Гидроэлектрическая силовая установка транспортного средства

Изобретение относится к энергетике. Гидроэлектрическая силовая установка транспортного средства содержит установленные на выпускной трубе ДВС газотурбины с установленными в перепускных линиях регулируемыми заслонками, трубопроводы с электромагнитными клапанами, не менее одного теплообменника, регулятор газораспределительного механизма, гидравлическая часть силовой установки содержит гидронасосы, смонтированные на газовых турбинах, эжекторах и эжекторной насадке, установленных на выпускной трубе ДВС, гидромоторы, соединенные с дополнительной турбиной наддува, с коленчатым валом ДВС и со стартером; колесные гидромоторы, гидробак, гидроаккумулятор высокого давления, гидрораспределитель, гидроамортизатор, электрическая часть силовой установки содержит генераторы, установленные с противоположной стороны на газотурбины, эжекторы и эжекторную насадку, пневмокомпрессор, установленный на газотурбине и соединенный последовательно с вакууммотором, соединенным с генератором, колесные электромоторы, механический компрессор с форсункой пневмоподачи во впускной коллектор ДВС, аккумуляторную батарею и конденсатор-накопитель. Изобретение позволяет повысить мощность ДВС, уменьшить расход топлива, снизить вредные выбросы в атмосферу и повысить октановое число топлива. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к силовым установкам транспортных средств, использующим энергию выпускной системы двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Ранее автором заявляемого изобретения были разработаны силовая установка транспортного средства (патент РФ на полезную модель №73279, заявка №2008102321 от 21.01.2008 г), силовая установка транспортного средства (патент РФ на полезную модель №77209, заявка №2008124320 от 16.06.2008 г.). Эти установки, используя энергию выпускной системы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) транспортного средства, повышают мощность ДВС, уменьшают расход топлива, снижают токсичность выхлопных газов.

Так, силовая установка по патенту RU №77209 содержит установленные на выпускной трубе ДВС газовые турбины с регулируемыми заслонками, соединенные с навесным оборудованием транспортного средства, трубопроводы с электромагнитными клапанами, обратными клапанами для циркуляции рабочей среды, образующие паровой контур, в который включено такое оборудование, как парогенератор, паровые турбины с навесным оборудованием, дополнительный парогенератор, бак с парообразующей жидкостью и другое.

Однако разработанные ранее силовые установки не в полной мере исчерпывают возможности по увеличению мощности ДВС, экономии топлива и снижению токсичности выхлопных газов. Кроме того, данные конструкции, содержащие оборудование, включенное в паровой контур, не обладают компактностью и универсальностью.

Заявляемая гибридная гидроэлектрическая силовая установка транспортного средства является продолжением и дополнением вышеуказанных разработок автора в решении задачи использования даровой энергии выпускной системы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). При использовании данной конструкции силовой установки значительно по сравнению с представленными выше силовыми установками увеличивается мощность ДВС, повышается КПД, уменьшается расход топлива и снижается токсичность выхлопных газов. Кроме того, предлагаемая гидроэлектрическая силовая установка позволяет накапливать гидро- и электроэнергию, тем самым обеспечивая движение транспортного средства в автономном режиме. Установка компактна и применима на любых транспортных средствах.

Технический результат достигается тем, что гидроэлектрическая силовая установка транспортного средства содержит установленные на выпускной трубе двигателя внутреннего сгорания газотурбины, предусматривающие монтаж на них навесного оборудования, снабженные регулируемыми заслонками, установленными в байпасных (перепускных) линиях, трубопроводы с электромагнитными клапанами, не менее одного теплообменника, снабжена регулятором газораспределительного механизма.

Гидравлическая часть силовой установки содержит гидронасосы, смонтированные на газовых турбинах, эжекторах и эжекторной насадке, установленных на выпускной трубе ДВС; гидромоторы, соединенные с дополнительной турбиной наддува, с коленчатым валом ДВС и со стартером; колесные гидромоторы; гидробак; гидроаккумулятор высокого давления; гидрораспределитель; гидроамортизатор.

Электрическая часть силовой установки содержит генераторы, установленные с противоположной стороны на газотурбины, эжекторы и эжекторную насадку; пневмокомпрессор, установленный на газотурбине и соединенный последовательно с вакууммотором, соединенным с генератором; колесные электромоторы; механический компрессор с форсункой пневмоподачи во впускной коллектор ДВС; аккумуляторную батарею и конденсатор-накопитель.

Теплообменник может быть установлен на выпускном коллекторе ДВС, или на выпускной трубе, или внутри выпускной трубы.

Гидравлическая часть может содержать разъем для подключения гидроусилителя руля.

Гидроэлектрическая силовая установка дополнительно снабжена съемным аэродинамическим устройством, монтирующимся на бампер или на боковую переднюю часть кузова транспортного средства.

Сущность заявляемого изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг.1 показана схема гидравлической части гидроэлектрической силовой установки транспортного средства.

На фиг.2 - схема электрической части гидроэлектрической силовой установки транспортного средства.

На фиг.3 - теплообменник, устанавливаемый на выпускную трубу ДВС. Вид сбоку.

На фиг.4 - теплообменник, устанавливаемый на выпускную трубу ДВС. Вид сверху.

На фиг.5 - теплообменник, устанавливаемый внутри выпускной трубы ДВС. Вид сбоку.

На фиг.6 - теплообменник, устанавливаемый внутри выпускной трубы ДВС. Вид сверху.

На фиг.7 - теплообменник, устанавливаемый внутри выпускной трубы ДВС. Другой вариант исполнения. Вид сбоку.

На фиг.8 - теплообменник, устанавливаемый внутри выпускной трубы ДВС. Другой вариант исполнения. Вид сверху.

На фиг.9 - теплообменник, устанавливаемый на выпускном коллекторе

ДВС.

На фиг.10 - регулятор газораспределительного механизма.

На фиг.11 - схематично аэродинамическое устройство.

На фиг.12 - аэродинамическое устройство, установленное на бампере транспортного средства.

Гидроэлектрическая силовая установка имеет следующую конструкцию.

На выпускную трубу 1 ДВС установлены газотурбины 2; эжекторы 3, съемная эжекторная насадка 4, предусматривающие двусторонний монтаж навесного оборудования. Газотурбины 2 снабжены перепускной (байпасной) линией 5 с регулируемыми заслонками 6.

Гидравлическая часть силовой установки содержит гидронасосы 7, смонтированные на газотурбинах 2, гидронасосы 7, установленные на эжекторе 3 и на съемной эжекторной насадке 4. В гидравлическую часть установки также входят следующие устройства: гидромотор 8, подключаемый через муфту 9 к коленчатому валу ДВС, гидромотор 8, смонтированный через муфту 9 на стартер 10, гидромотор 8, соединенный с дополнительной турбиной наддува 11, колесные гидромоторы 12 с муфтами 9 включения; электромагнитные клапаны 13, 14, 15, 16, 17, 18; гидрораспределитель 19 для регулировки гидроамортизаторов 20; разъем 21 для подключения гидроусилителя руля; гидробак 22 с заливной горловиной 23, гидроаккумулятор 24 высокого давления, часть которого заполнена азотом, для использования процесса накопления энергии (рекуперации) при торможении и спуске транспортного средства.

Электрическая часть силовой установки содержит генераторы 25, установленные с противоположной стороны на газотурбины 2, эжекторы 3, съемную эжекторную насадку 4; пневмокомпрессор 26, установленный на газотурбине 2 и соединенный последовательно с вакууммотором 27, соединенным с генератором 25; колесные электромоторы 28 с подключением через муфты 9. Также в электрическую часть установки входят механический компрессор 29 с форсункой 30 пневмоподачи во впускной коллектор ДВС, аккумуляторная батарея 31, конденсатор-накопитель 32.

Устройство содержит один или более теплообменников 33, которые устанавливаются на выпускном коллекторе 34 ДВС (фиг.1, 9), или на выпускной трубе 1 (фиг.2, 3, 4), или внутри выпускной трубы 1 (фиг.1, 5, 6, 7, 8). Теплообменники 33 могут выполняться съемными и иметь разную конструкцию.

Так, теплообменники 33, установленные на выпускной трубе 1 (фиг.3, 4) и на выпускном коллекторе 34 (фиг.9), выполнены съемными, состоящими из двух полых половин, с внутренней стороны повторяющих рельеф теплоносителя, соединенных между собой стяжными болтами 35 и соединительной трубкой 36. Они снабжены форсунками-распылителями 40, топливопроводом 41, топливным насосом 42. В отличие от теплообменников 33 (фиг 5, 6, 7, 8, 9) теплообменник 33, изображенный на фиг.3 и 4, имеет вмонтированные трубчатые электрические нагреватели (ТЭНы) 37 для разогрева топлива до газообразного состояния, люки ревизии 38 для технического обслуживания и аварийный клапан 39.

Для использования дополнительной турбины наддува 11 и дополнительной подачи воздуха к механическому компрессору 29 необходимо применение регулятора газораспределительного механизма (фиг.10). Он состоит из распределительных валов 43, маятника 44 с натяжными роликами 45, коленчатого вала 46 и регулировочной тяги 47.

Гидроэлектрическая силовая установка дополнительно снабжена съемным аэродинамическим устройством (фиг.11, 12). Оно состоит из кронштейнов 48 крепления, рамы 49, верхних упорных тяг 50, пластикового или металлического щитка 51 (обвес), резинового фартука 52, редуктора 53 с электромотором, пневмоцилиндром, вакуум-цилиндром или гидроцилиндром в зависимости от навесного оборудования транспортного средства. Аэродинамическое устройство монтируется через кронштейны 48 на бампер 54 или на боковую переднюю часть кузова транспортного средства; редуктор 53 с электромотором, гидроцилиндром, вакуум-цилиндром или пневмоцилиндром крепится к верхней или к нижней части бампера 54 в зависимости от конструкции и модели транспортного средства.

Газотурбины 2 гидроэлектрической силовой установки работают от выпускных газов ДВС. Включение, выключение и регулировка оборотов установленного на газотурбины 2 навесного оборудования, а именно гидронасосов 7 и генераторов 25, осуществляются заслонками 6, установленными в перепускной (байпасной) линии 5.

Гидросистема силовой установки работает в штатном режиме, навесное оборудование управляется через электромагнитные клапаны 13, 14, 15, 16, 17, 18 и включается по мере необходимости водителем транспортного средства или работает в автоматическом режиме.

При торможении и спуске транспортного средства колесные электромоторы 28 работают в режиме генераторов, электроэнергия накапливается в блоке конденсаторов 32 и аккумуляторной батарее 31, а колесные гидромоторы 12 работают в режиме гидронасосов и закачивают масло под высоким давлением в гидроаккумулятор 24.

В работе колесных гидромоторов 12 гидросистема функционирует через гидроаккумулятор 24, соединенный с гидробаком 22 через электромагнитный клапан 14. При торможении или спуске транспортного средства электромагнитный клапан 14 перекрывается. Колесные гидромоторы 12 работают в режиме гидронасосов, происходит процесс накопления энергии (рекуперация), сокращается тормозной путь транспортного средства. Масло, поступая в гидроаккумулятор 24, снижает азот, повышается давление масла в гидроаккумуляторе 24. Во время разгона транспортного средства электромагнитные клапаны 16 и 18 перекрываются, электромагнитные клапаны 15 открываются, масло под высоким давлением поступает на колесные гидромоторы 12, и движение транспортного средства происходит в автономном режиме. В момент максимального падения давления масла в гидроаккумуляторе 24 электромагнитные клапаны 14, 16, 18 открываются, а электромагнитные клапаны 15 закрываются, и гидросистема функционирует в штатном рабочем режиме, а колесные электромоторы 28 продолжают режим движения до разряда конденсатора-накопителя 32 и аккумуляторной батареи 31. Далее, для продолжения движения транспортного средства включается ДВС, и процесс зарядки аккумуляторной батареи 31 с конденсатором-накопителем 32 продолжается.

Из теплообменника 33 по трубопроводу 41 газообразное топливо поступает через форсунки непосредственно в камеру сгорания ДВС. Возможно использование газообразного топлива и на карбюраторных ДВС, что положительно скажется на чистоте выхлопа и экономии топлива. Съемные теплообменники 33 предназначены для преобразования жидкого топлива в газообразное состояние, повышения октанового числа топлива, более полного сгорания в камере сгорания и дают возможность применения практически любого жидкого топлива для работы ДВС.

Дополнительное аэродинамическое устройство находится в верхнем положении при нажатии водителем транспортного средства на педаль тормоза и при остановке, а при движении транспортного средства аэродинамическое устройство опускается с минимальным зазором к дорожному полотну, тем самым отсекая поток воздуха, уходящий под транспортное средство. Регулировку высоты подъема, включения или выключения аэродинамического устройства можно осуществлять в ручном режиме по желанию водителя транспортного средства или в автоматическом режиме. Аэродинамическое устройство обеспечивает экономию топлива, понижает аэродинамическое сопротивление транспортного средства путем уменьшения дорожного просвета.

Гибридная гидроэлектрическая силовая установка со съемными теплообменниками и регулятором опережения газораспределительного механизма предназначена для разгона и движения транспортного средства в автономном режиме и служит вспомогательным приводом навесного оборудования от использования даровой энергии выпускной системы двигателя внутреннего сгорания. От использования гидроэлектрической силовой установки повышается мощность ДВС, экономится топливо, повышается коэффициент полезного действия, снижаются вредные выбросы в атмосферу и повышается октановое число топлива.

1. Гидроэлектрическая силовая установка транспортного средства, содержащая установленные на выпускной трубе двигателя внутреннего сгорания газотурбины, предусматривающие монтаж на них навесного оборудования, снабженные регулируемыми заслонками, трубопроводы с электромагнитными клапанами, отличающаяся тем, что гидравлическая часть силовой установки содержит гидронасосы, смонтированные на газовых турбинах, эжекторах и эжекторной насадке, установленных на выпускной трубе ДВС, гидромоторы, соединенные с дополнительной турбиной наддува, с коленчатым валом ДВС и со стартером, колесные гидромоторы, гидробак, гидроаккумулятор высокого давления, гидрораспределитель, гидроамортизатор, а электрическая часть силовой установки содержит генераторы, установленные с противоположной стороны на газотурбины, эжекторы и эжекторную насадку, пневмокомпрессор, установленный на газотурбине и соединенный последовательно с вакууммотором, соединенным с генератором, колесные электромоторы, механический компрессор с форсункой пневмоподачи во впускной коллектор ДВС, аккумуляторную батарею и конденсатор-накопитель; кроме того, силовая установка снабжена регулятором газораспределительного механизма, не менее одним теплообменником, а регулируемые заслонки газотурбин установлены в байпасных (перепускных) линиях.

2. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменник установлен на выпускном коллекторе ДВС или на выпускной трубе, или внутри выпускной трубы.

3. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что гидравлическая часть содержит разъем для подключения гидроусилителя руля.

4. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена съемным аэродинамическим устройством, монтирующимся на бампер или на боковую переднюю часть кузова транспортного средства.