PL196829B1

PL196829B1 - Układ napędowy dla samochodu

Info

Publication number: PL196829B1
Application number: PL337023A
Authority: PL
Inventors: Juergen Loeffler; Martin-Peter Bolz
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-02-06
Publication date: 2008-02-29
Also published as: WO1999050572A1; EP0986713A1; BR9904911A; PL337023A1; JP4401443B2; EP0986713B1; US6159127A; JP2002503183A; DE59905424D1

Abstract

1. Uk lad nap edowy dla samochodu, z co najmniej jednym sprz eg lem do przerywania si ly ci agu w przek ladni przy zmianie biegów, w którym si la ci agu z silnika spalinowego jest przenoszona na przek ladni e, zw laszcza zauto- matyzowan a przek ladni e zmianow a stopnio- w a, przy czym przy przerwaniu si ly ci agu w przek ladni wykorzystywane jest umieszczo- ne w nim urz adzenie do przenoszenia si ly ci agu na biern a stron e przek ladni poprzez omijanie przek ladni, znamienny tym, ze urz a- dzenie (21, 21a, 21b) zawiera maszyn e elek- tryczn a (22, 22a, 22b). PL PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 196829 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 337023 ⁽¹³⁾ (22) Data zgłoszenia: 06.02.1999 ^{(51) Int.Cl.}

B60K 17/12 (2007.10) (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: F16H 3/12 (2006.01)

06.02.1999, PCT/DE99/00314 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

07.10.1999, WO99/50572 PCT Gazette nr 40/99 (54)

Układ napędowy dla samochodu

(30) Pierwszeństwo: 27.03.1998,DE,19813563.7 26.10.1998,DE,19849156.5	(73) Uprawniony z patentu: ROBERT BOSCH GMBH,Stuttgart,DE
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 31.07.2000 BUP 16/00	(72) Twórca(y) wynalazku: Juergen Loeffler,Winnenden,DE Martin-Peter Bolz,Oberstenfeld,DE
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.02.2008 WUP 02/08	(74) Pełnomocnik: Niewieczerzał Jan, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

⁽⁵⁷⁾ 1. Układ napędowy dla samochodu, z co najmniej jednym sprzęgłem do przerywania siły ciągu w przekładni przy zmianie biegów, w którym siła cią gu z silnika spalinowego jest przenoszona na przekładnię, zwłaszcza zautomatyzowaną przekładnię zmianową stopniową, przy czym przy przerwaniu siły ciągu w przekł adni wykorzystywane jest umieszczone w nim urządzenie do przenoszenia siły ciągu na bierną stronę przekładni poprzez omijanie przekładni, znamienny tym, że urządzenie (21, 21a, 21b) zawiera maszynę elektryczną (22, 22a, 22b).

PL 196 829 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ napędowy dla samochodu.

W znanym układzie napędowym dla samochodu, składającym się z przekładni, silnika spalinowego i umieszczonego pomiędzy nimi sprzęgła, przy zmianie biegów sprzęgło przerywa siłę ciągu, wytwarzaną przez silnik spalinowy i przenoszoną na przekładnię. Ta, wynikająca z zasady działania, strata trakcyjna pogarsza bezpieczeństwo i komfort jazdy.

Wyeliminowanie tego problemu ma na celu znany z dokumentu DE 34 15 909 C2, udoskonalony układ napędowy dla samochodu ze sprzęgłem do przerywania siły ciągu przy zmianie biegu. Siła ciągu jest przenoszona z silnika spalinowego na przekładnię. Przy przerwaniu siły ciągu przenoszonej na przekładnię jest wykorzystywane urządzenie mechaniczne do przenoszenia siły ciągu na bierną stronę przekładni poprzez omijanie przekładni. Urządzenie to zawiera zębnik, który jest napędzany przez koło zębate umieszczone na wale wejściowym przekładni. Zębnik jest zamocowany na dodatkowym wale pomocniczym. Na wale pomocniczym jest umieszczone główne koło łopatkowe sprzęgła hydraulicznego (sprzęgła nastawczego), które ma regulowany stopień napełnienia. Wtórne koło łopatkowe jest zamocowane na wale pośrednim, na którym znajduje się zębnik. Zębnik jest zazębiony z kołem zębatym, które jest połączone z wałem wyjściowym przekładni. Konstrukcja ta jest bardzo droga zwłaszcza z tego powodu, że zawiera sprzęgło hydrauliczne i hamulec hydrodynamiczny.

Układ napędowy dla samochodu, z co najmniej jednym sprzęgłem do przerywania siły ciągu w przekł adni przy zmianie biegów, w którym sił a cią gu z silnika spalinowego jest przenoszona na przekładnię, zwłaszcza zautomatyzowaną przekładnię zmianową stopniową, przy czym przy przerwaniu siły ciągu w przekładni wykorzystywane jest umieszczone w nim urządzenie do przenoszenia siły ciągu na bierną stronę przekładni poprzez omijanie przekładni, według wynalazku charakteryzuje się tym, że urządzenie zawiera maszynę elektryczną.

Maszyna elektryczna do przenoszenia siły ciągu ma co najmniej jeden pierwszy, osadzony obrotowo stojan i co najmniej jeden pierwszy, współpracujący z co najmniej jednym pierwszym stojanem oraz napędzany przez silnik spalinowy, wirnik.

Co najmniej pierwszy stojan maszyny elektrycznej działa na wyjściowy wał przekładni.

Co najmniej pierwszy wirnik maszyny elektrycznej jest połączony bez możliwości wzajemnego obrotu z wałem wyjściowym silnika spalinowego.

Co najmniej pierwszy wirnik jest poprzez stałe przełożenie połączony z wałem wyjściowym silnika spalinowego.

Maszyna elektryczna ma drugi stojan i współpracujący z drugim stojanem oraz połączony bez możliwości wzajemnego obrotu z wałem wejściowym przekładni, drugi wirnik, tak że maszyna elektryczna jest wykorzystywana do synchronizacji liczby obrotów wału wejściowego przekładni.

Układ napędowy według wynalazku zawiera urządzenie unieruchamiające do zapobiegania obracaniu się wału wyjściowego przekładni.

Maszyna elektryczna jest umieszczona wokół wału wejściowego przekładni.

Maszyna elektryczna współpracuje z przekładnią rozdzielczą, działającą na wał wyjściowy przekładni.

Przekładnię rozdzielczą stanowi przekładnia planetarna.

Wirnik maszyny elektrycznej jest połączony z kołem środkowym przekładni planetarnej, przy czym koło środkowe współpracuje z kołami planetarnymi, a jarzmo przekładni planetarnej jest napędzane przez silnik spalinowy, zaś koło o uzębieniu wewnętrznym działa na wał wyjściowy przekładni.

Układ napędowy dla samochodu według wynalazku, w którym urządzenie do przenoszenia siły ciągu zawiera maszynę elektryczną, ma w stosunku do powyżej przedstawionego znanego układu napędowego tę zaletę, że przy spowodowanym zmianą biegu przerwaniu siły ciągu silnika spalinowego, za pomocą sprzęgła, siła ciągu jest przenoszona przez urządzenie. Zwiększa to bezpieczeństwo i komfort jazdy. Szczególnie korzystne jest przenoszenie siły ciągu za pomocą maszyny elektrycznej, zwłaszcza osadzonego obrotowo stojana, przy czym wirnik napędzany przez silnik spalinowy jest wprawiany w ruch obrotowy. W tym przypadku można w wyjątkowo prosty sposób regulować przebiegiem pracy za pomocą układu sterowania. Szczególnie efektywne jest przy tym bezpośrednie sprzężenie wspomnianego stojana z wyjściowym wałem przekładni. Jeżeli wirnik jest połączony bez możliwości wzajemnego obrotu z wyjściowym wałem silnika, wówczas nie występują niekorzystne zjawiska związane z ewentualnym poślizgiem, na przykład pasa. Jeżeli wirnik jest poprzez stałe przełożenie połączony z wyjściowym wałem silnika spalinowego, wówczas można dobrać przełożenie dopasowaPL 196 829 B1 ne do specyficznych parametrów układu napędowego. Jeżeli maszyna elektryczna jest ponadto wykorzystywana do zasilania elektrycznej sieci samochodowej i/lub do rozruchu silnika, wówczas zbędne stają się dodatkowe, niezbędne dotychczas elementy. Gdy w maszynie elektrycznej zainstalowany jest dodatkowy stojan i wirnik, wówczas dodatkowy wirnik można zastosować po pierwsze do synchronizacji liczby obrotów wyjściowego wału przekładni, po drugie zaś do wspomagania rozruchu silnika. Dla rozruchu silnika spalinowego korzystne jest blokowanie wyjściowego wału przekładni za pomocą urządzenia unieruchamiającego. Umieszczenie maszyny elektrycznej wokół wyjściowego wału przekładni daje szczególną oszczędność miejsca w kierunku promieniowym. Przekładnia mechaniczna o zmiennym przełożeniu stanowi szczególnie mocną postać wykonania urządzenia do przenoszenia siły ciągu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia symbolicznie ukazany układ napędowy dla samochodu z maszyną elektryczną, fig. 2 układ napędowy z pierwszą odmianą maszyny elektrycznej, fig. 3 - tabelę z różnymi liczbami obrotów układu napędowego z pierwszą odmianą maszyny elektrycznej, zaś fig. 4 - układ napędowy z drugą odmianą maszyny elektrycznej.

Na fig. 1 przedstawiony jest układ napędowy 10 dla samochodu, zawierający silnik spalinowy 12, połączony za pomocą wału wyjściowego 14 ze sprzęgłem 16 do przerywania siły ciągu przy zmianie biegów. Ze sprzęgłem 16 znajduje się, współosiowy względem wału wyjściowego 14, wał pusty 18. Wał pusty 18 jest połączony na stałe z zewnętrzną częścią sprzęgła 16, w związku z czym wał pusty 18 jest połączony bez możliwości wzajemnego obrotu z wałem wyjściowym 14 silnika spalinowego 12. Ponadto, centrycznie względem wału pustego 18 usytuowany jest wejściowy wał 20 przekładni. Wejściowy wał 20 przekładni jest połączony roboczo ze sprzęgłem 16, co oznacza, że przy zamkniętym sprzęgle 16 siła ciągu z silnika spalinowego 12 jest przenoszona na wejściowy wał 20 przekładni, zaś przy otwartym sprzęgle 16 siła ciągu wytwarzana przez silnik spalinowy 12 zostaje przerwana.

Wokół wejściowego wału 20 przekładni jest ponadto umieszczone urządzenie zawierające maszynę elektryczną 22. Maszyna elektryczna 22 składa się w zasadzie z pierwszego wirnika 24 i współpracującego z nim elektromagnetycznie, pierwszego, osadzonego obrotowo stojana 26. Pierwszy wirnik 24 jest zamocowany na wale pustym 18. Pierwszy wirnik 24 jest zatem połączony bez możliwości wzajemnego obrotu z wałem wyjściowym 14 silnika spalinowego 12, w związku z czym jest napędzany przez silnik spalinowy 12.

Kolejny element maszyny elektrycznej 22 stanowi drugi wirnik 28 znajdujący się za pierwszym wirnikiem 24 i połączony bez możliwości wzajemnego obrotu z wejściowym wałem 20 przekładni. Wokół drugiego wirnika 28 umieszczony jest drugi stojan 30, współpracujący wzajemnie elektromagnetycznie z drugim wirnikiem 28. Pierwszy stojan 26 i drugi stojan 30 są w tym przypadku połączone bez możliwości wzajemnego obrotu ze sobą i z drugim wałem pustym 32, umieszczonym wokół wejściowego wału 20 przekładni. Na wale pustym 32 jest usytuowane pierwsze koło zębate 33 pary 34 kół zębatych, korzystnie o dużym przełożeniu. Drugie koło zębate 35 pary 34 kół zębatych, które ma mniejszą średnicę niż pierwsze koło zębate 33, jest umieszczone na równoległym do wejściowego wału 20 przekładni, wyjściowym wale 36 przekładni. W ten sposób pierwszy stojan 26 i drugi stojan 30 są połączone z wyjściowym wałem 36 przekładni, zwłaszcza pierwszy, większy stojan 26, współpracujący z wyjściowym wałem 36 przekładni. Wejściowy wał 20 przekładni i wyjściowy wał 36 przekładni stanowią istotne elementy przekładni 38, przy czym w niniejszym przykładzie wykonania ukazana jest zautomatyzowana przekładnia zmianowa stopniowa. Chodzi tutaj zatem o wielobiegową przekładnię zmianową o znanej funkcji i budowie, której biegi są realizowane za pomocą zazębiających się wzajemnie par 40 kół zębatych. Jedno z zazębiających się ze sobą kół zębatych każdej z par jest przy tym połączone na stałe z wejściowym wałem 20 przekładni lub wyjściowym wałem 36 przekładni, natomiast drugie jest osadzone jako koło luźne na wejściowym wale 20 przekładni lub wyjściowym wale 36 przekładni. Dla włączenia poszczególnych biegów odpowiednie koło luźne łączy się bez możliwości wzajemnego obrotu za pomocą jednostki sprzęgłowej 42, ruchomej w kierunku równoległym do osi wejściowego wału 20 przekładni lub wyjściowego wału 36 przekładni. W ten sposób jednostka sprzęgłowa 42 stanowi sprzęgło, które może przerywać przenoszenie siły ciągu, wytwarzanej przez silnik spalinowy 12. Ta jednostka sprzęgłowa 42 może mieć przykładowo postać sprzęgła kłowego względnie kła sprzęgłowego lub sprzęgła synchronizacyjnego względnie złączki synchronizacyjnej. Każda jednostka sprzęgłowa 42 jest uruchamiana przez jeden talerz przekładniowy 44, przy czym na rysunku ukazany jest tylko jeden talerz przekładniowy 44. Można również, za pomocą odpowiedniego połączenia mechanicznego, uruchamiać jednym talerzem przekładniowym 44 kilka jednostek sprzęgłowych 42.

PL 196 829 B1

Wyjściowy wał 36 przekładni jest połączony roboczo z osią 46 samochodu. Oś 46 napędza ze swej strony dwa koła napędowe 48. Z jednej strony osi 46 znajduje się urządzenie unieruchamiające 50, przy czym w tym przypadku chodzi o tak zwany „hill-holder”.

Do sterowania układem napędowym 10 służy układ sterowania 52. Układ sterowania 52 ma kilka wejść 54, do których dochodzą sygnały, jak na przykład liczba obrotów silnika, przenoszone momenty obrotowe, prędkość, pozycja pedału gazu i dźwigni zmiany biegów, stan sprzęgła, energia potrzebna do zasilania elektrycznej sieci samochodowej i inne. Za pomocą wyjść 56 steruje się silnikiem spalinowym 12, sprzęgłem 16, maszyną elektryczną 22, talerzem przekładniowym 44, urządzeniem unieruchamiającym 50 i innymi.

Gdy bieg jest włączony i samochód jedzie, wówczas z silnika spalinowego 12 przez wał wyjściowy 14, zamknięte sprzęgło 16 i wał wejściowy 20 przekładni na przekładnię 38 przenoszona jest siła ciągu. Przez parę 40 zazębiających się ze sobą kół zębatych siła ciągu jest przenoszona na wyjściowy wał 36 przekładni, stamtąd na oś 46 i wreszcie na napędzające koła 48. Przy zmianie biegów najpierw zostaje otwarte sprzęgło 16. Dochodzi przy tym do przerwania siły ciągu, wskutek czego zmienia się przyspieszenie samochodu. Zwłaszcza w procesach przyspieszenia niekorzystne jest opóźnienie samochodu występujące przy zmianie biegów. Efekt ten jest jednak wyeliminowany wskutek zastosowania maszyny elektrycznej 22. Przy otwartym sprzęgle 16 silnik spalinowy 12 napędza dalej wirnik 24, który ze swej strony współpracuje naprzemiennie elektromagnetycznie z osadzonym obrotowo stojanem 26. Zwoje wirnika 24 i stojana 26 są przy tym tak sterowane przez układ sterowania 52, że następuje przenoszenie siły z wirnika 24 na stojan 26. Stojan 26 i połączony z nim stojan 30 są wprawiane w ruch obrotowy wokół osi wału wejściowego 20 przekładni. Wskutek tego obraca się również wał pusty 32 i zazębiająca się z nim para 34 kół zębatych. W ten sposób napędzany jest również wał wyjściowy 36 przekładni i wreszcie, poprzez osie 46, koła 48. Sterowanie maszyną elektryczną 22 za pomocą układu sterowania 52 odbywa się korzystnie tak, że podczas zmiany biegów nie zmienia się znak przyspieszenia samochodu. W tym układzie napędowym 10 dla samochodu ze sprzęgłem 16 do przerywania siły ciągu przy zmianie biegów, do przenoszenia siły ciągu na bierną stronę przekładni 38 zastosowane jest zatem urządzenie, które ma przykładowo maszynę elektryczną 22 i parę 34 kół zę batych. To obejś cie przekł adni 38 zwi ę ksza znacznie bezpieczeń stwo i komfort jazdy podczas zmiany biegów.

Podczas opisanej zmiany biegów stojan 30 i osadzony na stałe na wejściowym wale 20 przekładni drugi wirnik 28 jest tak sterowany za pomocą układu sterowania 52, że drugi wirnik 28 przyspiesza lub wyhamowuje wejściowy wał 20 przekładni do wymaganej synchronicznej liczby obrotów właśnie wrzucanego biegu. Dzięki temu jednostki sprzęgłowe 42 mogą mieć bardzo prostą konstrukcję, ponieważ nie są już potrzebne żadne urządzenia synchronizacyjne.

Przy jadącym samochodzie obraca się wyjściowy wał 36 przekładni. Ponieważ para 34 kół zębatych jest, w stosunku do stojana 26, przyspieszana, oznacza to, że w stosunku do wyjściowego wału 36 przekładni jest ona spowalniana. Dzięki temu stojan 26 ma niższą prędkość obrotową niż sprzężony bezpośrednio z liczbą obrotów silnika spalinowego 12 wirnik 24. Ta różnica liczb obrotów pozwala wykorzystać maszynę elektryczną 22 do zasilania elektrycznej sieci samochodowej. Korzystne jest także przy tym to, że zasilanie jest zapewnione podczas postoju pojazdu, ponieważ liczba obrotów stojana 26 jest równa zeru, zaś wirnik 24 obraca się nadal z liczbą obrotów wytwarzaną przez silnik spalinowy 12. Aby wytwarzana energia była wystarczająca, wirnik 24 jest w tym celu zasilany przez układ sterowania 52, na przykład prądem wzbudzenia.

Maszyna elektryczna 22 jest używana również do rozruchu silnika spalinowego 12. Najpierw za pomocą urządzenia unieruchamiającego 50 uniemożliwia się obrót wyjściowego wału 36 przekładni. Przy otwartym sprzęgle 16 wirnik 24 maszyny elektrycznej 22 jest wówczas przez układ sterowania 52 wprawiany w ruch obrotowy aż do rozpoczęcia procesu spalania w silniku spalinowym 12. Dodatkowo można wspomóc rozruch silnika spalinowego 12 wytwarzanym przez wirnik 28 impulsem rozruchowym. W tym celu wraz z wirnikiem 28 jest przyspieszany wał wejściowy 20 przekładni, przy czym nie następuje wybieranie biegu. Jeżeli teraz zamknięte zostanie sprzęgło 16, wówczas impuls obrotowy wejściowego wału 20 przekładni i wirnika 28 jest wykorzystywany do rozruchu silnika spalinowego 12.

Możliwe są odmiany maszyny elektrycznej 22. Przykładowo pierwszy stojan 26 i drugi stojan 30 można połączyć w pojedynczy stojan, dzięki czemu nie ma dwóch oddzielnych uzwojeń. Jeżeli jednak zastosuje się drugi stojan 30, wówczas może on być odłączony od pierwszego stojana 26 i na przykład nie osadzony obrotowo. W efekcie przykładowo różnica liczb obrotów pomiędzy drugim wirnikiem 28 i drugim stojanem 30 jest większa, co zwiększa również współczynnik sprawności elektryczPL 196 829 B1 nej. W tym celu można, jak to opisano również w powyższej części opisu, umieścić uzębienie jednego koła zębatego pary 34 kół zębatych na zewnętrznym obwodzie pierwszego stojana 26.

Jeżeli zastosuje się przekładnię 38, której jednostki sprzęgłowe 42 są zaopatrzone w urządzenia synchronizacyjne, i jeżeli jest to niezbędne na przykład z uwagi na ograniczone miejsce, wówczas można zrezygnować także z drugiego wirnika 28 i drugiego stojana 30. Obecność urządzeń synchronizacyjnych sprawia, że nie jest już potrzebne dopasowanie liczby obrotów wału wejściowego 20 przekładni do synchronicznej liczby obrotów za pomocą wirnika 28.

Umieszczenie maszyny elektrycznej 22 wokół wału wejściowego 20 przekładni nie jest bezwzględnie konieczne. Jeżeli istnieje wystarczająca przestrzeń montażowa w kierunku promieniowym, wówczas wirnik 24 maszyny elektrycznej 22 może być połączony z wałem wyjściowym 14 również poprzez stałe przełożenie, na przykład za pomocą pasa i koła pasowego. Można zatem dobrać koła pasowe o przełożeniu dopasowanym do charakterystycznych parametrów układu napędowego 10. Również połączenie stojana 26 z wyjściowym wałem 36 przekładni może być inaczej zrealizowane. Przykładowo ruch obrotowy stojana 26 może być przenoszony za pomocą pasa na jakąkolwiek część pomiędzy wałem wyjściowym 36 i kołami 48. Istotne jest jedynie, że siła ciągu jest przenoszona przez maszynę elektryczną 22 na bierną stronę przekładni 38, wskutek czego przekładnia 38 jest omijana podczas zmiany biegów, a siła ciągu jest przenoszona na bierną stronę przekładni.

Funkcja przenoszenia siły ciągu na bierną stronę przekładni 38 może być realizowana również przez inne urządzenie. Możliwe jest rozwiązanie, w którym przez wał wyjściowy 14 silnika spalinowego 12 napędzana jest przekładnia o bezstopniowo zmiennym przełożeniu, na przykład w postaci dwustożkowej przekładni pasowej, która po stronie wyjścia również działa na wał wyjściowy 36 przekładni. Przełożenie jest w czasie normalnej jazdy tak ustawiane przez układ sterowania 52, że przekładnia obraca się jałowo z bezstopniowo zmiennym przełożeniem, nie przenosząc przy tym obciążenia. Zatem przy zmianie biegów ma ona już przełożenie, które jest potrzebne do dalszego przenoszenia siły ciągu na samochód bez nieciągłej zmiany jego prędkości. W tym przypadku potrzebne jest jednak dodatkowe sprzęgło dla przekładni o bezstopniowo zmiennym przełożeniu, ponieważ w przeciwnym razie siła ciągu będzie przenoszona w czasie postoju samochodu przy pracującym silniku spalinowym 12.

Na fig. 2 przedstawiony jest układ napędowy 10a z odmianą maszyny elektrycznej 22a. Wirnik 58 maszyny elektrycznej 22a ma wał pusty 60, umieszczony wokół wejściowego wału 20 przekładni. Stojan 62 maszyny elektrycznej 22a jest zamocowany bez możliwości wzajemnego obrotu, na przykład na korpusie przekładni. Na wale pustym 60 umieszczone jest koło środkowe 64 przekładni rozdzielczej w postaci przekładni planetarnej 66, wskutek czego wirnik 58 maszyny elektrycznej 22a jest połączony z kołem środkowym 64. Zamiast przekładni planetarnej 66 jako przekładnię rozdzielczą można zastosować również inną obiegową przekładnię kołową. Maszyna elektryczna 22a współpracuje zatem z przekładnią planetarną 66. Maszyna elektryczna 22a i przekładnia planetarna 66 stanowią część urządzenia 21a. Koło środkowe 64 współpracuje z kołami planetarnymi 68, umieszczonymi w jarzmie 70 przekładni planetarnej 66. Jarzmo 70 jest połączone bez moż liwości wzajemnego obrotu z wał em wejś ciowym 20 przekł adni. Alternatywnie jarzmo 70 moż e być również połączone z wyjś ciowym wałem 14 silnika. Koło 72 o uzębieniu wewnętrznym przekładni planetarnej 66, w którym poruszają się ruchem obiegowym koła planetarne 68, jest połączone z wałem pustym 74, umieszczonym na wale wejściowym 20 przekładni. Na wale pustym 74 jest również osadzone koło zębate 33 pary 34 kół zębatych. W ten sposób koło 72 o uzębieniu wewnętrznym oddziałuje na wał wyjściowy 36 przekładni. Ponadto w przekładni 38 układu napędowego 10a znajduje się również blokada postojowa 76.

Dla liczby obrotów nR wirnika 58 obowiązuje zależność:

nR = (1+a) *nGe - a*nH gdzie nR - liczba obrotów wirnika 58, nGe - liczba obrotów wału wejściowego 20 przekładni, nH - liczba obrotów koła pustego 72 o uzębieniu wewnętrznym, zaś a - standardowe przeł o ż enie przekładni rozdzielczej w postaci obiegowej przekł adni koł owej. Dla standardowego przełożenia a przekładni planetarnej 66 obowiązuje zależność:

a = ZH/ZS,

PL 196 829 B1 gdzie

ZH - liczba zębów koła pustego 72 o uzębieniu wewnętrznym, zaś Zs - liczba zębów koła środkowego 64.

W związku z powyższym liczba obrotów nR wirnika 58 wynosi:

nR = (1 + ZH/ZS)*nGe - ZH/ZS*nH.

Liczba obrotów nH koła 72 o uzębieniu wewnętrznym jest zależna od przełożenia pary 34 kół zębatych, służącej jako stopień wyprzęgający, przy czym koło zębate 33 ma liczbę zębów Z33, zaś koło zębate 35 liczbę zębów Z35. Stąd uzyskuje się przełożenie i = Z34/Z33.

Ponadto liczba obrotów nH koła 72 o uzębieniu wewnętrznym jest zależna od prędkości pojazdu, osiąganej przy włączonym biegu w stałym, zależnym od biegu stosunku do liczby obrotów nGe.

Zależnie od zmotoryzowania pojazdu można wybrać przełożenie i pary 35 kół zębatych.

Przy zmianie biegów wytwarzana przez silnik spalinowy 12 siła ciągu jest przerywana w przekładni 38. Siła ciągu jest przerywana dlatego, że połączenie bez możliwości wzajemnego obrotu jednostki sprzęgłowej 42 z kołem luźnym w przekładni 38 zostaje przerwane wskutek przesunięcia jednostki sprzęgłowej 42 za pomocą talerza przekładniowego 44. Przy zmianie biegów siła ciągu jest prowadzona przez przekładnię planetarną 70. W tym celu sprzęgło 16 jest zamknięte. Siła ciągu, działająca od silnika spalinowego 12 w postaci momentu obrotowego, jest wprowadzana do jarzma 70 przekładni planetarnej. Jednocześnie układ sterowania 52 steruje maszyną elektryczną 22a, która również wytwarza siłę ciągu działającą jako moment obrotowy. Suma momentów obrotowych silnika spalinowego 12, maszyny elektrycznej 22a i momentu obrotowego działającego na koło 72 o uzębieniu wewnętrznym, wynosi zero. Dzięki temu moment obrotowy silnika spalinowego 12 może być przenoszony, przy wspomaganiu przez maszynę elektryczną 22a, na wał wyjściowy przekładni. W ten sposób napędzany jest również wał wyjściowy 36 przekładni, a wreszcie poprzez oś 46 także koła 48. Liczba obrotów nR wirnika 58, a co za tym idzie, maszyny elektrycznej 22a, jest tak regulowana przez układ sterowania 52, że podczas zmiany biegów przyspieszenie samochodu nie zmienia się w ogóle lub jedynie nieznacznie. Zwłaszcza zaś nie powinien się zmieniać znak przyspieszenia, aby zachować napięcie układu napędowego 10a. Dzięki napięciu układu napędowego 10a nie dochodzi do wibracji i uderzeń silnika spalinowego 12.

Jeżeli maszyna elektryczna 22a jest przeznaczona do małych mocy, wówczas przy bardzo dużych momentach obrotowych silnika spalinowego 12 może się zdarzyć, że maszyna elektryczna 22a nie może przenieść całego momentu obrotowego. W tym przypadku moment obrotowy silnika spalinowego 12 jest redukowany przez układ sterowania 52. W tabeli, przedstawionej na fig. 4, liczby obrotów nR maszyny elektrycznej 22a i wytwarzane przez maszynę elektryczną 22a momenty obrotowe są przedstawione przykładowo za pomocą konkretnych przełożeń typowego układu napędowego 10a. Parametry są tutaj następujące:

standardowe przełożenie a przekładni planetarnej 66, przełożenie i pary 34 kół zębatych, jedna kolumna z liczbami obrotów nGe wału wejściowego 20 przekładni, pięć kolumn z przełożeniami biegów 1 do 5 dla jadącego pojazdu i jedna kolumna przy stojącym pojeździe, gdzie liczba obrotów nGa wału wyjściowego przekładni jest równa zeru.

Pod wartościami biegów 1 do 5 oraz dla stojącego pojazdu przedstawione są wynikowe liczby obrotów nG maszyny elektrycznej 22. Jeżeli na przykład ma nastąpić przełączenie z biegu 1-szego na bieg 3-ci przy liczbie obrotów wału wejściowego przekładni nGe równej 2400 l/min, wówczas maszyna elektryczna 22a obraca się na 2-gim biegu z liczbą obrotów nR równą 8700 l/min. Maszyna elektryczna 22a o mocy 6 kW może przy tym wspomagać moment obrotowy silnika spalinowego 12 równy 21 Nm. Jeżeli moment obrotowy silnika spalinowego 12 jest większy, wówczas należy go zredukować do tej wartości. Maszyna elektryczna 22a dostarcza w tym przypadku swój moment obrotowy do wsparcia momentu obrotowego silnika spalinowego 12. W ten sposób jest omijana przekładnia 38. Można wrzucić 2-gi bieg. Poprzez lekkie zmniejszenie momentu obrotowego silnika spalinowego 12 następuje dopasowanie liczby obrotów wału wejściowego 20 przekładni. Maszyna elektryczna 22a przenosi przez przekładnię planetarną 66 w czasie, gdy przekładnia 38 jest otwarta przez sprzęgła 42, swój moment obrotowy i moment obrotowy silnika spalinowego 12 na wał wyjściowy 35 przekładni. Podczas przełączania nie zachodzi zatem przerwanie siły ciągu, ponieważ zostaje zachowany moment obrotowy maszyny elektrycznej 22a i moment obrotowy silnika spalinowego 12.

PL 196 829 B1

Przy odpowiednim wykonaniu układu napędowego 10a można zrezygnować ze sprzęgła 16. Siła ciągu potrzebna do rozruchu może być przenoszona przez maszynę elektryczną 22a, przy wykorzystaniu siły ciągu wytwarzanej przez silnik spalinowy 12, przez przekładnię planetarną 66 na wał wyjściowy 36 przekładni; musi to trwać co najmniej tak długo, aż osiągnięta zostanie synchroniczna liczba obrotów pierwszego biegu.

W maszynie elektrycznej 22b układu napędowego 10b na fig. 4 moż na zrezygnować z wału pustego dla wirnika 58. Maszyna elektryczna 22b urządzenia 21b jest w tym celu usytuowana na przeciwnym względem silnika spalinowego 12 końcu wału wejściowego 20 przekładni. Przekładnia planetarna 66 jest umieszczona pomiędzy przekładnią 38 i maszyną elektryczną 22b. Poprzez wał pusty 78 i jednostkę sprzęgłową 42 koło 72 o uzę bieniu wewnętrznym przekładni planetarnej 66 jest łączone z parą 34 kół zębatych. Korzystne jest to, że można dokonywać przełączeń liczby obrotów maszyny elektrycznej 22b pomiędzy przełożeniami biegów. Dzięki temu maszynę elektryczną można dopasować do węższego zakresu liczby obrotów. Przy rozruchu silnika spalinowego 12 można zrezygnować z urzą dzenia unieruchamiają cego 50 lub blokady postojowej 76.

Możliwe są również rozwiązania alternatywne. Przykładowo wirnik 58 może być połączony z jarzmem 70 przek ł adni planetarnej, zaś silnik spalinowy 12 moż e napę dzać koł o ś rodkowe 64 lub koło 72 o uzębieniu wewnętrznym. Należy wówczas odpowiednio wymienić pozostałe części przekładni planetarnej 66.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ napędowy dla samochodu, z co najmniej jednym sprzęgłem do przerywania siły ciągu w przekł adni przy zmianie biegów, w którym sił a cią gu z silnika spalinowego jest przenoszona na przekładnię, zwłaszcza zautomatyzowaną przekładnię zmianową stopniową, przy czym przy przerwaniu siły ciągu w przekładni wykorzystywane jest umieszczone w nim urządzenie do przenoszenia siły ciągu na bierną stronę przekładni poprzez omijanie przekładni, znamienny tym, że urządzenie (21, 21a, 21b) zawiera maszynę elektryczną (22, 22a, 22b).

2. Układ napędowy według zastrz. 1, znamienny tym, że maszyna elektryczna (22) do przenoszenia siły ciągu ma co najmniej jeden pierwszy, osadzony obrotowo stojan (26) i co najmniej jeden pierwszy, współpracujący z co najmniej jednym pierwszym stojanem (26) oraz napędzany przez silnik spalinowy (12), wirnik (24).

3. Układ napędowy według zastrz. 2, znamienny tym, że co najmniej pierwszy stojan (26) działa na wyjściowy wał (36) przekładni.

4. Układ napędowy według zastrz. 2, znamienny tym, że co najmniej pierwszy wirnik (24) jest połączony bez możliwości wzajemnego obrotu z wałem wyjściowym (14) silnika spalinowego (12).

5. Układ napędowy według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że co najmniej pierwszy wirnik (24) jest poprzez stałe przełożenie połączony z wałem wyjściowym (14) silnika spalinowego (12).

6. Układ napędowy według zastrz. 2, znamienny tym, że maszyna elektryczna (22) ma drugi stojan (30) i współpracujący z drugim stojanem (30) oraz połączony bez możliwości wzajemnego obrotu z wałem wejściowym (20) przekładni, drugi wirnik (28), tak że maszyna elektryczna (22) jest wykorzystywana do synchronizacji liczby obrotów wału wejściowego (20) przekładni.

7. Układ napędowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera urządzenie unieruchamiające (50) do zapobiegania obracaniu się wału wyjściowego (36) przekładni (38).

8. Układ napędowy według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że maszyna elektryczna (22) jest umieszczona wokół wału wejściowego (20) przekładni.

9. Układ napędowy według zastrz. 1, znamienny tym, że maszyna elektryczna (22a, 22b) współpracuje z przekładnią rozdzielczą, działającą na wał wyjściowy (36) przekładni.

10. Układ napędowy według zastrz. 9, znamienny tym, że przekładnię rozdzielczą stanowi przekładnia planetarna (66).

11. Układ napędowy według zastrz. 1, znamienny tym, że wirnik (58) maszyny elektrycznej (22a, 22b) jest połączony z kołem środkowym (64) przekładni planetarnej (66), przy czym koło środkowe (64) współpracuje z kołami planetarnymi (65), a jarzmo (70) przekładni planetarnej jest napędzane przez silnik spalinowy (12), zaś koło (72) o uzębieniu wewnętrznym działa na wał wyjściowy (36) przekładni.