Силовая установка для транспортного средства
Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована в пассажирских и грузопассажирских автомобилях, эксплуатируемых, преимущественно в городских условиях, в первую очередь для оснащения общественного транспорта. Силовая установка для транспортного средства содержит паровой двигатель с парорасширительной поршневой машиной, связанной через механическую трансмиссию с колесами автомобиля. Система питания включает парогенератор в виде сосуда Дьюара, соединенный нагнетательным трубопроводом с впускным клапаном поршневой машины. Система управления содержит блок управления и связанные с ним датчики давления, температуры и уровня жидкости, установленные на парогенераторе. Датчик перемещения педали газа автомобиля обеспечивает регулирование количества подаваемой из парогенератора перегретой жидкости. Датчик перемещения коленвала, обеспечивает запуск двигателя. Установка снабжена баллоном со сжатым газом, соединенным с парогенератором для поддержания в нем постоянного давления. Парогенератор оснащен электрическим нагревательным элементом.
Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована в пассажирских и грузопассажирских автомобилях, эксплуатируемых, преимущественно в городских условиях, в первую очередь для оснащения общественного транспорта.
Использование парового двигателя в силовых установках для автомобилей можно рассматривать как альтернативу двигателю внутреннего сгорания, поскольку он обеспечивает отсутствие токсичных веществ в выхлопных газах, что позволит существенно улучшить экологическую обстановку в городах.
Из уровня техники известна силовая установка для автомобиля (см. US 3818699, 25.06.1974), принятая за наиболее близкий аналог (прототип), содержащая паровой двигатель с замкнутым паровым контуром, включающий парорасширительную поршневую машину, связанную через механическую трансмиссию с колесами автомобиля, систему питания, включающую парогенератор, соединенный нагнетательным трубопроводом с впускным клапаном поршневой машины, и систему управления. Энергия пара преобразуется в механическую энергию и передается на колеса автомобиля с помощью кривошипно-шатунного механизма.
Недостатками известной из /1/ установки являются недостаточная экологическая безопасность, поскольку для получения пара требуется постоянное сгорание топлива в парогенераторе, а также ее низкая эффективность.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание силовой установки для транспортных средств с использованием парового двигателя с повышенной эффективностью при использовании его в городских условиях, обладающего максимальными
экологическими показателями. Другой задачей является повышение гибкости и надежности управления работой двигателя.
Технический результат, обеспеченный решением указанных задач заключается в исключении наличия в выхлопных газах токсичных веществ, обеспечении возможности точного регулирования и синхронизации элементов силовой установки при запуске и работе двигателя в различных режимах. Кроме того, технический результат заключается в возможности автономной работы двигателя в течение длительного времени за счет аккумулирования тепловой энергии в парогенераторе, выполненном в виде сосуда Дьюара (баллона-термоса).
Приведенный технический результат достигается за счет того, что в силовой установке для транспортного средства, содержащей паровой двигатель с парорасширительной поршневой машиной, связанной через механическую трансмиссию с колесами транспортного средства, систему питания, включающую парогенератор, соединенный нагнетательным трубопроводом с впускным клапаном поршневой машины, и систему управления, парогенератор выполнен в виде сосуда Дьюара, а система управления содержит электронный блок и связанные с ним датчики. При этом система управления включает датчики давления, температуры и уровня жидкости, установленные на парогенераторе, а также датчик перемещения педали газа автомобиля, обеспечивающий регулирование количества подаваемой из парогенератора перегретой жидкости, и датчик перемещения коленвала, обеспечивающий запуск двигателя.
Установка снабжена баллоном со сжатым газом, соединенным с парогенератором для поддержания в нем постоянного давления, а парогенератор оснащен электрическим нагревательным элементом.
На фиг.1 приведена схема предлагаемой силовой установки.
Установка включает двухтактную парорасширительную поршневую машину 1, имеющую выпускной электромагнитный клапан 2 и впускной электромагнитный клапан 3. Энергия пара преобразуется в механическую энергию и передается на колеса автомобиля с помощью маховика 4, оснащенного датчиком 5 положения коленвала.
Система питания включает парогенератор в виде сосуда Дьюара (баллон-термос) 6, заправленный перегретой водой 7 (температура воды составляет 200°C), соединенный с помощью нагнетательного трубопровода 8 с впускным электромагнитным клапаном 3. Через заправочный патрубок 9 с краном осуществляется заправка баллона - термоса 6 водой. Кроме того, баллон - термос 6 имеет клапан вентиляции 10, датчик 11 давления, датчик 12 температуры и датчик 13 уровня воды. Для поддержания постоянного давления (15 кг/см2 ) установка снабжена баллоном 14 со сжатым газом, соединенным с баллоном-термосом 6 с помощью трубопровода 15 через редукционный электромагнитный клапан 16.
Регулирует работу установки программная система управления, включающая электронный блок 17 управления, соединенный с клапанами 2, 3 и 16, датчиками 5, 11, 12, 13, а также с датчиком 18 перемещения педали газа 19 автомобиля.
Работа силовой установки осуществляется следующим образом.
Двигатель работает в двухтактном режиме. В исходном положении поршень находится чуть ниже верхней мертвой точки (ВМТ) по ходу вращения. Электромагнитные клапаны 2 и 3 закрыты. При нажатии на педаль газа 19 датчик ее перемещения 18 подает сигнал через электронный блок 17 на открытие клапана 3. Перегретая жидкость из баллона - термоса 6 (сосуда Дьюара) поступает в цилиндр и превращается в пар, который приводит в движение поршень парорасширительной машины и происходит такт рабочего хода.
После того как поршень начинает перемещение из нижней мертвой точки (НМТ) в ВМТ открывается выпускной клапан 2 и начинается такт выпуска, после чего цикл повторяется.
Количество подаваемой перегретой жидкости устанавливается блоком 17 управления в зависимости от величины сигнала с датчика перемещения 18 педали газа 19.
Запуск двигателя можно осуществлять путем подачи перегретой жидкости сначала в определенный цилиндр в зависимости от положения поршня относительно ВМТ и поступления сигнала от датчика положения коленвала 5 в блок 17 управления.
Баллон-термос может быть оборудован электрическими нагревательными элементами, обеспечивающими получение перегретой жидкости при подключении к розетке питания, например, во время ночной стоянки. Работу заправочных станций по получению перегретой воды можно организовать в ночное время, когда пик потребляемой электроэнергии резко снижается. Для поддержания давления в баллоне-термосе может быть использован компрессор.
Использование баллона-термоса (сосуда Дьюара) обеспечивает длительное сохранение температуры перегретой воды и возможность автономной работы двигателя с использованием энергии пара в течение продолжительного времени.
1. Силовая установка для транспортного средства, содержащая паровой двигатель, включающий парорасширительную поршневую машину, предназначенную для связи через механическую трансмиссию с колесами транспортного средства, систему питания, включающую парогенератор, соединенный нагнетательным трубопроводом с впускным клапаном поршневой машины, отличающаяся тем, что парогенератор выполнен в виде сосуда Дьюара.
2. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что снабжена системой управления, включающей блок управления и датчики давления, температуры и уровня жидкости, установленные на парогенераторе.
3. Силовая установка по п.2, отличающаяся тем, что система управления включает датчик перемещения педали газа автомобиля, обеспечивающий регулирование количества подаваемой из парогенератора перегретой жидкости.
4. Силовая установка по п.2, отличающаяся тем, что система управления включает датчик перемещения коленвала, обеспечивающий запуск двигателя.
5. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена баллоном со сжатым газом, соединенным с парогенератором для поддержания в нем постоянного давления.
6. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что парогенератор оснащен электрическим нагревательным элементом.
