CN108386271A - 一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统 - Google Patents

一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108386271A
CN108386271A CN201810188934.0A CN201810188934A CN108386271A CN 108386271 A CN108386271 A CN 108386271A CN 201810188934 A CN201810188934 A CN 201810188934A CN 108386271 A CN108386271 A CN 108386271A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
solenoid valve
piston
natural gas
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810188934.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108386271B (zh
Inventor
李健
张红光
田亚明
侯孝臣
赵腾龙
张梦茹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201810188934.0A priority Critical patent/CN108386271B/zh
Publication of CN108386271A publication Critical patent/CN108386271A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108386271B publication Critical patent/CN108386271B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B23/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01B23/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0215—Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
    • H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts
    • H02K7/1884—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts structurally associated with free piston engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • F02B2043/103—Natural gas, e.g. methane or LNG used as a fuel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统，属于能源动力机械领域。该系统主要包括余压回收系统、蓄能充电系统、燃料供给系统、采集控制系统、传动系统五部分。本发明提出一种新型自由活塞直线电机的集成单元作为能量回收转化和减压装置，并基于该装置设计了一套新型的车用气电混合动力系统，该系统可将压缩天然气汽车燃气输送管道中的余压能转化为电能进行存储，并用于整车供电和驱动电机，电机工作输出转矩经转矩耦合装置与发动机的转矩相耦合，共同作为汽车动力输出，可大大提高天然气汽车的行驶里程。

Description

一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统
技术领域
本发明涉及一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统，可将压缩天然气汽车或者油气混合动力汽车中天然气传输过程中的余压能回收利用，转化为电能用于动力输出，属于能源动力机械领域。
背景技术
作为油气混合动力汽车或者纯压缩天然气汽车，天然气的存储压力要远远高于其进入发动机的燃烧压力，通常的做法是用调压器进行减压后再进行使用。在节流降压过程中，其压降完全消耗在克服流动阻力上，天然气在流动过程中没有推动任何机械做功，压力能未得到回收。另一方面气体燃料的能量密度低，天然气汽车携带的燃料量较少，一般行驶距离较汽油或柴油车短。由于气体燃料在汽缸中的可燃混合气里占有一定的容积(汽油机汽缸中流体燃料所占容积忽略不计)，在同样的气缸工作容积下，用天然气作燃料时作的功少。而目前用的天然气发动机大多是由原汽油机改装的，因而汽油车在改用天然气后功率往往会下降10％～20％左右，这就是司机所说的爬坡没劲、加速响应慢等现象。一般柴油汽车如果用"双燃料"方式改装燃用天然气，则不会出现这种现象，但改装件的结构较为复杂。且目前的天然气汽车是在原来的汽油车或柴油车的基础上改装的，原来汽油机或柴油机的燃料系统大多保留。这样，要在原汽车的系统上增加天然气燃料系统，特别是气瓶使原来的汽车的有效空间减少，本身的自重也增加了。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述传统油气混合动力汽车或者纯压缩天然气汽车的不足，提出一种新型自由活塞直线电机集成单元作为能量回收转化和减压装置，并基于该装置设计了一套新型的车用气电混合动力系统，该系统可将压缩天然气汽车燃料输送管道中的余压能转化为电能进行存储，并用于整车供电和驱动电机，电机工作输出转矩经转矩耦合装置与发动机的转矩相耦合，共同作为汽车动力输出。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术解决方案：
该系统主要包括：余压回收系统、蓄能充电系统、燃料供给系统、采集控制系统、传动系统五部分；具体为包括天然气储气罐(1)、加气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)、减压器(5)、转换开关(6)、电控调压器(7)、自由活塞直线电机集成单元(8)、低压燃气滤清器(9)、混合器(10)、ECU(11)、点火模块(12)、点火线圈(13)、发动机(14)、喷射阀及共轨(15)、蓄电池组(16)、驱动电机(17)、稳压阀(18)、分流器(19)、第一电磁阀(20)、第二电磁阀(21)、第三电磁阀(22)、第四电磁阀(23)、第一三通阀(24)、第二三通阀(25)、第一流量计(26)、第二流量计(27)、自由活塞气缸(28)、活塞(29)、活塞动子连杆组件(30)、直线发电机定子(31)、支撑架(32)、永磁式圆筒直线电机(33)、位移传感器(34)、信息采集模块(35)、整流器(36)、功率转换器(37)、电机控制器(38)、转矩耦合装置(39)、传动装置(40)、车轮(41)、第一温度传感器(42)、第一压力传感器(43)、第二压力传感器(44)、第二温度传感器(45)、第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)、第四压力传感器(48)、第四温度传感器(49)、氧传感器(50)、离合器(51)、直线发电机动子(52)；
按照气体整体走向，天然气储气罐(1)依次通过管路与加气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)、减压器(5)连接，减压器(5)经由第一温度传感器(42)、第一压力传感器(43)与转换开关(6)连接，转换开关(6)分别与电控调压器(7)和稳压阀(18)连接，稳压阀(18)与分流器(19)连接，分流器(19)分别与第二电磁阀(21)、第三电磁阀(22)连接；第二电磁阀(21)与第一三通阀(24)连接，第一三通阀(24)通过第一流量计(26)并经由第二压力传感器(44)、第二温度传感器(45)与自由活塞气缸(28)的B端连接，同时第三电磁阀(22)与第二三通阀(25)连接，第二三通阀(25)通过第二流量计(27)并经由第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)与自由活塞气缸(28)的A端连接；自由活塞气缸(28)内设有活塞(29)；第一三通阀(24)和第一电磁阀(20)连接，第二三通阀(25)与第四电磁阀(23)连接，第一电磁阀(20)和第四电磁阀(23)连接汇总后与电控调压器(7)连接，电控调压器(7)依次与低压燃气滤清器(9)、混合器(10)、喷射阀及共轨(15)连接，喷射阀及共轨(15)经由第四温度传感器(49)、第四压力传感器(48)、氧传感器(50)与发动机(14)连接，上述所述连接均为管路连接，形成进排气管路；
发动机(14)与离合器(51)连接，驱动电机(17)与离合器(51)分别与转矩耦合装置(39)连接进行转矩相耦合，然后与传动装置(40)连接，传动装置(40)与车轮(41)连接，作为动力输出，上述连接均为传动轴连接；
在自由活塞气缸(28)的A端，与自由活塞气缸(28)内的活塞(29)通过活塞动子连杆组件(30)与直线发电机动子(52)固定连接在一起，直线发电机动子(52)位于永磁式圆筒直线电机(33)中心，直线发电机定子(31)采用支撑架(32)固定，在直线发电机定子(31)外侧设有位移传感器(34)；直线发电机定子(31)依次与整流器(36)、功率转换器(37)、蓄电池组(16)连接，将直线发电机定子(31)产生的电储存到蓄电池组(16)中，蓄电池组(16)通过电机控制器(38)和驱动电机(17)连接，上述所述连接为电路连接；
第一流量计(26)、第二流量计(27)、第一温度传感器(42)、第一压力传感器(43)、第二压力传感器(44)、第二温度传感器(45)、第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)、第四压力传感器(48)、第四温度传感器(49)、氧传感器(50)、位移传感器(34)分别与信息采集模块(35)连接，上述连接组成为采集线路；
点火模块(12)通过点火线圈(13)与发动机(14)连接，点火模块(12)、高压电磁阀(4)、减压器(5)、电控调压器(7)、喷射阀及共轨(15)、电机控制器(38)、第一电磁阀(20)、第二电磁阀(21)、第三电磁阀(22)、第四电磁阀(23)分别与ECU(11)连接，上述连接形成控制线路；信息采集模块(35)与ECU(11)连接，将采集的数据信息反馈给ECU(11)，使得ECU(11)能够精确控制上述这些部件；
与现有技术方案相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提出一种新型自由活塞直线电机集成单元作为能量回收转化装置，并基于该装置设计了一套新型的车用气电混合动力系统，相比传统油气混合动力汽车或者纯压缩天然气汽车，该系统结构简单，占用体积小，大大减轻系统装置的自重。
2、本发明的余压回收系统采用新型自由活塞直线电机作为能量转化装置，其结构紧凑简单、机电一体化程度高、机械损失小，能量转化效率高；活塞的运动通过电磁阀的通断控制，具有控制简单，精度高等优点，且该装置启动过程方便快捷，不需要附加额外的启动装置。
3、本发明中余压回收系统直接将压缩天然气汽车燃料输送管道中的余压能转化为电能进行存储，并用于整车供电和驱动电机，电机工作输出转矩经转矩耦合装置与发动机的转矩相耦合，共同作为汽车动力输出。无需消耗额外的能量，大大降低了能耗，相比传统油气混合动力汽车或者纯压缩天然气汽车，可大大提高车辆行驶里程和动力扭矩。
4、本发明使用天然气和电能作为动力来源，都属于清洁能源，该系统排放污染大大低于以汽油或柴油为燃料的汽车，尾气中不含硫化物和铅等，具有环保效益和经济效益等优势。
附图说明
图1是车用气电混合动力系统工作原理示意图
图2是利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统装置部分实物连接关系示意图；
图中：1、天然气储气罐；2、加气阀；3、高压燃气滤清器；4、高压电磁阀；5、减压器；6、转换开关；7、电控调压器；8、自由活塞直线电机集成单元；9、低压燃气滤清器；10、混合器；11、ECU；12、点火模块；13、点火线圈；14、发动机；15、喷射阀及共轨；16、蓄电池组；17、驱动电机；18、稳压阀；19、分流器；20、第一电磁阀；21、第二电磁阀；22、第三电磁阀；23、第四电磁阀；24、第一三通阀；25、第二三通阀；26、第一流量计；27、第二流量计；28、自由活塞气缸；29、活塞；30、活塞动子连杆组件；31、直线发电机定子；32、支撑架；33、永磁式圆筒直线电机；34、位移传感器；35、信息采集模块；36、整流器；37、功率转换器；38、电机控制器；39、转矩耦合装置；40、传动装置；41、车轮；42、第一温度传感器；43、第一压力传感器；44、第二压力传感器；45、第二温度传感器；46、第三温度传感器；47、第三压力传感器；48、第四压力传感器；49、第四温度传感器；50、氧传感器；51、离合器；52、直线发电机动子。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1、2所示，一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统，该系统主要包括余压回收系统、蓄能充电系统、燃料供给系统、采集控制系统、传动系统五部分。上述的余压回收系统包括：稳压阀(18)、分流器(19)、第一电磁阀(20)、第二电磁阀(21)、第三电磁阀(22)、第四电磁阀(23)、第一三通阀(24)、第二三通阀(25)、第一流量计(26)、第二流量计(27)、自由活塞气缸(28)、活塞(29)、活塞动子连杆组件(30)、直线发电机定子(31)、直线发电机动子(52)、支撑架(32)、永磁式圆筒直线电机(33)、位移传感器(34)、第二压力传感器(44)、第二温度传感器(45)、第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)；上述蓄能充电系统包括：直线发电机定子(31)、整流器(36)、功率转换器(37)、蓄电池组(16)；上述燃料供给系统包括：天然气储气罐(1)、加气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)、减压器(5)、转换开关(6)、电控调压器(7)、自由活塞直线电机集成单元(8)、低压燃气滤清器(9)、混合器(10)、发动机(14)、喷射阀及共轨(15)；上述采集控制系统包括：ECU(11)、点火模块(12)、点火线圈(13)、信息采集模块(35)、高压电磁阀(4)、减压器(5)、电控调压器(7)、喷射阀及共轨(15)、电机控制器(38)、电磁阀(20、21、22、23)温度传感器(42、45、46、49)、压力传感器(43、44、47、48)、氧传感器(50)、位移传感器(34)、流量计(26、27)；上述传动系统包括：发动机(14)、驱动电机(17)、离合器(51)、电机控制器(38)、转矩耦合装置(39)、传动装置(40)、车轮(41)。
上述一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统各部件的连接关系是：
上述余压回收系统各部件连接关系为：气缸A端进气管道上依次布置有稳压阀(18)、分流器(19)、第三电磁阀(22)、第二三通阀(25)、第二流量计(27)、第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)、自由活塞气缸(28)，各部件通过管路首尾相连；气缸B端进气管道上依次布置有稳压阀(18)、分流器(19)、第二电磁阀(21)、第一三通阀(24)、第一流量计(26)、第二压力传感器(44)、第二温度传感器(45)，各部件通过管路首尾相连；气缸A端排气管路上依次布置有自由活塞气缸(28)、第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)、第二流量计(27)、第二三通阀(25)、第四电磁阀(23)，各部件通过管路首尾相连；气缸B端排气管路上依次布置有自由活塞气缸(28)、第二压力传感器(44)、第二温度传感器(45)、第一流量计(26)、第一三通阀(24)、第一电磁阀(20)，各部件通过管路首尾相连。
上述蓄能充电系统各部件连接关系为：整流器(36)一端与直线发电机定子(31)相连，另一端与功率转换器(37)相连；功率转换器(37)、蓄电池组(16)通过线路依次相连接。
上述燃料供给系统各部件连接关系为：转换开关(6)一端与减压器(5)相连接，另一端分别与余压回收系统中的稳压阀(18)和电控调压器(7)通过管路相连接；电控调压器(7)分别与余压回收系统中的第一电磁阀(20)、第四电磁阀(23)、转换开关(6)和低压燃气滤清器(9)通过管路相连接；天然气储气罐(1)、加气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)、减压器(5)通过管路依次相连接；低压燃气滤清器(9)、混合器(10)、喷射阀及共轨(15)、发动机(14)通过管路依次相连接。
上述采集控制系统各部件连接关系为：第一温度传感器(42)和第一压力传感器(43)一端安装在减压器(5)与转换开关(6)之间的管路上，另一端与信息采集模块(35)相连接；第二压力传感器(44)和第二温度传感器(45)一端安装在第一流量计(26)与自由活塞气缸(28)之间的管路上，另一端与信息采集模块(35)相连接；第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)一端安装在第二流量计(27)与自由活塞气缸(28)之间的管路上，另一端与信息采集模块(35)相连接；第四压力传感器(48)、第四温度传感器(49)和氧传感器(50)一端安装在喷射阀及共轨(15)与发动机(14)之间管路上，另一端与信息采集模块(35)相连接；第一流量计(26)安装在第一三通阀(24)与自由活塞气缸(28)B端的管路之间；第二流量计(27)安装在第二三通阀(25)与自由活塞气缸(28)A端的管路之间；信息采集模块(35)与ECU(11)相连，将采集到的信息存储并传递给ECU(11)；点火线圈(13)一端与点火模块(12)相连，另一端安装在发动机(14)上；位移传感器(34)一端固定在支撑架(32)上，另一端与信息采集模块(35)相连接；ECU(11)分别与电磁阀(20、21、22、23)、点火模块(12)、高压电磁阀(4)、减压器(5)、电控调压器(7)、喷射阀及共轨(15)、电机控制器(38)相连，通过接收信息采集模块(35)的信息，精确控制这些部件。
上述传动系统各部件连接关系为：发动机(14)、离合器(51)、转矩耦合装置(39)、传动装置(40)、车轮(41)通过传动轴依次相连接；驱动电机(17)一端与电机控制器(38)相连，另一端与转矩耦合装置(39)相连接。
以下结合附图详细说明该系统的工作原理：
动力输出方式一：充气站将天然气通过充气阀(2)充入天然气储气罐(1)至20-25MPa进行存储。当使用天然气作燃料时，高压电磁阀(4)打开，储气罐(1)内的高压天然气经过高压管路上的充气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)进入减压器(5)进行减压。高压电磁阀(4)的开合由ECU(11)控制,减压器(5)的作用是将高压的压缩天然气经过减压加热将压力调整至1MPa左右。高压天然气在减压过程中由于减压膨胀,需要吸收大量的热量,为防止减压器结冰,从发动机(14)中将发动机冷却液引出到减压器(5)对燃气进行加热。经减压后的天然气通过低压管路经过转换开关(6)进入电控调压器(7)，电控调压器(7)的作用是根据发动机(14)运行工况精确控制天然气的压力。天然气经过电控调压器(7)调节到所需的压力，然后经过低压燃气滤清器(9)过滤后进入混合器(10)，使天然气与空气均匀混合，满足发动机(14)不同工况的使用要求，最后通过喷射阀及共轨(15)将混合燃气喷入发动机(14)缸内，经点火线圈(13)点燃进行燃烧,点火线圈(13)的点火时刻由ECU(11)控制。燃料燃烧释放能量推动发动机活塞上下运动，从而进行动力输出，此时驱动电机(17)不工作。此为第一种动力输出方式，即纯压缩天然气动力输出模式。
动力输出方式二：充气站将天然气通过充气阀(2)充入天然气储气罐(1)至20-25MPa进行存储。当使用天然气作燃料时，高压电磁阀(4)打开，储气罐(1)内的高压天然气通过高压管路上的充气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)进入减压器(5)减压至1MPa左右。经减压后的天然气通过低压管路经过转换开关(6)进入自由活塞直线电机集成单元(8)，通过ECU对电磁阀(20、21、22、23)的控制，使天然气交替进入自由活塞气缸(28)A、B两侧气缸内，利用天然气压力推动活塞(29)往复运动，活塞(29)往复运动过程中，通过活塞动子连杆组件(30)带动永磁式圆筒直线电机动子做切割磁感线运动产生电能，产生的电能经过整流器(36)和功率转换器(37)存储于蓄电池组(16)中，用于驱动电机(17)和整车供电。进入自由活塞直线电机集成单元(8)的天然气做功后，排出自由活塞气缸(28)进入电控调压器(7)，经电控调压器(7)调整压力，然后经过低压燃气滤清器(9)过滤、混合器(10)中与空气均匀混合，最后通过喷射阀及共轨(15)喷入发动机(14)缸内，经点火线圈(13)点燃进行燃烧,燃料燃烧释放能量推动发动机(14)活塞上下运动，输出动力。存储于蓄电池组(16)中的电能经电机控制器(38)控制驱动电机(17)运转，输出转矩。转矩耦合装置(39)将发动机(14)和驱动电机(17)的转矩耦合后，通过传动装置(40)传递到车轮(41)，驱动汽车运动，此时驱动电机(17)和发动机(14)同时工作。此为第二种动力输出方式，即气电混合动力输出模式。
第一种和第二种动力输出方式可根据不同工作条件，通过转换开关自由调节。
自由活塞直线电机集成单元工作原理：该装置将单活塞双作用的自由活塞气缸(28)与一台永磁式圆筒直线电机(33)耦合，通过输入的高压天然气推动活塞(29)往复运动，带动直线发电机的动子做往复切割磁感线的运动，从而将天然气所携带的能量转化为电能输出，用于驱动电机(17)和整车供电。装置开始工作时，第三电磁阀(22)打开，第四电磁阀(23)闭合，第一电磁阀(20)打开，第二电磁阀(21)闭合，经减压器(5)减压后的天然气(1MPa左右)通过第三电磁阀(22)所在进气管路，从自由活塞气缸A端快速充入缸内，推动自由活塞(29)由气缸A端向B端运动，做功后的天然气从自由活塞气缸B端排出，通过第一电磁阀(20)所在排气管路排出进入电控调压器(7)种。通入一定时间t秒后，第三电磁阀(22)闭合，电磁阀(20、21、23)状态不变，气体在缸内自由膨胀，继续推动活塞(29)运动。当活塞(29)运动到自由活塞气缸B端设定位移点B1时，ECU(11)发出指令，第一电磁阀(20)闭合，第二电磁阀(21)打开，第三电磁阀(22)闭合，第四电磁阀(23)打开，经减压器(5)减压后的天然气(1MPa左右)经第二电磁阀(21)所在进气管路，从自由活塞气缸(28)B端快速充入缸内，推动活塞(29)由气缸B端向A端运动，做功后的天然气从自由活塞气缸A端流出，通过第四电磁阀(23)所在排气管路排出进入电控调压器(7)种。通入一定时间t秒后，第二电磁阀(21)闭合，电磁阀(20、22、23)状态不变，气体在自由活塞气缸(28)内自由膨胀，继续推动活塞(29)运动。同理，当活塞运动到自由活塞气缸(28)A端设定位移点A1时，ECU发出指令，第三电磁阀(22)打开，第二电磁阀(21)闭合，第一电磁阀(20)打开，第四电磁阀(23)闭合，气体通过自由活塞气缸(28)A端快速进入缸内，开始下一工作循环。活塞(29)往复运动过程中，通过活塞动子连杆组(30)带动圆筒式直线电机动子运动，动子连续运动时，通过线圈的磁通方向将翻转变化，产生电能，输出的交流电通过整流器(36)转化为直流电储存到蓄电池组(16)中。
本装置的进气时间t可通过ECU(11)调整电磁阀(21、22)打开的持续时间来自由控制，从而调整膨胀过程时间长短，达到进一步对天然气减压的目的，也可一直充气使运动过程无膨胀过程，以获得较高的功率输出。同时，自由活塞气缸(28)两端特定位移点A 1、B 1也可通过ECU(11)自由设置，从而调整自由活塞气缸(28)中活塞(29)的行程，以适应不同工作环境，从而获得更好的能量转化效率。
以上实施例仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的申请专利范围，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所述的技术方案进行修改或替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例的范围。

Claims (3)

1.一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统，其特征在于，包括：余压回收系统、蓄能充电系统、燃料供给系统、采集控制系统、传动系统五部分；具体为包括天然气储气罐(1)、加气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)、减压器(5)、转换开关(6)、电控调压器(7)、自由活塞直线电机集成单元(8)、低压燃气滤清器(9)、混合器(10)、ECU(11)、点火模块(12)、点火线圈(13)、发动机(14)、喷射阀及共轨(15)、蓄电池组(16)、驱动电机(17)、稳压阀(18)、分流器(19)、第一电磁阀(20)、第二电磁阀(21)、第三电磁阀(22)、第四电磁阀(23)、第一三通阀(24)、第二三通阀(25)、第一流量计(26)、第二流量计(27)、自由活塞气缸(28)、活塞(29)、活塞动子连杆组件(30)、直线发电机定子(31)、支撑架(32)、永磁式圆筒直线电机(33)、位移传感器(34)、信息采集模块(35)、整流器(36)、功率转换器(37)、电机控制器(38)、转矩耦合装置(39)、传动装置(40)、车轮(41)、第一温度传感器(42)、第一压力传感器(43)、第二压力传感器(44)、第二温度传感器(45)、第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)、第四压力传感器(48)、第四温度传感器(49)、氧传感器(50)、离合器(51)、直线发电机动子(52)；
按照气体整体走向，天然气储气罐(1)依次通过管路与加气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)、减压器(5)连接，减压器(5)经由第一温度传感器(42)、第一压力传感器(43)与转换开关(6)连接，转换开关(6)分别与电控调压器(7)和稳压阀(18)连接，稳压阀(18)与分流器(19)连接，分流器(19)分别与第二电磁阀(21)、第三电磁阀(22)连接；第二电磁阀(21)与第一三通阀(24)连接，第一三通阀(24)通过第一流量计(26)并经由第二压力传感器(44)、第二温度传感器(45)与自由活塞气缸(28)的B端连接，同时第三电磁阀(22)与第二三通阀(25)连接，第二三通阀(25)通过第二流量计(27)并经由第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)与自由活塞气缸(28)的A端连接；自由活塞气缸(28)内设有活塞(29)；第一三通阀(24)和第一电磁阀(20)连接，第二三通阀(25)与第四电磁阀(23)连接，第一电磁阀(20)和第四电磁阀(23)连接汇总后与电控调压器(7)连接，电控调压器(7)依次与低压燃气滤清器(9)、混合器(10)、喷射阀及共轨(15)连接，喷射阀及共轨(15)经由第四温度传感器(49)、第四压力传感器(48)、氧传感器(50)与发动机(14)连接，上述所述连接均为管路连接，形成进排气管路；
发动机(14)与离合器(51)连接，驱动电机(17)与离合器(51)分别与转矩耦合装置(39)连接进行转矩相耦合，然后与传动装置(40)连接，传动装置(40)与车轮(41)连接，作为动力输出，上述连接均为传动轴连接；
在自由活塞气缸(28)的A端，自由活塞气缸(28)内的活塞(29)通过活塞动子连杆组件(30)与永磁式圆筒直线电机(33)中的直线发电机动子(52)固定连接在一起，直线发电机动子(52)位于永磁式圆筒直线电机(33)中心，直线发电机定子(31)采用支撑架(32)固定，在直线发电机定子(31)外侧设有位移传感器(34)；直线发电机定子(31)依次与整流器(36)、功率转换器(37)、蓄电池组(16)连接，将直线发电机定子(31)产生的电储存到蓄电池组(16)中，蓄电池组(16)通过电机控制器(38)和驱动电机(17)连接，上述所述连接为电路连接；
第一流量计(26)、第二流量计(27)、第一温度传感器(42)、第一压力传感器(43)、第二压力传感器(44)、第二温度传感器(45)、第三温度传感器(46)、第三压力传感器(47)、第四压力传感器(48)、第四温度传感器(49)、氧传感器(50)、位移传感器(34)分别与信息采集模块(35)连接，上述连接组成为采集线路；
点火模块(12)通过点火线圈(13)与发动机(14)连接，点火模块(12)、高压电磁阀(4)、减压器(5)、电控调压器(7)、喷射阀及共轨(15)、电机控制器(38)、第一电磁阀(20)、第二电磁阀(21)、第三电磁阀(22)、第四电磁阀(23)分别与ECU(11)连接，上述连接形成控制线路；信息采集模块(35)与ECU(11)连接，将采集的数据信息反馈给ECU(11)，使得ECU(11)能够精确控制上述这些部件。
2.权利要求1所述的一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统的运行方式，其特征在于，动力输出方式一：充气站将天然气通过充气阀(2)充入天然气储气罐(1)至20-25MPa进行存储；当使用天然气作燃料时，高压电磁阀(4)打开，储气罐(1)内的高压天然气经过高压管路上的充气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)进入减压器(5)进行减压；高压电磁阀(4)的开合由ECU(11)控制,减压器(5)的作用是将高压的压缩天然气经过减压加热将压力降低；高压天然气在减压过程中由于减压膨胀,需要吸收大量的热量,为防止减压器结冰,从发动机(14)中将发动机冷却液引出到减压器(5)对燃气进行加热；经减压后的天然气通过低压管路经过转换开关(6)进入电控调压器(7)，电控调压器(7)的作用是根据发动机(14)运行工况精确控制天然气的压力；天然气经过电控调压器(7)调节到所需的压力，然后经过低压燃气滤清器(9)过滤后进入混合器(10)，使天然气与空气均匀混合，满足发动机(14)不同工况的使用要求，最后通过喷射阀及共轨(15)将混合燃气喷入发动机(14)缸内，经点火线圈(13)点燃进行燃烧,点火线圈(13)的点火时刻由ECU(11)控制；燃料燃烧释放能量推动发动机活塞上下运动，从而进行动力输出，此时驱动电机(17)不工作；此为第一种动力输出方式，即纯压缩天然气动力输出模式；
动力输出方式二：充气站将天然气通过充气阀(2)充入天然气储气罐(1)至20-25MPa进行存储；当使用天然气作燃料时，高压电磁阀(4)打开，储气罐(1)内的高压天然气通过高压管路上的充气阀(2)、高压燃气滤清器(3)、高压电磁阀(4)进入减压器(5)减压；经减压后的天然气通过低压管路经过转换开关(6)进入自由活塞直线电机集成单元(8)，通过ECU对电磁阀(20、21、22、23)的控制，使天然气交替进入自由活塞气缸(28)A、B两侧气缸内，利用天然气压力推动活塞(29)往复运动，活塞(29)往复运动过程中，通过活塞动子连杆组件(30)带动永磁式圆筒直线电机动子做切割磁感线运动产生电能，产生的电能经过整流器(36)和功率转换器(37)存储于蓄电池组(16)中，用于驱动电机(17)和整车供电；进入自由活塞直线电机集成单元(8)的天然气做功后，排出自由活塞气缸(28)进入电控调压器(7)，经电控调压器(7)调整压力，然后经过低压燃气滤清器(9)过滤、混合器(10)中与空气均匀混合，最后通过喷射阀及共轨(15)喷入发动机(14)缸内，经点火线圈(13)点燃进行燃烧,燃料燃烧释放能量推动发动机(14)活塞上下运动，输出动力；存储于蓄电池组(16)中的电能经电机控制器(38)控制驱动电机(17)运转，输出转矩。转矩耦合装置(39)将发动机(14)和驱动电机(17)的转矩耦合后，通过传动装置(40)传递到车轮(41)，驱动汽车运动，此时驱动电机(17)和发动机(14)同时工作；此为第二种动力输出方式，即气电混合动力输出模式；
第一种和第二种动力输出方式根据不同工作条件，通过转换开关自由调节；
自由活塞气缸(28)为单活塞双作用，自由活塞气缸(28)与一台永磁式圆筒直线电机(33)耦合，通过输入的高压天然气推动活塞(29)往复运动，带动直线发电机的动子做往复切割磁感线的运动，从而将天然气所携带的能量转化为电能输出，用于驱动电机(17)和整车供电。装置开始工作时，第三电磁阀(22)打开，第四电磁阀(23)闭合，第一电磁阀(20)打开，第二电磁阀(21)闭合，经减压器(5)减压后的天然气通过第三电磁阀(22)所在进气管路，从自由活塞气缸A端快速充入缸内，推动自由活塞(29)由气缸A端向B端运动，做功后的天然气从自由活塞气缸B端排出，通过第一电磁阀(20)所在排气管路排出进入电控调压器(7)种；通入一定时间t秒后，第三电磁阀(22)闭合，电磁阀(20、21、23)状态不变，气体在缸内自由膨胀，继续推动活塞(29)运动。当活塞(29)运动到自由活塞气缸B端设定位移点B1时，ECU(11)发出指令，第一电磁阀(20)闭合，第二电磁阀(21)打开，第三电磁阀(22)闭合，第四电磁阀(23)打开，经减压器(5)减压后的天然气经第二电磁阀(21)所在进气管路，从自由活塞气缸(28)B端快速充入缸内，推动活塞(29)由气缸B端向A端运动，做功后的天然气从自由活塞气缸A端流出，通过第四电磁阀(23)所在排气管路排出进入电控调压器(7)种；通入一定时间t秒后，第二电磁阀(21)闭合，电磁阀(20、22、23)状态不变，气体在自由活塞气缸(28)内自由膨胀，继续推动活塞(29)运动；同理，当活塞运动到自由活塞气缸(28)A端设定位移点A1时，ECU发出指令，第三电磁阀(22)打开，第二电磁阀(21)闭合，第一电磁阀(20)打开，第四电磁阀(23)闭合，气体通过自由活塞气缸(28)A端快速进入缸内，开始下一工作循环。活塞(29)往复运动过程中，通过活塞动子连杆组(30)带动圆筒式直线电机动子运动，动子连续运动时，通过线圈的磁通方向将翻转变化，产生电能，输出的交流电通过整流器(36)转化为直流电储存到蓄电池组(16)中。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，进气时间t通过ECU(11)调整电磁阀(21、22)打开的持续时间来自由控制，从而调整膨胀过程时间长短，达到进一步对天然气减压的目的，也可一直充气使运动过程无膨胀过程，以获得较高的功率输出；同时，自由活塞气缸(28)两端特定位移点A 1、B 1也可通过ECU(11)自由设置，从而调整自由活塞气缸(28)中活塞(29)的行程，以适应不同工作环境，从而获得更好的能量转化效率。
CN201810188934.0A 2018-03-08 2018-03-08 一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统 Active CN108386271B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810188934.0A CN108386271B (zh) 2018-03-08 2018-03-08 一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810188934.0A CN108386271B (zh) 2018-03-08 2018-03-08 一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108386271A true CN108386271A (zh) 2018-08-10
CN108386271B CN108386271B (zh) 2021-01-15

Family

ID=63066971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810188934.0A Active CN108386271B (zh) 2018-03-08 2018-03-08 一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108386271B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107276391A (zh) * 2017-06-29 2017-10-20 安徽先能新能源科技股份有限公司 一种大功率转换器
CN109611170A (zh) * 2018-11-01 2019-04-12 北京信息科技大学 基于复合电源的自由活塞膨胀机-直线发电机车用余热回收系统
WO2022100923A1 (de) * 2020-11-11 2022-05-19 Robert Bosch Gmbh Anordnung zum zuführen von unter druck stehendem brenngas zur erzeugung von zusatzenergie

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08193522A (ja) * 1995-01-13 1996-07-30 Tokyo Gas Co Ltd ガス燃料エンジン
KR20100037321A (ko) * 2008-10-01 2010-04-09 주식회사 효성 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진
CN202673482U (zh) * 2012-08-06 2013-01-16 滨州市金毅设备有限公司 新型内燃机lng/柴油混合动力装置
US20130319359A1 (en) * 2012-05-29 2013-12-05 Dale Michael Evans System And Method For Energy Recovery In A Hydrogen Or Natural Gas Engine
CN104442345A (zh) * 2014-11-11 2015-03-25 奇瑞汽车股份有限公司 混联式混合动力汽车动力总成系统及其功率分配控制方法
CN105422182A (zh) * 2015-12-13 2016-03-23 北京工业大学 一种基于自由活塞膨胀/压缩机-直线电机的增压系统
JP2016175495A (ja) * 2015-03-19 2016-10-06 いすゞ自動車株式会社 ハイブリッド車両及びその制御方法
CN106224088A (zh) * 2016-08-23 2016-12-14 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种利用高压氢混合燃料驱动汽车的方法和动力系统
CN107762560A (zh) * 2017-11-13 2018-03-06 北京工业大学 一种可用于小型有机朗肯循环余热回收系统的热‑电转化装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08193522A (ja) * 1995-01-13 1996-07-30 Tokyo Gas Co Ltd ガス燃料エンジン
KR20100037321A (ko) * 2008-10-01 2010-04-09 주식회사 효성 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진
US20130319359A1 (en) * 2012-05-29 2013-12-05 Dale Michael Evans System And Method For Energy Recovery In A Hydrogen Or Natural Gas Engine
CN202673482U (zh) * 2012-08-06 2013-01-16 滨州市金毅设备有限公司 新型内燃机lng/柴油混合动力装置
CN104442345A (zh) * 2014-11-11 2015-03-25 奇瑞汽车股份有限公司 混联式混合动力汽车动力总成系统及其功率分配控制方法
JP2016175495A (ja) * 2015-03-19 2016-10-06 いすゞ自動車株式会社 ハイブリッド車両及びその制御方法
CN105422182A (zh) * 2015-12-13 2016-03-23 北京工业大学 一种基于自由活塞膨胀/压缩机-直线电机的增压系统
CN106224088A (zh) * 2016-08-23 2016-12-14 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种利用高压氢混合燃料驱动汽车的方法和动力系统
CN107762560A (zh) * 2017-11-13 2018-03-06 北京工业大学 一种可用于小型有机朗肯循环余热回收系统的热‑电转化装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘林顶: "单螺杆膨胀机及其有机朗肯循环系统研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
王恩华: "车用有机朗肯底循环系统研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107276391A (zh) * 2017-06-29 2017-10-20 安徽先能新能源科技股份有限公司 一种大功率转换器
CN109611170A (zh) * 2018-11-01 2019-04-12 北京信息科技大学 基于复合电源的自由活塞膨胀机-直线发电机车用余热回收系统
WO2022100923A1 (de) * 2020-11-11 2022-05-19 Robert Bosch Gmbh Anordnung zum zuführen von unter druck stehendem brenngas zur erzeugung von zusatzenergie

Also Published As

Publication number Publication date
CN108386271B (zh) 2021-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101395871B1 (ko) 액티브 팽창 챔버를 구비한 개선된 압축 공기 또는 가스 및/또는 추가의 에너지 엔진
US7469527B2 (en) Engine with an active mono-energy and/or bi-energy chamber with compressed air and/or additional energy and thermodynamic cycle thereof
CN1073201C (zh) 具有独立燃烧室的循环内燃发动机的消除污染的方法和装置
US6363723B1 (en) Method and device for reacclerating a vehicle equipped with high-pressure air compressors
CN102639842B (zh) 液压内燃机
AP938A (en) Supercharger installation for supplying high pressure compressed air for cleansed or pollution abating engine.
CN1092758C (zh) 用于配有二次压缩空气的无污染发动机的车辆的回收热能的方法和装置
US7789181B1 (en) Operating a plug-in air-hybrid vehicle
CN108386271A (zh) 一种利用压缩天然气余压发电的车用气电混合动力系统
CN101939185A (zh) 空气混合动力汽车
ZA200502096B (en) Convenient, modular urban and suburban transport vehicle.
CN103511065A (zh) 一种柴油机的进排气控制系统和方法
CN109611170A (zh) 基于复合电源的自由活塞膨胀机-直线发电机车用余热回收系统
CN103342098B (zh) 气动车辆
CN103069111B (zh) 由压缩空气或其它可压缩气体驱动的高效发动机
CN103492818A (zh) 通用热力发动机
CN208564709U (zh) 自由活塞膨胀机-直线发电机车用余热回收系统
JP2010151064A (ja) 複合サイクル・ハイブリッドレシプロエンジン
CN103381828B (zh) 气动车辆的控制装置
CN110513189A (zh) 一种无飞轮直列四缸约束活塞发电机
US6390785B1 (en) High efficiency booster for automotive and other applications
EP2361345A1 (en) Movimentation system for engines in general with use of compressed air
CN104508259A (zh) 内燃机
CN203228635U (zh) 一种节能型空气动力车
CN105020017A (zh) 内燃电磁空气发动机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant