云文平 (中国台湾省高雄市鼓山区明诚四路6号2楼, Taiwan, Taiwan, CN)
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| 权 利 要 求 书 1. 一种油电混合动力引擎， 其特征在于， 包括： 至少一个汽缸， 其设置有一用于产生一电磁作用力的电磁线圈、 一用于将燃油喷入该汽 缸内的燃油喷嘴以及一用于排气及进气的阀机构； —供应电力至该电磁线圈的电池组； 一控制单元， 以程控方式控制及循环改变供应该电磁线圈电力的电流方向， 使该电磁线 圈循环产生一吸力及斥力的电磁作用力； 至少一个与该汽缸配合的永久磁铁式活塞， 在使用电力期间， 由该电磁线圈产生的电磁 作用力推动该永久磁铁式活塞在该汽缸内往复运动； 该永久磁铁式活塞上还设有至少一个保 持气密的活塞环， 使该永久磁铁式活塞与该汽缸共同组成一密闭空间， 藉以在使用燃油期间 执行进气、 压缩、 动力及排气等冲程， 将该燃油的热能转换成推动该永久磁铁式活塞在该汽 缸内往复运动的机械能； 一输出动力而对外界作功的曲轴； 以及 至少一个连接该永久磁铁式活塞与该曲轴的连杆，藉以将该永久磁铁式活塞的线性往复 运动传递及转换为该曲轴的回转运动。 2. 根据权利要求 1所述的油电混合动力引擎， 其特征在于， 还包括有一可侦测该曲轴输 出扭力值的感应单元， 将该侦测值输入该控制单元内进行运算， 藉以控制选择使用该电力、 该燃油及二者的组合中的一种为该油电混合动力引擎的动力方式。 3. 根据权利要求 1所述的油电混合动力引擎， 其特征在于， 还包括有一可被人为操作的 操作单元， 其被操作时经由该控制单元控制选择使用该电力、 该燃油及二者的组合中的一中 为该油电混合动力引擎的动力方式。 4. 根据权利要求 1所述的油电混合动力引擎， 其特征在于， 还包括有一回馈单元， 该电 磁线圈产生的电能， 由该控制单元控制并经该回馈单元回馈充入该电池组内。 5. 根据权利要求 1所述的油电混合动力引擎， 其特征在于， 其中该油电混合动力引擎还 带动一发电机运转， 并将该发电机产生的电能回充至该电池组内。 |
技术领域
本发明涉及一种动力引擎， 特别涉及一种使用燃油及电力驱动的混合动力 引擎。 背景技术
电动车及油电混合车 (Hybrid-e说lectric vehicle)因汽油成本上升以及对温室气体排放后 的公众意识增强， 而日益受到欢迎。
以马达作为动力的电动车辆， 与公知使用燃油引擎的传统车辆相比较， 电动车没有大 气污染且噪音公害也较小， 加减速的回应性较佳； 但是由于电池能力的限制， 所以其续航 距离较短、 再充电时间过长。 因此， 油电混合动力车书辆已被开发及量产， 使其兼具燃油车 与电动车的优点。
公知油电混合动力车辆具有一完整内燃机系统 (包括一引擎及一传动器)及一电动马达 系统 (包括一发电机、一电池及电动马达)。 而其马达与引擎的配合运作方式包括： （1)串联油 电混合动力方式： 仅使用马达作为车辆的动力， 引擎则仅作为用来对电池进行充电的发电 机的动力； （2)并联油电混合动力方式： 将马达及引擎并用作为车辆的动力， 因应行驶条件 使用两者； 以及 (3)串联、 并联并用式： 因应于行驶状况分开使用上述两种方式。
马达与引擎比较， 其低速扭力较优异， 且在低转数区域其效率较佳， 在上述的并联油 电混合方式或并联、 串联并用式的油电混合动力车辆， 在车辆行驶过程中， 将依据行驶速 度进行动力切换， 在低速区域是以马达为动力， 在中高速区域是以引擎为动力。
如上所述， 公知油电混合动力车辆分别设置有相互独立运 作的一完整内燃机系统及一 电动马达系统， 再利用一动力切换装置， 在不同速度区间进行动力切换， 藉以选择该电动 马达、 该汽油引擎或两者的组合向车辆提供动力。 因此， 具有二套独立运作动力系统的公 知油电混合动力车辆， 在车重上比电动车辆或具有类似尺寸的汽油引 擎的汽油车辆大幅度 增加； 同理， 其制造成本也因需设置二套独立运作动力系统 而相对提高。
另外， 美国第 7476991号发明专利公开了一种磁力驱动运转装 ， 其主要是在一基座上 设置单个或多个的电磁驱动模块、 扭转缓冲组、 连杆与曲轴， 电磁驱动模块具有一壳套， 在壳套内绕设动力线圈， 线圈中枢装设能感应磁力的推拉杆座， 电流输入即能实时推动连 杆与曲轴输出扭力。 如果将该磁力驱动运转装置运用于车辆中， 作为车辆动力源时， 其仍 属于电动车辆的范畴， 而有续航距离较短、 再充电时间过长以及中高速区域时输出扭力不 佳等电动车辆的固有缺点。 发明内容
本发明的目的在于提供一种油电混合动力引擎 ， 提供燃油、 电力或二者的组合， 作为 该引擎的动力来源， 其具有重量相对大幅度降低以及制造成本相对 低廉等优点。
本发明的次一目的在于提供一种油电混合动力 引擎， 可被运用于作为车辆的发动机构， 与公知油电混合动力车辆相比较， 本发明提供的车辆仅需设置一套动力系统 (即该油电混合 动力引擎)， 与需设置二套动力系统 (一内燃机系统及一电动马达系统)的公知油电 合动力 车辆相比较， 本发明提供的车辆在整体车重上大幅度减轻， 制造成本也相对较低， 且保留 公知油电混合动力车辆的所有优点。
本发明的另一目的在于提供一种使用油电混合 动力引擎的车辆， 其无需设置起动马 达、 发电机等传统燃油引擎车辆的固有构件。
本发明的又一目的在于提供一种使用油电混合 动力引擎的车辆， 该引擎可回馈电能并 回充至一电池组， 基本上该电池组无需另外充电。 公知电动车辆则必须在停驶期间， 对电 池组进行长时间的充电程序。
可达成上述发明目的的油电混合动力引擎， 包括有下列构件：
至少一个汽缸， 其设置有一用于产生一电磁作用力的电磁线圈 、 一用于将燃油喷入该 汽缸内的燃油喷嘴以及一用于排气及进气的阀 机构；
一供应电力至该电磁线圈的电池组；
一控制单元， 以程控方式控制及循环改变供应该电磁线圈电 力的电流方向， 使该电磁 线圈循环产生一吸力及斥力的电磁作用力；
至少一个与该汽缸配合的永久磁铁式活塞， 在使用电力期间， 由该电磁线圈产生的电 磁作用力推动该永久磁铁式活塞在该汽缸内往 复运动； 该永久磁铁式活塞上还设有至少一 个保持气密的活塞环， 使该永久磁铁式活塞与该汽缸共同组成一密闭 空间， 藉以在使用燃 油期间执行进气、 压缩、 动力及排气等冲程， 将该燃油的热能转换成推动该永久磁铁式活 塞在该汽缸内往复运动的机械能；
一输出动力而对外界作功的曲轴； 以及
至少一个连接该永久磁铁式活塞与该曲轴的连 杆， 藉以将该活塞的线性往复运动传递 及转换为该曲轴的回转运动。 该油电混合动力引擎还包括有一可侦测该曲轴 输出扭力值的感应单元， 将该侦测值输 入该控制单元内进行运算， 藉以控制选择使用该电力、 该燃油及二者的组合中的一种为该 油电混合动力引擎的动力方式。
该油电混合动力引擎还包括有一可被人为操作 的操作单元， 其被操作时经由该控制单 元控制选择使用该电力、 该燃油及二者的组合中的一种为该油电混合动 力引擎的动力方式。
该油电混合动力引擎还包括有一回馈单元， 该电磁线圈产生的电能， 由该控制单元控 制并经该回馈单元回馈充入该电池组内。
在一较佳实施例中， 该油电混合动力引擎还可带动一发电机运转， 并将该发电机产生 的电能回充至该电池组内。
本发明实施例所提供的油电混合动力引擎， 提供燃油、 电力或二者的组合， 作为该引 擎的动力来源， 其具有重量相对大幅度降低以及制造成本相对 低廉等优点。 附图说明
图 1 是本发明实施例提供的一种油电混合动力引擎 的电路方框图；
图 2 是本发明实施例提供的一种油电混合动力引擎 的单一汽缸的结构示意图； 图 3 是本发明实施例提供的一种油电混合动力引擎 的外观结构示意图； 以及 图 4 是本发明实施例提供的另一种油电混合动力引 擎的电路方框图。
附图中主要组件符号说明如下：
100油电混合动力引擎 10 汽缸
11 缸套 12 汽虹盖
13 进气口 14 排气口
20 永久磁铁式活塞 21 连杆
22 活塞环 30 曲轴
31 曲轴柄 40 电磁线圈
50 电池组 60 控制单元
61 电流变换单元 70 燃油喷嘴
80 阀机构 81 进气阀
82 排气阀 90 感应单元
91 操作单元 92 回馈单元
93 发电机 具体实施方式
同时参见图 1 至图 3 ，本发明实施例所提供的油电混合动力引擎 100，主要提供燃油、 电力或二者的组合， 作为该油电混合动力引擎 100的动力来源， 使该油电混合动力引擎 100 运转并对例如变速器、 车轮轴等外界机构作功。
该油电混合动力引擎 100主要可分为：（1)动力产生及传递机构、（2 )电能动力系统以及 (3) 燃油动力系统等三大部分。
动力产生及传递机构包括有至少一个汽缸 10以及与之配合的永久磁铁式活塞 20， 该永 久磁铁式活塞 20可通过该电能动力系统产生的电能、 该燃油动力系统产生的热能或二者的 组合， 转换成使该永久磁铁式活塞 20在该汽缸 10内往复运动的机械能； 该至少一个永久磁 铁式活塞 20再分别利用至少一个连杆 21与一曲轴 30连接， 通过该连杆 21及该曲轴 30的曲轴 柄 31， 将该永久磁铁式活塞 20的线性往复运动传递及转换为该曲轴 30的回转运动， 并由该 曲轴 30对外界作功。该曲轴 30的一端设置一既有的飞轮 (图中未示出)，以该飞轮具有的惯性， 维持引擎 100转动的稳定性。 该汽缸 10—般由一缸套 11及一汽缸盖 12组合而成。 永久磁铁式 活塞 20的外壁则设有至少一个向外膨胀的活塞环 22， 维持汽缸 10与永久磁铁式活塞 20间的 气密性， 并使二者共同组成一密闭空间。
电能动力系统主要包括有一被安装于该汽缸 10的缸套 11内部的电磁线圈 40、 并以永久 磁铁材料制成该永久磁铁式活塞 20、 一供应电力的电池组 50以及一以程控方式控制及改变 电流方向的控制单元 60及电流变换单元 61。 当使用电能作为动力来源时， 由该控制单元 60 控制将该电池组 50的电力输送至该电磁线圈 40， 并由该控制单元 60控制该电流变换单元 61 快速循环变换该电力的电流方向， 使该电磁线圈 40快速循环变换产生一吸力及斥力的电磁 作用力， 藉以驱动该永久磁铁式活塞 20在该汽缸 10内作一线性往复运动。
燃油动力系统主要包括有一将燃油雾化喷入该 汽缸 10内的燃油喷嘴 70以及一用于排气 及进气的阀机构 80， 其主要功能是使燃油与外界新鲜空气在该汽缸 10内混合， 并被引爆燃 烧， 藉以将热能转换成推动该永久磁铁式活塞 20在该汽缸 10内往复运动的机械能。
其中， 该燃油喷嘴 70可被安装在该汽缸盖 12上， 并与既有的燃油供应装置 (包括储油箱、 燃油泵、 过滤器等)连接， 通过该控制单元 60控制， 使该燃油喷嘴 70适时地将燃油予以雾化 并喷入该汽缸 10内供应燃烧。
如图 2 所示， 典型的阀机构 80包括有一进气阀 81及排气阀 82， 其分别以阀弹簧的弹性 作用力而紧密压着封闭该汽缸盖 12上所开设的一进气口 13及一排气口 14。 该进气口 13与既 有的空气供应装置 (包括空气泵、过滤器等)连接；当该进气阀 81被控制单元 60控制而开启时， 外界空气由该空气供应装置输送， 并经该进气口 13进入该汽缸 10内， 并与燃油混合供应燃 烧。 该排气口 14与既有的排气装置 (包括消音器、 滤清器、 排气管等)连接； 当该排气阀 82被 控制单元 60控制而开启时， 燃烧后的废气经由该排气口 14及排气装置， 而被排放至外界。 控制进气阀 81及排气阀 82分别开启或关闭的正时控制装置， 包括多种不同的典型既有结构， 例如 OHV(Over Head Valve,顶置气门）、 OHC ( Over Head Cam,顶置凸轮轴）、 DOHC (Double Over Head Cam, 顶置双凸轮轴）等多种型式， 其主要构件包括凸轮、 举杆、 推杆、 摇臂等， 此为公知技术， 在此不予详述。
由于该油电混合动力引擎 100使用燃油及电力的混合动力来源， 因此其可回馈电能并回 充至该电池组 50，基本上该电池组 50如同传统燃油引擎车辆般无需另外充电。如 1 所示， 该油电混合动力引擎 100还包括有一回馈单元 92， 当该油电混合动力引擎 100使用燃油作为 动力来源时， 该电磁线圈 40因永久磁铁式活塞 20的往复运动而被激磁产生电能， 该电能由 该控制单元 60控制经该回馈单元 92回馈充入该电池组 50内， 成为备用电能。 在另一实施例 中， 如图 4 所示， 该油电混合动力引擎 100不论使用何种动力方式， 亦可带动一发电机 93 运转， 藉以将该发电机 93产生的电能回充至该电池组 50内。
如图 1 所示， 本发明实施例提供的油电混合动力引擎 100还包括有一感应单元 90， 其 可侦测该曲轴 30的输出扭力值， 并将该侦测值输入该控制单元 60内进行运算， 并由该控制 单元 60控制选择使用该电能动力系统、 该燃油动力系统或二者的组合带动该油电混合 动力 引擎 100运转。 例如： 在低速区域时以该电能动力系统为动力， 在中高速区域时则以该燃油 动力系统为动力。
如图 1 所示， 本发明实施例提供的油电混合动力引擎 100还包括有一操作单元 91， 其 可由使用者进行操作， 并经由该控制单元 60控制选择使用该电能动力系统、 该燃油动力系 统或二者的组合带动该油电混合动力引擎 100运转。 使用者驾驶搭载该油电混合动力引擎 100的车辆时， 通过该操作单元 91可提升其驾驭该车辆的自主操控性及驾驶乐 。
另外需要说明的是， 本发明实施例提供的油电混合动力引擎 100可选择使用汽油、 柴油 或液化石油气 (Liquefied Petroleum Gas)等， 作为该燃油动力系统的燃料。如以引擎工作循 环 区分时， 该油电混合动力引擎 100分为二行程循环引擎 (Two-Stroke Cycle Engine)或四行程循 环引擎 (Four-Stroke Cycle Engine；)。 如以汽缸排列方式区分时， 该油电混合动力引擎 100分为 直列式引擎 (In-Line Engine)、 水平相对式 (Horizontal Opposite Engine) 相对活塞式 (Opposed Position Engine) V式引擎 (V-Type Engine)或辐射式引擎 (Radial Engine)。 如以点火方式区分 时， 该油电混合动力引擎 100分为火花点火式引擎 (Spark Injection Engine)或压缩点火式引擎 (Compression Injection Engine)。
本发明实施例所提供的油电混合动力引擎， 提供燃油、 电力或二者的组合， 作为该油 电混合动力引擎的动力来源， 其具有重量相对大幅度降低以及制造成本相对 低廉等优点。 以上所述仅为本发明的较佳实施例， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则 之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。