Электромеханическая система для двигателя внутреннего сгорания


 


Владельцы патента RU 2459097:

Бахмутов Сергей Васильевич (RU)
Клюкин Павел Николаевич (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (RU)
Овсянников Евгений Михайлович (RU)
Васильева Елена Евгеньевна (RU)

Изобретение может быть использовано в электротехнике транспортных средств, а именно в электромеханических системах, повышающих эффективность двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Электромеханическая система для ДВС содержит накопитель электрической энергии, электрически связанный с устройством управления и с вращающейся электрической машиной, ротор которой является маховиком ДВС. Система дополнительно снабжена преобразователем одновременно и кинетической и тепловой энергии потока выхлопных газов в электрическую энергию, выполненным в виде последовательно размещенных на одном валу с электрогенератором газовой турбины, парового электрогенератора. Вход преобразователя энергии соединен с выхлопным коллектором ДВС, а электрический выход связан с устройством управления. Технической результат заключается в регенерации как кинетической, так и тепловой энергий потока выхлопных газов ДВС. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромеханическим системам, повышающим эффективность работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Из уровня техники известна «Энергетическая установка транспортного средства» по патенту на изобретение RU №2398683 от 02.07.2009 г., МПК В60К 15/10, F02B 43/10, в которой генератор приводится в движение с помощью ветроколеса - турбинкой малой величины, для преобразования энергии потока выхлопных газов при работе двигателя внутреннего сгорания в электрическую. Далее электроэнергия направляется в электролизер для выработки горючей газовой смеси для ДВС.

К недостаткам данной установки относится не использование тепловой энергии потока выхлопных газов, а также низкий общий КПД системы регенерации, а именно: кинетической энергии потока выхлопного газа.

Из уровня техники известна также «Система с циклом Ранкина и транспортное средство» по патенту на изобретение US 7475541 В2 от 13.01.09 г., МПК F01K 23/10. Гибридное транспортное средство снабжено двигателем внутреннего сгорания, двигателем-генератором и системой с циклом Ранкина для регенерации тепловой энергии выхлопного газа. Выходная электрическая энергия системы с циклом Ранкина используется для заряда аккумуляторной батареи и для питания тягового электродвигателя.

Недостатками такой системы являются: отсутствие использования кинетической энергии выхлопных газов ДВС и сложность кинематических цепей транспортного средства.

Из уровня техники известно «Гибридное транспортное средство с турбогенератором с приводом от выхлопных газов» по патенту на изобретение US2006/0046894 А1 МПК В60К 1/02, 2.03.06 г.

Гибридное транспортное средство, включающее ДВС, использующий топливо, электрический привод, аккумуляторные батареи для накопления электрической энергии и использования с электрическим приводом, турбину, расположенную на входе выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания, а также электрический генератор, вращаемый турбиной для обеспечения электроэнергией: аккумуляторных батарей, системы электропривода, кинематическую цепь для передачи энергии электродвигателя для вращения колес транспортного средства.

Недостатками такой системы являются отсутствие использования тепловой энергии выхлопных газов и сложность кинематических цепей транспортного средства.

Наиболее близко к предлагаемому изобретению «Устройство для управления стартером-генератором ДВС» по патенту на изобретение JP 4078890 В2 от 17.06.2002 г., МПК 8 F02N 11/04, принятое нами за прототип.

Устройство включает стартер - генератор с ротором, закрепленным на коленчатом валу ДВС, устройство управления, аккумуляторную батарею и предназначено для пуска ДВС и вырабатывания электроэнергии при работе ДВС.

К недостаткам данного устройства относится отсутствие регенерации энергий потока выхлопных газов.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение КПД двигателя внутреннего сгорания (ДВС) за счет регенерации как кинетической, так и тепловой энергий потока выхлопных газов ДВС.

Сущность изобретения заключается в том, что электромеханическая система для ДВС содержит накопитель электрической энергии, например емкостной или аккумулятор, электрически связанный с устройством управления, включающий в себя широтно-импульсный преобразователь напряжения, коммутатор и/или преобразователь частоты и напряжения, и вращающуюся электрическую машину, например вентильную, синхронную или асинхронную, ротор которой является маховиком ДВС.

Отличие предложенного изобретения состоит в том, что система дополнительно снабжена преобразователем одновременно и кинетической, и тепловой энергии потока выхлопных газов в электрическую энергию, выполненным в виде последовательно размещенных на одном валу с электрогенератором газовой турбины, парового электрогенератора, причем вход преобразователя энергии соединен с выхлопным коллектором ДВС, а электрический выход связан с устройством управления.

Предлагаемая система иллюстрируется чертежом, на котором изображена структурная схема электромеханической системы для ДВС.

В схеме приняты обозначения:

НЭЭ - накопитель электрической энергии;

УУ - устройство управления;

ВЭМ - вращающаяся электрическая машина;

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

ПЭ - преобразователь энергии.

Система состоит из накопителя электрической энергии (НЭЭ), например емкостного, или аккумулятора, или сочетания этих устройств, электрически связанного с устройством управления (УУ), электрическая схема которого может быть различной, в зависимости от типа используемой вращающейся электрической машины. В предложенном изобретении можно использовать типовые УУ, например, для синхронных или асинхронных электрических машин, которые преобразуют постоянное напряжение преобразователя энергии (ПЭ) в переменное многофазное напряжение определенной частоты и амплитуды, а для вентильных же электрических машин УУ выполняется на основе широтно-импульсного регулятора напряжения и коммутатора, распределяющего напряжение по обмоткам статора. Все типы УУ снабжены задатчиком режима работы ВЭМ.

В качестве ПЭ возможно использование различных устройств.

- газовая турбина, приводимая в движение выхлопными газами ДВС, на валу которой расположен электрогенератор, например трехфазный синхронный с выпрямителем;

- компактный паровой электрогенератор, работающий по термодинамическому циклу Ранкина, горячие выхлопные газы которого поступают в конвектор с испарителем, где образуется пар с температурой 400-500°С и давлением 7-9 МПа. Этот пар, вращая генератор, охлаждается, конденсируется и вновь поступает в бак с насосом. В ходе испытаний на гибридном автомобиле Honda Stream с двухлитровым бензиновым двигателем паровая установка работала с максимальной мощностью 32 кВт. Термический КПД установки пока не слишком высок - 13%.

В предлагаемом изобретении в качестве преобразователя энергии используется сочетание газовой турбины, парового электрогенератора и паровой турбины, причем вход преобразователя энергии соединен с выхлопным коллектором ДВС, а электрический выход связан с устройством управления.

Система по предлагаемому изобретению работает следующим образом.

Вращающаяся электрическая машина (ВЭМ), используя энергию накопителя электрической энергии (НЭЭ), запускает двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работая в двигательном режиме. После запуска ДВС поток выхлопных газов поступает вначале в газовую турбину, отдавая кинетическую энергию, затем в паровой электрогенератор, отдавая тепловую энергию. Преобразователь энергии (ПЭ) начинает вырабатывать электроэнергию для зарядки НЭЭ и питания бортовой электросети. Излишек электроэнергии направляется для питания ВЭМ, которая работает в двигательном режиме, передавая механическую энергию на коленчатый вал ДВС. При торможении транспортного средства ВЭМ работает как генератор в режиме рекуперативного торможения, отдавая электроэнергию в НЭЭ. В итоге происходит экономия топлива и снижение токсичности выхлопных газов.

Предлагаемую систему можно использовать для автомобилей, тепловозов, теплоходов и тепловых электростанций.

Электромеханическая система для ДВС, содержащая накопитель электрической энергии, электрически связанный с устройством управления и с вращающейся электрической машиной, ротор которой является маховиком ДВС, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена преобразователем одновременно и кинетической, и тепловой энергии потока выхлопных газов в электрическую энергию, выполненным в виде последовательно размещенных на одном валу с электрогенератором газовой турбины, парового электрогенератора, причем вход преобразователя энергии соединен с выхлопным коллектором ДВС, а электрический выход связан с устройством управления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателям. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено в качестве вспомогательных теплоэнергетических установок транспортных средств для одновременного производства тепла и электроэнергии.

Изобретение относится к авиационной технике и позволяет повысить подъемную силу несущих плоскостей летательных аппаратов. .

Изобретение относится к системам для производства электроэнергии и тепла. .

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным системам электроснабжения. .

Изобретение относится к двигатель-генераторам. .

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к мобильным автономным устройствам для получения тепловой и электрической энергии, и может быть использовано для электрообеспечения, отопления и горячего водоснабжения различных стационарных и временно развернутых помещений различного назначения, не имеющих централизованных источников энергии, в т.ч.

Изобретение относится к транспортному двигателестроению, а также к энергетическому машиностроению и может быть использовано в качестве модуля, дающего электроэнергию.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к силовым установкам на базе двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в качестве источника электроэнергии в передвижных или стационарных электростанциях, работающих на природном газе.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения электрических машин, а именно - к бесконтактным синхронным генераторам со встроенным выпрямителем, преимущественно для автотракторной техники.

Изобретение относится к области двигателестроения и технологии переработки углеводородного сырья. .

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях с комбинированным парогазовым циклом. .
Наверх