節(jié)能環(huán)?？諝?燃油混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣-燃油混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，特別涉及發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣余熱回收利用。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)意義上的混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)多是指油-電混合。油-電混合的一大缺陷是車上需配備一定量的蓄電池，而蓄電池的壽命是有限的，油-電混合中，盡管發(fā)動(dòng)機(jī)可以一直工作在高效區(qū)，但發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣能量還是白白浪費(fèi)。
[0003]法國標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán)(PSA)公布的壓縮空氣-汽油混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，該動(dòng)力系統(tǒng)與油電混合動(dòng)力的原理相似。系統(tǒng)由一款普通汽油機(jī)、一個(gè)儲(chǔ)氣罐、一個(gè)儲(chǔ)液罐和液壓馬達(dá)液力泵組成，它有三種驅(qū)動(dòng)模式，分別是氣動(dòng)模式、油動(dòng)模式和混合模式。
[0004]發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣余熱的回收利用主要包括復(fù)合渦輪增壓、熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)、底循環(huán)技術(shù)(Kalina循環(huán)、朗肯循環(huán))等，熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)簡易方便，但轉(zhuǎn)換效率底。復(fù)合渦輪增壓影響原機(jī)工作性能。底循環(huán)回收廢氣余熱具有轉(zhuǎn)化效率高，對(duì)內(nèi)燃機(jī)負(fù)面影響小等優(yōu)勢(shì)。但結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，與內(nèi)燃機(jī)的匹配也成為很大困難。
[0005]空氣-燃油混合動(dòng)力近年來引起人們很大關(guān)注。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)可從如下幾方面考慮
[0006]啟動(dòng)與怠速:傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)受環(huán)境影響很大，氣溫太低，啟動(dòng)困難。頻繁的啟動(dòng)不但損壞啟動(dòng)馬達(dá)，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性也并無益處。壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)有極好的啟動(dòng)性能。車輛停車后，發(fā)動(dòng)機(jī)可以停機(jī)，高壓儲(chǔ)氣瓶的壓縮空氣可以滿足車輛的需要。
[0007]制動(dòng):按SAE J227a城市運(yùn)行工況仿真加速，公交車制動(dòng)所耗費(fèi)能量占發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的機(jī)械功的60%，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，制動(dòng)所耗費(fèi)的能量以摩擦熱的形式消耗掉。車輛制動(dòng)時(shí)，以壓縮空氣的形式，從而替代摩擦發(fā)熱。所壓縮的空氣為氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所用，而空氣壓縮機(jī)壓縮空氣并不受負(fù)荷大小的限制(電動(dòng)車中，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電受充電電流大小限制)。
[0008]低速運(yùn)行:傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，油耗很高，這是由發(fā)動(dòng)機(jī)特性決定的。城市運(yùn)行的車輛比高速公路運(yùn)行的車輛油耗要高出很多。發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)距經(jīng)濟(jì)工況點(diǎn)很遠(yuǎn)。在車輛低速運(yùn)行時(shí)使用壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作，而低速運(yùn)行正是壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高效工作段。
[0009]發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱:燃油發(fā)動(dòng)機(jī)大體上有30% -50%的能量以廢氣余熱的形式浪費(fèi)掉，油-電混合動(dòng)力中燃油發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的廢氣的熱量也是白白浪費(fèi)的。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作能力與效率與壓縮空氣溫度有密切關(guān)系，溫度越高效率越高。用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣余熱加熱壓縮空氣技術(shù)上并不難行。并且加熱效率要比其他形式要高的多。
[0010]排放:氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)、低速、加速、減速時(shí)有其特殊優(yōu)勢(shì)，而頻繁啟動(dòng)、加速、減速的工況常見于城市路況。而氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的零排放更具優(yōu)勢(shì)。
[0011]當(dāng)然，純氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)也有缺陷:(I)要想提高行車?yán)锍蹋仨毤哟髢?chǔ)氣罐容積和提高壓縮空氣壓力。加大儲(chǔ)氣罐容積對(duì)于車輛的布局有難度，同時(shí)大的儲(chǔ)氣罐也使車輛重量增加；提高壓縮空氣壓力，在氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于不能以儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓縮空氣壓力工作，需減壓運(yùn)行，這就浪費(fèi)了許多壓力能。(2)純氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)效率不高。燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)正好與氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)相反。將兩者結(jié)合起來，整機(jī)效率將大大提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種新型的具有發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣余熱回收功能的空氣-燃油混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:提供了一種節(jié)能環(huán)?？諝?燃油混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，主要包括燃油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸一、燃油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸二、壓縮空氣缸、壓縮空氣膨脹缸、水霧化器、換熱器、兩位三通閥、電磁閥、儲(chǔ)氣罐和節(jié)流閥。
[0013]燃油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸一、燃油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸二、進(jìn)氣管、排氣管組成系統(tǒng)的傳統(tǒng)意義的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)；其中進(jìn)氣管分成兩路分別進(jìn)入燃油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸一和燃油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸二的進(jìn)氣口 ；排氣管將燃油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸一和燃油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸二排出的熱氣通過管路排到換熱器中。
[0014]壓縮空氣缸、水霧化器、進(jìn)氣閥、排氣閥組成系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)；其中水霧化器的氣體通過進(jìn)氣閥進(jìn)入壓縮空氣缸，經(jīng)壓縮空氣缸壓縮的氣體通過排氣閥管路排到兩位三通閥處。
[0015]壓縮空氣膨脹缸、進(jìn)氣門、排氣門、壓縮空氣膨脹缸的排氣管組成系統(tǒng)的壓縮空氣膨脹機(jī)；來自換熱器中的熱氣通過進(jìn)氣門在壓縮空氣膨脹缸中做功，膨脹機(jī)排氣管將做功后的廢氣排入大氣中。
[0016]換熱器收集并加熱來自兩個(gè)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的熱氣，和壓縮空氣缸排出的常溫氣體；經(jīng)換熱器熱的氣體一部分排放到壓縮空氣膨脹缸做功，另一部分由換熱器的排氣口排入大氣中兩位三通閥與排氣閥連通，并控制的兩路輸出:一路通儲(chǔ)氣罐、一路通換熱器，經(jīng)換熱器加熱后接入壓縮空氣膨脹機(jī)進(jìn)氣門。
[0017]帶有節(jié)流閥和電磁閥的管路，靠近節(jié)流閥一端并入儲(chǔ)氣罐和兩位三通閥之間的管線，另一端并入換熱器和兩位三通閥之間的管線。儲(chǔ)氣罐設(shè)有排污口。
[0018]整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)由空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣膨脹機(jī)、燃油發(fā)動(dòng)機(jī)組成一體機(jī)。燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)意義的內(nèi)燃機(jī)一樣，在此不做過多闡述?？諝鈮嚎s機(jī)壓縮的空氣經(jīng)過換熱器被燃油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣加熱，進(jìn)入壓縮空氣膨脹機(jī)做功。如果空氣壓縮機(jī)壓縮空氣過程為絕熱過程，被壓縮的空氣溫度很高，不但增加了壓縮空氣所消耗的有用功，過高的壓縮空氣溫度也不利于從燃油發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中獲取熱量。例如，空氣從0.11^&、20°0絕熱壓縮到2111?&，壓縮后溫度為(273+20) (2/0.1) ~ ((1.4-1)/1.4) = 690k，即417°C。燃油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放溫度在400-800°C，由于其溫差較小，獲取的熱量有限，所獲取的能量甚至不夠克服摩擦阻力。如果是等溫壓縮，壓縮后溫度依然是20°C，不但壓縮空氣所消耗的有用功減小，由于溫差加大，壓縮空氣獲取的熱量將大大提高。在空氣壓縮機(jī)入口加一水霧化器，將空氣、霧化水一同吸入空壓機(jī)，由于水的潛熱大，壓縮空氣溫度不會(huì)升高很多?？山普J(rèn)為為等溫壓縮。壓縮后的含水空氣一起進(jìn)入換熱器中，從廢氣中獲取大量熱量，水受熱變?yōu)樗魵?，增加了氣體體積，膨脹機(jī)可做更多功。
[0019]系統(tǒng)中設(shè)有一儲(chǔ)氣罐，當(dāng)剎車時(shí)，空壓機(jī)壓縮的空氣送入儲(chǔ)氣罐中。啟動(dòng)、怠速時(shí)用儲(chǔ)氣罐壓縮空氣推動(dòng)壓縮空氣膨脹機(jī)工作，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)可以停止工作。
[0020]當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力太低時(shí)，可用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)工作，快速給儲(chǔ)氣罐充氣。
[0021]充入儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣不希望帶有過多水分，當(dāng)給儲(chǔ)氣罐充氣時(shí)，水霧化器停止工作，但不可避免的會(huì)有部分水進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。在儲(chǔ)氣罐上設(shè)有排污口，可定期將儲(chǔ)氣罐里的水排掉。
[0022]本發(fā)明的有益效果在于，充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱，減少汽車尾氣的排放，提高整機(jī)效率。本發(fā)明備用一個(gè)儲(chǔ)氣罐，剎車時(shí)，被壓縮的空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，啟動(dòng)和怠速時(shí)，用儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)壓縮空氣膨脹缸完成。啟動(dòng)、低速時(shí)使用氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，不但節(jié)省能源，更無尾氣排放，