CS228380B1

CS228380B1 - Motor-compressor with pneumatic energy storage for driving the vehicle

Info

Publication number: CS228380B1
Application number: CS183482A
Authority: CS
Inventors: Lubomir Ing Vacovsky
Original assignee: Lubomir Ing Vacovsky
Priority date: 1982-03-17
Filing date: 1982-03-17
Publication date: 1984-05-14

Abstract

V sacím potrubí motorkompres.oiru je přes nízkotlaký ventil napojen nízkotlaký zásobník a na výfukovém potrubí je přes vysokotlaký ventil, přes regenerační výměník a přes ovládací ventil, napojen vysokotlaký zásobník. Na nízkotlaký zásobník je přes doplňovací ventil napojen pomocný zásobník. Sací a výfukový ventil motorkoímpresoru, jakož i nízkotlaký, vysokotlaký a ovládací ventil, jsou napojeny na elektrohydraulický převodník napojený na mikroprocesor. Mikroprocesor je napojen na pedál akcelerátoru a brzdy, na snímač otáček a na tlakové snímače na nízkotlakém zásobníku, na přívodní olejové trubce a na vysokotlakém zásobníku.In the suction line of the motor compressor, a low-pressure reservoir is connected via a low-pressure valve, and on the exhaust line, a high-pressure reservoir is connected via a high-pressure valve, via a regeneration exchanger and via a control valve. An auxiliary reservoir is connected to the low-pressure reservoir via a make-up valve. The suction and exhaust valves of the motor compressor, as well as the low-pressure, high-pressure and control valves, are connected to an electro-hydraulic converter connected to a microprocessor. The microprocessor is connected to the accelerator and brake pedals, to the speed sensor and to the pressure sensors on the low-pressure reservoir, on the oil supply pipe and on the high-pressure reservoir.

Description

(54) Motorkompresor s pneumatickou akumulací energie pro pohon vozidla(54) Motor compressor with pneumatic energy storage for vehicle propulsion

V sacím potrubí motorkompres.oiru je přes nízkotlaký ventil napojen nízkotlaký zásobník a na výfukovém potrubí je přes vysokotlaký ventil, přes regenerační výměník a přes ovládací ventil, napojen vysokotlaký zásobník. Na nízkotlaký zásobník je přes doplňovací ventil napojen pomocný zásobník. Sací a výfukový ventil motorkoímpresoru, jakož i nízkotlaký, vysokotlaký a ovládací ventil, jsou napojeny na elektrohydraulický převodník napojený na mikroprocesor. Mikroprocesor je napojen na pedál akcelerátoru a brzdy, na snímač otáček a na tlakové snímače na nízkotlakém zásobníku, na přívodní olejové trubce a na vysokotlakém zásobníku.In the intake manifold of the motorcycle compressor, a low pressure reservoir is connected via a low pressure valve, and a high pressure reservoir is connected to the exhaust manifold via a high pressure valve, a regeneration exchanger and a control valve. The auxiliary tank is connected to the low-pressure tank via a make-up valve. The intake and exhaust valves of the motor-compressor, as well as the low-pressure, high-pressure and control valves, are connected to an electro-hydraulic converter connected to the microprocessor. The microprocessor is connected to the accelerator and brake pedals, the speed sensor, and the pressure sensors on the low pressure reservoir, the oil supply pipe, and the high pressure reservoir.

Vynález se týká motorkompresoru s pneumatickou akumulací energie pro pohon vozidla při rozjezdu.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor compressor with pneumatic energy storage for driving a vehicle when starting off.

Při provozu spalovacích motorů pohánějících vozidla s proměnným pracovním režimem, tj. s častým rozjížděním a zastavováním, dochází k velké ztrátě energie a tudíž i k vysoké spotřebě pohonných hmot. U posunovacích lokomotiv se neustále rozjíždí a opět brzdí lokomotiva i se soupravou vagónů. U městských autobusů s poměrně krátkou vzdáleností zastávek a s velkým počtem řízených křižovatek dochází k neustálému rozjíždění a brzdění. Při rozjezdu a při stání ve stanici dochází k nadměrnému vzniku exhalací, při brzdění k nevratnému maření energie a opotřebení brzd.The operation of internal combustion engines driving vehicles with variable operating modes, i.e. frequent starting and stopping, results in a large loss of energy and thus a high fuel consumption. In shunting locomotives, the locomotive and the wagon set are constantly starting and braking again. City buses with a relatively short stopping distance and a large number of intersections are subject to constant starting and braking. During start-up and when standing in the station, there is excessive formation of exhalations, during braking irreversible energy loss and brake wear.

Problémem akumulace energie při brzdění pro potřebu následujícího rozjezdu se zabývá řada světových výrobců vozidel.The problem of energy storage during braking for the next start-up is addressed by a number of global vehicle manufacturers.

Známý je pohon vozidla se spalovacím motorem s hydrostatickou převodovkou a setrvačníkem, který se při brzdění vozidla roztočí a v setrvačníku naakumulovaná mechanická energie se využije při následném rozjezdu vozidla. Nevýhodou tohoto zařízení je potřeba složité a tudíž i nákladné hydrostatické převodovky.It is known to drive a vehicle with an internal combustion engine with a hydrostatic transmission and a flywheel which rotates when the vehicle is braked and the mechanical energy accumulated in the flywheel is used for the subsequent start-up of the vehicle. The disadvantage of this device is the need for complex and therefore expensive hydrostatic transmissions.

Známý je pohon vozidla se spalovacím motorem a akumulací energie ve stlačeném plynu nad hladinou kapaliny použité k hydrostatickému pomocnému pohonu při rozjezdu vozidla. Nevýhodou tohoto rekuperačního zařízení je jeho poměrně malá akumulační kapacita.It is known to drive a vehicle with an internal combustion engine and to store energy in the compressed gas above the surface of the liquid used to hydrostatically assist the vehicle when the vehicle starts. The disadvantage of this recuperation device is its relatively low storage capacity.

Známé je zařízení na využití energie ve výfukových plynech spalovacího motoru k pohonu setrvačníku turbinou na výfukové plyny a využití energie v setrvačníku k pohonu elektromotoru (DOS 2 941 902). Nevýhodou tohoto zařízení je poměrně malý zisk energie.Known is an apparatus for utilizing energy in the exhaust gases of an internal combustion engine to drive a flywheel through an exhaust gas turbine and utilizing energy in the flywheel to drive an electric motor (DOS 2 941 902). The disadvantage of this device is the relatively low power gain.

Známý je též integrovaný spalovací motor pro¹ pohon vozidel s využitím energie zbylé v motoru po ukončení pracovního procesu a její přeměny v systému více hydropneumatických tlakových okruhů v kroutící moment, převedený na klikový hřídel spalovacího motoru (DOS 3 005 631). Nevýhodou tohoto motoru je poměrně malý zisk energie při značné složitosti integrovaného motoru.Also known is an integrated internal combustion engine for ^one drive of vehicles utilizing the energy remaining in the engine after the working process and converting it into a system of multiple hydropneumatic pressure circuits to torque converted to a crankshaft of an internal combustion engine (DOS 3 005 631). The disadvantage of this motor is the relatively low power gain with the considerable complexity of the integrated motor.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje motorgenerátor s pneumatickou akumulací energie podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na sací potrubí motorkompresoru je přes nízkotlaký ventil napojen nízkotlaký zásobník a na výfukové potrubí je přes vysokotlaký ventil, přes regenerační výměník a přes ovládací ventil napojen vysokotlaký zásobník. Na nízkotlaký zásobník je přes doplňovací ventil napojen pomocný zásobník. Sací a výfukový ventil motorkompresoru, jakož i nízkotlaký, vysokotlaký a ovládací ventil jsou napojeny na elektrohydraulický převodník napojený na mikroprocesor. Ten je napojen na pedál akcelerátoru a brzdy, na snímač otáček a na tlakové snímače na nízkotlakém zásobníku, na přívodní olejové trubce a na vysokotlakém zásobníku.The above-mentioned disadvantages are overcome by the pneumatic energy storage motor generator according to the invention, characterized in that a low-pressure reservoir is connected to the motor-compressor suction line via a low-pressure valve and a high-pressure reservoir is connected to the exhaust line via a high pressure valve. The auxiliary tank is connected to the low-pressure tank via a make-up valve. The motor-compressor intake and exhaust valves as well as the low-pressure, high-pressure and control valves are connected to an electro-hydraulic converter connected to the microprocessor. It is connected to the accelerator and brake pedals, the speed sensor and the pressure sensors on the low pressure reservoir, the oil supply pipe and the high pressure reservoir.

Výhoda motorkompresoru s pneumatickou akumulací energie podle vynálezu spočívá v tom, že motorkompresor pracuje při brzdění vozidla v kompresorovém režimu a vytlačuje vzduch z nízkotlakého zásobníku přes regenerační výměník do vysokotlakého zásobníku, přičemž ve výměníku se odnímá stlačenému vzduchu teplo vzniklé kompresí. Při rozjezdu vozidla proudí stlačený vzduch z vysokotlakého zásobníku přes výměník cto motorkompresoru pracujícího v režimu vzduchotlakého expanzního motoru. Vzduch ohřátý ve výměníku v motoru expanduje a předá mu větší část energie získané předchozím brzděním.An advantage of a pneumatic energy storage motor compressor according to the invention is that the motor compressor operates in compressor mode when braking the vehicle and expels air from the low pressure reservoir via the regenerative heat exchanger to the high pressure reservoir, whereby the heat generated by the compressed air is removed. When the vehicle starts, the compressed air flows from the high-pressure accumulator through the exchanger to the motor-compressor operating in the air-pressure expansion engine mode. The air heated in the heat exchanger in the engine expands and gives it the greater part of the energy obtained by the previous braking.

Příkladné provedení motorkompresoru s pneumatickou akumulací energie podle vynálezu je znázorněno na připojeném výkresu.An exemplary embodiment of a pneumatic energy storage motor compressor according to the invention is shown in the accompanying drawing.

Motorkompresor 1 má v sacím potrubí 2 čistič vzduchu 3 a nízkotlaký ventil 4, napojený na nízkotlaký zásobník 5. Vstřikovač 6 v hlavě válce 7 je napojen vstřikovací čerpadlo 8. Ve výfukovém potrubí 9 je vysokotlaký ventil 10, napojený na vysokotlaký zásobník 11 přes regenerační výměník 12 a ovládací ventil 13. Sací ventil 14 a výfukový ventil 15 v hlavě válce 7, jakož i nízkotlaký ventil 4, vysokotlaký ventil 10 a ovládácí ventil 13 jsou napojeny na elektrohydraulický převodník 16. Tlakový olej do převodníku 16 dodává vysokotlaké olejové čerpadlo 17 přes zpětný ventil 18 a zásobník tlakového oleje 19 přívodní trubkou 20. Odpadní olej je z převodníku 16 odváděn odpadní trubkou 21 do karteru motorkompresoru 1. Na převodník 16 je napojen mikroprocesor 22, do kterého vstupují přívody od pedálu akcelerátoru 23, od pedálu brzdy 24, ze snímače otáček 25 v motorkompresoru 1, z tlakového snímače 26 na nízkoitlakém zásobníku 5, z tlakového snímače 27 na přívodní olejové trubce 20 a z tlakového snímače 28 na vysokotlakém zásobníku 11. Na nízkotlaký zásobník 5 je přes doplňovací ventil 29, ovládaný mikroprocesorem 22, napojen pomocný zásobník 30. V pomocném zásobníku 30 je stlačený vzduch pro ovládání brdzy, dveří atp.,The motor compressor 1 has an air cleaner 3 and a low pressure valve 4 in the intake manifold 2, connected to the low pressure reservoir 5. The injector 6 in the cylinder head 7 is connected to an injection pump 8. In the exhaust manifold 9 there is a high pressure valve 10 connected to the high pressure reservoir 11 via a regenerative exchanger. 12 and the control valve 13. The intake valve 14 and the exhaust valve 15 in the cylinder head 7, as well as the low pressure valve 4, the high pressure valve 10 and the control valve 13 are connected to an electrohydraulic converter 16. Pressure oil to the converter 16 supplies the high pressure oil pump 17 via a return a valve 18 and a pressure oil reservoir 19 through the inlet pipe 20. The waste oil is discharged from the converter 16 through the outlet pipe 21 into the motor compressor carriage 1. The microprocessor 22 is connected to the converter 16 and the inlets from the accelerator 23 speed 25 in the motor-compressor 1, from the pressure sensor 26 to the low A pressure reservoir 5, a pressure sensor 27 on the oil supply pipe 20, and a pressure sensor 28 on the high pressure reservoir 11 are connected to the low pressure reservoir 5 via a replenishment valve 29 controlled by the microprocessor 22. brakes, doors, etc.,

Funkce motorkompresoru je následující: Při normálním pracovním režimu motorkompresoru pracují sací ventily 14, výfukové ventily 15, ovládané elektrohydrauiickým převodníkem 16 a mikroprocesorem 22, tak jak to vyžaduje pracovní režim spalovacího motoru a vstřikovací čerpadlo 8 dodává palivo do vstřikovače 6. Při tom jsou nízkotlaký ventil 4 i vysokotlaký ventil 10 v dolní poloze.The function of the motor-compressor is as follows: In the normal operating mode of the motor-compressor, the intake valves 14, exhaust valves 15 operated by the electrohydraulic transducer 16 and microprocessor 22 operate as required by the internal combustion engine operating mode and the injection pump 8 delivers fuel to the injector 6. 4 and the high pressure valve 10 in the down position.

Při odlehčení pedálu akcelerátoru 23 přestane vstřikovací čerpadlo 8 dodávat palivo do válců a ty se vypláchnou vzduchem. PoWhen the accelerator pedal 23 is released, the injection pump 8 stops supplying fuel to the cylinders and these are flushed out with air. After

2 8 3 8 O2 8 3 8 O

5 stlačení pedálu brzdy 24 se na zásah mikroprocesoru 22 a elektrohydraulického převodníku 1S nízkotlaký ventil 4 i vysokotlaký ventil 10 přesunou do horní polohy a ovládací ventil 13 se otevře. Sací ventily 14 a výfukové ventily 15 na základě obdobného zásahu počnou pracovat v režimu kompresoru. Motorkompresor, poháněný koly setrvačností dojíždějícího vozidla, nasává vzduch z nízkotlakého zásobníku 5 a stlačuje jej přes regenerační výměník 12 do vysokotlakého zásobníku 11. Mikroprocesor 22 zpracovává údaje ze snímačů 25, 26, 27 a 28 a reguluje podle polohy pedálu brzdy 24 časování ventilů 14, 15 tak, aby stlačování vzduchu a jemu odpovídající příkon nwtorkompresoru 1 odpovídal potřebám brzdění vozidla. Po zastavení vozidla mikroprocesor 22, na základě impulsu ze snímače otáček 25, uzavře ovládací ventil 13 a zabrzdí vozidlo. Poklesne-li v nízkotlakém zásobníku 5 tlak vzduchu pod provozně ekonomickou hodnotu, což zjistí mikroprocesor 22 pomocí snímače 18 na nízkotlakém zásobníku 5, doplní se vzduch z pomocného zásobníku 20.5, when the brake pedal 24 is depressed, both the low-pressure valve 4 and the high-pressure valve 10 are moved to the up position to actuate the microprocessor 22 and the electro-hydraulic converter 16 and the control valve 13 opens. The intake valves 14 and exhaust valves 15 will start to operate in compressor mode on the basis of a similar intervention. An inertia-driven motor compressor sucks air from the low pressure reservoir 5 and compresses it through the regenerative heat exchanger 12 into the high pressure reservoir 11. The microprocessor 22 processes data from sensors 25, 26, 27 and 28 and adjusts valve timing 14 according to brake pedal position. 15 so that the air compression and the corresponding power input of the compressor 1 correspond to the braking needs of the vehicle. Upon stopping the vehicle, the microprocessor 22, upon impulse from the speed sensor 25, closes the control valve 13 and brakes the vehicle. If the air pressure in the low-pressure reservoir 5 drops below an economical value, as detected by the microprocessor 22 by means of a sensor 18 on the low-pressure reservoir 5, the air from the auxiliary reservoir 20 is replenished.

Při rozjezdu se vozidlo odbrzdí a ovládací ventil 13 se otevře. Jelikož motorkompresor 1 nepracuje, olejové čerpadlo nedodává olej a tlakový olej se odebírá ze zásobníku tlakového oleje 19. Mikroprocesor 22 podle impulsů od pedálu akcelerátoru 23 a ze snímačů 25, 26, 27 a 28 řídí časování sacích a výfukových ventilů 14, 15 tak, aby motorkompresor 1 pracoval v režimu tlakovzdušného· motoru s regulací výkonu podle polohy pedálu akcelerátoru 23. Stlačený vzduch proudí z vysokotlakého zásobníku 11, ohřívá se v regeneračním výměníku 12, expanduje ve válcích motorkompresoru 1 a proudí do nízkotlakého zásobníku 5. Při snížení tlakového spádu mezi vysokotlakým zásobníkem 11 a nízkotlakým zásobníkem 5 pod provozně ekonomickou hodnotu nastaví mikroprocesor 22 pomocí elektrohydraulického převodníku 16 sací a výfukové ventily 14, 15 do režimu spalovacího motoru. Zároveň se přesune nízkotlaký ventil 4 i vysokotlaký ventil 10 do dolní polohy, ovládací ventil 13 se uzavře a vstřikovací čerpadlo 8 počne dodávat palivo do vstřikovače 6. Při dalším brzdění se celý cyklus opakuje. Obdobným způsobem se akumuluje pneumatická energie ve vysokotlakém zásobníku 11 během brzdění vozidla při jízdě s kopce nebo při snižování rychlosti vozidla, Akumulovaná energie se využívá při následující akceleraci vozidla. Regeneračním výměníkem 12 se snižuje tepelné namáhání vysokotlakého zásobníku 11, zvyšuje se výkon motorkompresoru 1 při pracovním režimu tlakovzdušného motoru, zvyšuje účinnost celého cyklu a zabraňuje nadměrnému podchlazení pracovního prostoru motorkompresoru 1 při expanzi vzduchu. Tím se usnadní přechod na pracovní režim spalovacího motoru.When starting, the vehicle is released and control valve 13 opens. Since the motor compressor 1 does not operate, the oil pump does not supply oil and the pressurized oil is removed from the pressure oil reservoir 19. The microprocessor 22 controls the timing of the intake and exhaust valves 14, 15 according to pulses from the accelerator pedal 23 and sensors 25, 26, 27 and 28. the compressor 1 operated in a compressed air mode with power regulation according to the position of the accelerator pedal 23. The compressed air flows from the high pressure reservoir 11, heats in the regeneration exchanger 12, expands in the cylinders of the compressor 1 and flows into the low pressure reservoir 5. By means of an electrohydraulic converter 16, the inlet and exhaust valves 14, 15 are set to the internal combustion engine mode. At the same time, the low pressure valve 4 and the high pressure valve 10 are moved to the down position, the control valve 13 is closed, and the injection pump 8 begins to supply fuel to the injector 6. During further braking, the entire cycle is repeated. Similarly, the pneumatic energy accumulates in the high-pressure accumulator 11 during braking of the vehicle while driving downhill or when the vehicle speed is decreasing. The accumulated energy is utilized in the subsequent acceleration of the vehicle. The regenerative heat exchanger 12 reduces the thermal stress on the high-pressure accumulator 11, increases the performance of the motor-compressor 1 during the operation mode of the compressed air engine, increases the efficiency of the entire cycle and prevents excessive super-cooling of the motor-compressor 1 working space. This facilitates the transition to an internal combustion engine operating mode.

Claims

Subject

Motor compressor with pneumatic energy storage for driving a vehicle, characterized in that a low pressure accumulator (5j) is connected to the suction line (2) of the motor compressor (1) via a low pressure valve (4) and to the exhaust pipe (9) via a high pressure valve (10). ), a high-pressure reservoir (11i) is connected via a regeneration exchanger (12) and a control valve (13), the auxiliary reservoir (30) being connected to the low-pressure reservoir (5) via a replenishment valve (29).

Motor compressor according to claim 1, characterized in that the low-pressure valve (4), the high-pressure valve (10) and the control valve (13), the injection pump (8) and the invention (29), the inlet valve (14) and the exhaust valve (15) are connected to an electrohydraulic transducer (16) connected by a supply tube (20) via a pressure oil reservoir (19) to a high pressure pump (17), the electrohydraulic transducer (161 being connected to a microprocessor (22)).

Motorcycle compressor according to claim 2, characterized in that the accelerator pedal (23), the brake pedal (24), the speed sensor (25), such a sensor (28) on the low pressure reservoir (5), a pressure sensor are connected to the microprocessor (22). (27) on the oil supply pipe (20) and the pressure sensor (28) on the high pressure reservoir (10).