[發明專利]基于能量綜合回收利用的車用氣動-內燃混合動力系統

有效

• 申請號: 201310108166.0
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN103195610A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 俞小莉;王雷;李道飛;徐煥祥;樊之鵬;韓松
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F02G5/04
• 分類號: F02G5/04;F02B47/08;F02B37/02
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本發明屬于內燃機節能減排技術領域，涉及一種基于能量綜合回收利用的車用氣動-內燃混合動力系統。

背景技術

內燃機作為主要的原動機，在人類社會中得到廣泛應用。雖然，當前能源問題和環境問題不斷凸顯，涌現出了諸如電動汽車、太陽能汽車等新能源汽車技術，但是目前內燃機應用廣泛，保有量大，國際汽車和內燃機界普遍認為，在可預計的未來，內燃機仍將是車輛等裝置的主要動力來源。從當前的內燃機能量平衡來看，動力輸出功率一般只占燃油燃燒總熱量的20%-45%，除了少部分用于克服摩擦等損失外，很大一部分的熱量通過冷卻回路散熱以及排氣進入到大氣中。并且在車輛行駛工況中，制動過程消耗了一部分的能量，制動工況所占比例越大，燃油經濟性就越差。因此，對內燃機余能和車輛制動能量的回收再利用是提高總能效率和降低油耗的有效途徑。

氣動發動機采用壓縮空氣（或液氮）作為工作介質，具有零排放的優點。但是單純的氣動發動機工質膨脹吸熱導致氣缸壁、氣缸蓋等部件溫度降低，具有輸出功率小、能量利用率低下的缺點。采用氣動-內燃混合動力的方案既可實現內燃機余能的回收利用，同時又可以優化氣動發動機以及內燃機的工作性能。而內燃機余熱能具有低品位能到高品位能的梯級特性，通過單一途徑的回收利用無法最大限度地提升總能效率。

因此，需要有一套系統，能夠實現車用氣動-內燃混合動力能量綜合回收利用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種基于能量綜合回收利用的車用氣動-內燃混合動力系統。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種基于能量綜合回收利用的車用氣動-內燃混合動力系統，包括至少一個具有加熱水套的氣動發動機和至少一個水冷式內燃機；該系統還包括：廢氣渦輪、壓氣機、水泵、電子節溫器、水-空熱交換器、空-空熱交換器、壓縮空氣儲能系統以及控制閥；其中，廢氣渦輪與壓氣機相連成為廢氣渦輪-壓氣機機組；

水冷式內燃機的排氣管出口分為三路，分別與大氣、壓縮空氣儲能系統和廢氣渦輪的進口相連接，管路上分別設有兩通閥；壓氣機入口與大氣相連，出口連接至壓縮空氣儲能系統；廢氣渦輪出口通過排氣管與空-空熱交換器熱側入口相連接，空-空熱交換器熱側出口再與氣動發動機進氣管第一入口相連接；空-空熱交換器冷側入口與壓縮空氣儲能系統相連，其冷側出口則與氣動發動機進氣管第二入口相連；內燃機冷卻水出口與水-空熱交換器水側入口相連接，水-空熱交換器水側出口與電子節溫器相連；電子節溫器一出口經過氣動發動機冷卻水套與水泵入口相連，另一出口則直接與水泵入口相連；水-空熱交換器空氣側入口與壓縮空氣儲能系統相連，空氣側出口與氣動發動機進氣管第三入口相連；氣動發動機排氣管出口分為三路，分別通過氣體管路與內燃機進氣管、大氣和壓縮空氣儲能系統相連，管路上分別設有兩通閥；內燃機進氣管入口分為三路，分別與大氣、壓縮空氣儲能系統和氣動發動機排氣管路相連接；氣動發動機進氣管第四入口與大氣相連，管路上設有兩通閥。

本發明中，所述壓縮空氣儲能系統包括氣體控制閥組、至少一個高壓儲氣罐和至少一個低壓儲氣罐；其中，氣體控制閥組由數個電磁閥組合而成，各個電磁閥通過信號線與車用氣動-內燃混合動力系統的控制器相連接；氣體控制閥組的內部具有緩沖腔，緩沖腔通過電磁閥分別連接至高壓儲氣罐和低壓儲氣罐。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明可實現內燃機排氣余能多級利用、內燃機冷卻水余熱多級利用、氣動發動機排氣余能利用、發動機制動能量回收利用等四條能量回收利用技術路徑。通過能量多級回收利用的技術方案，實現了內燃機排氣余能和冷卻水余熱從高品位至低品位的梯級回收，同時提升了壓縮空氣的做功能力，提升了氣動發動機的動力性和經濟性，通過匹配，可減少或消除內燃機冷卻系統風扇功耗。

2、通過氣動發動機排氣以及壓縮空氣直接對內燃機進行增壓的技術方案，克服了原有內燃機廢氣渦輪增壓系統增壓“遲滯”的問題，提升了內燃機低速和加速性能，同時降低排放。

3、由于內燃機排氣最終和壓縮空氣混合后進入氣動發動機膨脹做功，因此氣動發動機排氣中包含部分內燃機排氣，并且經過氣動發動機膨脹后的排氣溫度較低，將其引至內燃機進氣管作為部分進氣，可起到“廢氣再循環”的功能，可使內燃機省去中冷器和EGR冷卻器。

4、本發明可實現車輛起-停功能，通過制動能量回收與壓縮空氣起步相結合的方案，可取消內燃機怠速工況，提升了整車燃油經濟性，同時降低排放。

附圖說明