专利名称：一种采用hcci发动机的油电混合动力车的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油电混合动力车，尤其是一种动力源采用低燃油 消耗、低排放、高效环保的HCCI (homogeneous charge compression ignition)均质充气压縮点燃发动机的油电混合动力车。
背景技术：
随着能源消耗量的不断增加，世界范围的能源紧张已经是不可改变的 事实，对于汽车行业来说，燃油的紧张状况将随着汽车产量的剧增而进一 步加剧，各国强制性的燃油耗量法规及废气排放法规的出台也将促使各国 政府强令并政策性地引导汽车厂家谋求出路，以便尽快开发出节能的汽车 产品来。从能源与环保的角度来说，电动汽车虽然被世界汽车业公认为"未 来汽车"，但由于受车载电池容量的限制，电动汽车的续驶里程非常有限， 加上不能随时随地充电等因素的影响，电动汽车的产业化进程进展缓慢。 为了解决这些问题，国内外的许多厂商与研究机构都作了很多有益的探索， 近年来开发出的HCCI (homogeneous charge compression ignition)均质 充气压縮点燃发动机，采用一种全新的燃烧方式，能有效降低传统内燃机 的燃油消耗和排放，是当前发动机燃烧技术的一个重大进步。但是目前并 没有全面推广使用HCCI发动机，究其主要原因，是由于HCCI发动机在高转速大负荷工况下，电控系统及传感器的跟踪反应速度和控制精度达不到 发动机要求，特别是在发动机高速区的变化更加难以控制，再加上燃烧温
度低，难以采用涡轮增压装置。
公开日为2006年9月12日的美国专利文 件US 7104349公开了一种装有HCCI发动机混合动力的机动车辆及其操作 方法，采用了HCCI发动机、发电机、第二动力、动力传动系统及车轮顺序 串联连接，发电机的输出连接蓄能器、蓄能器连接第二动力的结构形式;公 开日为2008年1月31日的美国专利文件US 2008/0022686公开了一种包 括HCCI发动机的动力系及其方法，也采用了类似的结构形式。这种结构将 HCCI发动机始终控制在中低速区，动力富余时，通过发电机向蓄能器贮存 多余能量；动力不足时，由蓄能器向第二动力提供能量补充，从而避免了 HCCI发动机在高速区工作可能出现的问题，但是这种结构采用将HCCI发动 机输出的动能先通过发电机转换为电能，再由电能驱动电动机或其他动力 装置来带动车轮，其能量存在两次转换过程，由于能量转换过程存在损耗， 因此，这种结构的效率较低，在同等输出功率的情况下，其燃料消耗及废 气排放量较大。此外，由于该结构上的HCCI发动机、发电机及第二动力为 串联结构，而HCCI发动机工作时的实际输出功率是按车辆在大部分行驶状 态下所需的功率确定的，这一状态下车轮所需的驱动功率与发动机的实际 输出功率基本相当，发电机及第二动力在系统中没有实质性的作用，但为 了保证HCCI发动机的动力能够传递到车轮，发电机的输出功率至少应与 HCCI发动机工作时的实际输出功率相当，而第二动力的输出功率应明显大 于HCCI发动机工作时的实际输出功率，以确保车辆在大负荷行驶状态下有 足够的输出功率来驱动来车轮，这样，发电机及第二动力至少是与HCCI发动机同等功率等级的设备，相当于一台车辆上同时安装了三个发动机，不 但设备资源没有等到充分利用，而且也大大增加了车辆的重量，使得车辆 的燃料消耗明显增加。
实用新型内容
本实用新型为解决低燃油消耗、低排放、高效环保的HCCI发动机的实 际推广应用问题，提供了一种采用HCCI发动机的油电混合动力车。
本实用新型的第二个目的是为解决目前采用HCCI发动机的车辆能量转 换效率低、设备资源浪费、车身重及燃料消耗多的问题，提供了一种转换 效率及设备利用率高、车身轻及燃料消耗少的一种采用HCCI发动机的油电 混合动力车。
本实用新型为达到上述技术目的所采用的具体技术方案为 一种采用 HCCI发动机的油电混合动力车，包括车身、发动机及控制系统，所述的发 动机为高效率、低排放的HCCI均质充气压縮点燃发动机，发动机的输出连 接变速器及发电机，发电机的输出通过动力电池连接电动机，电动机的输 出轴通过离合器与变速器的输入端连接，变速器的输出端通过差速器连接 车轮。本实用新型采用的HCCI均质充气压縮点燃发动机，是一种采用全新 燃烧方式的发动机，具有很高的燃烧效率，它由于燃烧周期短、温度低， 降低了氮氧化合物的形成。与传统的内燃机相比，它的燃油消耗和有害气 体排放显著降低，具有高效率、低油耗、低排放的特点，是当前发动机燃 烧技术的一个重大突破，HCCI发动机的燃油消耗由普通新技术发动机的 270g/kW. h降低到200g/kW. h,废气排放也同时降低了很多。HCCI发动机的燃烧过程主要是受燃烧化学动力学控制而不受混合过程的影响，燃烧周期 短，因此对采用燃料的辛烷值允许在较宽的范围内变动，可以使用汽油、 天然气、二甲醚等，也可以采用多种燃料的混合燃烧，这会给用户带来极
大的方便。同时，本实用新型的HCCI发动机与电动机采用并联结构，在油 电混合动力车处于低负荷工况时，通过发电机对动力电池充电来储存HCCI 发动机的多余能量；油电混合动力车处于中等负荷工况时，HCCI发动机直 接驱动车轮，发电机及电动机均不工作，这样，车辆在中等负荷即大部分 的均速行驶情况下直接由HCCI发动机驱动，避免了串联式结构发动机至发 电机、发电机至电动机的二次能量转换过程，提高了车辆的效率；油电混 合动力车处于高负荷工况时，电动机工作，通过离合器与HCCI发动机并联 驱动车轮，动力电池为电动机提供动力。在并联结构下，发电机及电动机 只是对油电混合动力车起功率调节作用，采用较小功率的发电机与电动机 即可满足需求，这样，既提高了设备的利用率，也减轻了车身的重量，降 低了燃料的消耗。本实用新型为HCCI发动机在应用技术上开辟了一个广阔 应用领域，并且具有明显的比较优势。
本实用新型的HCCI均质充气压缩点燃发动机工作在低消耗、低排放的 高效转速工作区，发动机在此工作模式下的实际输出功率是发动机额定功 率的50% 70%。目前没有全面推广使用HCCI发动机的主要原因，是由于 HCCI发动机在高转速大负荷工况下，电控系统及传感器的跟踪反应速度和 控制精度达不到发动机要求，特别是在发动机高速区的变化更加难以控制， 再加上燃烧温度低，难以采用涡轮增压装置。但HCCI发动机在中低转速工 作时，具有高燃烧效率和低油耗、低排放的显著优点。本实用新型避开了HCCI发动机在高转速大负荷工况下的不足，利用了它在中低转速、中低负 荷下的显著优势，这是HCCI发动机在应用技术上的重大突破。
作为优选，控制系统包括整车控制器、发动机控制器及电动机控制器， 整车控制器连接发动机控制器、电动机控制器及发电机，发动机控制器连 接发动机，电动机控制器连接电动机及离合器。控制系统除整车控制器外， 对于HCCI均质充气压縮点燃发动机及电动机均专门设置独立的控制器，这 样，发动机及电动机的控制精度可以大幅度提高，确保了整车控制器对发 动机及电动机的精确控制。
作为优选，发电机通过电动机控制器连接动力电池及电动机，发电机或 动力电池通过直流变换器连接车用电池。在油电混合动力车低负荷工况时， 发电机发出的电力通过电动机控制器对动力电池充电，在油电混合动力车 高负荷工况时，动力电池的电力通过电动机控制器内设置的电源变换器变 换后带动电动机转动，为高负荷工况下的油电混合动力车补充动力，确保 车辆的正常行驶；动力电池的容量选择主要考虑整车的动力需求，并与发 电机及电动机的功率相适配。考虑到发电机或动力电池的输出电压一般高 于车用电池，因此，采用发电机或动力电池通过直流变换器连接车用电池 的结构形式，来解决车用电池的充电问题。
作为优选，发电机为三相励磁硅整流发电机或三相硅整流发电机，发 电机的输出功率是发动机额定输出功率的15% 20%，发电机的输出电压与 动力电池的工作电压相适配。由于大部分情况下油电混合动力车由HCCI发 动机直接驱动，发电机只用于车辆低负荷工况下的发动机多余能量的转换， 因此，发电机的输出功率选择主要考虑整车动力分配结构的实际需求，一般情况下，发电机的输出功率是发动机额定输出功率的15% 20%就可以满 足大部分情况下油电混合动力车对发电机的功率要求，同时，考虑到发电 机发出的电力需储存在动力电池上，而三相硅整流发电机自带整流电路， 且输出的直流电压平稳，因此，发电机采用三相励磁硅整流发电机或三相 硅整流发电机，这样无需单独设置整流电路，同时，选用硅整流发电机的 输出电压与动力电池的工作电压相适配，可以进一步简化电路的结构。
作为优选，电动机采用交流永磁同步电机，电动机的输出功率是发动机 额定输出功率的30% 50%。由于大部分情况下油电混合动力车由HCCI发动 机直接驱动，电动机只用于车辆高负荷工况下的发动机动力不足的补充， 因此，电动机功率选择主要考虑整车动力分配结构的实际需求，电动机的 输出功率是发动机额定输出功率的30% 50%就可以满足大部分情况下油电 混合动力车对电动机的功率要求。电动机采用高性能交流永磁同步电机， 可以控制转速与发动机转速同步，并通过离合器与变速器输入端连接，与 发动机并联为车辆提供动力，确保车辆在高负荷工况下的正常行驶。
作为优选，离合器为电磁离合器，整车控制器通过电动机控制器控制 离合器的工作状态。电磁离合器控制容易，整车控制器可以通过电动机控 制器直接控制电磁离合器，操作方便。
作为优选，整车控制器控制发电机的工作状态，整车控制器通过发动 机控制器控制发动机的工作状态，通过电动机控制器、离合器控制电动机 的工作状态。整车控制器通过发动机控制器将HCCI均质充气压縮点燃发动 机控制在低消耗、低排放的高效转速工作区，使HCCI发动机低消耗、低排 放的优势得以充分显现；整车控制器控制发电机的工作状态，在油电混合动力车低负荷工况时，接通发电机的输出电路，发电机发出的电力对动力
电池充电，发动机的多余能量通过发电机储存在动力电池内；在高负荷工 况下，整车控制器通过电动机控制器闭合离合器同时将动力电池的电力输 给电动机，从而开启电动机，使电动机与发动机并联工作，确保车辆具有 足够的动力。
作为优选，油电混合动力车在低负荷工况时，发动机通过变速器及差 速器驱动车轮，发电机工作并通过电动机控制器对动力电池充电，电动机 不工作；油电混合动力车在中等负荷工况时，发动机通过变速器及差速器 驱动车轮，发电机和电动机不工作；油电混合动力车在高负荷工况时，发 动机及电动机通过变速器及差速器驱动车轮，发电机不工作；油电混合动 力车在减速或刹车工况时，电动机发电，并通过电动机控制器对动力电池 充电。在车辆减速或刹车时，利用电动机发电，并通过电动机控制器对动 力电池充电，可以充分地利用资源，有利于提高整车经济性。
本实用新型的有益效果是它有效地解决了低燃油消耗、低排放、高 效环保的HCCI发动机的实际推广应用问题。同时也解决了目前采用HCCI 发动机的车辆能量转换效率低、设备资源浪费、车身重及燃料消耗多的问 题。本实用新型避开了HCCI发动机在高转速大负荷工况下的不足，利用了 它在中低转速、中低负荷下的显著优势，是HCCI发动机在应用技术上的重 大突破，为HCCI发动机开辟了一个广阔的应用领域，具有很好的发展前景。
图1是本实用新型采用HCCI发动机的油电混合动力车的结构示意图。图2是本实用新型采用HCCI发动机的油电混合动力车的控制系统结构 示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图对本实用新型技术方案的具体实施方式作进一步的说明。 实施例l
在如图1图2所示的实施例1中， 一种釆用HCCI发动机的油电混合动 力车，包括车身、发动机及控制系统，发动机l为高效率、低排放的HCCI 均质充气压縮点燃发动机，发动机1的输出连接变速器9及发电机2，发电 机2的输出功率是发动机1额定输出功率的20%，发电机2的输出电压与动 力电池4的工作电压相适配。发电机2的输出通过电动机控制器8连接动 力电池4及电动机3，动力电池4通过直流变换器12连接车用电池13。电 动机3的输出轴通过离合器5与变速器9的输入端连接，变速器9的输出 端通过差速器10连接车轮11。控制系统包括整车控制器6、发动机控制器 7及电动机控制器8，整车控制器6连接发动机控制器7、电动机控制器8 及发电机2，发动机控制器7连接发动机1，电动机控制器8连接电动机3 及离合器5。电动机3采用交流永磁同步电机，电动机3的输出功率是发动 机1额定输出功率的40%。离合器5采用电磁离合器，整车控制器6通过电 动机控制器8控制离合器5的工作状态。
油电混合动力车工作时,HCCI均质充气压縮点燃发动机工作在低消耗、 低排放的高效转速工作区，发动机1在低消耗、低排放的工作模式下的实际输出功率是发动机额定功率的50% 70%。整车控制器6控制发电机2的 工作状态，整车控制器6通过发动机控制器7控制发动机1的工作状态， 通过电动机控制器8、离合器5控制电动机3的工作状态。 实施例2
实施例2的发电机2采用三相硅整流发电机，发电机2的输出功率是 发动机1额定输出功率的20%，发电机2通过直流变换器12连接车用电池 13，电动机3的输出功率是发动机1额定输出功率的40%,其余与实施例l相同。
油电混合动力车在低负荷状态行驶时，发动机1通过变速器9及差速 器10驱动直接车轮11,整车控制器6控制发电机2的输出电路接通并通过 电动机控制器8对动力电池4充电，将发动机的多余能量转化为电量存入 动力电池，整车控制器6通过电动机控制器8控制离合器5及电动机3的 电源断开，电动机3不工作；油电混合动力车在中等负荷状态行驶时，发 动机1通过变速器9及差速器10直接驱动车轮11，整车控制器6控制发电 机2的输出电路断开，并通过电动机控制器8控制离合器5及电动机3的 电源断开，发电机2和电动机3不工作，这时，油电混合动力车由HCCI均 质充气压縮点燃发动机直接驱动，车辆行驶过程中少量的功率变化由整车 控制器6通过发动机控制器7控制HCCI均质充气压縮点燃发动机的输出功 率做出相应的调整；油电混合动力车在高负荷状态行驶时，发动机1通过 变速器9及差速器10驱动车轮11，整车控制器6通过电动机控制器8控制 离合器5及电动机3的电源接通，动力电池4对电动机供电，电动机3工 作，并与发动机1并联通过变速器9及差速器10驱动车轮，整车控制器6控制发电机2的输出电路断开，发电机2不工作；油电混合动力车在减速
或刹车状态时，电动机3发电，并通过电动机控制器8对动力电池4充电。 油电混合动力车在正常行驶状态下，发动机的实际输出功率保持在发 动机额定功率的50% 70%，实际所需功率低于发动机额定功率的50%时， 启动发电机，将多余能量转化成电量存入动力电池；实际所需功率高于发 动机额定功率的70%时，开启电动机，通过电动机与发动机并联方式驱动车 轮，确保油电混合动力车正常行驶。
权利要求1.一种采用HCCI发动机的油电混合动力车，包括车身、发动机及控制系统，其特征是所述的发动机(1)为高效率、低排放的HCCI均质充气压缩点燃发动机，发动机(1)的输出连接变速器(9)及发电机(2)，发电机(2)的输出通过动力电池(4)连接电动机(3)，电动机(3)的输出轴通过离合器(5)与变速器(9)的输入端连接，变速器(9)的输出端通过差速器(10)连接车轮(11)。
2. 根据权利要求1所述的采用HCCI发动机的油电混合动力车，其特 征在于所述的控制系统包括整车控制器(6)、发动机控制器(7)及电动 机控制器(8)，整车控制器(6)连接发动机控制器(7)、电动机控制器(8)及发电机(2)，发动机控制器(7)连接发动机(1)，电动机控制 器(8)连接电动机(3)及离合器(5)。
3. 根据权利要求1所述的采用HCCI发动机的油电混合动力车，其特 征在于所述的发电机(2)通过电动机控制器(8)连接动力电池(4)及 电动机(3)，发电机(2)或动力电池(4)通过直流变换器(12)连接 车用电池(13)。
4. 根据权利要求1所述的采用HCCI发动机的油电混合动力车，其特 征在于所述的发电机(2)为三相励磁硅整流发电机或三相硅整流发电机， 发电机(2)的输出功率是发动机(1)额定输出功率的15% 20%，发电 机(2)的输出电压与动力电池(4)的工作电压相适配。
5. 根据权利要求1所述的采用HCCI发动机的油电混合动力车，其特征在于所述的电动机(3)釆用交流永磁同步电机，电动机(3)的输出 功率是发动机(1)额定输出功率的30% 50%。
6. 根据权利要求1所述的采用HCCI发动机的油电混合动力车，其特 征在于所述的离合器(5)为电磁离合器，整车控制器(6)通过电动机 控制器(8)控制离合器(5)的工作状态。
7. 根据权利要求2所述的釆用HCCI发动机的油电混合动力车，其特 征在于整车控制器(6)控制发电机(2)的工作状态，整车控制器(6) 通过发动机控制器(7)控制发动机(1)的工作状态，通过电动机控制 器(8)、离合器(5)控制电动机(3)的工作状态。
8. 根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的采用HCCI发动机的 油电混合动力车，其特征在于油电混合动力车在低负荷工况时，发动机(1)通过变速器(9)及差速器(10)驱动车轮(11),发电机(2)工 作并通过电动机控制器(8)对动力电池(4)充电，电动机(3)不工作； 油电混合动力车在中等负荷工况时，发动机(1)通过变速器(9)及差 速器(10)驱动车轮(11),发电机(2)和电动机(3)不工作；油电混 合动力车在高负荷工况时，发动机(1)及电动机(3)通过变速器(9) 及差速器(10)驱动车轮(11)，发电机(2)不工作；油电混合动力车 在减速或刹车工况时，电动机(3)发电，并通过电动机控制器(8)对 动力电池(4)充电。
9. 根据权利要求7所述的采用HCCI发动机的油电混合动力车，其特征在于油电混合动力车在低负荷工况时，发动机(1)通过变速器(9) 及差速器(10)驱动车轮(11)，发电机(2)工作并通过电动机控制器(8)对动力电池(4)充电，电动机(3)不工作；油电混合动力车在中 等负荷工况时，发动机(1)通过变速器(9)及差速器(10)驱动车轮(11)，发电机(2)和电动机(3)不工作；油电混合动力车在高负荷工 况时，发动机(1)及电动机(3)通过变速器(9)及差速器(10)驱动 车轮(11)，发电机(2)不工作；油电混合动力车在减速或刹车工况时, 电动机(3)发电，并通过电动机控制器(8)对动力电池(4)充电。
专利摘要本实用新型公开了一种采用HCCI发动机的油电混合动力车，包括车身、发动机及控制系统，所述的发动机为高效率、低排放的HCCI均质充气压缩点燃发动机，发动机的输出连接变速器及发电机，发电机的输出通过动力电池连接电动机，电动机的输出轴通过离合器与变速器的输入端连接，变速器的输出端通过差速器连接车轮。它有效地解决了HCCI发动机的实际推广应用问题，同时也解决了目前采用HCCI发动机的车辆能量转换效率低、设备资源浪费、车身重及燃料消耗多的问题。本实用新型是HCCI发动机在应用技术上的重大突破，为HCCI发动机开辟了一个广阔的应用领域，具有很好的发展前景。
文档编号B60K6/20GK201309403SQ200820165300
公开日2009年9月16日 申请日期2008年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者张柏林, 李书福 申请人:浙江吉利控股集团有限公司