专利名称：油气混合燃料的混合动力系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及低碳汽车动力系统，尤其涉及一种油气混合燃料的混合动力系统。
背景技术：
当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80%以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40 %，在市区还会跌至25 %，更为严重的是排放 废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电 动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻 碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的 数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车(除非燃料电池技术有重 大突破)。现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置的汽 车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动 力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说，就是将传统发动机尽 量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持续 工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”， 取长补短，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。混合动力源电动车 按照能量合成的的形式主要分为串联式和并联式两种。串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的 方式组成的动力单元系统。负荷小时由电池驱动电动机带动车轮转动，负荷大时则由发动 机带动发电机发电驱动电动机。当电动车处如启动、加速、爬坡的工况时，发动机-电动机 组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱 动电动机，由发动机-发电机组向电池组充电。这种串联式电动车不管在什么工况下，最终 都要由电动机来驱动车轮。例如福特“新能级_2010”SHEV，其电池采用燃料电池，在城市市 区行驶时全部由燃料电池驱动电动机，电动机通过减速器(变速器)和驱动桥驱动车轮，达 到了“零排放”要求。当高速及爬坡时，则由发动机-电动机组和燃料电池组共同向电动机 供电，驱动车轮。并联式装置的发动机和电动机以机械能叠加的方式驱动汽车，发动机与电动机分 属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又 可以单独驱动。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动-发电机组。由 于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，因此该装置更接近传统的 汽车驱动系统，得到比较广泛的应用。例如大众汽车公司的高尔夫PHEV，发动机通过离合器 1带动电动-发电机，输出扭力再通过另一边离合器2驱动车辆行驶。静止启动时，电池向 电动_发电机供电，此时电动-发电机就是发动机的起动机。发动机启动后，发动机一方面 作为车辆单独的动力源驱动车轮，另一方面又带动电动-发电机发电向电池充电，此时与 传统汽车一样。在市区行驶时，发动机关闭，离合器1脱开，离合器2接合，电池做为唯一能 源向电动机供电，由电动机取代发动机驱动车轮。当电动车需要高速或高负荷时，发动机启动离合器1闭合，发动机与电动-发电机系统组成复合驱动形式，以最大功率驱动车辆。混合动力汽车在发达国家已经日益成熟，有些已经进入实用阶段。在电动汽车时代到来之前， 混合动力型汽车只是一种过渡产品。
发明内容
本发明的目的是提供一种油气混合燃料的混合动力系统，以绿色油气混合燃料为发动机提供动力，发动机与电动机可同时驱动汽车传动系统，电动机也可独立地向汽车传 动系统提供扭矩，根据输出功率不同，发动机活塞可部分工作。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是油气混合燃料的混合动力系统，包括发动机、变速箱、发电机、电动机，其特征在 于，在发动机前设置油气混合装置，油气混合装置与带配气机构的发动机活塞缸相连接，带 休缸离合器的曲轴与变速箱输入轴相连接，变速箱输出轴一与发电机相连接，输出轴二与 汽车传动系统相连接，变速箱一侧设有电动机，发电机电力输出经调压器、电力切换控制器 分别与电动机和蓄电池相连接。所述的发动机活塞缸内设有耐磨衬套，耐磨衬套为碳纤维 加强石墨微晶陶瓷材料。所述的油气混合装置包括气体混合发生装置和油液混合装置，气体混合发生装置 包括秸杆煤气发生器、氢气发生器、液化气罐，秸杆煤气发生器通过过滤装置与氢气发生 器、液化气罐相连接，油液混合装置包括再生油脂槽、醇槽、乳化器，再生油脂槽、醇槽分别 依次与乳化器和电喷相连接。所述的氢气发生器为电解槽，内部设有网状电极板。所述的秸杆煤气发生器包括罐体、环形水封、旋转布料器、助燃装置，所述罐体上 口依次设有环形水封和旋转布料器，罐体下口设有排灰口，助燃装置包括风机及送风管，送 风管的环形端部设有点火装置并开口于罐体底部。所述的旋转布料器包括上料袋、旋转电机、皮带轮、皮带、托轮、布料口，带骨架的 上料袋顶部设有方便密封的上料口，布料口设置在骨架底部，带皮带轮的旋转电机设置在 骨架外侧，皮带将骨架和皮带轮连接在一起，上料袋骨架底部设有托轮。所述的配气机构设置在发动机活塞缸端部，包括缸盖、阀座、阀芯气门、阀芯气门 顶杆、传动轮系，缸盖与组合式阀座将活塞缸端部分成进气侧和排气侧，进气侧阀座上设置 4 5组阀芯气门，排气侧阀座上设置3 4组阀芯气门，排气侧缸盖上设有阀芯气门顶杆， 阀芯气门顶杆球形端部分别与阀芯气门中部相对应，阀芯气门端部设有齿轮，齿轮互相啮 合与传动轮系相连接。所述的传动轮系包括蜗轮、蜗杆、间歇异形齿，间歇异形齿上设有间歇槽，间歇异 形齿与蜗轮同轴，蜗轮与蜗杆啮合。所述的休缸离合器设置在发动机的曲轴上，包括主动曲柄轮、从动曲柄轮、套筒、 卡轴体，主动曲柄轮的轴伸与从动曲柄轮中心孔相配合，主动曲柄轮与从动曲柄轮之间设 有套筒，卡轴体设置在套筒内与从动曲柄轮之间设有弹簧，卡轴体分别与主动曲柄轮和从 动曲柄轮上的齿牙啮合。所述的变速箱包括主动轮系、从动轮系、换档轮装置、发电轮系、电动机轮系、光电 位控系统，主动轮系与从动轮系均为塔状结构，并排颠倒布置，换档轮装置设置在主动轮系 与从动轮系之间，光电位控系统包括光电位置传感器，设置在换档轮装置的移动通道上，对应各档位变速齿轮副，倒车齿轮与从动轮系中的端齿轮啮合；所述换档轮装置包括中介齿轮、移动螺杆、移动螺母、移动电机、提升机构，中介齿 轮通过提升机构设置在移动螺母上，移动螺母与移动螺杆相配合，移动螺杆端部设有移动 电机；所述发电轮系与主动轮系轴端相连接，包括主动轴、输出轴一，主动轴与输出轴一 分别设有高速和低速两对啮合齿，输出轴一端部设有变速拉杆；所述电动机轮系包括传动轴、高速齿轮、低速齿轮、变速齿轮，传动轴一端与电动 机相连接，另一端与高速齿轮相连接，低速齿轮设置在传动轴上并与从动轮系的端齿轮相 啮合，变速齿轮设置在输出轴二上，变速齿轮与换速拉杆相连接。与现有技术相比，本发明的有益效果是以绿色油气混合燃料为发动机提供动力， 发动机与电动机可同时驱动汽车传动系统，电动机也可独立地向汽车传动系统提供扭矩， 适用多种绿色燃料，如如秸杆颗粒煤、再生油脂、甲醇、乙醇、液化气等，其自带电解槽还可 生产氢气作为发动机的燃料提高燃点燃速，降低汽车尾气对环境的污染，提高能源利用率。
图1是本发明的结构示意图；图2是油气混合装置结构示意图；图3是秸杆煤气发生器结构示意图；图4是旋转布料器结构示意图；图5是发动机结构示意图；图6是配气机构局部放大图；图7是间歇异形齿传动轮系结构示意图；图8是休缸离合器结构示意图；图9是变速箱结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明见图1，油气混合燃料的混合动力系统，包括发动机1、变速箱2、发电机3、电动机 4，在发动机1前设置油气混合装置5，混合油气经由配气机构6进入发动机，带休缸离合器 7的曲轴8与变速箱输入轴9相连接，变速箱输出轴一 10与发电机3相连接，输出轴二 11 与汽车传动系统12相连接，变速箱2 —侧设有电动机4，发电机电力输出经调压器13、电力 切换控制器14分别与电动机4和蓄电池15相连接，电力切换控制器14还与氢气发生器17 的网状电极板24相连(图2)。本发明以绿色油气混合燃料为发动机提供动力，发动机1与电动机4同时驱动汽 车传动系统，适用多种绿色燃料，如秸杆颗粒煤、再生油脂、甲醇、乙醇、氢气、液化气中的二 种或几种混合，其混合比例可通过阀调节。电动机4可独立驱动汽车传动系统，达到零排 放。发电机3还与辅助电动机60相连接，当发动机1动力不足时，可辅助发电机3发电，或 充当发动机1的起动机。休缸离合器7可使曲轴8分离，使实施例中六缸发动机只工作两 个缸，其他四个缸处于休缸状态，以适应路况好，阻力小的工况，节约能源，发动机1尾部设有起动机84，保证发动机可随时多缸起动运转。见图2，所述的油气混合装置5包括气体混合发生装置和油液混合装置，气体混合 发生装置包括秸杆煤气发生器16、氢气发生器17、液化气罐18，秸杆颗粒煤不完全燃烧产 生的秸杆煤气经过滤装置19过滤后与氢气发生器17产生的氢气和液化气混合后送至发动 机1，为防止回火，气路上需设置逆止阀83，油液混合装置包括再生油脂槽20、醇槽21、乳化 器22，再生油脂与甲醇或乙醇经乳化器混合乳化后由电喷23送至发动机1。所述的氢气发 生器17为电解槽，内部设有网状电极板24，电解产生氢气与液化气或天然气混合后，在气 缸进气的后1/3时进入缸体，以提高燃点、燃速。电喷23选用化油器也可实现雾化功能。
见图3，所述的秸杆煤气发生器16包括罐体25、环形水封26、旋转布料器27、助燃 装置28，所述罐体25上口依次设有环形水封26和旋转布料器27，罐体25下口设有排灰口 29，助燃装置28包括风机30及送风管31，送风管31的环形端部设有自动点火装置并开口 于罐体25底部，与液化气缸18相连接，实现自动点火。秸杆煤气发生器16内装有秸杆颗 粒煤，通过风机30适量送风，达到不完全燃烧状态以产生秸杆煤气。环形水封26保证煤气 不外泄。排灰口 29采用再生油脂槽20堵住出口密封，当手动将再生油脂槽20提起，即可 排灰，为保证发动机的动力，风机30可用变频风机，当需要高速运动时，风机速度提高。见图4，所述的旋转布料器27包括上料袋32、旋转电机33、皮带轮34、皮带35、托 轮36、布料口 37，带骨架39的上料袋32顶部设有方便密封的上料口 38，上料口 38可用拉 链密封，布料口 37设置在骨架39底部，带皮带轮34的旋转电机33设置在骨架39外侧，皮 带35将骨架39和皮带轮34连接在一起，上料袋骨架39底部设有托轮36。皮带35带动骨 架39转动，以使秸杆颗粒煤均勻铺在秸杆煤气发生器16内，防止燃烧不均勻。见图5、图6，所述的配气机构6设置在发动机1活塞缸端部，包括缸盖40、阀座41、 阀芯气门42、阀芯气门顶杆43、传动轮系44，缸盖40与组合式阀座41将活塞缸47端部分 成进气侧45和排气侧46，进气侧45缸盖上设有进气接口 53，排气侧46缸盖上设有排气口 54，进气侧45阀座上设置4 5组阀芯气门，排气侧46阀座上设置3 4组阀芯气门，排 气侧46缸盖上设有阀芯气门顶杆43，阀芯气门顶杆43端部设有滚珠分别与阀芯气门42中 部相对应，防止爆燃后排气压力使阀芯气门42变形，影响阀芯气门开闭，阀芯气门42端部 设有齿轮48，齿轮48互相啮合与传动轮系44相连接，通过曲轴8实现发动机活塞缸47内 各冲程的连续运动，所述发动机活塞缸47内设有耐磨衬套85，发动机缸体和活塞为微晶陶 瓷材料，发动机内耐磨衬套85和相应的滑动或转动部件均为碳纤维加强石墨微晶陶瓷。本 发明以阀芯气门替代现有的活塞缸通气阀门，具有通气量大，进排气顺畅的优点。见图7，所述的传动轮系44包括蜗轮49、蜗杆50、间歇异形齿51，间歇异形齿51 上设有间歇槽52，间歇异形齿51、间歇异形齿82与蜗轮49同轴，前后分布排列，蜗轮49与 蜗杆50啮合。间歇异形齿51驱动排气侧阀芯气门，间歇异形齿82驱动进气侧阀芯气门。 对应于内燃机的吸、压、爆、排各冲程，间歇异形齿51、间歇异形齿82各旋转一周。间歇异形 齿51、间歇异形齿82角度为90 95°，其齿数为气门阀芯齿轮48的1/2，间歇异形齿51、 间歇异形齿82在顺时针端齿处设有引齿，保证传动稳定。传动轮系蜗轮49与曲轴8同速。见图8，所述的休缸离合器7设置在发动机的曲轴8上，包括主动曲柄轮55、从动 曲柄轮56、套筒57、卡轴体58、弹簧59，主动曲柄轮55的轴伸与从动曲柄轮56中心孔相 配合，主动曲柄轮55与从动曲柄轮56之间设有套筒57，卡轴体58设置在套筒57内与从动曲柄轮56之间设有弹簧59，卡轴体58分别与主动曲柄轮55和从动曲柄轮56上的齿牙 啮合。套筒57与从动曲柄轮56的摩擦位置都设有耐磨层，其材料为碳纤维加强石墨微晶 陶瓷。对于任意多缸的发动机，休缸离合器可设置1 2个，本实施例中设置一个休缸离合 器，曲轴8由休缸离合器7分为两部分(前段二缸后段四缸)，六缸全部工作时，卡轴体58 在弹簧59作用下使从动曲柄轮56和主动曲柄轮55啮合在一起在六缸的驱动下同速转动， 当需要前二缸工作时，后四缸不工作，从动曲柄轮56不转动，致使卡轴体58上倾斜齿牙沿 齿面滑动与从主动曲柄轮55上的齿牙脱离，曲轴8在二缸的驱动下传递动力到变速箱，当 想要六缸工作时，只要起动机84起动后四缸运转，自动分电器启动六缸点火顺序同时工作即可。见图9，所述的变速箱2包括主动轮系61、从动轮系62、换档轮装置63、发电轮系 64、电动机轮系65、光电位控系统66，主动轮系61与从动轮系62均为塔状结构，并排颠倒 布置，换档轮装置63设置在主动轮系61与从动轮系62之间，光电位控系统66包括光电位 置传感器，设置在换档轮装置63的移动通道上，对应各档位变速齿轮副，倒车齿轮67与从 动轮系中的端齿轮80啮合；本实施例中行车档6对，倒车档一对，光电位控系统66的光电 位置传感器可自动检测换档轮装置63的位置，实现自动换档。所述换档轮装置63包括中介齿轮68、移动螺杆69、移动螺母70、移动电机71、提 升机构72，中介齿轮68通过提升机构72设置在移动螺母70上，移动螺母70与移动螺杆 69相配合，移动螺杆69端部设有移动电机71，提升机构72同样为螺旋副，由电机带动；中 介齿轮68通过提升、移动、下降、啮合，完成一次挂档，中介齿轮68提升脱离啮合状态即为 空档状态。所述发电轮系64与主动轮系轴端相连接，包括主动轴73、输出轴一 10，主动轴73 与输出轴一 10分别设有高速和低速两对啮合齿75，输出轴一 10端部设有变速拉杆74可切 换高速和低速两对啮合齿75用来发电；所述电动机轮系65包括传动轴76、高速齿轮77、低速齿轮78、变速齿轮79，传动 轴76 一端与电动机4相连接，另一端与高速齿轮77相连接，低速齿轮78设置在传动轴上并 与从动轮系的端齿轮80相啮合，为减少变速箱体积，变速齿轮79设置在输出轴二 11上，变 速齿轮79与换速拉杆81相连接，实现电动机的变速输出。端齿轮80中心孔为方孔，变速 齿轮79固定在滑套上，滑套沿输出轴二 11上的方轴段滑动，将断开的输出轴二 11连接在 一起，滑套还与端齿轮80的中心孔配合滑动，即可完成电动机驱动时的低、空、高档切换。
权利要求
油气混合燃料的混合动力系统，包括发动机、变速箱、发电机、电动机，其特征在于，在发动机前设置油气混合装置，油气混合装置与带配气机构的发动机活塞缸相连接，带休缸离合器的曲轴与变速箱输入轴相连接，变速箱输出轴一与发电机相连接，输出轴二与汽车传动系统相连接，变速箱一侧设有电动机，发电机电力输出经调压器、电力切换控制器分别与电动机和蓄电池相连接。
2.根据权利要求1所述的油气混合燃料的混合动力系统，其特征在于，所述的油气混 合装置包括气体混合发生装置和油液混合装置，气体混合发生装置包括秸杆煤气发生器、 氢气发生器、液化气罐，秸杆煤气发生器通过过滤装置与氢气发生器、液化气罐相连接，油 液混合装置包括再生油脂槽、醇槽、乳化器，再生油脂槽、醇槽分别依次与乳化器和电喷相 连接。
3.根据权利要求2所述的油气混合燃料的混合动力系统，其特征在于，所述的秸杆煤 气发生器包括罐体、环形水封、旋转布料器、助燃装置，所述罐体上口依次设有环形水封和 旋转布料器，罐体下口设有排灰口，助燃装置包括风机及送风管，送风管的环形端部设有点 火装置并开口于罐体底部。
4.根据权利要求3所述的油气混合燃料的混合动力系统，其特征在于，所述的旋转布 料器包括上料袋、旋转电机、皮带轮、皮带、托轮、布料口，带骨架的上料袋顶部设有方便密 封的上料口，布料口设置在骨架底部，带皮带轮的旋转电机设置在骨架外侧，皮带将骨架和 皮带轮连接在一起，上料袋骨架底部设有托轮。
5.根据权利要求2所述的油气混合燃料的混合动力系统，其特征在于，所述的氢气发 生器为电解槽，内部设有网状电极板。
6.根据权利要求1所述的油气混合燃料的混合动力系统，其特征在于，所述的配气机 构设置在发动机活塞缸端部，包括缸盖、阀座、阀芯气门、阀芯气门顶杆、传动轮系，缸盖与 组合式阀座将活塞缸端部分成进气侧和排气侧，进气侧阀座上设置4 5组阀芯气门，排气 侧阀座上设置3 4组阀芯气门，排气侧缸盖上设有阀芯气门顶杆，阀芯气门顶杆球形端部 分别与阀芯气门中部相对应，阀芯气门端部设有齿轮，齿轮互相啮合与传动轮系相连接。
7.根据权利要求6所述的油气混合燃料的混合动力系统，其特征在于，所述的传动轮 系包括蜗轮、蜗杆、间歇异形齿，间歇异形齿上设有间歇槽，间歇异形齿与蜗轮同轴，蜗轮与 蜗杆啮合。
8.根据权利要求1所述的油气混合燃料的混合动力系统，其特征在于，所述的休缸离 合器设置在发动机的曲轴上，包括主动曲柄轮、从动曲柄轮、套筒、卡轴体，主动曲柄轮的轴 伸与从动曲柄轮中心孔相配合，主动曲柄轮与从动曲柄轮之间设有套筒，卡轴体设置在套 筒内与从动曲柄轮之间设有弹簧，卡轴体分别与主动曲柄轮和从动曲柄轮上的齿牙啮合。
9.根据权利要求1所述的油气混合燃料的混合动力系统，其特征在于，所述的变速箱 包括主动轮系、从动轮系、换档轮装置、发电轮系、电动机轮系、光电位控系统，主动轮系与 从动轮系均为塔状结构，并排颠倒布置，换档轮装置设置在主动轮系与从动轮系之间，光电 位控系统包括光电位置传感器，设置在换档轮装置的移动通道上，对应各档位变速齿轮副， 倒车齿轮与从动轮系中的端齿轮啮合；所述换档轮装置包括中介齿轮、移动螺杆、移动螺母、移动电机、提升机构，中介齿轮 通过提升机构设置在移动螺母上，移动螺母与移动螺杆相配合，移动螺杆端部设有移动电机；所述发电轮系与主动轮系轴端相连接，包括主动轴、输出轴一，主动轴与输出轴一分别 设有高速和低速两对啮合齿，输出轴一端部设有变速拉杆；所述电动机轮系包括传动轴、高速齿轮、低速齿轮、变速齿轮，传动轴一端与电动机相 连接，另一端与高速齿轮相连接，低速齿轮设置在传动轴上并与从动轮系的端齿轮相啮合， 变速齿轮设置在输出轴二上，变速齿轮与换速拉杆相连接。
10.根据权利要求1所述的油气混合燃料的混合动力系统，其特征在于，所述的发动机 活塞缸内设有耐磨衬套，耐磨衬套为碳纤维加强石墨微晶陶瓷材料。
全文摘要
本发明涉及低碳汽车动力系统领域中一种油气混合燃料的混合动力系统，包括发动机、变速箱、发电机、电动机，其特征在于，在发动机前设置油气混合装置，油气混合装置与带配气机构的发动机活塞缸相连接，带休缸离合器的曲轴与变速箱输入轴相连接，变速箱输出轴一与发电机相连接，输出轴二与汽车传动系统相连接，变速箱一侧设有电动机，发电机电力输出经调压器、电力切换控制器分别与电动机和蓄电池相连接。本发明的有益效果是以绿色油气混合燃料为发动机提供动力，发动机与电动机可同时驱动汽车传动系统，电动机也可独立地向汽车提供扭矩，其自带电解槽还可生产氢气作为发动机的燃料提高燃点燃速，降低汽车尾气对环境的污染，提高能源利用率。
文档编号F02M25/12GK101811433SQ20101016470
公开日2010年8月25日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者田晓虹 申请人:田晓虹