СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
POWER PLANT IN VEHICLE

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.