CN114734837A - 包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，包括发动机和发电机，所述发动机包括活塞室、进气歧管、输出轴，所述发电机包括发电机壳体、定子部分和转子部分，所述转子部分与所述发动机输出轴配接并接收旋转动力，还配置有一涡轮，所述涡轮设置在所述转子部分上，所述进气歧管与所述发电机壳体内部连通，所述涡轮位于从所述进气歧管的进风口进入的空气在所述发电机壳体内部的风道上。本发明利用由发动机空气吸力驱动的涡轮获得部分能量，进入发动机的气流将流经节流阀和涡轮，涡轮的扭矩将被发电机转换成电能。在部分负载期间提高了增程器系统的效率，同时不影响高负载期间的系统冷却，从而减少燃料消耗。

Description

包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器
技术领域
本发明涉及增程电动汽车技术领域，具体地涉及一种电动汽车增程器，尤其是一种包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器。
背景技术
在增程式电动汽车（REEV）中，发动机为发电机提供动力，进而为电池充电以增加行驶里程。每次加注所需的燃油量部分取决于发动机-发电机系统的效率，当效率提高时，燃油消耗和二氧化碳排放就会减少。在目前的发动机-发电机系统中，发动机和发电机被看作是两个独立的系统。目前的燃油消耗率约为240g/kWh。
现有技术中，为了调节发动机的扭矩，一般会在发动机的进气端设置一个节流阀来限制进入发动机的空气流量。当节流阀气门(部分)关闭时，气流受到限制，从而减少发动机的扭矩。这种节流阀气门上的压降是一种能量损耗。即调节扭矩的过程中，当需要减小发动机扭矩时需要关闭部分节流阀，而此时会产生能量损失。在目前的发动机-发电机系统中，这种能量将被转化为热量并被损耗。能量的损耗意味着效率的降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，包括发动机-发电机系统，所述发动机-发电机系统为相对固定的发动机和发电机，所述发动机包括活塞室和位于其内往复运动的活塞、通气进入该活塞室的进气歧管、输出轴，所述进气歧管的进风口设置有节流阀，所述发电机包括发电机壳体、设置在所述发电机壳体内的定子部分和转子部分，所述转子部分与所述发动机输出轴配接并接收旋转动力，还配置有一涡轮，所述涡轮设置在所述转子部分上，所述进气歧管与所述发电机壳体内部连通，所述涡轮位于从所述进气歧管的进风口进入的空气在所述发电机壳体内部的风道上。
优选的，所述涡轮设置在所述转子部分的转子上。
优选的，所述进气歧管包括两部分，第一部分连通所述活塞室和所述发电机壳体，第二部分连通所述发电机壳体和进风口，所述节流阀设置在第二部分内，所述第一部分和第二部分通过所述发电机壳体内部的风道连通。
优选的，所述进气歧管的第一部分与所述发电机壳体之间的贯通口对准所述定子部分和转子部分的相对面。
优选的，所述进气歧管的第二部分与所述发电机壳体之间的贯通口对准所述涡轮的叶片。
优选的，所述发动机和发电机为一体化结构。
优选的，所述发电机壳体为全密封结构。
本发明还揭示了一种包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，包括发动机-发电机系统，所述发动机-发电机系统为相对固定的发动机和发电机，所述发动机包括活塞室和位于其内往复运动的活塞、通气进入该活塞室的进气歧管、输出轴，所述进气歧管具有进风口，所述发电机包括发电机壳体、设置在所述发电机壳体内的定子部分和转子部分，所述转子部分与所述发动机输出轴配接并接收旋转动力，还配置有一涡轮，所述涡轮设置在所述转子部分上，所述进气歧管与所述发电机壳体内部连通，所述涡轮位于从所述进气歧管的进风口进入的空气在所述发电机壳体内部的风道上。
优选的，所述进气歧管包括两部分，第一部分连通所述活塞室和所述发电机壳体，第二部分连通所述发电机壳体和进风口，所述第一部分和第二部分通过所述发电机壳体内部的风道连通。
优选的，所述进气歧管的第一部分与所述发电机壳体之间的贯通口对准所述定子部分和转子部分的相对面；所述进气歧管的第二部分与所述发电机壳体之间的贯通口对准所述涡轮的叶片。
本发明的有益效果主要体现在：利用由发动机空气吸力驱动的涡轮获得部分能量，该涡轮将被设置在发电机的转子上，进入发动机的气流将流经节流阀和涡轮，涡轮的扭矩将被发电机转换成电能。在部分负载期间提高了增程器系统的效率，同时不影响高负载期间的系统冷却，从而使增程式电动汽车的串联混合驾驶过程中减少了燃料消耗。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明优选实施例的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明揭示了一种包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，包括发动机-发电机系统，与现有技术一样，所述发动机-发电机系统为相对固定的发动机1和发电机2，所述发动机1包括活塞室11和位于其内往复运动的活塞15、通气进入该活塞室11的进气歧管12、输出轴13。为了图示清楚，图中仅显示一个活塞室11和位于其内往复运动的活塞15。本领域技术人员所熟知，所述发动机-发电机系统可以有多个活塞室11。
所述发电机2包括发电机壳体20、设置在所述发电机壳体20内的定子部分21和转子部分22（包括转子和绕组），所述转子部分22与所述发动机输出轴13配接并接收旋转动力。这些结构的设置和工作原理与现有技术完全相同，在此不再赘述。
本发明的特点在于：所述发动机1和发电机2为一体化结构。因为发动机1、发电机2的各自功能是与现有技术相同的，所以延续现有的核心部件。但是与现有技术不同的是，本发明中所述发动机1和发电机2可以共用一个外壳，分成不同的功能腔；也可以是单独的两个外壳来分别承载所述发动机1和发电机2的核心部件，该核心部件例如发动机1的活塞室11、发电机2的定子部分21和转子部分22。
为了实现一体化的结构，本发明中对于进气歧管12做了非常大的改动。所述进气歧管12包括两部分，第一部分连通所述活塞室11和所述发电机壳体20，第二部分连通所述发电机壳体20和进风口10，所述节流阀14设置在第二部分内靠近进风口10，所述第一部分和第二部分通过所述发电机壳体20内部的风道23连通。
所述发电机壳体20内还配置有一涡轮5，所述涡轮5设置在所述转子部分22上，具体来说，所述涡轮5设置在转子上。所述涡轮5位于从所述进气歧管12的进风口10进入的空气在所述发电机壳体20内部的风道23上。所述进气歧管12的第二部分与所述发电机壳体20之间的贯通口对准所述涡轮5的叶片，这样发动机空气吸力即可有效地驱动涡轮。
在这样的结构配置中，空气将通过连接到发电机转子上的涡轮5后进入发动机，而不是像传统发动机那样直接与节流阀连接。涡轮通过限制气流产生压降，由于压力下降，涡轮5将产生扭矩，为转子提供动力，这样扭矩将被发电机转换成电能，从而使增程式电动汽车的串联混合驾驶过程中减少了燃料消耗。
另一方面需要注意的是，这将导致气流的额外压力下降，因此在相同的气流进入发动机时，节流阀14需要打开更多。发动机的最大功率将受到影响，涡轮的尺寸将在最大功率和效率之间进行权衡。 另外还要注意的是，所述发电机壳体20需为全密封结构，或者装配有发电机核心部件的腔室为全密封结构。
本发明第二个优势在于使用发动机歧管空气压力来降低发电机内部的空气压力，进而来降低发电机内部的风阻损失，从而提高发动机-发电机系统的效率。本发明中，发动机的进气歧管12与发电机壳体20之间连接并连通气体。发电机2中的空气压力将等于进气歧管12中的空气压力。部分负载（介于怠速和满功率负载之间）状态下，进气歧管12中的空气压力绝对值在0-1bar之间，具体取决于负载。这样，发电机内部压力变小（小于大气压），其内部风阻损失将减少，因为风阻损失与空气压力成正比，所以，发动机-发电机系统的效率得以提高。
本发明第三个优势在于对于发动机-发电机系统冷却也有比较好的效果。发电机2内部的空气将热量从转子部分（转子和绕组）传递到冷却系统。随着电流的增加，冷却需求随着发电机负载的增加而增加。当发动机和发电机的功率增加时，电流也会增加。这些电流加热了需要冷却的导体。
本领域技术人员熟知，进气歧管12的空气压力用于调节发动机扭矩。当进气歧管12的空气压力低时，输出扭矩低；当进气歧管12的空气压力高时，输出扭矩高。使用本发明技术方案，可使发电机2中的空气压力随着发动机负载的变化而变化。这意味着在需要时可以进行冷却，并在可能的情况下提高效率。
为了更好的冷却效果，本优选实施例中，所述进气歧管12的第一部分与所述发电机壳体20之间的贯通口对准所述定子部分21和转子部分22的相对面。
本发明还揭示了另一种包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器的实施例，与优选实施例相比，区别仅在于所述进气歧管12内不设置节流阀。所述涡轮5设置在所述转子部分22上，所述进气歧管12与所述发电机壳体20内部连通，所述涡轮5位于从所述进气歧管12的进风口10进入的空气在所述发电机壳体20内部的风道23上。每个发动机转速的流形压力常数取决于涡轮和发动机的设计参数。这意味着每一个发动机转速都有一个预定义的扭矩。 发动机转速将通过增加或减少发电机的转矩来实现控制。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，包括发动机-发电机系统，所述发动机-发电机系统为相对固定的发动机（1）和发电机（2），所述发动机（1）包括活塞室（11）和位于其内往复运动的活塞（15）、通气进入该活塞室（11）的进气歧管（12）、输出轴（13），所述进气歧管（12）的进风口（10）设置有节流阀（14），所述发电机（2）包括发电机壳体（20）、设置在所述发电机壳体（20）内的定子部分（21）和转子部分（22），所述转子部分（22）与所述发动机输出轴（13）配接并接收旋转动力，其特征在于：还配置有一涡轮（5），所述涡轮（5）设置在所述转子部分（22）上，所述进气歧管（12）与所述发电机壳体（20）内部连通，所述涡轮（5）位于从所述进气歧管（12）的进风口（10）进入的空气在所述发电机壳体（20）内部的风道（23）上。
2.根据权利要求1所述的包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，其特征在于：所述涡轮（5）设置在所述转子部分（22）的转子上。
3.根据权利要求1所述的包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，其特征在于：所述进气歧管（12）包括两部分，第一部分连通所述活塞室（11）和所述发电机壳体（20），第二部分连通所述发电机壳体（20）和进风口（10），所述节流阀（14）设置在第二部分内，所述第一部分和第二部分通过所述发电机壳体（20）内部的风道（23）连通。
4.根据权利要求3所述的包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，其特征在于：所述进气歧管（12）的第一部分与所述发电机壳体（20）之间的贯通口对准所述定子部分（21）和转子部分（22）的相对面。
5.根据权利要求4所述的包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，其特征在于：所述进气歧管（12）的第二部分与所述发电机壳体（20）之间的贯通口对准所述涡轮（5）的叶片。
6.根据权利要求1所述的包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，其特征在于：所述发动机（1）和发电机（2）为一体化结构。
7.根据权利要求1所述的包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，其特征在于：所述发电机壳体（20）为全密封结构。
8.一种包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，包括发动机-发电机系统，所述发动机-发电机系统为相对固定的发动机（1）和发电机（2），所述发动机（1）包括活塞室（11）和位于其内往复运动的活塞（15）、通气进入该活塞室（11）的进气歧管（12）、输出轴（13），所述进气歧管（12）具有进风口（10），所述发电机（2）包括发电机壳体（20）、设置在所述发电机壳体（20）内的定子部分（21）和转子部分（22），所述转子部分（22）与所述发动机输出轴（13）配接并接收旋转动力，其特征在于：还配置有一涡轮（5），所述涡轮（5）设置在所述转子部分（22）上，所述进气歧管（12）与所述发电机壳体（20）内部连通，所述涡轮（5）位于从所述进气歧管（12）的进风口（10）进入的空气在所述发电机壳体（20）内部的风道（23）上。
9.根据权利要求8所述的包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，其特征在于：所述进气歧管（12）包括两部分，第一部分连通所述活塞室（11）和所述发电机壳体（20），第二部分连通所述发电机壳体（20）和进风口（10），所述第一部分和第二部分通过所述发电机壳体（20）内部的风道（23）连通。
10.根据权利要求9所述的包含由发动机空气吸力驱动的涡轮的电动汽车增程器，其特征在于：所述进气歧管（12）的第一部分与所述发电机壳体（20）之间的贯通口对准所述定子部分（21）和转子部分（22）的相对面；所述进气歧管（12）的第二部分与所述发电机壳体（20）之间的贯通口对准所述涡轮（5）的叶片。
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