RU2421347C1

RU2421347C1 - Hybrid pneumatic vacuum power plant of transport facility

Info

Publication number: RU2421347C1
Application number: RU2010105432/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Алексеевич Курбаков (RU); Александр Алексеевич Курбаков
Original assignee: Александр Алексеевич Курбаков
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2011-06-20
Also published as: RU2010105432A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to automotive industry, namely, to hybrid power plants driven by two drive force sources, i.e. those of vacuum and air. Proposed power plant comprises engine 1, air accumulator 4, vacuum accumulator 5, pneumatic vacuum pump/compressor 2 mounted on said engine 1, reversing assembly made up of four 7…10 or eight solenoid valves and wheel pneumatic vacuum motors 11. Rotor of said pump/compressor 2 is shifted toward exhaust branch pipe while that of said wheel pneumatic vacuum motors 11 is displaced toward housing top, their intake and exhaust branch pipes are inclined at, at least, 45° to said housing. Engine may represent either ICE or gas turbine engine.

EFFECT: higher efficiency, reduced fuel consumption and harmful emissions by some 40-60%, ruling out gearbox, compliance with EURO standard 5-6.

5 cl, 5 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к гибридным силовым установкам транспортных средств, предназначенным для одновременного использования 2-х источников энергии.The claimed invention relates to transport engineering, and in particular to hybrid power plants of vehicles designed for the simultaneous use of 2 energy sources.

Ранее была разработана пневмовакуумная силовая установка транспортного средства, на которую получен патент РФ на полезную модель №80800 (заявка №2008140270 от 09.10.2008 г).Previously, a pneumatic vacuum propulsion system of a vehicle was developed, for which a patent of the Russian Federation for utility model No. 80800 was obtained (application No. 2008140270 of 09.10.2008).

Разработанная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства содержит установленные на выхлопной трубе двигателя внутреннего сгорания газовые турбины с навесным оборудованием, в том числе с вакуумным и/или пневматическим насосом, и имеющие регулировочные заслонки; трубопроводы с электромагнитными и обратными клапанами для циркуляции рабочей среды. Также силовая установка включает установленные на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания пневматический и/или вакуумный, и/или пневмовакуумный мотор, расположенные на выхлопной трубе эжекторы с навесным оборудованием, эжекторную насадку для монтажа дополнительного навесного оборудования; турбокомпрессор, механический компрессор, дополнительную турбину наддува в паре с вакуумным или пневматическим мотором, ресивер, не менее одного; форсунки подачи сжатого воздуха, регуляторы давления сжатого воздуха; перепускную линию с заслонками.The developed pneumatic vacuum power plant of the vehicle comprises gas turbines mounted on the exhaust pipe of an internal combustion engine with attachments, including with a vacuum and / or pneumatic pump, and having adjusting dampers; pipelines with electromagnetic and non-return valves for circulating the working medium. The power plant also includes a pneumatic and / or vacuum and / or pneumatic vacuum motor mounted on the crankshaft of the internal combustion engine, ejectors with attachments located on the exhaust pipe, an ejector nozzle for mounting additional attachments; turbocharger, mechanical compressor, additional boost turbine paired with a vacuum or pneumatic motor, receiver, at least one; compressed air nozzles, compressed air pressure regulators; bypass line with dampers.

Эта установка работает в замкнутом цикле, использует пневмо- и вакуумную силу, позволяет повысить мощность двигателя внутреннего сгорания, уменьшить расход топлива, снизить токсичность выхлопных газов, однако в недостаточном объеме. Установка дает малую производительность, т.к. использует энергию выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания и отдача вакуума в ней - минимальна.This installation works in a closed cycle, uses pneumatic and vacuum force, allows you to increase the power of the internal combustion engine, reduce fuel consumption, reduce toxicity of exhaust gases, but in insufficient volume. Installation gives low productivity, because uses the energy of the exhaust system of an internal combustion engine and the return of vacuum in it is minimal.

Заявляемая в качестве изобретения установка решает задачу одновременного использования в закрытом цикле двух источников энергии: силу вакуума и пневмо, с автоматическим или ручным реверсным переключением в процессе движения транспортного средства на задний ход для сокращения тормозного пути, и где в качестве основного привода пневмовакуумного насос-компрессора используется двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель, работающие на жидком или газообразном топливе, возможно и на твердом топливе. Для отражения особенности силовой установки ей дано название - гибридная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства. При использовании данной конструкции силовой установки значительно по сравнению с разработанной ранее силовой установкой повышается коэффициент полезного действия, уменьшается расход топлива от 40 до 60%, сокращается в 2 раза количество вредных выбросов в атмосферу. Появляется возможность использовать двигатель меньшей мощности, отказаться от коробки перемены передач и соответствовать стандартам Евро 5-6.The invention claimed as an invention solves the problem of simultaneous use of two energy sources in a closed cycle: vacuum force and air, with automatic or manual reverse switching during reverse movement of the vehicle to reduce the braking distance, and where as the main drive of the pneumatic vacuum pump-compressor An internal combustion engine or a gas turbine engine using liquid or gaseous fuels, possibly solid fuels, is used. To reflect the features of the power plant, it was given the name - a hybrid pneumatic vacuum power plant of the vehicle. When using this design of the power plant, compared with the previously developed power plant, the efficiency is increased, fuel consumption is reduced from 40 to 60%, the amount of harmful emissions into the atmosphere is reduced by 2 times. There is an opportunity to use a lower power engine, abandon the gearbox and comply with Euro 5-6 standards.

Технический результат достигается тем, гибридная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства содержит двигатель, пневматический аккумулятор, вакуумный аккумулятор, трубопроводы с электромагнитными клапанами. Отличительной особенностью является то, что установка содержит пневмовакуумный насос-компрессор, смонтированный на двигателе, реверсный узел, состоящий из четырех или восьми электромагнитных клапанов, колесные пневмовакуумные моторы. Причем ротор пневмовакуумного насос-компрессора выполнен со смещением в сторону выпускного патрубка, а колесные пневмовакуумные моторы выполнены со смещением ротора к корпусу в верхней части и с расположением входного и выпускного патрубков с наклоном под углом не менее 45° к корпусу.The technical result is achieved by the fact that the hybrid pneumatic vacuum power plant of the vehicle contains an engine, a pneumatic accumulator, a vacuum accumulator, pipelines with electromagnetic valves. A distinctive feature is that the installation contains a pneumatic vacuum pump-compressor mounted on the engine, a reverse unit consisting of four or eight solenoid valves, wheeled pneumatic vacuum motors. Moreover, the rotor of the pneumatic vacuum pump-compressor is made with an offset towards the exhaust pipe, and the wheel pneumatic vacuum motors are made with the rotor offset to the housing in the upper part and with the location of the inlet and outlet pipes with an angle of at least 45 ° to the housing.

В качестве двигателя транспортного средства используется двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель.As a vehicle engine, an internal combustion engine or a gas turbine engine is used.

Установка может содержать дополнительный пневмовакуумный насос-компрессор, установленный на двигатель внутреннего сгорания или газотурбинный двигатель.The installation may include an additional pneumatic vacuum pump-compressor mounted on an internal combustion engine or a gas turbine engine.

На выпускной трубе двигателя внутреннего сгорания или газотурбинного двигателя может быть смонтирована перепускная линия с заслонкой и газотурбина. А на газотурбине может быть установлен генератор, соединенный с аккумулятором, или дополнительный пневмовакуумный насос-компрессор.An overflow line with a damper and a gas turbine can be mounted on the exhaust pipe of the internal combustion engine or gas turbine engine. And on a gas turbine a generator connected to a battery or an additional pneumatic vacuum pump-compressor can be installed.

Сущность заявляемой гибридной пневмовакуумной силовой установки поясняется графическими материалами.The essence of the inventive hybrid pneumatic vacuum power plant is illustrated by graphic materials.

На фиг.1 показана схема гибридной пневмовакуумной силовой установки транспортного средства с приводом на одну ось.Figure 1 shows a diagram of a hybrid pneumatic vacuum power plant vehicle with a single axis drive.

На фиг.2 показана схема гибридной пневмовакуумной силовой установки транспортного средства в режиме полного привода.Figure 2 shows a diagram of a hybrid pneumatic vacuum power plant of the vehicle in four-wheel drive mode.

На фиг.3 показана схема гибридной пневмовакуумной силовой установки транспортного средства с приводом на одну ось в другой компоновке.Figure 3 shows a diagram of a hybrid pneumatic vacuum power plant of a vehicle with a drive on one axis in another layout.

На фиг.4 показан колесный пневмовакуумный мотор.Figure 4 shows a wheeled pneumatic vacuum motor.

На фиг.5 показан пневмовакуумный насос-компрессор.Figure 5 shows a pneumatic vacuum pump-compressor.

Заявляемая гибридная пневмовакуумная силовая установка транспортного средства содержит двигатель 1, преимущественно двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или газотурбинный двигатель (ГД), соединенный с пневмовакуумным насос-компрессором 2 в едином блоке (фиг.2, 3) или посредством муфты включения 3 (фиг.1), пневматический аккумулятор 4 высокого давления с аварийным клапаном 6, вакуумный аккумулятор 5, реверсный узел, состоящий из четырех электромагнитных клапанов 7, 8, 9, 10 (фиг.1, 3) или восьми в полноприводном варианте (фиг.2) электромагнитных клапанов 7, 8, 9, 10,23, 24, 25, 26; колесные пневмовакуумные моторы 11, установленные на колеса 12 транспортного средства, пневматический регулятор 21 числа оборотов. На выпускной трубе 13 двигателя 1, ДВС или ГД, могут быть смонтированы газотурбина 16, перепускная линия 15 с установленной в ней заслонкой 14 для регулирования числа оборотов генератора 17 (фиг.1.2), установленного на газотурбине 16 и служащего для дополнительной зарядки аккумулятора 18. При другой компоновке на газотурбину 16 устанавливают пневмовакуумный насос-компрессор 22 малой мощности по сравнению с пневмовакуумным насос-компрессором 2 (фиг.3). Силовая установка может содержать дополнительный (резервный) пневмовакуумный насос-компрессор 19, установленный на двигатель 1 (фиг.1, 2).The inventive hybrid pneumatic-vacuum power plant of the vehicle contains an engine 1, mainly an internal combustion engine (ICE) or a gas turbine engine (DG), connected to a pneumatic vacuum pump-compressor 2 in a single unit (Fig. 2, 3) or by means of a clutch 3 (Fig. 1), a high-pressure pneumatic accumulator 4 with an emergency valve 6, a vacuum accumulator 5, a reverse assembly consisting of four electromagnetic valves 7, 8, 9, 10 (Figs. 1, 3) or eight in an all-wheel drive version (Fig. 2) of electromagnetic clap nov 7, 8, 9, 10.23, 24, 25, 26; wheeled pneumatic vacuum motors 11 mounted on the wheels of the vehicle 12, a pneumatic speed controller 21. On the exhaust pipe 13 of the engine 1, internal combustion engine or main engine, a gas turbine 16 can be mounted, a bypass line 15 with a shutter 14 installed in it to regulate the speed of the generator 17 (Fig. 1.2) installed on the gas turbine 16 and used to additionally charge the battery 18. In another arrangement, a low-power pneumatic vacuum pump-compressor 22 is installed on a gas turbine 16 in comparison with a pneumatic vacuum pump-compressor 2 (Fig. 3). The power plant may contain an additional (backup) pneumatic vacuum pump-compressor 19 mounted on the engine 1 (Fig.1, 2).

Применяемый в установке пневмовакуумный насос-компрессор 2, 19 (фиг.5) содержит корпус 31, ротор 29, вал 27 ротора 29, рабочие пластины (лопатки) 28, входной (вакуум) патрубок и выпускной (пневмо) патрубок. Для большей производительности ротор 29 пневмовакуумного насос-компрессора 2, 19 смещен в сторону выпускного (пневмо) патрубка до минимального зазора между ротором 29 и корпусом 31, а между корпусом 31 и ротором 29 со стороны входного (вакуум) патрубка - максимально допустимый зазор. Во время вращения ротора 29 за счет центробежной силы рабочие пластины (лопатки) 28, выдвигаясь из пазов ротора 29, прижимаются к корпусу 31, на входе происходит процесс разрежения (вакуум), а на выпускном патрубке - нагнетания (пневмо). Поэтому данный насос-компрессор назван пневмовакуумным, а аналогом ему может служить, например, насос УВУ-60.The pneumatic vacuum pump-compressor 2, 19 used in the installation (Fig. 5) contains a housing 31, a rotor 29, a shaft 27 of the rotor 29, working plates (blades) 28, an inlet (vacuum) pipe and an outlet (pneumatic) pipe. For greater productivity, the rotor 29 of the pneumatic vacuum pump-compressor 2, 19 is shifted towards the outlet (pneumatic) pipe to the minimum clearance between the rotor 29 and the housing 31, and between the housing 31 and the rotor 29 from the inlet (vacuum) pipe, the maximum allowable clearance. During the rotation of the rotor 29 due to centrifugal force, the working plates (blades) 28, moving out from the grooves of the rotor 29, are pressed against the housing 31, a rarefaction process (vacuum) occurs at the inlet, and injection (pneumo) occurs at the outlet pipe. Therefore, this pump-compressor is called pneumatic vacuum, and, for example, the UVU-60 pump can serve as its analogue.

Колесный пневмовакуумный мотор 11 также содержит корпус 30, ротор 32, вал 33 ротора 32, рабочие пластины (лопатки) 34, входной (вакуум) патрубок, выпускной (пневмо) патрубок. Колесный пневмовакуумный мотор 11 конструктивно отличается от пневмовакуумного насос-компрессора 2 и дополнительного насос-компрессора 19 наклоном не менее 45° входного и выпускного патрубков и смещением ротора 32 с минимальным зазором к корпусу 30 в верхней части и максимально допустимым зазором в нижней части корпуса 30 пневмовакуумного мотора 11. Рабочие пластины (лопатки) 34 постоянно прижаты в нижней части к корпусу 30, чем способствуют минимальному расходу энергии вакуума и пневмо и максимально высокому КПД пнемовакуумного мотора 11. Этому также способствует наклон входного и выпускного патрубков под углом не менее 45°. При меньшем угле наклона будут потери вакуума и пневмо в верхней части корпуса, теряется мощность. Мотор, учитывая его особенность, назван пневмовакуумным. Аналогом ему может служить, например, насос РВН-40.The wheeled pneumatic vacuum motor 11 also includes a housing 30, a rotor 32, a shaft 33 of the rotor 32, working plates (blades) 34, an inlet (vacuum) pipe, an exhaust (pneumatic) pipe. The wheeled pneumatic vacuum motor 11 is structurally different from the pneumatic vacuum pump-compressor 2 and the additional pump-compressor 19 with an inclination of at least 45 ° of the inlet and outlet nozzles and a displacement of the rotor 32 with a minimum clearance to the housing 30 in the upper part and the maximum allowable clearance in the lower part of the pneumatic vacuum housing 30 motor 11. Working plates (blades) 34 are constantly pressed in the lower part to the housing 30, thereby contributing to the minimum consumption of vacuum and pneumatic energy and the highest possible efficiency of the pneumatic vacuum motor 11. This also contributes to the inclination of the inlet and outlet pipes at an angle of at least 45 °. With a smaller angle of inclination there will be a loss of vacuum and air in the upper part of the body, power is lost. The motor, given its feature, is called pneumatic vacuum. An analogue can be, for example, the RVN-40 pump.

При работе двигателя 1, внутреннего сгорания или газотурбинного двигателя, с приводом на одну ось (фиг.1, 3) электромагнитные клапаны 7, 10 автоматически открываются, а электромагнитные клапаны 8, 9 закрываются, пневмовакуумный насос-компресор 2 через регулятор 21 приводит в действие колесные пневмовакуумные моторы 11, смонтированные на колеса 12 транспортного средства, а излишки энергии аккумулируются в вакуумном аккумуляторе 5 и пневматическом аккумуляторе 4.When the engine 1, internal combustion or gas turbine engine, with a single axis drive (Fig. 1, 3), the electromagnetic valves 7, 10 are automatically opened, and the electromagnetic valves 8, 9 are closed, the pneumatic vacuum pump-compressor 2 through the regulator 21 drives wheeled pneumatic vacuum motors 11 mounted on the wheels 12 of the vehicle, and excess energy is accumulated in the vacuum accumulator 5 and the pneumatic accumulator 4.

В режиме полного привода (фиг.2) при работе двигателя 1 кроме электромагнитных клапанов 7, 10 дополнительно открываются электромагнитные клапаны 23, 26, а электромагнитные клапаны 8, 9, 24, 25 закрываются. Автоматически, через муфты включения 3 колесные пневмовакуумные моторы 11 подключаются к колесам 12 транспортного средства. В силовой установке могут быть предусмотрены дополнительные (резервные) пневмовакуумные насос-компрессоры 19, которые подключаются автоматически при открытых клапанах 20 в тяжелых дорожных условиях, при критически пониженном давлении в пневматическом и вакуумном аккумуляторах 4, 5 или включаются по желанию водителя ( фиг.1, 2). Дополнительный пневмовакуумный насос-компрессор 22 (фиг.3) установлен на газотурбине 16 и соединен в единую пневмовакуумную систему, а электромагнитный клапан 20 автоматически открывается при работе двигателя 1. Движется транспортное средство в автономном режиме на накопленной энергии в пневматическом и вакуумном аккумуляторах 4, 5 при открытых электромагнитных клапанах 7, 10, 23, 26 и закрытых электромагнитных клапанах 8, 9, 24, 25. Двигатель 1 автоматически отключается при заряженных пневмовакуумных аккумуляторах 4, 5 и автоматически включается при критически разряженных аккумуляторах 4, 5. В процессе торможения при нажатии на педаль тормоза транспортного средства электромагнитные клапаны 7, 10, 23, 26 автоматически закрываются и открываются электромагнитные клапаны 8, 9, 24, 25. Происходит автоматическое реверсное переключение движения транспортного средства на задний ход и процесс рекуперации, колесные моторы 11 работают в режиме насосов, заряжаются пневматический и вакуумный аккумуляторы 4, 5 и сокращается тормозной путь транспортного средства.In the four-wheel drive mode (FIG. 2), when the engine 1 is operating, in addition to the electromagnetic valves 7, 10, the electromagnetic valves 23, 26 are additionally opened, and the electromagnetic valves 8, 9, 24, 25 are closed. Automatically, through the inclusion clutch 3 wheeled pneumatic vacuum motors 11 are connected to the wheels 12 of the vehicle. In the power plant, additional (backup) pneumatic vacuum pump-compressors 19 can be provided, which are connected automatically when the valves 20 are open in difficult road conditions, at critically reduced pressure in the pneumatic and vacuum accumulators 4, 5 or are turned on at the request of the driver (Fig. 1, 2). An additional pneumatic vacuum pump-compressor 22 (Fig. 3) is installed on a gas turbine 16 and connected to a single pneumatic vacuum system, and the electromagnetic valve 20 automatically opens when the engine 1 is running. The vehicle moves in stand-alone mode on the accumulated energy in pneumatic and vacuum accumulators 4, 5 with open solenoid valves 7, 10, 23, 26 and closed solenoid valves 8, 9, 24, 25. Engine 1 automatically turns off when charged pneumatic vacuum batteries 4, 5 and automatically turns on critically discharged batteries 4, 5. During braking, when the vehicle brake pedal is depressed, the solenoid valves 7, 10, 23, 26 automatically close and open the solenoid valves 8, 9, 24, 25. The vehicle automatically reverses to reverse and the recovery process, the wheel motors 11 operate in the pump mode, the pneumatic and vacuum batteries 4, 5 are charged and the braking distance of the vehicle is reduced.

При торможении поток пневмовакуумной энергии в колесных пневмовакуумных моторах 11 перенаправляется через электромагнитные клапаны 8, 9 (фиг.1.3) и 24, 25 (фиг.2) обратно в пневматический и вакуумный аккумуляторы 4, 5. Давление и вакуум в пневматическом и вакуумном аккумуляторах 4, 5 быстро достигают пиковых нагрузок, замедляется вращение колесных пневмовакуумных моторов 11, происходит процесс регенеративного торможения. В этом цикле колесные пневмовакуумные моторы 11 работают в режиме гидронасосов и по тормозному усилию не уступают дисковым тормозам.When braking, the flow of pneumatic vacuum energy in wheeled pneumatic vacuum motors 11 is redirected through the electromagnetic valves 8, 9 (FIG. 1.3) and 24, 25 (FIG. 2) back to the pneumatic and vacuum accumulators 4, 5. Pressure and vacuum in the pneumatic and vacuum accumulators 4 , 5 quickly reach peak loads, the rotation of the wheeled pneumatic vacuum motors 11 slows down, the process of regenerative braking occurs. In this cycle, wheeled pneumatic vacuum motors 11 operate in the mode of hydraulic pumps and are not inferior to disc brakes in braking force.

Claims

1. A hybrid pneumatic vacuum power plant of a vehicle, comprising an engine, a pneumatic accumulator, a vacuum accumulator, pipelines with electromagnetic valves, characterized in that it contains a pneumatic vacuum pump-compressor mounted on an engine, a reverse assembly consisting of four or eight electromagnetic valves, wheeled pneumatic vacuum motors, and the rotor of the pneumatic vacuum pump-compressor is displaced towards the exhaust pipe, and the wheeled pneumatic vacuum motors are made with the displacement of the rotor to the housing in the upper part and with the location of the inlet and outlet pipes with an angle of at least 45 ° to the housing.

2. The power plant according to claim 1, characterized in that the internal combustion engine or gas turbine engine is used as the engine.

3. The power plant according to claim 1 or 2, characterized in that it contains an additional pneumatic vacuum pump-compressor mounted on an internal combustion engine or gas turbine engine.

4. The power plant according to claim 1 or 2, characterized in that a bypass line with a shutter and a gas turbine is mounted on the exhaust pipe of the internal combustion engine or gas turbine engine.

5. The power plant according to claim 4, characterized in that the generator connected to the battery or an additional pneumatic vacuum pump-compressor is mounted on the gas turbine.