ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ повышения эффективности работы двигателей наземных транспортных средств относится к области машиностроения, предназначен для снижения расходов топлива и улучшения эксплуатационных характеристик транспортных средств, преимущественно легковых, грузовых автомобилей и автобусов.

Известен способ повышения эффективности работы двигателей наземных транспортных средств, включающий рекуперацию инерционной энергии, заключающийся в накоплении энергии транспортного средства перед его остановкой в накопителе энергии, размещенном между двигателем и ходовой частью автомобиля, согласно которому между двигателем и коробкой передач последовательно располагают дополнительное стартовое сцепление, маховик, установленный на отдельных подшипниках, и обычное сцепление, что обеспечивает в момент перехода двигателя с тягового режима на нетяговый, автоматическое отключение обеих муфт сцепления, выключение зажигания двигателя, в результате чего маховик вращается с первоначальной скоростью, имея определенный запас кинетической энергии. При необходимости включается стартовое сцепление и двигатель запускается от вращающегося маховика (Жегалин О.И. Снижение токсичности автомобильных двигателей/М.: Транспорт, 1985, с. 63-64; Гулиа Н.В. и др. Пуск двигателя с позиций "Буриданова ocлa'7/Изoбpeтaтeль и рационализатор, N 6, 1989, с. 12-13).

Основным недостатком известного способа является то, что рекуперируется лишь доля энергии останавливаемого транспортного средства, а именно только энергия инерции маховика, которая составляет небольшую часть от инерционной энергии транспортного средства. Кроме того, способ не предусматривает использование накопленной энергии для приведения в движение остановленного транспортного средства.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому является способ повышения эффективности работы двигателей наземных транспортных средств, включающий рекуперацию инерционной энергии, заключающийся в накоплении энергии транспортного средства в накопителе энергии во время торможения, в котором накопитель энергии, размещенный между двигателем и ходовой частью транспортного средства, выполняют в виде пружинного элемента (Патент Российской Федерации RU2119434, 1993 г.). При этом рекуперацию энергии транспортного средства осуществляют путем заневоливания пружинного элемента, например витой плоской пружины, оснащенной храповым устройством и установленной вокруг оси одного из вращающихся валов в зоне между коробкой передач и ведущим мостом транспортного средства (например, вокруг карданного вала, ведущей шестерни заднего моста или выходного вала коробки передач), для зарядки и разрядки рекуператора в трансмиссию устанавливают два дополнительных сцепления, до и после рекуператора, причем одно из них обеспечивает непосредственное соединение вращающегося вала с пружиной, а второе - через зубчатое соединение, имеющее паразитную шестерню.

Основным недостатком способа является его применимость только на заднеприводных транспортных средствах. Кроме того, для реализации известного способа накопитель энергии и два дополнительных сцепления должны размещаться непосредственно в системе привода ведущих колес, что возможно лишь при использовании пружинного элемента плоской формы в качестве накопителя энергии.

Данная проблема решена в заявляемом способе повышения эффективности работы двигателей наземных транспортных средств, включающем рекуперацию инерционной энергии, заключающемся в накоплении энергии транспортного средства в накопителе энергии во время торможения, в котором накопитель энергии размещают вне системы привода двигателя и соединяют с колесами, а ходы педалей тормоза, сцепления и газа дополняют специальными участками, на которых управляют работой накопителя энергии, причем обеспечивают возможность его последовательной и параллельной работы с тормозной системой - в режиме накопления энергии, двигателем - в режиме расходования накопленной энергии.

Заявляемый способ может быть реализован с использованием накопителей энергии различных видов путем подключения их как к ведущим, так и к ведомым колесам транспортных средств с механическими или автоматическими коробками передач.

Один из возможных вариантов реализации заявляемого способа на легковом автомобиле с автоматической коробкой передач и задними ведомыми колесами, представлен на фигуре в виде упрощенной схемы устройства, в котором в качестве накопителя энергии 1 использован упругий элемент из резины, размещенный на днище багажника. Один конец резинового жгута 1 прикреплен к багажнику 2, а другой конец соединен с тросом 3, который через фиксатор 4 подсоединен к переключателю 5, установленному на специальной оси 6 между задними колесами 7 автомобиля. Переключатель 5, упрощенный разрез которого представлен на фигуре, установлен на оси 6 через подшипники 8 и во время движения автомобиля при отсутствии нажатия на педаль тормоза 9 свободно прокручивается вокруг вращающейся оси 6. Накопитель энергии 1 при торможении работает в режиме накопления, а при возобновлении движения транспортного средства - в режиме расходования накопленной энергии.

Ход педали тормоза разбит на специальные участки. Во время движения, когда накопитель энергии 1 находится в режиме накопления, при нажатии на педаль тормоза 9 для сбавления скорости или остановки транспортного средства, по сигналу с блока управления 10, на специальном Способ повышения эффективности работы двигателей наземных транспортных средств

Фиг. Упрощенная схема устройства, реализующего заявляемый способ. Условные обозначения: 1 -накопитель энергии; 2- багажник; 3-тpoc; 4-фикcaтop; 5-пepeключaтeль; 6-cпeциaльнaя ось; 7-зaдниe колеса; 8-пoдшипники; 9-пeдaль тормоза; 10-блoк управления; 11 -колодки переключателя; 12-пpyжинa; 13 -электромагнитная защелка. участке хода тормозной педали после перехода двигателя в нетяговый режим, накопитель энергии подключается к колесам транспортного средства. В переключателе 5 колодки 11 прижимают ось 6 между колесами 7, в результате чего корпус переключателя 5 начинает вращаться вместе с осью 6 с такой же угловой скоростью или медленнее, частично проскальзывая вокруг нее, в зависимости от силы сжатия колодок 11. Переключатель 5 вращается, наматывая на себя трос 3 и одновременно растягивая резиновый жгут 1. В данном режиме работы накопителя энергии фиксатор 4, пропуская специальную часть троса 3 только в одном направлении, фиксирует растянутое положение резинового жгута 1 и обеспечивает сохранение в нем энергии торможения после прекращения нажатия на педаль тормоза 9. При достижении силы натяжения или длины растянутого жгута 1 достаточной величины, блок управления 10 включает перемотку троса 3 на корпусе переключателя 5 в обратную сторону. Для осуществления перемотки троса путем вращения переключателя, может быть использована электромагнитная система. Чтобы не допустить провисания троса при разматывании, свободная часть троса 3 оттягивается с помощью пружины 12 после отключения электромагнитной защелки 13, затем по окончанию перемотки в нужную сторону, трос снова занимает свое исходное положение. При продолжении нажатия на педаль тормоза, после прохождения ею специального участка включается обычный режим работы тормозной системы, что обеспечивает в случае необходимости более быструю остановку транспортного средства резким нажатием на педаль тормоза.

Способ позволяет значительно сократить расход топлива за счет рекуперации энергии торможения, во время которого в городских условиях теряется до 50-70% вырабатываемой двигателями энергии. Способ увеличивает также тяговую способность и ресурс двигателя, может быть использован на всех транспортных средствах независимо от видов их двигателей, включая автомобили с гибридными двигателями. Резиновый материал имеет удельную энергоемкость не менее 30 кДж/кг. Жгут из резины сечением 1 дм ² может создавать усилие до нескольких тонн, которого вполне достаточно для приведения в движение практически любого автомобильного транспорта. Резиновый жгут может растягиваться до пяти раз и более относительно своей первоначальной длины. Жгут сечением 6 дм ² длиной 20 см с удельным весом 1 г/см ³ весит 12 кг и при растяжении может накопить энергию до 360 кДж, чего достаточно для выполнения работы по перемещению автомобиля массой 1 т со средней скоростью 60-80 км/ч на расстояние до 1440 м при величине необходимой силы 250 H либо для придания в течение нескольких секунд такой скорости стоявшему автомобилю. Внешний диаметр накачанной шины если взять равным 50 см, а диаметр переключателя в месте намотки троса - 2 см, то при постоянном вращении переключателя вместе с осью, прохождению автомобилем расстояния более 20 м соответствует перемещение конца жгута на расстояние не более 80 см. Изменяя силу сжатия колодок вокруг специальной оси, можно расширить пределы регулирования расстояния, проходимого транспортным средством при торможении. Для обеспечения возможности регулирования скорости вращения колес и проходимого транспортным средством расстояния в широких пределах за счет энергии накопителя, может быть использована зубчатая или другая передача, через которую переключатель подключается к специальной оси.

Для реализации заявляемого способа в рассматриваемом примере обратный ход педали тормоза 9 также дополнен специальным участком. До начала движения, при наличии достаточного количества накопленной энергии, блок управления 10 переводит накопитель энергии 1 в режим ее расходования. При включенном переключателе скоростей, во время отпускания педали тормоза 9, после отключения тормозной системы и снятия тормозных колодок с тормозных дисков транспортного средства, на специальном участке хода педали тормоза 9 происходит вращение колес 7 за счет расхода накопленной энергии. При этом колодки 11 переключателя 5 прижимают специальную ось 6, затем трос 3 снимается с фиксатора 4. Резиновый жгут 1, сокращая свою длину и одновременно разматывая трос 3 с переключателя 5, вращает переключатель вместе с осью и приводит автомобиль в движение. В зависимости от силы сжатия колодок 11, во время возврата жгута 1 в свое исходное положение, происходит регулирование расхода накопленной энергии и скорости вращения колес 7 транспортного средства. Блок управления 10, зафиксировав возврат жгута 1 в исходное положение, переводит систему в режим накопления.

При дальнейшем отпускании педали тормоза на следующем участке ее хода включается в работу коробка передач и транспортное средство переходит в обычный режим своей работы, в котором его движение осуществляется от двигателя, что при необходимости позволяет быстро отпустив педаль тормоза, обеспечить более оперативный набор скорости транспортным средством нажатием на педаль газа. Таким образом, способ позволяет использовать накопитель энергии совместно с тормозной системой и двигателем как в последовательном, так и в параллельном режимах. При последовательном использовании накопителя энергии с тормозной системой и двигателем плавным нажатием или отпусканием педали тормоза соответственно, обеспечивается максимальная экономия топлива. Во время параллельного их использования резким нажатием на педаль тормоза, усиливается тормозная способность, а при быстром отпускании педали тормоза и последующем нажатии на педаль газа усиливается тяговая способность транспортного средства.

Элементы данной системы, включая накопитель энергии, могут быть помещены в дополнительный корпус на специальной раме. При использовании способа на транспортных средствах различного назначения, включая автомобили с механическими коробками передач, аналогично могут быть дополнены специальными участками ходы педалей сцепления и газа.