CN103318011B - 一种新型汽车混合动力总成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型汽车混合动力总成系统，即一种可实现零排放且能提高汽车有效行驶距离的动力系统。其技术要点是：高压储气罐通过管道-Ⅰ连接气动马达，管道-Ⅰ上依次安装有手动截止阀、电磁减压阀和电磁截止阀-Ⅰ，气动马达通过气动马达传动轮连接离合器；开关磁阻发电机的转轴两端出机体，一端通过开关磁阻发电机传动轮连接离合器和电动机传动轮，另一端连接风机，电动机传动轮与电动机-Ⅰ相连，电动机-Ⅰ连接超级电容电池；开关磁阻发电机与开关磁阻电动机相连，开关磁阻电动机连接汽车传动轴。

Description

一种新型汽车混合动力总成系统

技术领域

本发明涉及汽车动力系统，具体涉及一种利用空气能及风能的汽车混合动力系统。

背景技术

目前，日常使用的汽车大多是由内燃机或油电混合动力驱动，汽车的使用已成为人类文明的重要象征，在造福人类的同时，也给人们带来了很大的困扰，内燃机汽车消耗大量的石油、天然气等不可再生的能源。同时内燃机汽车造成的环境污染日益严重，内燃机燃烧矿物质燃料产生的大量有害气体随汽车尾气排放到大气中，严重危害了人们的健康。燃烧所排放的大量的二氧化碳气体已成为地球温室效应的主要责任者，同时高温尾气的排放引起了严重的城市热岛效应。

内燃机汽车不仅污染环境而且消耗了大量的不可再生资源，纯电动汽车又存在充电时间长、行驶路程短的问题。浙江大学《空气动力发动机的探索性研究》博士论文的发表及相关研究，为解决上述问题开辟了出路，所述空气动力发动机是利用压缩空气直接驱动汽车发动机，但利用这种纯空气动力的发动机驱动的汽车，存在耗气量大、有效行驶距离短、车速低等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有内燃机汽车存在的浪费资源、污染环境问题，及纯电动汽车、空气动力发动机汽车行驶距离短、速度慢等问题，提供一种新型的混合动力系统。

为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的：

这种汽车混合动力总成系统包括发电部分和动力部分，所述发电部分包括压缩空气发电部分、风能发电部分、电能发电部分和开关磁阻发电机；所述动力部分包括开关磁阻电动机和电动机-Ⅰ；所述压缩空气发电部分包括高压储气罐、手动截止阀、电磁减压阀、电磁截止阀-Ⅰ、气动马达和气动马达传动轮；所述风能发电部分包括风机；所述电能发电部分包括超级电容电池；所述高压储气罐通过管道-Ⅰ连接气动马达，所述管道-Ⅰ上依次安装有手动截止阀、电磁减压阀和电磁截止阀-Ⅰ，所述气动马达通过气动马达传动轮连接离合器；所述开关磁阻发电机的转轴两端出机体，一端通过开关磁阻发电机传动轮连接离合器和电动机传动轮，另一端连接风机，所述电动机传动轮与电动机-Ⅰ相连，所述电动机-Ⅰ连接超级电容电池；所述开关磁阻发电机与开关磁阻电动机相连，所述开关磁阻电动机连接汽车传动轴。

所述高压储气罐上设置有气罐外充气口和气罐车载充气口，所述气罐车载充气口连接一空气压缩机；所述空气压缩机与气动马达通过管道-Ⅱ相连，所述管道-Ⅱ上设置有气动马达排气管出口，通过电磁截止阀-Ⅱ控制开关；所述高压储气罐上设置有安全阀和气压表；所述电动机-Ⅰ和超级电容电池之间设置有电磁开关；所述超级电容电池可为电动机-Ⅰ和开关磁阻电动机供电。

有益效果，以压缩空气和风能作为发动机能源，实现了零排放；压缩空气能、风能和超级电容电池的共同作用于电机，提高了汽车的有效行驶距离。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明所述汽车混合动力总成系统的结构示意图；

图2为本发明所述汽车混合动力总成系统的线路连接示意图；

其中，1为气动马达，2为电磁减压阀，3为手动截止阀，4为电磁截止阀-1，5为气压表，6为安全阀，7为高压储气罐，8为气罐外充气口，9为气罐车载充气口，10为空气压缩机，11为气动马达排气管出口，12为电磁截止阀-Ⅱ，13为气动马达传动轮，14为离合器，15为开关磁阻发电机传动轮，16为电动机传动轮，17为电动机-Ⅰ，18为开关磁阻发电机，19为风机，20为电磁开关，21为开关磁阻发电机控制器，22为电源总开关，23为充电器，24为车载36V锂离子电池，25为变压器，26为电路开关，27为超级电容电池，28为油门踏板，29为开关磁阻电动机控制器，30为开关磁阻电动机，31为开关磁阻电动机输出轴。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1和图2所示，这种新型汽车混合动力总成系统包括发电部分和动力部分，发电部分包括压缩空气发电部分、风能发电部分、电能发电部分和开关磁阻发电机18；动力部分包括开关磁阻电动机30和电动机-Ⅰ17；压缩空气发电部分包括高压储气罐7、手动截止阀3、电磁减压阀2、电磁截止阀-Ⅰ4、气动马达1和气动马达传动轮13；风能发电部分包括风机19；电能发电部分包括超级电容电池27；高压储气罐7通过管道-Ⅰ连接气动马达1，管道-Ⅰ上依次安装有手动截止阀3、电磁减压阀2和电磁截止阀-Ⅰ4，气动马达1的转轴通过气动马达传动轮13连接离合器14；开关磁阻发电机18的转轴两端出机体，一端通过开关磁阻发电机传动轮15连接离合器14和电动机传动轮16，另一端连接风机19，电动机传动轮16与电动机-Ⅰ17相连，电动机-Ⅰ17连接超级电容电池27；开关磁阻发电机18与开关磁阻电动机30相连，开关磁阻电动机30连接汽车传动轴。高压储气罐7上设置有气罐外充气口8和气罐车载充气口9，气罐车载充气口9连接空气压缩机10。空气压缩机10与气动马达1通过管道-Ⅱ相连，管道-Ⅱ上设置有气动马达排气管出口11，通过电磁截止阀-Ⅱ12控制开关。

高压储气罐7为气压30-70MPa壁厚5mm的铝合金内胆碳纤维全缠绕复合式高压储气罐。高压储气罐7有两个开口，一个是进气口，进气口设置有气罐外充气口8和气罐车载充气口9，另一个是出气口，出气口设置有手动截止阀3，由驾驶员手动开关，手动截止阀3后适当位置安装电磁减压阀2，电磁减压阀2后适当位置安装电磁截止阀-Ⅰ4，管道-Ⅰ的出口接气动马达1的进气口。开车时，驾驶员打开手动截止阀3，插入启动钥匙打开电源总开关22，电磁减压阀2和电磁截止阀-Ⅰ4自动打开，气动马达1工作，继而带动开关磁阻发电机18发电，为汽车提供电源，停车时关闭手动截止阀3，气源截断，拔下钥匙后电磁减压阀2和电磁截止阀-Ⅰ4自动关闭。电磁减压阀2的作用是把30-70MPa的压缩空气减压至气动马达的工作压力。电磁截止阀-Ⅰ4的作用是当开关磁阻发电机18的转速超过额定转速20%时自动关闭气源，当开关磁阻发电机18转速低于额定转速时自动打开气源。高压储气罐7上安装有安全阀6和气压表5，安全阀6的作用是当储气罐压力升高时自动减压保证安全，气压表显示容器的压力大小。高压储气罐7上或手动截止阀3和储气罐之间的管道上有压力传感器，并在驾驶室仪表上显示气压大小。

汽车电源总开关22闭合时，电路开关26自动闭合，空气压缩机10启动，把气动马达1出气口的气体重新压缩到高压储气罐7，选择气动马达1和空气压缩机10时两者要匹配，保证气体能够顺利循环。当气动马达1停止工作时，根据高压储气罐7压力传感器显示压力大小确定空气压缩机10工作与否，气压不足时空气压缩机10继续工作，同时电磁截止阀-Ⅱ12打开，气压足时空气压缩机10停止工作，电磁截止阀-Ⅱ12关闭。当压缩机不正常工作时，电磁截止阀-Ⅱ12自动打开，满足气动马达1正常运转。

离合器14和电磁阀截止阀-Ⅰ4同步工作，由同一汽车控制器控制。当开关磁阻发电机18转速超过额定转速20%时，离合器14与气动马达传动轮13分离，电磁截止阀-Ⅰ4自动关闭，气动马达1停止转动，同时离合器14与开关磁阻发电机传动轮15结合，电磁开关20自动闭合，电动机-Ⅰ17启动。汽车行驶时的高速气流带动风机19的叶片转动，开关磁阻发电机18变成了风力发电机，由风能发电，此时由风机19和电动机-Ⅰ17共同为开关磁阻发电机18提供动力。在气动马达1停止工作的过程中，超级电容电池27自动放电为电动机-Ⅰ17及开关磁阻电动机30供电，电动机-Ⅰ17带动开关磁阻发电机18继续正常发电，当开关磁阻发电机18转速低于额定转速时，离合器14与开关磁阻发电机传动轮15分离并与气动马达传动轮13结合，电磁截止阀-Ⅰ4自动打开，气动马达1启动带动开关磁阻发电机18发电，超级电容电池27处于充电状态。

气动马达1为活塞式气动马达，要求耗气量小，转矩、转速满足开关磁阻发电机18的正常发电。气动马达1可参照柴油发动机气缸原理设计，不同的是将柴油机喷油器换成压缩空气进气喷嘴，在做功行程时压缩空气通过喷嘴进入气缸膨胀做功，吸气行程进气口的进气采用缸外加热后进入气缸，以提高气动马达的工作效益。

开关磁阻发电机18具有效率高、可控参数多、起动电流小、起动转矩大、具有无级变速、正反转的特性，能很好的适用于汽车行驶的特殊工作环境。因此本发明选用的是开关磁阻发电机，其额定功率、额定转矩、额定转速、最高转速由汽车具体要求而定。开关磁阻发电机18的励磁采用自励式，励磁电源由车载36V锂离子电池24提供，电压由变压器25升压到220V。车载36V锂离子电池24上设置有充电器23，整个系统电源为直流电源。同时，车载36V锂离子电池24为开关磁阻发电机控制器21、开关磁阻电动机控制器29及所有电磁阀电磁开关和汽车仪表提供电源，汽车空调、车载36V锂离子电池24和车载空气压缩机10的电源由开关磁阻发电机18提供。

开关磁阻电动机输出轴31连接汽车的传动装置，汽车的快慢由传统油门踏板28控制，油门踏板28的实质是无级变速器，用以控制开关磁阻电动机30的电流大小而实现，踏下踏板，电流增大汽车加速，松开踏板电流减小汽车减速。倒车有两种方法，一是现有汽车的传统模式通过倒当位来实现，二是输入倒车信号，由开关磁阻电动机控制器29改变电动机相绕组通电顺序实现开关磁阻电动机30反转，从而实现汽车的倒车。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种新型汽车混合动力总成系统，包括发电部分和动力部分，其特征在于，所述发电部分包括压缩空气发电部分、风能发电部分、电能发电部分和开关磁阻发电机；所述动力部分包括开关磁阻电动机和电动机-Ⅰ；所述压缩空气发电部分包括高压储气罐、手动截止阀、电磁减压阀、电磁截止阀-Ⅰ、气动马达和气动马达传动轮；所述风能发电部分包括风机；所述电能发电部分包括超级电容电池；所述高压储气罐通过管道-Ⅰ连接气动马达，所述管道-Ⅰ上依次安装有手动截止阀、电磁减压阀和电磁截止阀-Ⅰ，所述气动马达通过气动马达传动轮连接离合器；所述开关磁阻发电机的转轴两端出机体，一端通过开关磁阻发电机传动轮连接离合器和电动机传动轮，另一端连接风机，所述电动机传动轮与电动机-Ⅰ相连，所述电动机-Ⅰ连接超级电容电池；所述开关磁阻发电机与开关磁阻电动机相连，所述开关磁阻电动机连接汽车传动轴，高压储气罐上设置有气罐外充气口和气罐车载充气口，所述气罐车载充气口连接一空气压缩机。

2.根据权利要求1所述的一种新型汽车混合动力总成系统，其特征在于，所述空气压缩机与气动马达通过管道-Ⅱ相连，所述管道-Ⅱ上设置有气动马达排气管出口，通过电磁截止阀-Ⅱ控制开关。

3.根据权利要求1所述的一种新型汽车混合动力总成系统，其特征在于，所述高压储气罐上设置有安全阀和气压表。

4.根据权利要求1所述的一种新型汽车混合动力总成系统，其特征在于，所述电动机-Ⅰ和超级电容电池之间设置有电磁开关。

5.根据权利要求1所述的一种新型汽车混合动力总成系统，其特征在于，所述超级电容电池可为电动机-Ⅰ和开关磁阻电动机供电。