CN103978896B - 一种基于制动能回收的负载隔离式动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于动力驱动技术领域，涉及一种基于制动能回收的负载隔离式动力驱动系统，发动机与第一无级变速器连接，第一无级变速器与第一机械功率分流器相连，第一制动离合器和第四制动离合器之间连接制有第一机械功率分流器；第二无级变速器分别与第二机械功率分流器和机械驱动负载相连，第二无级变速器的功率大于第一无级变速器的功率；第二离合制动器和第三离合制动器之间连接制有第二机械功率分流器；第一离合制动器和第二离合制动器之间连接制有第一飞轮，第三离合制动器和第四离合制动器之间连接制有第二飞轮；其结构简单，使用安全可靠，能耗低，噪声小，经济效益高，能量回收效率高，尾气排放性低，环境友好。

Description

一种基于制动能回收的负载隔离式动力驱动系统

技术领域：

本发明属于动力驱动技术领域，涉及一种基于制动能回收的负载隔离式动力驱动系统，利用双飞轮储能/输能，让发动机工作在最佳点工况，车辆车轮一边制动时给另一边充能，实现能量有效分配转换和制动能量有效回收。

背景技术：

现有主流的量产汽油内燃机的直接燃油效率在30％上下，有少数采用增压技术的量产发动机可以达到40％左右，比如BMW等先进量产的汽油发动机，制约效率的瓶颈主要在做功是需要克服的摩擦力、燃油的充分性等等的技术物理问题，影响摩擦力和燃油充分性的因素有很多，比如循环效率、机械效率、燃烧效率、气室效率、气密性效率及制造工艺技术等等。目前，很多实验室以及汽车厂家都在致力提高综合效率，复合陶瓷缸体技术、热电转换(回收能量技术)、增压技术和燃油效率(点火、雾化)的理论效率最高能达到60％左右，主要是低摩擦技术、热电转换的混合动力输出(整车的动力输出效率，严格说并不是发动机的直接效率)。针对柴油发动机燃油效率通常为30-40％的现状，近年来，在研究优化燃油喷射、燃烧和增压过程中，出现了一系列的先进技术和工艺，其中，已经被广泛应用或者即将被应用的新技术主要归结为高功率密度技术和智能化技术，其中高功率密度技术包括直接喷射、多气门和增压中冷等，而智能化技术包括可变截面涡轮增压、相继增压、电控高压共轨燃油喷射、可变气门定时和预混合气均质压燃等。燃油被直接喷射到燃烧室内的TDI发动机，其燃烧效率可以达到43％，采用直流扫气、超长冲程、低转速、可变喷油定时机构、高效率废气涡轮增压器和效率增强器、提高最大燃烧压力和平均有效压力之比等有效措施使得大型低速柴油机的有效效率达到42％。2014年3月5日，美国拉斯维加斯依托集团公司长达180年的专业经验和雄厚的研发实力，沃尔沃先进燃烧技术(V-ACT)发动机采用先进燃油喷射技术、更高效的空气处理系统及强化型发动机管理系统，推出符合Tier4Final/StageIV标准的D4、D6、D8、D11、D13和D16柴油机，满足欧盟和美国新出台的严苛排放法规，并将燃油效率较前代产品提高5％。

在一般情况下，内燃发动机功率在设计时就要考虑预设很大贮备，例如挖掘机正常作业时，平均外负载只有最大负载的50％-60％。由此，从本质上来讲，内燃机是一种非常浪费燃料的机械设备，燃料中所蕴含的能量只有1/3被内燃机转换为机械运动，驱动汽车行驶、工程机械工作，而其余的能量都通过排气管浪费。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种基于制动能回收的负载隔离式动力驱动系统，利用双飞轮储能和输能，让发动机工作在最佳点工况、车辆车轮的一边制动时给另一边充能，实现能量有效分配转换和制动能量有效回收。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括发动机、第一无级变速器、第二无级变速器、第一机械功率分流器、第二机械功率分流器、第一离合制动器、第二离合制动器、第三离合制动器、第四离合制动器、第一飞轮、第二飞轮和机械驱动负载；发动机与第一无级变速器连接，第一无级变速器与第一机械功率分流器相连，第一制动离合器和第四制动离合器之间连接制有第一机械功率分流器；第二无级变速器分别与第二机械功率分流器和机械驱动负载相连，第二无级变速器的功率大于第一无级变速器的功率；第二离合制动器和第三离合制动器之间连接制有第二机械功率分流器；第一离合制动器和第二离合制动器之间连接制有第一飞轮，第三离合制动器和第四离合制动器之间连接制有第二飞轮；发动机与机械驱动负载完全隔离，发动机输出的能量通过第一无级变速器、第一机械功率分流器及第一离合制动器或第二离合制动器分别储存到第一飞轮或第二飞轮中，当有机械驱动负载时，第一飞轮或第二飞轮储存的能量分别通过第三离合制动器或第四离合制动器及第二无级变速器输出，满足机械驱动负载的需求，发动机工作不受机械驱动负载影响；利用第一飞轮和第二飞轮实现双飞轮储能和输能，车辆车轮一边制动的同时给另一边充能，避免能量传动的二次浪费，实现制动能量的有效回收。

本发明涉及的第一无级变速器和第二无级变速器均采用海马CVT无级变速箱，第一机械功率分流器和第二机械功率分流器根据实际需求选用差速器、行星排或其他机械功率分流模式。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：一是采用双飞轮储能/输能，发动机与机械驱动负载完全隔离，发动机输出的能量通过无极变速器(CVT)、机械功率分流器和离合制动器储存到飞轮中，当有机械驱动负载时，飞轮储存的能量通过离合制动器、CVT，输出以满足机械驱动负载的需求，工作可完全不再受机械驱动负载影响，工作在最佳点工况；二是发动机工作时可完全不再受机械驱动负载影响，基本不考虑预设发动机功率贮备，只要选取比工作全过程的平均功率稍高一些即可，可以大幅降低发动机的选取功率，尤其在35kW附近，发动机功率大于35kW时，价格贵，排放高；发动机小于35kW时，价格便宜，排放低，大幅降低发动机的选取功率，实现低油耗和低噪音；三是双飞轮储能和输能，车辆车轮一边制动，另一边充能，有效避免能量传动的二次浪费，实现制动能量的有效回收；四是采用海马CVT无级变速箱，不会出现传统自动变速器换挡时那种顿挫感，车速变化更为平稳；并且重量轻、体积小、零件少的特点，功率损耗小，效率比纯电、纯液要高，经济效益高，个别配置CVT无级变速箱的车型甚至比同排量手动挡车型油耗还低；五是利用机械功率分流器，实现双飞轮之间的能量自动分配转换，从而实现系统能量的有效分配转换；其结构简单，使用安全可靠，能耗低，噪声小，经济效益高，能量回收效率高，尾气排放性低，环境友好。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意框图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括发动机1、第一无级变速器2、第二无级变速器3、第一机械功率分流器4、第二机械功率分流器5、第一离合制动器6、第二离合制动器7、第三离合制动器8、第四离合制动器9、第一飞轮10、第二飞轮11和机械驱动负载12；发动机1与第一无级变速器2连接，发动机1的功率为35Kw,第一无级变速器2与第一机械功率分流器4相连，第一制动离合器6和第四制动离合器9之间连接制有第一机械功率分流器4；第二无级变速器3分别与第二机械功率分流器5和机械驱动负载12相连，第二无级变速器3的功率大于第一无级变速器2的功率；第二离合制动器7和第三离合制动器之间连接制有第二机械功率分流器5；第一离合制动器6和第二离合制动器7之间连接制有第一飞轮10，第三离合制动器8和第四离合制动器9之间连接制有第二飞轮11；发动机1与机械驱动负载6完全隔离，发动机1输出的能量通过第一无级变速器1、第一机械功率分流器4及第一离合制动器6或第二离合制动器7分别储存到第一飞轮10或第二飞轮11中，当有机械驱动负载12时，第一飞轮10或第二飞轮11储存的能量分别通过第三离合制动器8或第四离合制动器9及第二无级变速器3输出，满足机械驱动负载12的需求，发动机1工作不受机械驱动负载12影响；利用第一飞轮10和第二飞轮11实现双飞轮储能和输能，车辆车轮一边制动，另一边充能，避免能量传动的二次浪费，实现制动能量的有效回收。

本实施例涉及的第一无级变速器2和第二无级变速器3均采用海马CVT无级变速箱，第一机械功率分流器4和第二机械功率分流器5根据实际需求选用差速器、行星排或其他机械功率分流模式。

本实施例涉及的机械驱动负载12由第一飞轮10经过闭合的第二离合制动器7、第二机械功率分流器5、第二无级变速器3单独供能，或由第二飞轮11经过闭合的第三离合制动器8、第二机械功率分流器5、第二无级变速器3单独供能；或由第一飞轮10经过闭合的第二离合制动器7，第二飞轮11经过闭合的第三离合制动器8、第二机械功率分流器5、第二无级变速器3一起供能。

本实施例涉及的第一飞轮10和第二飞轮11实现双飞轮储能和输能，车辆车轮一侧制动的同时给另一侧充能，具体来说，设第一飞轮10侧为右侧，则机械驱动负载12右侧制动时，将制动能通过第二无级变速器3、第二机械功率分流器5、闭合的第三离合制动器8存储在第二飞轮11中；同样，机械驱动负载12左侧制动时，将制动能通过第二无级变速器3、第二机械功率分流器5、闭合的第二离合制动器7存储在第一飞轮10中，有效避免能量传动的二次浪费，实现制动能量的有效回收。

本实施例利用第一机械功率分流器4和第二机械功率分流器5实现第一飞轮10与第二飞轮11之间的能量分配转换，第一飞轮10储存的能量依次经闭合的第二离合制动器7、第二机械功率分流器5、闭合的第三离合制动器8输出分配储存到第二飞轮11，第二飞轮11储存的能量依次经闭合的第三离合制动器8、第二机械功率分流器5、闭合的第二离合制动器7输出分配储存到第一飞轮10中，实现能量的有效分配转换。

Claims (1)

1.一种基于制动能回收的负载隔离式动力驱动系统，主体结构包括发动机、第一无级变速器、第一机械功率分流器、第一离合制动器、第一飞轮和机械驱动负载，发动机与第一无级变速器连接，第一无级变速器与第一机械功率分流器相连，其特征在于主体结构还包括第二无级变速器、第二机械功率分流器、第二离合制动器、第三离合制动器、第四离合制动器和第二飞轮；第一制动离合器和第四制动离合器之间连接制有第一机械功率分流器；第二无级变速器分别与第二机械功率分流器和机械驱动负载相连，第二无级变速器的功率大于第一无级变速器的功率；第二离合制动器和第三离合制动器之间连接制有第二机械功率分流器；第一离合制动器和第二离合制动器之间连接制有第一飞轮，第三离合制动器和第四离合制动器之间连接制有第二飞轮；发动机与机械驱动负载完全隔离，发动机输出的能量通过第一无级变速器、第一机械功率分流器及第一离合制动器或第二离合制动器分别储存到第一飞轮或第二飞轮中，当有机械驱动负载时，第一飞轮或第二飞轮储存的能量分别通过第三离合制动器或第四离合制动器及第二无级变速器输出，满足机械驱动负载的需求，发动机工作不受机械驱动负载影响；利用第一飞轮和第二飞轮实现双飞轮储能和输能，车辆车轮一边制动的同时给另一边充能，避免能量传动的二次浪费，实现制动能量的有效回收。