CN113202639A - 一种电动增压米勒循环发动机动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动增压米勒循环发动机动力系统，包括米勒循环发动机、第一发电机、电动增压器、进气旁通阀、中冷器、压力传感器、涡轮发电机、排气旁通阀、控制器、电池、动力输出轴。其中，电动增压器由电机和压气机组成，涡轮发电机由涡轮和第二发电机组成。本发明采用电动增压技术,可以同时对外输出机械动力和电力。本发明结构简洁，机械零部件少，可靠性高；控制灵活，系统响应快，热效率高。

Description

一种电动增压米勒循环发动机动力系统
技术领域
本发明属于发动机技术和电动机技术领域，涉及一种电动增压米勒循环发动机动力系统。
背景技术
增压是指对进入发动机的气体进行压缩，目的是在不增加发动机排量的情况下，增加发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩。发动机常用的增压技术有涡轮增压和机械增压。
涡轮增压是一种利用发动机排出的废气来冲击涡轮使之旋转，进而驱动压气机压缩进气的技术。涡轮增压的能力与发动机废气排出量有关，当发动机转速低时，增压能力不足。同时涡轮增压器还存在气动迟滞现象，导致发动机动力输出响应迟缓。
机械增压是由发动机曲轴驱动增压器进行增压。机械增压器转速和发动机转速同步，故动力输出响应灵敏。但机械增压在高转速时会影响动力输出，效率较低。
现有的增压技术不能同时兼顾低转速与高转速下的性能及热效率，适用的工况少，非理想工况下的效率较低，且不能灵活调节增压强度。这些缺点使得传统增压技术在适用范围和热效率上存在一些限制。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电动增压米勒循环发动机动力系统。本发明结构简洁，机械零部件少，可靠性高；控制灵活，系统响应快，热效率高。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明包括米勒循环发动机、第一发电机、电动增压器、进气旁通阀、中冷器、压力传感器、涡轮发电机、排气旁通阀、控制器、电池、动力输出轴。其中，电动增压器由电机和压气机组成，涡轮发电机由涡轮和第二发电机组成。
进气口与电动增压器进气端相连。电动增压器排气端与中冷器进气端通过管道相连。进气口同时与进气旁通阀连接，可绕过电动增压器，直接连接至中冷器进气端。中冷器排气端与米勒循环发动机进气端通过管道相连，中冷器与米勒循环发动机之间的管道设置有压力传感器。米勒循环发动机曲轴与第一发电机连接，同时米勒循环发动机还可以通过动力输出轴对外输出机械动力。米勒循环发动机排气端与涡轮发电机进气端通过管道相连。涡轮发电机排气端与排气口相连。米勒循环发动机排气端同时与排气旁通阀连接，可绕过涡轮发电机，直接连接至排气口。控制器同时与米勒循环发动机、第一发电机、电动增压器、进气旁通阀、压力传感器、涡轮发电机、排气旁通阀、电池和外部设备通过导线相连。控制器具有信号采集与处理、电力传输与控制的功能。
本发明中的米勒循环发动机采用四冲程米勒循环，通过晚关进气门的方法，让发动机汽缸内的一部分气体被压回进气管，这样活塞的做功冲程就大于压缩冲程，膨胀比大于压缩比，从而提高发动机的热效率。
当整个动力系统运行时，米勒循环发动机带动第一发电机进行发电，米勒循环发动机排出的废气带动涡轮发电机进行发电。第一发电机和涡轮发电机发出的电力经控制器提供给电动增压器，增加米勒循环发动机的进气压力，提升发动机功率、扭矩和热效率。除此之外，第一发电机和涡轮发电机发出的电力还可以经控制器存储到电池或对外输出，电池存储的电力也可以经控制器提供给电动增压器或对外输出，米勒循环发动机的机械动力还可以通过动力输出轴直接对外输出。
本发明采用电动增压技术。米勒循环发动机带动第一发电机进行发电，米勒循环发动机排出的废气带动涡轮发电机进行发电，第一发电机和涡轮发电机发出的电力通过控制器提供给电动增压器，电池从中调蓄电力。这套电动增压系统中压气机与米勒循环发动机及涡轮之间没有机械连接，压气机转速和米勒循环发动机转速及涡轮转速解耦，电动增压器、米勒循环发动机和涡轮发电机可以分别控制，灵活调整各自的运行工况，使整个系统一直在最高效率下运行。这套电动增压系统比传统的涡轮增压和机械增压响应更及时，热效率更高。
本发明可以同时对外输出机械动力和电力。米勒循环发动机带动第一发电机进行发电，米勒循环发动机排出的废气带动涡轮发电机进行发电，第一发电机和涡轮发电机发出的电力还可以经控制器对外输出，电池从中调蓄电力。此外，米勒循环发动机的机械动力还可以通过动力输出轴直接对外输出。
本发明中的第一发电机兼有电机的功能，可用于启动米勒循环发动机，并对米勒循环发动机进行调速。
本发明设置有中冷器、压力传感器、进气旁通阀和排气旁通阀。当电动增压器进行增压时，进气旁通阀关闭，增压后的气体进入中冷器进行冷却，压力传感器采集增压后气体的压力并反馈给控制器。当涡轮发电机发电时，排气旁通阀关闭，发动机废气推动涡轮发电机进行发电，然后废气从排气口排出。当进气旁通阀打开时，气流可以从进气旁路通过，绕过电动增压器。当排气旁通阀打开时，气流可以从排气旁路通过，绕过涡轮发电机。
本发明中的控制器同时与米勒循环发动机、第一发电机、电动增压器、进气旁通阀、压力传感器、涡轮发电机、排气旁通阀、电池和外部设备通过导线相连。控制器具有信号采集与处理、电力传输与控制的功能。控制器采集信号、运算处理、发出指令，同时进行电力中转传输，维持并控制整个系统的运行。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为发动机米勒循环示意图。
图中，1为米勒循环发动机，2为第一发电机，3为电机，4为压气机，5为第二发电机，6为涡轮，7为进气旁通阀，8为排气旁通阀，9为中冷器，10为压力传感器，11为控制器，12为电池，13为动力输出轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，本发明包括米勒循环发动机1、第一发电机2、电动增压器、进气旁通阀7、中冷器9、压力传感器10、涡轮发电机、排气旁通阀8、控制器11、电池12、动力输出轴13。其中，电动增压器由电机3和压气机4组成，涡轮发电机由涡轮6和第二发电机5组成。
进气口与电动增压器进气端相连。电动增压器排气端与中冷器9进气端通过管道相连。进气口同时与进气旁通阀7连接，可绕过电动增压器，直接连接至中冷器9进气端。中冷器9排气端与米勒循环发动机1进气端通过管道相连，中冷器9与米勒循环发动机1之间的管道设置有压力传感器10。米勒循环发动机1曲轴与第一发电机2连接，同时米勒循环发动机1还可以通过动力输出轴13对外输出机械动力。米勒循环发动机1排气端与涡轮发电机进气端通过管道相连。涡轮发电机排气端与排气口相连。米勒循环发动机1排气端同时与排气旁通阀8连接，可绕过涡轮发电机，直接连接至排气口。控制器11同时与米勒循环发动机1、第一发电机2、电动增压器、进气旁通阀7、压力传感器10、涡轮发电机、排气旁通阀8、电池12和外部设备通过导线相连。控制器11具有信号采集与处理、电力传输与控制的功能。
如图2所示，本发明中的米勒循环发动机1采用四冲程米勒循环，通过晚关进气门的方法，让发动机汽缸内的一部分气体被压回进气管，这样活塞的做功冲程就大于压缩冲程，膨胀比大于压缩比，从而提高发动机的热效率。
当整个动力系统运行时，米勒循环发动机1带动第一发电机2进行发电，米勒循环发动机1排出的废气带动涡轮发电机进行发电。第一发电机2和涡轮发电机发出的电力经控制器11提供给电动增压器，增加米勒循环发动机1的进气压力，提升发动机功率、扭矩和热效率。除此之外，第一发电机2和涡轮发电机发出的电力还可以经控制器11存储到电池12或对外输出，电池12存储的电力也可以经控制器11提供给电动增压器或对外输出，米勒循环发动机1的机械动力还可以通过动力输出轴13直接对外输出。
本发明采用电动增压技术。米勒循环发动机1带动第一发电机2进行发电，米勒循环发动机1排出的废气带动涡轮发电机进行发电，第一发电机2和涡轮发电机发出的电力通过控制器11提供给电动增压器，电池12从中调蓄电力。这套电动增压系统中压气机4与米勒循环发动机1及涡轮6之间没有机械连接，压气机4转速和米勒循环发动机1转速及涡轮6转速解耦，电动增压器、米勒循环发动机1和涡轮发电机可以分别控制，灵活调整各自的运行工况，使整个系统一直在最高效率下运行。这套电动增压系统比传统的涡轮增压和机械增压响应更及时，热效率更高。
本发明可以同时对外输出机械动力和电力。米勒循环发动机1带动第一发电机2进行发电，米勒循环发动机1排出的废气带动涡轮发电机进行发电，第一发电机2和涡轮发电机发出的电力还可以经控制器11对外输出，电池12从中调蓄电力。此外，米勒循环发动机1的机械动力还可以通过动力输出轴13直接对外输出。
本发明中的第一发电机2兼有电机的功能，可用于启动米勒循环发动机1，并对米勒循环发动机1进行调速。
本发明设置有中冷器9、压力传感器10、进气旁通阀7和排气旁通阀8。当电动增压器进行增压时，进气旁通阀7关闭，增压后的气体进入中冷器9进行冷却，压力传感器10采集增压后气体的压力并反馈给控制器11。当涡轮发电机发电时，排气旁通阀8关闭，发动机废气推动涡轮发电机进行发电，然后废气从排气口排出。当进气旁通阀7打开时，气流可以从进气旁路通过，绕过电动增压器。当排气旁通阀8打开时，气流可以从排气旁路通过，绕过涡轮发电机。
本发明中的控制器11同时与米勒循环发动机1、第一发电机2、电动增压器、进气旁通阀7、压力传感器10、涡轮发电机、排气旁通阀8、电池12和外部设备通过导线相连。控制器11具有信号采集与处理、电力传输与控制的功能。控制器11采集信号、运算处理、发出指令，同时进行电力中转传输，维持并控制整个系统的运行。
实施例
本发明可以同时对外输出机械动力和电力，也可以单独输出机械动力或电力。本发明可用于油电混合动力汽车和高效发电机。

Claims (8)

1.一种电动增压米勒循环发动机动力系统，其特征在于：包括米勒循环发动机（1）、第一发电机（2）、电动增压器、进气旁通阀（7）、中冷器（9）、压力传感器（10）、涡轮发电机、排气旁通阀（8）、控制器（11）、电池（12）、动力输出轴（13）；其中，所述的电动增压器由电机（3）和压气机（4）组成，所述的涡轮发电机由涡轮（6）和第二发电机（5）组成；进气口与电动增压器进气端相连；电动增压器排气端与中冷器（9）进气端通过管道相连；进气口同时与进气旁通阀（7）连接，可绕过电动增压器，直接连接至中冷器（9）进气端；中冷器（9）排气端与米勒循环发动机（1）进气端通过管道相连，中冷器（9）与米勒循环发动机（1）之间的管道设置有压力传感器（10）；米勒循环发动机（1）曲轴与第一发电机（2）连接，同时米勒循环发动机（1）还可以通过动力输出轴（13）对外输出机械动力；米勒循环发动机（1）排气端与涡轮发电机进气端通过管道相连；涡轮发电机排气端与排气口相连；米勒循环发动机（1）排气端同时与排气旁通阀（8）连接，可绕过涡轮发电机，直接连接至排气口；控制器（11）同时与米勒循环发动机（1）、第一发电机（2）、电动增压器、进气旁通阀（7）、压力传感器（10）、涡轮发电机、排气旁通阀（8）、电池（12）和外部设备通过导线相连；控制器（11）具有信号采集与处理、电力传输与控制的功能。
2.根据权利要求1所述的电动增压米勒循环发动机动力系统，其特征在于：米勒循环发动机（1）采用四冲程米勒循环，通过晚关进气门的方法，让发动机汽缸内的一部分气体被压回进气管，这样活塞的做功冲程就大于压缩冲程，膨胀比大于压缩比，从而提高发动机的热效率。
3.根据权利要求1所述的电动增压米勒循环发动机动力系统，其特征在于：当整个动力系统运行时，米勒循环发动机（1）带动第一发电机（2）进行发电，米勒循环发动机（1）排出的废气带动涡轮发电机进行发电；第一发电机（2）和涡轮发电机发出的电力经控制器（11）提供给电动增压器，增加米勒循环发动机（1）的进气压力，提升发动机功率、扭矩和热效率；除此之外，第一发电机（2）和涡轮发电机发出的电力还可以经控制器（11）存储到电池（12）或对外输出，电池（12）存储的电力也可以经控制器（11）提供给电动增压器或对外输出，米勒循环发动机（1）的机械动力还可以通过动力输出轴（13）直接对外输出。
4.根据权利要求3所述的电动增压米勒循环发动机动力系统，其特征在于：采用电动增压技术；米勒循环发动机（1）带动第一发电机（2）进行发电，米勒循环发动机（1）排出的废气带动涡轮发电机进行发电，第一发电机（2）和涡轮发电机发出的电力通过控制器（11）提供给电动增压器，电池（12）从中调蓄电力；这套电动增压系统中压气机（4）与米勒循环发动机（1）及涡轮（6）之间没有机械连接，压气机（4）转速和米勒循环发动机（1）转速及涡轮（6）转速解耦，电动增压器、米勒循环发动机（1）和涡轮发电机可以分别控制，灵活调整各自的运行工况，使整个系统一直在最高效率下运行。
5.根据权利要求3所述的电动增压米勒循环发动机动力系统，其特征在于：可以同时对外输出机械动力和电力；米勒循环发动机（1）带动第一发电机（2）进行发电，米勒循环发动机（1）排出的废气带动涡轮发电机进行发电，第一发电机（2）和涡轮发电机发出的电力还可以经控制器（11）对外输出，电池（12）从中调蓄电力；此外，米勒循环发动机（1）的机械动力还可以通过动力输出轴（13）直接对外输出。
6.根据权利要求1所述的电动增压米勒循环发动机动力系统，其特征在于：第一发电机（2）兼有电机的功能，可用于启动米勒循环发动机（1），并对米勒循环发动机（1）进行调速。
7.根据权利要求1所述的电动增压米勒循环发动机动力系统，其特征在于：设置有中冷器（9）、压力传感器（10）、进气旁通阀（7）和排气旁通阀（8）；当电动增压器进行增压时，进气旁通阀（7）关闭，增压后的气体进入中冷器（9）进行冷却，压力传感器（10）采集增压后气体的压力并反馈给控制器（11）；当涡轮发电机发电时，排气旁通阀（8）关闭，发动机废气推动涡轮发电机进行发电，然后废气从排气口排出；当进气旁通阀（7）打开时，气流可以从进气旁路通过，绕过电动增压器；当排气旁通阀（8）打开时，气流可以从排气旁路通过，绕过涡轮发电机。
8.根据权利要求1所述的电动增压米勒循环发动机动力系统，其特征在于：控制器（11）同时与米勒循环发动机（1）、第一发电机（2）、电动增压器、进气旁通阀（7）、压力传感器（10）、涡轮发电机、排气旁通阀（8）、电池（12）和外部设备通过导线相连；控制器（11）具有信号采集与处理、电力传输与控制的功能；控制器（11）采集信号、运算处理、发出指令，同时进行电力中转传输，维持并控制整个系统的运行。
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