СИСТЕМА ТЕПЛО- И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ
HEAT AND ELECTRICITY SUPPLY SYSTEM OF A CAR

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено для снабжения автотранспортных средств теплом и электрической энергией при неработающем двигателе.
Прототипом является система тепло- и электроснабжения автомобиля, содержащая со сцепной и обгонной муфтами устройство продуцирования электрической и тепловой энергий, и теплообменник для переноса тепловой энергии, возникающей в зоне ее продуцирования, в воздух, подаваемый во внутреннее пространство автомобиля, причем устройство выполнена в виде кривошипно-шатунного механизма, системы охлаждения которого и ДВС автомобиля объединены, а в головке цилиндра с возможностью вращения установлены кинематически связанные с кривошипом и с одной половиной сцепной муфты цилиндрический ротор с лопастями и ролики, имеющие впадины для пропуска лопаток и разделяющие пространство между головкой цилиндра и ротором на кольцевые камеры, из которых, по крайней мере, одна сообщена с полостью цилиндра, при этом другая половина сцепной муфты соединена с валом автомобильного генератора, который киннематически связан через обгонную муфту с коленчатым валом ДВС [Пат. РФ 2566577, МПК В60Н 1700, 2015].
Недостатками прототипа являются:
- относительно сложная конструкция устройства продуцирования электрической и тепловой энергий;
- отсутствие возможности автономного (независимо от бортовой электрической сети автомобиля) режима работы устройства продуцирования электрической и тепловой энергий.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей и повышение эксплуатационных характеристик.
Задача решается тем, что в системе тепло- и электроснабжения автомобиля, содержащей корпус с устройством продуцирования электрической и тепловой энергий, и теплообменник для переноса тепловой энергии, возникающей в зоне ее продуцирования, в воздух, подаваемый во внутреннее пространство автомобиля, причем устройство имеет источник технического зажигания и выполнено в виде кинематически связанных цилиндрического ротора с лопатками и роликов, имеющих впадины для пропуска лопаток и разделяющих пространство между корпусом и ротором на кольцевые камеры, одна из которых сообщена с источником подачи компонентов горючей смеси в камеру сгорания, источник технического зажигания размещен в камере сгорания устройства, объем которой образован лопаткой и роликом, а также прилегающей к ним поверхностью ротора и корпусом.
Устройство размещено в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Ролик камеры сгорания выполнен в виде впускного клапана. Ролик камеры сгорания выполнен и в виде перепускного клапана. Устройство кинематически соединено со стартером двигателя внутреннего сгорания. Конец ротора устройства выполнен в виде крыльчатки. Одна часть оси ротора выполнена в виде шкива. Другая часть оси ротора выполнена в виде* кулачка источника технического зажигания. Ось вращения ролика камеры сгорания выполнена в виде ресивера. Кулачок ротора выполнен намагниченным радиально.
Указанные отличительные признаки) позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Размещение источника технического зажигания в камере сгорания устройства, объем которой образован лопаткой и роликом, а также прилегающей к ним поверхностью ротора и корпусом, упрощает конструкцию и снижает момент сопротивления вращения ротору, что повышает КПД устройства и облегчает его запуск при низком напряжении аккумулятора автомобиля или вручную.
Размещение устройства в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить КПД нагрева охлаждающей жидкости за счет передачи тепла не только через теплообменник, но и через корпус этого устройства. Кроме того, одновременно решается вопрос охлаждения самого устройства. Все это повышает эксплуатационные характеристики.
Выполнение ролика камеры сгорания в виде впускного клапана позволяет упростить конструкцию за счет уменьшения числа деталей.
Выполнение ролика камеры сгорания в виде перепускного впускного клапана позволяет нагнетать окислитель или компоненты горючей смеси непосредственно лопаткой устройства, что упрощает его конструкцию. При этом степень расширения продуктов сгорания становится максимально возможной.
Соединение устройства кинематически со стартером двигателя внутреннего сгорания позволяет производить запуск этого устройства путем, например вращения стартера в обратную сторону, по сравнению с запуском ДВС. При этом не требуется изменение схемы включения генератора в бортовую сеть автомобиля, которая остается неизменной, что упрощает конструкцию.
Выполнение конца ротора устройства в виде крыльчатки позволяет использовать его в качестве насоса, перекачивающего теплоноситель в системе охлаждения. Это упрощает конструкцию и повышает эксплуатационные характеристики.
Выполнение одной части оси ротора в виде шкива дает возможность произвести запуск устройства путем предварительного наматывания на него шнура и последующего резкого его сматывания за свободный конец. В результате устройство может быть запущено даже в случае неисправности стартера или при низком напряжении аккумулятора. Это* расширяет функциональные возможности и повышает эксплуатационные характеристики.
Выполнение другой части оси ротора в виде кулачка источника технического зажигания позволяет приводить в действие контакты первичной обмотки высоковольтной катушки зажигания указанного источника, что упрощает конструкцию.
Выполнение оси вращения у ролика камеры сгорания в виде ресивера позволяет упростить конструкцию.
Выполнение кулачка ротора намагниченным радиально позволяет использовать в качестве контактов первичной обмотки высоковольтной катушки зажигания геркон, что повышает надежность конструкции 1 и эксплуатационные характеристики.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема положения ротора устройства продуцирования электрической и тепловой энергий в момент нагнетания компонентов горючей смеси в ресивер. На фиг. 2 изображена схема положения ротора в момент прекращения нагнетания компонентов горючей смеси в ресивер и закрывание последнего роликом. На фиг. 3 изображена схема положения лопатки ротора в момент образования с роликом камеры сгорания. На фиг. 4 изображена схема положения ротора в процессе рабочего хода. На фиг. 5 изображена схема соединения устройства с ДВС автомобиля.
Система тепло- и электроснабжения автомобиля содержит устройство продуцирования электрической и тепловой энергий (УПЭТЭ), имеющее корпус с впускным 1, 2 и выпускным 3, 4 окнами, в котором с возможностью вращения установлены кинематически связанные цилиндрический ротор 5 с лопатками 6 и ролики 7, имеющие впадины 8 для пропуска лопаток и разделяющие пространство между корпусом и ротором на кольцевые камеры 9 и 10, при этом ось 11 ролика выполнена в виде ресивера 12 и имеет впускной 13 и выпускной 14 радиальные пазы (щели), имеющие возможность взаимодействия с поверхностью ролика, сопряженной с осью, и - с радиальными пазом 15, соединяющим указанную поверхность с впадиной. В окне 2 может быть установлен источник 16 подачи компонентов горючей смеси, например форсунка. Конец ротора может быть выполнен в виде крыльчатки 17, погруженной в охлаждающую жидкость 18 (теплоноситель) ДВС 19, причем одна часть оси ротора может быть исполнена в виде шкива 20, а другая - в виде кулачка 21, имеющего возможность взаимодействия с контактами первичной обмотки высоковольтной катушки зажигания источника технического зажигания. Вал 22 генератора 23 ДВС через обгонную муфту 24 кинематически связан с коленчатым» валом 25 ДВС и через обгонную муфту 26 - с осью ротора, которая через обгонную муфту 27 кинематически подсоединена к валу 28 стартера 29 ДВС, связанном}' через обгонную муфту 30 и шестерню 31 с зубчатым венцом 32 маховика коленчатого вала ДВС. Выпускные окна 3,4 могут быть соединены с выхлопной системой 33 ДВС.
Работает система тепло- и электроснабжения автомобиля следующим образом.
При использовании в (УПЭТЭ) трехлопастного ротора передаточное отношение от роликов 7 к ротору 5 должно быть 1,5.
Если для работы УПЭТЭ используется готовая горючая смесь (например поступающая из карбюратора), то ее подают в окно 2. Предположим, что в исходном положении лопатка II ротора находится в вертикальном нижнем положении (фиг. 2). При движении ротора против часовой стрелки в камере сгорания, образованной задней стороной лопатки III и роликом 7, прилегающей к ним поверхностью ротора 5 и корпусом, создается разрежение, в результате которого горючая смесь из окна 2 засасывается в камеру сгорания (фиг. 3). При повороте ротора на 60° от исходного положения окно 2 окажется разобщенным роликом 7 от камеры сгорания (фиг. 4). Источником технического зажигания (не показан) производят восплменение горючей смеси, в результате чего на лопатку III начинает действовать давление образующихся продуктов горения, и начинается рабочий ход ротора, который продолжается до тех пор, пока лопатка III не достигнет выпускного окна 3, и отработавшие газы не покинут через него камеру 10. Далее, попав в теплообменник, эти газы, в конечном счете, отдают свое тепло воздуху, поступающему в салон автомобиля. Описанный цикл работы повторяется со следующей лопаткой I. Заметим, что компоненты топлива могут подаваться, например и через форсунку 16, а окислитель (воздух) - через окно 2.
Если через окно 2 подается только топливо, например бензин, то в камеру сгорания воздух можно подать из камеры 9, используя ролик 7 в качестве перепускного клапана. При движении лопатки III в камере 9 происходит нагнетание содержащегося в последней воздуха через паз 15 ролика 7 и впускной паз 13 в ресивер 12 (фиг. 1). При завершении движения этой лопатки в камере 9 ролик 7 повернется на угол, при котором его паз 15 уже не будете совмещен с радиальным пазом 13, в результате чего весь ранее поступивший из окна 1 в камеру 9 воздух окажется в ресивере 12 (фиг. 2). При дальнейшем повороте ротора паз 15 ролика совместится с радиальным пазом 14, и воздух из ресивера 12 будет истекать в пространство между роликом и лопаткой III. Далее, произойдет разобщение ресивера и камеры сгорания, поскольку паз 15 перестанет находиться напротив паза 14 (фиг. 3). В этот момент производят форсункой 16 впрыск жидкого топлива и зажигание получившейся горючей смеси. При этом рабочий ход получается на большем угле вращения ротора, по сравнению с предыдущим вариантом. Кроме того, поскольку смесь в камере сгорания находится под большим давлением, то получается и больший объем продуктов сгорания, в результате чего на оси УПЭТЭ можно получить или повышенную мощность, или сделать это устройство более компактным при той же выходной мощности. Остаток продуктов горения из впадины 8 ролика можно удалить через окно 4, чтобы они в дальнейшем не смешивались с чистым воздухом в камере 9 при вращении этого ролика. Заметим, что объем ресивера 12 в габаритах полости оси 11 может оказаться недостаточным. В этом случае указанную полость можно использовать в качестве части ресивера, основной объем которого целесообразно выполнить, например снаружи корпуса (не показан).
Если ролик 7 используется только в качестве впускного клапана в ресивер, то выпуск воздуха осуществляется устройством подачи горючей смеси в камеру сгорания.
Для запуска УПЭТЭ вращают вал 28 стартера 29 в сторону, обратную вращению его при запуске ДВС, при этом благодаря обгонной муфте 30 шестерня 31 и зубчатый венец 32 маховика коленчатого вала ДВС остаются неподвижными, а посредством обгонной муфты 27 ось ротора 5 приводится во вращение, происходит пуск УПЭТЭ, и стартер 29 выключают. Охлаждающая жидкость 18 в ДВС (и печке автомобиля) начинает нагреваться за счет тепла продуктов сгорания УПЭТЭ и циркулировать посредством вращения крыльчатки 17. Для снижения шума от выхлопа указанных продуктов сгорания выпускное окно 3 соединяют с выхлопной системой 33 автомобиля.
При необходимости, например при низком напряжении аккумулятора автомобиля и неработающем стартере, УПЭТЭ можно запустить с помощью шкива 20. Для этого на него наматывают подходящий шнур (веревку) и потом резко его разматывают, дергая за свободный конец шнура. Ось ротора начинает вращаться, и УПЭТЭ запускается.
Кулачок 21 используют в источнике-технического зажигания УПЭТЭ для получения в нужный момент времени высоковольтного разряда (искры) в камере сгорания.
Внедрение изобретения позволит создать по существу автономную и простую по конструкции систему тепло- и электроснабжения автомобиля, в которой можно использовать более дешевое (по сравнению с ДВС) топливо, в том числе и газ. Кроме того, УПЭТЭ можно использовать вместо стартера в качестве пускового двигателя для ДВС.