專利名稱：基于冷卻水余熱多級利用的氣動-內(nèi)燃混合動力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)，特別涉及基于冷卻水余熱多級利用的氣動-內(nèi)燃混合動力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為緩解石油資源緊張和環(huán)境污染的雙重壓力，氣動-內(nèi)燃混合動力作為新能源汽車領(lǐng)域的一個范疇早就被提出。氣動發(fā)動機(jī)是指利用壓縮空氣或者液氮作為工作介質(zhì)推動活塞做功，從而輸出動力的發(fā)動機(jī)。因為采用了壓縮空氣或液氮，氣動發(fā)動機(jī)實現(xiàn)了真正的零排放。但是氣動發(fā)動機(jī)單獨(dú)做功輸出功率低，工作過程中氣缸壁、氣缸蓋等零部件溫度低，工質(zhì)膨脹從環(huán)境的吸熱量少，不能高效利用壓縮氣體或液氮的能量。而內(nèi)燃機(jī)在單獨(dú)工作過程中能量損耗嚴(yán)重，燃料產(chǎn)生的熱量中有20%左右的熱量被冷卻水帶走，冷卻水帶走的熱量最終也耗散到大氣中。而且內(nèi)燃機(jī)的冷卻系統(tǒng)還包括散熱器和風(fēng)扇，風(fēng)扇的工作又需要消耗一定的能量。中國專利[200710067863. 0]公開的“混合動力發(fā)動機(jī)”利用內(nèi)燃機(jī)的排氣加熱氣動發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣，從一定程度上提高了氣動工作模式的動力性，但是專利中并沒有涉及到內(nèi)燃機(jī)冷卻水熱量利用的問題。中國專利[200910097991.9]公開的“氣動-燃油混合動力系統(tǒng)”將內(nèi)燃機(jī)的冷卻水引入熱交換器中，利用冷卻水加熱氣動發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣，只是將冷卻水進(jìn)行了一級利用，存在的缺點(diǎn)是能量回收利用率不高。中國專利[200810059577.4]公開的“嵌套式氣動/內(nèi)燃混合動力發(fā)動機(jī)”利用內(nèi)燃缸周圍布置氣動缸的形式來冷卻內(nèi)燃?xì)飧?，但是此種結(jié)構(gòu)帶來熱量分布不均勻的問題，氣動缸沒有很好地利用到內(nèi)燃機(jī)的余熱。因此，需要有一套系統(tǒng)，利用內(nèi)燃機(jī)冷卻水的熱量加熱氣動發(fā)動機(jī)的氣缸壁等零部件和氣動發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣，實現(xiàn)多級利用，在提高氣動發(fā)動機(jī)功率的同時對內(nèi)燃機(jī)工作環(huán)境進(jìn)行冷卻， 在一定條件下甚至可以通過匹配設(shè)計以及智能控制使得內(nèi)燃機(jī)關(guān)閉或者省去散熱器循環(huán)和風(fēng)扇，最終達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)燃機(jī)冷卻水多級回收利用的氣動-內(nèi)燃混合動力系統(tǒng)，該系統(tǒng)中內(nèi)燃機(jī)的冷卻水可與氣動發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行熱交換，同時也可以對氣動發(fā)動機(jī)的缸壁、缸蓋等零部件進(jìn)行熱交換。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)提供一種基于冷卻水余熱多級利用的氣動-內(nèi)燃混合動力系統(tǒng)，包括氣動發(fā)動機(jī)和水冷式內(nèi)燃機(jī)，其中氣動發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣穩(wěn)壓箱經(jīng)高壓氣體管路接于儲氣罐，水冷式內(nèi)燃機(jī)的氣缸體、氣缸蓋，水泵和管路構(gòu)成回路循環(huán)；水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的循環(huán)回路分為三級；其中，第一級循環(huán)回路為內(nèi)燃機(jī)本身的小循環(huán)，由內(nèi)燃機(jī)氣缸體、內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋、水泵和管路構(gòu)成；第二級循環(huán)回路由內(nèi)燃機(jī)氣缸體、內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋、水泵、氣動發(fā)動機(jī)氣缸體、氣動發(fā)動機(jī)氣缸蓋和管路構(gòu)成；第三級循環(huán)回路由內(nèi)燃機(jī)氣缸體、內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋、水泵、氣動發(fā)動機(jī)氣缸體、氣動發(fā)動機(jī)氣缸蓋、水空換熱器的水側(cè)通道和管路構(gòu)成；第一級循環(huán)回路與第二級循環(huán)回路之間、第二級循環(huán)回路與第三級循環(huán)回路之間分別通過電子節(jié)溫器連接，由電子節(jié)溫器的開閉動作實現(xiàn)循環(huán)回路的轉(zhuǎn)換；所述水空換熱器的另一側(cè)通道接于所述的高壓氣體管路。作為一種改進(jìn)，所述水泵設(shè)于水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水出口管路上；一個電子節(jié)溫器分別通過管路連接至水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水入口、氣動發(fā)動機(jī)的冷卻水入口和水泵出口 ；另一個電子節(jié)溫器分別通過管路連接至氣動發(fā)動機(jī)的冷卻水出口、水空換熱器水側(cè)通道的入口和水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水入口。作為一種改進(jìn)，所述電子節(jié)溫器通過信號線連接至電子控制單元。作為一種改進(jìn)，水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水入口處設(shè)置溫度傳感器。作為一種改進(jìn)，所述儲氣罐的出口處設(shè)置減壓閥。作為一種改進(jìn)，所述水泵為電動水泵，水泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷大小來調(diào)節(jié)。水空換熱器中的介質(zhì)分別為第三級循環(huán)回路的冷卻水和氣動發(fā)動機(jī)的高壓進(jìn)氣。電子控制單元(ECU，Electronic control unit)接收溫度傳感器傳遞的溫度測量值，并根據(jù)預(yù)置的控制指標(biāo)對兩個電子節(jié)溫器發(fā)出開或閉的動作指令。所述的電子節(jié)溫器是車輛通用設(shè)備，本系統(tǒng)中包含兩個，其中一個布置在一級循環(huán)旁通管路入口與二級循環(huán)高溫管路入口交接處，另一個布置在二級循環(huán)旁通管路與三級循環(huán)管路入口交接處，并且都通過電線連接至E⑶。儲氣罐內(nèi)高壓氣體經(jīng)過減壓閥、水空換熱器空氣側(cè)通道、進(jìn)氣穩(wěn)壓箱、氣動發(fā)動機(jī)進(jìn)氣閥進(jìn)入氣缸內(nèi)。在混合動力系統(tǒng)中，內(nèi)燃機(jī)和氣動發(fā)動機(jī)動力輸出屬于并聯(lián)的工作方式，兩者既可單獨(dú)工作，也可同時工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是1、本實用新型利用內(nèi)燃機(jī)冷卻水對氣動發(fā)動機(jī)進(jìn)氣和氣缸體、缸蓋等零部件進(jìn)行加熱，更加充分地利用了內(nèi)燃機(jī)冷卻水的余熱，改善了氣動發(fā)動機(jī)的工作環(huán)境，有效地提高了氣動發(fā)動機(jī)的循環(huán)輸出功，最終能夠降低氣動發(fā)動機(jī)的氣耗率。2、本實用新型中設(shè)計的冷卻水多級循環(huán)，可通過匹配設(shè)計滿足內(nèi)燃機(jī)在不同功率下的散熱需求，關(guān)閉或省去了內(nèi)燃機(jī)原有冷卻系統(tǒng)中的散熱器循環(huán)和風(fēng)扇，減少了內(nèi)燃機(jī)的能量消耗。3、通過本實用新型的實施，氣動-燃油混合動力系統(tǒng)的動力性得到提高，經(jīng)濟(jì)性得到改善。

圖1為本實用新型其中一個實施例。圖中附圖標(biāo)記1內(nèi)燃機(jī)、2氣動發(fā)動機(jī)、3進(jìn)氣穩(wěn)壓箱、4水空換熱器、5減壓閥、6 儲氣罐、7水泵、8動力輸出機(jī)構(gòu)、9 一級循環(huán)旁通管路、10 二級循環(huán)高溫管路、11 二級循環(huán)旁通管路、12三級循環(huán)高溫管路、13高壓氣體管路、14溫度傳感器，A和B分別為電子節(jié)溫器。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖說明和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。本實用新型系統(tǒng)實施例包括內(nèi)燃機(jī)1、氣動發(fā)動機(jī)2、進(jìn)氣穩(wěn)壓箱3、水空換熱器4、 減壓閥5、儲氣罐6、水泵7、動力耦合機(jī)構(gòu)8、一級循環(huán)旁通管路9、二級循環(huán)高溫管路10、二級循環(huán)旁通管路11、三級循環(huán)高溫管路12、高壓氣體管路13、電子節(jié)溫器(A和B)、溫度傳感器14和電子控制單元(EOT，Electronic control unit)等部分。本實用新型所述氣動發(fā)動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)缸數(shù)不限，氣動發(fā)動機(jī)包含冷卻水水套，內(nèi)燃機(jī)的冷卻形式是水冷，內(nèi)燃機(jī)的燃料可以是汽油、柴油或者天然氣等。所述水空換熱器中進(jìn)行熱交換的介質(zhì)為氣動發(fā)動機(jī)的高壓進(jìn)氣和內(nèi)燃機(jī)的冷卻水。所述儲氣罐內(nèi)的高壓氣體經(jīng)過減壓閥、水空換熱器空氣側(cè)通道、進(jìn)氣穩(wěn)壓箱、氣動發(fā)動機(jī)進(jìn)氣閥進(jìn)入氣缸內(nèi)。本實用新型混合動力系統(tǒng)中冷卻水的循環(huán)流動路徑可以分為一級循環(huán)、二級循環(huán)和三級循環(huán)。各級循環(huán)之間的轉(zhuǎn)化通過E⑶控制電子節(jié)溫器開閉加以實現(xiàn)。具體地(1)當(dāng)內(nèi)燃機(jī)冷態(tài)起動時，ECU控制兩節(jié)溫器關(guān)閉，這時內(nèi)燃機(jī)冷卻水進(jìn)行一級循環(huán)，這樣能使冷卻水迅速升溫。(2)內(nèi)燃機(jī)暖機(jī)后，當(dāng)ECU檢測到冷卻水溫度達(dá)到一定值時，控制節(jié)溫器A開啟 (關(guān)閉一級循環(huán)旁通管路通道，開啟二級循環(huán)高溫管路入口)，這時冷卻水進(jìn)行二級循環(huán)。(3)隨著內(nèi)燃機(jī)功率的不斷提高，當(dāng)冷卻水溫度繼續(xù)升高達(dá)到另一設(shè)定值時，節(jié)溫器B開啟(關(guān)閉二級循環(huán)旁通管路，打開三級循環(huán)高溫管路入口)，這時冷卻水進(jìn)行三級循環(huán)。上述調(diào)節(jié)方法同時適用于氣動發(fā)動機(jī)工作或者不工作的情況，區(qū)別在于當(dāng)氣動發(fā)動機(jī)不在工作狀態(tài)時，冷卻水換熱量減小，本系統(tǒng)根據(jù)冷卻水的溫度高低通過ECU控制水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)冷卻水循環(huán)流動速度，使之滿足內(nèi)燃機(jī)散熱需求。
權(quán)利要求1.基于冷卻水余熱多級利用的氣動-內(nèi)燃混合動力系統(tǒng)，包括氣動發(fā)動機(jī)和水冷式內(nèi)燃機(jī)，其中氣動發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣穩(wěn)壓箱經(jīng)高壓氣體管路接于儲氣罐，水冷式內(nèi)燃機(jī)的氣缸體、 氣缸蓋，水泵和管路構(gòu)成回路循環(huán)；其特征在于，水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的循環(huán)回路分為三級；其中，第一級循環(huán)回路為內(nèi)燃機(jī)本身的小循環(huán)，由內(nèi)燃機(jī)氣缸體、內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋、水泵和管路構(gòu)成；第二級循環(huán)回路由內(nèi)燃機(jī)氣缸體、內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋、水泵、氣動發(fā)動機(jī)氣缸體、氣動發(fā)動機(jī)氣缸蓋和管路構(gòu)成；第三級循環(huán)回路由內(nèi)燃機(jī)氣缸體、內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋、水泵、氣動發(fā)動機(jī)氣缸體、氣動發(fā)動機(jī)氣缸蓋、水空換熱器的水側(cè)通道和管路構(gòu)成；第一級循環(huán)回路與第二級循環(huán)回路之間、第二級循環(huán)回路與第三級循環(huán)回路之間分別通過電子節(jié)溫器連接，由電子節(jié)溫器的開閉動作實現(xiàn)循環(huán)回路的轉(zhuǎn)換；所述水空換熱器的另一側(cè)通道接于所述的高壓氣體管路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水泵設(shè)于水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水出口管路上；一個電子節(jié)溫器分別通過管路連接至水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水入口、氣動發(fā)動機(jī)的冷卻水入口和水泵出口 ；另一個電子節(jié)溫器分別通過管路連接至氣動發(fā)動機(jī)的冷卻水出口、水空換熱器水側(cè)通道的入口和水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電子節(jié)溫器通過信號線連接至電子控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水入口處設(shè)置溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲氣罐的出口處設(shè)置減壓閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水泵為電動水泵。
專利摘要本實用新型涉及發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)，旨在提供一種基于冷卻水余熱多級利用的氣動-內(nèi)燃混合動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，氣動發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣穩(wěn)壓箱經(jīng)高壓氣體管路接于儲氣罐，水冷式內(nèi)燃機(jī)的氣缸體、氣缸蓋，水泵和管路構(gòu)成回路循環(huán)；水冷式內(nèi)燃機(jī)的冷卻水的循環(huán)回路分為三級；其中，第一級循環(huán)回路為內(nèi)燃機(jī)本身的小循環(huán)，第二級、第三級的循環(huán)回路分別加入氣動發(fā)動機(jī)氣缸和水空換熱器；各級循環(huán)回路之間由電子節(jié)溫器的開閉動作實現(xiàn)循環(huán)回路的轉(zhuǎn)換。本實用新型更加充分地利用內(nèi)燃機(jī)冷卻水的余熱，改善了氣動發(fā)動機(jī)工作環(huán)境，有效地提高了氣動發(fā)動機(jī)循環(huán)輸出功，最終能夠降低氣動發(fā)動機(jī)氣耗率；減少了內(nèi)燃機(jī)能量消耗；動力系統(tǒng)動力性得到提高，經(jīng)濟(jì)性得到改善。
文檔編號F02B73/00GK202300705SQ20112044162
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者俞小莉, 葉錦, 徐煥祥, 李小飛, 李道飛, 王雷 申請人:浙江大學(xué)