专利名称：设有内燃机和斯特林发动机的动力装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力装置，其包括用作动力源的内燃机、使用来自内燃机的废热作为热源的斯特林发动机、以及辅助设备。更具体地涉及一种包括内燃机、斯特林发动机以及辅助设备的动力装置，并且该动力装置能使用由斯特林发动机驱动的发电机发出的电能来驱动所述辅助设备。
背景技术：
在日本专利公报JP 64-75865 A及JP 2002-266701 A中公开了驱动发电机的斯特林发动机。JP 64-75865 A中公开的斯特林发动机驱动热泵内的制冷压缩机以及发电机。当由于空调负载及大气环境变化致使斯特林发动机的转速发生变化时，位于发电机内的磁场调节器对发电机的磁场进行调节，从而对该斯特林发动机的转速进行控制。因而，热泵负载的变化由电能负载来补偿，从而维持斯特林发动机的负载恒定。
JP 2002-266701 A中公开的斯特林发动机采用由催化剂转换器产生的反应热作为排气排放控制的热源，该催化剂转换器放置于内燃机(即，汽车动力装置)的排气系统中。由斯特林发动机产生的机械能被用来驱动发电机和汽车的辅助设备。
尽管JP 64-75865 A中提及的斯特林发动机采用斯特林发动机燃烧室中产生的废气热来加热工作气体，但其未对该斯特林发动机的制动功率的使用进行任何考虑以减少燃烧室的燃油消耗。JP 2002-266701 A中提及的斯特林发动机采用催化剂转换器作为加热器。该催化剂转换器由内燃机的废气热和反应热来加热。由于是斯特林发动机的制动功率驱动汽车的辅助设备而不是内燃机，因此内燃机以低燃油消耗率运行，并且用于行驶的燃油消耗率得以提高。然而，废气温度较低，催化剂转换器未被加热到其活性状态的温度，并且斯特林发动机的制动功率也较低，在此状态下，有时辅助设备就不能够被驱动以正常工作，从而不能充分实现其功能。
JP 64-75865 A中提及的斯特林发动机通过调节发电机负载来控制发动机的转速，以保持驱动制冷压缩机的斯特林发动机的负载恒定，从而使得该斯特林发动机以最大热效运行。然而，斯特林发动机热效最大时的转速与该斯特林发动机制动功率最大时的转速并不一致。通常，热效最大时的转速低于制动功率最大时的转速。因而，发电机的发电能力不能保持在较高水平，并且发电机不能发出足够的电能。
本发明是考虑到了这些情况而作出的，且本发明的主要目的是减少用作原动机的内燃机的燃油消耗，并确保辅助设备被驱动，从而使得即使斯特林发动机的制动功率较低时，辅助设备的功能也能够全部实现，该内燃机排放的废热用作斯特林发动机的高温热源。本发明的另一目的是最大可能地回收废热的热能，进一步减少内燃机的燃油消耗，并确保即使由发电机和蓄电池提供的电能不足以正常驱动辅助设备时，辅助设备也能够被满意地驱动。
发明内容
根据本发明，一种动力装置包括作为用于驱动设备的原动机的内燃机；内燃机的辅助设备；电动机；发电机；以及由工作气体操作从而驱动该发电机的斯特林发动机；其中，该斯特林发动机具有使用由内燃机产生的废热来加热工作气体的加热器，所述蓄电池与电动机相连，从而为该电动机供应电能，所述发电机与电动机和蓄电池相连，从而为该电动机和蓄电池供应所产生的电能，并且所述电动机与辅助设备相连，从而驱动该辅助设备。
当由内燃机产生的废热具有足够的热能，并且由斯特林发动机驱动的发电机能够发出足以驱动辅助设备的电能时，辅助设备由电动机驱动，内燃机无需驱动该辅助设备，因此，作为用于驱动辅助设备的原动机的内燃机的燃油消耗相应减少。当由内燃机产生的废热不具有足够的热能，斯特林发动机的制动功率较低，并且发电机不能够产生足以驱动辅助设备的电能时，辅助设备可以以一种能够充分实现其功能的模式驱动，在该模式下该辅助设备被采用由发电机发出的电能充电的蓄电池提供的电能驱动。
根据本发明，该动力装置还包括一转速控制装置，用于将所述斯特林发动机的转速调节到最佳转速，在该最佳转速下所述斯特林发动机产生最大或基本最大的制动功率。
因此，即使该斯特林发动机的输出性能根据废热的热能的变化而发生变化，斯特林发动机的转速仍然能够被调节到使得该斯特林发动机产生最大制动功率的最佳转速。因此，发电机被最大或基本最大的制动功率驱动，从而产生最大或基本最大的电能。
本发明具有以下效果。被最大或基本最大的制动功率驱动的发电机产生最大或基本最大的电能。因此，废热的热能的最大可能部分能够被回收，由被充足电能驱动的电动机来驱动辅助设备的频率增加，从而内燃机的燃油消耗能够进一步减少。
优选地，所述辅助设备是包括多个辅助设备的辅助设备组，所述辅助设备组中的辅助设备通过包括离合器的变速机构与内燃机相连，离合器接合和分离，从而使得所述多个辅助设备可选择地被内燃机或电动机驱动，并且一控制系统可选择地确定被电动机驱动的辅助设备的数量。
因此，当由发电机发出的电能不足以驱动预定数量的全部由电动机驱动的辅助设备时，被电动机驱动的辅助设备的数量就会根据发电机发出的电能发生变化，从而内燃机的燃油消耗相应减少。当由于废热的热能不充足，以及由此引发的斯特林发动机的制动功率较低，而使得发电机不能发出足够的电能时，就由内燃机驱动辅助设备。
因此，可获得以下效果。由于电动机根据由发电机发出的电能尽可能多地驱动所述多个辅助设备中的设备，因此内燃机的燃油消耗就能够减少。即使发电机和蓄电池不能够提供充足的电能，也能够确保辅助设备被内燃机驱动。
根据本发明的一实施例，内燃机通过第一离合器与第一辅助设备互锁，与内燃机互锁的该辅助设备通过第二离合器与电动机互锁，该电动机与其余辅助设备可操作地连接，并且该第一与第二离合器被控制系统控制，从而根据所述动力装置的运转状态接合或分离。因此，能够确保辅助设备可选择地被内燃机或电动机驱动。
更具体地，当内燃机在低载荷运转范围内运转并且电动机不能够得到充足的电能时，该控制系统操作以使得第一离合器和第二离合器都接合，从而使内燃机与所有辅助设备可操作地连接。
根据本发明，当内燃机在中载荷运转范围内运转并且电动机只得到用于驱动除了第一辅助设备之外的其它辅助设备的电能时，控制系统使第二离合器分离，并将除了第一辅助设备之外的其它辅助设备连接到电动机。因此，除了第一辅助设备之外的辅助设备由电动机驱动。
根据本发明，当内燃机在高载荷运转范围内运转并且电动机能够得到足以驱动所有辅助设备的电能时，控制系统使第一和第二离合器分离并将所有辅助设备与电动机连接。因此，所有的辅助设备都由电动机驱动。
图1是解释本发明的一个优选实施例中包括内燃机和斯特林发动机的动力装置的示意图；图2是图1所示的斯特林发动机的纵向剖视图；图3是图2所示的斯特林发动机的俯视图；和图4是表示图2所示的斯特林发动机的制动功率特性曲线。
具体实施例方式
下面将参照图1至图4对本发明的优选实施例进行说明。
参见图1，本发明优选实施例中的动力装置包括水冷多缸内燃机1、预定数量的辅助设备、电动机2、发电机3、用于驱动发电机3的斯特林发动机4、蓄电池5、以及包括控制单元(以下称作“ECU”)的控制系统40。该动力装置安装在车辆上，且内燃机1用作驱动车辆的原动机。
内燃机1具有装入气缸内作往复运动的活塞、和在活塞驱动下转动的曲轴1a。活塞被空气-燃油混合气燃烧产生的废气的压力驱动，其中该燃油由燃油喷射阀喷入气缸，而该空气由在燃烧室中设有节气门的进气系统输入气缸。曲轴1a的动力由包括变速器在内的动力传输系统传递给车辆的驱动轮，从而驱动该车辆运行。
从燃烧室排出的燃烧气体(即，废气)流入设有催化剂转换器的排气系统(即，废气排放控制装置)。催化剂转换器将废气变得无害，该无害废气被供给到包括在斯特林发动机4中的加热器271和272(图2)。该无害废气在将热量传递给加热器271和272之后排放到大气中。
包括在辅助设备组A中的预定数量的辅助设备是4个辅助设备，即，包括在空调系统中的压缩机6，包括在动力转向系统中的动力转向泵7，包括在冷却系统中的水泵8，该冷却系统使冷却水在内燃机1中循环以将该内燃机1冷却，以及将油泵入以润滑内燃机1的内部件的油泵9。该动力装置包括辅助发电机16，其能够在发电机3无法发电的紧急情况下发出至少所需的电能。
辅助设备组A通过包括离合器10和13的变速机构T与曲轴1a(即，输出轴)可操作地连接。压缩机6，三个泵7、8和9以及辅助发电机16被内燃机1旋转地驱动。变速机构T包括第一变速机构T1及第二变速机构T2，该第一变速机构T1将压缩机6的轴6a和辅助发电机16的轴16a与曲轴1a可操作地连接，而该第二变速机构T2将动力转向泵7的轴7a，水泵8的轴8a以及油泵9的轴与电动机2的轴2a和离合器10可操作地连接，其中离合器10用于将电动机2和压缩机6的相应轴2a和6a连接和断开。该离合器10是电磁离合器。
第一变速机构T1包括变速机构12(它具有与曲轴1a可操作地互连的传动带12a)，从动轴11和轴16a，以及使得从动轴11和轴6a连接和断开的离合器13。该离合器13是电磁离合器。第二变速机构T2具有变速机构14，该变速机构包括缠绕在轴2a、7a及8a周围并使轴2a、7a及8a与油泵9的轴可操作地互连的传动带14a。轴8a为水泵8和油泵9所共有。可以分别为水泵8和油泵9单独提供共轴线的耦合轴。辅助发电机16的轴16a通过电磁离合器17与曲轴1a相连。当不需要辅助发电机16发电时，ECU 40将电磁离合器17分离。
电动机2被发电机3和蓄电池5提供的电能驱动，并且该电动机能够旋转驱动压缩机6及泵7、8和9。电能由蓄电池5供应给电动机2，该电动机2通过压缩机6和第一变速机构T1驱动曲轴1a转动，从而重新启动处于怠速止动状态的内燃机1。
ECU 40根据内燃机1的运转状态(例如，怠速止动)、发电机3的发电率以及蓄电池5的充电状态等来接合或分离离合器10和13。压缩机6及泵7、8和9可选择地由内燃机1和电动机2驱动，而被电动机2驱动的辅助设备的数量由离合器10和13的适当接合和分离来确定。
更具体地，当离合器10和13都接合时是第一驱动模式，此时辅助设备组A的所有辅助设备(即，压缩机6及泵7、8和9)都由曲轴1a驱动。在该第一驱动模式下，电动机2不产生任何驱动力，它怠速运转。当离合器13接合而离合器10分离时是第二驱动模式，此时辅助设备组A中只有压缩机6由曲轴1a驱动，而泵7、8和9由发电机2驱动。当离合器13分离而离合器10接合时是第三驱动模式，此时辅助设备组A的所有辅助设备(即，压缩机6及泵7、8和9)都由电动机2驱动。
泵7、8和9是车辆行驶及内燃机1运行必需的基本辅助设备，它们被第二变速机构T2恒定互锁并同时停止或运转。甚至在发电机3以相对较低的发电率发电的状态下，在辅助设备组A的辅助设备中，只有泵7、8和9由电动机驱动。
在辅助设备组A的辅助设备中，压缩机6是最大的负载，其被运转的频率低于泵7、8和9。因此，压缩机6独立于泵7、8和9被内燃机1驱动。
参照图2，斯特林发动机4是两级型式，其包括组合的第一发动机单元201和第二发动机单元202。斯特林发动机4包括曲轴26，两个气缸211和212，与气缸211和212构成一单元并限定了用于容纳曲轴26的曲轴腔23的曲轴箱22，分别装入气缸211和212用于做往复运动的抽气活塞241和242，分别装入气缸211和212用于做往复运动的动力活塞251和252，与动力活塞251和252相连并受其驱动的曲轴26，分别属于发动机单元201和202的加热器271和272，再生器281和282及冷却器291和292。
在发动机单元201和202中，由气缸211和212的上部及抽气活塞241和242分别限定了体积可变的高温空间301和302；而体积可变的低温空间311和312分别形成于抽气活塞241和242与动力活塞251和252之间。高温空间301和302及低温空间311和312通过通道分别恒定地与加热器271和272、再生器281和282及冷却器291和292连接。高温空间301和302、低温空间311和312及通道内充满作为工作气体的高压氦气。
抽气活塞241和242及动力活塞251和252通过运动转换机构分别与曲轴腔23中的曲轴26相连，该运动转换机构将往复运动转换为转动以及将转动转换成往复运动。该运动转换机构将动力活塞251和252平行于气缸211和212轴线的往复运动转换为曲轴26的转动，并将曲轴26的转动转换为抽气活塞241和242平行于气缸211和212轴线的往复运动。
同时参照图3，从内燃机1排出的废气通过排气系统和废气供应管道32输送到加热器271和272，加热器271和272采用由内燃机1产生的废热(即，高温热源)来加热工作气体。在本实施例中，废气通过废气供应管道32流入第一发动机单元201的加热器271，从第一加热器271流入第二发动机单元202的加热器272，随后通过排放管道33排入大气。加热器271和272分别与高温空间301和再生器281相连，并且高温空间302和再生器282通过废气(即，加热流体)的热量来加热工作气体。
冷却水在流过包括在冷却系统中用于冷却内燃机1的散热器并被水泵8泵出时，被冷却到较低的温度，该冷却水通过与水泵8的排水口相连的输送管道34流入冷却器291和292，然后通过排水管道35流向散热器。冷却器291置于低温空间311和再生器281之间，冷却器292置于低温空间312和再生器282之间，该冷却器291和292通过冷却水(即，冷却流体)冷却工作气体。
在第一发动机单元201和第二发动机单元202中，抽气活塞241和242的各相位分别超前动力活塞251和252相应相位大约90°。抽气活塞241和242的相应运动之间的相位差是180°。因此，工作气体根据高温空间301和302及低温空间311和312的容积变化，从而穿过加热器271和272，再生器281和282及冷却器291和292在高温空间301和低温空间311之间及高温空间302和低温空间312之间流动；高温空间301和302及低温空间311和312的这种容积变化是由于抽气活塞241和242及动力活塞251和252的往复运动引起的。当高温空间301(302)的容积增加时，在高温空间301(302)和低温空间311(312)内的工作气体的压力增加，并且动力活塞251(252)被该高压工作气体的压力驱动，从而使曲轴26转动。
参照图2，发电机3容纳于曲轴腔23内。发电机3被曲轴26(即，输出轴)驱动。曲轴26被分为用于第一发动机单元201的第一曲轴组成部分261和用于第二发动机单元202的第二曲轴组成部分262。将发电机3置于曲轴组成部分261和262之间。通过将发电机3的轴3a的相对端与曲轴组成部分261和262联接，从而通过发电机3将曲轴组成部分261和262可操作地连接。
参照图1，由发电机3发出的电能用于驱动电动机2和为蓄电池5充电。蓄电池5能够向包括头灯、尾灯及刹车灯的照明系统，视听设备，包括导航系统在内的指示仪表，以及通讯系统等的所有车辆电子设备提供电能。ECU 40控制包括稳压器和变压器的控制器19来供应由发电机3发出的电能，利用由发电机3发出的电能为蓄电池5充电，并将来自该蓄电池5的电能供应给电动机2和电子设备。
磁场调节器15(即，载荷控制装置)与发电机3相连，其用于控制发电机3上的载荷。该磁场调节器15通过调节磁场电流来调节发电机3上的载荷。
斯特林发动机4的制动功率特性根据内燃机1的运转状态的不同而变化。特别是，与冷却水的温度变化范围相比，废气的热能变化范围相对较大，废气的热能对斯特林发动机4的制动功率起支配作用。对于与特定情况下的废气热能相对应的斯特林发动机4运转状态下的制动功率，制动功率最大时该斯特林发动机4的转速取决于与运转状态相对应的制动功率特性。考虑到以最高效率回收废气的热能，优选以制动功率特性下的最大制动功率来驱动发电机3，从而使该发电机3发出最大电能。
基于内燃机1的运转状态(更具体地说是废气的热能情况)，ECU 40为斯特林发动机4设置了适于达到最大制动功率的最佳转速。ECU 40通过控制磁场调节器15来控制发电机3上的载荷，从而控制斯特林发动机4的转速。因此，磁场调节器15也用作转速调节装置。
下面将参照图1和4图来描述ECU 40控制斯特林发动机4的输出及离合器10和13的控制操作。
参照图1，除了设有CPU(中央处理单元)的ECU 40外，控制系统还包括基于曲轴26的转速来测量斯特林发动机4的转速N的转速传感器41，用于测量由发电机3产生的电能的发电测量装置42，用于测量蓄电池5的电压的电压传感器43，位于加热器271(图3)的入口处用于测量废气温度的温度传感器44，位于冷却器291和292(图3)的入口处用于测量冷却水温度的温度传感器45，以及用于感测内燃机1的运转状态的运转状态传感单元。
用于感测内燃机1运转状态的运转状态传感单元包括用于测量该内燃机1转速的转速传感器46，用于感测流经进气系统的进气流的气流传感器47，用于确定来自于节气门开口的该内燃机1上的负载压力的负载压力传感器48，用于测量内燃机1的发动机温度的发动机温度传感器49，用于测量大气温度的大气温度传感器50。
ECU 40设有存储设备，用于存储控制磁场调节器15、离合器10和13、控制器19和燃油喷射阀的控制程序，以及曲线图。ECU 40从传感器41至50接收信号，该ECU 40的CPU基于这些输入信号进行运算，而后该ECU 40提供控制信号以控制磁场调节器15，离合器10和13，控制器19以及燃油喷射阀。
图4示出了斯特林发动机4的制动功率特性。在图4中，曲线C1至C5分别代表在内燃机稳定运行而且车辆匀速行驶的状况下，车辆速度从V1到V5时斯特林发动机4的制动功率。车辆速度的增加顺序为V1，V2，V3，V4及V5。
随着车辆速度的增加，内燃机1的负载增加，因此，废气在第一动力发动机单元201的加热器271入口处的入口温度升高，废气在该加热器271入口处的质量流率增加，并能够从废气中得到的热能增加。图4所示的制动功率特性曲线是基于以下假设而做出的，即，车辆速度不同时，供应给冷却器291和292的冷却水的温度恒定。
当供应给加热器271和272的废气的热能增加时，对每一制动功率特性，发动机转速为N时的制动功率L和最大制动功率都增大，并且制动功率达到最大时的最佳发动机转速(No1至No5)增加。内燃机1的预热结束后，被其加热的冷却水在流经散热器时被冷却。因此，该冷却水由水泵8提供给冷却器291和292时温度保持恒定。
发动机的最佳转速(即，最佳发动机转速N)由动力装置的ECU 40确定，在该转速下斯特林发动机4通过以下步骤产生最大或基本最大的制动功率。
废气在第一发动机单元201的加热器271入口处的入口温度及其质量流率(即，废气热能的质量状况)被测量出来。该入口温度由用于感测废气温度的温度传感装置或用于计算废气温度的温度计算装置确定。该质量流率由质量流率计算装置算出。该温度传感装置或温度计算装置及质量流率计算装置构成了用于计算废气热能的热能计算装置。
温度传感装置为温度传感器44。温度计算装置包括用于提取废气温度的操作及ECU 40的计算操作，提取废气温度的操作是基于由气流传感器47测量到的进气流率和由ECU 40从显示废气温度的温度曲线图计算出的燃油供应率进行的，该温度曲线图具体由以下参数表示，即，进气流率，燃油喷射阀喷射燃油的燃油喷射率，以及内燃机1运行的转速；而ECU40的计算操作用于采用由大气传感器50测量到的大气温度来修正从温度曲线图中提取的温度。流率计算装置包括待由ECU 40执行的计算操作和流序，例如，将燃油供应率和由气流传感器47测量到的进气流率相加。
对应于测量或计算得到的入口温度和质量流率的所设定发动机转速是从发动机转速曲线图中得到的，该发动机转速曲线图示出了由参数(即，入口温度和质量流率)确定的发动机转速。得到的发动机转速采用与斯特林发动机4的最大制动功率相关的系数来修正，从而确定该斯特林发动机4产生最大或基本最大的制动功率时的最佳发动机转速。如果供应给冷却器291和292的冷却水温度被用来修正该设定发动机转速，则需用该冷却水的温度作为参数从修正系数图中提取对应于该冷却水温度的修正系数，并且采用该得到的修正系数来修正该设定发动机转速。
ECU 40控制磁场调节器15来控制发电机3的负载，从而将发动机转速N调节到最佳发动机转速。磁场调节器15的控制变量可基于表示控制变量值与相应最佳发动机转速的曲线图来确定；或者可这样确定，即，测量发动机转速N，并且执行反馈控制操作从而将测量得到的发动机转速N调节到最佳发动机转速。
因此，发电机3被以最佳转速转动的曲轴26驱动，并且相应于斯特林发动机4的制动功率特性，发电机3发出最大或基本最大的电能。
下面将参照图1来描述ECU 40的操作，其基于由发电测量装置42测量到的数据来控制离合器10和13。
当ECU 40断定内燃机1正在低载荷运转范围内运转，并且发电机3不能提供足以驱动辅助设备组A的所有辅助设备(即，压缩机6及泵7、8和9)的电能时，ECU 40就接合离合器10和13，从而以第一驱动模式驱动辅助设备组A。
当ECU 40断定内燃机1正在中载荷运转范围内运转，发电机3不能提供足以驱动辅助设备组A的所有辅助设备(即，压缩机6及泵7、8和9)的电能，并且发电机3能够提供足以驱动7、8和9三个泵的电能时，ECU 40就分离离合器10并且接合离合器13，从而以第二驱动模式驱动辅助设备组A。
当ECU 40断定内燃机1正在高载荷运转范围内运转，并且发电机3能够提供足以驱动辅助设备组A的所有辅助设备(即，压缩机6及泵7、8和9)的电能时，ECU 40就分离离合器10和13，从而以第三驱动模式驱动辅助设备组A。离合器10和13可能会被接合从而辅助电动机2驱动曲轴1a。
如果由发动机3产生的电能不足以驱动辅助设备组A并且通过从电压传感器43测量得到的数据得知蓄电池5被充了足够电能，则就由蓄电池5供给电能，从而以第二或第三模式驱动辅助设备组A。如果蓄电池5被充分充电，则辅助设备组A能够被由蓄电池5供给的电能以第一种模式驱动。
当得知由由电压传感器43测出的蓄电池5电压是需要充电的较低极限电压时，如果由发电机3发出的电能足够驱动电动机2并为蓄电池5充电，则ECU 40就驱动电动机2并用由发电机3发出的电能为蓄电池5充电。如果由发电机3发出的电能不足以驱动电动机2并为蓄电池5充电，则ECU 40就优先为蓄电池5充电并且停止向电动机2供电。在这种情况下，ECU 40至少要接合离合器10或离合器13之一，从而由内燃机1而不是电动机2来驱动辅助设备。
以下将说明该动力装置的操作和效果。
在该动力装置中，用于斯特林发动机4的高温热源的是从内燃机1排放的废气，并且由发电机3发出的电能被用于驱动电动机2及为蓄电池5充电。当废气具有充足的热能、而且被斯特林发动机4驱动的发电机3能够发出足以驱动压缩机6及泵7、8和9或其中一些的电能时，就由电动机2驱动压缩机6及泵7、8和9，而内燃机1不必驱动它们。因此，内燃机1(即，车辆的原动机)的燃油消耗相应减少，而用于行驶的燃油消耗增加了。当由于废气的热能小使得斯特林发动机4的制动功率L较低、而且发电机3不能够发出足以驱动压缩机6及泵7、8和9的电能时，压缩机6及泵7、8和9或其中一些能够被由蓄电池5提供的电能驱动，该蓄电池由发电机3提供的电能充电。因此，压缩机6及泵7、8和9能够确保被驱动，这样即使在斯特林发动机4的制动功率L较低的情况下它们也能够令人满意地执行其功能。
由于磁场调节器15的作用是将斯特林发动机4的发动机转速N调节到最佳发动机转速(在该最佳发动机转速，该斯特林发动机4的制动功率增加至最大或基本最大的制动功率)，因此即使在斯特林发动机4的制动功率特性随废气的热能情况而变化时，斯特林发动机4的发动机转速N也能够被调节到斯特林发动机4的制动功率增加至最大或基本最大的制动功率的最佳发动机转速。因此，受此最大或基本最大的制动功率驱动的发电机3能够发出最大或基本最大的电能。因此，废气热能的最大可能部分被回收，并且压缩机6及泵7、8和9由被充足电能驱动的电动机2驱动的频率增加。因此，内燃机1的燃油消耗可进一步减少，并且用于行驶的燃油消耗可进一步增加。
辅助设备组A通过包括离合器10和13的变速机构T与内燃机1的曲轴1a互锁，该离合器10和13被接合和分离，以便可选择地由内燃机1或电动机2来驱动压缩机6及泵7、8和9，并且被电动机2驱动的辅助设备的数量发生变化。当由电动机3发出的电能不足以驱动辅助设备组A的全部四个辅助设备时，被电动机2驱动的辅助设备的数量就根据由该发电机3发出的电能而发生变化。当以第二驱动模式(其中，泵7、8和9由电动机2驱动，而压缩机6由内燃机1驱动)驱动辅助设备组A时，该内燃机1的燃油消耗减少，并且用于行驶的燃油消耗增加。当废气具有较少的热能，斯特林发动机4的制动功率较低，发电机3不能产生充足电能，并且蓄电池5不能提供足以驱动辅助设备的电能时，能够确保辅助设备组A被内燃机1以第一驱动模式驱动。
泵7、8和9是车辆行驶和内燃机1运行的基本辅助设备，压缩机6的使用频率比泵7、8和9要小，可以通过分离离合器10来断开压缩机6与电动机2的连接，从而断开泵7、8和9与压缩机6的连接。因此，在发电机3不能发出充足电能的情况下，泵7、8和9被电动机2驱动的频率增加。因此，内燃机1燃油消耗的增加可以最大可能地被抑制，从而用于行驶的燃油消耗能够提高。
较大频率地由电动机2驱动的泵7、8和9的运转速度能够根据内燃机1上的载荷适当地控制，而不管该内燃机1的转速如何，因此泵7、8和9能够完全发挥其功能。由于用于将冷却水供给到斯特林发动机4的冷却器291和292的水泵8很大频率地由电动机2驱动，因此通过由电动机2来驱动水泵8，可以有效地为冷却器291和292以足以冷却工作气体的流率来供给冷却水。因此，斯特林发动机4的制动功率L能够提高。
以下将对实现本发明的前述动力装置的修改进行说明。
斯特林发动机4可以是具有单个发动机单元的单状态斯特林发动机，或者是具有三个或更多发动机单元的多状态斯特林发动机。尽管在本实施例中，斯特林发动机4的曲轴26与发电机3的轴直接连接以驱动发电机3，但是曲轴26也可以通过中间轴与发电机3的轴连接，从而通过该中间轴驱动发电机3。尽管在本实施例中，发电机3及其壳体容纳于由曲轴箱22限定的曲轴腔23中，但是发电机3的壳体可以是曲轴箱的一部分，即，斯特林发动机4的曲轴箱可以具有包括在第一发动机单元201中的第一曲轴箱以及包括在第二发动机单元202中的第二曲轴箱，并且发电机3的壳体插设在第一曲轴箱和第二曲轴箱之间并与它们接合。
尽管在本实施例中，曲轴1a是用于驱动辅助设备组A的驱动轴，但是曲轴1a也可以通过一驱动轴来驱动辅助设备组A。辅助设备组A可以包括单个辅助设备或者四个或更多辅助设备。
尽管在本实施例中，废气从第一发动机单元201的加热器271流入第二发动机单元202的加热器272，但是废气也可以通过供应管道32直接供给到加热器271和272。当废气通过供应管道32直接供给到加热器271和272时，废气的入口温度和质量流率在加热器271和272各自的入口处被测量。
尽管本发明是在内燃机1是汽车发动机的假设下进行说明的，但是该内燃机也可以是船舶推进装置，例如设有立式曲轴的舷外机。内燃机1可以是除往复式内燃机(例如，燃气轮机)以外的内燃机。该燃烧发动机可以是外燃机。
权利要求
1.一种动力装置，其包括作为用于驱动设备的原动机的内燃机；内燃机的辅助设备；电动机；发电机；以及由工作气体操作从而驱动所述发电机的斯特林发动机；其中，该斯特林发动机具有使用由内燃机产生的废热来加热工作气体的加热器，所述蓄电池与电动机相连，从而为该电动机供应电能，所述发电机与电动机和蓄电池相连，从而为该电动机和蓄电池供应所产生的电能，并且所述电动机与所述辅助设备相连，从而驱动该辅助设备。
2.如权利要求1所述的动力装置，其特征在于，还包括一转速控制装置，其用于将所述斯特林发动机的转速调节到最佳转速，在该最佳转速下所述斯特林发动机产生最大或基本最大的制动功率。
3.如权利要求1或2所述的动力装置，其特征在于，所述辅助设备是包括多个辅助设备的辅助设备组，所述辅助设备组中的辅助设备通过包括离合器的变速机构与内燃机相连，所述离合器接合和分离，从而使得所述多个辅助设备可选择地被内燃机或电动机驱动，并且一控制系统可选择地确定被电动机驱动的辅助设备的数量。
4.如权利要求3所述的动力装置，其特征在于，所述内燃机通过第一离合器与第一辅助设备互锁，与内燃机互锁的该辅助设备通过第二离合器与所述电动机互锁，所述电动机与其余辅助设备可操作地连接，并且所述第一与第二离合器被一控制系统控制，从而根据所述动力装置的运转状态而接合或分离。
5.如权利要求4所述的动力装置，其特征在于，当内燃机在低载荷运转范围内运转并且电动机不能够得到充足的电能时，所述控制系统操作以使所述第一离合器和第二离合器都接合，从而使内燃机与所有辅助设备可操作地连接。
6.如权利要求4所述的动力装置，其特征在于，当内燃机在中载荷运转范围内运转并且电动机只得到驱动除了第一辅助设备之外的其它辅助设备的电能时，所述控制系统操作以使第二离合器分离，并将除了第一辅助设备之外的其它辅助设备连接到电动机，从而除了第一辅助设备之外的辅助设备由电动机驱动。
7.如权利要求4所述的动力装置，其特征在于，当内燃机在高载荷运转范围内运转并且电动机能够得到足以驱动所有辅助设备的电能时，所述控制系统操作以使第一和第二离合器分离，并将所有辅助设备与电动机连接。
全文摘要
一种用于车辆(包括汽车)的动力装置，其包括用作车辆原动机的内燃机(1)，和用于驱动发电机(3)的斯特林发动机(4)。斯特林发动机(4)采用来自内燃机(1)的废气作为高温热源，并且由发电机(3)发出的电能被供应给电动机(2)用以驱动辅助设备(6－9)，以及供应给蓄电池(5)用以向电动机(2)供电。斯特林发动机(4)的转速通过控制发电机(3)的负载的磁场调节器(15)来控制，从而将斯特林发动机(4)的转速设定为产生最大制动功率或基本最大制动功率的最佳值。这确保了即使当作为原动机的内燃机的燃油消耗减少以使得斯特林发动机的制动功率减少时，辅助设备也被驱动从而充分发挥其功能，该燃油消耗产生的废热用作斯特林发动机的高温热源。
文档编号F02G1/06GK1748081SQ20048000400
公开日2006年3月15日 申请日期2004年4月23日 优先权日2003年5月9日
发明者森正芳 申请人:本田技研工业株式会社