專利名稱：氣動內燃混合動力發動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及動力發動機，具體涉及一種氣動內燃混合動力發動機。
背景技術：
傳統汽車廣泛使用內燃機作為動力，消耗大量石油資源，同時排放大量污染尾氣， 嚴重危害人類的身體健康。混合動力汽車作為一種節能環保、技術易于實現的動力模式，已經受到越來越多的關注。研究發現，氣動發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“混合動力發動機” Q00710067863. 0)提出氣動和內燃的工作缸為同一工作缸，壓縮空氣進氣管道和內燃機排氣管道之間設置一個換熱器，以利用內燃機的排氣能量。中國專利申請“回收利用內燃機廢熱的氣動燃油混合動力系統及實現方法”(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。這些專利均利用內燃機排氣對氣動機進氣進行加熱或給氣罐充氣，以利用內燃機排氣能量。但均未涉及利用氣動機排氣能量，導致能量白白浪費。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動機”(02111983. X)，把部分缸作為氣動缸，另一部分缸作為內燃缸，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燃缸形成增壓，且氣動缸和內燃缸采用共曲軸的方式，兩者轉速相同，研究發現，氣動機的最優區域在低轉速，而內燃機的最優區域在中高轉速，共曲軸方式不能使氣動缸和內燃缸同時處于最佳運行工況。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種利用氣動機排氣作為部分內燃機進氣，且氣動機和內燃機能同時處于最佳運行工況的氣動內燃混合動力發動機。本實用新型是通過以下技術方案實現的提供一種氣動內燃混合動力發動機，包括至少一個氣動機和至少一個內燃機；該發動機有一個高壓氣罐，其出口管路經過截止閥和調壓機構連接至氣動機進氣管；內燃機進氣管分別與氣動機排氣管和一個空氣進口連接，氣動機曲軸和內燃機曲軸以分曲軸方式通過曲軸耦合機構相連。作為一種改進，所述空氣進口與內燃機進氣管之間設置一個壓氣機，該壓氣機通過離合器和調速機構與氣動機曲軸相連。作為一種改進，所述內燃機曲軸通過離合器和調速機構與一個壓氣機相連；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，設置連接至內燃機進氣管的旁通管路，旁通管路上設置截止閥和調壓機構。[0010]作為一種改進，所述氣動機排氣管上設一個三通電磁閥門，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，所述內燃機設廢氣渦輪增壓系統即在內燃機進氣管上設壓氣機， 在排氣管上設渦輪機。作為一種改進，所述曲軸耦合機構是行星排齒輪機構。與現有技術的相比，本實用新型的有益效果是這種氣動內燃混合發動機能夠充分利用氣動機高壓、低溫排氣，為內燃機形成增壓效果，因此可以適當減小內燃機的進氣系統中冷器的尺寸；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進行二次增壓，加大內燃機的進氣；同時內燃機可以在需要的時候帶動一個壓氣機B 10，為高壓氣罐12充氣，避免高壓氣罐壓力過低。氣動機和內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燃機運行在各自的最佳區域。
圖1為本實用新型的結構示意圖(圖中箭頭表示氣體流動方向)。圖中附圖標記為1內燃機曲軸、2內燃機活塞、3內燃機氣缸、4內燃機進氣管、5 壓氣機A、6渦輪機、7內燃機排氣管、8離合器A、9調速機構A、10壓氣機B、ll截止閥A、12 高壓氣罐13截止閥B、14調壓機構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調速機構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調壓機構C、27旁通管路、28曲軸耦合機構。
具體實施方式
首先，需要說明的是，本實用新型中的內燃機不僅限于汽油機、柴油機，還可以是天然氣發動機等。
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
加以描述。本實用新型的氣動內燃混合動力發動機結構如圖1所示。氣動機有一個氣動機氣缸16，氣動機氣缸16設置有進氣門、排氣門以及氣動機曲軸18。進氣門通過進氣管15依次與調壓機構B 14、截止閥B 13、高壓氣罐12等機構相連。 氣動機曲軸18通過離合器B19、調速機構B20和壓氣機C22相連。氣動機排氣門通過氣動機排氣管23和內燃機進氣管4連接。氣動機排氣管23上設置有三通電磁閥門M。內燃機有一個內燃機氣缸3，內燃機氣缸3至少設置有進氣門、排氣門以及內燃機曲軸1。內燃機進氣門連接內燃機進氣管4，內燃機進氣管設置有兩個進口，分別與氣動機排氣管23和空氣進口 21連接。空氣進口 21與內燃機進氣管之間設置壓氣機C 22。內燃機還可以在內燃機進氣管4和內燃機排氣管7上設置一個廢氣渦輪增壓系統，即內燃機進氣管4上設壓氣機A5，在內燃機排氣管7上設渦輪機6。內燃機曲軸1通過離合器A 8、調速機構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滿足內燃機進氣，則可以不設置廢氣渦輪增壓系統。壓氣機B 10出口管路設置旁通管路27，旁通管路27上設置截止閥C 25、調壓機構C 26，可在需要的時候將壓氣機B 10出口高壓氣體引入到內燃機進氣管空氣進口端中。氣動機曲軸18和內燃機曲軸1可以通過曲軸耦合機構觀進行連接，使氣動機和內燃機既可以工作在各自的最優區域，又可以工作或者單獨輸出動力。曲軸耦合機構可以是行星排齒輪機構。本實用新型中氣動內燃混合動力發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、調壓機構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，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，內燃機排氣通過廢氣渦輪增壓系統使內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，則內燃機通過離合器A 8、調速機構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，則內燃機與壓氣機B 10分離。調速機構A 9可以根據高壓氣罐12的壓力調節壓氣機B 10的轉速，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處于關閉狀態，保證高壓氣體只能進入高壓氣罐12。模式3 氣動機和內燃機同時推動汽車行駛。此時，高壓氣罐12通過截止閥B 13、調壓機構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關閉， 排氣不能直接進入大氣。氣動機通過離合器B 19、調速裝置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內氣體和空氣進口 21氣體混合后進入廢氣渦輪增壓系統進行增壓后，進入內燃機。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，則內燃機通過離合器A 8、調速機構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，則內燃機與壓氣機B 10分離。調速機構A 9可以根據高壓氣罐12的壓力調節壓氣機B 10的轉速，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處于關閉狀態，保證高壓氣體只能進入高壓氣罐12。模式4:氣動機和內燃機同時推動汽車行駛。此時，高壓氣罐12通過截止閥B 13、調壓機構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關閉，排氣不能直接進入大氣。氣動機通過離合器B 19、調速裝置B 20帶動壓氣機C 22工作。氣動機排氣管23內氣體和壓氣機C 22出口氣體混合后進入廢氣渦輪增壓系統進行增壓后，進入內燃機。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，則內燃機通過離合器A 8、調速機構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，則內燃機與壓氣機B 10分離。調速機構A 9可以根據高壓氣罐12的壓力調節壓氣機B 10的轉速，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處于關閉狀態，保證高壓氣體只能進入高壓氣罐12。模式5 氣動機和內燃機同時推動汽車行駛。此時，高壓氣罐12通過截止閥B 13、調壓機構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關閉， 排氣不能直接進入大氣。氣動機通過離合器B 19、調速裝置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調壓機構C 26調壓后，與氣動機排氣管23排氣一起進入到內燃機進氣管4中廢氣渦輪增壓系統進行增壓后，進入內燃機。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，則內燃機通過離合器A 8、調速機構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，則內燃機與壓氣機B 10分離。調速機構A 9可以根據高壓氣罐12 的壓力調節壓氣機B 10的轉速，使壓氣機B 10出口氣體能達到高壓氣罐12的壓力。
權利要求1.氣動內燃混合動力發動機，包括至少一個氣動機和至少一個內燃機，其特征在于，該發動機有一個高壓氣罐，其出口管路經過截止閥和調壓機構連接至氣動機進氣管；內燃機進氣管分別與氣動機排氣管和一個空氣進口連接，氣動機曲軸和內燃機曲軸以分曲軸方式通過曲軸耦合機構相連。
2.根據權利要求1所述的氣動內燃混合動力發動機，其特征在于，所述空氣進口與內燃機進氣管之間設置一個壓氣機，該壓氣機通過離合器和調速機構與氣動機曲軸相連。
3.根據權利要求1所述的氣動內燃混合動力發動機，其特征在于，所述內燃機曲軸通過離合器和調速機構與一個壓氣機相連；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.根據權利要求3所述的氣動內燃混合動力發動機，其特征在于，所述壓氣機的出口管路設置連接至內燃機進氣管的旁通管路，旁通管路上設置截止閥和調壓機構。
5.根據權利要求1至4任意一項所述氣動內燃混合動力發動機，其特征在于，所述氣動機排氣管上設一個三通電磁閥門，該三通電磁閥門的一個通道是直接通大氣的。
6.根據權利要求1至4任意一項所述氣動內燃混合動力發動機，其特征在于，所述內燃機設廢氣渦輪增壓系統即在內燃機進氣管上設壓氣機，在排氣管上設渦輪機。
7.根據權利要求1至4任意一項所述氣動內燃混合動力發動機，其特征在于，所述曲軸耦合機構是行星排齒輪機構。
專利摘要本實用新型涉及動力發動機，旨在提供一種氣動內燃混合動力發動機。該發動機包括至少一個氣動機和至少一個內燃機；還有一個高壓氣罐，其出口管路經過截止閥和調壓機構連接至氣動機進氣管；內燃機進氣管分別與氣動機排氣管和一個空氣進口連接，氣動機曲軸和內燃機曲軸以分曲軸方式通過曲軸耦合機構相連。本實用新型能夠充分利用氣動機高壓、低溫排氣，為內燃機形成增壓效果，可適當減小內燃機的進氣系統中冷器的尺寸；氣動機和內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燃機運行在各自的最佳區域。
文檔編號F02B41/10GK202100326SQ20112016565
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者俞小莉, 葉錦, 徐煥祥, 李道飛, 王雷 申請人:浙江大學