Гибридная силовая установка

Изобретение может быть использовано в приводах различных машин и в энергетических установках. Гибридная силовая установка включает основной двигатель (1), дополнительный двигатель (2) и механизм (12) изменения передаточного отношения. Выпускной коллектор (8) основного двигателя (1) соединен трубопроводом (11) с впускным коллектором (9) дополнительного двигателя (2). Коленчатые валы (4) и (6) основного и дополнительного двигателей (1) и (2) соединены между собой разборным соединительным элементом (13). Суммарный рабочий объем цилиндров дополнительного двигателя (2) больше суммарного рабочего объема цилиндров основного двигателя (1). Между коленчатым валом (6) дополнительного двигателя (2) и соединительным элементом (13) коленчатых валов расположен механизм (12) изменения передаточного отношения. Технический результат заключается в упрощении конструкции. 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, и может быть использовано в качестве привода в различных машинах, стационарных и передвижных энергетических установках в автомобильной, тракторной, электроэнергетической и других отраслях промышленности, связанных с изготовлением и эксплуатацией различных транспортных средств и силовых установок.

Известен патент на изобретение RU 2659111 С2 "Силовая установка гибридной мобильной машины", МПК F04B 41/04, F02D 17/02, B60K 6/12, F02D 13/00, F01L 9/04, содержащий двигатель внутреннего сгорания в цилиндре которого расположен поршень, соединенный кривошипно-шатунным механизмом с коленчатым валом. Впускной и выпускной клапаны цилиндра снабжены устройствами электромагнитного управления. Впускной трубопровод снабжен форсункой подачи топлива. Выпускной трубопровод при помощи привода управляемой поворотной заслонки в положении А имеет возможность соединения с системой выпуска отработавших газов или в положении Б с пневматическим ресивером. Таким образом, для каждого цилиндра управляемая заслонка установлена между выпускным трубопроводом, трубопроводом системы выпуска отработавших газов и трубопроводом пневматического ресивера. Управление работой силовой установки производится при помощи блока управления, связанного с устройствами электромагнитного управления: клапанами, форсункой подачи топлива, свечой, приводом поворотной заслонки. При этом положение А заслонки соответствует соединению выпускного трубопровода с системой выпуска отработавших газов, а положение Б заслонки соответствует соединению с пневматическим ресивером.

Недостатком этого технического решения является то, что силовая установка не имеет возможность преобразования энергии отработавших газов в механическую работу в постоянном режиме используя все цилиндры. (RU 2659111 С2, http://new.fips.ru).

Известен патент на изобретение RU 2413084 С2 "Поршневой двигатель Казанцева", МПК F02G 3/02, содержащий преобразователь для превращения энергии рабочего тела в механическую работу, топливный насос, гидронасос, при этом двигатель снабжен внешней камерой сгорания, вынесенной за пределы преобразователя, парогенератором и компрессором, при этом компрессор пневматически соединен с внешней камерой сгорания, которая через парогенератор соединена с преобразователем, а топливный насос гидравлически соединен с внешней камерой сгорания, гидронасос гидравлически соединен с парогенератором. Внешняя камера сгорания размещена в парогенераторе, снабжена газовой камерой, отделяющей продукты сгорания от пара. Между ступенями сжатия сжимаемого воздуха установлен воздухоохладитель. Двигатель снабжен внешней системой жидкостного охлаждения, которая гидравлически соединена с гидронасосом, теплоизоляционной рубашкой, турбокомпрессором. Турбокомпрессор пневматически соединен с преобразователем и компрессором, которые объединены в один блок. Преобразователь имеет отдельный от компрессора масляный картер, снабжен выпускными окнами. Двигатель имеет одну внешнюю камеру сгорания на несколько преобразователей. Подача топлива, охлаждающей жидкости и рабочего тела выполнены регулируемыми. Преобразователь выполнен в виде пневмодвигателя Казанцева, или в виде адиабатного двигателя Казанцева, или в виде двигателя Дизеля, или в виде двигателя Ванкеля, или в виде двигателя роторного, или в виде двигателя Стирлинга. Компрессор выполнен поршневым или турбинным или центробежным.

Недостатком этого технического решения является сложная конструкция и низкая надежность двигателя вследствие большого количества конструктивных узлов. (RU 2413084 С2, http://new.fips.ru).

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является решение RU 2631179 С1 "Способ обеспечения действия тандемного двухтактного двигателя энергией продуктов сгорания из общей внешней камеры сгорания", МПК F02G 3/02, F01L 9/02, содержащее агрегат, состоящий из общей внешней камеры сгорания и трех идентичных блоков. Общая внешняя камера сгорания имеет каналы. Один канал соединяет пусковые клапаны каждого блока с входом воздуха в общую внешнюю камеру сгорания, а другой канал соединяет выход продуктов сгорания из общей внешней камеры сгорания с впускными клапанами продуктов сгорания силового поршня каждого блока тандемного двухтактного двигателя. Все блоки объединены в тандем таким образом, что геометрические оси их коленчатых валов располагаются на одной геометрической оси, а кривошипы каждого из них развернуты относительно друг друга на одну треть оборота коленчатого вала.

Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности использовать энергию, получаемую в момент сгорания углеводородного топлива в общей внешней камере сгорания для вращения коленчатого вала двигателя. (RU 2631179 С1, http://new.fips.ru).

В основу данного изобретения поставлена задача разработать силовую установку простой конструкции, состоящую из основного двигателя преобразующего энергию сгорания углеводородного топлива в механическую работу и дополнительного двигателя преобразующего энергию отработавших газов основного двигателя в механическую работу.

Сущность изобретения

Поставленная задача решается за счет того, что выпускной коллектор (8) фиг. 1 основного двигателя (1) силовой установки представляющего собой двигатель внутреннего сгорания, работающий на углеводородном топливе соединен трубопроводом (11) с впускным коллектором (9) дополнительного двигателя (2).

Предложенная гибридная силовая установка, состоит из основного двигателя (1) фиг. 1 представляющего собой двигатель внутреннего сгорания, который работает на углеводородном топливе и дополнительного двигателя (2), работающего на энергии отработавших газов основного двигателя (1).

Основной двигатель (1) фиг. 1 включает блок цилиндров (на чертеже не обозначен) в котором расположены поршни (3), соединенные шатунами с коленчатым валом (4), клапаны, распределительный вал, впускной (7) и выпускной (8) коллекторы. Основной двигатель (1) имеет четырехтактный рабочий цикл.

Дополнительный двигатель (2) фиг. 1 имеет двухтактный рабочий цикл, (т.е. рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала) и также включает блок цилиндров (на чертеже не обозначен), в котором расположены поршни (5), соединенные шатунами с коленчатым валом (6), клапаны, распределительный вал, впускной (9) и выпускной (10) коллекторы.

Выпускной коллектор (8) фиг. 1 основного двигателя (1) соединен трубопроводом (11) с впускным коллектором (9) дополнительного двигателя (2) для передачи отработавших газов от основного двигателя (1) к дополнительному (2). Такое исполнение позволяет дополнительному двигателю (2) силовой установки преобразовать энергию отработавших газов основного двигателя (1) в механическую работу.

Коленчатые валы (4), (6) фиг. 1 основного (1) и дополнительного (2) двигателей связаны между собой разборным соединительным элементом (13), например крестообразным шарниром или муфтой, для передачи вращения от одного двигателя к другому, при этом использование разборного соединения обеспечивает простоту демонтажа какого-либо двигателя, например для транспортировки или ремонта. Соединение коленчатых валов (4), (6) основного (1) и дополнительного (2) двигателей между собой позволяет увеличить мощность силовой установки передаваемую общим валом потребителю.

Суммарный рабочий объем цилиндров дополнительного двигателя (2) фиг. 1 силовой установки больше суммарного рабочего объема цилиндров основного двигателя (1). Такое исполнение позволяет увеличить степень объемного расширения отработавших газов в дополнительном двигателе (2), что повышает мощность силовой установки.

Между коленчатым валом (6) фиг. 1 дополнительного двигателя (2) и соединительным элементов (13) коленчатых валов двигателей (1), (2) расположен механизм изменения передаточного отношения (12). Такое исполнение позволяет изменять крутящий момент передаваемый основным двигателем (1) дополнительному (2) в зависимости от нагрузки на силовую установку.

Техническим результатом является создание силовой установки простой конструкции состоящей из основного двигателя преобразующего энергию сгорания углеводородного топлива в механическую работу и дополнительного двигателя преобразующего энергию отработавших газов основного двигателя в механическую работу.

Краткое описание чертежей:

на фиг. 1 - схематичное изображение гибридной силовой установки. Общий вид; Краткое описание конструктивных элементов:

1 - основной двигатель;

2 - дополнительный двигатель;

3 - поршень основного двигателя;

4 - коленчатый вал основного двигателя;

5 - поршень дополнительного двигателя;

6 - коленчатый вал дополнительного двигателя;

7 - впускной коллектор основного двигателя;

8 - выпускной коллектор основного двигателя;

9 - впускной коллектор дополнительного двигателя;

10 - выпускной коллектор дополнительного двигателя;

11 - трубопровод;

12 - механизм изменения передаточного отношения;

13 - соединительный элемент.

Осуществление заявленного решения

Гибридная силовая установка работает следующим образом.

Во впускной коллектор (7) фиг. 1 основного двигателя (1) силовой установки поступает топливовоздушная смесь и распределяется по цилиндрам. Топливовоздушная смесь сгорает в цилиндрах двигателя (1), тем самым приводя поршень (3) в возвратно-поступательное движение, которое преобразуется шатуном во вращательное движение коленчатого вала (4). Сгоревшая топливовоздушная смесь в виде отработавших газов поступает в выпускной коллектор (8) основного двигателя (1) и по трубопроводу (11) движется во впускной коллектор (9) дополнительного двигателя (2). Далее, отработавшие газы распределяются по цилиндрам дополнительного двигателя (2), и происходит расширение отработавших газов, что приводит поршень (5) в возвратно-поступательное движение, которое преобразуется шатуном во вращательное движение коленчатого вала (6). Отработавшие газы, после расширения в цилиндрах дополнительного двигателя (2), выходят из цилиндра в выпускной коллектор (10) и далее выбрасываются в атмосферу. Вращение от основного двигателя (1) через соединительный элемент (13) и механизм изменения передаточного отношения (12) передается на дополнительный двигатель (2). При работе силовой установки в режиме высокой нагрузки изменяют крутящий момент передаваемый от основного двигателя (1) дополнительному (2) используя механизм изменения передаточного отношения (12).

Гибридная силовая установка, включающая основной двигатель, дополнительный двигатель, механизм изменения передаточного отношения, отличающаяся тем, что выпускной коллектор основного двигателя соединен трубопроводом с впускным коллектором дополнительного двигателя, коленчатые валы основного и дополнительного двигателей соединены между собой разборным соединительным элементом, суммарный рабочий объем цилиндров дополнительного двигателя больше суммарного рабочего объема цилиндров основного двигателя, между коленчатым валом дополнительного двигателя и соединительным элементом коленчатых валов расположен механизм изменения передаточного отношения.