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一种基于机液联合能量再生的混合动力回路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机液联合能量再生的混合动力回路，现有技术中有二大弊端：1、液压蓄能装置的比能量很低。2、液压蓄能装置释能速度太快，影响车辆的驾驶性能和舒适性。本发明包括发动机、双向液压泵/马达、飞轮储能装置、安全阀组、补油模块、液压储能装置、液压马达。本发明在液压混合动力回路中，结合飞轮储能，改善液压蓄能装置的比能量，使联合储能装置的比能量比单独的液压蓄能装置要大。通过阀控液压蓄能装置，控制释放油液的速度，改善车辆的驾驶驱动性能。此外，能量调节阀与蓄能器还可构成自适应蓄能器回路，吸收系统流体脉动。

Description

一种基于机液联合能量再生的混合动力回路
技术领域
本发明涉及液压混合动力回路，是一种基于机液联合能量再生的液压混合动力回路。
背景技术
混合动力汽车及工程机械中，除主动力源（发动机）外，还有一个辅助动力源。该辅助动力源实质上是一个制动能的回收与再利用装置，包括储能元件、相关控制装置及制动能再生策略。当车辆制动时，辅助动力源回收车辆运动动能，将其存储在储能元件中；待车辆起步或加速时，辅助动力源释放能量，加快车辆的起步或加速过程。根据储能元件中所存储能量的物理形式，混合动力主要有电混合（电池储能）、机械混合（飞轮储能）、液压混合（蓄能器储能）三大类。
液压混合动力与电混合动力相比有明显的功率密度上风，此外液压混合动力还具有承载能力大，传动平稳、存储能量可短时间释放等优势；液压混合动力与机械混合动力相比，容易实现无极调速，易于实现过载保护，储能时间较长等。相对于电混合动力和机械混合动力的以上优点，以及液压混合动力本身的节能潜质，使其在中、重型车辆和工程机械等领域具有很强的竞争力。
液压蓄能装置作为混合动力的储能元件，尽管具有高比功率、长时间储能以及全充和全放能力强等优点，但也有二大弊端：1、液压蓄能装置的比能量很低。2、液压蓄能装置释能速度太快，影响车辆的驾驶性能和舒适性。
本发明针对传统液压混合动力回路的能量再生装置的以上弊端，有机结合机械能储能装置，能够提高能量再生装置的比能量，提高能量再生效率；针对液压混合动力系统中液压蓄能装置释能速度过快的问题，采取液压能量调节阀，提高车辆的驾驶性能和舒适性。
发明内容
本发明的目的是改善液压混合动力回路中液压储能装置的比能量，提高能量再生效率，并提高液压混合动力汽车及工程机械的驾驶性能及舒适性。    
本发明采用的技术方案如下：
一种机液联合能量再生的混合动力回路，包括发动机、双向液压泵/马达、飞轮储能装置、安全阀组、补油模块、液压储能装置、液压马达。发动机输出轴通过第一离合器与双向液压泵/马达的输入轴连接，闭式回路中跨接安全阀组、补油模块、液压马达，液压马达与负载连接，双向液压泵/马达输出轴通过第二离合器与飞轮储能装置中的飞轮轴相连接，补油模块与液压马达的主回路之间跨接液压储能装置。
所述的飞轮储能装置为串接的一个离合器与一个飞轮；
所述的安全阀组为两个电磁溢流阀串接而成；两个电磁溢流阀的出油口连接油箱；
所述的液压储能装置包括一个液压能量调节阀、一个高压蓄能器和一个低压蓄能器，双向液压泵/马达的上腔出油口与液压能量调节阀的P口相连接，双向液压泵/马达的下腔出油口与液压能量调节阀的O口相连接，高压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的A口相连接，低压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的B口相连接。
所述的双向液压泵/马达为定量泵/马达或者变量泵/马达；
所述的液压马达为定量马达或者变量马达；
所述的液压能量调节阀为三位四通方向阀，可以是比例阀，也可以伺服阀或高速开关阀。
与现有的液压混合动力回路相比，本发明具有的有益效果是： 
(1) 飞轮和液压蓄能装置联合储能。加入飞轮，改善液压蓄能装置的比能量，使联合储能装置的比能量比单独的液压蓄能装置要大。
(2) 阀控液压蓄能装置。能量调节阀比例或伺服控制，能够调节液压蓄能装置释放油液的速度，改善车辆的驾驶驱动性能。此外，能量调节阀与蓄能器还可构成自适应蓄能器回路，吸收系统流体脉动。
附图说明
图1为本发明的系统结构原理示意图；
图2为实施例的结构原理图；
图3为实施例的制动---机液联合能量回收原理；
图4为实施例的驱动---机液联合能量再利用原理。
图中EM：发动机；CL1：发动机与双向液压泵连接离合器；PM1：双向液压泵/马达；CL2：双向液压泵/马达与飞轮连接离合器；FL1：飞轮；L1：上腔回路；L2：下腔回路；RV1：第一溢流阀；RV2：第二溢流阀；DV：三位四通方向阀；HA：高压蓄能器；LA：低压蓄能器；PM2：液压马达。PM3：补油泵；RV3：第三溢流阀；M：补油电动机。
具体实施方式
如图2所示，一种机液联合能量再生的混合动力回路，包括发动机EM、双向液压泵/马达PM1、飞轮储能装置、安全阀组、补油模块、液压储能装置、液压马达PM2。发动机EM输出轴与第一离合器CL1的输入轴连接，第一离合器CL1的输出轴与双向液压泵/马达PM1的输入轴连接，双向液压泵/马达PM1的输出轴与第二离合器CL2的输入轴连接，第二离合器CL2的输出轴与飞轮FL1连接，闭式回路中跨接安全阀组、补油模块、液压马达，液压马达PM2与负载FL2连接，补油模块与液压马达的主回路之间跨接液压储能装置。
所述的安全阀组为两个溢流阀串接而成；第一溢流阀RV1与第二溢流阀RV2的出油口连接油箱；
所述的液压储能装置包括一个液压能量调节阀、一个高压蓄能器和一个低压蓄能器，双向液压泵的上腔出油口与液压能量调节阀的P口相连接，双向液压泵的下腔出油口与液压能量调节阀的O口相连接，高压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的A口相连接，低压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的B口相连接。
所述的补油模块由两个单向阀、第三溢流阀RV3、补油泵PM3、补油电机M和油箱组成。
所述的双向液压泵/马达PM1为定量泵/马达或者变量泵/马达；
所述的液压马达PM2为定量马达或者变量马达；
所述的液压能量调节阀DV为三位四通方向阀，可以是比例方向阀，也可以是伺服阀或高速开关阀；
通过控制双向液压泵/马达PM1和液压马达PM2，电动离合器CL1和CL2，方向阀DV，系统可以工作于两种工作模式：驱动或制动。
驱动模式下，驱动能量由驱动单元（EM，飞轮FL1或液压蓄能装置HA）传递给负载FL2；反之，在制动模式下，制动能量由飞轮和蓄能器构成的机液联合储能元件回收。
(1) 制动：能量回收工作模式
图3所示的机液联合能量回收液压混合驱动系统可按三种方式回收负载惯性动能：仅用蓄能器回收，仅用飞轮回收和蓄能器和飞轮联合回收，原理分别如图3（a），图3（b），图3（c）所示（图中箭头方向表示油液流向）。制动时，液压马达PM2起着液压泵的作用，而双向液压泵/马达PM1起着液压马达的作用。调节液压马达PM2的排量，液压马达PM2输出轴的转速和转矩可被调节。
1、基于液压蓄能装置的能量回收。
在这种方式下，方向阀的电磁铁CV2得电，第一离合器CL1断开，双向液压泵/马达PM1的排量设置为零，油液从低压蓄能器LP到高压蓄能器HP。这种方式适用于可再生能量（车辆制动能）较小的情况下。
2、基于飞轮的能量回收。
在这种方式下，第一离合器CL1断开，第二离合器CL2接合，方向阀DV处于中位。制动能被飞轮FL1回收。这种方式适用于可再生能量（车辆制动能）较大的情况下。
3、基于液压蓄能装置和飞轮的能量回收。
在这种方式下，第一离合器CL1断开，第二离合器CL2接合，方向阀的电磁铁CV2得电。液压蓄能装置和飞轮FL1联合回收制动能。控制双向液压泵/马达PM1的排量，使得L2管路中的压力保持在一定范围内，给制动提供背压。
(2) 驱动：制动能再利用工作模式
图4为机液混合传动的驱动模式（图中箭头方向表示油液流向），按照液力驱动的两大因素---流量和压力，可分为流量耦合方式和压力耦合方式。
1、流量耦合
如图4(a)所示，在这种驱动方式下，方向阀处于中位。当第一离合器CL1接合而第二离合器CL2断开时，负载由发动机EM驱动，当第一离合器CL1断开而第二离合器CL2接合时，负载由飞轮FL1驱动。此时，负载速度由双向液压泵/马达PM1的排量来调节，L1管路的压力由负载来确定。
2、压力耦合
如图4(b)所示，在这种方式下，方向阀的电磁铁处于CV1位，调节PM2的排量以适应负载转速，L1管路的压力由液压马达PM2的需求转矩来确定。

Claims (7)

1. 一种机液联合能量再生的混合动力回路，包括发动机、双向液压泵/马达、飞轮储能装置、安全阀组、补油模块、液压储能装置、液压马达，其特征在于：发动机输出轴通过离合器与双向液压泵/马达的输入轴连接，闭式回路中跨接安全阀组、补油模块、液压马达，液压马达与负载连接，双向液压泵/马达带动飞轮储能装置，补油模块与液压马达的主回路之间跨接液压储能装置。
2.根据权利要求1所述的一种机液联合能量再生的混合动力回路，其特征在于：所述的飞轮储能装置为串接的一个离合器与一个飞轮。
3.根据权利要求1所述的一种机液联合能量再生的混合动力回路，其特征在于：所述的安全阀组为两个电磁溢流阀串接而成；两个电磁溢流阀的出油口连接油箱。
4.根据权利要求1所述的一种机液联合能量再生的混合动力回路，其特征在于：所述的液压储能装置包括一个液压能量调节阀、一个高压蓄能器和一个低压蓄能器，双向液压泵/马达的上腔出油口与液压能量调节阀的P口相连接，双向液压泵/马达的下腔出油口与液压能量调节阀的O口相连接，高压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的A口相连接，低压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的B口相连接。
5.根据权利要求1所述的一种机液联合能量再生的混合动力回路，其特征在于：所述的双向液压泵/马达为定量泵/马达或者变量泵/马达。
6.根据权利要求1所述的一种机液联合能量再生的混合动力回路，其特征在于：所述的液压马达为定量马达或者变量马达。
7.根据权利要求1所述的一种机液联合能量再生的混合动力回路，其特征在于：所述的液压能量调节阀为三位四通方向阀，可以是比例阀，也可以是伺服阀或高速开关阀。
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