СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2009 года по МПК F02G3/00 

Заявляемое изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к силовым установкам транспортных средств, позволяющим повысить мощность двигателя внутреннего сгорания.

Известна паробензиновая силовая установка «Турбостимер», разработанная инженерами БМВ (Журнал «За рулем», №2, 2006 г., стр.210), использующая бесполезно теряемое тепло в радиаторе и выпускном коллекторе автомобиля и позволяющая повысить мощность двигателя внутреннего сгорания на 10 кВт, сэкономить топливо на 15%. Данная установка имеет два замкнутых контура, по которым циркулирует жидкий теплоноситель, разогретый до температуры парообразования. Высокотемпературный парогенератор отбирает 80% тепла от выпускного тракта сразу за нейтрализатором. Пар поступает в аксиально-поршневую машину, соединенную с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. На выходе пар проходит дополнительные низкотемпературные теплообменники, отбирающие тепло от системы охлаждения двигателя и от выпускного тракта за резонатором, и поступает в низкотемпературную паровую машину, которая также подкручивает вал двигателя внутреннего сгорания. Однако в прототипе используется закрытый цикл парообразования, тепло выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания используется не в полной мере и недостаточно обеспечивается экономия топлива и повышение мощности двигателя.

Заявляемое изобретение решает задачу использования даровой тепловой энергии выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания, повышения КПД двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат, проявляющийся при использовании предлагаемой установки, заключается в повышении мощности двигателя внутреннего сгорания, уменьшении расхода топлива, снижении токсичности выхлопных газов.

Разработанная силовая установка транспортного средства содержит паровой двигатель, соединенный с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, парогенератор, установленный на выхлопную систему двигателя внутреннего сгорания. Установка имеет паровой контур открытого типа, включающий парогенератор, установленный на выхлопной коллектор и выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания, паропоршневой двигатель и паровую турбину, соединенную с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, паровые турбины, смонтированные на навесное оборудование транспортного средства, такое как дополнительная независимая турбина наддува, основная газотурбина, колеса в паре с электромоторами, генератор для выработки электрической энергии, стартер-электромотор. Также паровой контур включает радиатор-охладитель, бак с парообразующей жидкостью, паронагнетатель в блоке с паровой турбиной.

Возможна установка более мощного дополнительного съемного парогенератора, соединенного с основным парогенератором патрубками. На дополнительный парогенератор установлены форсунка-распылитель с топливопроводом, смонтированным в корпусе воздухоподачи, запальная свеча.

Парогенератор имеет аварийный клапан для обеспечения работы открытого цикла парообразования и может быть выполнен составным. Бак имеет дренажный трубопровод для отвода пара в выхлопную трубу.

Для большей экономии топлива, высоких экологических стандартов и повышения мощностных характеристик двигателя внутреннего сгорания во всасывающий коллектор двигателя внутреннего сгорания подведен патрубок подачи пара. Также от трубопровода парового контура отведены патрубки для подачи пара к другому дополнительному оборудованию транспортного средства, например к кондиционеру, холодильнику.

Для повышения технических характеристик установки используется также энергия ветра. Так выхлопная труба на выходе соединена с лопастным глушителем-генератором, а перед радиатором, в нижней части бампера, в антикрылья транспортного средства вмонтированы воздушно-лопастные генераторы.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана схема силовой установки транспортного средства.

На фиг.2 показан фрагмент схемы силовой установки транспортного средства с установленным дополнительным парогенератором и воздушно-лопастным генератором.

На фиг.3 показан вид сбоку на глушитель-генератор.

Силовая установка транспортного средства имеет контур парообразования открытого типа и включает следующее оборудование.

Парогенератор 1 представляет собой кожух (рубашку), вваренный на выхлопной коллектор 2 и выхлопную трубу 3 двигателя внутреннего сгорания, и имеет аварийный клапан 4. Причем парогенератор 1 может быть выполнен составным, например, из двух частей, соединенных патрубком 5, как представлено на фиг.2.

Паропоршневой двигатель 6 и паровая турбина 7 соединены через муфту-редуктор 8 с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания. Паровые турбины 7 служат вспомогательными механизмами для всех типов двигателя внутреннего сгорания, независимым приводом навесного оборудования транспортного средства и монтируются также на дополнительную независимую турбину наддува 9, колеса транспортного средства в паре с электромоторами 10, генератор 11 для выработки электрической энергии, комплексно к стартеру-электромотору 12, газотурбине 13 и паронагнетателю 14. Паровые турбины 7 могут быть любых типов конструкции: от одноступенчатых до многоступенчатых в зависимости от потребностей двигателя внутреннего сгорания, в том числе гибридных транспортных средств.

Бак 15 для парообразующей жидкости 16 имеет заливную горловину 17, трубопровод 18 для возврата пара в парогенератор 1 через паронагнетатель 14, дренажный трубопровод 19. От бака 15 к парогенератору 1 подведен топливопровод 20 с насосами 21.

Паровые турбины 7 и паропоршневой двигатель 6 соединены с парогенератором 1 посредством трубопровода 22 для подвода пара через электромагнитные клапаны 23 и с радиатором-охладителем 24 посредством трубопровода 25 с обратными клапанами 26. Радиатор-охладитель 24, в свою очередь, соединен трубопроводом 27 с баком 15.

Вал лопастей 28 глушителя-генератора 29, размещенного на выходе выхлопной трубы 3 с возможностью установки понижающего редуктора, соединен в единый блок с генератором 11. Перед радиатором, в нижней части бампера, в антикрыльях транспортного средства могут быть смонтированы воздушно-лопастные генераторы 30.

Возможна установка более мощного дополнительного съемного парогенератора 31, который монтируется через штуцер 32 выхода пара и выхлопной патрубок 33. В случае демонтажа парогенератора 31 на штуцер 32 и выхлопной патрубок 33 ставятся заглушки. На парогенераторе 31 установлена форсунка-распылитель 34 с топливопроводом 35, смонтированным в корпусе 36 для подачи воздуха в камеру сгорания, запальная свеча 37. Установлены заслонки 38 на выходе из парогенератора 31 в выхлопную трубу 3 и в корпусе 36 воздухоподачи.

Парогенератор 1 и трубопроводы 22 могут быть снабжены патрубками 39 для отвода пара к другому дополнительному оборудованию, например кондиционеру, холодильнику.

Работает установка следующим образом.

При нагреве коллектора 2 двигателя внутреннего сгорания на парогенератор 1 через форсунки 40 по топливопроводу 20 насосами 21 из бака 15 подается парообразующая жидкость 16. Из парогенератора 1 по трубопроводу 22 через электромагнитные клапаны 23 подается пар, который приводит в действие паропоршневой двигатель 6 и паровую турбину 7, которые, в свою очередь, начинают подкручивать коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания. Также, по желанию водителя транспортного средства или автоматически, по трубопроводу 22 через клапаны 23 пар подается на паровые турбины 7, установленные в паре с дополнительной турбиной наддува 9 и с основной газотурбиной 13. Тем самым исключается такое негативное явление, как турбояма. Аналогично пар подается на паровые турбины 7, установленные в едином блоке со стартер-электромотором 12, с генератором 11, с колесными электромоторами 10. Отработанный пар через обратный клапан 26 по трубопроводу 25 поступает в радиатор-охладитель 24. Из радиатора-охладителя 24 охлажденный пар в жидком виде по трубопроводу 27 поступает в бак 15 и процесс повторяется. При большом скоплении пара в баке 15 пар по трубопроводу 18 поступает в паронагнетатель 14 через электромагнитный клапан 23. Пар возвращается в парогенератор 1. Излишки отработанного пара из бака 15 по дренажному трубопроводу 19 через клапан 23 поступают в выхлопную трубу 3, распыляются с выхлопными газами, тем самым решая экологические нормы стандарта Евро 5. Для большей экономии топлива, высоких экологических стандартов и повышения мощностных характеристик двигателя внутреннего сгорания во всасывающий коллектор или в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания по патрубку 39 через клапан 23 и одну или более форсунок 40 подается пар.

Глушитель-генератор 29, как и воздушно-лопастные генераторы 30, использует энергию ветра. При работе двигателя внутреннего сгорания на холостых оборотах выхлопные газы вращают вал лопастей 28 глушителя-генератора 29, соединенного в единый блок с генератором 11. В режиме движения под днищем транспортного средства встречный поток воздуха с еще большей скоростью вращает лопасти 28 глушителя-генератора 29, тем самым создается разряжение в выхлопной системе, что положительно сказывается на работе двигателя внутреннего сгорания при средних оборотах. Также при движении от потока встречного ветра работают воздушно-лопастные генераторы 30.

При одновременной эксплуатации всего оборудования монтируют более мощный дополнительный парогенератор 31, соединяя его с основным парогенератором 1 через выхлопной патрубок 33, фланец 41 и штуцер 32 выхода пара. Парогенератор 1 в данном случае удобнее изготавливать составным. В случае демонтажа парогенератора 31 на патрубок 33 и штуцер 32 ставятся заглушки. Выхлопные газы из парогенератора 31 нагревают основной парогенератор 1, тем самым получая большую теплоотдачу и большее парообразование. Парогенератор 31 работает практически на любом топливе в комплексе с двигателем внутреннего сгорания или автономно от него. Данная конструкция парогенератора 31 позволяет использовать пар из патрубков 39 для работы кондиционеров и холодильников вместо бортовой энергосистемы, что также положительно отразится на КПД и экономии топлива двигателя внутреннего сгорания. Возможна работа парогенератора 31 в закрытом цикле с аксильно-поршневой машиной, генератором или параллельно с открытым циклом системы парообразования.

Применение разработанной силовой установки в комплексе с двигателем внутреннего сгорания позволяет использовать тепло отходящих газов при максимальных температурах, повышает КПД двигателя внутреннего сгорания, дает экономию топлива от 20% и прибавку к мощности двигателя не менее 30%, а экологические нормы соответствуют стандартам Евро-5.

Изобретение относится к силовым установкам транспортных средств. Установка имеет паровой контур открытого типа, включающий парогенератор, установленный на выхлопной коллектор и выхлопную трубу ДВС, паропоршневой двигатель и/или паровую турбину, соединенную с коленчатым валом ДВС, радиатор-охладитель, бак с парообразующей жидкостью, паронагнетатель в блоке с паровой турбиной, паровые турбины, смонтированные на дополнительную независимую турбину наддува, основную газотурбину, колеса в паре с электромоторами, генератор для выработки электрической энергии, стартер-электромотор. Установка содержит дополнительный съемный парогенератор, подсоединяемый к основному парогенератору, обеспечивающий одновременную эксплуатацию всего навесного оборудования. Установка содержит лопастной глушитель-генератор и воздушно-лопастные генераторы, использующие энергию ветра. Изобретение обеспечивает повышение мощности двигателя, уменьшение расхода топлива, снижение токсичности выхлопных газов. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Силовая установка транспортного средства, содержащая паровой двигатель, соединенный с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, парогенератор, установленный на выхлопную систему двигателя внутреннего сгорания, отличающаяся тем, что установка имеет паровой контур открытого типа, включающий парогенератор, установленный на выхлопной коллектор и выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания, паропоршневой двигатель и паровую турбину, соединенную с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, паровые турбины, смонтированные на навесное оборудование транспортного средства, радиатор-охладитель, бак с парообразующей жидкостью, паронагнетатель в блоке с паровой турбиной.

2. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит дополнительный парогенератор, подсоединяемый к основному парогенератору.

3. Силовая установка по п.2, отличающаяся тем, что на дополнительный парогенератор установлена форсунка-распылитель с топливопроводом, смонтированным в корпусе воздухоподачи, запальная свеча.

4. Силовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что паровые турбины устанавливают на навесное оборудование транспортного средства такое, как дополнительная независимая турбина наддува, основная газотурбина, колеса в паре с электромоторами, генератор для выработки электрической энергии, стартер-электромотор.

5. Силовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что содержит лопастной глушитель-генератор, соединенный с выхлопной трубой двигателя внутреннего сгорания.

6. Силовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что содержит воздушно-лопастные генераторы, смонтированные перед радиатором, в нижней части бампера, в антикрылья транспортного средства.

7. Силовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что парогенератор имеет аварийный клапан и может быть выполнен составным.

8. Силовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что от трубопровода парового контура отведены патрубки подачи пара во всасывающий коллектор двигателя внутреннего сгорания и к дополнительному оборудованию транспортного средства, например кондиционеру, холодильнику.

9. Силовая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что бак имеет дренажный трубопровод для отвода пара в выхлопную трубу.