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一种全新结构的高效增程系统介绍

LY说新能源 2019-07-15 07:35

在三年多前，为了找到一种最佳的使用生物质沼气能源的方式，联合新能源汽车的特点。设计出了一种新型增程车结构。这是一种短途使用纯电、长途使用增程的可拆卸增程结构。

这三年多的时间中，学习了大量的资料课本。然后利用了所学到的知识设计一款高效增程系统。

下面介绍这个系统。

首先，我们一起了解一下阿特金森发动机原理。

1882年，James Atkinson发明了一款发动机，与当时的奥托循环发动机不同的是，这款发动机压缩行程和做功行程时，活塞的位移是不一样的。阿特金森发动机使用了较为复杂的连杆作为动力从活塞到曲轴的输出，而活塞实际行程如下图所示（阿特金森发动机活塞行程较长，动画中未予表现）。

『活塞行程由蓝黄红绿四个色块表示，依次为：吸气、压缩、做功、排气四个行程』

这种设计很巧妙，用不同的连杆机制协同工作，使得各个行程幅度不同，不仅有效的改良了进排气情况，膨胀比大于压缩比更是阿特金森发动机最大的特点。更长的膨胀行程可以更有效的利用燃烧后废气仍然存有的高压，所以燃油效率也比奥托循环更高一些。

『连杆的引入不仅影响了活塞行程，作用在曲轴上的力矩发生了改变』

但复杂的连杆在体积上和故障情况都不如奥托发动机，所以在汽车上未能普及，不过船用、发电等大型柴油机在很大程度上借鉴了阿特金森发动机这种特性。而如果是用在小功率增程发动机上。这种Atkinson结构有着非常大的优势，虽然丰田普锐斯、传祺插混都宣称使用了阿特金森发动机，但从实际结构来看，目前所有的Atkinson发动机本质上是米勒循环的方式。

为什么不用最原本的Atkinson结构？Atkinson结构也有诸多的缺点，比如功率密度较低。可靠性差、体积过大等等。

但是，这些问题在本文介绍的一种全新结构的高效增程系统中，通过车辆部件复用克服这些缺点。

先介绍一下这个结构的主要部件。

发动机部件使用宗申捍威350.仅仅使用单缸发动机缸体。并将这个缸体的改成阿特金森的结构，可以保证缸体活塞在转动支架转速1000RPM情况，能够输出7~8KW的功率。发动机相关参数见表1。

一个R16的五菱宏光S3全尺寸备胎、备胎支架。备胎及其支架作为配重块，重量在20KG。备胎支架与350CC发动机活塞杆组成一个阿特金森发动机结构。

一个使用备胎支架作为传动的传动机构，传动比是1:5，为皮带传动。

永磁发电电动机10KWe，以电动驱动效率优先，发电只是作为备用。即便发电效率较单纯发电的直流电机低5%，这样的设计也是合理的有效的。额定发电转速5000RPM。

备胎支架、转动机构和350CC发动机缸体是可以拆卸的。

上面的机械部件还在详细的solidworks 3D设计中。设计完成后将会相关设计源文件打包发到这里。

这里样的增程系统是否高效？不得而知，也许做出来因做工粗糙，发电机效率较低。实际的发电效率还会比网络上售卖的8KW增程系统还要低。但是这样的系统优点是增程系统整体系统质量轻。也许专业工程师和大厂有条件将这样的结构优化。在使用电动车上备胎作为配重块、阿特金森结构体、皮带传动结构。复用了车身上零部件。有望仅增加缸体和活塞的重量。就可以得到一个增程系统，而且这个增程系统是可以拆卸。其能量密度得到了保证。

在这个设计中，为了用车的噪音降低、舒适性和阿特金森结构的限制、缸体活塞的运动速度不能太快，并且只能是单缸发动机。如后期能够将排量提升到500CC。活塞连杆转速800~900RPM。发电功率在15KWe。这样的系统才可能更好满足LY混动车增程需求。

至于效率，如由我设计及制造的过程，将会远低于市面销售28%的综合发电效率。在这里只是将自己的一些想法记录、以便日后有条件的时候实践。