CN103358883A - 一种混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统 - Google Patents

一种混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统，属混合动力电动汽车领域。系统主要由联接在混合动力系统中的电机/发电机轴端部的动力涡轮减速器，接受来自发动机涡轮增压器产生的压缩气体和车辆高速行驶由集气罩汇流形成的冲压空气，通过动力涡轮膨胀作功而驱动电机/发电机旋转，成为混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统。该技术具有比传统的混合动力系统明显的节能和环保优势，适用于安装在混合动力车上更大程度地减少能耗和降低排放。

Description

一种混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统
技术领域
本发明公开了一种混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统，属混合动力电动汽车领域。系统主要由联接在混合动力系统中的电机/发电机轴端部的动力涡轮减速器，接受来自发动机涡轮增压器产生的压缩气体和车辆高速行驶由集气罩汇流形成的冲压空气，通过动力涡轮膨胀作功而驱动电机/发电机旋转，成为混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统。
这种混合动力系统以内燃机为主动力，电机/发电机为辅助动力，两者的动力分配比约5～9∶1，而电机/发电机又利用发动机废气能量和车辆高速行驶产生的空气动压助力驱动。
该技术具有比传统的混合动力系统明显的节能和环保优势，适用于安装在混合动力车上更大程度地减少能耗和降低排放。
背景技术
目前世界上很多发达国家都在大力研发各种节能环保的新能源汽车，而混合动力汽车现已成为引导新能源汽车发展的一个重要方向，尤以本田公司研发的轿车用Insight混合动力系统现已在日本和美国的汽车市场形成商业化生产。丰田公司Prius混联式动力系统、奥迪DU0III混合动力系统等也是非常有代表性的轿车用混合动力系统。我国现有很多轿车和大客车厂家也都在积极研发混合动力车，有的已小批量投放市场，诸如重庆恒通客车公司等。
但是，现有的各种排量的混合动力汽车，无论是采用微混合、轻混合、全混合或可外接电源充电混合动力(PHEV)的哪种方式，无论是轿车或客车，都没有很好地对发动机废气能量和车辆高速行驶产生的空气动压加以综合利用。
本发明是由联接在混合动力系统中的电机/发电机轴端部的动力涡轮减速器，接受来自发动机涡轮增压器产生的压缩气体和车辆高速行驶由集气罩汇流形成的冲压空气，通过动力涡轮膨胀作功而驱动电机/发电机旋转，成为混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统，适用于安装在混合动力车上。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统，使发动机的能量得到最大程度的利用，具有比传统的混合动力系统明显的节能和环保优势，适用于各种混合动力车。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统，由通过离合器联接在混合动力系统中的电机/发电机轴端部的动力涡轮减速器、电机/发电机、发动机、二级涡轮增压器、集气罩、三通汇流器、传动装置、离合器、空滤器、消声器、控制器、电池等组成，动力驱动系统设计成单轴式并联混合动力系统。
车辆中、高速，中等负荷行驶时，助力驱动系统中的动力涡轮减速器，接受来自发动机废气能量驱动涡轮增压器高速旋转在压气机中产生的压缩气体以及空气经集气罩汇流形成的冲压空气，汇合后进入动力涡轮中膨胀作功而驱动电机/发电机旋转，成为混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统；动力涡轮出口排出的冷却气体进入发动机舱内冷却发动机及其热管理系统。
附图说明
图1是本发明的一种单轴式并联混合动力系统中的电机/发电机助力驱动系统原理图
图2是本发明的动力涡轮一级齿轮传动减速器图
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的具体实施例。如图1所示，一种混合动力系统中的电机/发电机13助力驱动系统，包括由动力涡轮减速器15、电机/发电机13、发动机7、二级涡轮增压器5、集气罩1、三通汇流器3、传动装置10、离合器14、空滤器4、消声器6、控制器12、电池11等组成。动力驱动系统设计为单轴式并联混合动力系统，电机/发电机13的转矩通过传动装置10与发动机7的转矩在变速器8前进行复合，传到后驱动桥9上的功率为两者之和，亦转矩复合方式。其系统设计特征及热力流程为：
电机/发电机13一端的轴端部通过离合器14与动力涡轮减速器15连接，另一端的轴端部通过传动装置10与发动机7输出轴连接。
利用发动机7废气能量的热力流程通路是，发动机7排气口连接二级涡轮增压器5，二级涡轮增压器5的涡轮机排气口连接消声器6；对已增压中冷的发动机7，二级涡轮增压器5以串联方式连接于已增压中冷发动机7的排气口之后，然后再与消声器6连接；二级涡轮增压器5的压气机进口连接空滤器4，出口连接三通汇流器3。
利用空气动压的热力流程通路是，动压空气由集气罩1进入，集气罩进口设置空气过滤芯2，出口连接三通汇流器3。
由三通汇流器3将两路压缩气体通路汇成一路后再与动力涡轮减速器15的动力涡轮17入口连接。
三通汇流器3的出口引出一控制管路18连接离合器14，控制离合器14的结合一分离。
车辆中、高速，中等负荷行驶时，三通汇流器3出口管路的压力增大，离合器14结合，动力涡轮减速器15中的动力涡轮17入口接受来自两路的压缩气体；一路由发动机7废气能量驱动二级涡轮增压器5高速旋转，在二级涡轮增压器5的压气机中产生压缩气体而进入三通汇流器3；另一路由车辆行驶中产生的动压空气经集气罩1形成亚音速以上的冲压空气后进入三通汇流器3；而后，两路压缩气体汇合进入动力涡轮减速器15的动力涡轮17中膨胀作功而驱动电机/发电机13旋转，成为混合动力系统中的电机/发电机13助力驱动系统；动力涡轮17出口排出的冷却气体进入发动机7舱内冷却发动机7及其热管理系统，也可以根据不同车辆的使用情况，将进入动力涡轮17前的压缩气体冷却后再进入动力涡轮17中膨胀作功，输出冷气作为空调用。
车辆怠速或低速行驶，低负荷时，三通汇流器3出口管路的压力减小，离合器14脱开，混合动力系统维持原有的混合动力驱动方式。
图1中，对已增压中冷的发动机7，二级涡轮增压器5与发动机7自身所配的一级涡轮增压器的涡轮当量流通面积之比为1.6～2.2，二级涡轮增压器5的涡轮入口安装有可调有叶喷嘴环，可调有叶喷嘴的几何参数改变通过二级涡轮增压器5压气机的输出压力反馈到涡轮机自动控制。
由于插入二级涡轮增压器要5产生排气阻损和二级涡轮增压器5本身所具有的消声作用，消声器6设计为小阻损消声器。
图1中的动力涡轮减速器15中的减速器，可根据使用车辆的情况采取行星齿轮传动减速器16或图2中的一级齿轮传动减速器19方式输出动力。
本发明的电机/发电机13助力驱动系统在一台125kw的增压中冷柴油发动机和一台25kw的电机/发电机组成的单轴式并联混合动力客车上使用的综合效果是显著的。

Claims (3)

1.一种混合动力系统中的电机/发电机(13)助力驱动系统，包括由动力涡轮减速器(15)、电机/发电机(13)、发动机(7)、二级涡轮增压器(5)、集气罩(1)、三通汇流器(3)、传动装置(10)、离合器(14)、空滤器(4)、消声器(6)、控制器(12)、电池(11)等组成；动力驱动系统设计为单轴式并联混合动力系统，电机/发电机(13)的转矩通过传动装置(10)与发动机(7)的转矩在变速器(8)前进行复合，传到后驱动桥(9)上的功率为两者之和，亦转矩复合，其系统设计及热力流程的特征在于：
电机/发电机(13)一端的轴端部通过离合器(14)与动力涡轮减速器(15)连接，另一端的轴端部通过传动装置(10)与发动机(7)输出轴连接；
利用发动机(7)废气能量的热力流程通路为，发动机(7)排气口连接二级涡轮增压器(5)，二级涡轮增压器(5)的涡轮机排气口连接消声器(6)；对已增压中冷的发动机(7)，二级涡轮增压器(5)以串联方式连接于已增压中冷发动机(7)的排气口之后，然后再与消声器(6)连接；二级涡轮增压器(5)的压气机进口连接空滤器(4)，出口连接三通汇流器(3)；
利用空气动压的热力流程通路为，动压空气由集气罩(1)进入，集气罩(1)进口设置空气过滤芯(2)，出口连接三通汇流器(3)；
由三通汇流器(3)将两路压缩气体通路汇成一路后再与动力涡轮减速器(15)的动力涡轮(17)入口连接；
三通汇流器(3)的出口引出一控制管路(18)连接离合器(14)，控制离合器(14)的结合-分离；
车辆中、高速，中等负荷行驶时，三通汇流器(3)出口管路的压力增大，离合器(14)结合，动力涡轮减速器(15)中的动力涡轮(17)入口接受来自两路的压缩气体：一路由发动机(7)废气能量驱动二级涡轮增压器(5)高速旋转，在二级涡轮增压器(5)的压气机中产生压缩气体而进入三通汇流器(3)；另一路由车辆行驶中产生的动压空气经集气罩(1)形成亚音速以上的冲压空气后进入三通汇流器(3)；而后，两路压缩气体汇合进入动力涡轮减速器(15)的动力涡轮(17)中膨胀作功而驱动电机/发电机(13)旋转，成为混合动力系统中的电机/发电机(13)助力驱动系统；动力涡轮(17)出口排出的冷却气体进入发动机(7)舱内冷却发动机(7)及其热管理系统，也可以根据不同车辆的使用情况，将进入动力涡轮(17)前的压缩气体冷却后再进入动力涡轮(17)中膨胀作功，输出冷气作为空调用；
车辆怠速或低速行驶，低负荷时，三通汇流器(3)出口管路的压力减小，离合器(14)脱开，混合动力系统维持原有的混合动力驱动方式。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力系统中的电机/发电机(13)助力驱动系统，其特征在于：
对已增压中冷的发动机(7)，二级涡轮增压器(5)与发动机(7)自身所配的一级涡轮增压器的涡轮当量流通面积之比为1.6～2.2，二级涡轮增压器(5)的涡轮入口安装有可调有叶喷嘴环；
由于插入二级涡轮增压器(5)要产生排气阻损和二级涡轮增压器(5)本身所具有的消声作用，消声器(6)设计为小阻损消声器。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力系统中的电机/发电机(13)助力驱动系统，其特征在于，
动力涡轮减速器(15)中的减速器，可根据使用车辆的情况采取行星齿轮传动减速器(16)或一级齿轮传动减速器(19)方式输出动力。
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