КОМБИНИРОВАННАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
COMBINED ENERGY INSTALLATION

Изобретение относится к автомобильному транспорту, а именно к энергетическим установкам для него, и может использоваться для установки как на крупнотоннажный грузовой транспорт, так и на автобусы, преимущественно магистральные.
Больше столетия безраздельно царствовавшие на автомобильном транспорте карбюраторные и дизельные двигатели внутреннего сгорания, в последнее время начинают понемногу тесниться электрическими и комбинированными энергетическими установками (далее КЭУ). Но в основе всех КЭУ все тот же многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. Конструктивно сложный, дорогой и крайне неэкономичный.
Целью изобретения является создание автомобильной КЭУ, лишенной этих недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что в КЭУ, содержащей свободнопоршневой двигатель с горизонтальным расположением рабочего цилиндра и с кривошипно-поршневым механизмом отбора мощности, по изобретению, кривошипно-поршневой механизм располагается вне рабочего цилиндра двигателя и соединяется с его демпферной камерой двухзвенным трубопроводом с шарнирным сочленением звеньев и имеющим возможность качательных перемещений, а рабочий цилиндр двигателя уложен на скользящие опоры, с возможностью подачи сжатого воздуха между контактирующими поверхностями. При этом на одном из шарниров трубопровода установлена пружина кручения двухстороннего действия. Для подвода свежего воздуха к двигателю и отвода от него отработанных газов, также использованы двухзвенные трубопроводы с шарнирным сочленением звеньев и имеющие возможность качательных перемещений.
На фиг. 1 изображена КЭУ, вид сверху. На фиг. 2 - вид А.
КЭУ включает в себя свободнопоршневой двигатель (далее СПД) 1, с горизонтально расположенным рабочим цилиндром 2 и поршнем 3 (см. заявку RU №2016124904) внутри. Цилиндр 2 уложен на раму 4, с использованием скользящих опор 5. Поршень 3 одним торцом взаимодействует с камерой сгорания 6, а другим с демпферной камерой 7. С помощью двухзвенных трубопроводов 8, с шарнирами 9, демпферная камера 7 взаимодействует с кривошипно-поршневым механизмом отбора мощности 10. Последний содержит рабочий цилиндр 11, с поршнем 12 и кривошипом 13 внутри. Выходной вал кривошипа 13 соединяется с электрическим генератором 14, с использованием муфты 15. Подвод свежего воздуха к рабочему цилиндру 2 осуществляется посредством двухзвенного трубопровода 16, а отвод отработанных газов осуществляется посредством двухзвенного трубопровода 17.
КЭУ действует следующим образом. Собранный СПД укладывается на скользящие опоры 5 и компрессором (не показан) в зазор между контактирующими поверхностями подается сжатый воздух, образуя пленочную воздушную подушку. Запуск СПД в работу и последующий технологический режим осуществляются в полном соответствии с описанием базового изобретения (патент RU №2584769). После выхода на рабочий режим, с постоянной частотой вращения кривошипа 13, генератор 14 начинает поставлять наработанную электроэнергию как электрическим аккумуляторам, так и приводным электродвигателям в шасси автомобиля (не показаны). Обеспечение стабильного среднего положения СПД относительно рамы 4, в процессе его продольных перемещений на опорах 5, осуществляется с помощью пружины кручения, двухстороннего действия, установленной на одном из шарниров 9 (не показана). Поддержание стабильной частоты вращения кривошипа 13 (может быть разной) осуществляется с использованием электрических аккумуляторов (комбинированная схема).
При установке на автомобиль двух КЭУ, во время движения по городу, одна из них отключается. На большегрузные внедорожные автомобили (карьерные самосвалы) должны устанавливаться КЭУ более крупные, чем та, что представлена в расчетных технических характеристиках.
РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Наружный диаметр рабочего поршня - 300 мм.
Ход рабочего поршня - 1500 мм.
Степень сжатия воздуха в камере сгорания 25÷30.
Скорость движения поршня (средняя) 30÷50 м/сек.
Частота вращения коленчатого вала 750÷1200 об/мин.
Средняя температура рабочего цикла 420÷450°С.
Развиваемая мощность 150÷250 л.с
Эффективное КПД 60÷65%.
Столь высокое, по меркам существующих тепловых машин (в частности, дизельных двигателей) КПД, объясняется высокой степенью сжатия (обеспечивается отсутствием прямой механической связи между рабочим поршнем и кривошипно-поршневым механизмом отбора мощности). Почти полным расширением продуктов сгорания (обеспечивается большим рабочим ходом поршня). Отсутствием необходимости в охлаждении рабочего цилиндра (обеспечивается низкой средней температурой рабочего цикла, а также отсутствием боковых нагрузок на рабочий поршень и его большим диаметром. Допускающим относительно большой зазор между боковыми стенками поршня и рабочего цилиндра). И относительно большой продолжительностью рабочего цикла (обеспечивается более полное сгорание топлива).