CN104847484A - 发动机负压能量利用装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机负压能量利用装置和方法。其中所述装置包括：第一空腔，该第一空腔通过第一进气口与外界相通；第二空腔，该第二空腔与发动机进气口相通；第二进气口，该第二进气口与所述第二空腔相连接，其中当所述第二进气口开启时所述第二空腔与外界相通；以及旋转设备，位于所述第一空腔和所述第二空腔之间，能够在所述第一空腔和所述第二空腔之间的压力差的作用下旋转，并且当所述旋转设备旋转时能够逐渐平衡所述第一空腔与所述第二空腔之间的压力差。通过使用本发明提供的发动机负压能量利用装置和方法可以有效并可控地利用发动机在工作时产生的负压。

Description

发动机负压能量利用装置及方法
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种发动机负压能量利用的装置和方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，能源紧缺与环境污染是人们日益关注的问题。如何能在汽车的运行中有效利用能源，尤其是循环利用能源是各厂商以及研究机构一直致力于的课题。其中将汽车运行中的动能转化为电能是当前的主流研发方向，然而由于效率转换低的瓶颈结果始终不尽人意。同时，人们却忽略了将势能转换为动能的研究方向，虽然现有技术中有利用发动机吸气过程中产生的负压能量的装置，但是该能量的大小却只能通过改变发动机的功率来控制，因此在实际应用中有诸多不便，效率低，并没有很好地利用这种势能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机负压能量利用装置和方法，可以可控地有效利用发动机工作时产生的负压。
根据本发明的一个方面，提供了一种发动机负压能量利用装置，该装置包括：第一空腔，该第一空腔通过第一进气口与外界相通；第二空腔，该第二空腔与发动机进气口相通；第二进气口，该第二进气口与所述第二空腔相连接，其中当所述第二进气口开启时所述第二空腔与外界相通；以及旋转设备，位于所述第一空腔和所述第二空腔之间，能够在所述第一空腔和所述第二空腔之间的压力差的作用下旋转，并且当所述旋转设备旋转时能够逐渐平衡所述第一空腔与所述第二空腔之间的压力差。
根据本发明的优选实施方式，该装置还可以包括位于第二进气口与发动机进气口之间和/或位于所述第一进气口与所述旋转设备之间的空气滤清器。
根据本发明的优选实施方式，所述旋转设备可以包括：壳体，该壳体与所述第一空腔的腔壁以及所述第二空腔的腔壁无缝连接；转轴，该转轴位于所述壳体的中心位置；以及涡轮，该涡轮将所述第一空腔和所述第二空腔隔离。
根据本发明的优选实施方式，所述旋转设备可以驱动风扇或发电机。
根据本发明的优选实施方式，该装置还可以包括：控制器，用于控制所述第二进气口的进气量。
根据本发明的优选实施方式，该装置还可以包括：温度传感器，用于测量所述发动机的温度，并且与所述控制器连接，其中当所述温度传感器测得所述发动机的温度高于或等于温度预定值时，所述控制器控制关闭所述第二进气口或减少所述第二进气口的进气量；并且在所述动机的温度低于所述温度预定值时，所述控制器控制开启所述第二进气口或增加所述第二进气口的进气量。
根据本发明的优选实施方式，所述控制器可以获取蓄电池的电量状态，并且当所述蓄电池的电量低于或等于电量预定值时，所述控制器控制关闭所述第二进气口或减少所述第二进气口的进气量；以及当所述蓄电池的电量大于所述电量预定值时，所述控制器控制开启所述第二进气口或增加所述第二进气口的进气量。
根据本发明的又一个方面，提供了一种动机负压能量利用方法，该方法包括：设置第一空腔，所述第一空腔通过第一进气口与外界相通；设置第二空腔，所述第二空腔与发动机进气口相通，且通过第二进气口与外界相通；在所述第一空腔和所述第二空腔之间设置旋转设备，其中所述旋转设备能够在所述第一空腔和所述第二空腔之间的压力差的作用下旋转，并且当所述旋转设备旋转时能够逐渐平衡所述第一空腔与所述第二空腔之间的压力差；以及通过控制所述第二进气口的进气量来控制所述第一空腔与所述第二空腔之间的压力差。
根据本发明的优选实施方式，该方法还可以包括：测量所述发动机的温度；以及在所述发动机的温度高于或等于温度预定值时控制关闭所述第二进气口或减少所述第二进气口的进气量；并且在所述发动机的温度低于所述温度预定值时控制开启所述第二进气口或增加所述第二进气口的进气量。
根据本发明的优选实施方式，该方法还包括：测量所述蓄电池的电量；在所述蓄电池的电量低于电量预定值时控制关闭所述第二进气口或减少所述第二进气口的进气量；以及使用所述旋转设备驱动发电机来为蓄电池供电。
本发明提供的发动机负压能量利用装置及方法可以利用发电机工作时产生的负压来带动诸如电扇和发电机的设备的旋转，并且可以通过控制器来根据车辆的即时状况调整电扇的转速或发电机的功率，从而在有效地利用能源的同时还能够更好地配合车辆其它部件的工作。
附图说明
图1是根据本发明提供的发动机负压能量利用装置的结构示意图；以及
图2是根据本发明优选实施方式提供的发动机负压能量利用装置的结构示意图。
附图标记说明
10  第一空腔    20  第一进气口
30  第二空腔    40  第二进气口
50  发动机      60  旋转设备
70  控制器      81、82    空气滤清器
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明。
参照图1，本发明提供了一种动机负压能量利用装置，该装置包括：第一空腔10，该第一空腔10通过第一进气口20与外界相通；第二空腔30，该第二空腔30与发动机50的进气口相通；第二进气口40，该第二进气口40与所述第二空腔30相连接，其中当所述第二进气口40开启时所述第二空腔30与外界相通；以及旋转设备60，位于所述第一空腔10和所述第二空腔30之间，能够在所述第一空腔10和所述第二空腔30之间的压力差的作用下旋转，并且当所述旋转设备60旋转时能够逐渐平衡所述第一空腔10与所述第二空腔30之间的压力差。
作为一种实施方式，旋转设备60主要包括壳体、转轴和涡轮。其中，该壳体与第一空腔10的腔壁以及第二空腔30的腔壁无缝连接；其转轴位于壳体的中心位置并且其涡轮将第一空腔10和第二空腔30隔离。
当发动机50运转时在其进气口处产生了低于大气压的负压，因此与发动机50的进气口相通的第二空腔30内的气压低于大气压。同时，第一空腔10通过第一进气口20与外界气压相通，因此第一空腔10内的气压为标准大气压。此时，位于第一空腔10和第二空腔20之间的旋转设备60的两端有压差，因此将第一空腔10和第二空腔30隔离的涡轮会在压差的作用下旋转，并且带动起转轴的旋转。也就是说，旋转设备60可以将发动机50运转时产生的势能转化为涡轮和转轴的动能。
通常，旋转设备60的涡轮的旋转速度仅与发动机的工作功率有关，因此本发明通过第二进气口40来调整第二空腔30内的负压大小，从而调节旋转设备60的旋转速度。
根据本发明的一种优选实施方式，可以设置与第二进气口40相连接的控制器70，用于通过控制第二进气口40的阀门来控制第二进气口40的进气量，从而调节第二空腔30内的气压大小，进而控制旋转设备60的涡轮的转速。所述控制器70可以通过诸如CAN总线的方式与车辆的其它部件连接，从而根据特定部件的情况或实际需求来控制第二进气口40的阀门。
例如，当操作人员希望旋转设备60的涡轮降低转速时，可以使用控制器70加大第二进气口40的阀门的开启量，使更多的空气进入第二空腔30以减小第二空腔30与标准大气压之间的压差，从而降低旋转设备60的涡轮转速。相反，如果操作人员希望提高旋转设备60的涡轮转速则可以使用控制器70关闭第二进气口40的阀门或者减小阀门的开启量。
根据本发明的一种优选实施方式，为了利用这种从势能转换的动能，可以将风扇的驱动转轴与旋转设备60的转轴连接，从而使用旋转设备60的转轴来驱动风扇的转动，为发动机50降温。
优选地，根据本发明的优选实施方式的负压能量利用装置还可以包括与所述控制器70连接的温度传感器，用于测量所述发动机50的温度。其中当所述温度传感器测得所述发动机的温度高于温度预定值时，所述控制器控制关闭所述第二进气口或减少所述第二进气口的进气量。
在本发明的优选实施方式中，可以根据发动机型号、发动机排量等各种因素判断发动机的工作最佳温度从而设置所述温度预定值。例如，所述温度预定值可以被设置为80-100摄氏度，当发动机50的温度高于100摄氏度时，表明发动机50没有处于最佳工作温度，需要风扇来为其降温。作为一种实施方式，温度传感器将检测到的发动机50的温度信号发送给控制器70。控制器70判断该温度是否大于温度预定值，并且在判断结果为是的情况下控制关闭第二进气口40的阀门或者减小第二进气口40的阀门的开启量，从而增加了第二空腔30与第一空腔10之间的压差，使旋转设备60的涡轮转速增加，进而使得被驱动的风扇的转速增加。
可替换地，温度传感器将测得的发动机50的温度值发动给数模转换器，该数模转换器在该温度值大于或等于温度预定值时向控制器70发送高电平信号，并且在发动机50的温度值小于温度预定值时向控制器70发送低电平信号。控制器70在接收到高电平信号之后控制关闭第二进气口40的阀门或者减小第二进气口40的阀门的开启量。
此外，根据本发明的一种优选实施方式，可以将所述旋转设备60驱动发电机来为蓄电池供电。
优选地，控制器70可以直接与蓄电池的控制电路相连接，并且从蓄电池的控制电路接收表示蓄电池电量的信号。或者，控制器可以通过CAN总线得到蓄电池的电量信息。其中，当蓄电池的电量过低，例如低于预定电量时需要增加涡轮的转速来为蓄电池供电，此时控制器70控制关闭第二进气口40的阀门或者减小第二进气口40的阀门的开启量，以增加第二空腔30与第一空腔10之间的压差来增加涡轮转速为蓄电池充电。
根据本发明的一种优选实施方式，该发动机负压能力利用装置还可以包括位于第二进气口40和发动机50之间和/或位于所述第一进气口10与所述旋转设备60之间的空气滤清器81和/或82，用于滤去将进入发动机50和/或旋转设备60的空气中的杂质，以避免发动机50和/或旋转设备60的磨损。
根据本发明的又一个方面，提供了一种发动机负压能量利用方法，该方法包括：S1，设置第一空,10，所述第一空腔10通过第一进气口20与外界相通；S2，设置第二空腔30，所述第二空腔30与发动机50进气口相通，且通过第二进气口40与外界相通；S3，在所述第一空腔10和所述第二空腔30之间设置旋转设备60，其中所述旋转设备60能够在所述第一空腔10和所述第二空腔30之间的压力差的作用下旋转，并且当所述旋转设备旋转60时能够逐渐平衡所述第一空腔10与所述第二空腔30之间的压力差；以及S4，通过控制所述第二进气口40的进气量来控制所述第一空腔10与所述第二空腔30之间的压力差。
根据本发明的优选实施方式的发动机负压能量利用方法还可以包括：S51，测量所述发动机50的温度；以及S61，在所述发动机50的温度高于或等于温度预定值时控制关闭所述第二进气口40或减少所述第二进气口40的进气量；并且在所述发动机的温度50低于所述温度预定值时控制开启所述第二进气口40或增加所述第二进气口40的进气量。
其中，可以以一定时间周期来循环执行上述方法。例如，当检测到发动机50的温度过高时可以控制关闭第二进气口40的阀门来加速风扇的转速为发动机50降温；例如十分钟之后，再次测量发动机50的温度，当该温度小于一定值时可以控制部分地开启第二进气口的阀门来适当地降低风扇的转速，以避免发动机50的工作温度过低。
根据本发明的优选实施方式的发动机负压能量利用方法还可以包括：S52，测量所述蓄电池的电量；S62在所述蓄电池的电量低于电量预定值时控制关闭所述第二进气口40或减少所述第二进气口40的进气量；以及S7，使用所述旋转设备60驱动发电机来为蓄电池供电。
虽然上述实施方式中描述了将旋转设备60作为风扇和发电机应用的实施例，但根据本发明的旋转设备的应用并不仅限于此。本领域技术人员可以根据本发明的负压利用的构思对旋转设备的作用做出各种变形或组合。
本发明提供的发动机负压能量利用装置和方法可以利用发电机工作时产生的负压来带动诸如电扇和发电机的设备的旋转，并且可以通过控制器来根据车辆的即时状况调整电扇的转速或发电机的功率，从而在有效地利用能源的同时还能够更好地配合车辆其它部件的工作。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，相反地，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的全部内容。

Claims (10)

1.一种发动机负压能量利用装置，该装置包括：
第一空腔，该第一空腔通过第一进气口与外界相通；
第二空腔，该第二空腔与发动机进气口相通；
第二进气口，该第二进气口与所述第二空腔相连接，其中当所述第二进气口开启时所述第二空腔与外界相通；以及
旋转设备，位于所述第一空腔和所述第二空腔之间，能够在所述第一空腔和所述第二空腔之间的压力差的作用下旋转，并且当所述旋转设备旋转时能够逐渐平衡所述第一空腔与所述第二空腔之间的压力差。
2.根据权利要求1所述的发动机负压能量利用装置，该装置还包括位于第二进气口与发动机进气口之间和/或位于所述第一进气口与所述旋转设备之间的空气滤清器。
3.根据权利要求1所述的发动机负压能量利用装置，其中所述旋转设备包括：
壳体，该壳体与所述第一空腔的腔壁以及所述第二空腔的腔壁无缝连接；
转轴，该转轴位于所述壳体的中心位置；以及
涡轮，该涡轮将所述第一空腔和所述第二空腔隔离。
4.根据权利要求1所述的发动机负压能量利用装置，其中所述旋转设备驱动风扇或发电机。
5.根据权利要求3或4所述的发动机负压能量利用装置，该装置还包括：
控制器，用于控制所述第二进气口的进气量。
6.根据权利要求5所述的发动机负压能量利用装置，该装置还包括：
温度传感器，用于测量所述发动机的温度，并且与所述控制器连接，其中当所述温度传感器测得所述发动机的温度高于或等于温度预定值时，所述控制器控制关闭所述第二进气口或减少所述第二进气口的进气量；并且在所述动机的温度低于所述温度预定值时，所述控制器控制开启所述第二进气口或增加所述第二进气口的进气量。
7.根据权利要求5所述的发动机负压能量利用装置，其中所述控制器获取蓄电池的电量状态，并且当所述蓄电池的电量低于或等于电量预定值时，所述控制器控制关闭所述第二进气口或减少所述第二进气口的进气量；以及当所述蓄电池的电量大于所述电量预定值时，所述控制器控制开启所述第二进气口或增加所述第二进气口的进气量。
8.一种发动机负压能量利用方法，该方法包括：
设置第一空腔，所述第一空腔通过第一进气口与外界相通；
设置第二空腔，所述第二空腔与发动机进气口相通，且通过第二进气口与外界相通；
在所述第一空腔和所述第二空腔之间设置旋转设备，其中所述旋转设备能够在所述第一空腔和所述第二空腔之间的压力差的作用下旋转，并且当所述旋转设备旋转时能够逐渐平衡所述第一空腔与所述第二空腔之间的压力差；以及
通过控制所述第二进气口的进气量来控制所述第一空腔与所述第二空腔之间的压力差。
9.根据权利要求8所述的发动机负压能量利用方法，该方法还包括：
测量所述发动机的温度；以及
在所述发动机的温度高于或等于温度预定值时控制关闭所述第二进气口或减少所述第二进气口的进气量；并且在所述发动机的温度低于所述温度预定值时控制开启所述第二进气口或增加所述第二进气口的进气量。
10.根据权利要求8所述的发动机负压能量利用方法，该方法还包括：
测量所述蓄电池的电量；
在所述蓄电池的电量低于电量预定值时控制关闭所述第二进气口或减少所述第二进气口的进气量；以及
使用所述旋转设备驱动发电机来为蓄电池供电。
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