ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2002 года по МПК B60K17/10 

Изобретение относится к силовым установкам с пневматическим двигателем, предназначенным для приводов транспортных средств, в частности автомобилей.

Известны пневмоприводы транспортных средств, содержащие пневмоаккумуляторы, пневмодвигатель, связанный с пневмоаккумулятором через пневморедуктор, компрессор и средства для утилизации энергии торможения (например, патент США 3980152, МКИ F 16 F 11/30, опубл. 14.09.76).

Основными недостатками данных систем являются низкий кпд из-за потерь на дросселирование воздуха, возможного его переохлаждения и потерь энергии в связи с отсутствием системы теплообмена между элементами установки, а также повышенный расход энергоносителя.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является силовая установка транспортного средства по патенту США 4361204, МКИ В 60 К 3/02, опубл. 30.11.1982 г. Она включает пневмодвигатель и компрессор, смонтированные на одном приводном коленчатом валу, пневмоаккумулятор-накопитель низкого давления, теплообменник для аккумулирования тепла и дополнительный нагреватель в линии подачи сжатого воздуха к двигателю, пневморедуктор (регулирующий вентиль) и средство утилизации энергии торможения, включающее собственно пневмодвигатель, который при торможении, т.е. прекращении подачи сжатого воздуха, начинает работать в режиме компрессора, при этом дополнительно подзаряжается пневмоаккумулятор и аккумулируется тепло в теплообменнике, в последующем используемое для нагрева воздуха, поступающего от пневмоаккумулятора к пневмодвигателю. Кроме того, обязательными элементами привода транспортного средства являются электрогенератор, кинематически связанный с двигателем, и трансмиссия, кинематически связывающая двигатель с приводными колесами, хотя в указанном патенте они не упомянуты.

Недостатком этого технического решения является низкий кпд силовой установки из-за:
- потерь энергии при отборе мощности (полезной работы) двигателя на работу компрессора;
- малого диапазона изменения давления в аккумуляторе;
- низкой эффективности теплообмена в системе подогрева теплоносителя.

Кроме того, установка имеет ограниченный запас энергоносителя (воздуха), что снижает пробег транспортного средства.

Технической задачей настоящего изобретения является увеличение запаса хода транспортного средства; снижение удельного расхода энергоносителя; повышение кпд привода.

Технический результат достигается тем, что в пневмоприводе транспортного средства, содержащем пневмоаккумулятор-накопитель низкого давления, пневморедуктор, теплообменник, подогреватель, пневмодвигатель, электрогенератор, компрессор как средство утилизации энергии торможения, новым является то, что он дополнительно снабжен аккумулятором высокого давления, что увеличивает запас хода. При этом он пневматически связан с упомянутым накопителем через пневморедуктор, выполнении в виде детандера, выходной вал которого кинематически связан с компрессором и электрогенератором, что повышает кпд привода, поскольку детандер, обеспечивая понижение давления, одновременно совершает полезную работу. Это снижает удельный расход энергоносителя за счет уменьшения потерь на дросселирование. Привод также дополнительно снабжен вакуумной системой, включающей форвакуумную емкость и вакуумный насос, пневматически связанные с двигателем и компрессором соответственно, а кинематически - с валом детандера, что дополнительно повышает кпд и снижает удельный расход энергоносителя в двигателе и в целом в приводе. Средство утилизации энергии торможения выполнено в виде упомянутых компрессора, вакуум-насоса и электрогенератора, приводные валы которых кинематически связаны с колесами транспортного средства через тормозную муфту, управляемую педалью тормоза, что обеспечивает преобразование кинетической энергии транспортного средства в потенциальную энергию разрежения в форвакуумной емкости, давления в пневмоаккумуляторе и электрохимической энергии в аккумуляторе.

Аккумулятор-накопитель, теплообменник и подогреватель могут быть объединены в единый узел, что дополнительно снижает тепловые потери в этом аккумуляторе при одновременном упрощении конструкции привода.

Привод может быть снабжен дополнительным подогревателем, встроенным в пневмодвигатель, а трансмиссия при этом включает гидромеханическую передачу, гидравлически связанную с этим подогревателем, что улучшает условия работы как двигателя, так и гидромеханической передачи за счет теплообмена между ними.

Пневмодвигатель может быть выполнен в виде гидравлического цилиндра двухстороннего действия, в гидравлических камерах которого размещены надувные баллоны, сообщаемые в противофазе с упомянутым накопителем и вакуумным насосом, что дополнительно снижает удельный расход энергоносителя.

Сущность изобретения поясняют следующие схемы.

Фиг. 1 - принципиальная схема пневматического привода транспортного средства с частичным совмещением пневматической и кинематической схем (элементы управления и вспомогательные элементы показаны минимально);
Фиг.2 - то же, вариант;
Фиг.3 - вариант исполнения пневмодвигателя.

Пневмопривод транспортного средства (фиг.1) включает пневматически связанные между собой в замкнутую цепь пневмоаккумулятор высокого давления 1, детандер 2, тепловой аккумулятор - накопитель 3 низкого давления с теплоизолирующим кожухом 4 и дополнительным нагревательным элементом 5, дроссель управления 6, пневмодвигатель 7, вакуумную систему, включающующую форвакуумную емкость 8 и вакуумный насос 9, и компрессор 10.

Детандер является понижающим пневморедуктором между аккумуляторами 1 и 3. Выходной вал детандера 11 кинематически связан через муфту сцепления (не показана) с приводными валами вакуум-насоса 9, компрессора 10, а также электрогенератора 12. Последний электрически связан через реле-регулятор 13 с электроаккумулятором 14 и нагревательным элементом 5.

Пневмодвигатель 7 через трансмиссию 15 кинематически связан с ведущими колесами 16, а последние через тормозную муфту сцепления 17, управляемую тормозным рычагом 18, и редуктор 19 в свою очередь кинематически связаны с упомянутыми приводными валами вакуум-насоса 9, компрессора 10 и генератора 12.

Дроссель управления 6 связан с педалью акселератора 20.

На фиг.2 приведен вариант исполнения привода, в котором трансмиссия содержит гидромеханическую передачу 21, а пневмодвигатель 7 снабжен дополнительным подогревателем 22, смонтированным в корпусе пневмодвигателя 7 и гидравлически связаным с гидромеханической передачей 21.

На фиг. 2 также приведен вариант исполнения привода, в котором подогреватель 5 встроен в теплоизолирующий кожух 4, в результате чего аккумулятор 3, тепловая изоляция кожуха 4 и подогреватель 5 образуют единый узел - тепловой пневмоаккумулятор, что упрощает конструкцию и снижает тепловые потери.

На фиг. 3 приведен вариант выполнения пневмодвигателя 7 в виде пневмогидравлического механизма. Он содержит рабочий цилиндр 23 с поршнем 24 и подогревателем 22, а также две гидравлические рабочие камеры 25 и 26, внутри которых размещены надувные баллоны 27 и 28, полости которых через распределители 29 и 30 сообщаются в противофазе с аккумулятором 3 или форвакуумной емкостью 8. Такое исполнение пневмодвигателя обеспечивает дополнительное снижение расхода энергоносителя и повышение кпд привода.

Пневмопривод транспортного средства работает следующим образом.

Нажатием на педаль 20 акселератора открывают дроссель управления 6. В результате сжатый воздух из пневмоаккумулятора 1 поступает в детандер 2, где совершает механическую работу, приводя во вращение генератор 12, компрессор 10 и ваккуум-насос 9. Одновременно воздух с давлением, пониженным до рабочего, поступает в тепловой аккумулятор 3, где подогревается при смешении с воздухом, поступающим от компрессора 10 и с помощью нагревателя 5, и затем попадает в пневмодвигатель 7, который через трансмиссию 15 приводит во вращение ведущие колеса 16. Выходящий из пневмодвигателя 7 воздух попадает в форвакуумную емкость 8, где поддерживается определенное разрежение с помощью вакуум-насоса 9. Отработанный воздух поступает на компрессор 10 или выбрасывается в атмосферу. Компрессор 10 поднимает давление и температуру воздуха и обеспечивает его возврат в тепловой аккумулятор 3.

При торможении транспортного средства, т.е. при нажатии на педаль тормоза 18, ведущие колеса 16 через муфту 17 кинематически соединяются с приводными валами компрессора 10, вакуум-насоса 9 и генератора 12, заряжающего аккумулятор 14. Вал 11 детандера при этом отключается. Этим обеспечивается утилизация кинетической энергии транспортного средства, что позволяет значительно повысить его экономичность, особенно при городском цикле движения с частыми сменами циклов разгона и торможения.

В варианте исполнения трансмиссии с гидромеханической передачей 21 и наличии дополнительного подогревателя 22 нагретая гидравлическая жидкость из передачи 21 поступает в подогреватель 22, дополнительно обогревая двигатель 7, повышая кпд и улучшая условия его работы. Прошедшая через нагреватель жидкость эффективно охлаждается и, поступая в гидромеханическую передачу, обеспечивает нормальные условия ее работы.

Изобретение относится к силовым установкам с пневматическим двигателем, предназначенным для приводов транспортных средств, в частности автомобилей. Привод содержит пневмоаккумуляторы высокого 1 и низкого 3 давления, сообщенные через детандер 2, выходной вал которого связан с приводными валами компрессора 10, вакуум-насоса 9 и генератора 12. Аккумулятор 3 снабжен теплообменником и пневматически сообщен с пневматическим двигателем 7, вакуумной системой 8, 9 и компрессором 10. Двигатель 7 кинематически связан с приводными колесами транспортного средства, а последние для утилизации энергии торможения кинематически связаны через тормозную муфту с валами компрессора, вакуум-насоса и генератора. Увеличен запас хода, снижен удельный расход энергоносителя, повышен кпд. 3 з.п.ф-лы. 3 ил.

1. Пневматический привод транспортного средства, включающий пневмоаккумулятор-накопитель низкого давления, пневматически связанные с ним пневморедуктор, теплообменник, подогреватель, пневмодвигатель, электрогенератор, компрессор и кинематически связанные с пневмодвигателем через трансмиссию приводные колеса, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен пневмоаккумулятором высокого давления, пневматически связанным с упомянутым накопителем через упомянутый пневморедуктор, и вакуумной системой, включающей вакуум-насос, причем пневморедуктор выполнен в виде детандера, выходной вал которого кинематически связан с приводными валами компрессора, электрогенератора и вакуум-насоса, также кинематически связанными через тормозную муфту с приводными колесами. 2. Пневмопривод по п. 1, отличающийся тем, что аккумулятор-накопитель, теплообменник и подогреватель объединены в единый узел. 3. Пневмопривод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что снабжен дополнительно подогревателем, встроенным в пневмодвигатель, а трансмиссия включает гидромеханическую передачу, гидравлически связанную с этим подогревателем. 4. Пневмопривод по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что пневмодвигатель выполнен в виде гидроцилиндра двустороннего действия, в гидравлических камерах которого размещены надувные баллоны, сообщаемые в противофазе с пневмоаккумулятором-накопителем и вакуумным насосом.