Карьерная техника

При этом силовая установка может  быть снабжена дополнительным двигателем для преобразования химической энергии  топлива в механическую, мощность которого зависит от числа оборотов вала аналогично зависимости величины аэродинамического сопротивления движению автомобиля от числа оборотов колес.

В качестве дополнительного двигателя  может быть применен поршневой двигатель  внутреннего сгорания, шток поршня которого кинематически связан с  валом трансмиссии с помощью  опорных площадок, передающих усилие в одну сторону.

Отличительной особенностью изобретения  является то, что количество запасаемой энергии поддерживают достаточным для разгона автомобиля и подъема его на высоту, а так как разгон автомобиля неизбежно сменяется торможением, а подъем на высоту - снижением /по крайней мере при возвращении в гараж сумма высот равна нулю/, и известны средства, позволяющие рекуперировать кинетическую и потенциальную энергии /см. приведенные выше аналоги/, появляется возможность сжигать топливо только для преодоления необратимого сопротивления движению автомобиля и пополнения потерь запасенной энергии, что обеспечит минимальный расход топлива. Для обеспечения такого разделения функций между элементами силовой установки энергию сжатого воздуха преобразуют в цилиндрах двигателя, давление запасенного сжатого воздуха поддерживают по величине достаточным для начала горения топлива, а количество передаваемой энергии в зависимости от режима работы автомобиля обеспечивают подачей /или отводом/ через трансмиссию электрической энергии.

Поддержание параметров сжатого воздуха, выполняющего функцию накопителя энергии, достаточными для начала горения топлива позволяет  не только освободить цилиндры ДВС  от работы по подготовки свежего заряда, но и использовать при необходимости эти цилиндры как пневмодвигатели, не говоря уже о том, что в любой момент движения автомобиля в цилиндр можно подать топливо и получить от его сжигания необходимую работу, что расширяет технологические возможности поршневого ДВС предлагаемой установки.

Использование электрической энергии для регулирования  количества энергии, передаваемой трансмиссией, позволяет обеспечить высокую надежность и простоту конструкции такой  системы регулирования, высокий  коэффициент рекуперации энергии, обеспечивает создание предлагаемой силовой установки на отработанной элементной базе. Более того, электрические машины по своей нагрузочной характеристики наиболее приспособлены для разгона автомобиля, так как в состоянии выдержать кратковременную многократную перегрузку, что позволяет получить минимальные габариты и вес элементов предлагаемой установки, обеспечивающих функцию разгона и подъема на высоту.

Еще одной отличительной  особенностью предлагаемого  способа является то, что при регулировании количества энергии останавливают поршни двигателя. При этом ДВС способен адаптироваться к внешним нагрузкам, обеспечивая минимум внутренних потерь путем исключения из процесса преобразования теплоты в работу избыточных рабочих объемов.

Таким образом, устраняется основной недостаток известных способов обеспечения функций автомобиля - сжигание топлива в силовой установке в тех случаях, когда этого можно не делать, что приводит к весьма заметному уменьшению расхода топлива.

Силовая установка для осуществления  предлагаемого способа кроме элементов, обеспечивающих выполнение рассмотренных выше функций, которые, как уже упоминалось, в основном могут быть реализованы уже известными средствами, имеет дополнительно свои отличительные особенности, обеспеченные разделением функций между элементами силовой установки, а именно, в предлагаемой установке двигатель и электрическая машина соединены с колесами через трансмиссию постоянно и при неизменном передаточном отношении, т.е. для автомобиля, оборудованного такой установкой, не требуется коробки передач, муфты сцепления и других поглотителей наиболее ценной механической энергии. Кроме того, при этом отпадает необходимость в тормозах при их известных функциях, и требуется только устройство аварийного торможения типа стояночного тормоза. Снижение потерь механической энергии при ее передачи на колеса также приводит к экономии топлива, а существенное упрощение конструкции трансмиссии существенно удешевляет изготовление автомобиля.

Другие  отличительные особенности предлагаемой силовой установки, а именно то, что накопитель энергии сжатого воздуха подключен к цилиндрам в помощью клапанов, управляемых от системы управления, к которой подключена также электрическая машина, позволяют обеспечить управляемость и применить в системе управления современную электронную технику, что обеспечит высокую комфортабельность и безопасность движения.

Кроме того, для дальнейшей специализации  элементов силовой установки  по выполняемым функциям она может  быть снабжена дополнительным двигателем для преобразования химической энергии топлива в механическую, мощность которого зависит от оборотов вала аналогично зависимости величины аэродинамического сопротивления движению автомобиля от числа оборотов колес. Так как величина аэродинамического сопротивления движению пропорциональна квадрату скорости движения /числу оборотов колеса/, то из известных двигателей, преобразующих энергию топлива в механическую, наиболее подходящим для дополнительного двигателя в предлагаемой силовой установке является газотурбинный.

Однако  в качестве дополнительного двигателя может быть применен также и поршневой двигатель внутреннего сгорания при условии изменения его рабочего объема, что с наименьшими потерями согласно изобретению может быть реализовано в ДВС, шток поршня которого кинематически связан с валом трансмиссии с помощью опорных площадок, передающих усилие в одну сторону, что позволяет изменять рабочий объем цилиндров не только отключением подачи топлива, но и остановкой поршней.

Таким образом, приведенные отличительные  особенности изобретения в сравнении с известными техническими решениями позволяют создать автомобиль с существенно меньшим расходом топлива, более надежный, безопасный и комфортабельный, что соответственно обеспечит его конкурентоспособность на современном рынке.

Установка оборудована также системой подачи и воспламенения топливовоздушной смеси, включающей указанные топливные  баки 20 и 24.

В качестве дополнительного двигателя  может быть использован и поршневой  двигатель 1 внутреннего сгорания, если он выполнен с возможностью изменения величины объема цилиндров, например, в части его цилиндров 25, в которых установлены поршни 26, штоки 27 которых кинематически связаны с валом трансмиссии 6 с помощью опорных площадок 28, передающих усилие в одну сторону.

Возможный вариант конструкции такого двигателя  схематично изображен на фиг. 2. В  представленном варианте изображена конструкция  вала ДВС с двумя синхронизирующими  шестернями 29, с помощью которых  на трансмиссию 6 передают движение от траверсы 30, на которой закреплены штоки 4 поршней 3, установленных в цилиндрах 2, составляющих неизменяемый объем ДВС 1.

ПРЕДЛАГАЕМЫЙ  СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ  КОЛЁСАМ АВТОМОБИЛЯ 
ОСУЩЕСТВЛЯЮТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

В исходном состоянии, перед началом  движения автомобиля силовая установка должна иметь необходимый запас энергии для преодоления инерционных сил при разгоне и сообщения кинематической энергии массе автомобиля, преодоления силы тяжести на подъеме. Для обеспечения упомянутого запаса накопитель электроэнергии 10 и ресивер 15 заряжают до расчетных параметров от посторонних источников сжатого воздуха и электроэнергии. При отсутствии посторонних источников установка может быть приведена в исходное состояние за счет запуска ДВС 1 при отсутствии сцепления колеса 8 с опорной поверхностью, например, в конструкции автомобиля может быть предусмотрено устройство для поддомкрачивания. При этом вырабатываемая двигателем 1 энергия с помощью обратимой электрической машины 9, которая переключается системой 17 управления в генераторный режим, превращается в электроэнергию, накапливаемую в накопителе 10, а с помощью обменника 11 создается запас сжатого воздуха требуемых параметров в ресивере 15.

Характеристики  ДВС во многом уступают характеристикам  электрических двигателей, многие из которых обладают способностью кратковременно увеличивать крутящий момент и мощность в несколько раз. Известно, что длительная мощность электродвигателей лимитируется в основном условиями нагрева изоляции. Поскольку для нагрева до предельно допустимой температуры требуется определенное время, имеется возможность кратковременно увеличить рабочий ток в несколько раз относительно длительно допустимого и тем самым кратковременно увеличить крутящий момент.

При трогании с места и разгоне  автомобиля включают электрическую машину 9 в режим двигателя /с помощью системы 17 управления меняют соответственно полярность возбуждения/ и за счет электроэнергии от накопителя 10 разгоняют автомобиль до крейсерской скорости. Так как на короткое время разгона электрический привод допускает значительные перегрузки, то установленная мощность электромашины 9 может быть сравнительно небольшой.

Тормоза транспортного средства представляют второй энергетический элемент после  двигателя. В автомобилях используются почти исключительно пассивные  тормоза, гасящие кинетическую энергию машины за счет ее преобразования в теплоту и рассеивания полученной теплоты в окружающем пространстве. Даже в случае электрического торможения с помощью генераторов электрического тока /ПАЗ/ или обратимых электродвигателей /БеЛАЗ/ преобразованная в электрическую форму кинематическая энергия автомобиля превращается в тепловую энергию на тормозных реостатах и рассеивается в окружающем пространстве. Фрикционные тормоза не только напрасно растрачивают кинематическую энергию автомобиля, но являются предметом постоянного наблюдения и ремонта, так как подвергаются интенсивному износу. Энергию торможения можно накапливать в маховике, в газовом или электрическом аккумуляторе, в конденсаторной батарее.

В предлагаемой установке при торможении колеса 8 /уменьшении потребляемой им энергии/ система 17 управления переключает возбуждение электрической машины 9 на генераторный режим и избыточная энергия за счет уменьшения кинетической энергии, а также энергия, вырабатываемая ДВС 1, направляется в накопитель 10, осуществляя таким образом торможение.

В качестве накопителя энергии торможения может служить электрохимический  аккумулятор. Зарядный ток аккумулятора должен быть порядка 1000 А на 1 т массы  снаряженного автомобиля. Для получения  столь высоких показателей по удельной мощности следует увеличить площадь активной поверхности электродов в 100...1000 раз. Выполнение перечисленных требований возможно на базе технологии изготовления тонкослойных схем, позволяющей создать аккумулятор на твердом электролите с большой активной поверхностью электродов и малым внутренним сопротивлением.

Наиболее  перспективными накопителями электрической  энергии являются конденсаторы, емкость  которых достигает 1Ф и более. Батарея с запасом энергии  для запуска двигателя имеет массу в несколько раз меньшую массы пускового аккумулятора. Конденсаторная батарея для разгона автомобиля с массой 1 т по предлагаемому способу будут иметь массу в несколько десятков килограмм.