RU2705320C1 - Hybrid power plant (embodiments) - Google Patents
Hybrid power plant (embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705320C1 RU2705320C1 RU2017130782A RU2017130782A RU2705320C1 RU 2705320 C1 RU2705320 C1 RU 2705320C1 RU 2017130782 A RU2017130782 A RU 2017130782A RU 2017130782 A RU2017130782 A RU 2017130782A RU 2705320 C1 RU2705320 C1 RU 2705320C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- windings
- internal combustion
- combustion engine
- generator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение «Силовая гибридная установка» может быть использовано в стационарных и передвижных генераторных станциях и установках, в приводах гибридных автомобилей, мотоциклах, в судостроении, в авиации - легкомоторные и спортивные самолеты, беспилотники, вертолеты.The invention “Power hybrid installation” can be used in stationary and mobile generator stations and installations, in drives of hybrid cars, motorcycles, in shipbuilding, in aviation - light-engine and sports planes, drones, helicopters.
Известны стационарные и передвижные генераторные станции и установки, состоящие из двигателя внутреннего сгорания (ДВС), приводящего в движение генератор, который вырабатывает электрическую энергию, например промышленные генераторы Vanguard™ (1), передвижные генераторы Briggs & stratton (2).Stationary and mobile generating stations and plants are known, consisting of an internal combustion engine (ICE), which drives a generator that generates electrical energy, for example, industrial Vanguard ™ generators (1), Briggs & stratton mobile generators (2).
В рамках Киотского протокола, подписанного в 1997 году, многие страны взяли на себя обязательство сократить вредные выбросы в атмосферу. Борьба за топливную экономичность и экологическую безопасность стала для многих стран очень острым вопросом. В результате чего, ведущие автомобильные компании стали разрабатывать и производить автомобили, оснащенные силовыми гибридными установками. Японская компания Toyota Motor стала первой компанией, массово внедрившей на рынке гибридные технологии практически во всех сегментах модельного ряда - от малолитражек до седанов, кроссоверов и полноценных внедорожников. Для автомобиля Тойота Приус Гибрид компания разработала силовую гибридную установку Hybrid Synergy Drive, состоящую из ДВС 2ZR-FXE, работающего по принципу Аткинсона, и электромотора мощностью 60 кВт. Автомобиль приводится в движение от ДВС, электромотора, а также может работать в синергетическом режиме. Автомобили, оснащенные силовой гибридной установкой более экономичны, снижено количество вредных выбросов в атмосферу, но они сложны в изготовлении и значительно дороже автомобилей с традиционными ДВС.Under the Kyoto Protocol, signed in 1997, many countries have committed themselves to reducing harmful air emissions. The struggle for fuel efficiency and environmental safety has become a very acute issue for many countries. As a result, leading automobile companies began to design and manufacture cars equipped with hybrid power plants. The Japanese company Toyota Motor was the first company to massively introduce hybrid technologies on the market in almost all segments of the model range - from small cars to sedans, crossovers and full-fledged SUVs. For Toyota Prius Hybrid, the company developed a hybrid Hybrid Synergy Drive power plant, consisting of an Atkinson-based 2ZR-FXE engine and a 60 kW electric motor. The car is driven by an internal combustion engine, an electric motor, and can also work in a synergistic mode. Cars equipped with a hybrid power plant are more economical, the amount of harmful emissions into the atmosphere is reduced, but they are difficult to manufacture and much more expensive than cars with traditional internal combustion engines.
Авиастроительный концерн Airbus с компанией Aero Composite Saintonge разрабатывает электрический самолет E-Fan, оборудованный двумя электродвигателями суммарной мощностью 60 кВт и двумя литий-полимерными аккумуляторными батареями.Airbus Aero Composite Saintonge is developing an E-Fan electric aircraft equipped with two 60 kW electric motors and two lithium-polymer batteries.
Наиболее близким аналогом изобретения, взятым в качестве прототипа, является «Двигатель внутреннего сгорания», патент РФ №2545109 (3).The closest analogue of the invention, taken as a prototype, is the "Internal Combustion Engine", RF patent No. 2545109 (3).
Двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндры со съемными головками, поршни с поршневыми кольцами, газораспределительный механизм, систему охлаждения, систему смазки, систему питания, систему зажигания, поршни, попарно соединенные через штанги с рамкой с зубчатыми рейками, таким образом, что если один поршень находится в верхней мертвой точке, то другой поршень - в нижней мертвой точке, преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение выходного вала происходит за счет перемещения рамок с зубчатыми рейками, которые входят в зацепление с зубчатыми секторами колес, установленных на выходном валу, рамки выполнены с верхними и нижними зубчатыми рейками, верхние и нижние зубчатые рейки смещены относительно друг друга, верхняя часть рамки выполнена с одной зубчатой рейкой, а нижняя часть - с двумя зубчатыми рейками, продольные оси которых симметрично смещены относительно оси поршней. Рамки с зубчатыми рейками и выходной вал с зубчатыми секторами колес, установленных на выходном валу, обладают намагниченностью, в двигателе с противоположных сторон зубчатых реек установлены индукционные катушки, выполняющие функцию обмоток статора генератора, функцию якоря генератора выполняет выходной вал с зубчатыми секторами колес, установленными на выходном валу, на колесах с противоположной стороны зубчатых секторов установлены индукционные катушки, выполняющие функцию обмоток якоря генератора.An internal combustion engine comprising cylinders with removable heads, pistons with piston rings, a gas distribution mechanism, a cooling system, a lubrication system, a power system, an ignition system, pistons paired through rods with a frame with gear racks, so that if one piston is located at top dead center, then another piston at bottom dead center, the reciprocating movement of the piston into the rotational movement of the output shaft is converted by moving the frames with gear racks that mesh with the gear sectors of the wheels mounted on the output shaft, the frames are made with upper and lower gear racks, the upper and lower gear racks are offset from each other, the upper part of the frame is made with one gear rack, and the lower part with two gear racks, the longitudinal axis of which are symmetrically offset relative to the axis of the pistons. Frames with gear racks and an output shaft with gear sectors of the wheels mounted on the output shaft are magnetized, induction coils are installed on the opposite sides of the gear rails in the engine, which serve as the generator stator windings, the output shaft with gear sectors of the wheels mounted on the generator the output shaft, on the wheels on the opposite side of the gear sectors, induction coils are installed that perform the function of the windings of the generator armature.
Недостатком данного ДВС является то, что зубчато-реечный механизм уступает кривошипно-шатунному механизму в надежности, а также появляется дополнительный изгибающий момент на рамке передающийся поршням, когда зубья рейки входят в зацепление с зубчатыми секторами колес установленных на выходном валу, кроме того реечный механизм является дополнительным источником шума.The disadvantage of this internal combustion engine is that the rack-and-pinion mechanism is inferior to the crank mechanism in reliability, and an additional bending moment appears on the frame that is transmitted to the pistons when the rack teeth engage with the gear sectors of the wheels mounted on the output shaft, in addition, the rack and pinion mechanism is an additional source of noise.
Целью изобретения силовой гибридной установки является:The aim of the invention of the power hybrid installation is:
- упрощение конструкции силовой гибридной установки, за счет конструктивного объединения ДВС и генератора, где ротор или индуктор, или соленоид генератора установлен на концах поршневых штоков ДВС и при работе совершает возвратно-поступательные движения внутри статора генератора;- simplification of the design of the power hybrid installation, due to the structural combination of the internal combustion engine and the generator, where the rotor or inductor or generator solenoid is installed at the ends of the piston rods of the internal combustion engine and during operation makes reciprocating movements inside the generator stator;
- повышение коэффициента полезного действия (КПД) силовой гибридной установки, за счет совмещения функции ДВС и генератора.- increase the efficiency (efficiency) of the hybrid power plant, due to the combination of the internal combustion engine and the generator.
Указанная цель достигается тем, что силовая гибридная установка, состоящая из двухтактного оппозитного ДВС, жестко закрепленного на корпусе силовой установки, содержащая по меньшей мере два цилиндра с выполненными в них впускными, перепускными и продувочными клапанами, двух поршней с поршневыми штоками, размещенными в цилиндрах и разделяющие цилиндры на надпоршневую рабочую камеру, имеющую совмещенную систему продувки отработанных газов и впуска свежей воздушной смеси, систему впрыска топлива, систему воспламенения рабочей смеси и выпуска отработанных газов, и подпоршневую компрессорную камеру, ресивера (двух ресиверов), причем ресивер выполнен с возможностью соединения с подпоршневой компрессорной камерой и продувочным окном рабочей камеры. В корпусе силовой установки установлен генератор (генераторы), в статоре генератора размещен ротор, или индуктор, или соленоид, соединенные посредством поршневых штоков, через уплотнительные соединения и подшипники скольжения с поршнями ДВС. При работе силовой гибридной установки ротор совершает возвратно-поступательные движения внутри статора генератораThis goal is achieved by the fact that the hybrid power plant, consisting of a two-stroke opposed ICE, rigidly fixed to the power plant housing, containing at least two cylinders with inlet, bypass and purge valves made in them, two pistons with piston rods placed in the cylinders and separating cylinders on the over-piston working chamber having a combined exhaust gas purge and fresh air intake system, a fuel injection system, a working mixture ignition system and exhaust gas start, and a piston compressor chamber, a receiver (two receivers), the receiver being configured to connect to a piston compressor chamber and a purge window of the working chamber. A generator (generators) is installed in the power unit housing, a rotor, or an inductor, or a solenoid, connected via piston rods through sealing joints and sliding bearings with ICE pistons, is placed in the generator stator. During operation of the power hybrid installation, the rotor performs reciprocating movements inside the generator stator
Силовая гибридная установка может иметь различное количество оппозитно расположенных поршней и, соответственно генераторов. Генераторы могут быть постоянного и переменного тока, синхронные, асинхронные, индукторные и гистерезисные.A hybrid power plant may have a different number of opposed pistons and, accordingly, generators. Generators can be direct and alternating current, synchronous, asynchronous, inductor and hysteresis.
Силовая гибридная установка (см. фиг. 1, 2, 3) состоит из двухцилиндрового двухтактного оппозитного ДВС, двух ресиверов 13, жестко закрепленных с разных сторон корпуса 1. В цилиндрах 2 установлены поршни 7 с поршневыми штоками 8, разделяющие полости цилиндров на надпоршневые рабочие камеры 9, имеющие системы подачи свежей порции воздушной смеси и продувки отработанных газов через клапаны 5. Систему впрыска топлива посредством форсунок 10, систему воспламенения рабочей смеси 11, и систему выпуска отработанных газов через клапаны 6. Подпоршневые компрессорные камеры 12, включающие системы подачи свежей порции воздушной смеси через клапаны 3, перепускные клапаны 4, пропускающие свежие порции воздуха из компрессорных камер 12 в ресиверы 13. В корпусе 1 установлен генератор 15, в котором статор 14 выполнен, например, из электротехнической стали, в статоре выполнены пазы, в которых размещены якорные обмотки 16. Поршни 7, посредством поршневых штоков 8, через уплотнительные соединения 17 и подшипники скольжения 18 в корпусе 1, соединены с ротором 19. В пазах ротора 19 размещена радиальная обмотка возбуждения 20. Силовая гибридная установка изображенная на фиг. 4, 5, 6 отличается от описанной выше тем, что в статоре 14 установлен ротор 19, в пазах которого установлены вставки из высокоэнергетических постоянных магнитов 26. Силовая гибридная установка, изображенная на фиг. 7, 8 отличается тем, что в корпусе 1 установлен стержневой магнитопровод 22, на стержнях которого размещены обмотки 23, поршни 7, посредством поршневых штоков 8, через уплотнительные соединения 17 и подшипники скольжения 18 в корпусе 1, соединены с ротором 24. Силовая гибридная установка, изображенная на фиг. 9, 10 состоит из четырехцилиндрового двухтактного оппозитного ДВС, двух ресиверов 13, двух генераторов 15, в пазах статоров 14 размещены якорные обмотки 16, двух роторов 19 с радиальными обмотками возбуждения 20. Силовая гибридная установка изображенная на фиг. 11, 12 отличается от описанной выше тем, что в пазах ротора 19 установлены вставки из высокоэнергетических постоянных магнитов 26. Силовая гибридная установка, изображенная на фиг. 13, 14 отличается тем, что в пазах ротора 19 размещены осевые обмотки возбуждения 21. Силовая гибридная установка, изображенная на фиг. 15, 16 отличается тем, что якорные обмотки 16 и обмотки возбуждения 21 размещены в пазах статоров 14. Силовая гибридная установка, изображенная на фиг. 17, 18 отличается от установки изображенной на фиг. 9, 10 тем, что генераторы 15 экранированы друг от друга проводящим материалом 25. Силовая гибридная установка, изображенная на фиг. 19, 20 отличается тем, что в корпусе 1 установлены два стержневых магнитопровода 22. Обмотка первичной цепи 27 размещена на двух сердечниках 22, вторичные обмотки 23 расположены на одиночных стержнях разноименных сердечников 22, роторы 24, в пазах которых установлены вставки из высокоэнергетических постоянных магнитов 26, размещены внутри стержневых магнитопроводов 22. Силовая гибридная установка, изображенная на фиг. 21, 22 отличается тем, что в корпусе 1 установлены два тороидальных магнитопровода 28, на которых размещены обмотки 29, роторы 19, в пазах которых установлены вставки из высокоэнергетических постоянных магнитов 26, размещены внутри тороидальных магнитопроводов 28. Силовая гибридная установка, изображенная на фиг. 23, 24 отличается тем, что в корпусе 1 установлены два стержневых магнитопровода 22 с обмотками 23, роторы 24, с обмотками возбуждения 20, размещены внутри стержневых магнитопроводов 22, стержневые магнитопроводы 22 экранированы друг от друга проводящим материалом 25.A hybrid power plant (see Figs. 1, 2, 3) consists of a two-cylinder two-stroke opposed ICE, two
Заполнение ресиверов 13 можно пополнять и от дополнительного автономного воздушного или газовоздушного источника, в котором под давлением находится воздушная или горючая газовоздушная смесь с малой концентрацией горючего газа (например, пропана), которая трубопроводами через патрубки 30 (см. фиг. 1, 7, 9) связана с ресиверами 13 (на фиг. не показано).Filling the
Силовая гибридная установка может работать:A hybrid power plant can work:
- на бензиновом топливе, с непосредственным впрыском и искровой системой зажигания;- on gasoline fuel, with direct injection and spark ignition system;
- в режиме воспламенения топливо-воздушной смеси сжатием Spark Controlled Compression Ignition (SCCI);- in the ignition mode of the fuel-air mixture by compression Spark Controlled Compression Ignition (SCCI);
- на дизельном топливе.- on diesel fuel.
Силовая гибридная установка работает следующим образом (см. фиг. 1…6).The hybrid power plant operates as follows (see Fig. 1 ... 6).
Бортовой компьютер управляет работой силовой гибридной установки. При запуске силовой гибридной установки можно воспользоваться запасенной воздушной смесью из ресивера 13. Открывается клапан 5 цилиндра 2 и за счет избыточного давления воздуха в ресивере 13, и подачи импульса напряжения на якорную обмотку 16, например поршень 7, в левом цилиндре 2 перемещается в нижнюю мертвую точку, перемещая шток 8 с ротором 19 в статоре 14. Одновременно поршень 7, в оппозитном (правом) цилиндре 2 перемещается к верхней мертвой точке и создает разрежение в подпоршневой компрессорной камере 12. Под действием этого разрежения открывается впускной клапан 3 и свежая порция воздушной смеси засасывается в компрессорную камеру 12. При движении поршня 2 к верхней мертвой точке, перепускной клапан 4, продувочный клапан 5 и выпускной клапан 6 закрыты. Происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре 2. Бортовой компьютер подает команды, происходит подача импульса тока и открытие форсунки 10 и топливо под давлением распыляется в рабочую камеру 9, в районе свечи зажигания 11. Подается импульс напряжения на свечу зажигания 11, между электродами свечи проскакивает искра, рабочая смесь воспламеняется, происходит сгорание и расширение рабочей смеси, давление в цилиндре 2 повышается и поршень 7 перемещается к нижней мертвой точке, перемещая ротор 19 в статоре 14, выпускной клапан 6, впускной клапан 3 закрыты, открывается клапан 4 цилиндра 2 и поршень 7 выталкивает свежую воздушную смесь из компрессорной камеры 12 в ресивер 13. В конце рабочего хода поршня 7, открываются выпускной клапан 6 и клапан 5 подачи свежей порции воздушной смеси из ресивера 13 в рабочую камеру 9 цилиндра 2. В результате этого осуществляется петлевая продувка рабочей камеры 9 цилиндра 2. Отработанные газы из рабочей камеры 9, через клапан 6 поступают в глушитель и далее в атмосферу. Таким образом происходят возвратно поступательные движения поршней 7 со штоками 8, на концах которых установлен ротор 19, который также совершает возвратно поступательные движения в статоре 14 генератора 15. На обмотку возбуждения 20 ротора 19 подают питание от источника постоянного тока или возбуждение ротора 19 происходит от высокоэнергетических постоянных магнитов 26, установленных в пазах ротора 19. При возвратно поступательном движении ротора 19 в статоре 14, поток возбуждения пересекает проводники якорных обмоток 16 статора 14 и индуцирует в обмотках 16 переменную электродвижущую силу (ЭДС) Е, при подключении якорных обмоток 16 к нагрузке, проходящий по этим обмоткам ток I создает изменяющееся магнитное поле, результирующий магнитный поток Ф создается совместным действием магнитодействующих сил: обмотки возбуждения 20, или энергией постоянных магнитов 26, установленных в пазах ротора 19, и изменяющимся магнитным полем якорных обмоток 16 статора 14.The on-board computer controls the operation of the power hybrid installation. When starting the hybrid power plant, you can use the stored air mixture from the
Работа силовой гибридной установки в режиме воспламенения топливо-воздушной смеси сжатием (SCCI) происходит с обедненной смесью.The hybrid power plant operates in a compressed-air fuel-air mixture compression ignition (SCCI) mode with a lean mixture.
В конце рабочего хода поршня 7, открываются выпускной клапан 6 и клапан 5 подачи свежей порции воздушной смеси из ресивера 13 в рабочую камеру 9 цилиндра 2. Свежая порция воздушной смеси смешивается с остатками горячих отработанных газов, отработанные газы разогревают воздушную смесь, облегчая ее перемешивание внутри рабочей камеры 9. При движении поршня 2 к верхней мертвой точке, перепускной клапан 4, продувочный клапан 5 и выпускной клапан 6 закрыты. Бортовой компьютер подает команды, происходит подача импульса тока и открытие форсунки 10 и топливо под давлением распыляется в рабочую камеру 9, в результате чего, в цилиндре образуется сбалансированная однородная топливовоздушная смесь с предельно низким содержанием топлива. Поршень 7 сжимает топливовоздушную смесь в цилиндре 2 до определенного объема, давление и температура в цилиндре 2 повышается до точки самовоспламенения и смесь в цилиндре сгорает, поршень 7 перемещается к нижней мертвой точке, перемещая ротор 19 в статоре 14. Работа генератора 15 не отличается, от описанной выше.At the end of the
Работа силовой гибридной установки на дизельном топливе происходит в обычном режиме.The diesel hybrid power plant is operating normally.
Работа силовой гибридной установки с четырехцилиндровым двухтактным оппозитным ДВС происходит аналогичным образом (см. фиг. 9, 10, 11, 12). Отличия заключаются в том, что ресиверы 13 подключены и работают на два цилиндра 2. Перепускные клапана 4 могут работать в автоматическом режиме. При рабочем ходе, в под-поршневой компрессорной камере 12 одного цилиндра 2 создается избыточное давление, под действием которого перепускной клапан 4 открывается, свежая воздушная смесь из подпоршневой компрессорной камеры 12 поступает в ресивер 13, автоматически закрывая перепускной клапан 4 другого цилиндра 2.The operation of the hybrid power plant with a four-cylinder two-stroke opposed engine occurs in a similar way (see Fig. 9, 10, 11, 12). The differences are that the
В корпусе 1 установлены два генератора 15, в статорах 14 которых совершают возвратно поступательные движения два ротора 19, закрепленные на концах поршневых штоков 8. При работе ДВС поршни 7 совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах 2, возвратно-поступательные движения в статорах 14 генераторов 15 совершают и роторы 19, установленные на концах поршневых штоков 8. На обмотки возбуждения 20 роторов 19 подают питание от источника постоянного тока, или возбуждение роторов происходит от высокоэнергетических постоянных магнитов 26, установленных в пазах роторов 19. При возвратно-поступательных движениях роторов 19, поток возбуждения пересекает проводники якорных обмоток 16 и индуцирует в них переменную электродвижущую силу (ЭДС) Е. При подключении якорных обмоток 16 к нагрузке, проходящий по этим обмоткам 16 ток I создает изменяющееся магнитное поле. Результирующий магнитный поток Ф создается совместным действием магнитодействующих сил: обмоток возбуждения 20 роторов 19, или энергией постоянных магнитов 26 роторов 19, и якорными обмотками 16 статоров 14.Two
Работа силовых гибридных установок с генераторами на стержневых 22 и тороидальных 28 магнитопроводах (см. фиг. 19, 20, 21, 22), отличается тем, что возвратно-поступательные движения роторов 24 и 19, установленных на концах поршневых штоков 8, происходят в окнах магнитопроводов 22 и 28. Возбуждение роторов 24 и 19 происходит от высокоэнергетических постоянных магнитов 26, установленных в пазах роторов 24 и 19. При возвратно-поступательном движении роторов 24 и 19, поток возбуждения пересекает проводники обмоток 23 и 29 установленных на магнитопроводах 22 и 28, и индуцирует в них переменную электродвижущую силу Е. При подключении обмоток 23 и 29 к нагрузке, проходящий по этим обмоткам 23 и 29 ток I создает изменяющееся магнитное поле. Результирующий магнитный поток Ф создается совместным действием магнитодействующих сил: энергией постоянных магнитов 26 роторов 19 и 24 и обмотками 23 и 29 магнитопроводов 22 и 28.The work of hybrid power plants with generators on the
Вторичные обмотки 23, расположенные на одиночных стержнях разноименных сердечников 22 (см. фиг. 19, 20 и 23, 24) могут состоять из последовательных контуров вторичных обмоток 23 и конденсаторов С настроенных в резонанс напряжений, при этом полезная нагрузка подключается к клеммам обмоток 23 или клеммам емкости конденсаторов С (на фиг. не показаны).The
Якорные обмотки, в зависимости от назначения, можно соединять различным способом, последовательно, параллельно, звездой с общей точкой, треугольником, образовывать различное число фаз и т.д.Anchor windings, depending on the purpose, can be connected in a different way, sequentially, in parallel, by a star with a common point, a triangle, form a different number of phases, etc.
Силовая гибридная установка может работать автономно в качестве генератора питающего подключенную к нему нагрузку, или параллельно с сетью, к которой присоединены другие силовые гибридные установки. Например, силовая гибридная установка с однофазным генератором с номинальным напряжение 230 В, частотой 50 Гц, или трехфазным генератором с номинальным напряжением 380 В, частотой 50 Гц. Номинальная мощность генераторной установки может увеличиваться путем параллельного подключения дополнительных силовых гибридных установок. Силовые гибридные установки могут комплектоваться генераторами с разными номинальными напряжениями, например в силовой гибридной установке с четырехцилиндровым оппозитным двухтактным ДВС устанавливаются, один однофазный генератор с номинальным напряжением 230 В, другой трехфазный генератор с номинальным напряжением 380 В. В силовых гибридных двух генераторных установках, один генератор может использоваться как основной, а другой в качестве резервного, например в авиации, в военной технике.A hybrid power plant can operate autonomously as a generator supplying the load connected to it, or in parallel with a network to which other hybrid power plants are connected. For example, a hybrid power plant with a single-phase generator with a nominal voltage of 230 V, a frequency of 50 Hz, or a three-phase generator with a nominal voltage of 380 V, a frequency of 50 Hz. The rated power of the generator set can be increased by connecting additional hybrid power plants in parallel. Hybrid power plants can be equipped with generators with different nominal voltages, for example, in a hybrid power plant with a four-cylinder opposed two-stroke ICE, one single-phase generator with a nominal voltage of 230 V, another three-phase generator with a nominal voltage of 380 V. In hybrid power two generator sets, one generator can be used as a primary, and the other as a backup, for example in aviation, in military equipment.
Силовыми гибридными установками могут комплектоваться и автомобили, например четырехцилиндровым двухтактным оппозитным ДВС с двумя генераторами. Бортовой компьютер посредством инвертора, преобразует постоянный ток высоковольтной аккумуляторной батареи (например, литий-ионной) в переменный трехфазный ток, и питает тяговой электродвигатель автомобиля. При снижении уровня зарядки высоковольтной батарей ниже установленного предела, компьютер отключает ее от тягового электродвигателя и подключает к тяговому электродвигателю трехфазный генератор, который питает его. Электроэнергия вырабатываемая другим генератором, по команде с бортового компьютера, через инвертор идет на подзарядку высоковольтной аккумуляторной батареи. При полной зарядке высоковольтной аккумуляторной батареи, компьютер отключает ее от инвертора и подключает к тяговому электродвигателю, отключая от тягового электродвигателя генератор. Зарядка высоковольтной аккумуляторной батареи может происходить и за счет энергии ДВС, при незначительной нагрузке, а так же за счет рекуперации энергии при торможении, в результате этих действий происходит экономия топлива и уменьшается выброс токсичных веществ в атмосферу.Cars can also be equipped with power hybrid systems, for example, a four-cylinder two-stroke boxer engine with two generators. The on-board computer by means of an inverter converts the direct current of a high-voltage battery (for example, lithium-ion) into an alternating three-phase current, and feeds the vehicle's traction motor. When the charge level of the high-voltage batteries decreases below the set limit, the computer disconnects it from the traction motor and connects a three-phase generator to the traction motor, which powers it. Electricity generated by another generator, on command from the on-board computer, goes through the inverter to recharge the high-voltage battery. When the high-voltage battery is fully charged, the computer disconnects it from the inverter and connects it to the traction motor, disconnecting the generator from the traction motor. Charging a high-voltage battery can occur due to the energy of the internal combustion engine, with a slight load, as well as due to the recovery of energy during braking, as a result of these actions, fuel is saved and the emission of toxic substances into the atmosphere decreases.
Для подзарядки вспомогательной свинцово-кислотной аккумуляторной батарей и питания различного бортового электрического оборудования автомобиля, может быть выделена якорная обмотка генератора с выпрямителем и реле-регулятором или устанавливается специальный преобразователь, преобразующий постоянный ток высоковольтной батарей в постоянный ток напряжением 12-14 В.To recharge auxiliary lead-acid batteries and power various on-board electrical equipment of the car, the generator’s anchor winding with a rectifier and relay regulator can be allocated or a special converter can be installed that converts the direct current of the high-voltage batteries to a direct current of 12-14 V.
Высокоэнергетические постоянные магниты, установленные в пазах ротора, существенно повышают надежность работы генераторов, благодаря отсутствию обмоток возбуждения и скользящих контактов, для подвода к ним тока.High-energy permanent magnets installed in the grooves of the rotor significantly increase the reliability of the generators, due to the absence of field windings and sliding contacts, for supplying current to them.
Коэффициент полезного действия (КПД) бензиновых четырехтактных ДВС находится в диапазоне от 20 до 25%, а дизельных может достигать 40%. Самым эффективным, на данный момент времени, считается электрический двигатель, его КПД может достигать 90-95%. Если в качестве тягового электродвигателя на автомобиль установить асинхронный электродвигатель, то это позволит практически полностью исключить техническое обслуживание электродвигателя в течении назначенного безопасного ресурса работы автомобиля, или электродвигатели установить непосредственно в колеса автомобиля, обеспечив защиту от воздействия окружающей среды.The efficiency (efficiency) of gasoline four-stroke internal combustion engines is in the range from 20 to 25%, and diesel can reach 40%. The most effective, at the given time, is considered an electric motor, its efficiency can reach 90-95%. If an asynchronous electric motor is installed as a traction electric motor on a car, this will almost completely exclude maintenance of the electric motor during the designated safe life of the car, or install electric motors directly in the car's wheels, providing protection from environmental influences.
КПД генератора зависит от конструкции генератора, толщины пакета статора, величины сопротивления обмоток, конструкции ротора и т.д., но главным образом от мощности генератора, чем генератор мощнее, тем выше его КПД и может достигать 90-95%.The efficiency of the generator depends on the design of the generator, the thickness of the stator package, the resistance of the windings, the design of the rotor, etc., but mainly on the power of the generator, the more powerful the generator, the higher its efficiency and can reach 90-95%.
КПД предлагаемой силовой гибридной установки может достигать 75-85% за счет конструктивного совмещения двухтактного оппозитного ДВС и генератора, так как ротор, или индуктор, или соленоид генератора является элементом соединения оппозитно расположенных поршней друг с другом.The efficiency of the proposed hybrid power plant can reach 75-85% due to the structural combination of a two-stroke opposed ICE and a generator, since the rotor, or inductor, or generator solenoid is an element for connecting opposed pistons to each other.
Если сравнивать, например традиционную силовую гибридную установку оснащенную четырехцилиндровым четырехтактным ДВС и генератором, установленным между ДВС и стандартной коробкой переключения передач, с предлагаемой силовой гибридной установкой, то эффект достигается за счет сокращения:If we compare, for example, a traditional hybrid power plant equipped with a four-cylinder four-stroke ICE and a generator installed between the ICE and a standard gearbox, with the proposed hybrid power plant, the effect is achieved by reducing:
- механических потерь - попарно соединенные поршни обеспечивают строго возвратно-поступательное движение поршней, благодаря этому отсутствуют боковые силы, действующие на стенки цилиндров со стороны поршней. Снижается трение и износ в цилиндропоршневой группе, упрощается конструкция поршня и самого двигателя. ДВС становится проще, технологичней (нет кривошипно-шатунного механизма, коробки переключения передач, зубчатых и ременных передач, подшипников качения и т.д.);- mechanical losses - pairwise connected pistons provide strictly reciprocating movement of the pistons, due to this there are no lateral forces acting on the cylinder walls from the side of the pistons. Friction and wear in the piston-cylinder group are reduced, the design of the piston and the engine itself is simplified. ICE is becoming easier, more technologically advanced (there is no crank mechanism, gearbox, gear and belt drives, rolling bearings, etc.);
- тепловых потерь;- heat loss;
- топливной эффективности, особенно - в режиме воспламенения топливовоздушной смеси сжатием (SCCI), характеризующейся отсутствием открытого пламени и более низкой, чем у дизельных двигателей, температурой сгорания. В результате чего доля сгоревшего топлива возрастает до 95-97%.;- fuel efficiency, especially in the ignition mode of the air-fuel mixture by compression (SCCI), characterized by the absence of an open flame and lower combustion temperature than that of diesel engines. As a result, the share of burnt fuel increases to 95-97% .;
- металлоемкости;- metal consumption;
- себестоимости.- cost.
Преимуществом предлагаемой силовой гибридной установки является и почти полное отсутствие вибрации во время работы. Такой эффект достигается за счет расположения поршней, которые уравновешивают друг друга, в результате чего существенно увеличивает ресурс силовой гибридной установки, кроме того они обеспечивают автомобилю низкий центр тяжести, что благоприятно скажется на устойчивости автомобиля.The advantage of the proposed hybrid power plant is the almost complete absence of vibration during operation. This effect is achieved due to the location of the pistons, which balance each other, as a result of which significantly increases the life of the power hybrid installation, in addition, they provide the car with a low center of gravity, which will favorably affect the stability of the car.
Масса высоковольтной аккумуляторной батареи превышает массу силовой гибридной установки, учитывая оптимальную рабочую температуру например, литий-ионной аккумуляторной батареи, которая находится в диапазоне от +15° до +35°С, то работа автомобиля в жестких климатических условиях (-50° до +60°С) становится проблематичной. В этом случае, силовая гибридная установка может питать тяговый электродвигатель без использования высоковольтной аккумуляторной батареи.The mass of the high-voltage battery exceeds the mass of the hybrid power plant, given the optimal operating temperature of, for example, a lithium-ion battery, which is in the range from + 15 ° to + 35 ° C, then the car operates in harsh climatic conditions (-50 ° to +60 ° C) becomes problematic. In this case, the hybrid power plant can power the traction motor without using a high voltage battery.
Источники информацииInformation sources
1. Промышленные генераторы Vanguard™, каталог1. Vanguard ™ Industrial Generators Catalog
2. Передвижные генераторы Briggs & stratton, каталог.2. Mobile generators Briggs & stratton, catalog.
3. Патент РФ на изобретение 2545109, «Двигатель внутреннего сгорания».3. RF patent for the invention 2545109, “Internal combustion engine”.
4. Электрические машины. Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвостов. М., «Высшая школа» 1987.4. Electric cars. D.E. Bruskin, A.E. Zorokhovich, V.S. Tails. M., "Higher School" 1987.
5. Автомобили, оснащенные силовыми гибридными установками. Интернет.5. Cars equipped with hybrid power plants. The Internet.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130782A RU2705320C1 (en) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | Hybrid power plant (embodiments) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130782A RU2705320C1 (en) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | Hybrid power plant (embodiments) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2705320C1 true RU2705320C1 (en) | 2019-11-06 |
Family
ID=68500758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017130782A RU2705320C1 (en) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | Hybrid power plant (embodiments) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2705320C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU198854U1 (en) * | 2020-03-23 | 2020-07-30 | Сергей Дмитриевич Духовлинов | PERMANENT MAGNET LINEAR ELECTRIC POWER GENERATOR |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB880154A (en) * | 1956-12-18 | 1961-10-18 | Jarret Jacques Henri | Improvements in or relating to free-piston internal-combustion engines |
US5002020A (en) * | 1988-04-26 | 1991-03-26 | Kos Joseph F | Computer optimized hybrid engine |
US20050126173A1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Anderson Donald D. | Controlling airflow to multiple engine modules with a single throttle body |
RU2398120C2 (en) * | 2005-02-24 | 2010-08-27 | Джон У. Фитцджеральд | Four-cylinder four-stroke ice with variable-stroke reciprocating piston and pre-mixed fuel mix compression initiated ignition |
RU2545109C2 (en) * | 2012-01-13 | 2015-03-27 | Юрий Васильевич Таланин | Internal combustion engine (versions) |
-
2017
- 2017-08-30 RU RU2017130782A patent/RU2705320C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB880154A (en) * | 1956-12-18 | 1961-10-18 | Jarret Jacques Henri | Improvements in or relating to free-piston internal-combustion engines |
US5002020A (en) * | 1988-04-26 | 1991-03-26 | Kos Joseph F | Computer optimized hybrid engine |
US20050126173A1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Anderson Donald D. | Controlling airflow to multiple engine modules with a single throttle body |
RU2398120C2 (en) * | 2005-02-24 | 2010-08-27 | Джон У. Фитцджеральд | Four-cylinder four-stroke ice with variable-stroke reciprocating piston and pre-mixed fuel mix compression initiated ignition |
RU2545109C2 (en) * | 2012-01-13 | 2015-03-27 | Юрий Васильевич Таланин | Internal combustion engine (versions) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU198854U1 (en) * | 2020-03-23 | 2020-07-30 | Сергей Дмитриевич Духовлинов | PERMANENT MAGNET LINEAR ELECTRIC POWER GENERATOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8201523B2 (en) | Integrated combustion and electric hybrid engines and methods of making and use thereof | |
WO1995033921A1 (en) | Linear electrical energy generator | |
EP1185769B1 (en) | Cyclically operated fluid displacement machine | |
RU2705320C1 (en) | Hybrid power plant (embodiments) | |
CN109113859A (en) | A kind of linear re-ciprocating motion generator, power generation method and vehicle | |
GB2358845A (en) | Vehicle hybrid drive system and operating method | |
CN103939205A (en) | Automotive range extender based on four-stroke linear internal combustion engines and linear motor | |
CN103321739A (en) | Four-stroke linearly started generator | |
RU2144990C1 (en) | Fuel-electric converter | |
Ibrahim et al. | Effect of motoring voltage on compression ratio of a free-piston linear generator engine | |
US11746691B2 (en) | Opposing piston synchronized linear engine-alternator (OPSLEA) for electrical power generation | |
Sun et al. | Dynamic simulation of a novel free-piston linear generator | |
KR20230165648A (en) | A Eco-Friendly Linear Generator Using 2-Stroke Engine. | |
SU985365A1 (en) | Free piston engine | |
RU2545109C2 (en) | Internal combustion engine (versions) | |
RU2578932C1 (en) | Alternating current generator with free-piston motor compressor | |
RU2527927C1 (en) | Portable electric plant | |
US20210381427A1 (en) | Opposed piston hydrogen engine and method for operation | |
RU2571953C2 (en) | Alternating current generator (acg) with crosshead engine | |
CN219366165U (en) | New energy automobile increases journey driving system | |
DE3317129A1 (en) | Internal-combustion engine with magnetic power transmission | |
WO2012080709A1 (en) | Free piston engine generator | |
Monroy et al. | Considerations for starting combustion engines with AC machines | |
CN102235233A (en) | Spiral plate engine | |
Irie et al. | Quad-cylinder Structure for Electrical Loss-reduction in Free-piston Engine Linear Generator with Four-stroke Engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200831 |