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一種全新結(jié)構(gòu)的高效增程系統(tǒng)介紹

LY說新能源 2019-07-15 07:35

在三年多前，為了找到一種最佳的使用生物質(zhì)沼氣能源的方式，聯(lián)合新能源汽車的特點。設(shè)計出了一種新型增程車結(jié)構(gòu)。這是一種短途使用純電、長途使用增程的可拆卸增程結(jié)構(gòu)。

這三年多的時間中，學(xué)習了大量的資料課本。然后利用了所學(xué)到的知識設(shè)計一款高效增程系統(tǒng)。

下面介紹這個系統(tǒng)。

首先，我們一起了解一下阿特金森發(fā)動機原理。

1882年，James Atkinson發(fā)明了一款發(fā)動機，與當時的奧托循環(huán)發(fā)動機不同的是，這款發(fā)動機壓縮行程和做功行程時，活塞的位移是不一樣的。阿特金森發(fā)動機使用了較為復(fù)雜的連桿作為動力從活塞到曲軸的輸出，而活塞實際行程如下圖所示（阿特金森發(fā)動機活塞行程較長，動畫中未予表現(xiàn)）。

『活塞行程由藍黃紅綠四個色塊表示，依次為：吸氣、壓縮、做功、排氣四個行程』

這種設(shè)計很巧妙，用不同的連桿機制協(xié)同工作，使得各個行程幅度不同，不僅有效的改良了進排氣情況，膨脹比大于壓縮比更是阿特金森發(fā)動機最大的特點。更長的膨脹行程可以更有效的利用燃燒后廢氣仍然存有的高壓，所以燃油效率也比奧托循環(huán)更高一些。

『連桿的引入不僅影響了活塞行程，作用在曲軸上的力矩發(fā)生了改變』

但復(fù)雜的連桿在體積上和故障情況都不如奧托發(fā)動機，所以在汽車上未能普及，不過船用、發(fā)電等大型柴油機在很大程度上借鑒了阿特金森發(fā)動機這種特性。而如果是用在小功率增程發(fā)動機上。這種Atkinson結(jié)構(gòu)有著非常大的優(yōu)勢，雖然豐田普銳斯、傳祺插混都宣稱使用了阿特金森發(fā)動機，但從實際結(jié)構(gòu)來看，目前所有的Atkinson發(fā)動機本質(zhì)上是米勒循環(huán)的方式。

為什么不用最原本的Atkinson結(jié)構(gòu)？Atkinson結(jié)構(gòu)也有諸多的缺點，比如功率密度較低。可靠性差、體積過大等等。

但是，這些問題在本文介紹的一種全新結(jié)構(gòu)的高效增程系統(tǒng)中，通過車輛部件復(fù)用克服這些缺點。

先介紹一下這個結(jié)構(gòu)的主要部件。

發(fā)動機部件使用宗申捍威350.僅僅使用單缸發(fā)動機缸體。并將這個缸體的改成阿特金森的結(jié)構(gòu)，可以保證缸體活塞在轉(zhuǎn)動支架轉(zhuǎn)速1000RPM情況，能夠輸出7~8KW的功率。發(fā)動機相關(guān)參數(shù)見表1。

一個R16的五菱宏光S3全尺寸備胎、備胎支架。備胎及其支架作為配重塊，重量在20KG。備胎支架與350CC發(fā)動機活塞桿組成一個阿特金森發(fā)動機結(jié)構(gòu)。

一個使用備胎支架作為傳動的傳動機構(gòu)，傳動比是1:5，為皮帶傳動。

永磁發(fā)電電動機10KWe，以電動驅(qū)動效率優(yōu)先，發(fā)電只是作為備用。即便發(fā)電效率較單純發(fā)電的直流電機低5%，這樣的設(shè)計也是合理的有效的。額定發(fā)電轉(zhuǎn)速5000RPM。

備胎支架、轉(zhuǎn)動機構(gòu)和350CC發(fā)動機缸體是可以拆卸的。

上面的機械部件還在詳細的solidworks 3D設(shè)計中。設(shè)計完成后將會相關(guān)設(shè)計源文件打包發(fā)到這里。

這里樣的增程系統(tǒng)是否高效？不得而知，也許做出來因做工粗糙，發(fā)電機效率較低。實際的發(fā)電效率還會比網(wǎng)絡(luò)上售賣的8KW增程系統(tǒng)還要低。但是這樣的系統(tǒng)優(yōu)點是增程系統(tǒng)整體系統(tǒng)質(zhì)量輕。也許專業(yè)工程師和大廠有條件將這樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在使用電動車上備胎作為配重塊、阿特金森結(jié)構(gòu)體、皮帶傳動結(jié)構(gòu)。復(fù)用了車身上零部件。有望僅增加缸體和活塞的重量。就可以得到一個增程系統(tǒng)，而且這個增程系統(tǒng)是可以拆卸。其能量密度得到了保證。

在這個設(shè)計中，為了用車的噪音降低、舒適性和阿特金森結(jié)構(gòu)的限制、缸體活塞的運動速度不能太快，并且只能是單缸發(fā)動機。如后期能夠?qū)⑴帕刻嵘?00CC。活塞連桿轉(zhuǎn)速800~900RPM。發(fā)電功率在15KWe。這樣的系統(tǒng)才可能更好滿足LY混動車增程需求。

至于效率，如由我設(shè)計及制造的過程，將會遠低于市面銷售28%的綜合發(fā)電效率。在這里只是將自己的一些想法記錄、以便日后有條件的時候?qū)嵺`。