CZ255099A3

CZ255099A3 - Spouštěcí a generátorový stroj s variabilním převodem pohonu pro spalovací motor motorového vozidla

Info

Publication number: CZ255099A3
Application number: CZ19992550A
Authority: CZ
Inventors: Gerhard Koelle; Peter Ahner; Peter Glauning
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1998-05-04
Publication date: 2000-04-12
Also published as: EP0980320A1; JP2001527616A; WO1998051524A1; US6425839B1; CZ292383B6

Description

Vynález se týká spouštěcího a generátorového stroje s variabilním převodem pohonu podle znaku předvýznakové části patentového nároku 1.

Je známé, že spalovací motory v motorových vozidlech musejí být spouštěny prostřednictvím spouštěcího ústrojí, protože se samy nerozbšhnou. K tomuto účelu jsou obvykle nasazeny elektricky poháněné spouštěcí motory, které jsou spojeny prostřednictvím spouštěcího relé, vytvořeného jako tak zvané zasouvací relé, se zdrojem proudu. Současně se pro roztáčení pastorku spouštěcího motoru uvede tento pastorek do záběru s ozubeným věncem upraveným obvykle na setrvačníku spalovacího motoru.

Po dosažení samostatného chodu spalovacího motoru musí být spouštěcí motor vypnut, aby se předešlo většímu opotřebení a značnému vývoji hluku. Pokud má zůstat spouštěč z určitých důvodů ve stálém záběru, musí být vytvořen pro trvalý provoz také s vyšším počtem otáček.

Je také známé opatřit spalovací motory generátorem, který se s nimi trvale pohybuje a který jednak zabezpečuje trvalé napájení elektrické palubní sítě a jednak zajišíuje nabíjení zdroje napětí potřebného pro provoz spouštěcího motoru. Tento generátor, který je označován také jako osvětlovací dynamo, je obvykle poháněn prostřednictvím klínového nebo ozubeného řemene klikovým hřídelem. Tento generátor poskytuje svůj jmenovitý

výkon typicky při středním počtu otáček, avšak musí být dimenzován tak, aby mohl i při volnoběžném počtu otáček spalovacího motoru poskytovat dostatečný elektrický výkon. Současně však mu3Í být také vytvořen pro maximální počet otáček spalovacího motoru a přitom mít ještě dostatečné chlazení.. Chlazení při vyšších počtech otáček se zpravidla uskutečňuje vzduchovou ventilací, která je podporována upravenými křídly větráku.

K tomu přistupuje výrazné kolísání spalovacího motoru a setrvačnost generátoru, což vyžaduje pohon prostřednictvím řemenu.

Má-li uýt spouštěcí motor provozován současně také jako generátor, vyskytuje se nejprve problém vytvoření odpovídající ho počtu otáček. Při provozu jako spouštěcího motoru je potřeb ný relativně vysoký výkon při nižším počtu otáček, protože spa lovací motor musí být spouštěn až do dosažení volnoběžného poč tu otáček. Pro zabezpečení přenosu takového velkého výkonu se volí popsané připojení prostřednictvím dvojice ozubených kol na stranu motoru, které se po spuštění spalovacího motoru oddělí. Generátor však musí být schopný zabezpečovat dostatečné poskytování výkonu v širší a větší oblasti počtu otáček, aniž by přitom při maximálním počtu otáček byl vystaven nebezpečí přehřátí. Pokud však má být generátor vytvořen pro vydávání vysokého elektrického výkonu, jak je to nutné u moderních motorových vozidel s velkým počtem elektrických spotřebičů, jako servomotorů, narazí obvyklý řemenový pohon velmi brzy na hranice své výkonnosti.

Jsou sice již známá řešení, u kterých se předpokládá současné využití generátoru také jako spouštěče, jako tomu bylo například u tak zvaných dynamických spouštěčů u motocyklů a skútrů dřívějších let. Zde však musel poskytovat generátor jen ·· • · · velmi malý výkon, takže mohl být po.spuštění motoru bez problémů provozován v oblasti nepatrné účinnosti. Z prostorových důvodů byl generátor často upraven přímo na konci klikového hřídele a pohyboval se se stejným počtem otáček jako spalovací motor. Kolísání momentu nevytvářelo u obvykle používaných vysokootáčkových dvoudobých motorů také žádný problém.

Starší patentová přihláška DE 196 29 839.3 popisuje dále spalovací motor pro motorová vozidla, který má na poháněči kola motorového vozidla působící pohon, přičemž vstupní hřídel tohoto pohonu je spojitelný s výstupním hřídelem spalovacího motoru, a dále elektrický stroj, který je spojitelný s pohonem prostřednictvím mezilehlého převodu a který je spojitelný, případně přepínatelný jak jako spouštěcí motor pro spouštění spalovacího motoru, tak také jako generátor pro energetické napájení elektrické palubní sítě motorového vozidla. Nevýhoda zde opět spočívá v tom, že spouštěcí motor musí pracovat s vysokým kroutícím momentem při nízkém počtu otáček, což je souče^ně nevýhodné pro provoz generátoru s vyšším počtem otáček.

Vynález si klade za úkol vyvinout spouštěcí a generátorový stroj pro spalovací motor, který poskytuje dostatečný mechanický výkon při spouštění spalovacího motoru a který lze bezpečně přenášet, jakož i může při provozu jako generátor, když spalovací motor pracuje s vyššími počty otáček, poskytovat dostatečné velký elektrický výkon.

Zařízení podle vynálezu se znaky uvedenými ve význakcvé části patentového nároku 1 poskytuje tu výhodu, že prostřed• · 00 0 0 nictvím možnosti přizpůsobení počtu otáček prostřednictvím pře vodu generátoru se může generátor při běžícím spalovacími motoru motorového vozidla stále pohybovat v oblasti vysoké účinnés ti. Již při nízkém počtu otáček klikového hřídele je tak za0 0 00 0 0 · · 0 0 0 • · 0 0 0 0 0 · 000 000 000000 0 0

00000 00 0 00 00 bezpečen vysoký elektrický výkon generátoru, což umožňuje bezpečně napájet energií četné elektrické spotřebiče dnešních moděleních motorových vozidel, aniž by například při delším volnoběžném provozu v silniční zácpě vznikalo nebezpečí pomalého vybíjení akumulátoru vozidla. Současně však může elektrický stroj poskytovat vysoký kroutící moment potřebný pro spouštění spalovacího motoru, pokud se příslušně zvolí převod pohonu. Vzhledem k jednoduché konstrukci a vzhledem ke snadné' možnosti obsluhy je vhodný pro nastavení počtu otáček elektrického stroje zejména planetový převod. Takové převody mají mimoto jen velmi malé nároky na prostor, takže je možné je snadno integrovat do motorového vozidla.

Výhodné uspořádání se vytváří z přídavné volnoběžné polohy kromě dvou s výhodou nastavitelných převodových stupňů planetového převodu. Vysouvací páka může být uvedena do střední polohy, čímž lze přerušit funkční spojení elektrického stroje s pohonem spalovacího motoru. Rotor¹ elektrického stroje po vlc žení neutrální polohy pomalu doběhne. Taková spínací poloha mů že být zvláště výhodná pro realizaci různých provozních stavů vozidla, při kterých se šetří palivo, jako je například nejčastěji stav bez současného pohybu elektrické části generátoru. Protože obvyklé generátory jsou permanentně poháněny s konstantním převodem, spotřebují určité množství přídavného paliva také při odpojených spotřebičích a zcela nabitém akumulátoru. Přídavně upravená volnoběžná poloha v planetovém převodu na rozdíl od toho umožňuje odpojení generátoru při nabitém akumulátoru a přerušení funkčního spojení mezi generá99 9999

9

4

444 4

4 4 4

4 4

4 «

494 444 torem a pohonem. Takové odpojeni je také výhodné pro ochranu elektrického stroje proti přetížení nebo přehřátí,. Například je také možné automaticky zvolit při příliš vysokém počtu otá ček nebo při značném ohřevu elektrického stroje neutrální polohu, což umožňuje realizovat efektivní zabezpečení proti pře tížení'.

U stroje podle vynálezu je dále výhodná ta skutečnost, že je vždy možná jen jedna spínací poloha planetového převodu. Ve srovnání s obvyklými provedeními s magnetickou spojkou a volnoběhem má zařízení podle vynálezu tu výhodu, že není možné žádné nezamýšlené připojení, tc znamená současné vložení dvou stupňů. Navíc jsou převodová kola planetového převodu permanentně ve vzájemném záběru, to znamená, že přepojení pře vodu se uskutečňuje bez vzájemného vysunutí ozubených kol, čímž odpadá nutnost přídavné synchronizace.

Stroj podle vynálezu má mimoto výhodu jen velmi nepatrné přídavné' potřeby energie. Protože zvolená řadicí poloha planetového převodu a tím také převod zůstává konstantní bez'dal šího vnějšího přívodu energie, je potřebný přídavný přívod energie jen v okamžiku přepínání převodu. Tuto přepínací enei’ gii lze vytvořit mechanickou cestou. Stejně tak jsou však možná elektromagnetická, hydraulická nebo pneumatická přepínací ústrojí.

Vzhledem k prostorovému sloučení spouštěče a generátoru do jedné- jediné konstrukční části se dále značně redukují kon strukční a montážní náklady, což přináší ekonomické výhody. Protože jsou také' sníženy nároky na prostor na spalovacím motoru, vytváří se zvýšená konstrukční volnost při polohování spalovacího motoru v motorovém vozidle a jeho vedlejších agre-

• · · • · ·· gátů. Obvyklá výrobní zařízení a poznatky pro výrobu spouštěčů a generátorů mohou být dále využívány. Různé konstrukční součásti odpovídají' beze změny současné sérii spouštěčů a generátorů.

Dále je výhodné, když je spouštěcí a generátorový stroj podle vynálezu chlazen Kapalinou, což lze provést připojením na okruh chladicí kapaliny spalovacího motoru. Kromě znázorněného provedení s kapalinovým chlazením je volitelně také možná vzduchem chlazená verze s vlastním nebo přídavným chladicím dmýcha d1em.

Výhodné také je, když je spouštěcí a generátorový stroj a zejména přepínatelný planetový převod mazán olejem, což lze účelně provést mazáním provozním olejem převodovky.

Další výhodná možnost nasazení elektrického stroje spočívá v podpoře synchronizace pohonu. Toho lze dosáhnout cílenými rázy otočného momentu pro urychlení nebo pro zabrzdění vstupního hřídele převodu funkčně spojeného s elektrickým strojem. Tímto způsobem lze při příslušně dimenzovaném elektrickém, stroji podpořit obvyklou synchronizaci ve spínacím pohonu nebo může dokonce zcela odpadnout, hutné je k tomu jen zřetelné předimenzování, protože při přídavném urychlení vstupního hřídele pohonu při vyšším počtu otáček spalovacího motoru je nutné vytvářet vyšší mechanický výkon.

Další výhodná uspořádání vynálezu vyplývají z ostatních znaků,, které jsou uvedeny v závislých patentových nárocích.

0000

00 • 0 0 • 000 0· 0 0

0 0

000 00

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0

0 0 0 0 0 0 0

000 000 0 0

0 0 0

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je znázorněn celkový axonometrický pohled na elektrický stroj s převodem pohonu.

Na obr. 2 je znázorněn axonometrický pohled na stroj podle obr. 1, avšak bez vnější skříně.

Na obr. 3 je znázorněn úplný řez elektrickým str o jer?, s planetovým převodem z obr. 1.

Na obr. 1 je znázorněno axonometrické vyobrazení elektrického stroje 2, který je obklopen v podstatě válcově převedenou skříní 6. Kruhová čelní strana 8 skříně <5 má centrální průchod 10 pro poháněči hřídel 12 planetového převodu 4·, který je spojen s elektrickým strojem 2. Na vnější plášíové ploše válcové skříně £ je v oblasti čelní strany 8 upraven radiálně vytvořený řadicí prostředek 14 ve tvaru vysouvací pá ky. Tento řadicí prostředek 14 ve tvaru vysouvací páky múze být posouván v axiálním směru a zabezpečuje volbu požadovaného převedu pohonu.

Na obr. 2 je znázorněn elektrický stroj 2 z obr. 1 s ode branou skříní 6. Zvláště dobře je zde patrno vidlicovité spojení řadicího prostředku 14 ve tvaru vysouvací páky, který je pevně uložen na korunovém převodovém kole 18 planetového pře9 9 9 9 99

- δ vodu 4 a tak může zabezpečovat axiální posunutelnost korunového převodového kola 18.

99 9 9 99 99 9 9

9 9 9 9 9 9 9

99 9 9 9 9 9 9 9

999 99 9 999999

9 9 9 9 · ·

99 99 9 99 9 9 )C*

Mr

Na obr. 3 je znázorněn úplný řez elektrického stroje 2, opatřeného planetovým převodem 4. Patrné je zde také obklcpe ní elektrického stroje 2 a planetového převodu 4 skříní 6. té straně, která je protilehlá vzhledem k čelní straně 8 skříně 6, je skříň 6. otevřená, aby v případě potřeby zůstaly elektrický stroj 2 a planetový převod 4 přístupné. Příruba 38, která je spojena se skříní 6 a ve svém průměru přes ni přečnívá, slouží jako víko skříně 6. na zadní straně a současně jako uložení rotoru 20 elektrického stroje 2 s valivým ložiskem 26.

Aby se uležení na konci uzavřelo ve směru navenek a tím se chr< nilo před vlivy okolního prostředí, je na přírubu 38 nasazeno další skříňové víko 40. Toto skříňové víko 40 může být s přírubou 35 sešroubováno nebo zajištěno vzpěrným pojistným kroužkem.

Planetový převod 4· zabezpečuje funkční spojení elektrického stroje 2 s pohonem motorového vozidla, například se zde blíže neznázorněným vstupním hřídelem převodovky hlavní převodovky motorového vozidla. Rotor 20 elektrického stroje 2 je uložen ve dvou valivých ložiskách 26 a 28. Na obr. 3 vlevo upravené valivé ložisko 26 je podepřeno svým vnějším kroužkem na přírubě 38. Obě valivá ložiska 26, 28 jsou na obr. 3 znázorněna jako radiální kuličková ložiska. Stejně tak je však možné provést uložení prostřednictvím kuželíkových ložisek nebo čtxřbodových kuličkových ložisek nebo podobných ložiskových konstrukcí.

Na konci, který je přivrácený k planetovému převodu 4, má rotor.20 ozubení a vytváří tak současně centrální převo«·*· • ·· · • · te · te« tet » · · · ř · · · ··« te te te te te ·· dové kolo 22 planetového převodu 4·. 3 tímto centrálním převodovým kolem 22 je v záběru více planetových převodových kol 24, která jsou opět v záběru s korunovým převodovým kolem 18, které obklopuje planetová převodové kola 24. Korunové převodové kolo je uloženo prostřednictvím dvou valivých ložisek, to je vysouvacího ložiska 30 a menšího ložiska 32. Korunové převodové kolo 18 má navíc uložení pro vnější kroužek valivého ložiska 28, ve kterém je uložen rotor 20. Korunové převodové kolo 18 je dále spojeno s řadicím prostředkem 14 ve tvaru vysouvací páky a je nepatrně axiálně posuvné, aby se tak umožnila výměna převodových stupňů v planetovém převodu 4. Tak má korunové převodové kolo 18 dvě radiální třecí plochy 44 a 40; které buň mohou pevně spojovat s korunovým převodovým kolem 18 unášeč 13 planetového kola, který je ve spojení s poháněcím hřídelem 12, nebo mohou přitlacovat korunové převodové kolo 18 na vnitřní skříňovou čelní stranu 2, a tak jej zablokovat. Pokud není žádná z těchto obou radiálních třecích ploch 44 nebo 46 uzavřena, je planetový převod 4 v neutrální poloze, protože se v této poloze mohou centrální převodové kolo 22, planetové převodové kolo 24 a korunové převodové kolo 18 volně otáčet. Rotor 20 elektrického stroje 2 přitom není v žádném funkčním spojení s poháněcím hřídelem 12.

Přepojení planetového převodu £, to znamená změna převodu, se uskutečňuje axiálním posunutím korunového převodového kola 18 prostřednictvím řadicího prostředku 14 ve tvaru vysouvací páky, který je s ním pevně spojen. V následujícím bude popsán případ běžícího spalovacího motoru a elektrického stroje 2_, který je v generátorovém provozu a který tak přejímá mechanický kroutící moment od spalovacího motoru. Při dosednutí korunového převodového kola 18 na unášeč 13 planetového kola prostřednictvím radiální třecí plochy 46 je na poháněcím • 4 44*4

4 ·*

4 4 4 • 444 4 ·

4 · 4 · 4

4 4 4 4 ··· ·* ·· ·« «« • 4 4 · • · · · • 444 444 • · • 4 44 hřídeli 12 vytvářený kroutící moment přenášen prostřednictvím σ korunovým převodovým kolem 16 funkčně spojeného unášeSe 13 planetového kola na centrální převodové kolo 22 a tím. také na rotor 20 elektrického stroje 2. Planetová převodová kola 24 přitom nezabírají s ozubeními centrálního převodovéhc kola 22 nebo korunového převodového kola 18, ale pohybují se společně s korunovým převodovým kolem 18, s unášečem 13 planetového kola a s centrálním převodovým kolem 22 se stejnými počtem otáček. Vysouvací ložisko 30 se přitom volně protáčí. Převodový poměr planetového převodu 4 má v této poloze například hodnotu i - 2. Počet otáček rotoru 20 elektrického stroje 2 je shodný jako u poháněcího hřídele 12.

Při axiálním posunutí řadicího prostředku 14 ve tvaru v; souvací páky je posunuto korunové převodové kolo 18 včetně vysouvacího ložiska 30 směrem vpravo. Ovládací síla pro posunutí řadicího prostředku 14 ve tvaru vysouvací páky přitom může být vytvářena magneticky ovládaným relé, hydraulickým m ho pneumatickým stavěčem nebo obdobným způsobem. Při dosednutí korunového převodového kola 18 na vnitřní skříňovou čelní stranu 9 radiální třecí plochou 44 je korunové převodové kolo 18 prostřednictvím skříně 6 zablokováno. Kroutící moment je přenášen z poháněcího hřídele 12 na unášeč 13 planetového kola, čímž planetová převodová kola 24 obíhají a jsou v záběru s korunovým převodovým kolem 18 a s centrálním převodovým kolem 22. Protože korunové převodové kolo 18 nemůže obíhat, ale je pevně spojeno se skříní 6, přenášejí planetová převodová kola 24 jejich kroutící mement na centrální převodové kolo 22, které je pevně spojeno s rotorem 20 elektrického stroje 2_. Vysouvací ložisko 30 v této provozní poloze pevně stojí. Převodový poměr planetového převodu 4 má v této poloze například hodnotu i = 5· Počet otáček poháněcího hřídele 3 • · φφφφ

-li• · · φ φ φ φ φ φφφ φφφ φ φ φ φ φ φ je potom snížen a je v poměru i = 1 : 5 k počtu otáček unášeče 13 planetového kola.

Konečné lze při dostatečné velké zvolené axiální posouvá cí dráze upravit centrální polohu řadicího prostředku 14 ve tvaru vysouvací páky, ve které korunové převodové kolo 18 ne— dosedá ani na radiální třecí plochu 44, ani na radiální třecí plochu 46. Unášeč 13 planetového kola se pohybuje s počtem otáček poháněcího hřídele 12. Planetová převodová kola 24 se mohou volně otáčet a zabírají jak s korunovým převodovým kolem 18, tak také s centrálním převodovým kolem 22. Protože se vsak volně může otáčet také korunové převodové kolo 18, nemůže být přenášen žádný kroutící moment na centrální převodové kolo 22 a tím také na rotor 20 elektrického stroje 2. Tato centrální poloha planetového převodu 4 tak odpovídá neutrální poloze, ve které je funkční spojení elektrického stroje 2. s pohonem motorového vozidla, například se vstupním hřídelem převodu hlavní převodovky, přerušeno.

Claims

Spouštěcí a generátorový stroj s variabilním převodem pohonu pro spalovací motoi¹ motorového vozidla, s výhodou pro spouštění spalovacího motoru a pro napájení napětím palubní napělově sítě motorového vozidla, přičemž elektrický stroj je prostřednictvím planetového převodu spojitelný se spalovacím motorem a elektrický stroj je motorovým provozem přepojitelný do generátorového provozu a převod je přepojitelný pro nastavení počtu otáček elektrického stroje, v y z .n a c u c í se tím, še elektrický stroj ,^z2/ je prostřednictvím převodu /4/ připojitelný na poháněči větev spalovacího motoru tak, že pro synchronizaci hlavního převodu jsou převodové stupně v převodu /4/ a tím i hmotnostní, setrvačný moment elektrického stroje /2/ volitelné v souladu s požadovaným přizpůsobením počtu otáček poháněči větve.
2. Spouštěcí a generátorový stroj podle nároku 1, vyzná č u j í c í převod.

tím, že převod /4/ je planetový
3. Spouštěcí a generátorový stroj podle nároku 2, v y z n tím že planetový převod /4/ je mechanicky přepínatelný..
4. Spouštěcí a generátorový stroj podle nároku 3, vyzná tím že planetový převod /4/ je ovladatelný prostřednictvím mechanického řadicího prostředku /14/, který je spojen s nastavovacím členem převodu /4/ a který je z vnějšku ovladatelný.
5. Spouštěcí a generátorový stroj podle nároku 4, vyzná • · · • ·

- 13 Sující se tím, že nejméně dva převodové stupně.

Spouštěcí a generátorový stroj podle Sující se tím, še 24/ planetového převodu, /4/ jsou navz planetový převod /4/ má nároku 5, vyzná převodová kola /18, 22, újem v permanentním záběru.

Spouštěcí a generátorový stroj podle nároku tím, že v planetovém převodu /4/ je kromě nejméně dvou převodových stupni upravena neutru ní poloha, ve které jo účinné jem /2/ a mezi poháněči větvi spojení mezi elektrickým strospalovacino motoru přerušeno.
8. Spouštěcí a generátorový stroj podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že mechanický řadicí prostředek /14/ je ovladatelný mechanicky, elektromagneticky, hydraulicky a/nebo pneumaticky.

$. Spouštěcí a generátorový stroj podle jednoho z'přecházejíc cích nároků, vyznačující se tím, že elektrický stroj /2/ má kapalinové chlazení a je připojen na okruh chladicí kapaliny spalovacího motoru.
10. Spouštěcí a generátorový stroj podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že elektrický stroj /2/ je chlazen vzduchem prostřednictvím integrovaného nebo vně uspořádaného chladicího větráku.
11. Spouštěcí a generátorový stroj podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, ·· ·· • · · ·

- 14 e mazání olejem součástí přenášejících otočný pohyb a loiskových součástí,jakož i planetového převodu /4/ je provedeno prostřednictvím olejového okruhu hlavního pohonu.