ДВИГАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ С ПРИВОДОМ ОТ ТУРБОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА
MOTOR OF ELECTROMOBILE WITH DRIVE FROM TURBINE GENERATOR

Изобретение относится к транспортному двигателестроению, а также к энергетическому машиностроению и может быть использовано в качестве модуля, дающего электроэнергию.
Известна «Комбинированная двигательная установка», содержащая двигатель внутреннего сгорания, соединенный валом с ротором электрогенераторами и двигатель Стирлинга, при этом генератор выполнен биротативным с двумя роторами, причем ко второму ротору электрогенератора присоединен вал двигателя Стирлинга. Патент РФ на изобретение №2334891, MПК: F02B 63/04; 2008.09.27. Аналогами также являются следующие российские и зарубежные изобретения: RU №2170625 С1, 20.11.2000; RU №2121586 С1, 10.11.1998; RU №2046967 С1, 27.10.1995; US №4532431 A, 30.07.1985; GB №1448879 A, 08.07.1976; FК №2542810 А1, 21.09.1984. Патент РФ №2176025 «Тепловая электрогенерирующая машина», МПК F02B 71/04, автор Квашенников В.В., 20.11.2001 г., в котором поставлена цель создания энергетического модуля от 40 кВт до 80 кВт для использования его в качестве автономного источника электроэнергии или же для применения его в электромобиле в отрасли двигателестроения. Недостатком этого изобретения является низкий КПД, хотя он прост в изготовлении и эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является «Двухтактный аксиальный двигатель», включающий корпус с компрессионными камерами, две противолежащие ступенчатые цилиндровые группы, соединенные между собой штоками и цилиндром гидронасоса, имеющие два рабочих цилиндра с продувочными и выпускными окнами, установленные с возможностью возвратно-поступательного движения, с размещенными в каждом из них неподвижным поршнем со сферической рабочей поверхностью, имеющим рубашки охлаждения, разделенную камеру сгорания с топливной форсункой и впускными клапанами, сообщенную с рабочей камерой, при этом связанной с нагнетателем воздуха и топливной форсункой, в буртике и пазах корпуса размещен линейный генератор и вибратор запуска, причем на якорях генераторов и на концах штоков магнитных впускных клапанов установлены постоянные магниты, выполненные на основе Nd-Fe-B, причем двигатель снабжен двумя каталитическими камерами в виде стальных цилиндров с насадкой из гранул никеля, входные патрубки камер связаны с коллекторами выхлопных окон рабочих камер двигателя, в свою очередь, выходные топливные патрубки каталитических камер связаны с камерами сгорания, кроме того, каталитическая камеры снабжена газоводом для подачи метана.
Патент РФ на изобретение №2268378, МКИ F02B 71/04; 20.01.06 г.
К недостаткам вышеописанных технических решений относятся невозможность совмещения работы поршневых пар и гидронасосов, приводящих во вращение силовую гидроэлектрическую турбину, а также низкая надежность и высокая стоимость некоторых деталей таких двигателей.
Технический результат предложенного изобретения заключается в повышении экономичности устройства, улучшении его экологических характеристик, за счет использования в качестве топлива водорода, трансформируемого из природного газа - метана и паров воды. Технический результат достигается благодаря тому, что двигатель электромобиля с приводом от турбоэлектрогенератора включает двухтактный двигатель с двумя цилиндропоршневыми группами и линейный генератор, а также каталитическую камеру. Две цилиндропоршневые группы расположены между собой параллельно, и каждая пара поршней соединена между собой двумя кронштейнами, установленными на зубчатых рейках, кинематически связанных с зубчатыми роликами. В центральной части цилиндропоршневой группы расположены топливная форсунка и свеча накаливания. Каталитическая камера снабжена парогенератором с температурой пара 800°С и пористой вставкой из жаропрочной стали с высоким содержанием никеля. При этом двигатель снабжен силовой газовой турбиной, связанной через муфту сцепления с электрогенератором. Последний служит для генерирования электрического тока и зарядки аккумуляторных и конденсаторных батарей, приводящих во вращение асинхронные электродвигатели с обратной связью и осуществляющих через планетарную передачу привод колес электромобиля. Линейный генератор, служащий одновременно вибратором запуска, размещен на центральной оси двигателя.
Линейный генератор снабжен двумя постоянными магнитами в форме цилиндров, выполненными на основе Nd-Fe-В. Один из магнитов служит сердечником, а другой снабжен наружной обмоткой и выполненной внутри цилиндрической осевой полостью, служащей для отталкивающего взаимодействия с сердечником линейного генератора.
На фиг.1 показан общий вид двигателя электромобиля с приводом от электрогенератора.
На фиг.2 показан разрез А-А фиг.1 (показано размещение цилиндропоршневых групп, расположенных между собой параллельно и соединенных между собой двумя кронштейнами с зубчатыми рейками, кинематически связанными с зубчатыми роликами).
Согласно фиг.1 и 2 двигатель электромобиля с приводом от турбоэлектрогенератора включает корпус 1 двухтактного аксиального двигателя с двумя цилиндропоршневыми группами, соединенными между собой штоками 2. Цилиндропоршневые группы имеют два рабочих цилиндра 3 с впускными 4 и выпускными окнами 5. Рабочие поршни 6 установлены с возможностью возвратно-поступательного движения в рабочих цилиндрах 3. Двигатель снабжен воздуховодами 7, связанными с центробежным нагнетателем воздуха 8 и топливными форсунками 9. На центральной оси двигателя размещен линейный генератор 10, служащий одновременно вибратором запуска, который кинематически связан со штоками 2 цилиндропоршневых групп. Линейный генератор 10 снабжен двумя постоянными магнитами 11 и 12, выполненными на основе Nd-Fe-B. Один из них 12 имеет наружную обмотку 13 и выполненную внутри цилиндрическую осевую полость, служащую для отталкивающего взаимодействия с постоянным магнитом 11, выполняющим роль сердечника линейного генератора 10. Двигатель снабжен каталитической камерой 14 в виде стального цилиндра, а входные патрубки 15 камеры 14 связаны с коллекторами 16 выхлопных окон рабочих цилиндров 3 двигателя. В свою очередь, выходные патрубки 17 каталитической камеры 14 связаны с топливными форсунками 9. Каталитическая камера 14 снабжена газоводом 18 для подачи метана. Цилиндропоршневые группы расположены между собой параллельно. Каждая пара поршней 6 соединена между собой двумя кронштейнами 19, установленными на зубчатых рейках 20, которые, в свою очередь, кинематически связаны с зубчатыми роликами 21. При этом конструктивное выполнение кронштейнов 19 и их установка на зубчатые рейки 20, связанные с зубчатыми роликами 21, позволяет осуществлять одновременно с линейным генератором 10 синхронизацию противофазного движения поршней 6 в левом и правом рабочих цилиндрах 3. В центральной части цилиндропоршневой группы расположены топливная форсунка 9 и свеча накаливания 22. Каталитическая камера 14, служащая для получения водорода в качестве топлива для двигателя, снабжена парогенератором 23 с температурой пара 800°С и пористой вставкой 24 из жаропрочной стали с высоким содержанием никеля. Кроме того, двигатель снабжен газовой турбиной 25, связанной через муфту сцепления 26 с электрогенератором 27. Последний служит для генерирования электрического тока и зарядки аккумуляторных и конденсаторных батарей, которые, в свою очередь, приводят во вращение асинхронные электродвигатели с обратной связью и осуществляют привод через планетарную передачу для колес электромобиля.
В выходном патрубке из корпуса двигателя на входе в газовую турбину 25 установлены перепускные клапаны, их количество совпадает с количеством форсунок, а также между радиатором охлаждения 28 и входным патрубком 15 в парогенератор 23 также установлен перепускной клапан.
В подпоршневом пространстве рабочих цилиндров 3 выполнены четыре отверстия для охлаждения и улучшения хода поршня. Для осуществления работы двигателя на метане к каталитической камере 14 подключен через патрубок 18 с обратным клапаном баллон 29 с метаном.
Устройство работает следующим образом. Центробежный воздушный нагнетатель 8, вращаемый электродвигателем, через воздуховоды 7 и через впускные окна 4 подает охлаждающий воздух в рабочие цилиндры 3, заключенные в корпус 1 для сбора газовой смеси. Воздух поступает в камеры сгорания рабочих цилиндров 3, которые имеют топливные форсунки 9 прямоточной продувкой и вытесняет через выпускные окна 5 и коллектор 16 нагретые газы на вход газовой турбины 25.
Оппозитно расположенные, со встречным движением рабочие поршни 6, пригнанные к двум параллельно расположенным рабочим цилиндрам 3 совершают при этом противофазное возвратно-поступательное движение. Линейный генератор 10, служащий одновременно вибратором запуска, размещен на центральной оси двигателя и кинематически связан со штоками 2 цилиндропоршневых групп. Линейный генератор 10 снабжен двумя постоянными магнитами 11 и 12 в форме цилиндров, выполненными на основе Nd-Fe-В. Один из магнитов 11 служит сердечником, а другой 12 снабжен наружной обмоткой 13 и выполненной внутри цилиндрической осевой полостью, служащей для отталкивающего взаимодействия с сердечником линейного генератора 11, что обеспечивает возможность прохождения верхней и нижней «мертвых точек» рабочими поршнями 6 в рабочих цилиндрах 3 и подстройку противофазного движения поршней.
4
2
2
Отработавшие газы направляются на лопатки газовой турбины 25, которая связана с электрогенератором 27. Вылетающие из турбины 25 пары воды, охлаждаются в генераторе пара 23. Следовательно, двигатель может использовать в качестве топлива воду (контейнер с водой) 30 и метан (баллон с метаном) 29. Синхронизация противофазного движения поршней 6 осуществляется благодаря кронштейнам 19, установленным на зубчатых рейках 20, которые, в свою очередь, кинематически связаны с зубчатыми роликами 21. При этом конструктивное выполнение кронштейнов 19 и их расположение на зубчатых рейках 20, связанных с зубчатыми роликами 21, позволяет осуществлять одновременно с линейным генератором 10 синхронизацию противофазного движения поршней 6 в левом и правом рабочих цилиндрах 3. В парогенераторе 23 вода подогревается до температуры 800°С и подается в каталитическую камеру 14 из жаропрочной стали, имеющей пористую вставку 24 (с высоким содержанием Ni), а по патрубку 18 с обратным клапаном одновременно из баллона 29 подается метан высокого давления. Происходит химическая реакция окисления метана водяными парами в присутствии никелевого катализатора CH+НО ---- 3Н+СО.
Через топливные форсунки 9 топливная смесь подается в камеры сгорания рабочих цилиндров 3. Отработавшие горючие газы выводятся в радиатор охлаждения 28 с целью рециркуляции воды и подачи ее в парогенератор 23. Высокая скорость сгорания водородно-воздушной смеси так же, как температура сгорания, достигающая 2045°С, позволяют повысить кпд и снизить затраты топлива. Свечи накаливания 22 способствуют зажиганию водородно-воздушной смеси при температуре 574°С. Вода является хорошим оксидантом, а ее рециркуляция уменьшает количество экологически вредных веществ в выхлопных газах, что снижает засорение атмосферы и парниковый эффект над городами.