misle.ru страница 1
скачать файл


Гибридный двигатель

Одними из актуальных проблем которые стоят перед автомобильной промышленностью являются:

- уменьшение образования вредных оксидов в отработанных газах и экономия топлива;

- создание двухтактных двигателей внутреннего сгорания, с высокими техническими характеристиками;

- разработка гибридных двигателей.

Представлен вариант предложения гибридного двигателя который в какой то степени решает эти проблемы.

Преимущество предложенного гибридного двигателя с четырехцилиндровым двухтактным двигателем внутреннего сгорания состоит в том, что двигатель внутреннего сгорания имеет два такта, такт сжатия, совмещенный с циклом впрыска топлива, подачей импульса напряжения на свечу зажигания, запасом свежей порции воздушной смеси и рабочий ход совмещенный с выпуском части отработанных газов в конце такта, продувкой цилиндров и подачей свежей порции воздушной смеси в рабочую полость цилиндра, в результате чего в любой момент времени рабочий ход одновременно совершают два поршня, несколько зубчатых реек (например, две нижние и одна верхняя, или две верхние и три нижние) постоянно находятся в зацеплении и приводят во вращение зубчатые сектора колёс и выходной вал двигателя внутреннего сгорания, в результате чего в два раза повышается мощность двигателя внутреннего сгорания, то есть при рабочем объеме, например 1,6 л., номинальная мощность двигателя возрастает

до 200 л. с.

Также в два раза повышается крутящий момент выходного вала двигателя и выражается отношением:

М кр = 2Р х R,

где Р – сила, развиваемая поршнем; R – радиус делительной окружности зубчатого сектора колеса.

γ - угол поворота выходного вала за ход поршня, выражается отношением:

γ = S x ,

где S - ход поршня; ρ - шаг торцовый; z - число зубьев колеса.

Характеристика крутящего момента выходного вала становится более линейная и практически не меняется на всём пути прохождения рабочего хода поршня. Повышается коэффициент полезного действия двигателя.

Попарно соединенные поршни обеспечивают строго возвратно-поступательное движение поршней, благодаря этому отсутствуют боковые силы действующие на стенки цилиндров со стороны поршней. Снижаются трение и износ в цилиндропоршневой группе. Кроме, того двигатель внутреннего сгорания с попарно соединенными поршнями, рамками с зубчатыми рейками и выходным валом с колесами имеющими зубчатые сектора, компактнее, намного проще, технологичнее и дешевле двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом.

При работе гибридного двигателя с четырехцилиндровым двухтактным двигателем внутреннего сгорания бортовой компьютер в нужные моменты времени, в зависимости от режима сгорания смеси, подает команды в результате чего открываются форсунки инжектора и гомеопатические доли топлива (сверх малая доза топлива) под давлением распыляется непосредственно в камеру сгорания, открываются клапаны ресивера и трубопровода и свежая воздушная смесь из ресивера по трубопроводу поступает в рабочий объем цилиндра, где смешивается с остатками горячих отработанных выхлопных газов, в результате чего в цилиндре образуется сбалансированная однородная топливовоздушная смесь с предельно низким содержанием топлива. Отработанные газы разогревают топливовоздушную смесь, облегчая её перемешивание внутри камеры сгорания, а подача порции свежей воздушной смеси из ресивера в камеру сгорания распыляют топливовоздушную смесь до состояния тумана. При движении поршня в цилиндре к верхней мёртвой точке, поршень сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре до определенного объёма, температура в цилиндре поднимается до точки самовоспламенения, и смесь в цилиндре сгорает. Такое сгорание смеси HCCI (Homogeneous charge compression ignition) характеризуется отсутствием открытого пламени и более низкой, чем у дизельных двигателей, температурой. В результате чего доля сгоревшего топлива возрастает до 95-97%, в сравнении с 75% в циклах Отто и Дизеля, расход топлива сократиться более чем на 30%, уменьшится образование вредных оксидов в отработанных газах.

Кроме того, в данном гибридном двигателе произошло совмещение функций двигателя внутреннего сгорания и генератора. В двигателе на магнитном сердечнике установлены катушки индуктивности, внутри которых перемещаются рамки с ферромагнитными сердечниками, изменяющееся магнитное поле создает индуцированное вихревое электрическое поле наводящее электродвижущую силу (ЭДС) индукции в витках катушки. В данном случае протекают одновременно два процесса - обычное электромеханическое преобразование энергии и генерация электроэнергии не связанная с магнитом. Поскольку магнитная проницаемость ферромагнетика во много раз больше воздуха, то большую часть ЭДСi в витках катушки индуктивности уже наводит не само поле магнита, а поле Bi ферромагнитного сердечника. При этом магнитное поле ферромагнитного сердечника большей частью замкнуто по воздуху вокруг сердечника и лишь частично замкнуто через магнит. Большая часть индуцированной в катушке электроэнергии не связана с электромеханическим преобразованием энергии, магнит лишь инициирует изменения магнитного поля в ферромагнитном сердечнике, а значительная часть полезной электроэнергии индуцирует в обмотке ферромагнитное поле сердечника, которое замкнуто большей частью вне магнита.

Переменное магнитное поле магнита и вихревое электрическое поле вместе образуют вектор Пойнтинга, S равный:

S= Е х Н=Е х В,

где, H – напряженность магнитного поля; В – индукция; Е - вихревое электрическое поле.

При вращении выходного вала под (над) индукционными катушками проходят северный N и южный S полюса колес с зубчатыми секторами, магнитный поток проходящий вокруг полюсов колес меняется по величине и направлению, переменный магнитный поток пересекает витки индукционных катушек и создает в них ЭДС.

В обмотках индукционных катушек наводится ЭДС от возвратно-поступательного движения рамок и от вращения выходного вала с зубчатыми секторами.

При работе гибридного двигателя с четырехцилиндровым двухтактным двигателем внутреннего сгорания, обмотки индукционных катушек сдвинуты по фазе на 180° и их можно соединить различным образом, например в двухфазную звезду с нейтралью. В этом случае у каждой попарно соединенной группы поршней свой генератор, которые могут работать автономно или совместно на общую нагрузку.

Бортовой компьютер управляет работой гибридного двигателя, напряжение, снимаемое с индукционных катушек, формируется и подается питание потребителям, питает электродвигатели (электродвигатель), которые вращают ведущие колеса автомобиля, и заряжает аккумуляторную батарею.

Предложенная конструкция гибридного двигателя позволяет улучшить запуск двигателя и обойтись без стартера, сделать ход рабочего поршня больше, благодаря чему улучшится термический коэффициент полезного действия, кроме того, двигатель не имеет кулачкового распределительного вала, цепных и ремённых передач, стартера, что упрощает двигатель внутреннего сгорания и одновременно повышает его надежность. За счет снижения центра тяжести гибридного двигателя, улучшится устойчивость автомобиля и повысится пассивная безопасность автомобиля.

Данная последовательная схема гибридного двигателя позволит использовать двухтактный двигатель внутреннего сгорания небольшой мощности, который работает без резких разгонных нагрузок в наиболее благоприятном, равномерном режимах, в гораздо меньшей зависимости от дорожных условий, и позволяет стабильно вырабатывать достаточное количество электроэнергии для питания бортовых систем, электродвигателей и зарядки аккумуляторной батареи.

Гибридный двигатель с четырехцилиндровым двухтактным двигателем внутреннего сгорания может использоваться в автомобильных гибридных силовых установках последовательного, параллельного и смешенного типов.

Гибридный двигатель может найти применение, также в качестве автономной бензиногенераторной установки.

Гибридный двигатель проработан в 3D исполнении, имеется анимация работы двигателя.

Рассмотрим все предложения. Возможно взаимовыгодное сотрудничество.

Литература:

1 Заявка на изобретение «Гибридный двигатель» (варианты), зарегистрирована в Федеральном институте промышленной собственности (ФИПС) Российской Федерации.



E-mail: tyv1357@mail.ru
скачать файл



Смотрите также: