Гібридна силова система транспортного засобу

Реферат: Винахід належить до транспортного машинобудування і може застосовуватися як гібридна силова система транспортного засобу. Гібридна силова система складається з двигуна внутрішнього згоряння, який з'єднаний з першою електромашиною та регульованим гідронагнітачем, об'єднаним з нерегульованим гідромотором в безступінчасту гідрооб'ємну передачу, гідромотор якої з'єднаний з епіциклом планетарного механізму, на сонячній шестірні якого встановлено другу електромашину та гальмо, а на водилі - головну передачу з диференціалом і ведучі колеса з гальмами, перша та друга електромашини з'єднані між собою через блок керування, який в свою чергу з'єднаний з тяговою акумуляторною батареєю, що має можливість заряду від зовнішніх джерел електроенергії, педаллю акселератора, перемикачем напряму руху, двигуном внутрішнього згоряння та регульованим гідронагнітачем. Технічний результат - спрощення конструкції та підвищення загального ККД і надійності гібридної системи. UA 110534 C2 (12) UA 110534 C2 UA 110534 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до транспортного машинобудування і може застосовуватися як гібридна силова система транспортного засобу. Відома гібридна система [1], яка складається з двигуна внутрішнього згоряння, двох електромашин, акумуляторної батареї, клинопасового варіатора, системи керування і планетарного механізму. Вал двигуна внутрішнього згоряння з'єднаний з першою електричною машиною і з сонячною шестірнею планетарного механізму, епіцикл планетарного механізму з'єднаний з другою електричною машиною, водило планетарного механізму з'єднується з клинопасовим варіатором вихідна ланка якого через зубчастий редуктор з'єднана з ведучими колесами. Недоліком аналога є застосування клинопасового варіатора у повнопотоковому режимі, що призводить до зниження загального ККД гібридної системи, оскільки ККД клинопасового варіатора суттєво залежить від його передавального відношення. Також означена гібридна система має низький діапазон регулювання крутного моменту на ведучих колесах через вузький діапазон регулювання клинопасового варіатора. Найбільш близькою до винаходу, що заявляється, за сукупністю ознак та ефектів, що досягаються, є гібридна система [2], що містить двигун внутрішнього згоряння, електричну машину, акумуляторну батарею, варіатор і планетарний механізм. Вал двигуна внутрішнього згоряння через фрикційну муфту з'єднаний з електричною машиною, вхідною ланкою торового варіатора і через зубчастий редуктор та фрикційну муфту з водилом планетарного механізму. Вихідна ланка торового варіатора з'єднана через пасову передачу з сонячною шестірнею планетарного механізму. Епіцикл планетарного механізму з'єднаний з ведучими колесами. Недоліком прототипу є застосування однієї електричної машини, встановленої на вихідній ланці двигуна внутрішнього згоряння і наявність фрикційного зчеплення, що потребує застосування складної системи керування. Також гібридна система має низький діапазон регулювання через вузький діапазон регулювання торового варіатора та відсутність реверсу варіатора. В основу винаходу поставлена задача створення гібридної силової системи спрощеної конструкції, яка дозволить розширити діапазон регулювання і підвищити загальний ККД і надійність системи. Зазначена задача вирішується завдяки розробленій гібридній силовій системі транспортного засобу, кінематична схема якої наведена на фіг. 1. Запропонована гібридна силова система транспортного засобу складається з двигуна внутрішнього згоряння 1, двох електромашин 2 та 6, безступінчастої гідрооб'ємної передачі, що містить регульований гідронагнітач 3 і нерегульований гідромотор 4, планетарного механізму 5, гальма 7, головної передачі з диференціалом 8, ведучих коліс 9, гальм 10, блока керування 11 і тягової акумуляторної батареї 12 з можливістю її заряду від електромережі, педаллю акселератора 13 та перемикачем напрямку руху 14. При цьому вал двигуна внутрішнього згоряння 1, з'єднаний з першою електромашиною 2, валом регульованого гідронагнітача 3 і епіциклом планетарного механізму 5. Друга електромашина 6 з'єднана з сонячною шестірнею планетарного механізму 5, на якій встановлено гальмо 7. Водило планетарного механізму 5 з'єднано з головною передачею 8, на виході якої встановлено ведучі колеса 9 і гальма 10. Як гальма 10 може застосовуватись стоянкове або робочі гальма транспортного засобу. Блок керування 11 відповідає за комутацію і режими роботи тягової акумуляторної батареї 12, електромашин 2 та 6, отримання і співставлення керуючих сигналів, що надходять від педалі газу 13 і перемикача напрямку руху 14, а також за керування роботою двигуна внутрішнього згоряння 1, параметром регулювання e гідронагнітача 3 роботою гальм 7 і 10. Гібридна силова система транспортного засобу працює наступним чином: 1. Рух на електричній тязі. Електрична енергія з тягової акумуляторної батареї 12, в залежності від положення перемикача напрямку руху 14 та педалі акселератора 13, спрямовується блоком керування 11 до електромашини 6, яка працює у режимі електродвигуна, де перетворюється на механічну енергію, яка подається на сонячну шестірню планетарного механізму 5. При цьому параметр регулювання e гідронагнітача 3 дорівнює нулю, тому вал нерегульованого гідромотора 4 заблоковано, і вся механічна енергія від електромашини 6 через сонячну шестірню надходить на водило планетарного механізму 5 і далі через головну передачу 8 на ведучі колеса 9. Двигун внутрішнього згоряння 1 зупинено, електромашина 2 вимкнена, гальма 7 та 10 розблоковано. 2. Запуск двигуна внутрішнього згоряння. Запуск двигуна внутрішнього згоряння 1 відбувається за допомогою електромашини 2, яка заради цього тимчасово переводиться у режим електродвигуна (режим стартера). При цьому параметр регулювання e гідронагнітача 3, дорівнює нулю, а відповідно через гідрооб'ємну передачу потужність не передається і вал 1 UA 110534 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 регульованого гідронагнітача 3 може обертатись вільно, а вал нерегульованого гідромотора 4 заблоковано. Під час пуску двигуна внутрішнього згоряння 1 транспортний засіб може бути зупинений або рухатись на електричній тязі. Гальмо 7 розблоковано. Гальмо 10 в залежності від потреби може бути як заблоковано, так і розблоковано. 3. Рух у двопотоковому та гібридному режимах. У двопотоковому режимі частина механічної енергії від двигуна внутрішнього згоряння 1 подається на електромашину 2, яка працюючи в генераторному режимі перетворює її на електричну енергію, яка через блок керування 11 надходить на електромашину 6, де перетворюється на механічну енергію і надходить на сонячну шестірню планетарного механізму 5. Інша частина механічної енергії двигуна внутрішнього згоряння 1 надходить на вал гідронагнітача 3 і в залежності від визначеного блоком керування 11 параметра регулювання e, через гідрооб'ємну передачу, подається на гідромотор 4, з якого механічна енергія надходить на епіцикл планетарного механізму 5. У планетарному механізмі 5 потоки механічної енергії з сонячної шестірні та епіциклу складаються на водилі і через головну передачу 8 надходять на ведучі колеса 9. Гальма 7 та 10 розблоковано. Гібридний режим відрізняється від двопотокового задіянням тяглової акумуляторної батареї 12, яка накопичує надлишки виробленої двигуном внутрішнього згоряння енергії або віддає додаткову енергію в разі її нестачі для руху транспортного засобу у заданому режимі. Ці два режими дозволяють підтримувати сталу роботу двигуна внутрішнього згоряння шляхом підбору режимів роботи електричної і гідрооб'ємної передач та тяглової акумуляторної батареї. 4. Рух на енергії двигуна внутрішнього згоряння. Енергія від двигуна внутрішнього згоряння 1 надходить на вал гідронагнітача 3 і в залежності від встановленого параметра регулювання e вал гідромотора 4 може бути зупинений (e = 0) обертатись в той же бік, що і вал гідромотора 3 (e  (0...1]) і обертатись в зворотний бік (e  [1...0)). Далі потужність з вала гідромотора 4 надходить на епіцикл планетарного механізму 5. Електромашини 2 та 6 вимкнуті, гальмо 7 заблоковано, відповідно сонячна шестірня планетарного механізму 5 зупинена. Механічна енергія від епіциклу надходить на водило і далі через головну передачу 8 на ведучі колеса 9. Гальмо 10 розблоковано. 5. Зворотний рух. Рух у зворотному напряму здійснюється за аналогією до руху вперед на режимах рух на електричній тязі, руху у гібридному режимі та руху на енергії двигуна внутрішнього згоряння з тією різницею, що електромашина 6 обертається в зворотний бік, а параметр регулювання e гідронагнітача 3, змінюється від -1 до +1. 6. Рух накатом. На режимі руху на електричній тязі - електромашина 6 вимикається, для режиму руху на енергії двигуна внутрішнього згоряння - гальмо 7 розблокується, для гібридного режиму, за умов збереження сталого режиму роботи двигуна внутрішнього згоряння електромашина 6 вимикається, електромашина 2 споживає всю механічну енергію двигуна внутрішнього згоряння 1 і перетворюючи її на електричну через блок керування 11 накопичує в тягловій акумуляторній батареї 12. 7. Режим рекуперативного гальмування. Кінетична енергія автомобіля через ведучі колеса 9, головну передачу 8 надходить на водило планетарного механізму 5 та через сонячну шестірню подається до електромашини 6, яка працює у режимі генератора і перетворює її на електричну, яка в свою чергу через блок керування 11 спрямовує її у тягову акумуляторну батарею 12. Епіцикл планетарного механізму 5 і гідромотор 4 заблоковано шляхом переведення параметра регулювання e гідронагнітача 3 в нуль. Двигун внутрішнього згоряння 1 працює в холостому режимі. Електромашина 2 вимкнена, гальма 7 та 10 розблоковано. 8. Заряд тяглової акумуляторної батареї на зупиненому транспортному засобі. Вся механічна енергія двигуна внутрішнього згоряння 1 через електромашину 2, яка працює в генераторному режимі, перетворюється на електричну і через блок керування 11 подається в тягову акумуляторну батарею 12. Сукупність конструктивних рішень дозволяє отримати гібридну силову систему транспортного засобу спрощеної конструкції та підвищити її загальний ККД і надійність, що досягається за рахунок зменшення кількості фрикційних муфт та особливостей роботи гідрооб'ємної передачі, а саме наявності реверсу, широкого діапазону регулювання і можливості блокування вхідної і вихідної ланок гідрооб'ємної передачі. Крім того, гібридна система дозволяє підтримувати двигун внутрішнього згоряння на сталих режимах, які в залежності від умов експлуатації можуть бути: режим максимальної економічності та екологічності, режим реалізації максимального моменту та режим реалізації максимальної потужності. Запропоноване конструктивне рішення гібридної системи транспортного засобу при аналізі вітчизняної і закордонної літератури не знайдено, що відповідає критерієві патентоспроможності - новизні. 2 UA 110534 C2 5 Винахід може застосовуватися як гібридна силова система транспортних засобів. Література 7 1. US 20020091028 Α1, МПК В60К6/445, Power transmitting system a hybrid motor vehicle, Hajime Kashiwase/ 7 2. US7238139 B2, МПК В60К6/445, Electric and hybrid electric powertrain for motor vehicles, Bob Roethler, Michael Berhan, Ford Global Technologies, Inc. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Гібридна силова система, що складається з двигуна внутрішнього згоряння, який з'єднаний з першою електромашиною та регульованим гідронагнітачем, об'єднаним з нерегульованим гідромотором в безступінчасту гідрооб'ємну передачу, гідромотор якої з'єднаний з епіциклом планетарного механізму, на сонячній шестірні якого встановлено другу електромашину та гальмо, а на водилі - головну передачу з диференціалом і ведучі колеса з гальмами, перша та друга електромашини з'єднані між собою через блок керування, який в свою чергу з'єднаний з тяговою акумуляторною батареєю, що має можливість заряду від зовнішніх джерел електроенергії, педаллю акселератора, перемикачем напряму руху, двигуном внутрішнього згоряння та регульованим гідронагнітачем. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3