CN1911697A - 一种应用于串联式混合动力的带有电控离合器的辅助动力单元 - Google Patents

一种应用于串联式混合动力的带有电控离合器的辅助动力单元 Download PDF

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Abstract

一种应用于串联式混合动力的带有电控离合器的辅助动力单元(APU)，涉及APU系统的硬件组成、机械连接、及离合器驱动，属于混合动力动力系统装置技术领域。包括发动机、发电机，还包括连接在发动机和发电机之间的一个离合器、用于该离合器控制的电磁阀、电子控制单元以及离合器位置传感器；电磁阀组由一个电子控制单元驱动；连接关系为发动机飞轮壳－离合器壳－发电机外壳发动机飞轮－离合器膜片弹簧总成－离合器摩擦片总成－花键轴－发电机输入轴。本发明在不需对发动机及其控制单元做任何改动的情况下解决了发动机起动过程恶化的问题；为发动机较频繁起停提供了可靠平台，降低能耗。必要的怠速工况下脱开离合器，进一步降低系统能耗。

Description

一种应用于串联式混合动力的带有电控离合器的辅助动力单元
技术领域
一种应用于串联式混合动力的带有电控离合器的辅助动力单元，是一种采用电控离合器的串联式混合动力辅助动力单元(APU)，涉及APU的硬件组成、机械连接、及离合器驱动，属于混合动力动力系统装置技术领域。
背景技术
混合动力系统是当前解决汽车能源瓶颈与尾气污染的一种重要技术手段，可分为串联式和并联式两种基本类型，如图1所示。串联式结构适用于市区内常见的频繁起停、加速和低速工况，常用于城市客车；并联式结构更适合市外高速行驶。在结构上，二者最主要区别是：串联式系统中的发动机同整车传动系间没有直接的机械连接，是以电能形式为整车输出能量；而并联式系统中的发动机则直接为整车输出机械能。在并联式系统中使用离合器的道理同普通车辆一样，这里不再赘述。
在串联式系统APU中，由于发动机同发电机间不经常出现如并联式或传统车辆中的较强机械冲击，一般不采用离合器，而采用发动机飞轮—过渡连接盘—发电机输入轴的连接形式。这种发动机同发电机间直接相连的结构有如下问题：
1)发电机转子的转动惯量接近发动机曲轴的10倍。如不对系统进行相应调整，会导致发动机的起动过程恶化。这个问题一般需要通过换装大功率起动电机、调整发动机起动过程燃料喷射量来解决。
2)串联式混合动力的APU经常处于怠速状态。而在怠速中发动机多带动一个大质量的发电机转子会导致一定功率损失。
3)由于加入发电机转子使起动过程冲击增大，在APU控制策略中不能较多地起停发动机，使得有些发动机可以停机的状态无法实现，从而增加了怠速时间及其能耗。
串联式混合动力的发动机经常工作于排放、经济性都较好的优化区域，所以其排放特性好；而其经济性由于存在机械能—电能—机械能的转换过程而略现不足。提升系统的经济性是串联式混合动力系统设计、控制的核心问题。
发明内容
本发明的目的在于通过改变串联式混合动力的动力核心APU的构型来改善串联式混合动力的经济性。
本发明是一种应用于串联式混合动力的带有电控离合器的辅助动力单元，其特征在于，该串联式混合动力辅助动力单元除包括发动机、发电机，还包括连接在发动机和发电机之间的一个离合器、用于该离合器控制的电磁阀、电子控制单元以及离合器位置传感器；
机械系统硬件即发动机、离合器、发电机间的连接关系为：APU系统非旋转件的固定连接为发动机飞轮壳—离合器壳—发电机外壳；APU系统旋转件的连接为发动机飞轮—离合器膜片弹簧总成—离合器摩擦片总成—花键轴—发电机输入轴；
控制系统硬件间连接关系为：离合器拨叉—气缸—电磁阀—电子控制单元；
电磁阀连接于离合器拨叉和高压气源间，并同电子控制单元相连；其作为控制离合器动作的执行机构，根据电子控制单元的指令，控制离合器平稳结合或快速脱开；
离合器位置传感器，安装于推动离合器拨叉运动的气缸上；通过测量气缸的运动，间接得到离合器的位置及运动、结合状态，并将这些信息传送给电子控制单元；
电子控制单元根据传感器信号对离合器动作进行闭环控制。
其中，离合器的膜片弹簧和摩擦片总成采用发动机标准配置，无需任何变动。离合器可采用气压或液压独立驱动，一般不采用传统离合器用液力控制气动的复杂结构。
与现有用于串联式混合动力的APU相比，本发明的结构特点及有益效果为：
1)在发动机同发电机间加装离合器。
2)本系统在离合器脱开状态下起动发动机，再通过电磁阀控制离合器平顺结合，从而在不需对发动机及其控制单元做任何改动的情况下解决了发动机起动过程恶化的问题。
3)为发动机较频繁起停提供了可靠平台，使发动机可以在不需怠速的情况下停机，降低能耗。
4)在必要的怠速工况下脱开离合器，进一步降低系统能耗。
附图说明
图1是混合动力系统结构示意图。其中，(1)串连式混合动力系统；(2)并联式混合动力系统。
图2是本发明系统结构示意图。
图3是气动离合器系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例说明本发明。
图2为本发明系统结构示意图。一种应用于串联式混合动力的带有电控离合器的APU系统，该APU系统包括发动机、发电机，其特征在于，该APU系统还包括连接在发动机和发电机之间的一个离合器及用于离合器控制的电磁阀以及离合器位置传感器。
各硬件间连接关系为：APU系统非旋转件的固定连接为发动机飞轮壳—离合器壳—过渡连接壳—发电机外壳；APU系统旋转件的连接为发动机飞轮—离合器膜片弹簧总成—离合器摩擦片总成—花键轴—发电机输入轴。
本发明的APU系统工作过程为：
T0时刻，电磁阀工作，接通高压气体使离合器脱开；
T1时刻，发动机起动，带动飞轮开始旋转；
T2时刻，电磁阀工作，通过慢慢放掉高压气体使离合器接合，带动连接到离合器的发电机转子开始旋转；
T3时刻，电磁阀控制放气过程结束，离合器结合完成，发电机转子以同样速度随发动机飞轮旋转。
其中，离合器的膜片弹簧和摩擦片总成采用发动机标准配置，无需任何变动。离合器可采用气压或液压独立驱动。采用气动的结构如图3所示。图3是气动离合器系统结构示意图。
阀门A为常闭阀，阀门B为常开阀，阀门C为高频电磁阀或比例电磁阀。离合器脱开时阀门工作顺序为：阀门A通电打开，阀门B、C不通电。离合器结合时阀门工作顺序为：阀B通电断开，阀A断电关闭，由PWM波通过驱动电路控制阀C通断使离合器结合，最后阀B断电。此处阀A、B也可以用一个开关阀代替。离合器开合状态，即输出转速，可通过在发电机输入轴加装转速传感器、在气动或液压驱动活塞上安装位移传感器或通过发电机输出交流电频率进行判断。离合器的结合可以在怠速下完成，也可在高于怠速的转速下完成。在后一情况下，通过调整发动机油门保证在离合器结合过程中转速平稳。此油门调整对结合过程具有饲服作用。
本发明在发动机同发电机间加装离合器，在离合器脱开状态下起动发动机，再通过高频电磁阀控制离合器平顺结合，从而在不需对发动机及其控制单元做任何改动的情况下解决了发动机起动过程恶化的问题；为发动机较频繁起停提供了可靠平台，使发动机可以在不需怠速的情况下停机，降低能耗。在必要的怠速工况下脱开离合器，进一步降低系统能耗。

Claims (2)

1、一种应用于串联式混合动力的带有电控离合器的辅助动力单元，其特征在于，该串联式混合动力辅助动力单元除包括发动机、发电机，还包括连接在发动机和发电机之间的一个离合器、用于该离合器控制的电磁阀、电子控制单元以及离合器位置传感器；
发动机、离合器、发电机间的连接关系为：非旋转件发动机飞轮壳-离合器壳-发电机外壳依顺序固定连接；旋转件发动机飞轮-离合器膜片弹簧总成-离合器摩擦片总成-花键轴-发电机输入轴依次连接；
电磁阀连接于离合器拨叉和外部高压气源间，并同电子控制单元相连；根据电子控制单元的指令，控制离合器平稳结合或快速脱开；
离合器位置传感器安装于推动离合器拨叉运动的气缸上，测量气缸的运动，将测量所得信息传送给电子控制单元；
电子控制单元根据传感器信号对离合器动作进行闭环控制。
2、根据权利要求1所述的一种应用于串联式混合动力的带有电控离合器的辅助动力单元，其特征在于，所述离合器为气压或液压驱动离合器。
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