ГИБРИДНЫЙ ПРИВОД К ТРАНСПОРТНОМУ СРЕДСТВУ Российский патент 1994 года по МПК F01D15/02 F02B65/00 F16F15/30 B60K41/00 

Изобретение относится к автомобильному транспорту, в частности к гибридным приводам транспортных средств, может найти применение также в коммунальной технике для уборки дорожных покрытий и других работ по очистке и благоустройству городов.

Известен гибридный привод к транспортному средству, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и инерционного аккумулятора энергии. Двигатель внутреннего сгорания через муфту выключения связан с раздаточной коробкой, которая соединяет привод ведущей оси либо с двигателем внутреннего сгорания, либо с инерционным аккумулятором энергии. За раздаточной коробкой находятся муфта сцепления и автоматическая многоступенчатая коробка передач без гидротрансформатора.

Недостатки привода: основными загрязнителями окружающей среды в городах являются автомобили с двигателями внутреннего сгорания, так как отработавшие газы двигателей содержат вредные для здоровья человека и всего живого вещества; велики энергетические затраты на производство жидкого топлива из нефти, угля и других органических веществ; шум работающих двигателей внутреннего сгорания создает дополнительную нагрузку на нервную систему человека, что повышает его утомляемость.

Известен перистальтический насос (а. с. СССР N 1665078, кл. F 04 D 43/12, 1991), содержащий корпус, расположенный в корпусе с образованием кольцевой разрядной камеры эластичный шланг, внутри которого выполнена насосная камера, и электроразрядники, расположенные в разрядной камере, заполненной приводной средой. Для расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности отбора мощности на вспомогательные нужды корпус снабжен установленным на нем с возможностью вращения кожухом, во внутренней стенке корпуса выполнены продольные сквозные направляющие окна под углом к радиальным плоскостям, а на внутренней стенке кожуха - профилированные выступы и впадины. Для обеспечения возможности отбора мощности на привод автономного перемещения насоса корпус снабжен рамой с движителями и кинематической передачей, установленной между кожухом и движителями. Для обеспечения автономного кругового движения насоса корпус снабжен опорной платформой с центральной осью, на которой закреплен с возможностью поворота относительно платформы корпус своим одним концом. Кожух снабжен кинематически связанным с ним движителем, взаимодействующим с опорной платформой.

Перистальтический насос на колесах сужает область применения насоса, при этом не предусмотрены технические средства для подвода энергии к насосу. Насосы на колесах широко известны и реализованы более простыми техническими средствами. Межэлектродный промежуток между электроразрядниками составляет по меньшей мере 0,5-1 м. Для пробоя такого промежутка необходимо подвести напряжение от линии электропередач с напряжением порядка 100-150 кВ, что представляет высокую опасность для обслуживающего персонала. При этом автор изобретения рекомендует поливать землю, усугубляя условия работы персонала.

Известен совершенный насос с широкими функциональными возможностями (а. с. СССР N 1139791, кл. Е 01 Н 5/00, 1985). Транспортное средство для уборки снежно-ледяных образований с дорожных покрытий содержит раму, смонтированный на ней бак для рабочей жидкости, насос высокого давления, сообщенный с баком, инжекционный блок высокого давления с соплами, соединенный с насосом высокого давления, при этом сопла установлены в передней части транспортного средства с возможностью изменения угла наклона к очищаемой поверхности, источник электрической энергии. Для повышения эффективности работы за счет увеличения кинетической энергии струй рабочей жидкости, расширения функциональных возможностей и снижения расхода рабочей жидкости инжекционный блок высокого давления представляет собой электрогидравлический насос, имеющий полый корпус, соосно соединенную с ним головку и выполненную в корпусе электроразрядную камеру, которая электрически связана с источником электрической энергии и сообщена с насосом высокого давления через лабиринтный канал, а также поршень с пружиной, который установлен в полости головки. Сопла смонтированы в корпусе насоса, а входы сопел установлены под поршнем. Транспортное средство снабжено по меньшей мере тремя дополнительными электроразрядными камерами с лабиринтными каналами, размещенными в корпусе электрогидравлического насоса, и коллектором, сообщающим лабиринтные каналы с баком. Транспортное средство снабжено воздушным соплом и обратными клапанами, которые сообщены с атмосферой и установлены в головке, смонтированной с возможностью поворота вокруг своей оси. Полость, в которой размещена пружина, сообщена с обратными клапанами, а воздушное сопло расположено под углом к очищаемой поверхности.

Недостаток транспортного средства - отсутствие связи электрогидравлического насоса с трансмиссией.

Цель изобретения - снижение энергетических затрат, загрязнения окружающей среды и шума.

Для достижения указанной цели в гибридном приводе к транспортному средству, содержащем двигатель и инерционный аккумулятор энергии, кинематически связанные между собой через муфту выключения и раздаточную коробку, которая кинематически связана через муфту сцепления, автоматическую коробку передач и карданную передачу с приводом ведущей оси транспортного средства, масляную систему и средства запуска двигателя, блок управления и источник электропитания, двигатель выполнен в виде электрогидравлической турбины, состоящей из неподвижного корпуса, электрически связанного с ним приводного вала, в котором выполнена по меньшей мере одна кольцевая разрядная камера с размещенными вдоль ее продольной оси кольцевыми разрядниками, турбинных лопаток, размещенных в полости корпуса, жестко закрепленных в теле вала и наклоненных к внутренней поверхности корпуса, напротив каждой из них в вале выполнены радиальные сквозные отверстия, сообщающие кольцевую разрядную камеру с полостью размещения лопаток, и генератора высоковольтных искровых разрядов, связанного с кольцевыми разрядниками и источником электропитания. Кольцевая разрядная камера и полость размещения турбинных лопаток заполнены приводной средой. Привод снабжен дополнительным источником электропитания, выполненным в виде электрогенератора переменного тока, связанного с основным источником электропитания и подключенного к входу генератора высоковольтных искровых разрядов, и зубчатым редуктором, ведущая шестерня которого закреплена на приводном валу электрогидравлической турбины, а ведомая шестерня - на дополнительном валу, один конец которого соединен с валом электрогенератора переменного тока, а другой конец - с валом муфты выключения. В приводе электрогидравлическая турбина снабжена изолированным электрическим коллектором, размещенным на другом конце приводного вала и выполненным в виде проводящих колец, электрически связанных с кольцевыми разрядниками. Электрический коллектор связан через приводной распределитель высоковольтных искровых разрядов с генератором высоковольтных искровых разрядов. Привод снабжен гидромотором, выходной вал которого соединен через обгонную муфту с валом электрогенератора переменного тока, и эластичным шлангом, закрепленным в приводном вале, размещенном в кольцевой разрядной камере и охваченным кольцевыми разрядниками. Эластичный шланг гидравлически связан с маслобаком и гидромотором. Сквозные отверстия приводного вала электрогидравлической турбины выполнены в виде сопел. Средства запуска электрогидравлической турбины выполнены в виде обратимого электромашинного преобразователя, электрически связанного с блоком управления и основным источником электропитания. Выходной вал электромашинного преобразователя связан через электромагнитную муфту и дополнительную шестерню с ведущей шестерней зубчатого редуктора. В теле приводного вала электрогидравлической турбины выполнены каналы для прокладки проводников между проводящими кольцами электрического коллектора и кольцевыми разрядниками. Привод снабжен дополнительным инерционным аккумулятором энергии, установленным в полости неподвижного корпуса электрогидравлической турбины и механически соединенным с ее приводным валом. Кольцевые разрядники выполнены в виде двух коаксиально расположенных вдоль продольной оси кольцевой разрядной камеры цилиндрических сеток.

При патентных исследованиях не обнаружена заявляемая совокупность признаков гибридного привода к транспортному средству для достижения цели изобретения. Из анализа патентных исследований возможно заключать, что предлагаемое изобретение является новым, так как не известно из уровня техники. Изобретение имеет изобретательский уровень, так как для специалиста явным образом не следует из уровня техники в данной области. Изобретение промышленно применимо так как признаки могут быть промышленно освоены на автомобильном предприятии.

На фиг.1 изображена схема гибридного привода к транспортному средству; на фиг.2 - электрогидравлическая турбина, продольный разрез; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - то же, другая модификация электрогидравлической турбины, продольный разрез; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6 - то же, принципиальная электрическая схема; на фиг.7 - то же, кинематическая схема.

Гибридный привод к транспортному средству состоит из двигателя, выполненного в виде электрогидравлической турбины 1, зубчатого редуктора 2, кинематически связанного с электрогенератором 3 переменного тока и обратимым электромашинным преобразователем 4, муфты выключения 5, раздаточной коробки 6, основного инерционного аккумулятора 7 энергии, муфты сцепления 8, автоматической многоступенчатой коробки передач 9, карданной передачи 10, привода 11 ведущей оси транспортного средства, маслобака 12 с системой трубопровода 13 и 14, блока 15 управления приводом и источника 16 электропитания. Электрогенератор 3 переменного тока является дополнительным источником электропитания. Электрогидравлическая турбина 1 состоит из разъемного корпуса 17, приводного вала 18, в котором выполнена кольцевая разрядная камера 19, электроизолированная от вала, с размещенными вдоль ее продольной оси кольцевыми разрядниками 20 и 21, турбинных лопаток 22, установленных на средней части приводного вала 18, электрического коллектора 23, связанного с положительными кольцевыми разрядниками 20 и генератором 24 высоковольтных искровых разрядов, дополнительного инерционного аккумулятора 25 энергии, размещенного в корпусе и механически связанного с приводным валом, тормозного канала 26 с приводным вентилем 27 и уплотнительных элементов 28. Кольцевая разрядная камера 19 сообщена через сквозные радиальные отверстия 29, выполненные в теле вала напротив каждой турбинной лопатки 22, с внутренней полостью корпуса 17. Внутри приводного вала 18 посредством уплотнительных 30 и упорных 31 элементов закреплен эластичный шланг 32, сообщенный с неподвижными патрубками 33 и 34 электрогидравлической турбины 1. Разъемный корпус 17 изготавливается из высокопрочной легированной стали, выдерживающий высокие давления. Разъем корпуса осуществляется в горизонтальной плоскости, а крепление полукорпусов осуществляется известными средствами. С правой стороны корпуса выполнена кольцевая полость 35, в которой размещен дополнительный инерционный аккумулятор 25 энергии. Кольцевая полость 35 закрыта фланцем 36 с крышкой 37. Крепление фланца 36 к корпусу 17 осуществляется известными средствами. Во фланце 36 установлены уплотнительные элементы 28 известной конструкции. С левой стороны корпус 17 закрыт крышкой 38. В зоне скольжения приводного вала 18 относительно корпуса 17 установлены уплотнительные элементы аналогичной конструкции. Корпус 17 электрически подключен к массе транспортного средства и может быть снабжен оребрением для охлаждения. Приводной вал 18 изготавливается из высокопрочной легированной стали, выдерживающий высокое давление. Для исключения осевых перемещений вала относительно корпуса на вале выполнены кольцевые буртики 39, являющиеся одновременно электрическими соединениями выла с корпусом 17. С правой стороны кольцевая разрядная камера 19 ограничена специальным упором 40, соединяемым с валом посредством резьбового соединения, в котором выполнены разных диаметров отверстия 41 и 42. Отверстие 41 предназначено для монтажа одного из концов эластичного шланга 32 и закрепления токотеплоизолятора 43 кольцевой разрядной камеры 19, а отверстие 42 - для уплотнительного 30 и упорного 31 элементов. Аналогично закрепляется другой конец эластичного шланга 32 с левой стороны приводного вала 18. Упорные элементы 31 снабжены резьбовой нарезкой, ввинчиваемой в торец вала. Кольцевые разрядники 20 и 21 изготавливаются из тугоплавкого металла и посредством трубчатых стоек 44, разнесенных через 120^o, закреплены в теле вала. Трубчатые стойки кольцевых разрядников, связанные с положительным потенциалом генератора 24 высоковольтных искровых разрядов, изготовлены из высокопрочной непроводящей керамики, внутри которых вмонтированы проводящие элементы, соединенные высоковольтными проводами (не показаны) с кольцами 45 электрического коллектора 23. Высоковольтные провода в изоляционных оболочках проложены в каналах 46 и 47 вала. Кольца 45 электрического коллектора 23 вмонтированы в кольцевой изолятор 48. Кольца 45 взаимодействуют с электродными щетками 49, разнесенными в данной конструкции по длине дуги через 60^o. Трубчатые стойки 44, связанные с отрицательным потенциалом генератора 24 высоковольтных искровых разрядов, жестко закреплены в теле вала.

Для повышения эффективности электрогидравлической турбины кольцевые разрядники 20 и 21 выполнены в виде двух коаксиально расположенных вдоль продольной оси кольцевой разрядной камеры цилиндрических сеток. Цилиндрическая сетка 20 связана с положительным потенциалом генератора 24 высоковольтных искровых разрядов через электрический коллектор 23, а цилиндрическая сетка 21 - с отрицательным потенциалом генератора 24. Ячейки сеток 20 и 21 не препятствуют течению приводной среды.

Турбинные лопатки 22 изготавливаются из высокопрочного тугоплавкого металла и выполнены аэрогидродинамического профиля, вогнутость которых обращена к сквозным отверстиям 29, выполненным в виде сопел, например Лаваля. Турбинные лопатки 22 закреплены тангенциально к поверхности приводного вала и наклонены к внутренней поверхности корпуса 17, при этом лопатки размещены на поверхности вала по винтовой линии (для упрощения чертежа лопатки показаны схематично параллельно осевой линии вала). Между концами лопаток и внутренней поверхностью корпуса предусмотрены технологические зазоры. Кольцевая разрядная камера 19 и полость 50 размещения турбинных лопаток заполнена текучей приводной средой. Выбор приводной текучей среды зависит от климатических условий использования гибридного привода. Среда должна быть незамерзающей, негорючей и невзрывающейся при пропускании через нее высоковольтных искровых разрядов. В климатических условиях с температурой окружающей среды выше +4^oC может быть использована парогазовая смесь, состоящая из паров воды и активного вещества газовых лазеров, например газов (аргон, криптон, неон) с присадкой паров различных химических элементов для увеличения проводимости среды. В климатических условиях с отрицательными температурами текучая среда может быть выбрана в виде активного вещества газовых лазеров с добавлением до 5% водорода или очищенных канализационных газов и очищенного сухого воздуха до 5% от общего объема активного вещества. Указанные газы и пары металлов подаются в турбину под давлением из специального баллона, оборудованного средствами контроля давления через приводной вентиль 27 турбины.

Точный состав приводной среды для различных температур окружающей среды определяется экспериментальным путем. Генератор 24 высоковольтных искровых разрядов подключен к дополнительному источнику 3 электропитания - электрогенератору переменного тока с обмоткой возбуждения 51, который снабжен выпрямителем 52 и реле-регулятором 53 напряжения и кинематически связан с электрогидравлической турбиной 1 посредством зубчатого редуктора 2, ведущая шестерня 54 которого установлена на приводном валу 18 турбины, а ведомая шестерня 55 на дополнительном валу 56, один конец которого соединен с валом электрогенератора 3 переменного тока, а другой - с валом 57 муфты 5 выключения известной конструкции. Генератор 24 высоковольтных искровых разрядов состоит из высоковольтного трансформатора 58, в первичной цепи которого включен резистор 59 с сопротивлением R, выпрямителя 60, искрового разрядника 61, регулируемого разрядного конденсатора 62. Искровой разрядник 61 с формирующим промежутком выполнен управляемым посредством пускового блока 63. Искровой разрядник 61 выполнен, например, в виде двух основных электродов, один из которых может перемещаться (привод условно не показан) для регулирования формирующего промежутка и пускового электрода, расположенного между основными электродами искрового разрядника 61. Пусковой электрод предназначен для образования искрового разряда в формирующем промежутке по управляющим импульсам пускового блока 63. Пусковой блок 63 подключен к блоку 15 управления с органами управления, который установлен в кабине водителя транспортного средства. К выпрямителю 52 подключен электродвигатель 64 постоянного тока с последовательной обмоткой возбуждения 65. Двигатель 64 кинематически связан с распределителем 66 высоковольтных искровых разрядов. Распределитель 66 подключен к электродным щеткам 49 электрического коллектора 23 электрогидравлической турбины 1.

В случае использования электрогидравлической турбины (фиг.4) распределитель 66 высоковольтных искровых разрядов может быть исключен, а положительный потенциал генератора 24 высоковольтных искровых разрядов непосредственно подключен к электродной щетке 49 электрического коллектора 23, при этом двигатель 64 постоянного тока используется для нужд транспортного средства. Благодаря такому подключению улучшается работа генератора 24 высоковольтных искровых разрядов.

Для стабилизации частоты вращения вала 18 электрогидравлической турбины 1, а также регулирования электропитания генератора 24 высоковольтных искровых разрядов в связи с возможностью регулирования его эффективности в приводе предусмотрена положительная обратная связь, состоящая из гидромотора 67, выходной вал 68 которого соединен через обгонную муфту 69 с вторым дополнительным валом 70, установленным соосно основному валу электро- генератора 3 переменного тока, эластичного шланга 32, расположенного в кольцевой разрядной камере 19, неподвижных патрубков 33 и 34, установленных в вале 18 электрогидравлической турбины 1, маслобака 12, размещенного выше расположения эластичного шланга, и системы трубопроводов 13 и 14. Средства для запуска электрогидравлической турбины 1 выполнены в виде обратимого электромашинного преобразователя 4 постоянного тока, связанного с блоком 15 управления и основным источником 16 электропитания. Выходной вал электромашинного преобразователя 4 связан через электромагнитную муфту 71 известной конструкции и дополнительную шестерню 72 с ведущей шестерней 54 зубчатого редуктора 2.

Обратимый электромашинный преобразователь 4 постоянного тока подключается к основному источнику 16 электропитания посредством нормально-открытого контакта Кс контактора, размещенного в блоке 15 управления. Электромагнитная муфта 71 предназначена для исключения случайного запуска электрогидравлической турбины 1.

Источником 16 электропитания является блок батарей аккумуляторов, однако источником электропитания может быть также электросеть постоянного тока автомобильного предприятия, подключаемая параллельно блоку батарей аккумуляторов (точка Д), для раскрутки основного 7 и дополнительного 25 инерционных аккумуляторов энергии.

Раздаточная коробка 6 известной конструкции предназначена для кинематической связи привода 11 ведущей оси транспортного средства либо с электрогидравлической турбиной 1, либо с основным инерционным аккумулятором 7 энергии. Раздаточная коробка 6 содержит по меньшей мере зубчатый редуктор 73 для привода супермаховика 7 - инерционного аккумулятора энергии и дифференциала 74 для распределения мощности электрогидравлической турбины 1 между приводом ведущей оси транспортного средства и инерционным аккумулятором 7 энергии.

Супермаховик 7 представляет из себя диск или колесо, обод которого изготавливается из различных материалов.

Современные супермаховики изготавливаются из композиционных материалов, например из кевлара. Обод супермаховика состоит из двух колец, образованных несколькими слоями кевлара. Наружный слой выполнен из кевлара - 49, средний слой - из кевлара - 29, внутренний слой - из стекловолокна, а спицы изготовлены из композиционного материала на основе графитовых волокон. Такой супермаховик обладает плотностью энергии 45 Вт˙ ч/кг. При испытаниях на границе разрушения плотность энергии у этих супермаховиков достигла 65-120 Вт ˙ч/кг. Могут быть использованы более совершенные супермаховики.

Для снижения аэродинамических потерь супермаховик помещают в герметичный вакуумированный корпус 75. Аналогичной конструкции может быть выполнен дополнительный инерционный аккумулятор 25 энергии, установленный в корпусе электрогидравлической турбины в среде водорода. Муфта сцепления 8 известной конструкции предназначена для передачи крутящего момента от электрогидравлической турбины 1, временного отсоединения электрогидравлической турбины 1 и основного инерционного аккумулятора 7 энергии от трансмиссии и плавного их соединения при трогании с места транспортного средства. В гибридном приводе к транспортному средству применена известная автоматическая многоступенчатая коробка передач 9, управляемая с блока 15 управления (фиг.1). Ввиду того, что автоматическая многоступенчатая коробка передач широко известна, кинематическая схема ее не приведена в графических материалах.

Для выбора оптимальной передачи в блок 15 управления поступает следующая информация: выбранная передача, о подаче активного вещества в электрогидравлическую турбину 1 (при работе турбины в условиях отрицательных температур окружающей среды), скорость движения транспортного средства по сигналам датчика скорости ведущей оси, наличие сигнала на пусковом блоке 63 о поджиге искрового разрядника 61, частота вращения вала 18 или дополнительного инерционного аккумулятора 25 энергии по сигналам электрогенератора 3 переменного тока, частота вращения основного аккумулятора 7 энергии по сигналам датчика скорости вращения основного аккумулятора энергии, о включении (выключении) муфт 5 и 8 выключения и сцепления. Блок 15 управления дает команду на переключение передачи, если выбранная передача соответствует фактической скорости движения транспортного средства. Выходные сигналы после их усиления в блоке 15 управления воздействуют на дополнительную раскрутку основного и дополнительного инерционных аккумуляторов 7 и 25 энергии, на приводы муфт включения и сцепления и на привод переключения передач в автоматической коробке передач 9. В блоке 15 управления предусматриваются блокировки систем автоматического управления в аварийных ситуациях. Карданная передача 10 и привод 11 ведущей оси транспортного средства известных конструкций предназначены для передачи крутящего момента от автоматической многоступенчатой коробки передач 9 к ведущей оси транспортного средства. Конструкции карданной передачи и привода 11 (главной передачи) ведущей оси выбираются в зависимости от использования транспортного средства. Маслобак 12 выполнен в виде гидробака с давлением выше атмосферного и может выполнять функции пневмогидравлического аккумулятора. Блок 15 управления гибридным приводом изготовлен с использованием известных электронных и полупроводниковых приборов. Схема блока размещена в стандартизованном корпусе, применяемого в автомобильной промышленности.

Гибридный привод к транспортному средству работает следующим образом.

В исходном состоянии агрегаты гибридного привода бездействуют, блок аккумуляторных батарей подзаряжен до предельного уровня, масляная система заполнена маслом. Для приведения в действие гибридного привода, например, в летних условиях (фиг.2 и 3) с блока 15 управления подают управляющий сигнал на открывание вентиля 27, через который нагнетают в электроразрядную камеру 19 электрогидравлической турбины 1 очищенную через фильтры техническую воду заданного объема, а затем активное вещество, например газ аргон с парами металла цинка заданного давления. После этого включают электромагнитную муфту 71, соединяя выходной вал обратимого электромашинного преобразователя 4 с дополнительной шестерней 72 зубчатого редуктора 2, и муфту выключения 5, соединяя раздаточную коробку 6 с ведомой шестерней 55 упомянутого редуктора 2.

После завершения подготовительных операций к гибридному приводу подключают внешний мощный источник электропитания (точка Д и масса транспортного средства). Благодаря этому выходной вал обратимого электромашинного преобразователя 4 приводится во вращение, крутящий момент которого приводит во вращение через зубчатый редуктор 2 приводной вал с дополнительным инерционным аккумулятором 25 энергии электрогидравлической турбины 1, валы электрогенератора 3 переменного тока, гидромотора 67 и основного инерционного аккумулятора 7 энергии через зубчатый редуктор 73 и дифференциал 74 раздаточной коробки 6. Основной и дополнительный аккумуляторы энергии раскручиваются до предельно возможных оборотов, запасая предельно возможную плотность энергии. Вал дополнительного инерционного аккумулятора 25 энергии совместно с валом 18 вращаются по часовой стрелке, если смотреть по направлению движения транспортного средства, а вал основного инерционного аккумулятора 7 энергии - против часовой стрелки. После раскрутки инерционных аккумуляторов 7 и 25 энергии отключают внешний источник электропитания и включают с панели блока 15 управления контактор К_с и реле В_з, обеспечивая подзарядку блока 16 аккумуляторных батарей за счет энергии дополнительного инерционного аккумулятора 25 энергии посредством электрогенератора 3 переменного тока, после чего отключают электромагнитную муфту 71 и контактор Кс (фиг.6).

При вращении приводного вала 18 электрогидравлической турбины 1 под действием центробежных сил вода с плотностью 1000 кг/м³ отбрасывается в полость 50 размещения турбинных лопаток 22, а аргон с плотностью 1,78 кг/м³ будет насыщать воду в электроразрядной камере 19. Смесь воды с аргоном не будет оказывать существенного влияния на скорость вращения вала 18 в корпусе электрогидравлической турбины. Одновременно с раскруткой основного 7 и дополнительного 25 инерционных аккумуляторов энергии выводится на заданные обороты электрогенератор 3 переменного тока. При вращении приводного вала 18 электрогидравлической турбины 1 электрогенератор 3 переменного тока вырабатывает электроэнергию, которая подводится к блоку 15 управления и к высоковольтному трансформатору 58 генератора 24 искровых высоковольтных разрядов, на вторичной обмотке которого возникает заданное высоковольтное напряжение порядка 40-50 кВ, затем переменное напряжение выпрямляется в выпрямителе 60 в постоянный ток высокого напряжения, заряжающий разрядный конденсатор 62. Одновременно поток электроэнергии поступает от электрогенератора 3 переменного тока через выпрямитель 52, обмотку возбуждения 65 к электродвигателю 64 постоянного тока. Вследствие этого электродвигатель 64 постоянного тока приводится во вращение. Электродвигатель 64 постоянного тока, воздействуя через кинематическую связь, приводит во вращение распределитель 66 высоковольтных искровых разрядов. По управляющим сигналам блока 15 управления включается пусковой блок 63, который формирует управляющие импульсы для поджига искрового разрядника 61 с формирующим промежутком. При поджиге искрового разрядника 61 между основными электродами возникают искровые разряды. При этом разрядный конденсатор 62, создающий импульсы высокого напряжения, разряжается. Разрядные токи конденсатора 62 текут через распределитель 66, электродные щетки 49 и кольца 45 электрического коллектора 23 к кольцевым разрядникам 20 с определенной частотой и последовательностью в кольцевой разрядной камере 19 электрогидравлической турбины 1. Между кольцевыми разрядниками 20 и 21 происходит пробой межэлектродного промежутка и возникает кольцевой искровой разряд в приводной текучей среде. Искровой разряд сопровождается свечением, выделением тепла и возникновением гидродинамического ультразвукового поля. При искровом разряде вода мгновенно испаряется и образуется расширяющаяся парогазовая полость с высоким или сверхвысоким давлением (электрогидравлический удар), причем импульсы высокого напряжения следуют на кольцевые разрядники с частотой разряда конденсатора 62 генератора 24 высоковольтных искровых разрядов. Обегание кольцевых разрядников осуществляется циклически. Электрогидравлические удары направлены перпендикулярно направлению кольцевых искровых разрядов. Парогазовая смесь при каждом разряде последовательно сжимает эластичный шланг 32, вследствие чего происходит в движение масло, перекачиваемое в масляной системе, и воздействует на турбинные лопатки 22 через сопла 29. В связи с тем, что турбинные лопатки 22 размещены напротив сопел 29, то ускоренный в соплах поток парогазовой смеси воздействует на вогнутые поверхности лопаток с давлением, пропорциональным скорости потока парогазовой смеси. Турбинные лопатки 22 приобретают дополнительное приращение скорости вращения, причем чем выше интенсивность электрогидравлических ударов, тем выше кинетическая энергия потока парогазовой смеси, вследствие чего увеличиваются обороты вала 18 электрогидравлической турбины 1. Интенсивность электрогидравлических ударов регулируется за счет изменения длины формирующего промежутка искрового разрядника 61 и изменения емкости разрядного конденсатора 62.

При снижении оборотов вала 18 электрогидравлической турбины 1 снижается напряжение на электрогенераторе 3 переменного тока. Для стабилизации оборотов вала 18 увеличивают интенсивность электрогидравлических ударов в текучей приводной среде, вследствие чего увеличивается скорость перемещения масла в системе и увеличиваются обороты гидромотора 67, который через обгонную муфту 69 увеличивает скорость вращения вала электрогенератора 3 переменного тока, компенсируя изменение напряжения на его обмотках, и через зубчатый редуктор 2 увеличивает обороты вала 18 электрогидравлической турбины 1. После каждого искрового разряда между кольцевыми разрядниками текучая приводная среда восстанавливается за счет перетекания ее через сопла 29 под действием центробежных сил.

При определенном соотношении вода-аргон с парами металла при искровых разрядах возникает холодная плазма с температурой, равной 10³-10⁴К, что может привести к разложению паров воды на водород и кислород, а при последующих искровых разрядах водород и кислород превращаются в воду.

Отличительная особенность использования кольцевых разрядников, выполненных в виде двух коаксиально расположенных вдоль продольной оси кольцевой разрядной камеры 19 цилиндрических сеток 20 и 21 (фиг.4 и 5), заключается в том, что при искровых разрядах в кольцевой разрядной камере 19 возникает бегущая ударная волна с высоким или сверхвысоким давлением от передней части турбины к ее задней части, распространяющаяся через сетки к эластичному шлангу 32 и через сопла 29 к турбинным лопаткам 22. Бегущая ударная волна интенсифицирует процессы в электрогидравлической турбине 1, а именно увеличивает обороты вала 18 и перекачивание масла в контуре масляной системы.

В климатических условиях с отрицательными температурами окружающей среды в состав текучей приводной среды могут входить, например, газы аргон с парами металла, очищенный сухой воздух до 5% и водород до 5% от общего объема текучей среды, подаваемой под давлением в электрогидравлическую турбину.

Отличительная особенность работы электрогидравлической турбины 1 на текучей приводной среде заключается в том, что при искровых разрядах в кольцевой разрядной камере 19 возникают между кольцевыми разрядниками стриммеры (каналы сильно ионизированного газа). Газы в стриммерах нагреваются, что приводит к окислению водорода кислородом из очищенного воздуха, вследствие этого резко увеличивается давление в кольцевой разрядной камере, воздействующее на турбинные лопатки 22 и эластичный шланг 32. При окислении водорода появляется водяной пар с плотностью 0,598 кг/м³, насыщающий сухой воздух с плотностью 1,293 кг/м³. При отключении с блока 15 управления генератора 24 высоковольтных искровых разрядов (отключение пускового блока 63 от электропитания) водяной пар превращается в воду, которая под действием центробежных сил накапливается в полости 50 расположения турбинных лопаток 22. При относительно высоком накоплении воды в корпусе электрогидравлической турбины 1 последняя переходит на ранее описанный режим.

После запуска электрогидравлической турбины 1 и накопления энергии основным и дополнительным инерционными аккумуляторами 7 и 25 энергии осуществляют трогание с места, разгон и движение транспортного средства.

В соответствии с заданным алгоритмом управления с блока 15 управления включаются автоматическая коробка передач 9 и муфта сцепления 8, после чего крутящий момент передается через карданную передачу 10 и главную передачу 11 к ведущей оси транспортного средства. Транспортное средство приводится в движение. В другом варианте трогание с места транспортного средства осуществляется от основного инерционного аккумулятора 7 энергии. Для этого с блока 15 управления отключается муфта выключения 5, разъединяющая раздаточную коробку 6 с ведомой шестерней 55 зубчатого редуктора 2 и включаются автоматическая коробка передач 9 и муфта сцепления 8. Благодаря использованию основного инерционного аккумулятора 7 энергии транспортное средство разгоняется и перемещается с заданной скоростью по выбранному маршруту. При этом с блока 15 управления отключается пусковой блок 63 генератора 24 высоковольтных искровых разрядов. Электрогидравлическая турбина охлаждается набегающим потоком воздушной среды. На период отключения генератора 24 высоковольтных искровых разрядов поддержание оборотов вала 18 электрогидравлической турбины 1 осуществляется за счет накопленной энергии дополнительным инерционным аккумулятором 25 энергии и энеpгии сжатого воздуха в маслобаке 12. При длительном движении транспортного средства накопление энергии инерционными аккумуляторами 7 и 25 энергии осуществляется за счет торможения транспортного средства или движения на спусках и уклонах при отключенном пусковом блоке 63 генератора 24 высоковольтных искровых разрядов на оптимальной передаче автоматической коробки передач 9 при включенных муфтах 5 и 8 выключения и сцепления.

При остановке транспортного средства выключается муфта сцепления 8, а автоматическая коробка передач 9 переключается на низшую передачу, причем пусковой блок 63 генератора 24 отключен от дополнительного источника электропитания.

В случае снижения частоты вращения инерционных аккумуляторов 7 и 25 энергии ниже допустимого дополнительная раскрутка инерционных аккумуляторов 7 и 25 энергии осуществляется либо за счет подачи активного вещества по ранее описанным приемам, либо за счет энергии блока 16 аккумуляторных батарей. В первом случае используют ранее описанные приемы, а во втором случае с блока 15 управления включают контактор Кс, реле В3 и электромагнитную муфту 71. После включения указанных элементов приводится во вращение вал обратимого электромашинного преобразователя 4, который посредством кинематических элементов дополнительно раскручивает основной и дополнительный инерционные аккумуляторы энергии.

Таким образом, совокупность признаков изобретения обеспечивает снижение энергетических затрат, загрязнение окружающей среды и шума.

Технико-экономическая эффективность гибридного привода к транспортному средству заключается в том, что мощность электрогидравлической турбины, развиваемая на ее валу, превосходит лучшие двигатели внутреннего сгорания, например дизель трактора "Кировец-701", так как давление на турбинные лопатки в предлагаемой турбине превосходит по меньшей мере на один порядок, а в дизеле давление в цилиндре после воспламенения топлива повышается в пределах 7,0-9,8 МПа.

В предлагаемом гибридном приводе отсутствуют выхлопные газы. После завершения ездок из электрогидравлической турбины сливается вода.

В электрогидравлической турбине существенно снижается коэффициент внутреннего трения активного вещества о стенки корпуса, что обеспечивает эффективную работу дополнительного инерционного аккумулятора энергии. Расход электроэнергии невелик и составляет 0,1-0,2 кВт ˙ч/м³ (Гаврилова Г.Н. и др. Разрядно-импульсная технология обработки минеральных сред. Киев: Наукова Думка, 1979, с. 151, прил. 13).

Использование: в автомобильном транспорте, в частности в гибридных приводах транспортных средств, а также может в коммунальной технике. Гибридный привод включает в себя двигатель, выполненный в виде электрогидравлической турбины, зубчатый редуктор, кинематически связанный с электрогенератором переменного тока и обратимым электромашинным преобразователем, муфту выключения, раздаточную коробку, основной инерционный аккумулятор энергии, муфту сцепления, автоматическую многоступенчатую коробку передач, карданную передачу, привод ведущей оси транспортного средства, маслобак с системой трубопроводов, блок управления приводом и источник электропитания. Электрогидравлическая турбина состоит из неподвижного корпуса, электрически связанного с ним приводного вала, в котором выполнена по меньшей мере одна кольцевая разрядная камера с размещенными вдоль ее продольной оси кольцевыми разрядниками, турбинных лопаток, размещенных в полости корпуса, жестко закрепленных в теле вала и наклоненных к внутренней поверхности корпуса, напротив каждой из них в вале выполнены радиальные сквозные отверстия, сообщающие кольцевую разрядную камеру с полостью размещения лопаток, и генератора высоковольтных искровых разрядов, связанного с кольцевыми разрядниками и источником электропитания. Кольцевая разрядная камера и полость размещения турбинных лопаток заполнена приводной средой. Для снижения энергетических затрат и повышения эффективности гибридного привода в электрогидравлической турбине предусмотрен дополнительный инерционный аккумулятор энергии, размещенный в полости корпуса и смонтированный на вале. Положительная обратная связь состоит из гидромотора, выходной вал которого соединен через обгонную муфту с валом электрогенератора переменного тока, эластичного шланга, расположенного в кольцевой разрядной камере, неподвижных патрубков, установленных в вале турбины, маслобака, системы трубопроводов и кинематических связей. Кольцевые разрядники выполнены в виде двух коаксиально расположенных вдоль продольной оси кольцевой разрядной камеры цилиндрических сеток. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ГИБРИДНЫЙ ПРИВОД К ТРАНСПОРТНОМУ СРЕДСТВУ, содержащий двигатель и инерционный аккумулятор энергии, кинематически связанные между собой через муфту выключения и раздаточную коробку, которая кинематически связана через муфту сцепления, автоматическую коробку передачи и карданную передачу с приводом ведущей оси транспортного средства, масляную систему и средства запуска двигателя, блок управления и источник электропитания, отличающийся тем, что двигатель выполнен в виде электрогидравлической турбины, состоящей из неподвижного корпуса, электрически связанного с ним приводного вала, в котором выполнена по меньшей мере одна кольцевая разрядная камера с размещенными вдоль ее продольной оси кольцевыми разрядниками, турбинных лопаток, размещенных в полости корпуса, жестко закрепленных в теле вала и наклоненных к внутренней поверхности корпуса, напротив каждой из них в вале выполнены радиальные сквозные отверстия, сообщающие кольцевую разрядную камеру с полостью размещения лопаток, и генератора высоковольтных искровых разрядов, связанного с кольцевыми разрядниками и источником электропитания, причем кольцевая разрядная камера и полость размещения турбинных лопаток заполнены приводной средой. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным источником электропитания, выполненным в виде электрогенератора переменного тока, связанного с основным источником электропитания и подключенного к входу генератора высоковольтных искровых разрядов, и зубчатым редуктором, ведущая шестерня которого закреплена на приводном валу электрогидравлической турбины, а ведомая шестерня - на дополнительном валу, один конец которого соединен с валом электрогенератора переменного тока, а другой конец - с валом муфты выключения. 3. Привод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в нем электрогидравлическая турбина снабжена изолированным электрическим коллектором, размещенным на другом конце приводного вала и выполненным в виде проводящих колец, электрически связанных с кольцевыми разрядниками. 4. Привод по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в нем электрический коллектор связан через приводной распределитель высоковольтных искровых разрядов с генератором высоковольтных искровых разрядов. 5. Привод пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен гидромотором, выходной вал которого соединен через обгонную муфту с валом электрогенератора переменного тока, и эластичным шлангом, закрепленным в приводном валу, размещенным в кольцевой разрядной камере и охваченным кольцевыми разрядниками, при этом эластичный шланг гидравлически связан с маслобаком и гидромотором. 6. Привод по п.1, отличающийся тем, что в нем сквозные отверстия приводного вала электрогидравлической турбины выполнены в виде сопл. 7. Привод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что средства запуска электрогидравлической турбины выполнены в виде обратимого электромашинного преобразователя, электрически связанного с блоком управления и основным источником электропитания, при этом выходной вал электромашинного преобразователя связан через электромагнитную муфту и дополнительную шестерню с ведущей шестерней зубчатого редуктора. 8. Привод по пп.1 - 5, отличающийся тем, что в нем в теле приводного вала электрогидравлической турбины выполнены каналы для прокладки проводников между проводящими кольцами электрического коллектора и кольцевыми разрядниками. 9. Привод по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным инерционным аккумулятором энергии, установленным в полости неподвижного корпуса электрогидравлической турбины и механически соединенным с ее приводным валом. 10. Привод по пп.1, 3, 5 и 8, отличающийся тем, что кольцевые разрядники выполнены в виде двух коаксиально расположенных вдоль продольной оси кольцевой разрядной камеры цилиндрических сеток.