專利名稱：空氣動(dòng)力汽車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣動(dòng)車輛，更具體地，涉及一種使用空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的壓縮空氣動(dòng)力汽車。
背景技術(shù)：
大多數(shù)地面車輛，比如汽車、卡車、越野車等均采用以燃油作為工質(zhì)的內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源。這種采用燃油作為工質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)一方面因燃油燃燒不充分，使得排出的氣體中含有大量的有害物質(zhì)而污染環(huán)境，另一方面因使用的燃油是從石油中提煉而獲得，石油資源的日益緊缺使得燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展和利用受到越來越多的限制。因此開發(fā)新的、潔凈的、無污染的替代能源，并以這種替代能源作為地面車輛的動(dòng)力源成為現(xiàn)代車輛發(fā)展急需解決的問題，氣動(dòng)汽車正是適合這種需要而逐步走入世人的眼界。氣動(dòng)汽車?yán)酶邏簤嚎s空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)膨脹做功過程，推動(dòng)活塞做功對(duì)外輸·出動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)汽車行駛。它不消耗燃料，是真正零排放的環(huán)保汽車，能有效地緩解城市空氣污染嚴(yán)重和石油資源匱乏的情況。為此，許多國家都積極投入對(duì)空氣動(dòng)力汽車的研究。典型的空氣動(dòng)力汽車為法國MDI公司的設(shè)計(jì)師Guy Negre在專利FR2731472A1中公開的采用壓縮空氣的雙燃料工作模式汽車。在該專利文獻(xiàn)中，空氣動(dòng)力汽車采用了可在燃料供應(yīng)和壓縮空氣供應(yīng)兩種模式下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)，在高速公路上采用普通燃料如汽油或柴油，在低速特別是市區(qū)和市郊，將壓縮空氣(或其他任何非污染的壓縮氣體)注入燃燒室。這種發(fā)動(dòng)機(jī)雖然部分地降低了燃料消耗，由于仍然采用了燃油工作模式，排放問題依然未能解決。為了進(jìn)一步減輕污染，專利US6311486B1進(jìn)一步公開了一種采用純空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)汽車，這種純空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)采用了三個(gè)獨(dú)立的室吸氣-壓縮室、膨脹排氣室和恒定容積燃燒室，并且吸氣-壓縮室通過閥連接到恒定容積燃燒室，恒定容積燃燒室通過閥連接到膨脹排氣室。這種發(fā)動(dòng)機(jī)的問題之一是壓縮氣體從吸氣-壓縮室到膨脹排氣室經(jīng)歷的時(shí)間較長，獲得驅(qū)動(dòng)活塞做功的動(dòng)力源氣體時(shí)間較長，同時(shí)，從膨脹排氣室排出的高壓氣體未能得到使用，這就限制了這類空氣動(dòng)力汽車的工作效率和續(xù)航里程。美國專利US2006225941A1公開了一種壓縮空氣動(dòng)力車輛，這種壓縮空氣動(dòng)力車輛以壓縮空氣作為動(dòng)力源，通過氣動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)出的電用來驅(qū)動(dòng)與車軸連接的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)車輛行進(jìn)。這種空氣動(dòng)力車輛采用了多種電機(jī)，機(jī)構(gòu)復(fù)雜、輸出力矩小，難以得到推廣應(yīng)用。本申請(qǐng)的申請(qǐng)人在其中國專利CN101428555 A公開了一種空氣混合動(dòng)力汽車，該混合動(dòng)力汽車包括能量回收裝置、能量存儲(chǔ)裝置、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、控制裝置、換擋裝置及輔助裝置。當(dāng)機(jī)動(dòng)車正常行駛時(shí)，空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，當(dāng)機(jī)動(dòng)車在制動(dòng)、剎車、轉(zhuǎn)彎等需要減速時(shí)，進(jìn)行能源回收。這種混合動(dòng)力汽車一定程度上利用了壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣，提高了壓縮空氣的能量利用率。但這種氣動(dòng)汽車未有效地對(duì)壓縮空氣進(jìn)行量化控制，所存儲(chǔ)的壓縮空氣不能最大限度地得到利用，續(xù)航里程受到一定限制。
實(shí)用新型內(nèi)容基于上述問題，本實(shí)用新型公開一種使用壓縮空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車，旨在提供一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、續(xù)航里程大幅度增加的空氣動(dòng)力汽車。為此，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種空氣動(dòng)力汽車，該空氣動(dòng)力汽車包括車輛框架、底盤、車軸以及和車軸連接的多個(gè)車輪；空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其通過變速箱連接到傳動(dòng)系統(tǒng)，并通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)車輪；發(fā)電機(jī)，其與空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，以利用空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能發(fā)電，并將發(fā)出的電能經(jīng)變頻裝置送入蓄電池單元；主儲(chǔ)氣罐，其和下游的減壓儲(chǔ)氣罐連接，以便為空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)提供所需的高壓壓縮空氣。其中，所述空氣動(dòng)力汽車還包括加熱調(diào)節(jié)器，其與減壓儲(chǔ)氣罐連接，以對(duì)進(jìn)入其中的壓縮空氣進(jìn)行增壓和升溫；流量控制閥，其通過過濾干燥器和加熱調(diào)節(jié)器連接，以從加熱調(diào)節(jié)器接收升溫后的壓縮空氣；空氣分配控制器，其接收來自流量控制閥的壓縮空氣，并將壓縮空氣分配到空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸，以驅(qū)動(dòng)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作；控制裝置，其根據(jù)空氣動(dòng)力汽 車的工況和駕駛員的操作控制流量控制閥；以及輔助回路，其連接在加熱調(diào)節(jié)器和減壓儲(chǔ)氣罐之間，以將加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)超過壓力閾值的壓縮空氣送回減壓儲(chǔ)氣罐。優(yōu)選的是，所述空氣動(dòng)力汽車進(jìn)一步包括補(bǔ)充進(jìn)氣回路。優(yōu)選的是，所述空氣動(dòng)力汽車進(jìn)一步包括尾氣回收和增壓回路。在優(yōu)選實(shí)施例中，空氣動(dòng)力汽車的輔助回路包括輔助管路、安全閥、緩沖罐和補(bǔ)氣泵，當(dāng)加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)的壓力傳感器所檢測(cè)的壓力超過壓力閾值時(shí)，安全閥打開，多余的高壓空氣從加熱調(diào)節(jié)器進(jìn)入緩沖罐內(nèi)暫時(shí)保存。在優(yōu)選實(shí)施例中，空氣動(dòng)力汽車的尾氣回收和增壓回路包括消聲器、尾氣回收裝置、過濾器、尾氣增壓壓縮機(jī)、單向閥、主儲(chǔ)氣罐支路和加熱調(diào)節(jié)器支路。優(yōu)選的是，所述主儲(chǔ)氣罐支路上設(shè)有冷凝器和限壓閥，以將較高壓的壓縮空氣送往主儲(chǔ)氣罐。優(yōu)選的是，所述加熱調(diào)節(jié)器支路上設(shè)有順序閥，當(dāng)尾氣增壓壓縮機(jī)增壓后的尾氣壓力小于IOMPa時(shí)，增壓尾氣通過順序閥送入加熱調(diào)節(jié)器中。在優(yōu)選實(shí)施例中，空氣動(dòng)力汽車的補(bǔ)充進(jìn)氣回路包括蓄電池單元、可控開關(guān)、直流電機(jī)、補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)以及聯(lián)接在主儲(chǔ)氣罐和補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)之間的管路。優(yōu)選的是，所述主儲(chǔ)氣罐支路上的限壓閥的開啟壓力為10MPa、12 MPa或15MPa。根據(jù)本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例，空氣動(dòng)力汽車的控制裝置包括多個(gè)輸入和至少一個(gè)輸出，所述多個(gè)輸入包括油門踏板位置信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、鑰匙開關(guān)信號(hào)、車輛車速信號(hào)、溫度信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)，所述至少一個(gè)輸出為控制流量控制閥操作的控制指令。優(yōu)選的是，所述控制裝置包括數(shù)據(jù)接收處理單元、工況判定模塊、主控單元、從控單元、功率放大電路以及MAP數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。優(yōu)選的是，空氣動(dòng)力汽車得加熱調(diào)節(jié)器包括冷卻水箱、循環(huán)水泵、加熱罐、噴水嘴。更加優(yōu)選的是，空氣動(dòng)力汽車的加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)有由蓄電池單元供電的電加熱器，所述控制裝置的加熱控制模塊基于設(shè)定在加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)的溫度傳感器所檢測(cè)的溫度控制加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)的壓縮空氣溫度。[0022]由于本實(shí)用新型的空氣動(dòng)力汽車上采用了加熱調(diào)節(jié)器、補(bǔ)充進(jìn)氣回路、輔助回路和尾氣回收和增壓回路，有效地利用了壓縮空氣蓄含的壓能，因此能顯著提高車輛的續(xù)航里程。并且基于車輛的運(yùn)行狀態(tài)和駕駛員的操作來控制壓縮空氣的流量，可以更加高效地利用壓縮空氣，從而提高空氣動(dòng)力汽車的性能。

現(xiàn)在將描述根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選但非限制性的實(shí)施例，本實(shí)用新型的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)在參考附圖閱讀如下詳細(xì)描述時(shí)將變得顯而易見，其中圖I是根據(jù)本實(shí)用新型的空氣動(dòng)力汽車的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中的控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是圖I中的加熱調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式以下的說明本質(zhì)上僅僅是示例性的而并不是為了限制本公開、應(yīng)用或用途。應(yīng)當(dāng)理解的是，在全部附圖中，對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相同或?qū)?yīng)的部件和特征?，F(xiàn)在參考附圖，圖I描述了根據(jù)本實(shí)用新型的空氣動(dòng)力汽車的總體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，氣動(dòng)車輛包括車輛框架(未示出)、支撐在車輛框架上的底盤(未示出)以及連接在車軸上的多個(gè)車輪51。支撐在底盤上的是空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31，該空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)可以是直列多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，比如本申請(qǐng)的申請(qǐng)人在其中國申請(qǐng)CN201110331831. 3中所公開的二沖程空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī),也可以是V型多缸空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)?？諝鈩?dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31連接到傳統(tǒng)車輛所采用的變速箱40，并通過變速箱40連接到傳統(tǒng)汽車所采用的傳動(dòng)系統(tǒng)45，以將空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的動(dòng)力通過車軸傳遞到車輪51。車軸進(jìn)一步連接有制動(dòng)單元50，以在車輛制動(dòng)時(shí)為車輛提供制動(dòng)。進(jìn)一步參考圖1，主儲(chǔ)氣罐46存儲(chǔ)壓力為20MPa 45MPa之間的高壓壓縮空氣，優(yōu)選地為30MPa。主儲(chǔ)氣罐46通過加氣管路(未標(biāo)記)與外部加氣設(shè)備連接，以從壓縮空氣加氣站或外部高壓氣罐獲得所需的壓縮空氣。主儲(chǔ)氣罐46上設(shè)有監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓縮空氣壓力和容量的壓力表和流量表，以及實(shí)時(shí)檢測(cè)主儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力的壓力傳感器49，壓力傳感器49所檢測(cè)的主儲(chǔ)氣罐壓力信號(hào)2送往控制裝置35。主儲(chǔ)氣罐46和減壓儲(chǔ)氣罐5之間設(shè)有真空泵13，以在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或穩(wěn)定工作時(shí)將主儲(chǔ)氣罐46內(nèi)的高壓壓縮空氣送入到減壓儲(chǔ)氣罐5內(nèi)。減壓儲(chǔ)氣罐5通過設(shè)有控制閥12的儲(chǔ)氣罐管路14連接到加熱調(diào)節(jié)器17。減壓儲(chǔ)氣罐5上設(shè)有檢測(cè)壓力的壓力傳感器49，以將該減壓儲(chǔ)氣罐5內(nèi)的壓力信號(hào)41送往控制裝置35。經(jīng)過減壓后的高壓壓縮空氣在加熱調(diào)節(jié)器17內(nèi)進(jìn)行加熱，以提高壓縮空氣的壓力和溫度。加熱調(diào)節(jié)器17為一種雙加熱罐連續(xù)加熱裝置，其內(nèi)部具有加熱腔，外部具有以水冷卻的冷卻腔，以將壓縮空氣的溫度提高到例如是400°C左右，加熱調(diào)節(jié)器17的詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在后文中描述。經(jīng)過加熱調(diào)節(jié)器17加熱調(diào)節(jié)后的壓縮空氣經(jīng)管路22連接到過濾干燥器23，經(jīng)過濾干燥器23干燥后的壓縮空氣經(jīng)管路24送入流量控制閥25。在備選實(shí)施例中，也可以省略過濾干燥器23，加熱調(diào)節(jié)器17可以直接通過管路連接到流量控制閥25。流量控制閥25受控制裝置35控制，以根據(jù)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的工況和駕駛員的操作來確定流量控制閥25的開度和開啟時(shí)間，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的壓縮空氣量。經(jīng)流量控制閥25調(diào)節(jié)的壓縮空氣通過管路27送入空氣分配控制器28?？諝夥峙淇刂破?8是一種機(jī)械式控制器，其可將壓縮空氣均勻地分配到空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31內(nèi)的各個(gè)氣缸，以驅(qū)動(dòng)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31工作?？諝夥峙淇刂破?8的詳細(xì)構(gòu)造在本申請(qǐng)的申請(qǐng)人的中國專利申請(qǐng)201110331822. 4中得到了描述，在此，該申請(qǐng)的全文通過引用結(jié)合于本文中?？諝鈩?dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31與發(fā)電機(jī)47的轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)47發(fā)電。發(fā)電機(jī)47發(fā)出的電經(jīng)變頻裝置48轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姶鎯?chǔ)在蓄電池單元3中，以供車輛的其他用電單元使用。自空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31排出的尾氣依然具有一定 的壓力，其可通過管路回收和增壓后進(jìn)行重復(fù)利用，從而最大程度地利用壓縮空氣的壓能。該尾氣回收和增壓回路包括消聲器管路32、消聲器30、尾氣回收裝置29、尾氣回收管路19、過濾器15、尾氣增壓壓縮機(jī)10、單向閥9、主儲(chǔ)氣罐支路和加熱調(diào)節(jié)器支路。尾氣經(jīng)消聲器管路32被送入消聲器30，消聲后的尾氣被送入尾氣回收裝置29。尾氣回收裝置29可以是簡(jiǎn)單的聚氣罐，也可以是附加抽氣單元的容器。從尾氣回收罐29出來的尾氣經(jīng)過濾器15過濾后送往尾氣增壓壓縮機(jī)10。尾氣增壓壓縮機(jī)10通過例如是皮帶傳動(dòng)裝置的連接件21帶動(dòng)，以對(duì)回收的尾氣增壓。經(jīng)過尾氣增壓壓縮機(jī)10壓縮后的尾氣其壓力得到顯著的增加，通常能達(dá)到5 MPa以上。在尾氣增壓壓縮機(jī)10的下游處設(shè)有單向閥9，增壓后的尾氣經(jīng)單向閥9經(jīng)主儲(chǔ)氣罐支路和加熱調(diào)節(jié)器支路分別送入主儲(chǔ)氣罐46和加熱調(diào)節(jié)器17。主儲(chǔ)氣罐支路上設(shè)有開啟壓力設(shè)定為例如是IOMPa的限壓閥7，以將較高壓的壓縮空氣送往主儲(chǔ)氣罐46?？蓚溥x的是，在主儲(chǔ)氣罐支路上設(shè)定有冷凝器8，以將低溫高壓的壓縮空氣存儲(chǔ)在主儲(chǔ)氣罐46內(nèi)。在通往加熱調(diào)節(jié)器17的管路上設(shè)有順序閥9，當(dāng)尾氣增壓壓縮機(jī)10增壓后的尾氣壓力小于IOMPa時(shí)，增壓尾氣通過限壓壓力設(shè)定為例如是IOMPa的順序閥(該順序閥在進(jìn)氣壓力小于IOMPa時(shí)開啟，在進(jìn)氣壓力大于IOMPa時(shí)自動(dòng)關(guān)閉)送入加熱調(diào)節(jié)器17中。在備選方案中，可根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定限壓閥的開啟壓力和順序閥的關(guān)閉壓力。例如可以是7Ma至20MPa之間的任何壓力。優(yōu)選的是，是10MPa、12MPa、15MPa中的任何一個(gè)。如此一來，用于驅(qū)動(dòng)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的高壓壓縮空氣在做功之后其相當(dāng)一部分通過尾氣回收和增壓回路增壓凈化后回收到主儲(chǔ)氣罐46，或通過加熱調(diào)節(jié)器支路進(jìn)入再循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)了尾氣的再利用。尾氣回收和增壓回路的存在不僅相當(dāng)程度地解決了具有相當(dāng)壓力的尾氣直接排氣大氣造成的噪聲污染問題，而且有效地減少了對(duì)大容量主儲(chǔ)氣罐46的容積需求問題。換句話說，對(duì)于給定容量的主儲(chǔ)氣罐46，尾氣回收和增壓回路的存在大大增加了空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的持續(xù)工作時(shí)間，大大增加了氣動(dòng)車輛的持續(xù)工作時(shí)間，從而明顯地提氣動(dòng)車輛的性能。在減壓儲(chǔ)氣罐5和加熱調(diào)節(jié)器17之間還設(shè)有輔助加熱調(diào)節(jié)器17加熱安全的輔助回路。該輔助回路包括輔助管路26、安全閥43、緩沖罐44、補(bǔ)氣泵42。加熱調(diào)節(jié)器17上設(shè)有檢測(cè)壓力的壓力傳感器49和檢測(cè)溫度的溫度傳感器18。溫度傳感器18所檢測(cè)的溫度信號(hào)34以及壓力傳感器29檢測(cè)的加熱罐內(nèi)壓力信號(hào)39送入控制裝置35?？刂蒲b置35根據(jù)溫度信號(hào)34控制加熱調(diào)節(jié)器17內(nèi)的電加熱器，但加熱調(diào)節(jié)器17內(nèi)的溫度超過例如是400°C的溫度閾值時(shí)，控制裝置35斷開蓄電池單元3給加熱調(diào)節(jié)器17的供電，從而限制加熱調(diào)節(jié)器17內(nèi)壓縮空氣的溫度進(jìn)一步提高。當(dāng)壓力傳感器49檢測(cè)的壓力超過例如是15MPa時(shí)的壓力閾值時(shí)，安全閥43打開，多余的高壓空氣進(jìn)入緩沖罐44內(nèi)暫時(shí)保存，但減壓儲(chǔ)氣罐5內(nèi)的壓力不足時(shí)，緩沖罐44內(nèi)的壓縮空氣通過補(bǔ)氣泵42進(jìn)入減壓儲(chǔ)氣罐。[0033]如圖I所示，本實(shí)用新型的空氣動(dòng)力汽車還包括補(bǔ)充進(jìn)氣回路。該補(bǔ)充進(jìn)氣回路包括蓄電池單元3、可控開關(guān)4、直流電機(jī)6、補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)52以及聯(lián)接在主儲(chǔ)氣罐46和補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)52之間的管路。當(dāng)反應(yīng)主儲(chǔ)氣罐46內(nèi)壓力的壓力信號(hào)2低于預(yù)定閾值或根據(jù)駕駛員的選擇操作，控制裝置35發(fā)出指令使可控開關(guān)4接通，直流電機(jī)6起動(dòng)，帶動(dòng)補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)52工作，環(huán)境空氣經(jīng)補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)52壓縮增壓后送入主儲(chǔ)氣罐46，從而可以主動(dòng)地為車輛提供高壓壓縮空氣。空氣動(dòng)力汽車的控制由控制裝置35根據(jù)空氣動(dòng)力汽車的工況和駕駛員的操作進(jìn)行。如圖I和圖2所示，控制裝置具有多個(gè)輸入，例如油門踏板位置信號(hào)38、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)36、鑰匙開關(guān)信號(hào)37、車輛車速信號(hào)、主儲(chǔ)氣罐壓力信號(hào)2、加熱罐內(nèi)壓力信號(hào)39、減壓罐內(nèi)壓力信號(hào)41、由安裝在加熱調(diào)節(jié)器17上的溫度傳感器18測(cè)量的溫度信號(hào)34、制動(dòng)信號(hào)、以及例如是大氣溫度、進(jìn)氣壓力的其他輸入。多個(gè)輸入信號(hào)輸入控制裝置35后經(jīng)控制裝置35處理后發(fā)出控制流量控制閥25的控制指令33，從而控制流量控制閥25的開閉。控制裝置35的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示?？刂蒲b置35包括數(shù)據(jù)接收處理單元35_7、工況判定模塊35-1、主控單元35-4、從控單元35-2、功率放大電路35_6以及MAP數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器35-8。主控單元35-4和從控單元35-2構(gòu)成空氣流量控制模塊35-0。控制裝置還包括控制加熱調(diào)節(jié)器17操作的加熱控制模塊35-3，經(jīng)可控開關(guān)4控制補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)52的壓縮機(jī)控制模塊35-5。優(yōu)選的是，控制裝置35還包括異常處理模塊35-9，以根據(jù)車輛的工況啟動(dòng)超速保護(hù)模塊35-10或停機(jī)模塊35-11的動(dòng)作。下面將詳細(xì)描述控制裝置35的工作過程。數(shù)據(jù)接收處理單元35-7接收油門踏板位置信號(hào)38、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)36、鑰匙開關(guān)信號(hào)37、車輛車速信號(hào)、氣罐氣壓信號(hào)(2，39, 41)、溫度信號(hào)34和其他輸入信號(hào),這些信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)接收處理單元35-7分析和處理后，送往工況判定模塊35-1。工況判定模塊35-1根據(jù)數(shù)據(jù)接收處理單元35-7的輸入判定車輛的工況。在本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例中，將控制裝置35控制的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的工況分為起動(dòng)工況、怠速工況、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況、加速運(yùn)行工況、減速運(yùn)行工況?？刂蒲b置35根據(jù)不同的工況采取不同的進(jìn)氣策略。起動(dòng)工況，當(dāng)鑰匙開關(guān)信號(hào)37啟用，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)36小于怠速轉(zhuǎn)速閾值信號(hào)時(shí)，即認(rèn)為空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31處于起動(dòng)工況。此時(shí)，真空泵13開啟、一定壓力的壓縮空氣從主儲(chǔ)氣罐46進(jìn)入減壓儲(chǔ)氣罐5。為了便于空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的起動(dòng)，采用查取MAP圖的意義不大，此時(shí)，采用固定的噴氣正時(shí)和噴氣量(上止點(diǎn)時(shí)開始進(jìn)氣，且采用最大的噴氣量，以便于起動(dòng))，將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整至怠速，然后以怠速的噴氣正時(shí)和噴氣量將空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的轉(zhuǎn)速維持在怠速上，以等待下一步的操作。根據(jù)不同的空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31可設(shè)定調(diào)校不同的怠速閾值。由于空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)通常為低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)，怠速閾值可以設(shè)定為300轉(zhuǎn)/分或500轉(zhuǎn)/分。怠速工況，當(dāng)油門位置為0%，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于怠速閾值時(shí)，定義為怠速工況。怠速轉(zhuǎn)速的大小根據(jù)此工況下查取MAP數(shù)據(jù)的實(shí)際運(yùn)行情況而定。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況，即發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在油門踏板位置和負(fù)荷固定不變或變化較小的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以保持恒定。為了簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)的控制，可以將油門踏板位置變化不超過10%的情況定義為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況。在外部MAP數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器35-8中存儲(chǔ)有穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的MAP圖，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板位置，直接查找調(diào)用相應(yīng)的噴氣量和噴氣正時(shí)。[0040]加速運(yùn)行工況，油門踏板位置增幅超過10%認(rèn)定為加速運(yùn)行工況，為了保持運(yùn)行的平穩(wěn)性，采用的方法是在上一次采集到的油門踏板位置和當(dāng)前油門踏板位置之間取一個(gè)中間值，和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一起共同構(gòu)成一個(gè)加速運(yùn)行工況，然后在穩(wěn)定運(yùn)行MAP圖中查找所對(duì)應(yīng)的噴氣正時(shí)和噴氣量。減速運(yùn)行工況，油門踏板位置減幅超過10%認(rèn)定為加速運(yùn)行工況，為了保持運(yùn)行的平穩(wěn)性，采用的方法是在上一次采集到的油門踏板位置和當(dāng)前油門踏板位置之間取一個(gè)中間值，和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一起共同構(gòu)成一個(gè)減速運(yùn)行工況，然后在穩(wěn)定運(yùn)行MAP圖中查找所對(duì)應(yīng)的噴氣正時(shí)和噴氣量。對(duì)于油門踏板位置減幅超過40%的急劇減速情況，或者制動(dòng)踏板被踩下制動(dòng)信號(hào)被啟用時(shí)，采取的策略是停止進(jìn)氣，直至脫離加速運(yùn)行工況，再按照相應(yīng)的工況去處理。主控單元35-4和從控單元35-2構(gòu)成空氣流量控制模塊。主控單元35_4根據(jù)工況判定模塊35-1給出的工況判定通過串口從外部MAP數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器35-8讀取MAP數(shù)據(jù)，從MAP數(shù)據(jù)中得出所需要的噴氣正時(shí)和噴氣量。主控單元35-4將從MAP數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器35_8得到的噴氣正時(shí)和噴氣量通過串行端口傳送給從控單元35-2，從控單元35-2運(yùn)用例如是發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和凸輪軸位置的輸入?yún)?shù)通過換算輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過功率放大電路放大成驅(qū)動(dòng)流量控制閥25開啟的電信號(hào)。在示例性實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)流量控制閥25的電信號(hào)是閥打開的持續(xù)時(shí)間電信號(hào)。壓縮機(jī)控制模塊35-5是用來根據(jù)主儲(chǔ)氣罐46內(nèi)的壓縮空氣狀態(tài)來控制補(bǔ)充進(jìn)氣回路的。當(dāng)主儲(chǔ)氣罐46的壓力過低時(shí)，即反映主儲(chǔ)氣罐46內(nèi)壓縮空氣容量的儲(chǔ)氣壓力信號(hào)2過低時(shí)(例如壓力低于5MPa時(shí))，壓縮機(jī)控制模塊35-5從數(shù)據(jù)接收處理單元35_7接收到此信號(hào)時(shí)，即可接通可控開關(guān)4，蓄電池單元3向直流電機(jī)6供電，直流電機(jī)6帶動(dòng)補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)52工作，實(shí)現(xiàn)向主儲(chǔ)氣罐46的主動(dòng)供氣?？刂蒲b置35還包括控制加熱調(diào)節(jié)器17工作的加熱控制模塊35-3，當(dāng)加熱調(diào)節(jié)器17內(nèi)的壓縮空氣的溫度34超過設(shè)定閾值時(shí)，加熱控制模塊35-3切斷蓄電池單元3對(duì)加熱調(diào)節(jié)器17的電加熱器的電供應(yīng)，電加熱器停止加熱，這樣就可將電加熱器17內(nèi)的壓縮空氣溫度控制在閾值溫度范圍之內(nèi)。在示例性實(shí)施中，本實(shí)用新型的閾值溫度設(shè)置為400°C。加熱控制模塊35-3還可以控制輔助回路。當(dāng)緩沖罐44內(nèi)的壓縮空氣達(dá)到一定壓力時(shí)，加熱控制模塊啟動(dòng)補(bǔ)氣泵42，補(bǔ)氣泵42將緩沖罐44內(nèi)的壓縮空氣送入減壓儲(chǔ)氣罐5?？刂蒲b置35還包括異常處理模塊35-9，以用來處理空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的非正常工作和故障現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)36達(dá)到或超過空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的最大允許轉(zhuǎn)速閾值時(shí)(例如設(shè)定為3500轉(zhuǎn)/分)，數(shù)據(jù)接收處理單元35-7將此信號(hào)發(fā)送給異常處理模塊35-9，超速保護(hù)模塊35-10從異常處理模塊35-9接收此超速保護(hù)信號(hào)后立即向流量控制閥25發(fā)出停止供氣的指令，從而切斷向空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的供氣，直至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整至怠速為止，然后以怠速的噴氣正時(shí)和噴氣量將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在怠速上等待下一步的操作。當(dāng)制動(dòng)踏板被踩下并且油門踏板增幅急劇變大(即油門踏板增幅大于40%)的異常情況時(shí)，異常處理模塊35-9立即觸發(fā)停機(jī)模塊35-11，立即關(guān)閉流量控制閥25，同時(shí)切斷空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31的供電電路，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作?，F(xiàn)在參考圖3，圖3描述了根據(jù)本實(shí)用新型的加熱調(diào)節(jié)器17的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。加熱調(diào)節(jié)器17包括冷卻水箱1709、循環(huán)水泵1701、第一加熱罐(如圖所示的左側(cè)加熱罐為第一加熱罐)、第二加熱罐、連接第一加熱罐和第二加熱罐之間的通氣管道5、向第一加熱罐噴水的第一噴水嘴1704、向第二加熱罐噴水的第二噴水嘴1704，以及連接在噴水嘴1704和循環(huán)水泵1701之間的單向閥1702。第一加熱罐和第二加熱罐具有相同的結(jié)構(gòu)，加熱罐為雙殼結(jié)構(gòu)，最外部為冷卻腔外殼1720，中間為冷卻腔內(nèi)殼1722，最里面為加熱芯外壁1724。冷卻腔外殼1720和冷卻腔內(nèi)殼1722之間的環(huán)形空間為冷卻腔1710，冷卻水箱1709中的水經(jīng)循環(huán)水泵1701泵送后進(jìn)入冷卻腔1710，以對(duì)加熱罐進(jìn)行冷卻，防止加熱罐的外壁溫度過高而影響周圍的管路或電器設(shè)備。冷卻腔1710中的水換熱后經(jīng)冷卻箱水管1728回流到冷卻水箱1709。加熱芯1726和冷卻腔內(nèi)殼1722之間布置有螺旋形的加熱管道1711。之所以將加熱管道設(shè)定成多圈螺旋形，便于通過加熱管道1711的壓縮空氣能跟加熱芯1726進(jìn)行充分的換熱，以達(dá)到迅速提高壓縮空氣的目的。第一加熱罐上的加熱管道1711通過進(jìn)氣管道1703與儲(chǔ)氣罐管路14連接，以從減壓儲(chǔ)氣罐5接收減壓后的壓縮空氣。加熱芯1726的內(nèi)部具有空心的加熱腔1712，壓縮空氣經(jīng)加熱管道1711后進(jìn)入加熱腔1712進(jìn)行進(jìn)一步的加 熱。在本實(shí)用新型中，加熱芯1726為一種電加熱器。從第一加熱罐的加熱腔1712出來的加熱空氣經(jīng)通氣管道5進(jìn)入第二加熱罐的加熱管道1711，爾后再進(jìn)入第二加熱罐的加熱腔1712。經(jīng)過兩次加熱罐加熱后的壓縮空氣經(jīng)過濾干燥器23被送往流量控制閥25，以進(jìn)一步送往空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)31。第二加熱罐的加熱芯1726的頂部還設(shè)有限壓閥1708，當(dāng)加熱芯1726內(nèi)的壓縮空氣超過限壓閥的規(guī)定壓力后，限壓閥1708開啟，一部分壓縮空氣進(jìn)入緩沖罐44內(nèi)保存起來，并經(jīng)出氣管道1706連接到補(bǔ)氣泵42。第一加熱罐上設(shè)有第一溫度傳感器Kl和第一壓力傳感器Pl,第二加熱罐上設(shè)有第二溫度傳感器K2和第二壓力傳感器P2，溫度傳感器Kl、K2和壓力傳感器PU P2將檢測(cè)到的加熱罐內(nèi)的壓縮空氣的溫度和壓力傳送給控制裝置35，控制裝置35的加熱控制模塊35-3根據(jù)接收到的溫度信號(hào)或壓力信號(hào)控制可控開關(guān)1707(如圖2所示，此處的第一、第二溫度傳感器在圖I中以標(biāo)記38表示，此處的第一、第二壓力傳感器在在圖I中以標(biāo)記49表示)。當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅鱇l所檢測(cè)的溫度信號(hào)值大于設(shè)定的溫度閾值(例如是400°C)時(shí)，加熱控制模塊35-3向第一可控開關(guān)1713和第二可控開關(guān)1714同時(shí)發(fā)出斷開的指令，蓄電池單元3不再給加熱調(diào)節(jié)器17供電，停止對(duì)加熱罐的加熱。當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅鱇l所檢測(cè)的溫度信號(hào)值小于設(shè)定的溫度閾值(例如是400°C)時(shí)，第一可控開關(guān)1713接通，第二可控開關(guān)1714接通，從減壓儲(chǔ)氣罐5來的壓縮空氣經(jīng)加熱調(diào)節(jié)器17的第一加熱罐、第二加熱罐加熱。當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅鱇2所檢測(cè)的溫度信號(hào)值大于設(shè)定的溫度閾值(例如是400°C )時(shí)，加熱控制模塊35-3向第二可控開關(guān)1714發(fā)出斷開的指令，蓄電池單元3不再給加熱調(diào)節(jié)器17的第二加熱罐供電，直至第二加熱罐內(nèi)的壓縮空氣的溫度小于溫度閾值為止。在備選實(shí)施例中，也可以根據(jù)壓力傳感器Pl、P2的壓力信號(hào)控制加熱調(diào)節(jié)器17的加熱。比如，將壓力閾值設(shè)定為15MPa，當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅鱌l所檢測(cè)的壓力信號(hào)值大于設(shè)定的壓力閾值(例如是15MPa)時(shí)，加熱控制模塊35-3向第一可控開關(guān)1713和第二可控開關(guān)1714同時(shí)發(fā)出斷開的指令，蓄電池單元3不再給加熱調(diào)節(jié)器17供電，停止對(duì)加熱罐的加熱。當(dāng)?shù)谝粔毫鞲衅鱌l所檢測(cè)的壓力信號(hào)值小于設(shè)定的壓力閾值時(shí)，第一可控開關(guān)1713接通，第二可控開關(guān)1714接通，從減壓儲(chǔ)氣罐5來的壓縮空氣經(jīng)加熱調(diào)節(jié)器17的第一加熱罐、第二加熱罐加熱。當(dāng)?shù)诙毫鞲衅鱌2所檢測(cè)的壓力信號(hào)值大于設(shè)定的壓力閾值時(shí)，加熱控制模塊35-3向第二可控開關(guān)1714發(fā)出斷開的指令，蓄電池單元3不再給加熱調(diào)節(jié)器17的第二加熱罐供電，直至第二加熱罐內(nèi)的壓縮空氣的壓力小于壓力閾值為止。盡管參考附圖詳細(xì)地公開了本實(shí)用新型，但應(yīng)理解的是，這些描述僅僅是示例性 的，并非用來限制本實(shí)用新型的應(yīng)用。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍由附加權(quán)利要求限定，并可包括在不脫離本實(shí)用新型保護(hù)范圍和精神的情況下針對(duì)本實(shí)用新型所作的各種變型、改型及等效方案。
權(quán)利要求1.一種空氣動(dòng)力汽車，其包括 車輛框架、底盤、車軸以及和車軸連接的多個(gè)車輪； 空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，其通過變速箱連接到傳動(dòng)系統(tǒng)，并通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)車輪； 發(fā)電機(jī)，其與空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接，以利用空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能發(fā)電，并將發(fā)出的電能經(jīng)變頻裝置送入蓄電池單元； 主儲(chǔ)氣罐，其和下游的減壓儲(chǔ)氣罐連接，以便為空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)提供所需的高壓壓縮空氣；其特征在于，所述空氣動(dòng)力汽車還包括 加熱調(diào)節(jié)器，其與減壓儲(chǔ)氣罐連接，以對(duì)進(jìn)入其中的壓縮空氣進(jìn)行增壓和升溫； 流量控制閥，其通過過濾干燥器和加熱調(diào)節(jié)器連接，以從加熱調(diào)節(jié)器接收升溫后的壓縮空氣； 空氣分配控制器，其接收來自流量控制閥的壓縮空氣，并將壓縮空氣分配到空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸，以驅(qū)動(dòng)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作； 控制裝置，其根據(jù)空氣動(dòng)力汽車的工況和駕駛員的操作控制流量控制閥；以及輔助回路，其連接在加熱調(diào)節(jié)器和減壓儲(chǔ)氣罐之間，以將加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)超過壓力閾值的壓縮空氣送回減壓儲(chǔ)氣罐。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，進(jìn)一步包括補(bǔ)充進(jìn)氣回路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，進(jìn)一步包括尾氣回收和增壓回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述輔助回路包括輔助管路、安全閥、緩沖罐和補(bǔ)氣泵，當(dāng)加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)的壓力傳感器所檢測(cè)的壓力超過壓力閾值時(shí)，安全閥打開，多余的高壓空氣從加熱調(diào)節(jié)器進(jìn)入緩沖罐內(nèi)暫時(shí)保存。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述尾氣回收和增壓回路包括消聲器、尾氣回收裝置、過濾器、尾氣增壓壓縮機(jī)、單向閥、主儲(chǔ)氣罐支路和加熱調(diào)節(jié)器支路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述主儲(chǔ)氣罐支路上設(shè)有冷凝器和限壓閥，以將較高壓的壓縮空氣送往主儲(chǔ)氣罐。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述加熱調(diào)節(jié)器支路上設(shè)有順序閥，當(dāng)尾氣增壓壓縮機(jī)增壓后的尾氣壓力小于IOMPa時(shí)，增壓尾氣通過順序閥送入加熱調(diào)節(jié)器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述補(bǔ)充進(jìn)氣回路包括蓄電池單元、可控開關(guān)、直流電機(jī)、補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)以及聯(lián)接在主儲(chǔ)氣罐和補(bǔ)充進(jìn)氣壓縮機(jī)之間的管路。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述限壓閥的開啟壓力為10MPa、12 MPa 或 15MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述控制裝置包括多個(gè)輸入和至少一個(gè)輸出，所述多個(gè)輸入包括油門踏板位置信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、鑰匙開關(guān)信號(hào)、車輛車速信號(hào)、溫度信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)，所述至少一個(gè)輸出為控制流量控制閥操作的控制指令。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-3、5-10中任一項(xiàng)所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述控制裝置包括數(shù)據(jù)接收處理單元、工況判定模塊、主控單元、從控單元、功率放大電路以及MAP數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述加熱調(diào)節(jié)器包括冷卻水箱、循環(huán)水泵、加熱罐、噴水嘴。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的空氣動(dòng)力汽車，其特征在于，所述加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)有由蓄電池單元供電的電加熱器，所述控制裝置的加熱控制模塊基于設(shè)定在加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)的溫度傳感器所檢測(cè)的溫度控制加熱調(diào)節(jié)器內(nèi)的壓縮空氣溫度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種氣動(dòng)車輛，具體而言，涉及一種使用空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的壓縮空氣動(dòng)力汽車。該氣動(dòng)車輛包括車輛框架、底盤、車軸、空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、主儲(chǔ)氣罐、加熱調(diào)節(jié)器、流量控制閥、空氣分配控制器以及控制裝置。該控制裝置根據(jù)空氣動(dòng)力汽車的工況和駕駛員的操作控制流量控制閥，從而調(diào)節(jié)空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。該空氣動(dòng)力汽車還安裝有輔助回路和補(bǔ)充進(jìn)氣回路，以增加氣動(dòng)車輛的續(xù)航里程。并且，空氣動(dòng)力汽車還具有尾氣回收和增壓回路，以充分利用空氣動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣。
文檔編號(hào)F02M25/07GK202573777SQ201220224599
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者周登榮, 周劍 申請(qǐng)人:周登榮, 周劍