Транспортный электрогазовый комплекс кашеварова "тэкк"

 

Использование: транспортный электрогазовый комплекс относится к транспортным средствам с электрической тяговой системой, питаемой от собственного источника электроснабжения. Сущность: транспортный электрогазовый комплекс включает многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с единой сферической камерой сгорания, служащий для привода электрогенератора, компрессор, имеющий конструкцию аналогичную двигателю, балон с сжиженным горючим газом, накопительный конденсатор, колесные электродвигатели. 4 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам с электрической тяговой системой, питаемой от собственного источника электроснабжения, представляющего собой двигатель внутреннего сгорания, приводящий в действие электрогенератор. В качестве транспортного средства (т.с.) могут быть представлены легковой или грузовой автомобиль, электроавтобус, электротрактор, электрокомбайн и другие самоходные машины различного назначения снабженные колесными электродвигателями.

Наиболее близким к изобретению является транспортное средство, представляющее собой самоходное транспортное средство, включающее двигатель внутреннего сгорания для привода электрогенератора, рулевое управление, кабину, кузов, баллоны со сжатым воздухом и горючим газом и ходовую часть, представляющую собой электродвигатель, установленный на каждом из ведущих колес транспортного средства, при этом двигатель внутреннего сгорания имеет одну камеру сгорания сферической формы, соединенную трубками с баллонами для сжатого воздуха и горючего газа, в камере сгорания установлены электросвечи для воспламенения горючей смеси, в верхней части камеры сгорания установлен вращающийся цилиндрический клапан для поочередного соединения через газоводы камеры сгорания с рабочими цилиндрами, для осуществления вращения цилиндрического клапана он связан с электродвигателем.

Техническая задача изобретения создание единого силового комплекса, состоящего из газового ДВС, электрогенератора и агрегатов электропривода, с возможностью установки на различных транспортных средствах.

Технический результат повышение мощности двигателя при сохранении габаритных размеров, увеличение КПД и уменьшение вредных выбросов в атмосферу.

Для этого в устройстве для накопления электрической энергии используется накопительный конденсатор в качестве электродвигателей двигатели, имеющие устройство электрического-рекуперационного торможения колес, на которых они установлены, при этом при электрическом торможении колес т.с. электродвигатели работают в генераторном режиме с подзарядкой накопительного конденсатора, а в качестве баллона для природного газа, сжатого до давления 200 кг/см², используется газовый баллон Кашеварова (авт. св. СССР N 1666839, кл. F 17 C 1/00, 1991).

Транспортный электрогазовый комплекс состоит из двух частей, одна из которых съемная с т.с. включающая д.в.с. электрогенератор, баллон с газом и накопительный конденсатор и другая несъемная, включающая электродвигатели колес и электропроводку (электрокабели). Съемная часть может быть переставлена на другое т.с. и может поочередно использоваться одна на нескольких т. с. не применяющихся одновременно, а также для стационарных потребителей электроэнергии. В свою очередь съемная часть состоит из двух блоков, устанавливаемых на т.с. раздельно и даже в разных местах т.с. Например, на легковом электромобиле накопительный конденсатор устанавливается в его передней части, а остальные устройства, смонтированные на раме, устанавливаются в его задней части.

На раме установлены д.в.с. электрогенератор, компрессор и устройства, обеспечивающие их работу, при этом устройства рамы и накопительный конденсатор соединены с т.с. разъемными электрокабелями.

Накопительный конденсатор выполняет функцию аккумулятора электромобиля с той разницей, что он большую часть времени подзаряжается от электрогенератора и одновременно расходует электроэнергию на работу электродвигателей передних колес т.с. При этом от электрогенератора д.в.с. работающего в базовом режиме, накопительный конденсатор получает электрический ток постоянной мощности, а расходует электроэнергию в широком диапазоне изменения мощности, потребляемой электродвигателями передних колес т.с. в зависимости от условий его движения. Кратковременно, в течение не более пяти минут, электрогенератор может переключаться с питания накопительного конденсатора на электродвигатели задних колес для увеличения суммарной мощности, расходуемой электродвигателями всех колес т.с. с целью увеличения скорости его разгона после стоянки или на преодоление плохого участка дороги.

Если для преодоления плохого участка дороги с включением всех колес т.с. как ведущих потребуется более 5 мин времени, то т.с. останавливается на 5 6 мин для подзарядки накопительно конденсатора, а затем продолжает движение с включением электродвигателей всех его колес от электрогенератора и накопительно конденсатора. В этот период времени, определяемый 50% разрядкой накопительного конденсатора, мощность потребляемой электрической энергии электродвигателями всех колес т.с. удваивается, что позволяет не только преодолевать плохие участки дороги, но также в 2 раза сократить время разгона электромобиля или электробуса после его остановки.

Во время остановок т.с. на спусках и при замедленном движении происходит восстановление заряда накопительного конденсатора. Кроме того, во время электрического-рекуперативного торможения (без использования тормозных колодок) за счет работы электродвигателей как электрогенераторов производится подзарядка накопительного конденсатора электроэнергией, вырабатываемой электродвигателями, работающими в генераторном режиме. Для этой цели используется дополнительное оборудование к электродвигателю, применяемое для электрического торможения в троллейбусах, в трамваях и в электричках.

Использование рекуперативного торможения, например, для городских электромобилей и электробусов может дать 10 15% экономии топлива и многократное увеличение срока службы колодочных тормозов, которые будут применяться только в случае экстренного торможения.

Такое устройство комплекса позволяет, например, при его эксплуатации как электромобиля или электробуса иметь д.в.с в 2 раза меньшей мощности, чем д. в. с у автомобиля или автобуса при одинаковом с ним ускорении после остановки. При этом емкость накопительного конденсатора может быть в 40 50 раз меньше, чем у аккумуляторов электромобиля, исходя из следующих обстоятельств: время непрерывного разряда накопительного конденсатора (т.е. время его отключения от электрогенератора) в 30 40 раз меньше, чем время разряда аккумуляторов, КПД аккумуляторов 50% а КПД накопительного конденсатора более 90% По сравнению с аккумуляторной батареей накопительный конденсатор имеет болеем высокий КПД, в несколько раз больший срок службы (в тысячи раз больше число циклов "заряд разряд"), неограниченный срок хранения, который для аккумуляторов не превышает 2 г, во много раз меньшее время заряда и разряда, без выделения в атмосферу ядовитых газов.

Раздельное выполнение съемных и несъемных устройств комплекса имеет ряд эксплуатационных преимуществ, например, фермеру позволит иметь один комплекс съемных устройств к электромобилю, электротрактору, электрокомбайну и др. с. -х. машинам, на которых он по очереди работает, и использовать его для улучшения своих культурно-бытовых условий, когда он приезжает домой, обеспечивая электроэнергией, вырабатываемой д.в.с. и электрогенератором комплекса все электроприборы и устройства на форме. При этом все машины (электромобиль, электротрактор и др.), имеющие электродвигатели вместо д.в. с. будут дешевле по их продажной стоимости и по стоимости их эксплуатации.

Замена жидкого топлива, необходимого для работы современных тракторов и автомобилей, применяемых фермером и колхозом, на природный газ, используемый предлагаемым комплексом существенно снизит стоимость с.-х. продукции, что улучшит благосостояние всего населения России, а также улучшит экологическую обстановку в стране.

На фиг. 1 представлено сечение задней части электромобиля вертикальной плоскостью А-А; на фиг. 2 сечение задней части горизонтальной плоскостью Б-Б; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1 в увеличенном виде; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 3 в увеличенном виде; на фиг. 5 сечение Г-Г оголовника на фиг. 4 в увеличенном виде; на фиг. 6 сечение Д-Д на фиг. 3 в увеличенном виде; на фиг. 7 сечение втулки на фиг. 4 в увеличенном виде; на фиг. 8 часть сечения камеры сгорания в увеличенном виде на фиг. 5; на фиг. 9 сечение цилиндрического клапана на фиг. 4 в увеличенном виде; на фиг. 10 сечение Е-Е на фиг. 9; на фиг. 11 сечение компрессора по Ж-Ж на фиг. 3 в увеличенном виде; на фиг. 12 сечение З-З на фиг. 11; на фиг. 13 сечение осевой вертикальной плоскостью кабины водителя грузового электромобиля; на фиг. 14 - сечение И-И на фиг. 13; на фиг. 15 сечение осевой вертикальной плоскостью кабины электробуса.

На металлической раме жестко установлены следующие переносные устройства предлагаемого комплекса: электрогенератор 1, блок цилиндров 2, оголовник 3, компрессор 4 с баллоном для сжатого воздуха, водяной насос 5 с баком для воды, масляный насос 6 с баком для масла и баллон 7 для сжиженного (природного) газа. При этом баллон 7 соединен с оголовником 3 блока цилиндров 2 и компрессора 4 с помощью только металлических трубок с клапанами (кранами), исключающими возможность утечки газа. Такое же требование предъявляется к воздуховодам и водопроводам. Аккумулятор 8 с электрооборудованием съемный устанавливается и закрепляется в гнезде.

Блок цилиндров 2 объединяет восемь пар нижних и верхних цилиндров 9 и 10, установленных соосно в верхней и нижней рубашках 11 водяного охлаждения. Радиус верхних цилиндров 10 больше радиуса нижних цилиндров 9 в 1,1 раза (на 10%).

Поршни 12 и 13 соответственно верхних и нижних цилиндров 10 и 9 жестко соединены штоком 14, проходящим через втулку 15, соединяющую торцевые основания 16 и 17 цилиндров 9 и 10. Радиус поршня 13 больше радиуса поршня 12 в 1,1 раза, в соответствии с этим при равном давлении газов на поршни 12 и 13 сила давления газа на поршень 13 будет больше силы давления на поршень 12 в 1,2 раза (т.е. на 20%). Поршень 12 через оси 18 и 19 соединен шатуном 20 с коленом 21 одного из трех коленчатых валов 22 24, установленных параллельно друг другу в картере 25. На концах коленчатых валов 22 24 закреплены шестерни 26 28, между которыми установлены шестерни-сателлиты 29. С шестернями 26 и 28 находятся в зацеплении шестерни насосов и датчика 30 электрических импульсов, определяющего скорость вращения коленчатых валов 22 - 24. Цилиндры 9 и 10 имеют клапаны на выхлопных трубах 32 выпуска выхлопных газов. Цилиндр 10 имеет клапан 33 впуска воздуха и клапан 34 выпуска сжатого воздуха через патрубок 35 в баллон 36 со сжатым воздухом.

Оголовник 3 имеет: сферическую камеру сгорания 37, образованную жаростойким термоинерционным (теплоемким) сплавом 38, между которым и корпусом оголовника 3 установлена термоизолирующая прокладка 39; камеры 40 и 41 соответственно для сжатого воздуха и горючего газа, образованные концентрическими сферическими поверхностями относительно камеры сгорания 37 и мередиально расположенными поясами 42, соединяющими наружную и внутреннюю части оголовника 3, при этом все камеры 40 сжатого воздуха соединяются между собой у нижнего полюса оголовника, в результате того, что пояса 42 не доходят до нижнего полюса и соединяются между собой, замыкая нижние концы камер 41; конусные трубочки 43, соединяющие камеру 37 с камерами 40 и 41, при этом каждые две конусные трубочки 43, выходящие из камер 40 и 41 соединяются между собой в смесительной микрокамере, имеющей отверстие, соединяющее ее с камерой 37; патрубки 44, соединяющие камеры 40 с баллоном для сжатого воздуха 36, и патрубки 45, соединяющие камеры 41 с баллоном 7 для горючего газа; цилиндрический клапан 46 с электродвигателем 47, имеющий газовод 48, соединяющий камеру сгорания 37 с газоводами 50 и 51 соответственно нижнего и верхнего цилиндров 9 и 10.

Оголовник 3 имеет электросвечи 52, установленные в камере сгорания 37, и электронагреватели 53, установленные в камерах 40 и 41, для нагревания в них сжатого воздуха и горючего газа при запуске двигателя внутреннего сгорания.

Втулка 15, через которую проходит шток 14, имеет в средней части кольцевую фаску 54, соединенную маслопроводом 55 с масляным насосом 6, и кольцевые фаски 56 с установленными в них разъемными маслосъемными кольцами 57.

Смазка поршня производится с помощью кольцевой трубки 58 с отверстиями, через которые по стенке цилиндра 10 выдавливается масло, накачиваемое в кольцевую трубку 58 с помощью масляного насоса 6. Верхний край поршня 13 имеет фаску, которая заполняется маслом, стекающим по стенкам цилиндра 10 из отверстий кольцевой трубки 58.

На нижнем и верхнем торцевых основаниях цилиндра 10 установлены электродатчики 59 положения поршней 12 и 13. Поршни 12 и 13 изготавливаются из материала (например, из стали), имеющего одинаковый коэффициент температурного расширения с материалом, из которого изготовлены цилиндры 9 и 10.

Внутренние поверхности цилиндров 9 и 10, шток 14, газоводы 50 и 51 имеют термоизолирующее покрытие. Наружная поверхность камер 40 и 41 образована термоизолирующей прокладкой 60, препятствующей утечке тепла из камер 40 и нагреву наружной части оголовника 3.

Все электрические устройства д.в.с. (электросвечи 52, электродатчики 59, электродвигатель 47 цилиндрического клапана 46, клапаны выхлопных труб и др. ) получают электроэнергию от аккумуляторов 8, преобразованную соответствующим оборудованием. Аккумулятор подзаряжается во время работы д.в.с. от электрогенератора 1. Водяной и масляный насосы приводятся в действие через шестерни 30, подключенные к шестерням 26 и 28.

Водяной насос 5 соединен с рубашкой охлаждения 11 верхних и нижних цилиндров д.в.с. с рубашкой охлаждения 72 нижних цилиндров компрессора 4 и с баком с водой, который в теплое время года одновременно является радиатором для охлаждения воды, в холодное время года вместо бака с водой водяной насос переключается к водоводу радиаторной батареи, установленной в кабине т.с.

Компрессор 4 (фиг. 7 и 8) имеет принцип действия, аналогичный принципу действия блока цилиндров 2 и оголовника 3 д.в.с. При этом отношение линейных размеров оголовника и цилиндров компрессора к линейным размерам оголовника 3 равно 1 2,6 2,7 и производительность выхлопных газов в 20 раз меньшую, чем производительность оголовника 3 и блока цилиндров 2.

Устройство компрессора 4 и способа его работы дано только в части, отличающей его от устройства и работы блока цилиндров 2 и оголовника 3.

Номера позиций деталей компрессора 4, аналогичных деталям блока цилиндров 2 и оголовника 3 и имеющих одинаковые наименования, соответствуют номерам позиций деталей блока цилиндров и оголовника.

Компрессор 4 имеет шесть пар цилиндров 10, соединенных с оголовником 3 газоводами 48, 50 и 51 и шесть цилиндров 61 большего диаметра, соединенных с вентилятором 62 и с баллоном для сжатого воздуха 36 патрубками 63 и 35, имеющими клапаны 33 и 34 одностороннего действия.

Поршень 13 двух цилиндров 10 и поршень 64 цилиндра 61 соединены штоком 65, проходящим через втулку 15, соединяющую цилиндры 10, и через втулку 66, соединяющую нижний цилиндр 10 с цилиндром 61. Втулка 66 имеет такое же устройство, как и втулка 15.

Цилиндры 10 компрессора 4 имеют воздушное охлаждение за счет воздуха, поступающего в воздушную рубашку 67 цилиндров 10 и далее через входной клапан 68 в цилиндр 10 и выходящего из цилиндра через выходной клапан патрубка 69. Воздушная рубашка 67 это пространство между наружной поверхностью цилиндра 10 и перевернутого вверх дном стакана 70, закрепленного на патрубке 69 с воздушным промежутком между верхним торцом цилиндра 10 и дном стакана 70. Для лучшего охлаждения цилиндра 10 воздухом корпус цилиндра имеет ребра 71 (на левом верхнем цилиндре 10 фиг. 11) вдоль его образующих, увеличивающих поверхность цилиндра, охлаждаемую воздухом. К трем из таких ребер 71, расположенных под углом 120^o друг к другу, крепится цилиндрическая поверхность стакана 70.

Цилиндр 61 имеет водяную рубашку 72 охлаждения, имеющую устройство и работу, аналогичную водяной рубашке 11 блока цилиндров 2.

Клапаны 33 компрессора 4 и компрессоров блока цилиндров 2 имеют устройство дистанционной регулировки давления сжатого воздуха, поставляемого в баллон 36 со сжатым воздухом. В отличие от клапана 33 блока цилиндров 2 клапан 33 компрессора 4 не имеет стопорного устройства, оставляющего клапан 33 блока цилиндров 2 открытым.

Вентилятор 62 увеличивает производительность работы компрессора 4 и компрессора блока цилиндров 2 в 1,5 2 раза за счет того, что он нагнетает воздух сжатый до 1,5 кг/см² в патрубок 63, соединенный с цилиндрами 10 компрессоров. Вентилятор 62 приводится во вращение при помощи ремня и шкивов, установленных один на оси шестерни 30 датчика импульсов и другой на оси вентилятора 62. Воздух в вентилятор 62 поступает из щелевых отверстий заднего багажника 73 электромобиля 74 подобно тому, как поступает воздух в багажник, в котором установлен д.в.с. автомобиля "Запорожец".

На грузовом электромобиле 75, на прицепах к нему и на электробусе 76 все переносные устройства, установленные на раме 77, и накопительный конденсатор 78 размещены в передней части т.с. На легковом электромобиле 74 в задней части его переднего багажника установлен накопительный конденсатор 78. Передняя часть этого багажника используется для багажа пассажиров. В электробусе 76 баллоны 7 с горючим газом могут быть установлены в передней части электробуса 76 над кабиной водителя в лобовом обтекателе 79 крыши. Такое расположение баллонов 7 гарантирует безопасность пассажиров и водителя даже при утечке газа из баллонов 7. В обтекателе 79 установлен электродатчик, включающий звуковой и световой сигналы в кабине водителя при обнаружении химическим анализатором электродатчика присутствие следов горючего газа в обтекателе 79. Такой же электродатчик установлен в отсеке кабины водителя, в котором размещены все другие устройства комплекса, кроме электродвигателей, установленных на передних и задний колесах электробуса и имеющих устройство рекуперативного торможения.

Рама 77, на которой закреплены все переносные устройства комплекса в легковом электромобиле, устанавливается в его заднем 73 багажнике, защищенном бампером 80 повышенной прочности.

Грузовой электромобиль предлагается оборудовать двумя комплексами с д.в. с. мощностью по 30 кВт, предназначенными для легкового электромобиля, или одним в 60 кВт. Грузовой электромобиль с двумя д.в.с. по 30 кВт каждый (или один д. в. с. в 60 кВт) может иметь полезную нагрузку 6000 кг и буксируемый прицеп с грузом в 8000 кг. На прицепе грузоподъемностью 8 т предлагается также установить д.в.с. в 30 кВт, электрогенератор, баллон с газом и накопительный конденсатор, а также электродвигатели колес по схеме легкового электромобиля. В этом случае для перевозки грузов может быть составлен поезд из грузового электромобиля и трех прицепов общей грузоподъемностью в 30 т.

Такой поезд будет обладать большой проходимостью, т.к. на небольших участках плохой дороги все колеса поезда будут ведущими, а на улучшенной части дороги половина колес поезда будет ведущей. Такой поезд в 2 3 раза снизит себестоимость перевозок и существенно увеличит объем перевозок и производительность труда водителя.

Таким образом легковые и грузовые электромобили могут быть оборудованы одним или двумя по мощности и устройству предлагаемым комплексом. Таким же комплексом могут быть снабжены все электротрактора и др. с.-х. машины.

Работа д. в.с. производится по управляющим сигналам компьютера, вырабатываемым по программам "пуск", "эксплуатационный режим" и "остановка". По программе "пуск" включается стартер компрессор 81, работающий от аккумулятора 8, нагнетающий сжатый воздух в баллон 36. Одновременно включаются электронагреватели 53, установленные в камерах 40 и 41 компрессора 4 и д.в.с. затем открываются краны на патрубках 44 и 45 компрессора 4, и включаются электросвечи 52 камеры сгорания 37 компрессора 4, в результате чего компрессор 4 начинает работать и поставлять сжатый воздух в баллон 36. В этот момент выключается стартер компрессор 81, выключаются электронагреватели 53 компрессора 4, и включаются патрубки 44 и 45 оголовника 3 блока цилиндров 2, а также включаются электросвечи 52 камеры сгорания 37 д.в.с. Камера сгорания 37 д. в. с. вступает в работу, и через газоводы 50 и 51 в цилиндры 9 и 10 начинают поступать продукты сгорания под большим давлением, в результате чего поршни 12 и 13 приведут во вращение коленчатые валы 22 24 д.в.с. С началом движения коленчатого вала 23 включается в работу электродвигатель 47 цилиндрического клапана 46, и выключаются электронагреватели 53. Д.в.с. приводит во вращение ротор электрогенератора 1, и в накопительный конденсатор 78 электромобиля 74 поступает от электрогенератора электроток. С вращением шестерен 26, 28 и 30 приводятся в действие вентилятор 62, подающий воздух в компрессоры, и насосы 5 и 6, подающие воду и масло, а также датчик электроимпульсов. Программа "пуск" переключается на программу "эксплуатационный режим". Электромобиль может начать движение включением электродвигателей передних и задних колес.

Пуск д.в.с. может производиться при любом морозе за 3-5 мин с существенно меньшей затратой топлива и времени, чем это требуется для пуска современных д. в. с. Возможность быстрого и надежного пуска д.в.с. комплекса при отрицательных температурах имеет большое значение для России, как страны с длительными и суровыми зимами.

Во время работы д.в.с. в установившемся режиме компрессор, встроенный в верхнюю часть цилиндра 10, поставляет сжатый воздух в баллон 36, обеспечивая половину потребности д.в.с. в сжатом воздухе, что позволяет иметь компрессор 4 вдвое меньшей мощности, чем в случае отсутствия такого устройства цилиндра 10 д.в.с, что даст положительный результат по эффективности работы д.в.с. и по его удельной мощности. При эксплуатационном режиме компьютер переключает электрогенератор 1 с накопительного конденсатора 4 на электродвигатели задних колес во время разгона электромобиля и на подъемах дороги в течение не более 5 мин, за которое накопительный конденсатор разряжается до 50% В режиме "остановка" перекрываются патрубки 44 и 45, и выключаются электросвечи 52, а также отключается накопительный конденсатор от двигателей передних колес и от электрогенератора 1. Торможение т.с. производится вначале электрическое электродвигателями колес, переключаемыми на генераторный режим нажимом с небольшим усилием на педаль тормоза, а затем нажимом на педаль тормоза с в 2-3 раза большим усилием производится экстренное торможение с помощью тормозных колодок механического тормоза.

Во время электрического-рекуперативного торможения вырабатывается электроэнергия, используемая для подзарядки накопительного конденсатора. Одновременно электрогенератор 1 переключается с электродвигателей задних колес на накопительный конденсатор. При включении рекуперативного торможения накопительный конденсатор получает электроэнергию от всех электродвигателей колес, работающих в режиме электрогенератора.

Работа камеры сгорания 37 происходит в виде вынужденного колебательного процесса воспламенения топливной смеси сжатого воздуха и природного газа с многократным резким увеличением температуры и давления газов, истечением продуктов горения через газоводы 48, 50 и 51 в цилиндры 9 и 10, понижением давления в камере 37 ниже давления в камерах 40 и 41, заполнения камеры 37 через трубочки 43 новой порцией сжатого воздуха и природного газа, воспламенения этой топливной смеси от искры электросвечи 52 и повторения следующего цикла колебательного процесса. Темп колебаний задается компьютером частотой включения электросвечей зажигания 52 и изменением давления сжатого воздуха и природного газа, поступающих из баллона 36 в камеру 40 и из баллона 7 в камеру 41. При этом период вынужденных колебаний процесса воспламенения топливной смеси устанавливается близким к периоду свободных колебаний, а избыток сжатого воздуха обеспечивает полное сгорание природного газа. Режим работы камеры сгорания 37 устанавливается таким, чтобы д.в.с. имел максимальную мощность и экономичность. Такой режим работы является базовым, не зависящим от режима потребления электроэнергии электродвигателями колес электромобиля, а разность вырабатываемой электроэнергии с помощью электрогенератора 1 и потребляемой электродвигателями колес воспламеняется электроэнергией накопительного конденсатора. При этом количество электроэнергии, расходуемое электродвигателями колес за 15 20 мин равно количеству электроэнергии, вырабатываемой электрогенератором 1.

Сжатый воздух и горючий газ поступают соответственно в камеры 40 и 41 оголовника 3 равномерным потоком, а из камер 40 и 41 в камеру сгорания 37 сжатый воздух и горючий газ проходят по конусным трубочкам 43 уже в колебательном режиме, который возникает в результате периодического воспламенения топливной смеси в камере 37 с помощью электросвеч 52. В момент воспламенения топливной смеси температура в камере 37 поднимается более, чем на 1600^o, а давление продуктов горения поднимается более, чем в 6 раз с 10 15 до 60 90 кг/см². Во время и после горения топлива основная часть выхлопных газов устремляется в газоводы 48, 50 и 51 и далее в цилиндры 9 и 10. Во много раз меньшая часть газов поступает в конусные трубочки 43, продвигаясь по ним к камерам 40 и 41, расширяется в них с уменьшением давления и скорости движения. В то же время в камеры 40 и 41 по инерции продолжает поступать сжатый воздух и природный газ и, не имея выхода в трубочки 43, перекрытые выхлопными газами, давление в камерах 40 и 41 повышается, повышается оно и в широких концах трубочек 43. Одновременно в камере 37 происходит быстрое снижение давления выхлопных газов, устремившихся в газоводы 48, 50 и 51. Инерционность такого направления истечения струи газов столь велика, что давление в камере 37 упадет до уровня, меньшего чем давление в камерах 40 и 41. Когда это произойдет (а произойдет это через тысячные доли секунды после воспламенения топливной смеси), сжатый воздух и природный газ вытолкнут выхлопные газы, попавшие в трубочки 43, начнут заполнять камеру сгорания 37. В этот момент, когда камера 37 заполнится топливной смесью, электросвечи 52 воспламенят ее, и начнется второй цикл работы камеры сгорания 37.

Диаметры, конусность и количество трубочек 43 рассчитаны на заполнение камеры 37 в кратчайшее время, а их длина принята такой, чтобы выхлопные газы, попавшие в них, не успели дойти до камер 40 и 41. Рациональный подбор площади поперечного сечения газоводов 48, 50 и 51 даст возможность получить среднее давление выхлопных газов, поступающих из камеры 37 в цилиндры 9 и 10 в несколько раз большим, чем давление сжатого воздуха и природного газа, поступающих в камеры 40 и 41 и далее в камеру 37.

Оптимальный темп работы камеры 37 подбирается плавным изменением периода включения электросвеч 52, воспламеняющих топливную смесь, и замером мощности работы д.в.с. для каждого из периодов включения электросвеч 52. Максимальная мощность д. в. с. получаемая при заданном периоде включения электросвеч 52, будет соответствовать оптимальному режиму работы камеры 37.

Высокий КПД камеры сгорания 37 определяется тем, что тепловая энергия сгоревшего топлива, прошедшая через теплоизолирующую прокладку 39, окружающую камеру сгорания 37 и нагревшая внутреннюю часть оголовника 3, нагревает сжатый воздух и природный газ, находящийся в камерах 40 и 41, и проходящие через трубочки 43 в камеру 37 и, тем самым, возвращает эту тепловую энергию для полезного использования в камере 37. Этому процессу содействует также термоизолирующая прокладка 42 внешней сферической поверхности камер 40 и 41.

Высокий КПД камеры сгорания 37 обусловлен также ее сферической формой, имеющей минимальную поверхность при максимальном объеме камеры сгорания 37. Минимальная поверхность камеры 37 предопределяет минимальные тепловые потери через поверхность, образующую камеру 37.

Камера сгорания 37 по сравнению с камерой сгорания дизельного или бензинового д. в. с. равной по объему, работает с частотой циклов в 15 20 раз большей и независимо от работы кривошипно-шатунного механизма. Благодаря этому признаку, мощность (производительность), развиваемая камера сгорания 37, в 15 20 раз превышает мощность (производительность), реализуемую камерами сгорания известных д.в.с. что позволило иметь одну камеру сгорания 37 на 16 цилиндров предлагаемого двигателя.

Кроме того независимая работа камеры сгорания 37 от скорости вращения коленчатого вала позволила снизить скорость вращения коленчатого вала в несколько раз без снижения мощности д.в.с. Уменьшение скорости вращения коленчатого вала и работы поршней цилиндров кривошипно-шатунного механизма позволило уменьшить разрушительную работу сил инерции и сил трения и, тем самым, увеличить срок годности д. в.с. Использование одной камеры сгорания на 16 цилиндров позволило увеличить удельную мощность д.в.с. и его КПД.

Продукты сгорания топливной смеси из камеры 37 поступают в газовод 48 вращающегося цилиндрического клапана 46, который за один оборот соединяет камеру сгорания последовательно с газоводами 50 и 51 всех нижних и верхних цилиндров 9 и 10. Период вращения цилиндрического клапана 46 равен периоду движения поршней 9 и 10 из верхнего положения в нижнее и обратно. Этот период определяется поступлением сигналов от электродатчиков 59 цилиндров 9 и 10 в компьютер, который управляет скоростью вращения ротора электродвигателя 47 цилиндрического клапана 46. При любом положении цилиндрического клапана 46 выхлопные газы поступают из камеры 37 одновременно в верхний и нижний цилиндры, находящиеся в диаметрально противоположных направлениях относительно камеры 37. При этом начало поступления выхлопных газов, например, в нижний цилиндр 9, совпадает с началом движения поршня 12 вниз после того, как он займет крайнее верхнее положение (ВМТ), а прекращение поступления выхлопных газов в цилиндр 9 произойдет после того, как поршень 12 пройдет половину расстояния от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ). В результате этого 1/3 рабочего хода поршня в цилиндре будет происходить при наибольшем давлении выхлопных газов, поступающих из камеры сгорания и компенсирующих увеличение объема цилиндра 99 над поршнем 12 при его движении вниз. Затем 1/6 хода поршня будет происходить с подпиткой выхлопными газами в меньшем объеме, чем приращение объема цилиндра 9 над поршнем 12 и только в нижней половине цилиндра 9 движение поршня 12 вниз будет происходить без поступления выхлопных газов из камеры 37, за счет их расширения и соответствующего уменьшения их давления на поршень 12.

Во время движения поршня 12 вверх от НМТ до ВМТ выхлопные газы в цилиндр поступать не будет. Таким образом в каждый цилиндр выхлопные газы будут поступать только половину времени движения поршня 12 от ВМТ до НМТ, что соответствует 1/4 периода вращения клапана 46.

Поршень 12 соединен штоком с поршнем 13, который производит рабочий ход тогда, когда поршень 12 выполняет холостой ход. В результате этого шатун 20 передает на коленчатый вал не только момент силы давления поршня вниз на колено 21, но также и момент силы тяги поршня вверх на колено 21, что в 2 раза увеличивает мощность передаваемую кривошипом на коленчатый вал. При этом, благодаря большему радиусу верхнего поршня 13, чем нижнего поршня 12, наибольшая величина тягового усилия вверх, передаваемая поршнем 13 на шток 14, будет равна наибольшей величине давления поршня 12 вниз, передаваемое на шток 14 и далее на кривошип 20 и коленчатый вал во время рабочих ходов поршней 12 и 13.

В результате такого устройства достигнута равномерность подачи крутящего момента на коленчатый вал в 4 раза большая, чем у известных 4-х тактных д.в. с. что позволило исключить маховик, и уменьшить в 4 раза массу коленчатого вала и кривошипно-шатунного механизма, приходящуюся на 1 кВт мощности д.в.с. а также увеличить срок службы этих механизмов и коленчатого вала.

Исходя из вышеизложенного, а также из того, что в предлагаемом д.в.с. нет клапанов в камере сгорания, являющихся наименее надежной частью известных д. в.с. нет распределительного вала с кулачками для толкателей клапанов, и одна камера сгорания обеспечивает работу 16 цилиндров и работает в оптимальном для себя режиме, можно принять, что ресурс работы предполагаемого д.в.с. не менее, чем в 4 раза больше, чем у известных д.в.с.

Большое преимущество перед д.в.с. использующими в качестве топлива сжиженный газ, является пожарная безопасность предлагаемого д.в.с. и отсутствие газового редуктора и газового смесителя (карбюратора смесителя) известных д. в. с. в котором горючий газ смешивается с воздухом, образуя взрыво-опасную и пожаро-опасную газовую смесь. В предлагаемом д.в.с. взрыво-опасная топливная смесь воздуха и горючего газа образуется только в камере сгорания 37 и по этой причине никакого опасного пожара и взрыва не возникает. Во много раз меньшую опасность утечки горючего представляет короткий металлический патрубок с клапаном (краном), соединяющий баллон 7 с оголовником 3 предлагаемого д.в.с. по сравнению со сложным устройством газового редуктора и смесителя известных д.в.с. утечка из которых представляет реальную опасность.

Устройство оголовника 3 с камерой сгорания не требует водяного охлаждения, которое используется только для охлаждения цилиндров 9 и 10. В результате этого тепловые потери блока цилиндров и необходимый объем воды для охлаждения цилиндров, приходящийся на кВт мощности двигателя, в несколько раз меньше, чем у известных д.в.с. За счет уменьшения скорости вращения коленчатого вала и скорости движения поршней с кривошипно-шатунным механизмом, а также за счет исключения холостых ходов поршня с кривошипно-шатунным механизмом в 3 4 раза уменьшаются потери на трение, приходящиеся на 1 кВт мощности д. в.с. С учетом меньших тепловых потерь предлагаемого д.в.с. его КПД будет выше чем КПД дизельного двигателя не менее, чем на 30% и выше, чем у бензиновых двигателей в 1,5 2 раза. С учетом большого КПД и более интенсивной работы камеры сгорания и поршней с кривошипно-шатунным механизмом, а также меньшего объема охлаждающей воды и отсутствия маховика удельная мощность предлагаемого д.в.с. больше удельной мощности известных д.в.с. в 5 - 6 раз.

Больший КПД, более дешевое топливо (сжиженый или природный га), больший срок службы и большая мощность уменьшает эксплуатационные расходы на д.в.с. в предлагаемом комплексе в 5 6 раз по сравнению с такими расходами в случае использования лучшего из известных д.в.с. используемого для той же цели.

Работа компрессора блока цилиндров 2 заключается во впуске воздуха, нагнетаемого вентилятором 62 в цилиндр 10 при движении поршня 13 вниз через клапан 34 одностороннего действия (только на впуск) и в выпуске сжатого воздуха в конце движения поршня 13 вверх через клапан 33 в баллон 36 со сжатым воздухом.

Работа компрессора 4 слагается из вышеизложенной работы оголовника 3 и работы поршней 13 цилиндров 10 как в д.в.с. блока цилиндров 2. По массе, мощности и потребляемому топливу компрессор 4 меньше блока цилиндров 2 в 20 раз. При этом линейные размеры цилиндра 10 компрессора 4 в 2,6 3 раза меньше линейных размеров цилиндра 10 блоков цилиндра 2, а темп работы поршней 13 и камеры сгорания 37 в 2 3 раза выше, чем у блока цилиндров 2.

На сжатие равной массы воздуха до равного давления компрессор 2 в цилиндре 10 затрачивает меньше механической энергии, чем четырехтактный д.в.с. так как для этого не затрачивается энергия на трение коленчатого вала и кривошипно-шатунного механизма известных д.в.с. а само сжатие воздуха происходит при меньшем его нагреве от поверхности поршня 13 и цилиндров 10, не имеющих непространственного контакта с выхлопными газами и с камерой сгорания, что имеет место в известных д.в.с.

В то же время за счет подачи сжатого газа и воздуха в камеру сгорания блока цилиндров 2, предлагаемый д.в.с. имеет за равное время в 2 раза больше рабочих ходов, в результате чего в 2 раза возрастает его удельная мощность и существенно увеличивается его КПД.

Для увеличения производительности работы компрессоров в 1,5 2 раза, уменьшения их размеров и массы установлен вентилятор 62 для наддува воздуха с давлением 1,5 2 кг/см² в цилиндр 10 во время движения его поршня 13 на всасывание.

Формула изобретения

1. Транспортный электрогазовый комплекс, представляющий из себя самоходное транспортное средство, включающее двигатель внутреннего сгорания для привода электрогенератора, рулевое управление, кабину, кузов, баллоны со сжатым воздухом и горючим газом и ходовую часть, представляющую из себя электродвигатели, установленные на каждом из ведущих колес транспортного средства, при этом двигатель внутреннего сгорания имеет одну камеру сгорания сферической формы, соединенную трубками с баллонами сжатого воздуха и горючего газа, в камере сгорания установлены электросвечи для воспламенения горючей смеси, в верхней части камеры сгорания установлен вращающийся цилиндрический клапан для поочередного соединения через газоводы камеры сгорания с рабочими цилиндрами, для осуществления вращения цилиндрического клапана он связан с электродвигателем, отличающийся тем, что колесные электродвигатели соединены с рекуперативным устройством для осуществления торможения, часть комплекса выполнена съемной и включает в себя баллоны с горючим газом, накопительный конденсатор, а также смонтированные на съемной раме двигатель внутреннего сгорания, электрогенератор, компрессор, стартер-компрессор, аккумулятор, насос для воды и масла, баки для воды и масла, вентилятор с воздухозаборником, при этом электрогенератор подсоединен через переключатель к накопительному конденсатору и к электродвигателям задних колес транспортного средства, а накопительный конденсатор подсоединен к электродвигателям передних колес транспортного средства, при этом камера сгорания соединена газоводами через вращающийся цилиндрический клапан с восьмью верхними и восьмью нижними цилиндрами, имеющими поршни верхних и нижних цилиндров, соединенные штоком попарно друг с другом, поршни верхних и нижних цилиндров приводят во вращение с помощью кривошипно-шатунного механизма три коленчатых вала, соединенные между собой шестернями, к которым подсоединены шестерни ротора электрогенератора, водяного и масляного насосов, датчика электрических импульсов и соосно с ним установленный шкив ременного привода вентилятора, поршень верхнего цилиндра и находящаяся над ним часть цилиндра являются одновременно компрессором, который соединен патрубками с вентилятором и с баллоном сжатого воздуха.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания, имеет оголовник сферической формы с камерой сгорания, установленной в его центральной части и образованной жаропрочным термоинерционным корпусом, отделенным от корпуса оголовника теплоизолирующей прокладкой, вокруг камеры сгорания расположены чередующиеся между собой камеры для сжатого воздуха и горючего газа, образованные сферическими поверхностями, концентрическими относительно камеры сгорания, и радиальными перегородками, отделяющими камеры со сжатым воздухом от камер с горючим газом, при этом наружная поверхность этих камер выполнены из теплоизолирующего материала, в камеры помещены электрообогреватели, соединенные с аккумулятором электропроводкой с выключателем, в экваториальной части камеры соединены патрубками соответственно с баллонами для сжатого воздуха и для горючего газа, камера сгорания соединена с камерами для сжатого воздуха и для горючего газа смесительными микрокамерами с конусными трубочками, широкие части которых выходят в камерах со сжатым воздухом и горючим газом, а узкие части каждых двух трубочек, идущих от камер с воздухом и горючим газом, соединяются вместе в смесительной микрокамере у входа в камеру сгорания, верхний и нижний цилиндры соединены между собой втулкой, через которую проходит шток, в пространстве остающемся над поршнями верхних цилиндров, когда поршни находятся в верхнем положении, расположены трубочки с выполненными в них отверстиями и соединенные патрубком с масляным насосом на верхнем торце верхнего цилиндра установлены клапаны патрубков, соединяющих цилиндр с вентилятором и с баллоном для сжатого воздуха, на нижнем и верхнем торцах верхнего цилиндра установлены электродатчики положения поршней в цилиндрах, торцы цилиндров, соединенные между собой втулкой, соединены газоводами с цилиндрическим клапаном, газовод которого соединен с камерой сгорания и при вращении электродвигателем цилиндрического клапана его газоход по ходу своего вращения соединяет газоводы, идущие к верхнему и нижнему цилиндрам, с камерой сгорания, при этом одновременно соединяются газоводы, идущие к верхнему цилиндру и к диаметрально противоположному ему нижнему цилиндру, верхний и нижний цилиндры на торцах, соединенных втулкой, имеют клапаны с выхлопными трубами, верхний цилиндр с поршнем имеет диаметр на 10% больший, чем нижний цилиндр с его поршнем, нижние и верхние цилиндры имеют рубашки водяного охлаждения, соединенные патрубками с водяным насосом, который имеет возможность соединения с отопительной системой кабины или с баком для воды, являющимися одновременно радиатором, охлаждающим воду, поршни нижних цилиндров соединены кривошипно-шатунным механизмом с тремя коленчатыми валами, при этом средний коленчатый вал соединен с двумя поршнями двух диаметрально противоположных цилиндров, каждый крайний коленчатый вал соединен с тремя поршнями смежных цилиндров, на концах коленчатых валов жестко установлены шестерни находящиеся в зацеплении с промежуточными между ними шестернями-сателлитами, с шестернями крайних коленчатых валов находятся в зацеплении шестерни валов водяного и масляного насосов, а также шестерня датчика электроимпульсов, являющаяся одновременно шестерней шкива, соединенного ременной передачей со шкивом вентилятора, продолжение среднего коленчатого вала является вал вращения ротора электрогенератора.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что на нем установлен компрессор, имеющий оголовник одинаковой конструкции с оголовником двигателя внутреннего сгорания, но меньший по линейным размерам оголовника двигателя внутреннего сгорания, шесть соединенных по три цилиндра с втулками, соединяющими верхний цилиндр со средним и средний с нижним, через эти втулки проходит шток, соединяющий поршни верхнего, среднего и нижнего цилиндров, смежные торцы верхнего и среднего цилиндра соединены газоводами с цилиндрическим клапаном оголовника, верхний и средний цилиндры одинакового размера имеют рубашку воздушного охлаждения с радиаторными ребрами, соединяющими эту рубашку с цилиндром, нижний цилиндр, в 1,5 раза большего диаметра, имеет рубашку водяного охлаждения и патрубки с клапанами, соединяющими его верхний и нижний торцы с вентилятором и баллоном для сжатого воздуха.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что съемный накопительный конденсатор, установлен в переднем багажнике транспортного средства, а электрогенератор и баллон для горючего газа установлены в заднем багажнике.

5. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что съемный накопительный конденсатор и двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором установлены в моторном отсеке, при этом баллоны с горючим газом выполнены несъемными и установлены в обтекателе на крыше кабины транспортного средства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15