專利名稱：氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力發(fā)動機，具體涉及一種氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)汽車廣泛使用內(nèi)燃機作為動力，消耗大量石油資源，同時排放大量污染尾氣， 嚴(yán)重危害人類的身體健康?；旌蟿恿ζ囎鳛橐环N節(jié)能環(huán)保、技術(shù)易于實現(xiàn)的動力模式，已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，氣動發(fā)動機工作過程中將會排放出大量的低溫、高壓的氣體，如果直接排入大氣，將浪費這部分能量。中國專利申請“混合動力發(fā)動機” Q00710067863. 0)提出氣動和內(nèi)燃的工作缸為同一工作缸，壓縮空氣進氣管道和內(nèi)燃機排氣管道之間設(shè)置一個換熱器，以利用內(nèi)燃機的排氣能量。中國專利申請“回收利用內(nèi)燃機廢熱的氣動燃油混合動力系統(tǒng)及實現(xiàn)方法”(201010146275. 8)提出將燃油缸的排氣直接引入氣動缸進行二次膨脹。在氣動缸上另設(shè)一氣閥，在燃油缸排氣壓力過低時對氣動缸進行壓力補充。這些專利均利用內(nèi)燃機排氣對氣動機進氣進行加熱或給氣罐充氣，以利用內(nèi)燃機排氣能量。但均未涉及利用氣動機排氣能量，導(dǎo)致能量白白浪費。中國專利申請“一種氣動-燃油/燃氣混合動力汽車采用多缸發(fā)動機”(02111983. X)，把部分缸作為氣動缸，另一部分缸作為內(nèi)燃缸，前一級氣動缸排氣作為后一級氣動缸進氣，各缸采用共曲軸方式輸出動力。該專利利用兩級膨脹的方式利用高壓氣體的能量，但并未利用氣動機排氣對內(nèi)燃缸形成增壓，且氣動缸和內(nèi)燃缸采用共曲軸的方式，兩者轉(zhuǎn)速相同，研究發(fā)現(xiàn)，氣動機的最優(yōu)區(qū)域在低轉(zhuǎn)速，而內(nèi)燃機的最優(yōu)區(qū)域在中高轉(zhuǎn)速，共曲軸方式不能使氣動缸和內(nèi)燃缸同時處于最佳運行工況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用氣動機排氣作為部分內(nèi)燃機進氣，且氣動機和內(nèi)燃機能同時處于最佳運行工況的氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的提供一種氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機，包括至少一個氣動機和至少一個內(nèi)燃機；該發(fā)動機有一個高壓氣罐，其出口管路經(jīng)過截止閥和調(diào)壓機構(gòu)連接至氣動機進氣管；內(nèi)燃機進氣管分別與氣動機排氣管和一個空氣進口連接，氣動機曲軸和內(nèi)燃機曲軸以分曲軸方式通過曲軸耦合機構(gòu)相連。作為一種改進，所述空氣進口與內(nèi)燃機進氣管之間設(shè)置一個壓氣機，該壓氣機通過離合器和調(diào)速機構(gòu)與氣動機曲軸相連。作為一種改進，所述內(nèi)燃機曲軸通過離合器和調(diào)速機構(gòu)與一個壓氣機相連；該壓氣機的入口接大氣，其出口管路接至高壓氣罐的高壓氣體進口。作為一種改進，所述與高壓氣罐相接的壓氣機的出口管路，設(shè)置連接至內(nèi)燃機進氣管的旁通管路，旁通管路上設(shè)置截止閥和調(diào)壓機構(gòu)。
作為一種改進，所述氣動機排氣管上設(shè)一個三通電磁閥門，該三通電磁閥門的一個通道是直接通大氣的。作為一種改進，所述內(nèi)燃機設(shè)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)即在內(nèi)燃機進氣管上設(shè)壓氣機， 在排氣管上設(shè)渦輪機。作為一種改進，所述曲軸耦合機構(gòu)是行星排齒輪機構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)的相比，本發(fā)明的有益效果是這種氣動內(nèi)燃混合發(fā)動機能夠充分利用氣動機高壓、低溫排氣，為內(nèi)燃機形成增壓效果，因此可以適當(dāng)減小內(nèi)燃機的進氣系統(tǒng)中冷器的尺寸；氣動機可以在需要的時候帶動一個壓氣機，對空氣進行一次增壓，再通過廢氣渦輪增壓系統(tǒng)進行二次增壓，加大內(nèi)燃機的進氣；同時內(nèi)燃機可以在需要的時候帶動一個壓氣機，為高壓氣罐充氣，避免高壓氣罐壓力過低。氣動機和內(nèi)燃機通過分曲軸耦合方式連接對外輸出動力，這可以將氣動機和內(nèi)燃機運行在各自的最佳區(qū)域。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中箭頭表示氣體流動方向)。圖中附圖標(biāo)記為1內(nèi)燃機曲軸、2內(nèi)燃機活塞、3內(nèi)燃機氣缸、4內(nèi)燃機進氣管、5 壓氣機A、6渦輪機、7內(nèi)燃機排氣管、8離合器A、9調(diào)速機構(gòu)A、10壓氣機B、ll截止閥A、12 高壓氣罐13截止閥B、14調(diào)壓機構(gòu)B、15氣動機進氣管、16氣動機氣缸、17氣動機活塞、18 氣動機曲軸、19離合器B、20調(diào)速機構(gòu)B、21空氣進口、22壓氣機C、23氣動機排氣管、M三通電磁閥門、25截止閥CJ6調(diào)壓機構(gòu)C、27旁通管路、28曲軸耦合機構(gòu)。
具體實施例方式首先，需要說明的是，本發(fā)明中的內(nèi)燃機不僅限于汽油機、柴油機，還可以是天然氣發(fā)動機等。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
加以描述。本發(fā)明的氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機結(jié)構(gòu)如圖1所示。氣動機有一個氣動機氣缸16，氣動機氣缸16設(shè)置有進氣門、排氣門以及氣動機曲軸18。進氣門通過進氣管15依次與調(diào)壓機構(gòu)B 14、截止閥B 13、高壓氣罐12等機構(gòu)相連。 氣動機曲軸18通過離合器B19、調(diào)速機構(gòu)B20和壓氣機C22相連。氣動機排氣門通過氣動機排氣管23和內(nèi)燃機進氣管4連接。氣動機排氣管23上設(shè)置有三通電磁閥門M。內(nèi)燃機有一個內(nèi)燃機氣缸3，內(nèi)燃機氣缸3至少設(shè)置有進氣門、排氣門以及內(nèi)燃機曲軸1。內(nèi)燃機進氣門連接內(nèi)燃機進氣管4，內(nèi)燃機進氣管設(shè)置有兩個進口，分別與氣動機排氣管23和空氣進口 21連接?？諝膺M口 21與內(nèi)燃機進氣管之間設(shè)置壓氣機C 22。內(nèi)燃機還可以在內(nèi)燃機進氣管4和內(nèi)燃機排氣管7上設(shè)置一個廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，即內(nèi)燃機進氣管4上設(shè)壓氣機A5，在內(nèi)燃機排氣管7上設(shè)渦輪機6。內(nèi)燃機曲軸1通過離合器A 8、調(diào)速機構(gòu)A 9與壓氣機B 10相連；該壓氣機B 10的入口接大氣，其出口連接高壓氣罐12。高壓氣罐12至少有一個高壓氣體進口以及一個高壓氣體出口，高壓氣罐上設(shè)置有壓力傳感器(圖中未畫出)。如果氣動機排氣以及壓縮機增壓已經(jīng)滿足內(nèi)燃機進氣，則可以不設(shè)置廢氣渦輪增壓系統(tǒng)。壓氣機B 10出口管路設(shè)置旁通管路27，旁通管路27上設(shè)置截止閥C 25、調(diào)壓機構(gòu)C 26，可在需要的時候?qū)簹鈾CB 10出口高壓氣體引入到內(nèi)燃機進氣管空氣進口端中。氣動機曲軸18和內(nèi)燃機曲軸1可以通過曲軸耦合機構(gòu)觀進行連接，使氣動機和內(nèi)燃機既可以工作在各自的最優(yōu)區(qū)域，又可以工作或者單獨輸出動力。曲軸耦合機構(gòu)可以是行星排齒輪機構(gòu)。本發(fā)明中氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機的運行方式如下模式1 氣動機單獨推動汽車行駛。此時，高壓氣罐12通過截止閥B 13、調(diào)壓機構(gòu)B 14、氣動機進氣管15、進氣門，向氣動機噴射高壓氣體，推動氣動機活塞17下行做功，氣體膨脹結(jié)束后通過排氣門進入氣動機排氣管23。此時氣動機排氣管23上的三通電磁閥門M打開， 氣動機排氣直接進入大氣。此時，曲軸耦合機構(gòu)觀不工作，氣動機曲軸18單獨輸出動力。 該工況下，離合器B 19處于脫離狀態(tài)，氣動機曲軸18與壓氣機C 22分離，壓氣機C 22停止工作。模式2 內(nèi)燃機單獨推動汽車行駛。此時，氣動機排氣管23上三通電磁閥門M打開，內(nèi)燃機可以通過空氣進口 21以及三通電磁閥門M由大氣吸氣，內(nèi)燃機排氣通過廢氣渦輪增壓系統(tǒng)使內(nèi)燃機進氣形成一定的增壓效果。此時，壓力傳感器檢測高壓氣罐12的氣體壓力， 若壓力低于下限值，則內(nèi)燃機通過離合器A 8、調(diào)速機構(gòu)A 9帶動壓氣機B 10為高壓氣罐 12充氣；若壓力高于上限值，則內(nèi)燃機與壓氣機B 10分離。調(diào)速機構(gòu)A 9可以根據(jù)高壓氣罐12的壓力調(diào)節(jié)壓氣機B 10的轉(zhuǎn)速，使壓氣機B 10出口氣體能達到高壓氣罐12的壓力。 該過程中旁通管路27上截止閥C 25處于關(guān)閉狀態(tài)，保證高壓氣體只能進入高壓氣罐12。模式3 氣動機和內(nèi)燃機同時推動汽車行駛。此時，高壓氣罐12通過截止閥B 13、調(diào)壓機構(gòu)B 14、氣動機進氣管15，向氣動機噴射高壓氣體，推動氣動機活塞17下行做功，氣體膨脹結(jié)束后通過排氣門進入氣動機排氣管23。此時，氣動機排氣管23上三通電磁閥門M關(guān)閉， 排氣不能直接進入大氣。氣動機通過離合器B 19、調(diào)速裝置B 20與壓氣機C 22分離，使該壓氣機C 22不形成增壓效果。氣動機排氣管23內(nèi)氣體和空氣進口 21氣體混合后進入廢氣渦輪增壓系統(tǒng)進行增壓后，進入內(nèi)燃機。同時，壓力傳感器檢測高壓氣罐12的氣體壓力，若壓力低于下限值，則內(nèi)燃機通過離合器A 8、調(diào)速機構(gòu)A 9帶動壓氣機B 10為高壓氣罐12充氣；若壓力高于上限值，則內(nèi)燃機與壓氣機B 10分離。調(diào)速機構(gòu)A 9可以根據(jù)高壓氣罐12的壓力調(diào)節(jié)壓氣機B 10的轉(zhuǎn)速，使壓氣機B 10出口氣體能達到高壓氣罐12的壓力。該過程中旁通管路27上的截止閥C 25處于關(guān)閉狀態(tài)，保證高壓氣體只能進入高壓氣罐12。模式4:氣動機和內(nèi)燃機同時推動汽車行駛。此時，高壓氣罐12通過截止閥B 13、調(diào)壓機構(gòu)B 14、氣動機進氣管15，向氣動機噴射高壓氣體，推動氣動機活塞17下行做功，氣體膨脹結(jié)束后通過排氣門進入氣動機排氣管23。此時，氣動機排氣管23上三通電磁閥門M關(guān)閉，排氣不能直接進入大氣。氣動機通過離合器B 19、調(diào)速裝置B 20帶動壓氣機C 22工作。氣動機排氣管23內(nèi)氣體和壓氣機C 22出口氣體混合后進入廢氣渦輪增壓系統(tǒng)進行增壓后，進入內(nèi)燃機。同時，壓力傳感器檢測高壓氣罐12的氣體壓力，若壓力低于下限值，則內(nèi)燃機通過離合器A 8、調(diào)速機構(gòu)A 9帶動壓氣機B 10為高壓氣罐12充氣；若壓力高于上限值，則內(nèi)燃機與壓氣機B 10分離。調(diào)速機構(gòu)A 9可以根據(jù)高壓氣罐12的壓力調(diào)節(jié)壓氣機B 10的轉(zhuǎn)速，使壓氣機B 10出口氣體能達到高壓氣罐12的壓力。該過程中旁通管路27 上的截止閥C 25處于關(guān)閉狀態(tài)，保證高壓氣體只能進入高壓氣罐12。模式5 氣動機和內(nèi)燃機同時推動汽車行駛。此時，高壓氣罐12通過截止閥B 13、調(diào)壓機構(gòu)B 14、氣動機進氣管15，向氣動機噴射高壓氣體，推動氣動機活塞17下行做功，氣體膨脹結(jié)束后通過排氣門進入氣動機排氣管23。此時，氣動機排氣管23上三通電磁閥門M關(guān)閉， 排氣不能直接進入大氣。氣動機通過離合器B 19、調(diào)速裝置B 20與壓氣機C 22分離，使該壓氣機C 22不形成增壓效果。此時，旁路管路27上的截止閥25打開，壓氣機出口高壓氣體經(jīng)調(diào)壓機構(gòu)C 26調(diào)壓后，與氣動機排氣管23排氣一起進入到內(nèi)燃機進氣管4中廢氣渦輪增壓系統(tǒng)進行增壓后，進入內(nèi)燃機。同時，壓力傳感器檢測高壓氣罐12的氣體壓力，若壓力低于下限值，則內(nèi)燃機通過離合器A 8、調(diào)速機構(gòu)A 9帶動壓氣機B 10為高壓氣罐12充氣；若壓力高于上限值，則內(nèi)燃機與壓氣機B 10分離。調(diào)速機構(gòu)A 9可以根據(jù)高壓氣罐12 的壓力調(diào)節(jié)壓氣機B 10的轉(zhuǎn)速，使壓氣機B 10出口氣體能達到高壓氣罐12的壓力。
權(quán)利要求
1.氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機，包括至少一個氣動機和至少一個內(nèi)燃機，其特征在于，該發(fā)動機有一個高壓氣罐，其出口管路經(jīng)過截止閥和調(diào)壓機構(gòu)連接至氣動機進氣管；內(nèi)燃機進氣管分別與氣動機排氣管和一個空氣進口連接，氣動機曲軸和內(nèi)燃機曲軸以分曲軸方式通過曲軸耦合機構(gòu)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機，其特征在于，所述空氣進口與內(nèi)燃機進氣管之間設(shè)置一個壓氣機，該壓氣機通過離合器和調(diào)速機構(gòu)與氣動機曲軸相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機，其特征在于，所述內(nèi)燃機曲軸通過離合器和調(diào)速機構(gòu)與一個壓氣機相連；該壓氣機的入口接大氣，其出口管路接至高壓氣罐的高壓氣體進口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機，其特征在于，所述壓氣機的出口管路設(shè)置連接至內(nèi)燃機進氣管的旁通管路，旁通管路上設(shè)置截止閥和調(diào)壓機構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機，其特征在于，所述氣動機排氣管上設(shè)一個三通電磁閥門，該三通電磁閥門的一個通道是直接通大氣的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機，其特征在于，所述內(nèi)燃機設(shè)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)即在內(nèi)燃機進氣管上設(shè)壓氣機，在排氣管上設(shè)渦輪機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機，其特征在于，所述曲軸耦合機構(gòu)是行星排齒輪機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及動力發(fā)動機，旨在提供一種氣動內(nèi)燃混合動力發(fā)動機。該發(fā)動機包括至少一個氣動機和至少一個內(nèi)燃機；還有一個高壓氣罐，其出口管路經(jīng)過截止閥和調(diào)壓機構(gòu)連接至氣動機進氣管；內(nèi)燃機進氣管分別與氣動機排氣管和一個空氣進口連接，氣動機曲軸和內(nèi)燃機曲軸以分曲軸方式通過曲軸耦合機構(gòu)相連。本發(fā)明能夠充分利用氣動機高壓、低溫排氣，為內(nèi)燃機形成增壓效果，可適當(dāng)減小內(nèi)燃機的進氣系統(tǒng)中冷器的尺寸；氣動機和內(nèi)燃機通過分曲軸耦合方式連接對外輸出動力，這可以將氣動機和內(nèi)燃機運行在各自的最佳區(qū)域。
文檔編號F01B23/02GK102226425SQ20111013436
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者俞小莉, 葉錦, 徐煥祥, 李道飛, 王雷 申請人:浙江大學(xué)