Силовая установка гибридной мобильной машины
POWER UNIT OF THE HYBRID MOBILE MACHINE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к производству силовых гибридных установок для колесных транспортных средств, в частности к производству автомобилей, колесных тракторов и других колесных мобильных машин.
5
Известна силовая установка гибридной мобильной машины, содержащая двигатель внутреннего сгорания с впускными и выпускными трубопроводами каждого цилиндра, снабженными впускными и выпускными клапанами соответственно, компрессор, связанный с трансмиссией, систему выпуска отработавших газов, устройства электрического управления клапанами системы газообмена и отключения подачи топлива, систему зажигания и пневматический ресивер. Устройства электрического управления клапанами системы газообмена и отключения подачи топлива позволяют повысить топливную экономичность гибридной мобильной машины при работе на частичных нагрузках. Это дает возможность регулировать фазы газораспределения (патент SU 1806277, МПК F01L 9/04).
Также известна силовая установка гибридной мобильной машины, которая позволяет обеспечить топливную экономичность и регулировку фаз газораспределения, содержащая двигатель внутреннего сгорания с впускными и выпускными трубопроводами каждого цилиндра, снабженными впускными и выпускными клапанами соответственно, трансмиссию, систему выпуска отработавших газов, устройства электромагнитного управления клапанами системы газообмена и отключения подачи топлива и систему зажигания. Устройства электромагнитного управления клапанами системы газообмена и отключения подачи топлива обеспечивают выключение подачи топлива для части цилиндров, за счет чего оставшиеся цилиндры работают с полной нагрузкой и высоким коэффициентом полезного действия. При этом в отключенный цилиндр не подается топливо и воспламеняющая искра. Клапаны полностью закрыты, а находящийся в цилиндре воздух сжимается и расширяется при ходе поршня (Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль / Ю. Мацкерле. - Перевод с чешского. - М.: Машиностроение, 1987. - С. 144, 193).
Однако применение описанных дорогостоящих силовых установок только лишь для снижения расхода топлива усложняет конструкцию, повышает массу силовой установки и в настоящее время экономически недостаточно целесообразно, поэтому не получило широкого распространения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является силовая установка гибридной мобильной машины, содержащая трехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания со впускными и выпускными трубопроводами каждого цилиндра, компрессор-пневмодвигатель, связанный с автоматической трансмиссией на основе планетарного зубчатого механизма, систему выпуска отработавших газов, устройства электромагнитного управления клапанами системы газообмена и отключения подачи топлива, систему зажигания и пневматический ресивер. Энергия, полученная за счет снижения скорости движения мобильной машины, утилизируется при помощи компрессора-двигателя, приводимого в движение от ведущих колес в виде энергии сжатого воздуха в пневматическом ресивере. При необходимости энергия сжатого воздуха используется за счет подачи этого воздуха в компрессор-двигатель, связанный с трансмиссией, в режиме двигателя (Peugeot и Citroen привезут в Женеву пневмогибриды. 19 февраля 2013 года. / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.zr.ru/content/news/517775 - peugeot i citroen privezut v zenevu pnevmogibridy. - Загл. с экрана. Дата обращения: 01.09.2016).
Недостатками такой силовой установки является недоиспользование возможностей силовой установки, работающей только в режиме двигателя внутреннего сгорания, что снижает общий коэффициент полезного действия, повышенный расход топлива и большая масса силовой установки.
В основу изобретения поставлена задача расширения функциональных возможностей силовой установки гибридной мобильной машины при соответствующем повышении топливной экономичности и снижении ее общей массы.
Для решения поставленной задачи силовая установка гибридной мобильной машины содержит двигатель внутреннего сгорания с впускными и выпускными трубопроводами каждого цилиндра, систему выпуска отработавших газов, устройства электромагнитного управления клапанами системы газообмена и отключения подачи топлива, систему зажигания и пневматический ресивер, согласно изобретению двигатель внутреннего сгорания, выполняющий функции компрессора или пневмодвигателя изменением фаз газораспределения и регулировкой подачи топлива для каждого цилиндра в отдельности, снабжен управляемыми заслонками для каждого цилиндра, установленными между выпускным трубопроводом каждого цилиндра, трубопроводами системы выпуска отработавших газов и пневматического ресивера.
Расширение функциональных возможностей силовой установки гибридной мобильной машины, повышающее ее коэффициент полезного действия, достигается выполнением дополнительно функций компрессора или пневмодвигателя, причем каждый цилиндр может управляться отдельно от других, путем введения для каждого цилиндра управляемых поворотных заслонок, предназначенных для соединения выпускного трубопровода с трубопроводом, подключенным к системе выпуска отработавших газов, или с трубопроводом, подключенным к пневматическому ресиверу соответственно.
Экономия топлива достигается за счет работы всех или части цилиндров с полной нагрузкой, а масса силовой установки снижается выполнением двигателем внутреннего сгорания силовой установки функции компрессора или пневмодвигателя при устранении отдельного агрегата - компрессора-пневмодвигателя.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором показано расположение взаимодействующих устройств на силовой установке гибридной мобильной машины с двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от искры.
Кроме того, на чертеже дополнительно обозначено следующее:
- линиями со стрелками показано направление движения газов по трубопроводам;
- сплошной линией и буквой А показано положение управляемой заслонки между выпускным трубопроводом каждого цилиндра и трубопроводом пневматического ресивера, пунктирной линией и буквой Б показано положение управляемой заслонки между выпускным трубопроводом каждого цилиндра и трубопроводом системы впуска отработавших газов.
Силовая установка гибридной мобильной машины основана на двигателе внутреннего сгорания, выполняющем функции компрессора или пневмодвигателя изменением фаз газораспределения и регулировкой подачи топлива для каждого цилиндра в отдельности, системе выпуска отработавших газов, устройствах электромагнитного управления клапанами системы газообмена и отключения подачи топлива, системе зажигания и пневматическом ресивере.
В цилиндре 1 двигателя внутреннего сгорания силовой установки гибридной мобильной машины расположен поршень 2, соединенный кривошипно-шатунным механизмом 3 с коленчатым валом 4. Впускной 5 и выпускной 6 клапаны цилиндра 1 снабжены устройствами электромагнитного управления 7 и 8 соответственно. Впускной трубопровод 9 общепринятой конструкции снабжен форсункой 10 подачи топлива. Свеча 11 предназначена для воспламенения рабочей смеси.
Выпускной трубопровод 12 при помощи привода 13 управляемой поворотной заслонки 14 в положении А имеет возможность соединения с системой выпуска отработавших газов (на чертеже не показана) трубопроводом 15 или в положении Б - трубопроводом 16 - с пневматическим ресивером 17. Таким образом, для каждого цилиндра управляемая заслонка 14 установлена между выпускным трубопроводом 12, трубопроводом 15 системы выпуска отработавших газов и трубопроводом 16 пневматического ресивера 17.
Управление работой силовой установки производится при помощи блока управления 18, связанного с устройствами электромагнитного управления 7 и 8 клапанами 5 и 6, форсункой 10 подачи топлива, свечой 11, приводом 13 поворотной заслонки 14.
При этом положение А заслонки 14 соответствует соединению выпускного трубопровода 12 с системой выпуска отработавших газов трубопроводом 15, а положение Б заслонки 14 соответствует соединению с пневматическим ресивером 17 через трубопровод 16.
Работа силовой установки гибридной мобильной машины происходит следующим образом.
При движении мобильной машины на режиме, требующем полной мощности от цилиндра, работа происходит по общепринятому четырехтактному циклу: на такте впуска воздух из трубопровода 9 в смеси с топливом, поступившим из форсунки 10, через открытый впускной клапан 5 поступает в цилиндр 1, после сжатия и рабочего хода поршня 2 отработавшие газы через выпускной клапан 6 поступают в выпускной трубопровод 12. Заслонка 14 при помощи привода 13 при этом находится в положении А. Из трубопровода 12 газы отводятся через трубопровод 15 в систему выпуска отработавших газов.
Для рекуперации энергии торможения мобильной машины цилиндр 1 переводится в режим работы компрессора. Заслонка 14 при помощи привода 13 переводится в положение Б. При этом воздух на такте впуска поступает в цилиндр 1 через впускной клапан 5, подача топлива через форсунку 10 отключается. На такте сжатия впускной клапан 5 закрывается, воздух в цилиндре 1 сжимается и через открытый выпускной клапан 6 поступает в пневматический ресивер 17. Затем выпускной клапан 6 закрывается, а впускной клапан 5 открывается и цикл повторяется. Этот режим может быть получен также и при вращении коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания за счет работы других цилиндров. Другим вариантом накопления энергии в пневматическом ресивере является направление отработавших газов при работе цилиндра 1 в режиме двигателя по четырехтактному циклу. При этом заслонка 14 при помощи привода 13 устанавливается в положение Б.
При работе цилиндра 1 в режиме пневмодвигателя заслонка 14 при помощи привода 13 переводится в положение Б. Воздух из пневматического ресивера 17 через трубопроводы 16 и 12 поступает к выпускному клапану 6, который открывается при перемещении поршня 2 из верхней мертвой точки в нижнюю. Подача топлива через форсунку 10 отключается. Впускной клапан 5 при этом закрыт. Вблизи нижней мертвой точки впускной клапан 5 открывается, а выпускной клапан 6 закрывается. При движении поршня 2 к верхней мертвой точке воздух из цилиндра 1 через впускной клапан 5 вытесняется во впускной трубопровод 9. В верхней мертвой точке выпускной клапан 5 закрывается. Затем цикл повторяется.
Для отключения от работы цилиндра 1 подача топлива форсункой 10 прекращается, впускной 5 и выпускной 6 клапаны постоянно закрыты, в цилиндре 1 при перемещении поршня 2 происходит попеременное сжатие-расширение одного и того же количества воздуха, обеспечивая минимальные механические потери.
Таким образом, использование предложенного изобретения позволяет получить соответствующее повышение топливной экономичности, снижение общей массы силовой установки гибридной мобильной машины.