專利名稱：采用氣體引射器的氣動汽車動力系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于高新技術汽車動力領域，具體涉及一種新型的氣動發動機動力系統。
背景技術：
面臨目前資源有限和環境污染的兩大難題，人們對新能源汽車產生越來越大的關注。從20世紀30年代以蓄電池作為動力的EV電動車到現在的HEV復合動力電動汽車及代用燃料汽車，汽車用能源的研究與開發從未間斷，其中以電動車的推廣最為成熟，電動汽車行駛中無污染排放、噪聲低、能量轉換效率高。但電池驅動的電動汽車受制于車載電池，在比功率、循環壽命、充放電性能、造價和安全性等方面一時難以達到實用的程度，同時，電池本身也存在嚴重的二次污染。于是，人們期待著一種沒有污染、用之不竭的新型汽車動力能源的出現，壓縮空氣能源正好滿足了這種需求。壓縮空氣動力汽車采用壓縮空氣作為動力能源，排放尾氣不產生任何污染，是一種真正的“綠色汽車”，法、英、美、韓、中等國均開展了相關的研究，其中，法國MDI公司的研究成果最為顯著，設計了多種款型的氣動汽車形式，并初步實現了小規模產業化應用，而其它各家研究機構則都處于實驗科研階段。由于氣瓶存儲的壓縮空氣能量密度較低，且汽車空間所能存儲的空氣質量有限，氣動汽車存在著續航里程有限的缺陷，不適于長距離行駛，因此，提高續航里程成為了氣動汽車技術發展的重要研究方向。氣動汽車的高壓儲氣瓶在放氣的過程中需要進行降壓控制，目前所有氣動汽車動力系統中采用的均為節流減壓閥技術，而節流過程中存在著幾乎高達一半的能量損失，造成了能量的嚴重浪費，也進一步限制了續航里程。本實用新型提出了一種新型的采用引射器減壓的方式。引射器是一種利用高壓工作流體來引射低壓流體而獲得中間壓力流體的設備，其基本特點是可提高流體壓力而不直接消耗機械能，比采用其它機械增壓設備簡單而可靠，與其它設備相連接時，系統比較簡單，同時制造也不復雜。目前引射器在動力、石油化工、制冷、供暖等技術領域得到了越來越多的應用，尤其是在真空蒸餾、真空結晶和真空干燥等方面前途廣大。但引射器尚未在氣動汽車的減壓過程中得到應用。本實用新型提出將氣體引射器應用于氣動汽車動力系統中，以工作中的高壓空氣來引射外界低壓氣體，最終得到適合發動機工作的中間壓力氣體來進行膨脹做功。不僅能夠代替節流減壓閥起到減壓作用，減少能量損失，還由于從外界引入了新的氣體，使系統可利用的氣體總質量有所增力口，益于提高系統的動力輸出。作為一種新的技術方案和研究思路，對提高氣動汽車續航里程提供了 一條新的技術途徑。
發明內容本實用新型的目的是設計一種采用氣體引射器的氣動汽車動力系統，改善由于節流減壓產生大量能量損失而導致的系統能量利用率低的缺點。本實用新型具體采用以下技術方案:[0005]—種采用氣體引射器的氣動汽車動力系統,所述采用引射器的氣動汽車發動機動力系統包括高壓空氣瓶1、空氣預熱器2、氣體引射器3和氣動發動機4，其特征在于:裝有高壓空氣的高壓空氣瓶I出口通過氣體管道連接至所述氣體引射器3的入口，所述氣體引射器3的出口與氣動發動機4的輸入端相連；所述空氣預熱器2設置在高壓空氣瓶I出口與所述氣體引射器3的入口之間。優選地，氣體引射器3采用單級引射或多級引射的方式，多級引射方式又包括串聯、并聯和混聯幾種結構方式。優選地，所述氣動發動機4包括往復活塞式、回轉容積式等各種氣動發動機型式，發動機系統可以是單級型式也可以為多級型式。優選地，所述啟動汽車動力系統還包括引射排氣回路系統，所述引射氣體回路系統的一端連接至發動機排氣管，另一端連接至氣體引射器3的引射口。優選地，所述氣體引射器包括吸入室8、與吸入室8相連通的混合室9、與混合室9相連通的擴散室10 ;所述吸入室8包括一預熱后的高壓工作流體6進氣口、設置在吸入室內部的工作噴管11、以及一設置在吸入室的外周位置用于吸入外界低壓引射流體5的進氣□。進一步優選地，高壓工作流體6進氣口模塊與工作噴管11相連，工作噴管的噴嘴與混合室9的入口相對。本實用新型設計的采用氣體引射器3的氣動發動機動力系統，由于氣瓶出口氣體的變溫工況，需采用空氣預熱器2對壓縮空氣溫度首先預熱至穩定的環境溫度附近，為了進一步增加系統輸出功，也可設置高溫換熱器來進一步提高壓縮空氣溫度，獲得更高的總輸出功。由于氣瓶出口氣體的變壓工況，為了獲得氣動發動機所需的工質壓力和流量，氣體引射器3需根據實際運行需要采用單級引射或多級引射的方式，其中多級弓I射方式又包括串聯、并聯和混聯三種結構。本實用新型設計的采用氣體引射器的氣動發動機動力系統，由于只是減壓結構發生了變化，且引射減壓的結構簡單，連接也容易，氣動發動機4可以選擇包括往復活塞式、回轉容積式等在內的各種結構類型。且根據功率的不同需求，氣動發動機4還可以分為單級膨脹和多級膨脹型式，多級氣動發動機還分為串聯、并聯和混聯結構。本實用新型設計的采用氣體引射器的氣動發動機動力系統，氣體引射器3起到減壓和增加做功工質總質量的雙重作用。但根據動力系統的工況特征，引射器可以單獨使用，也可以與節流減壓或其它減壓方式同時并用，起到維持工況穩定和增加工質質量作用。本實用新型具有以下技術效果:采用氣體引射器作為氣瓶出口高壓空氣的減壓器，結構簡單，既減少了能量損失，又由于引射進了低壓的外界氣體，使得通過氣動發動機做功的有效壓縮空氣總質量有所增加，有利于提高系統總動力輸出，進一步提高續航里程。
圖1，采用氣體引射器的氣動發動機動力系統工作流程圖；圖2，氣體引射器結構簡圖；圖3，采用直接引射環境大氣的新型氣動發動機動力系統示意圖；圖4，采用引射發動機排氣尾氣的新型氣動發動機動力系統示意圖；圖5，采用高溫加熱與引射并用的新型氣動發動機動力系統示意圖。[0021]附圖中標號說明如下:I一高壓空氣瓶組；2—空氣預熱器；3—氣體引射器；4 一氣動發動機；5-低壓引射流體；6-工作流體；7—混合流體；8—吸入室；9—混合室；10—擴散室；11-工作噴管；12-環境大氣；13-發動機排放尾氣；14-高溫加熱器。
具體實施方式
下面根據說明書附圖并結合優選實施例對本實用新型的技術方案進一步詳細說明。本實用新型公開的采用氣體引射器的氣動發動機動力系統，基本工作流程如圖1所示。
具體實施方式
為:車載碳纖維高壓空氣瓶I作為動力源，氣瓶I出口處設置空氣預熱器2，利用環境空氣對氣瓶I出口低溫的壓縮空氣進行初步加熱，使溫度基本穩定至環境溫度附近，之后作為高壓工作流體流入氣體引射器3的入口，引射外界的低壓引射流體5，進而在引射器出口得到具有一定中間壓力和一定流量的混合流體7。這里的引射流體5可以為環境大氣，也可以為其它系統可利用的低壓氣體，除空氣預熱器外還可設置其它高溫換熱器來獲得更高的壓縮空氣溫度。通過引射外界低壓氣體5使氣瓶出口的高壓空氣降至所需要的壓力，一方面 減少了采用節流減壓閥時產生的大量能量損失，另一方面又引射進多余的氣體，使系統的總輸出功增加，最后由引射器出口獲得帶有一定壓力和流量的混合流體，進入氣動發動機4進行膨脹做功，實現機械軸功輸出。本實用新型采用氣體引射器3代替傳統氣動汽車中的節流減壓閥，氣體引射器的結構簡圖如圖2所示，所述氣體引射器包括吸入室8、吸入室內部設置的工作噴管11，與吸入室8相連通的混合室9、與混合室9相連通的擴散室10，其中所述吸入室8包括一預熱后的高壓工作流體6進氣口，進氣口末端與工作噴管11相連，以及一吸入外界低壓引射流體5的進氣口，設置在吸入室的外周位置。所述氣體引射器3具體工作原理為:高壓工作流體6由進氣口進入引射器，流經吸入室內部設置的工作噴管11，通過絕熱膨脹將勢能轉化為動能，壓力降低，溫度也降低，而速度則增加，在噴嘴出口處氣體的速度大于噴嘴臨界截面上氣體具有的臨界速度，之后以很高的速度從噴嘴流出，由于射流的紊動擴散作用，卷吸周圍的流體而發生動量交換，在混合室9 A 口處產生相對引射流體壓力的負壓，將吸入室8中壓力較低的引射流體5吸入混合室9。工作流體6與引射流體5在混合室9內劇烈混合，進行能量和動量的交換，在流動過程中速度漸漸均衡，這期間常常伴隨壓力的升高。混合段出口處的混合流體壓力增加，進入擴散室10，壓力將因流動速度變緩而繼續升高。在擴散室10出口處，混合流體的壓力將高于進入吸入室時引射流體5的壓力，具備一定的做功能力。根據氣體引射器的工作特性，采用高的工作流體溫度、壓力，低的引射流體壓力、溫度可以獲得較好的引射能力，益于增加系統動力輸出。針對不同的發動機功率需求，采用多級發動機多級引射方案時，系統結構多樣而復雜，優化的動力結構需作較深入的分析。這里，僅針對單級引射系統給出了幾種不同的具體實施方案，
以下結合附圖詳細說明本實用新型采用單級引射時的優選實施例。實施方案I實施方案I為采用采用氣體引射器的氣動發動機動力系統,示意圖參見圖3，本實施例采用直接引射環境大氣的形式，由于只設置了氣體引射器，無其它附加裝置引入，該系統裝置比較簡單，主要應用于體積小、質量輕、功率小的車用發動機中。該氣動汽車動力系統工作流程為:車載碳纖維高壓空氣瓶I作為動力源，高壓壓縮空氣從高壓空氣瓶I中流出，然后進入空氣預熱器利用環境空氣與低溫的壓縮空氣進行加熱，使溫度恢復到接近環境溫度，一方面回收了熱量，一方面又可實現壓縮空氣溫度的相對穩定，此后壓縮空氣作為高壓工作流體6流入氣體引射器3。引射器的引射流體5的進口直接與環境大氣相通，因此，高壓工作流體6在引射器內通過直接引射環境大氣12，在引射器出口獲得具有一定中間壓力和一定流量的混合流體7，再通過氣動發動機進行膨脹做功，做功后的發動機尾氣直接排放至大氣。實施方案2本申請優選的實施方案2為采用引射發動機排放尾氣的新型氣動發動機動力系統，示意圖參見圖4，本實施例采用引射發動機排氣尾氣的形式，由于發動機膨脹做功后排氣溫度較低，而采用低溫的引射流體有益于得到較高的噴射系數，因此引射發動機尾氣可以獲得更多可利用的有效做功工質。系統仍然只設置了氣體引射器，但需要構建引射排氣回路系統，結構裝置較簡單，適用于體積小、質量輕的中小型車用發動機中。該氣動汽車動力系統具體工作流程為:高壓壓縮空氣從高壓空氣瓶I中流出，首先進入空氣預熱器2利用環境空氣對壓縮空氣進行預熱和溫度穩定，然后通過空氣引射器3，引射發動機排出的低溫尾氣13，得到所需要的中等壓力的壓縮空氣，再通過氣動發動機進行膨脹做功，膨脹后的尾氣又重新作為引射流體進入引射器中。實施方案3本申請優選的實施方案3為采用引射發動機排放尾氣的新型氣動發動機動力系統，示意圖參見圖5，本實施例既采用了高溫加熱技術又結合了氣體引射技術，一方面，壓縮空氣高溫膨脹做功時可以得到較高的動力輸出，另一方面，高溫的工作流體能夠增加引射器的引射能力，因此，本方案綜合采用高溫加熱與引射器相輔并用的形式，可以獲得獲高的動力輸出。但由于系統增加了加熱器，結構相對復雜，且需要占用一定的空間，適用于體積相對較大的大功率需求的車用發動機中。該氣動汽車動力系統具體工作流程為:高壓壓縮空氣從高壓空氣瓶I中流出，首先進入空氣預熱器2利用環境空氣對壓縮空氣進行預熱和溫度穩定，然后通過高溫加熱器14對壓縮空氣進一步進行加熱，得到的高溫高壓的工作流體6進入氣體引射器，引射環境大氣12后，得到中間壓力中等溫度的混合流體7，混合流體再經過高溫加熱器14進一步實現加熱，最終得到具有一定壓力和溫度的壓縮空氣工質進入氣動發動機進行膨脹做功，膨脹后的尾氣直接排入大氣環境。應當理解，上述實施例不以任何形式限定本發明，凡采用等同替代或等效變換等形式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍之內。
權利要求1.一種采用氣體引射器的氣動汽車動力系統，所述采用引射器的氣動汽車發動機動力系統包括高壓空氣瓶(I)、空氣預熱器(2)、氣體引射器(3)和氣動發動機(4)，其特征在于: 裝有高壓空氣的高壓空氣瓶(I)出口通過氣體管道連接至所述氣體引射器(3)的入口，所述氣體引射器(3)的出口與氣動發動機(4)的輸入端相連； 所述空氣預熱器(2)設置在高壓空氣瓶(I)出口與所述氣體引射器(3)的入口之間。
2.根據權利要求1所述的采用氣體引射器的氣動汽車動力系統，其特征在于:氣體引射器(3)采用單級引射或多級引射的方式，多級引射方式又包括串聯、并聯和混聯幾種結構方式。
3.根據權利要求1所述的采用氣體引射器的氣動汽車動力系統，其特征在于:所述氣動發動機(4)包括往復活塞式、回轉容積式等各種氣動發動機型式，發動機系統可以是單級型式也可以為多級型式。
4.根據權利要求1所述的采用氣體引射器的氣動汽車動力系統，其特征在于:還包括引射排氣回路系統，所述引射氣體回路系統的一端連接至發動機排氣管，另一端連接至氣體引射器(3)的引射口。
專利摘要本實用新型公開了一種采用氣體引射器的氣動汽車動力系統，所述采用引射器的氣動汽車發動機動力系統包括高壓空氣瓶(1)、空氣預熱器(2)、氣體引射器(3)和氣動發動機(4)，其特征在于裝有高壓空氣的高壓空氣瓶(1)出口通過氣體管道連接至所述氣體引射器(3)的入口，所述氣體引射器(3)的出口與氣動發動機(4)的輸入端相連；所述空氣預熱器(2)設置在高壓空氣瓶(1)出口與所述氣體引射器(3)的入口之間。氣體引射器包括單級引射方式和多級引射方式，多級引射系統結構又分為串聯形式、并聯形式和混聯形式等，布置方式靈活多樣。由于本系統所具備的特點，因此將該項實用新型應用于氣動汽車發動機系統具有很大的優勢。
文檔編號B60K8/00GK203046874SQ201220680119
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者馬重芳, 吳玉庭, 何為 申請人:馬重芳