ГИБРИДНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2022 года по МПК F02B41/06 F02B73/00 

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

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

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

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

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

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

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

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

Сущность изобретения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Краткое описание чертежей:

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

1 - основной двигатель;

2 - дополнительный двигатель;

3 - поршень основного двигателя;

4 - коленчатый вал основного двигателя;

5 - поршень дополнительного двигателя;

6 - коленчатый вал дополнительного двигателя;

7 - впускной коллектор основного двигателя;

8 - выпускной коллектор основного двигателя;

9 - впускной коллектор дополнительного двигателя;

10 - выпускной коллектор дополнительного двигателя;

11 - трубопровод;

12 - механизм изменения передаточного отношения;

13 - соединительный элемент.

Осуществление заявленного решения

Гибридная силовая установка работает следующим образом.

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

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

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