Комбинированная трансмиссия транспортного средства
Полезная модель комбинированной трансмиссии направлена на повышение гибкости системы управления потоком энергии, подводимой к ведущим колесам транспортного средства от источников энергии, что, по сравнению с классическими схемами трансмиссий, позволит сэкономить топливо с одновременным снижением загрязнения окружающей среды. Наличие в полезной модели двигателя внутреннего сгорания, маховичного накопителя кинетической энергии, тяговой аккумуляторной батареи и обратимой электромашины, при совместной работе обеспечивающей движение транспортного средства. При применении полезной модели обеспечивается снижение расхода топлива и уменьшение загрязнения окружающей среды, за счет снижения мощности применяемого в транспортном средстве двигателя внутреннего сгорания и оптимизации режима его работы. Конструктивная схема полезной модели позволяет на некоторых режимах движения транспортного средства отключать двигатель внутреннего сгорания и тем самым полностью исключить выброс вредных веществ с отработанными газами.
Полезная модель комбинированной трансмиссия относится к автомобильной промышленности и может быть использована при модернизации и производстве автомобилей, автобусов, а также ж/д дрезин и других транспортных средств.
Известна трансмиссия Патент РФ ЕР 162519 в составе гибридного привода транспортного средства, включающая маховик и трехзвенный планетарный механизм. Водило трехзвенного планетарного механизма связано с бесступенчатой механической передачей. Трансмиссия имеет две муфты сцепления, первая из которых связана с маховиком и с солнечной шестерней, а вторая с коронной шестерней и с внешней передачей поступательного движения. Промежуточная передача позволяет соединять маховик с солнечной шестерней, передавать ускоренное вращение маховику и управлять при помощи вариатора включением второй муфты сцепления, что позволяет запасать энергию с помощью маховика и передавать ее гибридному приводу транспортного средства.
Известна трансмиссия Патент РФ 2160191 с планетарным механизмом и муфтой сцепления, связанной с маховиком, что обеспечивает ускорение маховика и последующую передачу его вращения выходному валу привода движителя транспортного средства.
Известна маховичная трансмиссия Авторское свидетельство СССР 1629654, содержащая корпус с размещенным в нем основным маховиком и дополнительными маховиками с переменными моментами инерции, а также фрикционную муфту и вариатор привода маховика. Дополнительные маховики с четырьмя фрикционными муфтами через планетарный редуктор соединяются с движителем транспортного средства.
Известна трансмиссия автомобиля Авторское свидетельство Великобритании 2121742, включающая трехзвенный дифференциал, первое звено которого связано с выходным валом, передающим вращение ведущим колесам транспортного средства, второе звено связано с двигателем, а третье звено с маховиком - накопителем энергии.
Известна трансмиссия, Учебник - Автомобили / В.К.Вахламов, М,Г. Шатров, А.А.Юрчевский / «Академия» 2005 г., обеспечивающая движение автобуса фирмы «Вольво», которая представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), дополнительно снабженный маховичным накопителем кинетической энергии. Раскрутка маховичного накопителя осуществляется от трансмиссии в процессе торможении автобуса, при этом маховичный накопитель играет роль тормоза-замедлителя. Запасенная энергия маховичного накопителя используется при трогании автобуса с места и при его разгоне.
Недостатком подобного устройства трансмиссии является ограниченность ее эффективности на всех режимах движения - она достаточно эффективна только в режиме частых остановок автобуса.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели является трансмиссия, Учебник - Электромобили /В.А.Щетина, Ю.Я.Морговский/, Машиностроение, 1994 г., гиробуса, использующая маховичный накопитель энергии, разработанный фирмой «Дженерал электрик». В этом гиробусе функции тягового двигателя, обеспечивающего его движение, выполняет основная электромашина, питаемая от внешних источников энергии и от тяговых аккумуляторных батарей. При торможении гиробуса основная электромашина работает в режиме генератора и питает вторую электромашину, раскручивающую маховичный накопитель. При разгоне гиробуса вторая электромашина, за счет аккумулированной энергии маховичного накопителя, переходит в режим генератора и питает током основную тяговую электромашину, что и обеспечивает дальнейшее движение гиробуса.
Недостатком подобной конструкции трансмиссии является ее привязанность к внешнему электроснабжению, необходимому для подзарядки тяговых аккумуляторных батарей гиробуса на стоянках.
В перечисленных выше аналогах используется по два источника энергии: в первом аналоге - ДВС и маховичный накопитель, а во втором - маховичный накопитель и аккумуляторная батарея.
Предлагаемая полезная модель комбинированной трансмиссии позволяет решить техническую задачу по увеличению запаса хода транспортного средства, снижения загрязнения атмосферы вредными выбросами и экономии топлива, может быть использована для разных видов транспортных средств.
Решение поставленной задачи достигается путем использования энергии ДВС, аккумулированной кинетической энергии маховичного накопителя, энергии тяговой аккумуляторной батареи.
В отличие от аналогов, в предлагаемой полезной модели комбинированной трансмиссии транспортного средства предусмотрено использование трех источников энергии: ДВС, маховичного накопителя и тяговой аккумуляторной батареи. Кроме того, в предлагаемой полезной модели трансмиссии двигатель внутреннего сгорания является только дополнительным источником энергии, используемым для движения транспортного средства, раскрутки маховичного накопителя и подзарядки аккумуляторной батареи. При этом рабочий процесс ДВС выполняется на оптимальных режимах, обеспечиваемых программой электронного блока управления (ЭБУ), при которых выбросы токсичных веществ в атмосферу минимальны.
Предлагаемая полезная модель комбинированной трансмиссии транспортного средства представлена на фиг.1.
Полезная модель трансмиссия транспортного средства содержит:
ДВС 1, маховичный накопитель кинетической энергии 4 с редуктором-мультипликатором 3, сцепления в виде электромагнитных муфт 2, 5, трансмиссию, выполненную в виде обратимой электрической машины, соединенной с тяговой аккумуляторной батареей и электронным блоком управления 5, третья электромагнитная муфта 9 установлена после обратимой электрической машины. Поток энергии передается к ведущим колесам транспортного средства 11 через карданную передачу 10 и главную передачу 12, причем обратимая электромашина совместно тяговой аккумуляторной батареей является дополнительным источником энергии для движения транспортного средства.
Работа полезной модели трансмиссии осуществляется следующим образом:
Перед запуском ДВС электромагнитная муфта 9 отключена, а электромагнитные муфты 2 и 5 включены командой блока ЭБУ. Двигатель транспортного средства запускается управлением ЭБУ с помощью обратимой электромашины 8 и тяговой аккумуляторной батареи 7. После пуска и прогрева ДВС, установка переводится ЭБУ в автоматический режим, при котором электромашина 8 совместно с ДВС при включении всех трех электромагнитных муфт 2, 5 и 9 обеспечивают движение транспортного средства. Одновременно, от коленчатого вала через электромагнитную муфту 2 редуктор-мультипликатор 3 раскручивает маховичный накопитель энергии 4.
При остановке транспортного средства электромагнитная муфта 9 отключается, а ДВС продолжает работу, обеспечивая полную подзарядку аккумуляторных батарей и дополнительную раскрутку маховичного накопителя, после чего ДВС автоматически отключается блоком ЭБУ. При продолжении движения транспортного средства ДВС под управлением ЭБУ вновь запускается и рабочий цикл силовой установки повторяется.
В процессе движения транспортного средства при полной раскрутке маховичного накопителя 4, ДВС отключается ЭБУ с помощью электромагнитной муфтой 2, а подзарядка тяговой аккумуляторной батареи 7 продолжается под управлением ЭБУ за счет маховичного накопителя 4 и обратимой электромашины 8. При падении частоты вращения маховичного накопителя 4, примерно до 1/3 от ее максимальной рабочей величины, электромашина 8 в режиме электродвигателя и через электромагнитную муфту 5 раскручивает маховичный накопитель 4.
Если в процессе движения транспортного средства ДВС был заглушен, а уровень зарядки тяговой батареи снизился на 15
20% от номинального, в связи с расходом электроэнергии, то ДВС автоматически запускается для подзарядки батареи и через электромагнитную муфту 2 обеспечивает дополнительное раскручивание маховичного накопителя 4.
При торможении транспортного средства или движении под уклон с произвольным набором скорости, а также в режиме движения «накатом», электромашина под управлением ЭБУ автоматически переводятся в режим генератора, подзаряжая аккумуляторную батарею 7 и через электромагнитные муфты 5 и 9 раскручивая маховичный накопитель 4. При достижении полной заряженности аккумуляторной батареи ДВС автоматически отключается ЭБУ.
В состав предлагаемой полезной модели комбинированной трансмиссии входит тяговая аккумуляторная батарея большой емкости, подзаряжаемая во время ночной стоянки от внешних источников электроэнергии. Это обеспечит дополнительный пробег транспортного средства без включения ДВС, что позволит значительно снизить расход топлива и выброс вредных веществ в атмосферу.
Наличие в полезной модели трансмиссии обратимой электромашины, тяговой аккумуляторной батареи и маховичного накопителя позволяют снизить мощность ДВС, по сравнению с силовой установкой классического транспортного средства с аналогичной массой.
Техническая задача по снижению расхода топлива и уменьшению загрязнения окружающей среды в полезной модели может быть решена за счет снижения мощности ДВС, оптимизации режима его работы и введения в состав предлагаемой комбинированной трансмиссии маховичного накопителя энергии и обратимой электромашины с аккумуляторной батареей. Предлагаемая в полезной модели конструктивная схема позволяет на некоторых режимах движения транспортного средства отключать ДВС и тем самым полностью исключить выброс вредных веществ с отработанными газами.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели комбинированной трансмиссии от наиболее близкой к ней являются наличие в ней ДВС, маховичного накопителя кинетической энергии, тяговой аккумуляторной батареи и обратимой электромашины, при совместной работе обеспечивающей движение транспортного средства. Электромашина приводится от ДВС или от маховичного накопителя, причем в режиме генератора заряжает тяговую аккумуляторную батарею, а в режиме электродвигателя совместно с ДВС раскручивает маховичный накопитель и ведущие колеса, кроме того, при подключении к тяговой аккумуляторной батарее, обеспечивает запуск ДВС.
При применении предлагаемой полезной модели трансмиссии, обеспечивается более гибкая система управления потоками энергии, подводимой к ведущим колесам автомобиля от трех источников энергии, что, по сравнению с классическими схемами силовых установок, позволит сэкономить до 15% топлива с одновременным снижением загрязнения окружающей среды.
Комбинированная трансмиссия транспортного средства содержит двигатель внутреннего сгорания, аккумуляторную батарею, два сцепления, электронный блок управления, редуктор-мультипликатор с маховичным накопителем энергии, карданную передачу и главную передачу, отличающаяся тем, что трансмиссия выполнена в виде обратимой электрической машины, соединенной с тяговой аккумуляторной батареей и электронным блоком управления, электромашина одновременно является дополнительным источником энергии для движения транспортного средства, а сцепления выполнены в виде электромагнитных муфт, причем после обратимой электрической машины установлена третья электромагнитная муфта.
