轴，汽车底盘总成的驱动轴或传动轴连接空气压缩机动力轴，空气压缩机的输出连接贮气罐，贮气罐的输出端通过控制阀门、减压阀连接压缩空气发动机；燃油发动机、空气压缩机、贮气罐、控制阀门、汽车底盘总成都受动力控制总成的连接控制。本发明可有效降低运行成本、实现富余能源存贮、提高转换效率、减少废气排放、避免环境的二次污染。

Description

一种节能环保混合动力汽车

技术领域：

本发明涉及交通运输技术领域，具体涉及一种节能环保混合动力汽车。

背景技术：

随着世界各国能源越来越短缺，环境保护措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案也越来越多。例如氢能源汽车、燃料电池汽车，纯电动汽车、空气动力汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用价值并已商业化的只有混合动力汽车、纯电动汽车和空气动力汽车。

空气动力汽车是以存贮在空气罐内的压缩空气作动力，因而节省能源，没有污染。但受汽车内空间的限制，贮气罐和发动机都不可能做得太大，因而汽车的动力输出和单次充气的行程都受到了很大的局限，很难满足消费者的需求。再者要建设大量的充气站，在短期内也是不现实的，因而很难替代燃油汽车。

纯电动汽车虽然在使用过程中不会产生环境污染，但消耗电能、蓄电池的生产和废电池的处理同样给环境造成污染。再者蓄电池的使用寿命、单次充电时间、行程等是制约纯电动汽车发展的瓶颈。

混合动力汽车已投入商业运营的为油-电混合动力汽车。其原理是以燃油发动机为主动力源，以电动机为辅助动力源。当主动力源输出富余、减速或制动时，由车轮的惯性力驱动发电机发电存储到蓄电池中，即车辆的动能转化为电能保存下来。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，主、辅动力源同时工作输出动力。当车辆处于低速、滑行、怠速工况时，单独由电动机工作输出动力。这样的确是节约了不少能源和减少了废气排放，但从长远来看，也是不合算的。首先是能量的转化率低，车辆的动能转化成电能，电能存储到蓄电池(电能转化成化学能)，蓄电池释放电能(化学能转化成电能)，电能驱动电动机转化为动能，全过程有四次能量转换，理论上的效率不足20％。其次是蓄电池的寿命短，更换费用高，生产和销毁仍然存在较大环境污染的问题。因此油-电混合动力汽车进入市场仍将受到相当大的制约。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的问题，而提供一种降低运行成本、实现富余能源存贮、提高转换效率、减少废气排放、避免二次污染的节能环保混合动力汽车。

本发明采用的技术方案是：这种节能环保混合动力汽车包括有汽车底盘总成、燃油发动机、压缩空气发动机、空气压缩机、贮气罐、减压阀、控制阀门、动力控制总成，燃油发动机为汽车主动力源，压缩空气发动机为辅助动力源，燃油发动机输出和压缩空气发动机输出通过离合器、动力合成装置、变速器连接汽车底盘总成的驱动轴，汽车底盘总成的驱动轴或传动轴连接空气压缩机动力轴，空气压缩机的压缩空气输出端通过管道连接至贮气罐进气端，贮气罐的输出端通过控制阀门、减压阀连接压缩空气发动机；燃油发动机、空气压缩机、贮气罐、控制阀门、汽车底盘总成都受动力控制总成的连接控制。

上述技术方案中，燃油发动机、汽车底盘总成为现有通用的汽车燃油发动机和汽车底盘总成；除此之外压缩空气发动机、空气压缩机、贮气罐、动力控制总成也为非常成熟的技术，如目前法国MDI公司和印度Tata-Mators(塔塔汽车公司)生产的压缩空气发动机均已投入商业运营；奔驰、大众、奥迪等大公司的混合动力汽车也已投入商业运营，其动力控制系统亦即动力控制总成已经非常成熟了。

上述技术方案中，空气压缩机采用多级活塞式空气压缩机或轴流式空气压缩机或通用的空气压缩机，空气压缩机通过电控离合器与汽车传动轴连接，便于直接从汽车车轮获得动能。

上述技术方案中，动力控制总成根据汽车运行工况通过控制电控离合器和空气压缩机的负荷调节系统，如排气量调节装置，将富余动能以压缩空气的方式存储在贮气罐中，压缩空气发动机与燃油发动机分别通过单向轴承与变速器输入端连接，共同或单独输出动力。

上述技术方案中，空气压缩机与燃油发动机共用冷却系统，以解决空气压缩机的散热问题，同时压缩空气减压时也可从燃油发动机冷却系统中吸收热量提高效率。

上述技术方案中，汽车底盘总成包括现有汽车的驾驶操作系统、整车控制系统、离合器、动力合成装置、变速器、前桥、后桥、驱动轴、传动轴、前轮、后轮。

本发明采用的压缩空气发动机亦俗称“气马达”，具有以下特点：

1.可以无级调速。只要控制进气阀或排气阀的开度，即控制压缩空气的流量，就能调节马达的输出功率和转速。便可达到调节转速和功率的目的。

2.能够正转也能反转。大多数气马达只要简单地用操纵阀来改变马达进、排气方向，即能实现气马达输出轴的正转和反转，并且可以瞬时换向。在正反向转换时，冲击很小。气马达换向工作的一个主要优点是它具有几乎在瞬时可升到全速的能力。叶片式气马达可在一转半的时间内升至全速；活塞式气马达可以在不到一秒的时间内升至全速。利用操纵阀改变进气方向，便可实现正反转。实现正反转的时间短，速度快，冲击性小，而且不需卸负荷。

3.工作安全，不受振动、高温、电磁、辐射等影响，适用于恶劣的工作环境，在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等不利条件下均能正常工作。

4.有过载保护作用，不会因过载而发生故障。过载时，马达只是转速降低或停止，当过载解除，立即可以重新正常运转，并不产生气件损坏等故障。可以长时间满载连续运转，温升较小。

5.具有较高的起动力矩，可以直接带载荷起动。起动、停止均迅速。

6.功率范围及转速范围较宽。功率小至几百瓦，大至几万瓦；转速可从零一直到每分钟万转。

7.操纵方便，维护检修较轻易气马达具有结构简单，体积小，重量轻，马力大，操纵轻易，维修方便。

工作原理：当燃油发动机2输出能源富余，减速或制动时，空气压缩机4工作压缩空气，压缩空气送入贮气罐5保存；当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，控制阀门7开启，压缩空气通过减压阀6减压进入压缩空气发动机3，驱动压缩空气发动机工作，与燃油发动机2共同输出动力，承担了部分负荷，减少了燃油的消耗；当车辆处于低速、滑行、怠速工况时，动力控制总成8关闭燃油发动机2，由压缩空气发动机3单独工作，承担全部负荷。

本技术方案中空气压缩机4采用多级活塞式空气压缩机(转速低且易获得高气压)，或采用轴流式空气压缩机、通用空气压缩机，空气压缩机动力轴通过电控离合器与汽车传动轴连接(便于直接从汽车车轮获得动能)。动力控制总成8根据汽车所处的工况通过控制电控离合器和空气压缩机4的负荷调节系统(排气量调节装置)，将富余动能以压缩空气的方式存储在贮气罐5中。压缩空气发动机3与燃油发动机2分别通过单向轴承与变速器输入端连接，共同或单独输出动力。

与现有技术相比，本发明解决了如下问题：

1、能量存贮的效率问题；本发明技术方案采用保存压缩空气的方法，几乎没有损耗，因而能量转换效率高。

2、潜在的环境污染问题：本技术方案中辅助的动力系统没有采用高能耗和高污染的耗材，避免二次污染。

3、使用、运行、维护成本的问题：本技术方案中，由于辅助动力系统是采用压缩空气为动力，没有高温使用环境，因而压缩空气发动机1、空气压缩机8、贮气罐6等关键部分的使用寿命均超过燃油发动机2的寿命，维护和保养的费用也是非常低廉的。

4、节能减排的问题：本技术方案的能量存贮系统和辅助动力部分，效率高且没有潜在的环境污染，因而，整个汽车系统在使用过程中，在节能、环保方面均有很大的提高。

5、本发明技术方案解决了现有油一电混合动力汽车能量转换效率不足20％、蓄电池寿命短、更换费用高、生产销毁污染环境的问题，本发明为一种油-气混合动力汽车，效率高，成本费用低，环境污染少，是现有混合动力汽车的最优选择。

附图说明：

图1为本发明结构原理图

图2为本发明动力合成装置实施例结构示意图

具体实施方式：

参见图1，本发明包括有汽车底盘总成1、燃油发动机2、压缩空气发动机3、空气压缩机4、贮气罐5、减压阀6、控制阀门7、动力控制总成8，燃油发动机2为汽车主动力源，压缩空气发动机3为辅助力源，燃油发动机2输出和压缩空气发动机3输出通过离合器、动力合成装置、变速器连接汽车底盘总成1的驱动轴，汽车底盘总成1的驱动轴或传动轴连接空气压缩机4的动力轴，空气压缩机4的压缩空气输出端通过管道连接至贮气罐5的进气端，贮气罐5的输出端通过控制阀门7、减压阀6连接压缩空气发动机3；燃油发动机2、空气压缩机4、贮气罐5、控制阀门7、汽车底盘总成1都受动力控制总成8的连接控制。

上述汽车底盘总成包括现有汽车的驾驶操作系统、整车控制系统、离合器、动力合成装置、变速器、前桥、后桥、驱动轴、传动轴、前轮、后轮。

参见图2的实施例，燃油发动机2输出通过主离合器9连接主齿轮10，主齿轮10输出连接变速器11，变速器11输出连接汽车驱动轴；与此同时，压缩空气发动机3输出则通过次离合器12连接次齿轮13，次齿轮13与主齿轮10啮合。

运行过程中，在主离合器9接合的条件下，动力分配装置输出端的转速与燃油发动机2的转速相同。在次离合器12接合的条件下，动力分配装置输出端的转速与压缩空气发动机3的转速相同，在主离合器9、次离合器12同时接合的条件下，动力分配装置输出端的转速仍与燃油发动机的转速相同。主离合器9为普通干式电控离合器，次离合器12为湿式电控离合器。

Claims (5)

1.一种节能环保混合动力汽车，其特征在于包括有汽车底盘总成、燃油发动机、压缩空气发动机、空气压缩机、贮气罐、减压阀、控制阀门、动力控制总成，燃油发动机为汽车主动力源，压缩空气发动机为辅助动力源，燃油发动机输出和压缩空气发动机输出通过离合器、动力合成装置、变速器连接汽车底盘总成的驱动轴，汽车底盘总成的驱动轴或传动轴连接空气压缩机动力轴，空气压缩机的压缩空气输出端通过管道连接至贮气罐进气端，贮气罐的输出端通过控制阀门、减压阀连接压缩空气发动机；燃油发动机、空气压缩机、贮气罐、控制阀门、汽车底盘总成都受动力控制总成的连接控制。

2.根据权利要求1所述的一种节能环保混合动力汽车，其特征在于空气压缩机采用多级活塞式空气压缩机或轴流式空气压缩机，通过电控离合器与汽车传动轴连接，直接从汽车车轮获得动能。

3.根据权利要求1所述的一种节能环保混合动力汽车，其特征在于动力控制总成根据汽车运行工况通过控制电控离合器和空气压缩机的负荷调节系统，将富余动能以压缩空气的方式存储在贮气罐中，压缩空气发动机与燃油发动机分别通过单向轴承与变速器输入端连接，共同或单独输出动力。

4.根据权利要求1所述的一种节能环保混合动力汽车，其特征在于空气压缩机与燃油发动机共用冷却系统，解决空气压缩机的散热问题，同时压缩空气减压时也从燃油发动机冷却系统中吸收热量提高效率。

5.根据权利要求1所述的一种节能环保混合动力汽车，其特征在于燃油发动机输出通过离合器连接主齿轮，主齿轮输出连接变速器，变速器输出连接汽车驱动轴；与此同时，压缩空气发动机输出则通过次离合器连接次齿轮，次齿轮与主齿轮啮合。

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