CN106089420A - 油电混合动力发动机及*** - Google Patents

Abstract

一种油电混合动力发动机及***，所述油电混合动力发动机包括燃油动力***、电能动力***、输出轴、输出端传动机构，所述燃油动力***与所述电能动力***分别通过所述输出端传动机构与所述输出轴连接，所述燃油动力***或所述电能动力***非作为动力源时其自身的运转状态为逆向运转，所述燃油动力***与所述电能动力***上均设有能够防止其逆向运转的单向控制器；所述油电混合动力***包括所述油电混合动力发动机、控制***、电源模块。本发明提供的油电混合动力及***通过简单的结构实现了油电混合动力的任意切换，结构简单、易于实现。

Description

油电混合动力发动机及***

技术领域

本发明属于发动机领域，具体来说，是一种油电混合动力发动机及***。

背景技术

发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机械，被广泛应用于各个领域。发动机最常见的形式是内燃机，即通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。随着人们环保意识的增强，内燃机污染严重的问题日益突出。作为替代方案，混合动力发动机成为一种新的发展方向。

目前，混合动力发动机主要采用油电混合的方式，既满足输出功率的要求，又符合绿色环保的社会发展趋势。燃油驱动和电力驱动在结构形式上存在很大差异，为了实现这两种驱动形式之间的切换，现有的油电混合动力发电机结构复杂，造成制造困难、成本居高不下，不利于环保能源的实现和推广。随着环境污染问题日益严重，对新的技术方案的需求显得尤其迫切。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种油电混合动力发动机及***，结构简单、易于实现。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种油电混合动力发动机，包括燃油动力***、电能动力***、输出轴、输出端传动机构，所述燃油动力***与所述电能动力***分别通过所述输出端传动机构与所述输出轴连接，所述燃油动力***或所述电能动力***非作为动力源时其自身的运转状态为逆向运转，所述燃油动力***与所述电能动力***上均设有能够防止其逆向运转的单向控制器。

作为上述技术方案的改进，所述输出端传动机构包括由所述燃油动力***驱动旋转的油动端主动齿轮、输出端齿轮、由所述电能动力***驱动旋转的电动端主动齿轮，所述油动端主动齿轮与所述电动端主动齿轮分别通过齿轮传动关系与所述输出端齿轮啮合，所述输出端齿轮安装于所述输出轴上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述燃油动力***包括气缸、曲柄连杆机构，所述气缸与所述曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构包括曲轴，所述油动端主动齿轮安装于所述曲轴上，所述曲轴与所述油动端主动齿轮之间设有单向控制器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述电能动力***包括电动端传动轴、过桥齿轮、单向主动齿轮、驱动所述单向主动齿轮旋转的驱动电机、单向控制器，所述电动端主动齿轮与所述过桥齿轮均安装于所述电动端传动轴上，所述过桥齿轮通过齿轮传动关系与所述单向主动齿轮啮合，所述单向主动齿轮通过单向控制器与所述驱动电机连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述单向控制器为单向离合器或单向轴承。

作为上述技术方案的进一步改进，所述油电混合动力发动机上还设有发电机组，所述发电机组与所述燃油动力***连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述燃油动力***包括气缸、曲柄连杆机构，所述气缸与所述曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构包括曲轴，所述油动端主动齿轮安装于所述曲轴上，所述发电机组为磁电机，所述磁电机包括旋转磁铁，所述旋转磁铁与所述曲轴连接。

一种油电混合动力***，包括油电混合动力发动机、控制***，所述油电混合动力发动机与所述控制***连接，所述油电混合动力发动机包括燃油动力***、电能动力***、输出轴、输出端传动机构，所述燃油动力***与所述电能动力***分别通过所述输出端传动机构与所述输出轴连接，所述燃油动力***与所述输出端传动机构之间设有单向离合器，所述电能动力***上设有单向轴承。

作为上述技术方案的进一步改进，所述混合动力***设有电源模块，所述电源模块为集供电与充电于一体的充电装置，所述电源模块分别与所述油电混合动力发动机、所述控制***电性连接。

作为上述技术方案的改进，所述燃油动力***连接有发动机组，所述发电机组与所述电源模块电性连接。

本发明的有益效果是：油电混合动力发动机设置具有单向控制器的燃油动力***和电能动力***，共同作用于输出端传动机构和输出轴，结构紧凑简单、易于实现；利用油电混合动力发动机的油电混合动力***控制切换模式方便。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的油电混合动力发动机的结构局部剖视图；

图2是图1油电混合动力发动机的A-A旋转局部剖视图；

图3是图2油电混合动力发动机的C处放大视图；

图4是图1油电混合动力发动机的B-B局部的第一剖视图；

图5是图4油电混合动力发电机的D处放大视图；

图6是图1油电混合动力发电机的B-B局部的第二剖视图；

图7是本发明实施例1提供的油电混合动力***的结构示意图。主要元件符号说明：

10000-油电混合动力***，1000-油电混合动力发动机，100-燃油动力***，110-气缸，120-曲柄连杆机构，121-活塞轴，122-连杆组，123-曲轴，200-电能动力***，210-电动端传动轴，220-过桥齿轮，230-单向主动齿轮，240-驱动电机，300-输出端传动机构，310-油动端主动齿轮，320-输出端齿轮，330-电动端主动齿轮，400-输出轴，500-单向控制器，510-单向离合器，520-单向轴承，600-发电机组，2000-控制***，3000-电源模块。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参阅相关附图对油电混合动力发动机进行更全面的描述。附图中给出了油电混合动力发动机的优选实施例。但是，油电混合动力发动机可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对油电混合动力发动机的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在油电混合动力发动机的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请一并参阅图1、图2及图3，油电混合动力发动机(以下简称“混动发动机”)1000包括燃油动力***100、电能动力***200、输出端传动机构300、输出轴400。燃油动力***100与电能动力***200分别通过输出端传动机构300与输出轴400连接。

燃油动力***100包括气缸110、曲柄连杆机构120。曲柄连杆机构120包括活塞组121、连杆组122和曲轴123，连杆组122两端分别连接活塞组121和曲轴123。燃油在气缸110内燃烧，产生高温高压的燃气，迫使活塞组121往复运动。连杆组122将活塞组121的往复运动转变为曲轴123的旋转运动，同时将作用于活塞组121上的力转变为曲轴123对外输出的转矩。曲轴123与输出端传动机构300连接，带动输出端传动机构300运动。

输出端传动机构300包括安装于曲轴123上的油动端主动齿轮310、输出端齿轮320、电动端主动齿轮330，油动端主动齿轮310与电动端主动齿轮330分别通过齿轮传动关系与输出端齿轮320啮合，输出端齿轮320安装于输出轴400上。

燃油动力***100非作为动力源时，燃油动力***100的运转状态为逆向运转。逆向运转会严重损害燃油动力***100的结构，必须加以防止。为此，燃油动力***100上设有能够防止燃油动力***100逆向运转的单向控制器500。

燃油动力***100逆向运转时，主动部件为输出端传动机构300，燃油动力***为从动件。由于曲轴123与油动端主动齿轮310连接，驱动燃油动力***100逆向运转的动力从曲轴123输入。因此，曲轴123与油动端主动齿轮310之间设有单向控制器500。单向控制器500可以是单向离合器或单向轴承等形式。

具体地，在本实施方式中，单向控制器500的形式为单向离合器510。单向离合器510由外座圈、内座圈、保持架、楔块等组成，内座圈与外座圈只能在一个方向上传动运动和扭矩，在另一个方向上内座圈与外座圈运动分离，从而防止曲轴123反转。

进一步地，混动发动机1000上还设有发电机组600。发电机组600与燃油动力***100连接，可将燃油动力***100的机械能转化为电能。

进一步地，发电机组600可以是磁电机。磁电机是利用永久磁铁产生磁场的小型交流发电机，除了发电充能，还可以为燃油动力***100提供点火电源。

磁电机的旋转磁铁与燃油动力***100的曲轴123连接。在启动阶段，磁电机的旋转磁体旋转，带动曲轴123旋转而对燃油动力***100起到启动作用。当燃油动力***100正常运转后，磁电机在曲轴123的带动下而旋转发电。当发动机组600连接有储能装置时，磁电机可将燃油动力***100的机械能转化为电能存入储能装置中。

请参阅图4，电能动力***200包括电动端传动轴210、过桥齿轮220、单向主动齿轮230、驱动电机240。

电动端主动齿轮330通过齿轮传动关系与输出端齿轮320啮合，能够驱动输出端齿轮320旋转。电动端传动轴210一端连接于电动端主动齿轮330上，另一端连接于过桥齿轮220上。过桥齿轮220通过齿轮传动关系与单向主动齿轮230啮合，单向主动齿轮230连接有驱动单向主动齿轮230旋转的驱动电机240。

电能动力***200非作为动力源时，电能动力***200的运转状态为逆向运转。逆向运转会严重损害电能动力***200的结构，必须加以防止。为此，电能动力***200上设有能够防止电能动力***200逆向运转的单向控制器500。

请参阅图5，电能动力***200逆向运转时，输出端传动机构为主动件，电能动力***200为从动件。由于驱动电机240绝对不允许逆向转动，单向主动齿轮230通过单向控制器500与驱动电机240连接。单向控制器的形式可以是单向离合器或单向轴承等各种形式。

具体地，在本实施例中，单向控制器500的形式为单向轴承520。单向轴承520是在一个方向上可以自由转动，而在另一个方向上锁死的一种轴承。当单向主动齿轮230反转时，单向轴承520自动使单向主动齿轮230与驱动电机240的运动分离。

请参阅图6，为了进一步简化电能动力***200的结构，在另一个实施例中，电能动力***200包括驱动电机240、单向轴承520，电动端主动齿轮330通过单向轴承520与驱动电机240连接。驱动电机240直接驱动电动端主动齿轮330旋转，电动端主动齿轮330驱动输出端齿轮320旋转，输出端齿轮320带动输出轴旋转，实现混动发动机1000对外的动力输出。当电动端主动齿轮330反转时，单向轴承520自动将电动端主动齿轮330与驱动电机240的运动分离，避免电动端主动齿轮330反转而造成对驱动电机240的损害。

混动发动机1000具有三种运转模式，即燃油驱动、纯电驱动及油电混合驱动，分别对应不同的应用场合。燃油驱动模式具有传统内燃机输出稳定、动力充沛的优点，纯电驱动模式具有绿色环保的优点，而油电混合驱动模式能够叠加油电动力，动力强劲、能耗适中。其中，燃油驱动、纯电驱动称为单动模式，油电混合驱动称为混动模式。

在燃油驱动模式下，燃油动力***100为动力源，电能动力***200为非动力源；由于单向控制器500的作用，电能动力***200不会发生逆向运转。在纯电驱动模式下，电能动力***200为动力源，燃油动力***100为非动力源，由于单向控制器500的作用，燃油动力***100不会发生逆向运转。因此，燃油动力***100与电能动力***200能够同时连接于同一输出端机构300上，混动发动机1000可轻松实现单动模式与混动模式的运转及模式切换，结构上紧凑简单，结构部件数量少，易于制造和实现。

在燃油驱动模式下，混动发动机1000的输出动力仅由燃油动力***100提供，电能动力***200处于无输出状态。燃油动力***100通过气缸110的做功冲程推动活塞组121做直线往复运动，曲柄连杆机构120将活塞组121的直线往复运动转化为曲轴123的旋转运动，同时将作用于活塞组121上的力转变为曲轴123对外输出的转矩。

由于曲轴123处于正转状态，单向离合器510的内外圈锁死，使曲轴123与油动端主动齿轮310固定连接。曲轴123带动油动端主动齿轮310旋转，油动端主动齿轮310驱动输出端齿轮320旋转，输出端齿轮320带动输出轴400旋转，输出轴400带动外部执行机构旋转，从而实现混动发动机1000对外的运动传递和扭矩输出。

此时，输出端齿轮320还会驱动电动端主动齿轮330旋转。电动端主动齿轮330通过电动端传动轴210带动过桥齿轮220旋转，过桥齿轮220驱动单向主动齿轮230旋转。由于单向主动齿轮230处于反转状态，单向轴承520自由转动，使单向主动齿轮230与驱动电机240分离，避免传递扭矩而造成对驱动电机240的损害。

在纯电驱动模式下，混动发动机1000的输出动力仅由电能动力***200提供。气缸110停止做功，亦即活塞组121停止往复运动，曲轴123停止旋转。驱动电机240正向输出，单向轴承520处于锁死状态，使驱动电机240与单向主动齿轮230固定连接。

由此，驱动电机240驱动单向主动齿轮230旋转，单向主动齿轮230驱动过桥齿轮220旋转。过桥齿轮220通过电动端传动轴210带动电动端主动齿轮330旋转，电动端主动齿轮330驱动输出端齿轮320旋转，输出端齿轮320带动输出轴400旋转，从而实现混动发动机1000对外的运动传递和扭矩输出。

此时，输出端齿轮320还会驱动油动端主动齿轮310旋转。由于油动端主动齿轮310的反向驱动，曲轴123具有逆向运转的趋势，单向离合器510的内座圈与外座圈运动分离，从而使曲轴123与油动端主动齿轮310运动分离，曲轴123不发生反转。油动端主动齿轮310于曲轴123之间亦不发生扭矩传递，避免了对曲柄连杆机构120的损害。

在油电混合驱动模式下，燃油动力***100通过气缸110的做功冲程推动活塞做直线往复运动，曲柄连杆机构120将活塞组121的直线往复运动转化为曲轴123的旋转运动，同时将作用于活塞组121上的力转变为曲轴123对外输出的转矩。曲轴123带动油动端主动齿轮310旋转，油动端主动齿轮310驱动输出端齿轮320旋转，输出端齿轮320带动输出轴400旋转，输出轴400对外传递运动与扭矩。

同时，驱动电机240驱动单向主动齿轮230旋转，单向主动齿轮230驱动过桥齿轮220旋转。过桥齿轮220通过电动端传动轴210带动电动端主动齿轮330旋转，电动端主动齿轮330驱动输出端齿轮320旋转，输出端齿轮320带动输出轴400旋转，输出轴400对外传递运动与扭矩，完成动力输出。

此时，燃油动力***100与电能动力***200驱动输出端齿轮320做同向旋转运动，燃油动力与电能动力输出的动力形成叠加作用，能够极大地提高混动发动机1000的输出功率和扭矩。

请结合参阅图7，油电混合动力***10000包括混动发动机1000、控制***2000，混动发动机1000与控制***2000连接，控制***2000与电源模块3000连接。控制***2000能够控制混动发动机1000的启闭与切换，使混动发动机1000在上述三种运转模式下运转及相互切换。

混动发动机1000从燃油驱动模式转换为纯电驱动模式时，控制器2000通过混动发动机1000关闭气缸110并启动驱动电机240。此后，曲轴121的转速逐渐减小为零。由于油动端主动齿轮310开始反转，单向离合器510自行将曲轴121与油动端主动齿轮310运动分离。混动发动机1000的输出动力由电能动力***200提供，完成自油向电的切换。

混动发动机1000从纯电驱动模式转换为燃油驱动模式时，控制***2000通过混动发动机1000将驱动电机240关闭，单向轴承520自行将驱动电机240与电动端主动齿轮330运动分离，混动发动机1000的输出动力由燃油动力***100提供，完成自电向油的转换。

混动发动机1000从单动模式转换为混动模式时，控制***2000通过混动发动机1000将未开启的动力模块开启，新增动力将自动在输出轴400上形成叠加作用。混动发动机1000提供更大的输出动力，满足外部负载很重的应用需要。

进一步地，油电混合动力***10000还设有电源模块3000。电源模块3000为集供电与充电于一体的充电装置，电源模块分别与混动发动机1000、控制***2000电性连接，能够为混动发动机1000的电能动力***200、控制***2000的运转提供电能。

进一步地，燃油动力***100还连接有发电机组600，电源模块3000与发电机组600连接。当电源模块3000能量较低时，发电机组600利用燃油动力***100产生的能量转化为电能，对电源模块3000进行充电。

进一步地，发电机组600可以是磁电机，磁电机与控制***2000连接，磁电机的旋转磁铁与燃油动力***100的曲轴123连接。控制***2000通过设于混动发动机1000上的感应器，检测混动发动机1000的启停状态，据此对磁电机发出控制信号，使磁电机通过旋转磁体旋转而带动曲轴123旋转，或者使磁电机提供点火电源，从而智能控制燃油动力***100的启动或休眠。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种油电混合动力发动机，包括燃油动力***、电能动力***、输出轴、输出端传动机构，其特征在于，所述燃油动力***与所述电能动力***分别通过所述输出端传动机构与所述输出轴连接，所述燃油动力***或所述电能动力***非作为动力源时其自身的运转状态为逆向运转，所述燃油动力***与所述电能动力***上均设有能够防止其逆向运转的单向控制器。

2.根据权利要求1所述的一种油电混合动力发动机，其特征在于，所述输出端传动机构包括由所述燃油动力***驱动旋转的油动端主动齿轮、输出端齿轮、由所述电能动力***驱动旋转的电动端主动齿轮，所述油动端主动齿轮与所述电动端主动齿轮分别通过齿轮传动关系与所述输出端齿轮啮合，所述输出端齿轮安装于所述输出轴上。

3.根据权利要求2所述的一种油电混合动力发动机，其特征在于，所述燃油动力***包括气缸、曲柄连杆机构，所述气缸与所述曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构包括曲轴，所述油动端主动齿轮安装于所述曲轴上，所述曲轴与所述油动端主动齿轮之间设有单向控制器。

4.根据权利要求2所述的一种油电混合动力发动机，其特征在于，所述电能动力***包括电动端传动轴、过桥齿轮、单向主动齿轮、驱动所述单向主动齿轮旋转的驱动电机、单向控制器，所述电动端主动齿轮与所述过桥齿轮均安装于所述电动端传动轴上，所述过桥齿轮通过齿轮传动关系与所述单向主动齿轮啮合，所述单向主动齿轮通过单向控制器与所述驱动电机连接。

5.根据权利要求1所述的一种油电混合动力发动机，其特征在于，所述单向控制器为单向离合器或单向轴承。

6.根据权利要求1所述的一种油电混合动力发动机，其特征在于，所述油电混合动力发动机上还设有发电机组，所述发电机组与所述燃油动力***连接。

7.根据权利要求6所述的一种油电混合动力发动机，其特征在于，所述燃油动力***包括气缸、曲柄连杆机构，所述气缸与所述曲柄连杆机构连接，所述曲柄连杆机构包括曲轴，所述油动端主动齿轮安装于所述曲轴上，所述发电机组为磁电机，所述磁电机包括旋转磁铁，所述旋转磁铁与所述曲轴连接。

8.一种油电混合动力***，其特征在于，包括油电混合动力发动机、控制***，所述油电混合动力发动机与所述控制***连接，所述油电混合动力发动机包括燃油动力***、电能动力***、输出轴、输出端传动机构，所述燃油动力***与所述电能动力***分别通过所述输出端传动机构与所述输出轴连接，所述燃油动力***与所述输出端传动机构之间设有单向离合器，所述电能动力***上设有单向轴承。

9.根据权利要求8所述的一种油电混合动力***，其特征在于，所述混合动力***设有电源模块，所述电源模块为集供电与充电于一体的充电装置，所述电源模块分别与所述油电混合动力发动机、所述控制***电性连接。

10.根据权利要求8所述的一种油电混合动力***，其特征在于，所述燃油动力***连接有发动机组，所述发电机组与所述电源模块电性连接。