СПОСОБ ТЕПЛО- И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ И ЗАПУСКА ЕГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD FOR PROVIDING HEAT AND ELECTRIC POWER SUPPLY OF AN AUTOMOBILE AND STARTING THE ENGINE THEREOF

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено для запуска двигателя автотранспортного средства и снабжения его теплом и электрической энергией при неработающем двигателе.
Прототипом является способ тепло- и электроснабжения автомобиля, включающий запуск основного двигателя, продуцирование электрической и тепловой энергий источником, имеющим общий с основным двигателем генератор и систему охлаждения, и перевод источника в рабочий режим генератором [Пат. РФ 2566577, МПК В60Н 1/00, 2015].
Недостатками прототипа являются:
- относительно сложная конструкция двигателя, предполагающая наличие стартера для запуска;
- необходимость установки на автомобиле мощной аккумуляторной (как на обычных автомобилях со стартером) батареи.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей и повышение эксплуатационных характеристик.
Задача решается тем, что в способе тепло- и электроснабжения автомобиля и запуска его двигателя, включающем запуск основного двигателя, продуцирование электрической и тепловой энергий источником, имеющим общий с основным двигателем генератор и систему охлаждения, и перевод источника в рабочий режим генератором, запуск основного двигателя производят источником.
Запуск основного двигателя осуществляют и генератором. Запуск основного двигателя осуществляют и источником и генератором. Начало рабочего режима источника сопровождают нагревом жидкости в системе охлаждения. Источник переводят в рабочий режим и вручную. Источник переводят в рабочий режим и с помощью энергии маховика, в качестве которого используют ротор генератора.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Осуществление запуска основного двигателя источником позволяет отказаться от стартера, при этом источник может выполнять две функции - производить пуск двигателя и продуцировать тепло- и электроэнергию. Генератор также помимо своей основной функции (режим генератора) выполняет еще и функцию стартера (режим двигателя). Все это упрощает конструкцию двигателя автомобиля. Кроме того, такая конструкция позволяет уменьшить емкость и мощность аккумуляторной батареи, которая используется только для запуска маломощного источника, например одноцилиндрового ДВС. Все это, в конечном счете, уменьшает массу автомобиля, что улучшает эксплуатационные характеристики.
Осуществление запуска основного двигателя и генератором позволяет заводить этот двигатель без источника в тех случаях, когда для поворота маховика требуется небольшой крутящий момент, например в теплое время года или при теплом двигателе. Это расширяет функциональные возможности, поскольку генератор помимо своей основной функции выполняет и функцию стартера основного двигателя.
Осуществление запуска основного двигателя и источником и генератором увеличивает крутящий момент на маховике указанного двигателя, что способствует его устойчивому запуску при очень низких температурах окружающего воздуха.
Нагревание жидкости в системе охлаждения в начале рабочего режима источника способствует устойчивому запуску последнего при низких температурах, при этом из-за незначительного размера источника требуется прогреть небольшой объем жидкости вокруг него, т.е. осуществить локальный нагрев источника, содействующий устойчивому запуску. Это повышает эксплуатационные характеристики.
Перевод источника в рабочий режим и вручную позволяет завести, в конечном счете, основной двигатель в случае сильно разряженной аккумуляторной батареи, что повышает эксплуатационные характеристики.
Перевод источника в рабочий режим с помощью энергии маховика, в качестве которого используют ротор генератора,, позволяет вручную (например при разряженной батареи) запустить источник физически слабому человеку путем раскрутки ротора и последующего включения муфты, соединяющей вал генератора с валом отбора мощности (крутящего момента) источника. Это также повышает эксплуатационные характеристики.
Изобретение поясняется чертежом.
На фиг. изображена схема системы тепло- и электроснабжения автомобиля и запуска его двигателя.
Система тепло- и электроснабжения автомобиля и запуска его двигателя содержит источник 1 продуцирования тепловой энергии (например одноцилиндровый ДВС), заключенный в емкость 2 с охлаждающей жидкостью 3, которая посредством труб 4, 5 соединена с системой охлаждения основного двигателя 6 автомобиля. Вал 7 съема крутящего момента источника через муфту 8 соединен с одним концом вала генератора 9, на котором жестко закреплено зубчатое колесо 10, сопряженное с шестерней 11, которая имеет возможность взаимодействия с зубчатым маховиком 12 основного двигателя, а также вращения и осевого перемещения вместе с осью 13, взаимодействующей с тяговым реле 14. Другой конец вала генератора через обгонную муфту 15 кинематически связан с коленчатым валом 16 основного двигателя. Выхлопная труба 17 источника может быть соединена с выхлопной системой 18 основного двигателя. Источник может быть снабжен устройством 19 ручного пуска, имеющего возможность взаимодействия со вторым концом вала генератора.
Работает система тепло- и электроснабжения автомобиля и запуска его двигателя следующим образом.
При неработающем основном двигателе 6 муфта 8 разъединена, а тяговое реле 14 выключено. Для пуска основного двигателя в благоприятных условиях, когда для вращения маховика 12 требуется небольшой крутящий момент и относительно малая мощность, которые могут быть обеспечены генератором 9, последний включают в режим двигателя. Одновременно подают напряжение на тяговое реле 14, перемещающее в продольном направлении ось 13 вместе с шестерней 11, которая входит в зацепление с маховиком 12 и передает ему крутящий момент от генератора 12 через колесо 10. Маховик начинает поворачиваться, и основной двигатель запускается, вращая посредством коленчатого вала 16 и обгонной муфты 15 вал генератора 9, который переключают в режим генератора. После этого тяговое реле 14 выключается, и шестерня 11 выходит из зацепления с маховиком, возвращаясь в исходное положение до пуска. Поскольку для такого пуска требуется относительно небольшие крутящий момент и мощность, то аккумуляторная батарея может быть меньшей емкости и мощности, чем в обычных случаях.
Если для пуска основного двигателя требуется больший крутящий момент из-за неблагоприятных условий, то переводят генератор 9 в режим двигателя и включают муфту 8, в результате чего начинает вращаться вал 7 съема крутящего момента источника 1, переводя последний в рабочий режим, т.е. запуская его. После этого вводят шестерню 11 в зацепление с маховиком 12 посредством включения тягового реле 14. Заметим, что генератор 9 может при этом оставаться работать в режиме двигателя, увеличивая крутящий момент вала 7, или может быть отключен (например отсоединением обмотки), если нет необходимости в увеличении указанного крутящего момента. Основной двигатель запускается, генератор переводят в режим генератора, а источник 1, муфта 8 и тяговое реле 14 выключаются. Заметим, что при отключенной обмотке генератора его вращающийся ротор играет роль маховика, энергию которого можно использовать как для запуска основного двигателя, так и для пуска источника.
В особо тяжелых условиях пуска основного двигателя, при очень низких температурах, сначала запускают описанным способом источник 1, который, выделяя тепло в процессе своей работы, нагревает жидкость в системе охлаждения, благодаря чему повышается температура блока цилиндров основного двигателя и повышаются смазывающие свойства масляной пленки на внутренних стенках цилиндров. После нагрева жидкости в системе охлаждения включают тяговое реле 14 и заводят основной двигатель.
Если, например аккумуляторная батарея сильно разряжена и не обеспечивает работу генератора 9 в режиме двигателя, то запуск источника 1 проводят с помощью устройства 19 ручного запуска, например посредством рукоятки, которой вращают через вал генератора и включенную муфту 8 вал 7 источника. В случае невозможности завести источник таким образом, разъединяют муфту 8 и раскручивают рукояткой 19 вал генератора 9, после чего включают муфту 8, используя энергию вращающегося ротора для запуска источника 1. Если и в этом случае запуск произвести не удалось, например при плохой воспламеняемости топливной смеси при низких температурах, то локально нагревают жидкость в системе охлаждения около источника 1 каким-либо Образом и поднимают температуру последнего. При этом трубы 4, 5 могут быть временно перекрыты (пережаты) для предотвращения распространения теплой жидкости (самотеком) по всей системе охлаждения. После нагрева источника 1 его запускают любым из описанных способов. Заметим, что работа источника 1 осуществляется системой питания (не показана) как в обычных двигателях, например при помощи впрыска топлива форсункой.
На стоянке в холодное время года для поддержания тепла в основном двигателе и/или комфортной температуры внутри салона транспортного средства (автомобиля) еще при работающем основном двигателе включают муфту 8 и запускают источник 1, после чего основной двигатель выключают. Работающий источник продолжает вращать генератор 9, который снабжает электроэнергией электрическую сеть автомобиля, и нагревать выделяющимся при его работе теплом жидкость в емкости 2. При этом нагретая жидкость поднимается за счет меньшей плотности вверх самотеком (или принудительно посредством, например насоса), а на ее место из системы охлаждения притекает более холодная жидкость. В результате температура во всей системе охлаждения, а следовательно, и в теплообменнике печки автомобиля поддерживается на должном уровне, а в салоне создаются комфортные условия. Если отсутствует необходимость в снабжении транспортного средства на стоянке электроэнергией, то муфту 8 выключают, и автомобиль снабжается только теплом.
Подобным образом можно создавать нужную температуру в автомобиле (двигателе) в холодное время года перед поездкой после длительной, например ночной стоянки.
Внедрение изобретения позволит создать автономную и простую по конструкции систему тепло- и электроснабжения автомобиля и запуска его двигателя, в которой можно использовать более дешевое (по сравнению с основным двигателем) топливо, в том числе и газ. Кроме того, элементы этой системы используются также для пуска основного двигателя без традиционного стартера, в качестве которого используют генератор, мощность которого меньше обычно применяемых для этого стартеров. Это дает возможность уменьшить мощность и емкость аккумуляторной батареи транспортного средства и снизить массу последнего.