CN102226425A

CN102226425A - 气动内燃混合动力发动机

Info

Publication number: CN102226425A
Application number: CN2011101343611A
Authority: CN
Inventors: 李道飞; 徐焕祥; 俞小莉; 王雷; 叶锦
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2011-10-26

Abstract

本发明涉及动力发动机，旨在提供一种气动内燃混合动力发动机。该发动机包括至少一个气动机和至少一个内燃机；还有一个高压气罐，其出口管路经过截止阀和调压机构连接至气动机进气管；内燃机进气管分别与气动机排气管和一个空气进口连接，气动机曲轴和内燃机曲轴以分曲轴方式通过曲轴耦合机构相连。本发明能够充分利用气动机高压、低温排气，为内燃机形成增压效果，可适当减小内燃机的进气系统中冷器的尺寸；气动机和内燃机通过分曲轴耦合方式连接对外输出动力，这可以将气动机和内燃机运行在各自的最佳区域。

Description

气动内燃混合动力发动机

技术领域

本发明涉及动力发动机，具体涉及一种气动内燃混合动力发动机。

背景技术

传统汽车广泛使用内燃机作为动力，消耗大量石油资源，同时排放大量污染尾气，严重危害人类的身体健康。混合动力汽车作为一种节能环保、技术易于实现的动力模式，已经受到越来越多的关注。研究发现，气动发动机工作过程中将会排放出大量的低温、高压的气体，如果直接排入大气，将浪费这部分能量。

中国专利申请“混合动力发动机”(200710067863.0)提出气动和内燃的工作缸为同一工作缸，压缩空气进气管道和内燃机排气管道之间设置一个换热器，以利用内燃机的排气能量。中国专利申请“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”(201010146275.8)提出将燃油缸的排气直接引入气动缸进行二次膨胀。在气动缸上另设一气阀，在燃油缸排气压力过低时对气动缸进行压力补充。这些专利均利用内燃机排气对气动机进气进行加热或给气罐充气，以利用内燃机排气能量。但均未涉及利用气动机排气能量，导致能量白白浪费。

中国专利申请“一种气动-燃油/燃气混合动力汽车采用多缸发动机”(02111983.X)，把部分缸作为气动缸，另一部分缸作为内燃缸，前一级气动缸排气作为后一级气动缸进气，各缸采用共曲轴方式输出动力。该专利利用两级膨胀的方式利用高压气体的能量，但并未利用气动机排气对内燃缸形成增压，且气动缸和内燃缸采用共曲轴的方式，两者转速相同，研究发现，气动机的最优区域在低转速，而内燃机的最优区域在中高转速，共曲轴方式不能使气动缸和内燃缸同时处于最佳运行工况。

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，提供一种利用气动机排气作为部分内燃机进气，且气动机和内燃机能同时处于最佳运行工况的气动内燃混合动力发动机。

本发明是通过以下技术方案实现的：提供一种气动内燃混合动力发动机，包括至少一个气动机和至少一个内燃机；该发动机有一个高压气罐，其出口管路经过截止阀和调压机构连接至气动机进气管；内燃机进气管分别与气动机排气管和一个空气进口连接，气动机曲轴和内燃机曲轴以分曲轴方式通过曲轴耦合机构相连。

作为一种改进，所述空气进口与内燃机进气管之间设置一个压气机，该压气机通过离合器和调速机构与气动机曲轴相连。

作为一种改进，所述内燃机曲轴通过离合器和调速机构与一个压气机相连；该压气机的入口接大气，其出口管路接至高压气罐的高压气体进口。

作为一种改进，所述与高压气罐相接的压气机的出口管路，设置连接至内燃机进气管的旁通管路，旁通管路上设置截止阀和调压机构。

作为一种改进，所述气动机排气管上设一个三通电磁阀门，该三通电磁阀门的一个通道是直接通大气的。

作为一种改进，所述内燃机设废气涡轮增压系统：即在内燃机进气管上设压气机，在排气管上设涡轮机。

作为一种改进，所述曲轴耦合机构是行星排齿轮机构。

与现有技术的相比，本发明的有益效果是：

这种气动内燃混合发动机能够充分利用气动机高压、低温排气，为内燃机形成增压效果，因此可以适当减小内燃机的进气系统中冷器的尺寸；气动机可以在需要的时候带动一个压气机，对空气进行一次增压，再通过废气涡轮增压系统进行二次增压，加大内燃机的进气；同时内燃机可以在需要的时候带动一个压气机，为高压气罐充气，避免高压气罐压力过低。气动机和内燃机通过分曲轴耦合方式连接对外输出动力，这可以将气动机和内燃机运行在各自的最佳区域。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(图中箭头表示气体流动方向)。

图中附图标记为：1内燃机曲轴、2内燃机活塞、3内燃机气缸、4内燃机进气管、5压气机A、6涡轮机、7内燃机排气管、8离合器A、9调速机构A、10压气机B、11截止阀A、12高压气罐 13截止阀B、14调压机构B、15气动机进气管、16气动机气缸、17气动机活塞、18气动机曲轴、19离合器B、20调速机构B、21空气进口、22压气机C、23气动机排气管、24三通电磁阀门、25截止阀C、26调压机构C、27旁通管路、28曲轴耦合机构。

具体实施方式

首先，需要说明的是，本发明中的内燃机不仅限于汽油机、柴油机，还可以是天然气发动机等。下面结合附图对本发明的具体实施方式加以描述。

本发明的气动内燃混合动力发动机结构如图1所示。

气动机有一个气动机气缸16，气动机气缸16设置有进气门、排气门以及气动机曲轴18。进气门通过进气管15依次与调压机构B 14、截止阀B 13、高压气罐12等机构相连。气动机曲轴18通过离合器B19、调速机构B20和压气机C22相连。气动机排气门通过气动机排气管23和内燃机进气管4连接。气动机排气管23上设置有三通电磁阀门24。

内燃机有一个内燃机气缸3，内燃机气缸3至少设置有进气门、排气门以及内燃机曲轴1。内燃机进气门连接内燃机进气管4，内燃机进气管设置有两个进口，分别与气动机排气管23和空气进口21连接。空气进口21与内燃机进气管之间设置压气机C 22。

内燃机还可以在内燃机进气管4和内燃机排气管7上设置一个废气涡轮增压系统，即内燃机进气管4上设压气机A5，在内燃机排气管7上设涡轮机6。内燃机曲轴1通过离合器A 8、调速机构A 9与压气机B 10相连；该压气机B 10的入口接大气，其出口连接高压气罐12。高压气罐12至少有一个高压气体进口以及一个高压气体出口，高压气罐上设置有压力传感器(图中未画出)。如果气动机排气以及压缩机增压已经满足内燃机进气，则可以不设置废气涡轮增压系统。

压气机B 10出口管路设置旁通管路27，旁通管路27上设置截止阀C 25、调压机构C 26，可在需要的时候将压气机B 10出口高压气体引入到内燃机进气管空气进口端中。

气动机曲轴18和内燃机曲轴1可以通过曲轴耦合机构28进行连接，使气动机和内燃机既可以工作在各自的最优区域，又可以工作或者单独输出动力。曲轴耦合机构可以是行星排齿轮机构。

本发明中气动内燃混合动力发动机的运行方式如下：

模式1：

气动机单独推动汽车行驶。此时，高压气罐12通过截止阀B 13、调压机构B 14、气动机进气管15、进气门，向气动机喷射高压气体，推动气动机活塞17下行做功，气体膨胀结束后通过排气门进入气动机排气管23。此时气动机排气管23上的三通电磁阀门24打开，气动机排气直接进入大气。此时，曲轴耦合机构28不工作，气动机曲轴18单独输出动力。该工况下，离合器B 19处于脱离状态，气动机曲轴18与压气机C 22分离，压气机C 22停止工作。

模式2：

内燃机单独推动汽车行驶。此时，气动机排气管23上三通电磁阀门24打开，内燃机可以通过空气进口21以及三通电磁阀门24由大气吸气，内燃机排气通过废气涡轮增压系统使内燃机进气形成一定的增压效果。此时，压力传感器检测高压气罐12的气体压力，若压力低于下限值，则内燃机通过离合器A 8、调速机构A 9带动压气机B 10为高压气罐12充气；若压力高于上限值，则内燃机与压气机B 10分离。调速机构A 9可以根据高压气罐12的压力调节压气机B 10的转速，使压气机B 10出口气体能达到高压气罐12的压力。该过程中旁通管路27上截止阀C 25处于关闭状态，保证高压气体只能进入高压气罐12。

模式3：

气动机和内燃机同时推动汽车行驶。此时，高压气罐12通过截止阀B 13、调压机构B 14、气动机进气管15，向气动机喷射高压气体，推动气动机活塞17下行做功，气体膨胀结束后通过排气门进入气动机排气管23。此时，气动机排气管23上三通电磁阀门24关闭，排气不能直接进入大气。气动机通过离合器B 19、调速装置B 20与压气机C 22分离，使该压气机C 22不形成增压效果。气动机排气管23内气体和空气进口21气体混合后进入废气涡轮增压系统进行增压后，进入内燃机。同时，压力传感器检测高压气罐12的气体压力，若压力低于下限值，则内燃机通过离合器A 8、调速机构A 9带动压气机B 10为高压气罐12充气；若压力高于上限值，则内燃机与压气机B 10分离。调速机构A 9可以根据高压气罐12的压力调节压气机B 10的转速，使压气机B 10出口气体能达到高压气罐12的压力。该过程中旁通管路27上的截止阀C 25处于关闭状态，保证高压气体只能进入高压气罐12。

模式4：

气动机和内燃机同时推动汽车行驶。此时，高压气罐12通过截止阀B 13、调压机构B 14、气动机进气管15，向气动机喷射高压气体，推动气动机活塞17下行做功，气体膨胀结束后通过排气门进入气动机排气管23。此时，气动机排气管23上三通电磁阀门24关闭，排气不能直接进入大气。气动机通过离合器B 19、调速装置B 20带动压气机C 22工作。气动机排气管23内气体和压气机C 22出口气体混合后进入废气涡轮增压系统进行增压后，进入内燃机。同时，压力传感器检测高压气罐12的气体压力，若压力低于下限值，则内燃机通过离合器A 8、调速机构A 9带动压气机B 10为高压气罐12充气；若压力高于上限值，则内燃机与压气机B 10分离。调速机构A 9可以根据高压气罐12的压力调节压气机B 10的转速，使压气机B 10出口气体能达到高压气罐12的压力。该过程中旁通管路27上的截止阀C 25处于关闭状态，保证高压气体只能进入高压气罐12。

模式5：

气动机和内燃机同时推动汽车行驶。此时，高压气罐12通过截止阀B 13、调压机构B 14、气动机进气管15，向气动机喷射高压气体，推动气动机活塞17下行做功，气体膨胀结束后通过排气门进入气动机排气管23。此时，气动机排气管23上三通电磁阀门24关闭，排气不能直接进入大气。气动机通过离合器B 19、调速装置B 20与压气机C 22分离，使该压气机C 22不形成增压效果。此时，旁路管路27上的截止阀25打开，压气机出口高压气体经调压机构C 26调压后，与气动机排气管23排气一起进入到内燃机进气管4中废气涡轮增压系统进行增压后，进入内燃机。同时，压力传感器检测高压气罐12的气体压力，若压力低于下限值，则内燃机通过离合器A 8、调速机构A 9带动压气机B 10为高压气罐12充气；若压力高于上限值，则内燃机与压气机B 10分离。调速机构A 9可以根据高压气罐12的压力调节压气机B 10的转速，使压气机B 10出口气体能达到高压气罐12的压力。

Claims

1.气动内燃混合动力发动机，包括至少一个气动机和至少一个内燃机，其特征在于，该发动机有一个高压气罐，其出口管路经过截止阀和调压机构连接至气动机进气管；内燃机进气管分别与气动机排气管和一个空气进口连接，气动机曲轴和内燃机曲轴以分曲轴方式通过曲轴耦合机构相连。

2.根据权利要求1所述的气动内燃混合动力发动机，其特征在于，所述空气进口与内燃机进气管之间设置一个压气机，该压气机通过离合器和调速机构与气动机曲轴相连。

3.根据权利要求1所述的气动内燃混合动力发动机，其特征在于，所述内燃机曲轴通过离合器和调速机构与一个压气机相连；该压气机的入口接大气，其出口管路接至高压气罐的高压气体进口。

4.根据权利要求3所述的气动内燃混合动力发动机，其特征在于，所述压气机的出口管路设置连接至内燃机进气管的旁通管路，旁通管路上设置截止阀和调压机构。

5.根据权利要求1至4任意一项所述气动内燃混合动力发动机，其特征在于，所述气动机排气管上设一个三通电磁阀门，该三通电磁阀门的一个通道是直接通大气的。

6.根据权利要求1至4任意一项所述气动内燃混合动力发动机，其特征在于，所述内燃机设废气涡轮增压系统：即在内燃机进气管上设压气机，在排气管上设涡轮机。

7.根据权利要求1至4任意一项所述气动内燃混合动力发动机，其特征在于，所述曲轴耦合机构是行星排齿轮机构。