PL181670B1 - Hybrydowy układ napędowy - Google Patents

Abstract

1. Hybrydowy układ napędowy, zwłaszcza pojazdu zawierającego przekładnię planetarną połączoną z silnikiem cieplnym poprzez sprzęgło oraz maszynę elektryczną zasilaną z baterii połączoną z kołem koronowym przekładni planetarnej, której jarzmo połączone jest z przekładnią główną oraz zawierający hamulec, znamienny tym, że silnik cieplny (SC) połączony jest z kołem słonecznym (Sł) przekładni planetarnej (PP) poprzez pierwsze sprzęgło (S1) i pierwszy hamulec (H1), a maszyna elektryczna (ME) połączonajest z kołem koronowym (K) przekładni planetarnej (PP) poprzez drugi hamulec (H2).

Description

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowy układ napędowy, zwłaszcza do pojazdów charakteryzujących się cechami zarówno napędu równoległego jak i szeregowego.

Znane hybrydowe układy napędowe szeregowe zapewniają stabilizację pracy silnika cieplnego podczas miejskiego cyklu pracy ale nie pozwalają na alternatywne stosowanie napędu tradycyjnego w jeździe pozamiejskiej, zaś napędu elektrycznego w jeździe miejskiej co jest zaletą napędu równoległego.

Znany jest z opisu zgłoszenia patentowego polskiego nr P. 298013 wieloźródłowy układ napędowy, który charakteryzuje się zaletami napędu równoległego jak i szeregowego. Układ ten ma przekładnię planetarną, której koło słoneczne połączone jest poprzez przekładnię mechaniczną z akumulatorem inercyjnym, koło koronowe połączone jest przez drugą przekładnię mechaniczną z maszyną elektryczną, a jarzmo połączone jest poprzez trzecią przekładnię mechanicznąz przekładnią głównąpojazdu. Ponadto, układ napędowy zaopatrzony jest w silnik cieplny, który poprzez dwa rozłączne sprzęgła połączony jest z przekładniąmechaniczną sprzęg181 670 niętą z maszyną elektryczną oraz z przekładnią głównąpoj azdu. Pozwala to na niezależną transmisję mocy od lub do silnika cieplnego.

Znane układy wymagają utrzymania prędkości bezwładnika w czasie jazdy poza miastem, utrzymania próżni wewnątrz obudowy bezwładnika. Ponadto, układy te mają skomplikowane sterowanie ze względu na włączanie odpowiednich sprzęgieł w czasie jazdy, zaś w czasie jazdy miejskiej silnik spalinowy, a w czasie jazdy poza miastem bezwładnik, są niewykorzystywane i stanowią dodatkowe obciążenie jazdy. W czasie hamowania rekuperacyjnego energia gromadzona jest w bezwładniku i akumulatorze elektrochemicznym a następnie wykorzystywana do doładowania bezwładnika, co powoduje dodatkowe straty. Znane układy maja stosunkowo duży stopień wyładowania i krótki zasięg jazdy, dużą pojemność akumulatorów elektrochemicznych wymuszoną przez bilans energetyczny bezwładnika i dużą masę układu.

Zgodnie z pierwszą wersją wynalazku silnik cieplny połączony jest z kołem słonecznym przekładni planetarnej poprzez pierwsze sprzęgło i pierwszy hamulec, a maszyna elektryczna połączona jest z kołem koronowym przekładni planetarnej poprzez drugi hamulec. Pierwszy hamulec połączony jest z kołem słonecznym pierwszą przekładnią mechaniczną. Hamulec drugi połączony jest z maszyną elektryczną poprzez drugą przekładnię mechaniczną, a z przekładnią mechaniczną poprzez drugie sprzęgło, zaś z kołem koronowym hamulec drugi połączony jest przez koło pośredniczące.

Zgodnie z drugą wersją wynalazku silnik cieplny połączony jest z kołem słonecznym przekładni planetarnej poprzez sprzęgło i pierwszy hamulec, a maszyna elektryczna połączona jest z kołem koronowym przekładni planetarnej poprzez drugi hamulec. Jarzmo połączone jest z przekładnią główną poprzez trzeci hamulec i trzecie sprzęgło. Pierwszy hamulec połączony jest z kołem słonecznym poprzez pierwsząprzekładnię mechaniczną. Drugi hamulec połączony jest z maszyną elektryczną poprzez drugą przekładnię mechaniczną, a z drugą przekładnią mechaniczną poprzez drugie sprzęgło, zaś z kołem koronowym hamulec drugi połączony jest przez koło pośredniczące. Jarzmo przekładni planetarnej połączone jest z trzecim hamulcem poprzez trzecią przekładnię mechaniczną.

Rozwiązanie według wynalazku charakteryzuje się łatwością sterowania. Możliwość sterowania punktem pracy silnika spalinowego zapewnia uzyskanie optymalnych energetycznie warunków pracy układu w cyklu. Możliwość osiągnięcia jednakowego na początku i końcu cyklu, a nawet wyższego na końcu cyklu stopnia naładowania akumulatora elektrochemicznego nie wpływa na zasięg jazdy. Podczas hamowania rekuperacyjnego cała energia gromadzona jest tylko w akumulatorze elektrochemicznym. Praca silnika zachodzi w warunkach niskiej emisji substancji toksycznych i niskiego zużycia paliwa. Rozwiązanie pozwala na zmniejszenie pojemności baterii dzięki spełnieniu bilansu energetycznego dla akumulatora elektrochemicznego. Silnik charakteryzuje się małą masą układu w porównaniu z układem szeregowym i trójźródłowym.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy hybrydowego układu napędowego, fig. 2 - przebieg prędkości obrotowej na wałach przekładni planetarnej w czasie jednego cyklu, a fig. 3 - przebieg momentów obrotowych na wałach przekładni planetarnej w czasie jednego cyklu pracy układu napędowego.

Układ napędowy zawiera silnik cieplny SC, który stanowi silnik spalinowy połączony z wałem przez pierwsze sprzęgło S1, jednokierunkowe, z blokadą wału wyjściowego i pierwszy hamulec H1 z pierwszą przekładnią mechaniczną P1 o stałym lub zmiennym skokowo położeniu. Przekładnia ta połączona jest z wałem koła słonecznego Sł przekładni planetarnej PP. Układ napędowy zawiera też maszynę elektryczną ME połączoną wałem przez drugą przekładnię mechaniczną P2 o stałym lub zmiennym skokowo położeniu, która przez drugie sprzęgło S2 i drugi hamulec H2 oraz koło pośredniczące połączonajest z wałem koła koronowego K przekładni planetarnej PP. Maszyna elektryczna ME połączona jest z bateriąB poprzez układ sterujący US. Jarzmo J przekładni planetarnej PP połączone jest wałem z trzecią przekładnią mechaniczną o stałym lub zmiennym skokowo położeniu, która poprzez trzecie sprzęgło S3 i trzeci hamulec H3

181 670 połączona jest do przekładni głównej pojazdu PG, skąd moc rozdzielana jest na koła napędowe KN pojazdu.

Podczas fazy rozpędzania I występujądwie podfazy: pierwsza Ia, kiedy prędkość koła koronowego jest przeciwna do prędkości koła słonecznego zanim koło zmieni kierunek obrotu i druga podfaza Ib - po zmianie kierunku obrotu koła koronowego, gdy jego prędkość - jak to jest uwidocznione na fig. 2 - jest dodatnia. W fazie Ia przekładnia planetarna różnicuje moc wału koła słonecznego Sł na wał koła koronowego K i jarzmo J. Maszyna elektryczna pracuje wtedy generatorowo tzn. odbiera część energii z wału koła słonecznego Sł. Po zmianie kierunku obrotu maszyny elektrycznej ME, w podfazie Ib, następuje sumowanie mocy z wałów koła słonecznego Sł i koła koronowego K na wał jarzma J. Maszyna elektryczna ME pracuje wtedy silnikowo, tzn. dostarcza energię. W czasie fazy jazdy ustalonej II silnik cieplny SC osiąga prędkość w okolicach biegu jałowego, maszyna elektryczna ME pracuje silnikowo i następuje sumowanie mocy na wał jarzma J. W czasie fazy wybiegu III następuje odłączenie silnika cieplnego SC od wału koła słonecznego Sł przy pomocy sprzęgła S1 i zahamowanie go przy pomocy hamulca H1. W czasie hamowania odzyskowego IV całą energię poprzez maszynę elektryczną ME odbiera bateria akumulatorów elektrochemicznych B. Przekładnia planetarna na skutek zahamowania wału koła słonecznego Sł pracuje jak przekładnia mechaniczna o stałym przełożeniu .

W czasie jazdy poza miastem, zwłaszcza po drogach szybkiego ruchu hamulec H2 hamuje koło koronowe K. Przekładnia planetarna staje się przekładnią o przełożeniu stałym i pojazd napędzany jest tylko z jednego źródła: silnika cieplnego SC.

Sprzęgło S3 oraz hamulec H3 służądo odłączenia napędu od kół napędowych pojazdu KN, zwłaszcza w czasie postoju pojazdu. Rozłączenie napędu przez sprzęgło S3 i zahamowanie wału jarzma J umożliwia wyrównanie prędkości koła słonecznego Sł i koła koronowego K przed następnym cyklem jazdy - koniec jazdy IV i początek fazy la na fig. 2, gdy po hamowaniu wszystkie koła przekładni planetarnej PP mają prędkość równą zero. Przekładnia P3 dostosowuje dynamikę i kinetykę układu napędowego, moment N i prędkość w do warunków maksymalnej prędkości jazdy pojazdu.

181 670

Ίο Ib

F16.2

FIG.3

181 670

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Hybrydowy układ napędowy, zwłaszcza pojazdu zawierającego przekładnię planetarną połączoną z silnikiem cieplnym poprzez sprzęgło oraz maszynę elektryczną zasilaną z baterii połączoną z kołem koronowym przekładni planetarnej, której jarzmo połączone jest z przekładnią główną oraz zawierający hamulec, znamienny tym, że silnik cieplny (SC) połączony jest z kołem słonecznym (Sł) przekładni planetarnej (PP) poprzez pierwsze sprzęgło (S1) i pierwszy hamulec (H1), a maszyna elektryczna (ME) połączona jest z kołem koronowym (K) przekładni planetarnej (PP) poprzez drugi hamulec (H2).
2. 2. Hybrydowy układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy hamulec (H1) połączony jest z kołem słonecznym (Sł) poprzez pierwszą przekładnię mechaniczną (P1).
3. 3. Hybrydowy układ według zastrz. 1, znamienny tym, że hamulec drugi (H2) połączony jest z maszyną elektryczną (ME) poprzez drugą przekładnię mechaniczną (P2).
4. 4. Hybrydowy układ według zastrz. 3, znamienny tym, że hamulec (H2) połączony jest z przekładnią mechaniczną (P2) poprzez drugie sprzęgło (S2), a z kołem koronowym (K) połączony jest poprzez koło pośredniczące (KP).
5. 5. Hybrydowy układ napędowy, zwłaszcza pojazdu zawierającego przekładnię planetarną połączoną z silnikiem cieplnym poprzez sprzęgło oraz maszynę elektryczną zasilaną z baterii połączoną z kołem koronowym przekładni planetarnej, której jarzmo połączone jest z przekładnią główną i zawierający hamulec, znamienny tym, że silnik cieplny (SC) połączony jest z kołem słonecznym (S1) przekładni planetarnej (PP) poprzez pierwsze sprzęgło (S1) i pierwszy hamulec (H1), zaś maszyna elektryczna (ME) połączonajest z kołem koronowym (K) przekładni planetarnej (PP) poprzez drugi hamulec (H2), ajarzmo (J) połączone jest z przekładn iągłówną(PG) poprzez trzeci hamulec (H3) i trzecie sprzęgło (S3).
6. 6. Hybrydowy układ według zastrz. 5, znamienny tym, że pierwszy hamulec (H1) połączony jest z kołem słonecznym (Sł) poprzez pierwszą przekładnię mechaniczną (P1).
7. 7. Hybrydowy układ według zastrz. 5, znamienny tym, że hamulec drugi (H2) połączony jest z maszyną elektryczną (ME) poprzez drugą przekładnię mechaniczną (P2).
8. 8. Hybrydowy układ według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że drugi hamulec (H2) połączonyjest z drugąprzekładniąmechaniczną(P2) poprzez drugie sprzęgło (S2), a z kołem koronowym (K) połączony jest poprzez koło pośredniczące (KP), zaś jarzmo (J) przekładni planetarnej połączone z trzecim hamulcem (H3) poprzez trzecią przekładnię mechaniczną (P3).