Способ и устройство для повторного разгона транспортного средства, оборудованного воздушными компрессорами высокого давления.

1 Настоящее изобретение относится к наземным транспортным средствам и, в частности,средствам, оборудованным двигателями, не выделяющими вредные выбросы, или двигателями с контролируемыми вредными выбросами, причем эти двигатели имеют отдельную камеру сгорания. В опубликованной патентной заявке 96/27737 описан способ управления вредными выбросами в двигателе, в котором имеется отдельная внешняя камера сгорания, работающая по двухмодальному принципу с энергией двух типов, используя либо традиционное топливо бензин или газойль на автомагистрали (работа по одномодальному принципу с использованием топлива и воздуха), либо на малой скорости,особенно в городах и пригородах, добавляют сжатый воздух (или какой-либо другой газ, не образующий вредных выбросов), что позволяет исключить любой другой вид топлива (одномодальный принцип действия с воздухом, т.е. можно сказать, с добавлением сжатого воздуха). В патентной заявке 9607714 описан двигатель данного типа, работающий по одномодальному принципу с добавлением сжатого воздуха,используемый на городском транспорте, например, на городских автобусах. В двигателе данного типа, работающем в соответствии с моделью "топливо/воздух", топливовоздушная смесь подается и сжимается в отдельной камере всасывания и сжатия. Затем эта смесь направляется под давлением в отдельную камеру сгорания постоянного объема, где она воспламеняется с повышением ее температуры и давления. После открытия канала, соединяющего упомянутую камеру сгорания или расширительную камеру с камерой сброса давления и выхлопа, давление смеси упадет при ее истечении в последнюю камеру, таким образом совершая работу. После сброса давления газы удаляются через выхлопную трубу. При работе с воздухом при пониженной мощности топливный инжектор не задействован; в данном случае небольшое количество дополнительного сжатого воздуха, поступающего от внешней емкости, в которой запасен воздух под высоким давлением, например, 200 бар, и при окружающей температуре вводят в камеру сгорания по существу после того, как сжатый воздух без топлива, поступающий из камеры всасывания и сжатия, был введен в упомянутую камеру сгорания. Это небольшое количество сжатого воздуха при окружающей температуре будет нагреваться при контактировании с высокотемпературной массой воздуха,содержащейся в камере сгорания или расширительной камере, с расширением и ростом давления в камере, совершая работу движения при падении давления. Этот тип двухмодального двигателя или двигателя с двумя источниками энергии (воздух и бензин или воздух с дополнительным сжатым 2 воздухом) также может быть модифицирован для преимущественного использования в городских условиях, например в городских автобусах или в других муниципальных транспортных средствах (такси, перевозка мусора и т.п.), при работе в одном варианте "воздух/сжатый воздух", исключая все элементы двигателя, которые используются при работе на традиционном топливе. Двигатель работает только по одномодальной схеме с вводом дополнительного сжатого воздуха в камеру сгорания, которая таким образом становится собственно камерой сгорания. Кроме этого, воздух, засасываемый двигателем,можно фильтровать и очищать с помощью одного или нескольких угольных фильтров, используя также другие механические или химические способы, молекулярные сита или фильтры, работающие по другим принципам, что необходимо при создании двигателя с контролируемыми вредными выбросами. Термин "воздух", используемый в данном описании, относится к "любому газу, не загрязняющему атмосферу". Во французской патентной заявке 9611632, описаны установленные на транспортном средстве компрессоры высокого давления,предназначенные для заправки сжатым воздухом емкости транспортного средства, оснащенного двигателями, например, типа, описанного выше, причем компрессоры имеют привод от автономного двигателя с автономным источником энергии, они также связаны с трансмиссией для привода и пополнения резервов сжатого воздуха на транспортном средстве во время снижения скорости и торможения, тем самым позволяя полезно использовать значительную часть энергии, которая в таких случаях теряется безвозвратно. Однако в этом варианте воздух под высоким давлением и при высокой температуре нагнетают в главную емкость, температура которой по существу равна окружающей, и которая охлаждается. Такому варианту присущи потери большой части энергии, в частности, когда емкость начинает опорожняться, в результате чего имеют место потери давления при его сбросе. Способ по данному изобретению предлагает другое решение, которое также дает возможность получить дополнительные резервы крутящего момента и мощности во время разгона или ускорения. Способ отличается применяемыми средствами и, в частности, тем, что во время замедления движения и торможения компрессор высокого давления, который приводится в действие через сцепление или какую-либо другую муфту, служит замедлителем или даже тормозом путем получения сжатого воздуха при высоком давлении, например 200 бар, и при высокой температуре. Этот сжатый воздух отводят и запасают в емкости, теплоизолированной или нет, называемой емкостью для повторного ус 3 корения, в которой сжатый воздух находится при высокой температуре и при высоком давлении, поэтому его можно использовать, как только транспортное средство снова придет в движение путем инжекции его в камеру сгорания или расширительную камеру двигателя. Этот сжатый воздух, который был запасен при указанных температуре и давлении на короткий промежуток времени в емкости для повторного разгона, снова вводится в горячем состоянии в камеру сгорания двигателя, обеспечивая значительную энергию, когда транспортное средство вводится в действие или повторно трогается. Объем теплоизолированной емкости для повторного разгона, а также давление воздуха в ней выбираются в соответствии с требованиями,а когда емкость для повторного разгона заполнена, то воздух снова и сразу направляется в главную емкость. Специалист средней квалификации может выполнить расчет объема и давления в емкости для повторного разгона как функция усредненной частоты и усредненной интенсивности торможений и разгонов, которые зависят от конкретных условий использования или применения. В соответствии с предпочтительным вариантом реализации данного изобретения запас для повторного разгона обеспечивается в системе переменного объема для того, чтобы как только она начинает заполняться, поддержать сжатый воздух в ней при фактически постоянных давлении и температуре с помощью устройства, оснащенного вспомогательными механическими, пневматическими или гидравлическими системами, такими как пружины и т.п., и,в частности, с помощью устройства, которое использует давление сжатого воздуха в главной емкости после его дросселирования до заданного уровня. Таким образом эта теплоизолированная емкость переменного объема для повторного разгона препятствует падению давления и температуры сжатого воздуха во время заполнения, при этом давая возможность в любой момент воспользоваться определенным количеством воздуха при высоком давлении и высокой температуре для приведения в движение транспортного средства, при этом не требуется ждать пока емкость для повторного разгона полностью заполнится с достижением заданного рабочего давления (например, 100 бар). Таким образом, сразу после замедления или торможения, если водитель транспортного средства хочет ускорить движение, то определенное количество сжатого воздуха под высокими давлением и температурой, которое выходит из емкости повторного разгона, инжектируют в камеру сгорания или расширительную камеру, получая в этой камере очень высокое давление и обеспечивая требуемые крутящий момент и мощность. 4 Можно использовать множество средств для поддержания температуры в емкости для повторного разгона, среди которых следует отметить, например, использование керамики или теплоизоляции в виде стекловаты и т.п., причем возможны не образующие вредных выбросов термические или химические системы, которые не отходят от существа способа по настоящему изобретению. Другие задачи, преимущества и отличительные признаки данного изобретения будут выявлены из описания одного варианта, которым оно не ограничивается, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 представляет основную схему установки, включая емкость для повторного разгона по настоящему изобретению; фиг. 2 - продольный разрез аналогичной установки с емкостью переменного объема и постоянного давления для повторного разгона, а также ее систему, предназначенную для поддержания давления и температуры. На фиг. 1 схематично представлена основная установочная схема двигателя с контролируемыми вредными выбросами, содержащего камеру всасывания и сжатия 1, камеру сгорания или расширительную камеру 2 постоянного объема, в которую через инжектор 22 подается дополнительный сжатый воздух под очень высоким давлением из емкости 23, также содержащего камеру сброса давления и выхлопа 4. Камера всасывания и сжатия 1 соединена с камерой сброса давления или расширительной камерой 2 патрубком 5, открытием или закрытием которого управляет герметичная заслонка 6. Камера сгорания или расширительная камера 2 соединена с камерой сброса давления и расширительной камерой 4 патрубком 7, открытием или закрытием которого управляет герметичная заслонка 8. В камеру всасывания и сжатия 1 воздух подается через впускной патрубок 13, открытием которого управляет клапан 14, до которого по ходу потока установлен угольный фильтр 24, управляющий вредными выбросами. Камера всасывания и сжатия 1 функционирует как узел поршневого компрессора, в котором поршень 9, движущийся в цилиндре 10,соединен с шатуном 11 и коленчатым валом 12. Камера сброса давления и выхлопа 4 функционирует как узел обычного поршневого двигателя, в котором поршень 15 перемещается в цилиндре 16, обеспечивая вращение коленчатого вала 18 шатуном 17. Воздух после сброса давления отводится по выхлопному патрубку 19,проход по которому открывается клапаном 20. Вращение коленчатого вала 12 камеры всасывания и сжатия 1 осуществляется коленчатым валом двигателя 18 в камере сброса давления и выхлопа 4 через механическую связь 21. Компрессор 25 транспортного средства имеет входной патрубок 26, передний конец которого находится во впускном патрубке двигателя 13 ме 5 жду фильтрующей системой 24 двигателя и собственно двигателя. При работе упомянутого компрессора будет пополняться запас воздуха высокого давления в емкости 23, которая также установлена на транспортном средстве, причем воздух в емкость 23 подается по трубе 27. Привод компрессора 25 осуществляется электродвигателем 28 с помощью муфты 29, которая включается для пополнения запаса воздуха. Компрессор 25 также соединяется с трансмиссией 30 транспортного средства через муфту 31, которая включается в работу (замыкается) в процессе замедления движения и торможения,производя торможение двигателем и давая возможность замедлить движение транспортного средства, пополняя емкость повторного разгона 32 воздухом высокого давления и высокой температуры по трубе 27 А, причем упомянутая емкость для повторного разгона преимущественно имеет теплоизоляционный кожух 32 А. Клапан 33, установленный в выходной трубе компрессора 27, отклоняет поток сжатого воздуха в емкость для повторного разгона, подавая его по ответвлению 27 А, перекрывая трубу 27, а когда емкость для повторного разгона полностью заправлена, давая возможность, при необходимости, компрессору на транспортном средстве работать во время торможения и/или замедления движения, используя трубу 27, при этом отключается ответвление 27 А, а поток направляется в главную емкость 23. Клапан 33 также отсекает трубу 27 А во время повторного ускорения, направляя поток сжатого воздуха, содержащегося в емкости для повторного разгона 35, в сторону инжектора повторного разгона 22 А, когда компрессор на транспортном средстве 25 включен в работу, одновременно препятствуя потерям давления в направлении компрессора 25 и/или в направлении главной внешней емкости 23. После замедления движения, торможения и/или остановки транспортного средства, в процессе его вывода на рабочий режим вводится в действие воздушный инжектор 22 А для подачи высокотемпературного воздуха под высоким давлением в камеру сгорания или расширительную камеру. Этот воздух будет смешиваться со сжатым воздухом, находящимся в камере сжатия 1, и направляться в камеру сгорания или расширительную камеру двигателя, существенно увеличивая давление, что позволяет получить достаточно большую мощность, необходимую для вывода транспортного средства на рабочий режим. На фиг. 2 представлен другой вариант базовой схемы установки с емкостью для повторного разгона переменного объема и с системой регулирования давления, управляемой сжатым воздухом в главной емкости 23. Емкость для повторного разгона 35, желательно покрытая теплоизоляцией 35 А, содержит полый цилиндр малого диаметра, который входит в полый цилиндр большего диаметра 37, двухступенчатый 6 поршень 38 перемещается с обеспечением уплотнения внутри упомянутых цилиндров. Цилиндр малого диаметра является емкостью для повторного разгона 35, которая связана с входной трубой 27 А, по ней воздух под высоким давлением поступает от компрессора 25, устанавливаемого на транспортном средстве и приводимого в действие во время замедления движения и/или торможения, эта емкость также связана с трубой 39, предназначенной для подачи сжатого воздуха в инжектор повторного разгона 22 А. Цилиндр большого диаметра 37 имеет вход 40 для сжатого воздуха среднего давления,который поступает от главной емкости 23 под очень большим давлением, причем этот воздух дросселируется в буферной емкости среднего давления 41, что необходимо и достаточно для подачи дополнительного воздуха в инжектор 22,когда двигатель работает на нормальном режиме. Отношение диаметров цилиндров рассчитывается таким образом, что давление, стравливаемое в цилиндр большего диаметра 37, дает возможность поддерживать в цилиндре малого диаметра выбранное давление, обеспечивающее подачу дополнительного воздуха в инжектор повторного разгона 22 А. Например, цилиндр большего диаметра 100 мм с давлением после дросселирования 40 бар дает возможность поддерживать давление приблизительно 110 бар в малом цилиндре диаметром 60 мм, образующем емкость для повторного разгона. Тем самым исключается высокий перепад давления во время смещения поршня 38, при этом буферная емкость 41 выбирается достаточно большого объема. Во время работы в режиме со сжатым воздухом в двигатель поступает дополнительный воздух, например, под давлением 40 бар и при окружающей температуре через инжектор 22 подачи дополнительного воздуха. Во время замедления движения, т.е. как только водитель перестает нажимать на педаль газа, или при торможении, муфта 31 включается, а компрессор 25 на транспортном средстве приводится в действие, обеспечивая снижение скорости движения или торможение. При этом клапан 33 располагается таким образом, чтобы воздух под большим давлением (например, 150 бар) и при высокой температуре, поступающий от компрессора 25, отклонить в сторону емкости для повторного разгона 35. Под действием сжатого воздуха, поступающего по трубе 27 А,двухступенчатый поршень 38 сместится за счет воздействия силы, приложенной к торцу большого диаметра и возникающей от наличия давления в большом цилиндре 37, при этом поддерживается фактически постоянное давление(например, 100 бар) в емкости повторного разгона 35. После того, как поршень 38 полностью переместится, клапан 33 снова включается в работу, направляя сжатый воздух в главную 7 емкость 23. Таким образом появляется возможность замедлить движение или затормозить транспортное средство, одновременно подавая поток сжатого воздуха от работающего компрессора 25 к главной внешней емкости 23. Если водитель принял решение повторно ускорить движение, то он включает в работу инжектор повторного разгона 22 А для подачи воздуха под высоким давлением в камеру сгорания 2, тем самым создавая в упомянутой камере очень высокое давление, и, следовательно, большой крутящий момент при разгоне. Во время данной фазы управления клапан 33 располагается таким образом, что он отсекает трубу 27 А, направляя поток сжатого воздуха, находящегося в камере повторного разгона 35, в инжектор повторного разгона 22 А, при этом компрессор на транспортном средстве 25 отсоединяется от привода,тем самым предотвращая потери давления в линиях в сторону компрессора 25 и/или главной внешней емкости 23. В большинстве случаев удобно, чтобы команды, относящиеся к работе инжектора и клапана, были едиными и выполнение которых определялось как функция описанных выше фаз торможения и разгона. Тип компрессора высокого давления на транспортном средстве, тип муфты и системы управления этой муфтой, тип теплоизоляции емкости повторного разгона, тип отклоняющего клапана 33, способ поддержания давления и т.п.,а также устройство различных элементов на транспортном средстве могут быть различными в рамках существа настоящего изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ повторного разгона транспортного средства, оборудованного двигателем, не выделяющим вредные выбросы, или двигателем с контролируемыми вредными выбросами, содержащим отдельную камеру сгорания (2), в которую вводят при работе с воздухом определенное количество добавочного сжатого и не образующего вредных выбросов газа, поступающего из главной внешней емкости (23), в которой этот сжатый газ находится под высоким давлением и по существу при окружающей температуре, по существу после того, как сжатый воздух без топлива, поступающий из камеры всасывания и сжатия (1), был добавлен в камеру сгорания, причем это транспортное средство также содержит компрессор высокого давления(25), размещенный на нем, который вводят в действие во время замедленной скорости движения и торможений, тем самым пополняя главную внешнюю емкость (23), отличающийся тем, что воздух, сжатый до высокого давления в компрессоре (25), отводят и накапливают, поддерживая его высокую температуру при высоком давлении, причем этот воздух используют при приведении в действие или повторном начале движения транспортного средства путем 8 его инжекции в камеру сгорания или расширительную камеру двигателя (2). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжатый воздух накапливают в установленном объеме. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух накапливают в переменном объеме для того, чтобы, как только его заполнение завершается, получить и поддержать практически постоянные значения давления и температуры воздуха, которые по существу близки значениям, которые обеспечивают компрессор на транспортном средстве. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что для управления увеличением и изменением объема накопленного воздуха используют сжатый воздух, содержащийся в главной внешней емкости (23). 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что используют емкость для повторного разгона термически, которая изолирована или выполнена из изоляционного материала для поддержания высоких значений температуры и давления. 6. Устройство для выполнения способа по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что хранение сжатого воздуха, поступающего от компрессора (25), расположенного на транспортном средстве, осуществляют в емкости для повторного разгона (32, 35), которая выполнена ответвленной от выходной трубы (27) компрессора (25) между упомянутой трубой и инжектором(22 А), расположенным в камере сгорания или расширительной камере (2). 7. Устройство по п.6, отличающееся тем,что емкость для повторного разгона является емкостью установленного объема (32). 8. Устройство по п.6, отличающееся тем,что емкость для повторного разгона является емкостью переменного объема (35). 9. Устройство по п.8, отличающееся тем,что емкость для повторного разгона состоит из полого цилиндра малого диаметра (35), входящего концентрично в полый цилиндр большего диаметра (37), двухступенчатый поршень (38) выполнен с возможностью смещения со скольжением в упомянутых цилиндрах, цилиндр малого диаметра (35) соединен, с одной стороны,со входной трубой (27) для подачи сжатого воздуха от компрессора (25) на транспортном средстве через ответвление (27 А), а, с другой стороны, соединен с инжектором повторного разгона(22 А), причем цилиндр большего диаметра (37) содержит входной патрубок (40), предназначенный для подачи сжатого воздуха среднего давления, который поступает из главной емкости(23), в которой имеет место очень высокое давление, дросселируемое в буферной емкости (41),при этом отношение диаметров цилиндров рассчитывается таким образом, что среднее давление, имеющее место в цилиндре большего диаметра (37), обеспечивает возможность в малом цилиндре (35), который является емкостью для повторного разгона, поддерживать назначенное высокое давление для подачи дополнительного воздуха в инжектор повторного разгона (22 А). 10. Устройство по любому из пп.6-9, отличающееся тем, что в выходной трубе (27) компрессора транспортного средства и в ответвлении от нее (27 А), направленном к емкости повторного разгона, имеется клапан (33), который обеспечивает возможность, с одной стороны, во время замедлений движения и/или торможений отклонения воздушного потока, поступающего от компрессора (25) в направлении главной внешней емкости (23), путем открытия ответвления (27 А) и перекрытия выходной трубы (27) компрессора (25), и, с другой стороны, обеспе 10 чивает возможность перекрытия ответвления(27 А) либо для того, чтобы обеспечить свободный проход потока сжатого воздуха к главной внешней емкости (23), либо, когда емкость для повторного разгона (35) заполняется, обеспечить возможность использования компрессора(25) для замедления движения и торможения транспортного средства, либо во время повторных разгонов направлять поток сжатого воздуха под давлением в емкости повторного разгона(35) к инжектору повторного разгона (22 А), при этом компрессор на транспортном средстве (25) отсоединен от привода, тем самым препятствуя потерям давления в направлении компрессора(25) и/или главной внешней емкости (23).