Гибридная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к гибридным силовым установкам транспортных средств, предназначенных для одновременного использования двух источников энергии: силы вакуума и пневмо. Установка содержит двигатель (1), пневматический аккумулятор (4), вакуумный аккумулятор (5), пневмовакуумный насос-компрессор (2), смонтированный на двигателе (1), реверсный узел, состоящий из четырех (7-10) или восьми электромагнитных клапанов, колесные пневмовакуумные моторы (11). Ротор насос-компрессора (2) выполнен со смещением в сторону выпускного патрубка, а колесные пневмовакуумные моторы (11) выполнены со смещением ротора к корпусу в верхней части и с расположением входного и выпускного патрубков с наклоном под углом не менее 45° к корпусу. В качестве двигателя используется двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель. Технический результат: повышение коэффициента полезного действия, уменьшение расхода топлива от 40 до 60%, сокращение количество вредных выбросов в атмосферу, а также обеспечение возможности использования двигателя внутреннего сгорания меньшей мощности, отказа от коробки передач и соответствия стандартам Евро 5-6. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Заявляемое изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к гибридным силовым установкам транспортных средств, предназначенным для одновременного использования 2-х источников энергии.
Ранее была разработана пневмовакуумная силовая установка транспортного средства, на которую получен патент РФ на полезную модель №80800 (заявка №2008140270 от 09.10.2008 г).
Разработанная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства содержит установленные на выхлопной трубе двигателя внутреннего сгорания газовые турбины с навесным оборудованием, в том числе с вакуумным и/или пневматическим насосом, и имеющие регулировочные заслонки; трубопроводы с электромагнитными и обратными клапанами для циркуляции рабочей среды. Также силовая установка включает установленные на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания пневматический и/или вакуумный, и/или пневмовакуумный мотор, расположенные на выхлопной трубе эжекторы с навесным оборудованием, эжекторную насадку для монтажа дополнительного навесного оборудования; турбокомпрессор, механический компрессор, дополнительную турбину наддува в паре с вакуумным или пневматическим мотором, ресивер, не менее одного; форсунки подачи сжатого воздуха, регуляторы давления сжатого воздуха; перепускную линию с заслонками.
Эта установка работает в замкнутом цикле, использует пневмо- и вакуумную силу, позволяет повысить мощность двигателя внутреннего сгорания, уменьшить расход топлива, снизить токсичность выхлопных газов, однако в недостаточном объеме. Установка дает малую производительность, т.к. использует энергию выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания и отдача вакуума в ней - минимальна.
Заявляемая в качестве изобретения установка решает задачу одновременного использования в закрытом цикле двух источников энергии: силу вакуума и пневмо, с автоматическим или ручным реверсным переключением в процессе движения транспортного средства на задний ход для сокращения тормозного пути, и где в качестве основного привода пневмовакуумного насос-компрессора используется двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель, работающие на жидком или газообразном топливе, возможно и на твердом топливе. Для отражения особенности силовой установки ей дано название - гибридная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства. При использовании данной конструкции силовой установки значительно по сравнению с разработанной ранее силовой установкой повышается коэффициент полезного действия, уменьшается расход топлива от 40 до 60%, сокращается в 2 раза количество вредных выбросов в атмосферу. Появляется возможность использовать двигатель меньшей мощности, отказаться от коробки перемены передач и соответствовать стандартам Евро 5-6.
Технический результат достигается тем, гибридная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства содержит двигатель, пневматический аккумулятор, вакуумный аккумулятор, трубопроводы с электромагнитными клапанами. Отличительной особенностью является то, что установка содержит пневмовакуумный насос-компрессор, смонтированный на двигателе, реверсный узел, состоящий из четырех или восьми электромагнитных клапанов, колесные пневмовакуумные моторы. Причем ротор пневмовакуумного насос-компрессора выполнен со смещением в сторону выпускного патрубка, а колесные пневмовакуумные моторы выполнены со смещением ротора к корпусу в верхней части и с расположением входного и выпускного патрубков с наклоном под углом не менее 45° к корпусу.
В качестве двигателя транспортного средства используется двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель.
Установка может содержать дополнительный пневмовакуумный насос-компрессор, установленный на двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель.
На выпускной трубе двигателя внутреннего сгорания или газотурбинного двигателя может быть смонтирована перепускная линия с заслонкой и газотурбина. А на газотурбине может быть установлен генератор, соединенный с аккумулятором, или дополнительный пневмовакуумный насос-компрессор.
Сущность заявляемой гибридной пневмовакуумной силовой установки поясняется графическими материалами.
На фиг.1 показана схема гибридной пневмовакуумной силовой установки транспортного средства с приводом на одну ось.
На фиг.2 показана схема гибридной пневмовакуумной силовой установки транспортного средства в режиме полного привода.
На фиг.3 показана схема гибридной пневмовакуумной силовой установки транспортного средства с приводом на одну ось в другой компоновке.
На фиг.4 показан колесный пневмовакуумный мотор.
На фиг.5 показан пневмовакуумный насос-компрессор.
Заявляемая гибридная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства содержит двигатель 1, преимущественно двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или газотурбинный двигатель (ГД), соединенный с пневмовакуумным насос-компрессором 2 в едином блоке (фиг.2, 3) или посредством муфты включения 3 (фиг.1), пневматический аккумулятор 4 высокого давления с аварийным клапаном 6, вакуумный аккумулятор 5, реверсный узел, состоящий из четырех электромагнитных клапанов 7, 8, 9, 10 (фиг.1, 3) или восьми в полноприводном варианте (фиг.2) электромагнитных клапанов 7, 8, 9, 10,23, 24, 25, 26; колесные пневмовакуумные моторы 11, установленные на колеса 12 транспортного средства, пневматический регулятор 21 числа оборотов. На выпускной трубе 13 двигателя 1, ДВС или ГД, могут быть смонтированы газотурбина 16, перепускная линия 15 с установленной в ней заслонкой 14 для регулирования числа оборотов генератора 17 (фиг.1.2), установленного на газотурбине 16 и служащего для дополнительной зарядки аккумулятора 18. При другой компоновке на газотурбину 16 устанавливают пневмовакуумный насос-компрессор 22 малой мощности по сравнению с пневмовакуумным насос-компрессором 2 (фиг.3). Силовая установка может содержать дополнительный (резервный) пневмовакуумный насос-компрессор 19, установленный на двигатель 1 (фиг.1, 2).
Применяемый в установке пневмовакуумный насос-компрессор 2, 19 (фиг.5) содержит корпус 31, ротор 29, вал 27 ротора 29, рабочие пластины (лопатки) 28, входной (вакуум) патрубок и выпускной (пневмо) патрубок. Для большей производительности ротор 29 пневмовакуумного насос-компрессора 2, 19 смещен в сторону выпускного (пневмо) патрубка до минимального зазора между ротором 29 и корпусом 31, а между корпусом 31 и ротором 29 со стороны входного (вакуум) патрубка - максимально допустимый зазор. Во время вращения ротора 29 за счет центробежной силы рабочие пластины (лопатки) 28, выдвигаясь из пазов ротора 29, прижимаются к корпусу 31, на входе происходит процесс разрежения (вакуум), а на выпускном патрубке - нагнетания (пневмо). Поэтому данный насос-компрессор назван пневмовакуумным, а аналогом ему может служить, например, насос УВУ-60.
Колесный пневмовакуумный мотор 11 также содержит корпус 30, ротор 32, вал 33 ротора 32, рабочие пластины (лопатки) 34, входной (вакуум) патрубок, выпускной (пневмо) патрубок. Колесный пневмовакуумный мотор 11 конструктивно отличается от пневмовакуумного насос-компрессора 2 и дополнительного насос-компрессора 19 наклоном не менее 45° входного и выпускного патрубков и смещением ротора 32 с минимальным зазором к корпусу 30 в верхней части и максимально допустимым зазором в нижней части корпуса 30 пневмовакуумного мотора 11. Рабочие пластины (лопатки) 34 постоянно прижаты в нижней части к корпусу 30, чем способствуют минимальному расходу энергии вакуума и пневмо и максимально высокому КПД пнемовакуумного мотора 11. Этому также способствует наклон входного и выпускного патрубков под углом не менее 45°. При меньшем угле наклона будут потери вакуума и пневмо в верхней части корпуса, теряется мощность. Мотор, учитывая его особенность, назван пневмовакуумным. Аналогом ему может служить, например, насос РВН-40.
При работе двигателя 1, внутреннего сгорания или газотурбинного двигателя, с приводом на одну ось (фиг.1, 3) электромагнитные клапаны 7, 10 автоматически открываются, а электромагнитные клапаны 8, 9 закрываются, пневмовакуумный насос-компресор 2 через регулятор 21 приводит в действие колесные пневмовакуумные моторы 11, смонтированные на колеса 12 транспортного средства, а излишки энергии аккумулируются в вакуумном аккумуляторе 5 и пневматическом аккумуляторе 4.
В режиме полного привода (фиг.2) при работе двигателя 1 кроме электромагнитных клапанов 7, 10 дополнительно открываются электромагнитные клапаны 23, 26, а электромагнитные клапаны 8, 9, 24, 25 закрываются. Автоматически, через муфты включения 3 колесные пневмовакуумные моторы 11 подключаются к колесам 12 транспортного средства. В силовой установке могут быть предусмотрены дополнительные (резервные) пневмовакуумные насос-компрессоры 19, которые подключаются автоматически при открытых клапанах 20 в тяжелых дорожных условиях, при критически пониженном давлении в пневматическом и вакуумном аккумуляторах 4, 5 или включаются по желанию водителя ( фиг.1, 2). Дополнительный пневмовакуумный насос-компрессор 22 (фиг.3) установлен на газотурбине 16 и соединен в единую пневмовакуумную систему, а электромагнитный клапан 20 автоматически открывается при работе двигателя 1. Движется транспортное средство в автономном режиме на накопленной энергии в пневматическом и вакуумном аккумуляторах 4, 5 при открытых электромагнитных клапанах 7, 10, 23, 26 и закрытых электромагнитных клапанах 8, 9, 24, 25. Двигатель 1 автоматически отключается при заряженных пневмовакуумных аккумуляторах 4, 5 и автоматически включается при критически разряженных аккумуляторах 4, 5. В процессе торможения при нажатии на педаль тормоза транспортного средства электромагнитные клапаны 7, 10, 23, 26 автоматически закрываются и открываются электромагнитные клапаны 8, 9, 24, 25. Происходит автоматическое реверсное переключение движения транспортного средства на задний ход и процесс рекуперации, колесные моторы 11 работают в режиме насосов, заряжаются пневматический и вакуумный аккумуляторы 4, 5 и сокращается тормозной путь транспортного средства.
При торможении поток пневмовакуумной энергии в колесных пневмовакуумных моторах 11 перенаправляется через электромагнитные клапаны 8, 9 (фиг.1.3) и 24, 25 (фиг.2) обратно в пневматический и вакуумный аккумуляторы 4, 5. Давление и вакуум в пневматическом и вакуумном аккумуляторах 4, 5 быстро достигают пиковых нагрузок, замедляется вращение колесных пневмовакуумных моторов 11, происходит процесс регенеративного торможения. В этом цикле колесные пневмовакуумные моторы 11 работают в режиме гидронасосов и по тормозному усилию не уступают дисковым тормозам.
1. Гибридная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель, пневматический аккумулятор, вакуумный аккумулятор, трубопроводы с электромагнитными клапанами, отличающаяся тем, что содержит пневмовакуумный насос-компрессор, смонтированный на двигателе, реверсный узел, состоящий из четырех или восьми электромагнитных клапанов, колесные пневмовакуумные моторы, причем ротор пневмовакуумного насос-компрессора выполнен со смещением в сторону выпускного патрубка, а колесные пневмовакуумные моторы выполнены со смещением ротора к корпусу в верхней части и с расположением входного и выпускного патрубков с наклоном под углом не менее 45° к корпусу.
2. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве двигателя используется двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель.
3. Силовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что содержит дополнительный пневмовакуумный насос-компрессор, установленный на двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель.
4. Силовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что на выпускной трубе двигателя внутреннего сгорания или газотурбинного двигателя смонтирована перепускная линия с заслонкой и газотурбина.
5. Силовая установка по п.4, отличающаяся тем, что на газотурбине смонтирован генератор, соединенный с аккумулятором, или дополнительный пневмовакуумный насос-компрессор.
