CN100439143C - 一种混合动力系统结构 - Google Patents

Abstract

一种机动车新型混合动力系统结构，它包括有发动机、起动齿圈、信号齿圈、电机、变速器，其技术要点是：将原本是一个整体的飞轮一分为二，分为靠近发动机一侧的起动齿圈，和靠近变速器一侧的发动机转速信号齿圈，而将电机布置在其两者之间，具体结构的连接顺序为：发动机曲轴—起动齿圈—电机—信号齿圈—离合器或液力变矩器。本发明由于采用了电机位于起动齿圈和信号齿圈之间的创新结构设计，使在对传统内燃机进行混合动力改造时，除了飞轮及螺栓等附件之外，其它零部件不需要作任何改变，简化了混合动力系统的结构，减少了改动量，提高了可靠性和寿命，有利于实现系列化，有利于产业化发展。

Description

一种混合动力系统结构

技术领域

本发明属于机动车辆混合动力技术领域，具体地说是一种新型混合动力系统结构。

背景技术

当今世界，石油资源日益紧张，环境日益恶化。其中，各种装配内燃机的机动车辆，每年消耗大量的石油资源，同时排放大量的有害物质，严重的污染着我们的生存环境。

传统内燃机热效率低，消耗大量燃料，同时排放有害物质造成环境污染；另外内燃机的机械输出特性有缺陷，不能很好的满足汽车的需求：汽车起动及之后的加速需要较大的扭矩，而内燃机的扭矩要等到较高转速才能达到最大。

针对传统内燃机油耗高、污染重、机械特性差的问题，混合动力技术应运而生。混合动力技术的原理是以电机来配合原有内燃机来共同驱动车辆行驶，当车辆起动、加速、大负荷工作时，电机电动，提供助力；当车辆减速、刹车、低负荷工作时，电机发电，回收能量。混合动力技术很好的改善了内燃机的油耗性能、排放性能和机械性能，并且由于对原有内燃机系统的继承程度高，因此相比于电动汽车、燃料电池汽车及氢燃料汽车等其它节能技术，混合动力技术是是最具产业化前景的，国际各汽车厂商都在不遗余力的研发混合动力技术。

传统内燃机动力系统如图1，发动机(1-1)与变速器(1-2)直接相连，动力输出路线为：发动机-变速器-传动轴(1-3)-车轮(1-4)。内部具体结构如图2：在发动机缸体(2-1)和变速器壳体(2-3)之内，发动机曲轴(2-7)与飞轮(2-4)(在匹配带有液力变矩器的变速器系统中也称作驱动盘)通过螺栓连接；离合器/液力变矩器(2-5)也由螺栓连接在飞轮上；发动机转速传感器(2-2)正对飞轮上的信号齿(当信号齿扫过传感器时，传感器能感应出到信号，从而测算曲轴位置及发动机转速)；起动机(2-6)的起动齿在起动时与飞轮上的起动齿啮合。

在混合动力技术领域，有一类混合动力系统如图3，结构布置方式是电机(3-2)位于发动机(3-1)与变速器(3-3)之间，该电机为电动/发电一体化电机，既能电动，又能发电。该类系统的动力传输路线为：发动机-电机-变速器-传动轴(3-4)-车轮(3-5)。当起动、加速及负荷大的时候，电机充当电动机，提供助力；当减速、刹车及负荷小的时候，电机则充当发动机，回收能量；同时，该系统还具备怠速停机功能：即在传统内燃机的怠速工况时，该系统让发动机停转，起动时在由电机拖转发动机。通过以上途径，该系统能改善内燃机的工作条件，减少燃油消耗和有害物质排放，同时优化动力系统的对外输出机械特性。

根据电机位置的不同，这种混合动力系统又有两种型式，一种的连接顺序为：发动机曲轴-电机-飞轮-离合器/液力变矩器；另一种的连接顺序为：发动机曲轴-飞轮-电机-离合器/液力变矩器。

对于第一种形式，如图4(4-1为发动机缸体，4-2为电机定子，4-3为发动机转速传感器，4-4为变速器壳体，4-5为飞轮，4-6为离合器/液力变矩器，4-7为起动机，4-8为电机转子，4-9为发动机曲轴)。由于加入了电机，造成在轴线方向上飞轮相对于发动机的位置发生改变，导致：1、起动机的轴需要加长，或是起动机的位置需要向变速器一侧作相应的移动，才能保证起动齿的啮合；2、如果发动机转速传感器的位置相对发动机缸体不变(例如传感器固定在发动机缸体上)，那么传感器的位置需要向变速器一侧作相应的移动，才能保证传感器正对飞轮上的信号齿。

对于第二种形式，如图5(5-1为发动机缸体，5-2为发动机转速传感器，5-3为电机定子，5-4为变速器壳体，5-5为电机转子，5-6为离合器/液力变矩器，5-7为起动机，5-8为飞轮，5-9为发动机曲轴)。由于加入了电机，造成在轴线方向上飞轮相对于变速器的位置发生改变，导致：1、如果发动机转速传感器的位置相对变速器不变(例如传感器固定在变速器壳体上)，那么传感器的位置需要向发动机一侧作相应的移动才能保证传感器正对飞轮上的信号齿；2、由于结构上电机转子与离合器/液力变矩器直接相连，转子除了实现其电机的本身功能以外，还要实现原有飞轮的功能(如给离合器提供摩擦端面等)，从而对电机设计制造形成困难(例如摩擦热对电机永磁铁性能的影响等)。

这样的结构能够实现混动功能，改善动力输出特性的效果。然而在结构上，需要改动的零件多，甚至要改动发动机缸体或变速器壳体，改动大，改动成本高，会对混合动力的产业化形成严重障碍；也影响到这些零件的强度与刚度，甚至形成应力集中，最终将极大的影响系统寿命和可靠性。另外，这样的结构适应能力差，往往只是针对一款发动机和变速器进行设计制造，很难实现匹配多款发动机和变速器，不能做到系列化。

这正是国内众多混合动力车型到目前为之还没有实现产业化的重要因素。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述混合动力系统的结构带来的改动大、成本高、无法实现系列化等的问题，而提供一种结构合理、紧凑、低成本，对原车改动最小，能够方便实现系列化的一种新型混合动力系统结构。

本发明的目的是这样实现的：它包括有发动机、起动齿圈、信号齿圈、电机、变速器，其特征是：将原本是一个整体的飞轮一分为二，分为靠近发动机一侧的起动齿圈，和靠近变速器一侧的发动机转速信号齿圈，而将电机布置在其两者之间，具体结构的连接顺序为：发动机曲轴-起动齿圈-电机-信号齿圈-离合器或液力变矩器。这样的结构能够使原来和发动机、变速器发生连接关系的飞轮左端面(与发动机曲轴连接)和飞轮右端面(与离合器或液力变矩器连接)，在发生结构改变之后，相对于发动机和变速器的位置、结构仍然保持不变，从而使原有混动系统中需要改动的零件都不需要再改动了。

本混合动力系统结构的突出特点主要集中在电机布置的位置及结构的设计，相比现有混动系统结构，具体优势主要表现为以下几点：

1.保持了起动齿圈相对于发动机缸体的位置不变，使起动系统不必作任何改变；

2.保持了发动机转速信号齿圈相对于变速器的位置不变，即保持了信号齿圈与发动机转速传感器的相对位置不变，使发动机转速传感器系统不需要作任何改变；

3.飞轮一分为二之后，左端面和右端面的结构及特性相对于原有内燃机的飞轮没有发生改变，左边与发动机曲轴连接、右端与变速器连接的特性也没有改变，能够使原有内燃机系统的发动机结构和变速器结构不需要作任何改动；

4.由于电机转子不与离合器或液力变矩器直接连接，给电机的设计带来自由空间，电机性能不受限制

5.由于该结构对原有系统改动少，改动小，相比现有混动结构更加方便；

6.由于改动的部分限制在飞轮这一零件上，而对发动机和变速器几乎不作改动，该种混动结构能够轻松实现多种发动机-变速器的匹配，能实现系列化。能够大大减少开发成本，产业化潜力大。

附图说明

图1是传统内燃机的结构示意简图；

图2是传统内燃机的关键结构的局部剖视图；

图3是现有混合动力系统的结构示意简图；

图4是电机位于飞轮之前的混合动力系统形式的关键结构的局部剖视图；

图5是电机位于飞轮之后的混合动力系统形式的关键结构的局部剖视图；

图6是本发明的混合动力系统的关键结构的局部剖视图

下面将结合附图通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

实例1

由图6所示，图6中的6-1为发动机缸体，6-2为电机定子，6-3为发动机转速传感器，6-4为变速器壳体，6-5为电机转子，6-6为信号齿圈，6-7为离合器或液力变矩器，6-8为起动机，6-9为起动齿圈，6-10为发动机曲轴。

传统汽车的动力系统及现有混合动力系统的结构中，起动齿圈和飞轮是连接在一起的整体，如图2中的2-4，图4中的4-5，图5中的5-8。

本发明如图6，将飞轮在厚度方向上一分为二，分为起动齿圈(6-9)和信号齿圈(6-6)两个分离的零件，并在其中间放置电机转子(6-5)，连接顺序为：曲轴-起动齿圈-电机转子-信号齿圈-离合器或液力变矩器。由于飞轮一分为二，能够使在加入电机之后，起动齿相对缸体位置不发生改变，信号齿相对于变速器壳体的位置也不发生改变；换句话说就是可以使与发动机输出端发生连接关系的飞轮左端面，及与变速器输入端发生连接关系的飞轮右端面，相对于传统内燃机结构没有发生改变。最终，本发明可以使除了飞轮及螺栓等附件之外，对原有结构不必作任何改动。

Claims (2)

1、一种混合动力系统结构，它包括有发动机、起动齿圈、信号齿圈、电机、变速器，其特征是：将原本是一个整体的飞轮一分为二，分为靠近发动机一侧的起动齿圈，和靠近变速器一侧的发动机转速信号齿圈，而将电机布置在其两者之间，具体结构的连接顺序为：发动机曲轴-起动齿圈-电机-信号齿圈-离合器或液力变矩器。

2、根据权利要求1所述混合动力系统结构，其特征是：电机位于发动机和变速器之间，电机转子位于起动齿圈和信号齿圈之间并与其连接。

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