початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2112665
СПОСІБ ПЕРЕДАЧІ ЕНЕРГІЇ колеса автомобіля і СИЛОВА ВСТАНОВЛЕННЯ ДЛЯ ЗДІЙСНЕННЯ СПОСОБУ

English

Ім'я заявника: Стародетко Євген Олександрович (BY)
Ім'я винахідника: Стародетко Євген Олександрович (BY); Стародетко Георгій Євгенович (BY); Стародетко Костянтин Євгенович (BY); Дедуновіч Геннадій Олексійович (BY); Шишаков Михайло Леонідович (BY); Симон Сіманд (CA)
Ім'я патентовласника: Стародетко Євген Олександрович (BY)
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1994.06.10

Винахід відноситься до автомобілебудування і стосується засобів, що забезпечують пристосування двигуна і пристроїв, що акумулюють енергію, до режимам роботи автомобіля. Суть винаходу: при передачі механічної енергії колесам 8 автомобіля використовують енергію від спалювання палива в циліндрах двигуна 1 внутрішнього згоряння, а частина енергії газів, а й енергію, вироблювану колесами при гальмуванні, використовують для вироблення електроенергії за допомогою оборотної електромашини 9 і енергії стисненого повітря з допомогою термодинамічної обмінника 11. При цьому кількість енергії, що запасається підтримують достатнім для розгону автомобіля і підйому його на висоту. Тиск запасеного в ресівері 15 стисненого повітря підтримують за величиною достатнім для початку горіння палива, а кількість переданої колесу 8 енергії в залежності від режиму роботи автомобіля забезпечують подачею / або відведенням / через трансмісію 6 електричної енергії. При регулюванні кількості енергії зупиняють поршні 26. Двигуни 1 і 21, а й електрична машина 9 з'єднані з колесами 8 через трансмісію 6 постійно і при незмінному передавальному відношенні, а ресивер 15 підключений до циліндрів за допомогою клапанів 18, керованих від системи 17 управління, до якої підключена і електрична машина 9.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до автомобілебудування і стосується засобів, що забезпечують пристосування двигуна і пристроїв, що акумулюють енергію, до режимам роботи автомобіля.

Енергетичний аналіз показує, що автомобіль споживає набагато більше палива, ніж необхідно для руху автомобіля масою m із швидкістю V [1, с. 13, рис. 2]. Причина цього полягає в тому, що схема приводу автомобіля слабо адаптована до великого разнообразованію режимів руху.

Відомі технічні рішення, що дозволяють оптимізувати характеристику силової установки автомобіля при його експлуатації, наприклад, за рахунок використання гібридного приводу, як це виконано в експериментальному електромобілі фірми "Гаррет" США, в якому використані оборотні електричні машини і маховик для акумулювання енергії, що дозволяє рекуперировать енергію при зміні швидкості руху автомобіля і за допомогою обчислювального керуючого блоку оптимізувати режим навантаження силової установки [див. там же с. 75 - 78, рис. 77].

Однак це технічне рішення не отримало поки широкого поширення через свого істотного недоліку, пов'язаного з високою вартістю і великою масою акумуляторів електричної енергії та їх малої довговічністю, що робить електромобіль неконкурентоспроможним порівняно з автомобілем, що використовують хімічну енергію рідкого палива.

Відомі й технічні рішення, що дозволяють використовувати енергію гальмування автомобіля для його подальшого розгону при традиційній силовій установці з двигуном внутрішнього згоряння / ДВС /. Наприклад, згідно а.с. СРСР 1776579, кл. B 60 K 6/08 - "Транспортний засіб", по бортах автомобіля розміщені пружини, на які при гальмуванні за допомогою трансмісії передають енергію від коліс, запасені в пружинах енергія потім використовується при розгоні автомобіля. Таке рішення дозволяє зменшити витрату палива, особливо при русі в міських умовах, проте воно принципово не змінює умови роботи двигуна і втрати енергії, що виробляється двигуном з вихлопними газами, при зупинці автомобіля, на режимах руху, неоптимальні за влучним висловом двигуна, залишаються значними.

З відомих технічних рішень найбільш близьким об'єктом до пропонованого способу за сукупністю суттєвих ознак є спосіб передачі енергії колесах автомобіля, використаний фірмою "Порше" / Німеччина / в своїх автомобільних двигунах і описаний в [1, с. 170 - 172 і 193 - 197], який автори взяли за прототип.

Прийнятий за прототип об'єкт являє собою спосіб передачі енергії колесах автомобіля, що полягає в спалюванні суміші повітря і палива в циліндрах двигуна внутрішнього згоряння, перетворенні теплової енергії газів в механічну і передачі останньої за допомогою поршнів, механізму двигуна і трансмісії колесах автомобіля, при цьому регулюють швидкість обертання коліс і кількість переданої механічної енергії, частина енергії газів використовують для стиснення подається в циліндри, а й для вироблення електроенергії і енергії стисненого повітря, обидва види енергії запасають і використовують у міру потреби, причому для вироблення електроенергії і енергії стисненого повітря використовують механічну енергію, вироблювану колесами при гальмуванні, а на часткових по споживаної колесами енергії режимах припиняють подачу палива в частину циліндрів двигуна.

Прийнятий за прототип спосіб забезпечує економію палива при експлуатації автомобіля, покращує його екологічні показники, що робить двигуни "Порше" конкурентоспроможними на сучасному ринку автомобілебудування.

Однак, спосіб, прийнятий за прототип не вичерпує всіх можливостей економії палива. Втрати, пов'язані зі збільшеною масою двигуна і складним механізмом передачі енергії на колеса, її регулювання, втрати з вихлопними газами, втрати через невідповідність характеристики двигуна і окремих режимів його експлуатації на автомобілі, недостатня рекуперація енергії руху автомобіля призводять до непродуктивної спалюванню палива і значним викидів енергії в навколишнє середовище.

З відомих пристроїв за сукупністю суттєвих ознак найбільш близьким об'єктом до заявляється є "Силовий привід з двигуном внутрішнього згоряння" [2], прийнятий авторами за прототип пропонованого пристрою.

Прийнята за прототип силова установка містить як мінімум один двигун для перетворення хімічної енергії палива в механічну, забезпечений системою подачі і займання паливоповітряної суміші, трансмісію для передачі механічної енергії колесам, що включає вали і пристрої для з'єднання валів, електричну машину і накопичувач електричної енергії, пристрій стиснення повітря і накопичувач енергії останнього, систему управління, а й електричні кабелі, трубопроводи та клапани.

Прийнята за прототип установка забезпечує досить високий рівень рекуперації енергії при змінах режимів руху автомобіля.

Однак втрати, пов'язані з передачею енергії спалюваного в вільнопоршневих ДВС палива через спеціальний контур робочого тіла на виконавчий механізм, що приводить в рух трансмісію, занадто високі в порівнянні з механічною передачею, що не дозволяє поки свободнопоршневим ДВС конкурувати з традиційними силовими установками автомобілів, в яких поршні ДВС з'єднані з колесами через механічні передачі трансмісії.

Завданням запропонованого винаходу є удосконалення способу передачі енергії на колеса шляхом приведення у відповідність характеристики двигуна і окремих режимів його експлуатації на автомобілі, створення комплексної схеми приводу транспортного засобу, здатної за умови досягнення мінімуму витрати палива забезпечити раціональне витрачання енергії первинних і вторинних джерел енергії при русі, включаючи подолання сил тертя, аеродинамічного опору, інерційних і гравітаційних сил.

Коефіцієнт корисної дії приводу визначається, в основному, характеристикою двигуна, який працює найбільш ефективно при певному поєднанні параметрів, що надають істотний вплив на індикаторний ККД двигуна і механічні втрати. До таких параметрів належать: швидкість обертання валу двигуна, наповнюваність циліндра, коефіцієнт надлишку повітря і деяку кількість менш істотних параметрів. Максимальний ефективний ККД досягається тільки при певних значеннях згаданих параметрів. Будь-яке відхилення від оптимальних параметрів значень призводить, як правило, до відхилення ефективного ККД від максимуму. Тому в приводі, розрахованому на підтримку максимального ККД, може використовуватися тільки імпульсний режим управління потужністю двигуна. Сутність цього режим полягає в тому, що для задоволення визначеної потреби в потужності двигун включається і працює при оптимальних значеннях швидкості обертання валу і інших основних параметрів, або стоїть на місці. Робота в будь-якому іншому режимі буде обов'язково пов'язана зі збільшенням витрати палива. Сталість основних параметрів тягне за собою не тільки сталість ККД, але і потужності. Отже, привід, налаштований на досягнення максимального ККД, повинен працювати в режимі постійної потужності.

В результаті рішення постійної завдання досягається новий технічний результат, що полягає в створенні силової установки автомобіля забезпечує: високу літрову потужність і малу вагу двигуна, високу економічність, екологічну чистоту, безшумність, можливість зрушення з місця одночасно з запуском ДВС, відсутність коробки передач.

Даний технічний результат досягається тим, що при здійсненні способу передачі енергії колесах автомобіля, що полягає в спалюванні суміші повітря і палива в циліндрах двигуна внутрішнього згоряння, перетворенні теплової енергії газів в механічну і передачі останньої за допомогою поршнів, механізму двигуна і трансмісії колесах автомобіля, при цьому регулюють швидкість обертання коліс і кількість переданої механічної енергії, частина енергії газів використовують для стиснення подається в циліндри, а й для вироблення електроенергії і енергії стисненого повітря, обидва види енергії запасають і використовують у міру потреби, причому для вироблення електроенергії і енергії стисненого повітря використовують механічну енергію, вироблювану колесами при гальмуванні, а на часткових по споживаної колесами енергії режимах припиняють подачу палива в частину циліндрів двигуна, згідно винаходу кількість енергії, що запасається підтримують достатнім для розгону автомобіля і підйому його на висоту, при цьому енергію стисненого повітря перетворять в циліндрах двигуна, тиск запасеного стисненого повітря підтримують за величиною достатнім для початку горіння палива, а кількість енергії, що передається в залежності від режиму роботи автомобіля забезпечують подачею / або відведенням / через трансмісію електричної енергії, крім того, при регулюванні кількості енергії зупиняють поршні двигуна.

Силова установка для здійснення цього способу містить як мінімум один двигун для перетворення хімічної енергії палива в механічну, забезпечений системою подачі і займання паливоповітряної суміші, трансмісію для передачі механічної енергії колесам, що включає вали і пристрої для з'єднання валів, електричну машину і накопичувач електричної енергії, пристрій стиснення повітря і накопичувач енергії останнього, систему управління, а й електричні кабелі, трубопроводи та клапани, при цьому відповідно до винаходу двигун і електрична машина з'єднані з колесами через трансмісію постійно і при незмінному передавальному відношенні, а накопичувач енергії стисненого повітря підключений до циліндрів за допомогою клапанів , керованих від системи управління, до якої підключена і електрична машина.

При цьому силова установка може бути забезпечена додатковим двигуном для перетворення хімічної енергії палива в механічну, потужність якого залежить від числа обертів вала аналогічно залежності величини аеродинамічного опору руху автомобіля від числа обертів коліс.

В якості додаткового двигуна може бути застосований поршневий двигун внутрішнього згоряння, шток поршня якого кінематично пов'язаний з валом трансмісії за допомогою опорних майданчиків, передають зусилля в одну сторону.

Відмінною особливістю винаходу є те, що кількість енергії, що запасається підтримують достатнім для розгону автомобіля і підйому його на висоту, а так як розгін автомобіля неминуче змінюється гальмуванням, а підйом на висоту - зниженням / принаймні при поверненні в гараж сума висот дорівнює нулю /, і відомі засоби, що дозволяють рекуперировать кінетичну і потенційну енергії / см. наведені вище аналоги /, з'являється можливість спалювати паливо тільки для подолання незворотного опору руху автомобіля і поповнення втрат збереженої енергії, що забезпечить мінімальні витрати палива. Для забезпечення такого поділу функцій між елементами силової установки енергію стисненого повітря перетворять в циліндрах двигуна, тиск запасеного стисненого повітря підтримують за величиною достатнім для початку горіння палива, а кількість енергії, що передається в залежності від режиму роботи автомобіля забезпечують подачею / або відведенням / через трансмісію електричної енергії .

Підтримка параметрів стисненого повітря, що виконує функцію накопичувача енергії, достатніми для початку горіння палива дозволяє не тільки звільнити циліндри ДВС від роботи по підготовки свіжого заряду, але і використовувати при необхідності ці циліндри як пневмодвигатели, не кажучи вже про те, що в будь-який момент руху автомобіля в циліндр можна подати паливо і отримати від його спалювання необхідну роботу, що розширює технологічні можливості поршневого ДВС пропонованої установки.

Використання електричної енергії для регулювання кількості енергії, що передається трансмісією, дозволяє забезпечити високу надійність і простоту конструкції такої системи регулювання, високий коефіцієнт рекуперації енергії, забезпечує створення пропонованої силової установки на відпрацьованої елементній базі. Більш того, електричні машини за своєю навантажувальної характеристики найбільш пристосовані для розгону автомобіля, так як в стані витримати короткочасну багаторазову перевантаження, що дозволяє отримати мінімальні габарити і вага елементів пропонованої установки, що забезпечують функцію розгону і підйому на висоту.

Ще однією відмінною особливістю запропонованого способу є те, що при регулюванні кількості енергії зупиняють поршні двигуна. При цьому ДВС здатний адаптуватися до зовнішніх навантажень, забезпечуючи мінімум внутрішніх втрат шляхом виключення з процесу перетворення теплоти в роботу надлишкових робочих обсягів.

Таким чином, усувається основний недолік відомих способів забезпечення функцій автомобіля - спалювання палива в силовій установці в тих випадках, коли цього можна не робити, що призводить до вельми помітного зменшення витрати палива.

Силова установка для здійснення запропонованого способу крім елементів, що забезпечують виконання розглянутих вище функцій, які, як уже згадувалося, в основному можуть бути реалізовані вже відомими засобами, має додатково свої відмінні риси, забезпечені поділом функцій між елементами силової установки, а саме, у пропонованій установці двигун і електрична машина з'єднані з колесами через трансмісію постійно і при незмінному передавальному відношенні, тобто для автомобіля, обладнаного такою установкою, не потрібно коробки передач, муфти зчеплення та інших поглиначів найціннішою механічної енергії. Крім того, при цьому відпадає необхідність в гальмах при їх відомих функціях, і потрібно тільки пристрій аварійного гальмування типу гальма стоянки. Зниження втрат механічної енергії при її передачі на колеса і призводить до економії палива, а істотне спрощення конструкції трансмісії суттєво здешевлює виготовлення автомобіля.

Інші відмінні риси пропонованої силової установки, а саме те, що накопичувач енергії стисненого повітря підключений до циліндрів в допомогою клапанів, керованих від системи управління, до якої підключена і електрична машина, дозволяють забезпечити керованість і застосувати в системі управління сучасну електронну техніку, що забезпечить високу комфортабельність і безпеку руху.

Крім того, для подальшої спеціалізації елементів силової установки по виконуваних функцій вона може бути забезпечена додатковим двигуном для перетворення хімічної енергії палива в механічну, потужність якого залежить від оборотів вала аналогічно залежності величини аеродинамічного опору руху автомобіля від числа обертів коліс. Так як величина аеродинамічного опору руху пропорційна квадрату швидкості руху / числу обертів колеса /, то з відомих двигунів, що перетворюють енергію палива в механічну, найбільш підходящим для додаткового двигуна в пропонованій силовій установці є газотурбінний.

Однак в якості додаткового двигуна може бути застосований і і поршневий двигун внутрішнього згоряння за умови зміни його робочого об'єму, що з найменшими втратами відповідно до винаходу може бути реалізовано в ДВС, шток поршня якого кінематично пов'язаний з валом трансмісії за допомогою опорних майданчиків, передають зусилля в одну сторону, що дозволяє змінювати робочий об'єм циліндрів не тільки відключенням подачі палива, а й зупинкою поршнів.

Таким чином, наведені відмінні риси винаходу в порівнянні з відомими технічними рішеннями дозволяють створити автомобіль з істотно меншою витратою палива, більш надійний, безпечний і комфортабельний, що відповідно забезпечить його конкурентоспроможність на сучасному ринку.

	На фіг. 1 представлена ​​принципова схема силової установки, яка пояснює і спосіб передачі енергії колесах автомобіля; на фіг. 2 - схема варіанту конструкції ДВС при виконанні частини циліндрів з зупиняються під час роботи ДВС поршнями. Силова установка автомобіля містить двигун 1 для перетворення хімічної енергії палива в механічну, виконаний у вигляді поршневого двигуна внутрішнього згоряння, що містить ряд циліндрів 2, в яких встановлені поршні 3, з'єднані за допомогою штока 4 і кривошипно-шатунного механізму 5 з трансмісією 6. Трансмісія 6 , що включає вали і пристрої / редуктор / 7 для з'єднання валів, призначена для передачі механічної енергії колесам 8. Установка містить і оборотну електричну машину 9 і накопичувач 10 електричної енергії. Двигун 1 і електрична машина 9 з'єднані з колесами 8 через трансмісію 6 постійно і при незмінному передавальному відношенні. Кожен циліндр ДВС підключений до пристрою 11 стиснення повітря / на фіг. 1 зображений тільки один з циліндрів, обладнаний пристроєм 11 /, виконаному у вигляді термодинамічної обмінника енергій, робоча порожнину якого з'єднана з порожниною циліндра через клапан 12, а з вихлопом в атмосферу - через клапан 13. Обмінник енергій виконаний двоступінчастим, після першого ступеня стиснення встановлений охолоджувач 14, а виходи з усіх друге ступенів пристроїв 11 підключені до накопичувача енергії стисненого повітря - ресивера 15, який має теплоізоляцію. Клапани 16, встановлені по тракту стиснення повітря, виконані прямої дії.
Силова установка оснащена системою 17 керування, а й електричними кабелями, трубопроводами і клапанами, при цьому частина клапанів, а саме клапани 16, виконані прямої дії, а частина клапанів управляються через датчики від системи 17 управління. До системи 17 підключена і електрична машина 9. Функції системи 17 управління не виходять за рамки сучасних електричних систем, відомих, наприклад, з брошури Стародетко Е. А. та ін. "Мікропроцесорне управління адаптивними двигунами", АН БРСР, Мінськ, 1990. Накопичувач енергії стисненого повітря - ресивер 15 підключений до циліндрів за допомогою керованих клапанів 18. На цих же лініях встановлені карбюратори 19, підключені до паливного баку 20, який для вирівнювання тиску з'єднаний з ресивером 15. Силова установка може бути забезпечена додатковим двигуном для перетворення хімічної енергії палива в механічну, потужність якого залежить від оборотів вала аналогічно залежності величини аеродинамічного опору руху автомобіля від числа обертів коліс, наприклад, газотурбінним двигуном / ВМД / 21, вал якого з'єднаний з трансмісією 6 і постійно і при незмінному передавальному відношенні, наприклад, через редуктор 7. при цьому камера 22 згорання ВМД підключена через керований клапан 23 до паливного баку 24.

Установка обладнана і системою подачі і займання паливоповітряної суміші, що включає зазначені паливні баки 20 і 24.

В якості додаткового двигуна може бути використаний і поршневий двигун 1 внутрішнього згоряння, якщо він виконаний з можливістю зміни величини об'єму циліндрів, наприклад, в частині його циліндрів 25, в яких встановлені поршні 26, штоки 27 яких кінематично пов'язані з валом трансмісії 6 за допомогою опорних майданчиків 28, передають зусилля в одну сторону.

Можливий варіант конструкції такого двигуна схематично зображено на фіг. 2. У представленому варіанті зображена конструкція валу ДВС з двома синхронізуючими шестернями 29, за допомогою яких на трансмісію 6 передають рух від траверси 30, на якій закріплені штоки 4 поршнів 3, встановлених в циліндрах 2, складових незмінний обсяг ДВС 1.

ЗАПРОПОНОВАНИЙ СПОСІБ ПЕРЕДАЧІ ЕНЕРГІЇ колесами автомобілів
ЗДІЙСНЮЮТЬ наступним чином

У початковому стані, перед початком руху автомобіля силова установка повинна мати необхідний запас енергії для подолання інерційних сил при розгоні і повідомлення кінематичної енергії масі автомобіля, подолання сили тяжіння на підйомі. Для забезпечення згаданого запасу накопичувач електроенергії 10 і ресивер 15 заряджають до розрахункових параметрів від сторонніх джерел стисненого повітря і електроенергії. При відсутності сторонніх джерел установка може бути приведена до початкового стану за рахунок запуску ДВС 1 при відсутності зчеплення колеса 8 з опорною поверхнею, наприклад, в конструкції автомобіля може бути передбачено пристрій для піддомкрачування. При цьому виробляється двигуном 1 енергія за допомогою оборотної електричної машини 9, яка перемикається системою 17 керування в генераторний режим, перетворюється в електроенергію, що накопичується в накопичувачі 10, а за допомогою обмінника 11 створюється запас стисненого повітря необхідних параметрів в ресівері 15.

Характеристики ДВС багато в чому поступаються характеристикам електричних двигунів, багато з яких мають здатність швидко збільшувати крутний момент і потужність в кілька разів. Відомо, що тривала потужність електродвигунів лімітується в основному умовами нагріву ізоляції. Оскільки для нагріву до гранично допустимої температури потрібен певний час, є можливість швидко збільшити робочий струм в кілька разів відносно тривало допустимого і тим самим швидко збільшити крутний момент.

При рушанні з місця і розгоні автомобіля включають електричну машину 9 в режим двигуна / за допомогою системи 17 управління змінюють відповідно полярність збудження / і за рахунок електроенергії від накопичувача 10 розганяють автомобіль до крейсерській швидкості. Так як на короткий час розгону електричний привід допускає значні перевантаження, то встановлена ​​потужність електромашини 9 може бути порівняно невеликою.

Гальма транспортного засобу представляють другий енергетичний елемент після двигуна. В автомобілях використовуються майже виключно пасивні гальма, що гасять кінетичну енергію машини за рахунок її перетворення в теплоту і розсіювання отриманої теплоти в навколишньому просторі. Навіть в разі електричного гальмування за допомогою генераторів електричного струму / ПАЗ / або оборотних електродвигунів / БелАЗ / перетворена в електричну форму кінематична енергія автомобіля перетворюється в теплову енергію на гальмівних реостатах і розсіюється в навколишньому просторі. Фрикційні гальма не тільки марно витрачають кінематичну енергію автомобіля, але є предметом постійного спостереження і ремонту, так як піддаються інтенсивному зносу. Енергію гальмування можна накопичувати в маховику, в газовому або електричному акумуляторі, в конденсаторної батареї.

У запропонованій установці при гальмуванні колеса 8 / зменшенні споживаної ним енергії / система 17 керування перемикає збудження електричної машини 9 на генераторний режим і надлишкова енергія за рахунок зменшення кінетичної енергії, а й енергія, що виробляється ДВС 1, направляється в накопичувач 10, здійснюючи таким чином гальмування .

Як накопичувач енергії гальмування може служити електрохімічний акумулятор. Зарядний струм акумулятора повинен бути близько 1000 А на 1 т маси спорядженого автомобіля. Для отримання таких високих показників за питомою потужністю слід збільшити площу активної поверхні електродів в 100 ... 1000 разів. Виконання перерахованих вимог можливо на базі технології виготовлення тонкошарових схем, що дозволяє створити акумулятор на твердому електроліті з великою активною поверхнею електродів і малим внутрішнім опором.

Найбільш перспективними накопичувачами електричної енергії є конденсатори, ємність яких досягає 1Ф і більш. Батарея з запасом енергії для запуску двигуна має масу в кілька разів меншу маси пускового акумулятора. Конденсаторна батарея для розгону автомобіля з масою 1 т за пропонованим способом матимуть масу в кілька десятків кілограм.

Пропонована установка забезпечує розгін і гальмування без втрат енергії. Тим самим вона подібна до маятника або пружині і може бути названа енергетичним маятником.

Для включення в роботу ДВС 1 по заданій від системи управління програмою відкривають клапани 18, і стиснене повітря з ресивера 15 в суміші з паливом, що надходять в карбюратор 19, при параметрах початку горіння надходить до відповідного циліндр 2, де заряд запалюється і утворюються гази здійснюють роботу , передаючи механічну енергію через поршень 3, шток 4 і кривошипно-шатунний механізм 5 на трансмісію 6. При русі поршня 3 ДВС від ВМТ клапан 8 закривається і одночасно проводиться спалювання палива з утворенням горючих газів і робочий хід.

При положенні поршня 3 в НМТ відкривається випускний клапан 12, гази, частково віддали свою енергію ДВС, надходять в робочу камеру термодинамічної обмінника 11 енергій, де віддають своє подальше енергію поршня обмінника і змушують його рухатися до положення ВМТ. При цьому одночасно стискається повітря в першій і в другій ступені.

При підході поршня обмінника 11 до положення ВМТ через зворотний клапан 16 перепускают стиснене повітря з першого ступеня в охолоджувач 14, а через інший зворотний клапан перепускают стиснене повітря з другого ступеня в ресивер 15. При положенні поршня обмінника 11 в ВМТ закривається клапан 12 і потім відкривається клапан 13, через який робоча порожнину обмінника повідомляється з вихлопом в атмосферу. При відкриванні клапана 13 повітря з охолоджувача 14 під тиском надходить у порожнину другого ступеня, впливає на поршень і рухає його від положення ВМТ до положення НМТ. При цьому відпрацьовані гази з робочої камери виводяться через клапан 13 в атмосферу, а атмосферне повітря через зворотний клапан 16 всмоктується в камеру першого ступеня. При підході поршня до положення НМТ клапан 13 закривається. Цикл повторюється.

Описаний цикл роботи ДВС дозволяє здійснити однотактний режим роботи двигуна. Однотактних називається режим роботи ДВС, при якому поршень не робить холостих ходів. При кожному ході поршня відбувається розширення робочих газів.

Однотактний ДВС має найвищу питому потужність і вищим механічним ККД. Питома потужність його в 4 рази вище, ніж у чотиритактного ДВС, а механічні втрати в 4 рази менше. Однотактний двигун забезпечує мінімальну нерівномірність ходу і може бути легко пристосований до пуску повітрям.

Якщо в однотактному двигуні допустити пропуск певної частини робочих ходів, то можна реалізувати будь-який наперед заданий ставлення числа всіх ходів до числа робочих ходів. Тактность може бути цілим числом - 1, 2, 3, 4, 5 і т.д. Вона може виражатися і числом виду N / M, де N M, M і N - цілі числа.

Зміною тактності можна регулювати потужність двигуна. Це принципово новий спосіб, що дозволяє отримати будь-яку наперед задану середню потужність без зміни наповнюваності циліндрів і складу робочої суміші. Налаштування схеми на конкретний режим може здійснюватися практично миттєво / точніше протягом одного ходу поршня / за рахунок зміни програми перемикання відповідних клапанів. Це дозволяє використовувати принципово новий спосіб управління потужністю - частотний / імпульсний /, при якому вага заряду в циліндрі і склад паливно-повітряної суміші залишається постійним. При цьому співвідношення між масою палива і повітря може бути підібрано таким чином, щоб процентний вміст шкідливих викидів у вихлопних газах постійно підтримувалася на мінімальному рівні.

Частотний принцип управління потужністю вимагає принципово нової організації робочого процесу, коли ДВС 1 може припинити вироблення механічної енергії на будь-якому етапі, а на будь-якому іншому - зробити робочий хід. Така можливість забезпечується резервуванням стисненого повітря в ресивері 15, що дозволяє створити робочий процес силової установки з вбудованим процесом запуску ДВС і забезпечити появу істотного крутного моменту при нульовій швидкості обертання колеса 8 і відповідно колінчастого вала двигуна 1.

При частотному управлінні корисна потужність може змінюватися в досить широких межах за рахунок чергування неодружених і робочих ходів. У поєднанні з можливістю навантаження двигуна "з місця" отримуємо характеристику двигуна, який може працювати без коробки передач і без зчеплення, що дозволяє безпосередньо з'єднати трансмісію 6 з колесом 8 і включити вали двигунів в трансмісію постійно і при постійному передатному відношенні.

Частотне управління принципово є програмним і може бути реалізовано за допомогою системи 17 управління, виконаної на основі мікропроцесора, який готує програму виконання робочих ходів, схожу на програму для верстатів з числовим програмним управлінням, коли чергування неодружених і робочих ходів відбивається двійковим кодом.

Двигун внутрішнього згоряння 1 є тією частиною приводу, яка забезпечує подолання опору тертя кочення коліс 8 без урахування аеродинамічного опору. Робота двигуна 1 відрізняється від роботи приводу в цілому відсутністю додаткових навантажень, постійністю крутного моменту і іншими позитивними факторами. Якщо характер дороги не змінюється, то потужність приводу і двигуна 1 пропорційна швидкості і може легко регулюватися. Двигун внутрішнього згоряння як не можна більш підходить до такого приводу як двигун постійного моменту. Однак при зміні характеру дороги / перехід з асфальту на гравійне покриття або грунт / момент сил опору змінюється.

Якщо навантаження на двигун менше 100%, наприклад, 50%, то двигун виходить на вельми невигідний режим роботи внаслідок великої питомої частки втрат в загальному балансі енергії. Ці втрати виникають як в термодинамічній - так і в механічному процесах. Для скорочення втрат застосовують паливне відключення циліндрів, при якому процес перетворення теплоти в механічну роботу відбувається не у всіх циліндрах двигуна. У відключених циліндрах впускні і випускні клапани залишаються постійно закритими, внаслідок чого укладений в циліндрах газ стискається і розширюється як в газовій пружині. У працюючих циліндрах підвищується ступінь стиснення / для двигуна Отто /, а у двигуна в цілому зменшується загальна площа поверхні охолодження робочих газів, що підвищує індикаторний ККД і коефіцієнт використання теплоти.

Зазвичай може відключатися половина від загального числа всіх працюючих циліндрів. Прикладом може служить "Порше 928", що складається з двох повністю автономних секцій по 4 циліндри в кожній. Як показують експериментальні дані при паливному відключенні циліндрів витрата палива може скорочуватися на 25%.

Ефект зміни числа працюючих циліндрів може бути значно посилений, якщо поряд з паливним відключенням циліндрів зупиняти працюють в них поршні, що значно скорочує втрати на тертя. Якщо врахувати, що на циліндропоршневу групу припадає до 3/4 від суми механічних втрат в двигуні, припинення роботи частини поршнів повинна забезпечити значне підвищення механічного ККД.

Для приведення у відповідність крутного моменту двигуна з силами опору руху бажано змінити робочий об'єм двигуна, зменшуючи при цьому швидкість руху паралельно зі збільшенням опору руху. Для цього можуть бути використані циліндри 25. При подачі в такий циліндр свіжого заряду через відповідний клапан 18, як це описано вище, циліндр включається в роботу аналогічно циліндру 2, збільшуючи тим самим робочий об'єм двигуна. При необхідності зменшити робочий об'єм двигуна закривають відповідний клапан 18, і поршень 26 зупиняється у верхній мертвій точці, тому що майданчик 28 дозволяє передавати зусилля на шток 27 тільки в одну сторону. При цьому відключення циліндра 25 не призводить до появи будь-яких втрат, як у відомих технічних рішеннях з відключенням частини циліндрів від подачі палива.

Аеродинамічний опір залежить від лобової площі транспортного засобу, коефіцієнта опору повітря і швидкості руху. Встановлено, що у добре відпрацьованих кузовів легкових автомобілів аеродинамічний опір при швидкості 90 км / год дорівнює опору, викликаного тертям кочення коліс і нелінійно зростає при збільшенні швидкості руху. Найчастіше для визначення аеродинамічного опору використовується квадратична функція, хоча більш точними є формули, що містять куб і інші ступені швидкості. Для подолання цього опору при досягненні швидкості руху близько 60 км / год [1, с. 20, рис. 4] включають газотурбінний двигун 21. Для цього за допомогою системи 17 управління відкривають клапан 23, паливний бак 24 надходить в камеру згоряння 22, включають запалювання і ВМД 21 передає механічну енергію через редуктор 7 і трансмісію 6 колесу 8, компенсуючи аеродинамічну складову опору руху .

Включення ВМД здійснюється при наборі його валом достатнього для забезпечення стійкої роботи числа обертів. Подальше збільшення швидкості руху і числа обертів трансмісії 6 дозволяє компенсувати нелінійне збільшення опору руху відповідним збільшенням потужності ГТД 21.

Розглянемо типові ситуації при роботі пропонованої силової установки. При цьому будемо виходити з таких припущень:

- Розгін автомобіля від швидкості 36 до 90 км / ч здійснюється в режимі рівній потужності;

- Після розгону автомобіль рухається по горизонтальній дорозі;

- Кількість розгонів на шляху в 100 км задано і залежить від умов руху / в місті, за містом, по шосе з одностороннім рухом без істотних перешкод, по дорозі з перешкодами і т.д. /;

- На підйомах і спусках включається електрична машина.

Ситуація 1. Швидкість автомобіля така, що двигун 1 виробляє надлишкову потужність. Швидкість автомобіля збільшувати небажано. Тоді надлишкову потужність можна використовувати для накопичення резервної енергії за допомогою машини 9, переключивши її в генераторний режим. Якщо накопичувач 10 не може прийняти додаткову енергію, двигун 1 слід вимкнути.

Ситуація 2. Двигун 1 вимкнений і найближчим часом очікується гальмування автомобіля. Тоді автомобіль може рухатися за інерцією, поступово сповільняться.

Ситуація 3. Двигун 1 вимкнений через переповнення накопичувача 10. Швидкість автомобіля повинна підтримуватися на досягнутому рівні. Ця вимога може бути виконано за рахунок підкручення коліс електродвигуном 9 / при відповідному перемиканні /, який споживає резервну енергію від накопичувача 10.

Ситуація 4. Двигун 1 вимкнений, швидкість підтримується резервної енергією, але запас енергії впав до мінімуму, нижче якого рух стає нестійким. У даній ситуації система 17 керування негайно включає двигун 1.

Ситуація 5. Швидкість автомобіля мала, наприклад, дорівнює нулю. При цьому рух за рахунок двигуна 1 неможливо, так як передавальне відношення трансмісії 6 постійно. В цьому випадку стійкий рух можливо за рахунок електричної машини 9, включеної в режим двигуна і резервної енергії накопичувача 10. При досягненні швидкості, допустимої для запуску, включається двигун 1.

Ситуація 6. Резервний накопичувач 10 переповнений, двигун 1 не працює, а швидкість машини слід зменшити. У цій ситуації повинні використовуватися аварійні гальма.

Ситуація 7. Накопичувач 10 без попереднього заповнення системи, двигун 1 не працює, а швидкість машини слід зменшити. В цьому випадку гальмування здійснюється електричної машиною 9, включеної в генераторний режим.

Ситуація 8. Посилений розгін машини, при цьому з ростом швидкості руху істотно збільшується частка енергії приводу, що витрачається на подолання аеродинамічного опору руху автомобіля. В цьому режимі колеса 8 машини підкручують одночасно ДВС 1 і газотурбінним двигуном 21. Крім того, при цьому колеса 8 підкручують електричної машиною 9, включеної в режим двигуна і утилізує енергію електричного накопичувача 10. Крім утилізації енергії позитивним фактором цього режиму є поліпшення робочої характеристики приводу , що особливо цінно в момент рушання автомобіля з місця, коли необхідний момент на валу колеса 8 забезпечується динамічної складової потужності ДВС 1.

Таким чином, запропонована силова установка, передаючи вироблювану її функціональними елементами механічну енергію колесам автомобіля за запропонованим способом забезпечує: високу літрову потужність і малу вагу двигуна, високу економічність, екологічну чистоту, безшумність, можливість зрушення з місця одночасно з запуском ДВС, відсутність коробки передач.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб передачі енергії колесах автомобіля, що полягає в спалюванні суміші повітря і палива в циліндрах двигуна внутрішнього згоряння, перетворенні теплової енергії газів в механічну і передачі останньої за допомогою поршнів, механізму двигуна і трансмісії колесах автомобіля, в якому регулюють швидкість обертання коліс і кількість переданої механічної енергії , а й використовують частину енергії газів для стиснення подається в циліндри і для вироблення електроенергії і енергії стисненого повітря, а на часткових по споживаної колесами енергії режимах припиняють подачу палива в частину циліндрів двигуна, що відрізняється тим, що перед початком руху автомобіля заряджають накопичувач електроенергії до заданої кількості енергії і створюють задану величину тиску стисненого повітря в ресивері, зрушення з місця здійснюють підключенням до накопичувача електроенергії електродвигуна, передавального крутний момент через трансмісію, при досягненні заданого першого значення швидкості здійснюють запуск двигуна внутрішнього згоряння і ведуть подальший розгін і підйом на висоту автомобіля, використовуючи енергію, що надходить від накопичувача електроенергії через електродвигун, і енергію палива, що спалюється в циліндрах двигуна внутрішнього згоряння, а після досягнення заданого другого значення швидкості відключають електродвигун від накопичувача і продовжують рух за рахунок енергії палива.

2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що при досягненні заданого третього значення швидкості подають паливо в додатковий двигун, потужність якого зростає при збільшенні частоти обертання.

3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що при гальмуванні автомобіля електродвигун перемикають в режим генератора, підключають до накопичувача для збільшення кількості запасається електроенергії в накопичувачі.

4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що при гальмуванні автомобіля двигун внутрішнього згоряння перемикають в режим компресора і накопичують стиснене повітря в ресивері.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при регулюванні кількості енергії, що передається колесам, зупиняють частина поршнів двигуна внутрішнього згоряння.

6. Силова установка для здійснення способу по п.1, що містить щонайменше один двигун для перетворення хімічної енергії палива в механічну, забезпечений системою подачі і займання паливоповітряної суміші, трансмісію для передачі механічної енергії колесам, що включає вали і пристрої для з'єднання валів, електричну машину і накопичувач електричної енергії, пристрій стиснення повітря і ресивер, систему управління, що включає датчики параметрів руху автомобіля і виконавчі механізми, а й електричні кабелі, трубопроводи та клапани, що відрізняється тим, що двигун і електрична машина з'єднані з колесами через трансмісію постійно і при незмінному передавальному відношенні , а ресивер підключений до циліндрів за допомогою клапанів, забезпечених виконавчими механізмами, керованими від системи управління, до якої підключена і електрична машина.

7. Установка по п.6, що відрізняється тим, що вона забезпечена додатковим двигуном для перетворення хімічної енергії палива в механічну, встановленим на валу основного двигуна і підключеним до системи управління.

8. Установка по п.7, що відрізняється тим, що додатковий двигун виконаний газотурбінним.

9. Установка по п.7, що відрізняється тим, що додатковий двигун виконаний у вигляді поршневого двигуна внутрішнього згоряння, шток поршня якого кінематично пов'язаний з валом трансмісії за допомогою опорних майданчиків, передають зусилля в одну сторону.

Версія для друку
Дата публікації 27.12.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів