RU95438U1

RU95438U1 - HYBRID ENERGY INSTALLATION OF VEHICLE

Info

Publication number: RU95438U1
Application number: RU2009146575/22U
Authority: RU
Inventors: Владлен Михайлович Голощапов; Александр Юрьевич Павлов; Евгений Михайлович Устинов
Original assignee: Пензенская государственная технологическая академия, отдел научных исследований
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-06-27

Abstract

1. Энергетическая установка транспортного средства, состоящая из двигателя внутреннего сгорания, обгонной муфты, двух муфт сцепления на валу, дифференциального конического редуктора, двух супермаховиков, магнитно-электрического генератора, электрохимических аккумуляторов, двигателя постоянного тока (мотор-генератор) и пульта управления, отличающаяся тем, что содержит два супермаховика, имеющих магнитный подвес, снижающих затраты энергии на их раскрутку и уменьшающих нагрузку в соединенях вал-подшипник дифференциального редуктора, при этом дифференциал привода на колеса не соединен с двигателем внутреннего сгорания, что не препятствует работе супермаховиков и двигателя постоянного тока. ! 2. Энергетическая установка транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что встречное движение ротора и статора магнитно-электрического генератора обеспечивает номинальную подачу напряжения при вдвое меньшей скорости вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, чем у прототипа. ! 3. Энергетическая установка транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрен специальный механизм торможения: на валу одновременно расцепляются две муфты, что переводит в автономный режим работы механизм «маховики-редуктор-генератор», тем самым достигается эффект накопления энергии, и маховики не вращают вал и не препятствуют быстрому торможению. ! 4. Энергетическая установка транспортного средства по п.1, отличающаяся тем, что обгонная муфта при снижении скорости вращения двигателя внутреннего сгорания или его полной остановки отсоединяет дифференциальный редуктор от коленчатого вала, тем самым дви� 1. The power plant of the vehicle, consisting of an internal combustion engine, an overrunning clutch, two clutch couplings on the shaft, a differential bevel gear, two super-flywheels, a magneto-electric generator, electrochemical batteries, a DC motor (motor-generator) and a control panel, characterized the fact that it contains two super-flywheels having a magnetic suspension, which reduce the energy costs for their promotion and reduce the load in the shaft-bearing joints of the differential gearbox, etc. and the wheel drive differential is not connected to the internal combustion engine, which does not interfere with the operation of the super-flywheels and the DC motor. ! 2. The power plant of the vehicle according to claim 1, characterized in that the oncoming movement of the rotor and stator of the magnetic-electric generator provides a nominal voltage supply at half the rotational speed of the crankshaft of an internal combustion engine than the prototype. ! 3. The power plant of the vehicle according to claim 1, characterized in that a special braking mechanism is provided: two couplings are simultaneously disengaged on the shaft, which translates the “flywheel-gear-generator” mechanism into offline mode, thereby achieving the effect of energy storage, and flywheels do not rotate the shaft and do not interfere with quick braking. ! 4. The power plant of the vehicle according to claim 1, characterized in that the freewheel when reducing the speed of rotation of the internal combustion engine or its complete stop disconnects the differential gear from the crankshaft, thereby

Description

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности к автомобилям с гибридными установками и накопителями энергии.The utility model relates to transport engineering, in particular to vehicles with hybrid plants and energy storage.

Целью полезной модели является повышение экономичности транспортных средств за счет обеспечения оптимальной работы двигателя и повышение степени использования его мощности, путем двойного накопления энергии, в виде энергии в аккумуляторах и вращающихся маховиках. А также достижение эффекта «сохранения энергии» на спусках и сокращения эксплуатационных затрат на поддержание накопителей энергии в рабочем состоянии. Обеспечение минимальных габаритов гибридного двигателя при размещении на шасси автомобиля.The purpose of the utility model is to increase the efficiency of vehicles by ensuring optimal engine performance and increasing the degree of utilization of its power by double energy storage in the form of energy in batteries and rotating flywheels. As well as achieving the effect of "energy conservation" on the slopes and reducing operating costs for maintaining energy storage in working condition. Ensuring the minimum dimensions of the hybrid engine when placed on the chassis of the car.

В настоящее время известно большое количество транспортных средств с гибридными энергетическими и силовыми установками. Из известных аналогов можно выделить два.Currently, a large number of vehicles with hybrid power and power plants are known. Of the known analogues, two can be distinguished.

Первая конструкция (патент RU 2132784 С1, дата публикации 1999.07.10), содержащая гибридную силовую установку, которая состоит из двигателя внутреннего сгорания с устройством изменения его литража и числа работающих цилиндров и стартера - генератора. Силовой установкой управляет микропроцессор, который получает сигналы от токорегулирующих устройств. Последние сопряжены соответственно с педалями систем управления и торможения.The first design (patent RU 2132784 C1, publication date 1999.07.10) containing a hybrid power plant, which consists of an internal combustion engine with a device for changing its displacement and the number of working cylinders and a starter-generator. The power plant is controlled by a microprocessor, which receives signals from current-regulating devices. The latter are associated, respectively, with the pedals of the control and braking systems.

Известен другой аналог (патент RU 2007305 С1, дата публикации 1994.02.15), состоящий из теплового двигателя, связанного с заполненной топливом емкостью, трехфазный генератор, сочлененный с тепловым двигателем, тяговые электродвигатели, подключенные к генератору через преобразователь переменного напряжения в постоянное и накопителя энергии. Накопитель выполнен сверхпроводниковым индуктивным, преобразователем напряжения - обратимым, а между выводами накопителя и входом генератора включен трехфазный криотронный преобразователь. При этом накопитель и криотронный преобразователь установлены в криостате, размещенном в емкости с топливом, в качестве которого использован сжиженный газ. Выводы криотронного преобразователя связаны с внешним источником электрической энергии через переключатель.Another analogue is known (patent RU 2007305 C1, publication date 1994.02.15), consisting of a heat engine connected to a tank filled with fuel, a three-phase generator coupled to a heat engine, traction motors connected to the generator through an AC / DC converter and an energy storage device . The drive is made by a superconducting inductive, the voltage converter is reversible, and a three-phase cryotron converter is connected between the drive terminals and the generator input. At the same time, the storage ring and cryotron converter are installed in a cryostat placed in a tank with fuel, which uses liquefied gas. The terminals of the cryotron converter are connected to an external source of electrical energy through a switch.

Недостатками этих силовых установок являются сложность конструкции, из-за чего могут возникнуть трудности при ее эксплуатации, а также низкая долговечность и ремонтопригодность некоторых составляющих.The disadvantages of these power plants are the complexity of the design, which may cause difficulties in its operation, as well as low durability and maintainability of some components.

В качестве прототипа заявленного устройства выбрана гибридная силовая установка, сконструированная на предприятии «Ижмаш» на базе «Орбиты», за основу взят универсал ИЖ -21261 (журнал «За рулем» №5, 1998 г., статья «Два мотора под одним капотом»). Конструкция состоит из двухцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, параллельно соединенного через выходной вал с мотор-генератором, в качестве которого выступает тяговый электродвигатель постоянного тока, вращающий момент передается через редуктор, а накопителями энергии служат восемь стандартных аккумуляторов.As a prototype of the claimed device, a hybrid power plant designed at the Izhmash enterprise on the basis of the Orbit was selected, the IZh -21261 wagon was taken as the basis (Za Rulem magazine No. 5, 1998, article “Two engines under one hood” ) The design consists of a two-cylinder internal combustion engine connected in parallel through the output shaft to the motor generator, which is a direct current traction electric motor, torque is transmitted through the gearbox, and eight standard batteries serve as energy storage devices.

Недостатками прототипа являются невысокий КПД электрических аккумуляторов, используемых в качестве накопителей энергии, и невозможность накопления энергии на спусках и при торможении.The disadvantages of the prototype are the low efficiency of electric batteries used as energy storage, and the inability to accumulate energy on the slopes and during braking.

Устройство гибридной энергетической установки транспортного средства поясняется чертежом. На фигуре 1 показана схема энергетической установки транспортного средства. Установка содержит двигатель внутреннего сгорания 4, коленчатый вал с обгонной муфтой 2, две муфты сцепления 3 и 3а, дифференциальный конический редуктор 1, супермаховики 5 в кожухах 7, магнитно-электрический генератор, включающий статор 11 с токосъемником статора 10 и ротор 12 с токосъемником ротора 8, несколько аккумуляторов 13, двигатель постоянного тока (мотор-генератор) 14, пульт управления 9, все элементы заключены в корпус установки 6.The device of the hybrid power plant of the vehicle is illustrated in the drawing. The figure 1 shows a diagram of the power plant of the vehicle. The installation comprises an internal combustion engine 4, a crankshaft with an overrunning clutch 2, two clutches 3 and 3a, a differential bevel gear 1, supermahowels 5 in the casings 7, a magnetoelectric generator including a stator 11 with a current collector 10 and a rotor 12 with a current collector rotor 8, several batteries 13, a DC motor (motor-generator) 14, a control panel 9, all elements are enclosed in the installation casing 6.

При включении двигателя внутреннего сгорания 4 вращение передается от коленчатого вала через муфту сцепления 3 на обгонную муфту 2, далее на дифференциальный конический редуктор 1. Через паразитные шестерни 1а и 1б передача идет на супермаховики 5, которые вращаются в противоположные стороны, устраняя гироскопический эффект. Затем через шестерню 1в с полым валом, вращение передается на статор генератора 11. Ротор генератора 12 вращается шестерней 1г со сплошным валом. Встречное движение ротора и статора магнитно-электрического генератора при вдвое меньшей скорости вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания обеспечивает номинальную подачу напряжения на пульт управления 9 и далее на аккумуляторы 13. Таким образом, происходит двойное накопление энергии. В виде энергии вращающихся маховиков и энергии в аккумуляторах. В случае если необходимо затормозить или остановиться предусмотрен специальный механизм торможения, при нажатии педали «тормоз», на валу одновременно расцепляются две муфты (3 и 3а), что переводит в автономный режим работы механизм «маховики-редуктор-генератор» при этом дифференциал привода на колеса не соединен с двигателем внутреннего сгорания, что не препятствует работе супермаховиков и двигателя постоянного тока. Обгонная муфта 3 при снижении скорости вращения двигателя внутреннего сгорания или при его полной остановки отсоединяет дифференциальный редуктор от коленчатого вала, тем самым движение автомобиля может продолжаться за счет энергии супермаховиков и электрохимических аккумуляторов. Система управления включает пульт управления 9, через который осуществляется не только координация работы энергетической установки, но и включение в нее аккумуляторов.When the internal combustion engine 4 is turned on, the rotation is transmitted from the crankshaft through the clutch 3 to the overrunning clutch 2, then to the differential bevel gear 1. Through spurious gears 1a and 1b, the transmission goes to super-flywheels 5, which rotate in opposite directions, eliminating the gyroscopic effect. Then through the gear 1c with a hollow shaft, the rotation is transmitted to the stator of the generator 11. The rotor of the generator 12 is rotated by the gear 1g with a solid shaft. The oncoming movement of the rotor and stator of the magnetic-electric generator at half the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine provides a nominal supply of voltage to the control panel 9 and further to the batteries 13. Thus, there is a double accumulation of energy. In the form of energy of rotating flywheels and energy in batteries. If it is necessary to brake or stop, a special braking mechanism is provided, when the “brake” pedal is pressed, two couplings (3 and 3a) are simultaneously disengaged on the shaft, which translates the “flywheel-gear-generator” mechanism into offline mode, while the drive differential the wheels are not connected to the internal combustion engine, which does not interfere with the operation of the super-flywheels and the DC motor. One-way clutch 3 when reducing the speed of rotation of the internal combustion engine or when it is completely stopped, disconnects the differential gear from the crankshaft, thereby the movement of the car can continue due to the energy of super-flywheels and electrochemical batteries. The control system includes a control panel 9, through which not only the coordination of the power plant, but also the inclusion of batteries.

За счет применения специальных магнитных подвесов супермаховиков можно свести к минимуму потери энергии от трения в опорах, снижающих затраты энергии на раскрутку супермаховиков и уменьшающих нагрузку в соединениях вал-подшипник дифференциального редуктора. Суть данного метода в том, что над маховиком с определенным зазором по радиусу устанавливаются постоянные магниты, которые притягивают его к себе, уменьшая вес супермаховика. Мощность двигателя используется в основном для поддержания равномерного движения автомобиля, а для резких разгонов "одалживается" энергия супермаховика, который потом подкручивается на участках равномерного движения. Преимущество супермаховика в том, что он может мгновенно развивать огромную мощность. Еще супермаховик может работать рекуператором энергии: когда машина тормозит, ее кинетическая энергия не теряется, а тратится на раскрутку супермаховика. На стоящем автомобиле с выключенным двигателем супермаховик может по инерции вращаться 10-12 часов. Это облегчит зимние пуски двигателя - если аккумулятор садится после двух - трех попыток провернуть загустевшее масло, то энергии, запасенной в супермаховике, с избытком хватит на запуск нескольких двигателей. Вместе с тем электрохимический аккумулятор хранит энергию в основном гораздо дольше маховиков. При совместном применении в автомобиле эти два аккумулятора образуют отличный "симбиоз". При движении по ровной дороге с обычной скоростью используется энергия электроаккумуляторов, а когда их мощности недостаточно, вступает в работу супермаховик, обеспечивая необходимые динамические качества.Due to the use of special magnetic suspensions of the super-flywheels, it is possible to minimize energy losses from friction in the supports, which reduce the energy consumption for the promotion of the super-flywheels and reduce the load in the shaft-bearing joints of the differential gearbox. The essence of this method is that permanent magnets are installed above the flywheel with a certain clearance along the radius, which attract it to itself, reducing the weight of the super flywheel. Engine power is mainly used to maintain uniform motion of the car, and for sharp accelerations, the energy of the super-flywheel is “borrowed”, which is then twisted in areas of uniform motion. The advantage of a super flywheel is that it can instantly develop tremendous power. Even a super-flywheel can work as an energy recuperator: when the car brakes, its kinetic energy is not lost, but is spent on spinning up the super-flywheel. On a standing car with the engine turned off, the super-flywheel can rotate by inertia for 10-12 hours. This will facilitate winter starts of the engine - if the battery runs out after two or three attempts to crank up the thickened oil, then the energy stored in the super-flywheel will be enough to start several engines in excess. However, the electrochemical battery stores energy for much longer than flywheels. When used together in a car, these two batteries form an excellent "symbiosis". When driving on a flat road with normal speed, the energy of electric accumulators is used, and when their power is insufficient, a super-flywheel comes into operation, providing the necessary dynamic qualities.

По сравнению с прототипом предложенная энергетическая установка транспортного средства обладает следующими технико-экономическими преимуществами.Compared with the prototype, the proposed power plant of the vehicle has the following technical and economic advantages.

Двигатель внутреннего сгорания используется только для раскрутки маховиков и накопления энергии в электрохимических аккумуляторах, в последующем он выступает как источник энергии в необходимых случаях.The internal combustion engine is used only for the promotion of flywheels and the accumulation of energy in electrochemical batteries, in the future it acts as a source of energy in necessary cases.

По сравнению с изобретением US 3403066 (03.02.1970) отсутствуют турбозарядное устройство и механическая коробка передач, роль которой, в заявленной модели, выполняет пульт управления, чем обеспечивается облегчение конструкции и плавное наращивание (уменьшение) скорости движения автотранспорта.Compared with the invention US 3403066 (02/03/1970) there is no turbo-charging device and mechanical gearbox, the role of which, in the claimed model, is played by the control panel, which facilitates the design and smoothly increases (decreases) the speed of vehicles.

Повышается степень использования мощности двигателя за счет добавления механического накопителя энергии с более высоким КПД, появляется возможность накопления энергии, а также сокращается время и путь разгона транспортного средства, и его расход топлива. Появляется возможность двигаться по ровной дороге и на спусках при неработающем двигателе внутреннего сгорания. То есть, сокращается время работы двигателя, тем самым уменьшаются выбросы отработанного газа в атмосферу.The degree of use of engine power is increased due to the addition of a mechanical energy storage device with higher efficiency, the possibility of energy storage appears, and the time and path of acceleration of the vehicle and its fuel consumption are reduced. There is an opportunity to move on a flat road and on the slopes when the internal combustion engine is not working. That is, the engine operating time is reduced, thereby reducing exhaust gas emissions into the atmosphere.

Claims

1. The power plant of the vehicle, consisting of an internal combustion engine, an overrunning clutch, two clutch couplings on the shaft, a differential bevel gear, two super-flywheels, a magneto-electric generator, electrochemical batteries, a DC motor (motor-generator) and a control panel, characterized the fact that it contains two super-flywheels having a magnetic suspension, which reduce the energy costs for their promotion and reduce the load in the shaft-bearing joints of the differential gearbox, etc. and the wheel drive differential is not connected to the internal combustion engine, which does not interfere with the operation of the super-flywheels and the DC motor.

2. The power plant of the vehicle according to claim 1, characterized in that the oncoming movement of the rotor and stator of the magnetic-electric generator provides a nominal voltage supply at half the rotational speed of the crankshaft of an internal combustion engine than the prototype.

3. The power plant of the vehicle according to claim 1, characterized in that a special braking mechanism is provided: two couplings are simultaneously disengaged on the shaft, which translates the “flywheel-gear-generator” mechanism into offline mode, thereby achieving the effect of energy storage, and flywheels do not rotate the shaft and do not interfere with quick braking.

4. The power plant of the vehicle according to claim 1, characterized in that the overrunning clutch, while reducing the speed of the internal combustion engine or stopping it completely, disconnects the differential gear from the crankshaft, thereby the car can continue to move due to the energy of super flywheels and electrochemical batteries.

5. The power plant of the vehicle according to claim 1, characterized in that the internal combustion engine is used only for the promotion of flywheels and the accumulation of energy in electrochemical batteries, subsequently acts as a source of energy in necessary cases.

6. The power plant of the vehicle according to claim 1, characterized in that there is no turbo-charging device and a mechanical gearbox, the role of which is performed by the control panel, which facilitates the design and smooth build-up (decrease) of the vehicle speed.