RU2629648C1 - Vehicle with hybrid power unit - Google Patents
Vehicle with hybrid power unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629648C1 RU2629648C1 RU2016144122A RU2016144122A RU2629648C1 RU 2629648 C1 RU2629648 C1 RU 2629648C1 RU 2016144122 A RU2016144122 A RU 2016144122A RU 2016144122 A RU2016144122 A RU 2016144122A RU 2629648 C1 RU2629648 C1 RU 2629648C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vehicle
- shaft
- gear
- rotation
- electric machine
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к содержащим трансмиссию наземным и водным транспортным средствам, снабженным гибридной силовой установкой, содержащей в своем составе тепловой двигатель, электрическую машину и накопитель электрической энергии. Под трансмиссией, исключительно в контексте данного изобретения, заявитель подразумевает совокупность узлов и агрегатов, посредством которой осуществляется передача крутящего момента, генерируемого гибридной силовой установкой, к рабочему органу транспортного средства. Под тепловым двигателем заявитель подразумевает любое снабженное валом устройство, осуществляющее преобразование энергии топлива, генерируемой в процессе его окисления кислородом воздуха, в механическую энергию вращения вала. Под электрической машиной заявитель подразумевает любое снабженное валом и выводами электрической обмотки устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии, подведенной к выводам обмотки, в механическую энергию вращения вала или механической энергии вращения вала в электрическую энергию, генерируемую на выводах обмотки. Под накопителем электрической энергии заявитель подразумевает и электрохимические аккумуляторы, и электрохимические конденсаторы, снабженные присоединительными выводами, которые, в свою очередь, выполнены тем или иным образом (в том числе с помощью электронных преобразующих устройств) электрически соединенными с выводами электрической машины.The invention relates to a transmission containing land and water vehicles equipped with a hybrid power plant, comprising a heat engine, an electric machine and an electric energy storage device. By transmission, exclusively in the context of the present invention, the applicant means a set of components and assemblies by which the torque generated by the hybrid power plant is transmitted to the working body of the vehicle. By a heat engine, the applicant means any device equipped with a shaft that converts the energy of the fuel generated during its oxidation by atmospheric oxygen into mechanical energy of rotation of the shaft. By an electric machine, an applicant means any device equipped with a shaft and terminals of an electrical winding that converts electrical energy supplied to the terminals of a winding into mechanical energy of rotation of a shaft or mechanical energy of rotation of a shaft into electrical energy generated at the terminals of a winding. By an electric energy storage device, the applicant means both electrochemical batteries and electrochemical capacitors equipped with connecting leads, which, in turn, are made in one way or another (including using electronic converting devices) electrically connected to the terminals of an electric machine.
Из материалов к патенту US 8191660, 7МПК В60К 6/42, публ. 05.06.2012 г., известно транспортное средство, снабженное трансмиссией и гибридной силовой установкой, содержащей тепловой двигатель, электрическую машину и накопитель электрической энергии. В данном решении вал теплового двигателя выполнен кинематически соединенным и с трансмиссией транспортного средства, и с валом электрической машины. При этом кинематическая связь вала электрической машины с валом теплового двигателя осуществлена посредством зубчатой передачи постоянного зацепления, образованной зубчатым венцом маховика, закрепленного на валу теплового двигателя, и шестерней, закрепленной на валу электрической машины. Из описания к патенту известно также, что электрическая машина выполнена с возможностью ее установки на штатное, для серийно выпускаемого теплового двигателя, место расположения стартера, что транспортное средство может быть снабжено кинематически связанным с валом теплового двигателя известным из уровня техники и установленным известным образом дополнительным генератором электрической энергии, что транспортное средство снабжено дополнительным, к штатному, накопителем электрической энергии, который является усовершенствованным вариантом свинцово-кислотного электрохимического аккумулятора.From the materials for patent US 8191660, 7MPK B60K 6/42, publ. 06/05/2012, it is known a vehicle equipped with a transmission and a hybrid power plant containing a heat engine, an electric machine and an electric energy storage device. In this solution, the shaft of the heat engine is kinematically connected to both the transmission of the vehicle and the shaft of an electric machine. In this case, the kinematic connection of the shaft of the electric machine with the shaft of the heat engine is carried out by means of a gearing of constant gearing formed by the gear ring of the flywheel fixed to the shaft of the heat engine and the gear fixed to the shaft of the electric machine. It is also known from the description of the patent that the electric machine is designed to be installed at the standard location for the commercially available heat engine, the location of the starter, that the vehicle can be equipped with a kinematically connected additional shaft of a heat engine known in the art and installed in a known manner electrical energy that the vehicle is equipped with an additional, to the standard, storage of electrical energy, which is improved in Rianta electrochemical lead-acid battery.
К недостаткам решения по патенту следует отнести:The disadvantages of the patent decision are:
- Достаточно большие габаритные размеры зубчатой передачи между валами теплового двигателя и электрической машины, т.к. в качестве зубчатого колеса использован маховик теплового двигателя. Повышенные потери в электрической машине, в случае ее работы в режиме генератора, при больших частотах вращения вала теплового двигателя.- Sufficiently large overall dimensions of the gear transmission between the shafts of the heat engine and the electric machine, because the flywheel of a heat engine is used as a gear. Increased losses in the electric machine, in the case of its operation in generator mode, at high speeds of rotation of the shaft of the heat engine.
- Неравномерность распределения веса гибридной силовой установки относительно продольной геометрической оси транспортного средства, обусловленную компоновочной привязкой электрической машины к тепловому двигателю.- Uneven distribution of the weight of the hybrid power plant relative to the longitudinal geometric axis of the vehicle, due to the layout of the binding of an electric machine to a heat engine.
- Невозможность дальнейшего использования транспортного средства в случае потери работоспособности теплового двигателя. Указанное явление обусловлено постоянной кинематической связью вала электрической машины с валом теплового двигателя и конверсией теплового двигателя, в случае его отказа, из источника механической энергии в пневмо-механический тормоз.- The impossibility of further use of the vehicle in case of loss of operability of the heat engine. This phenomenon is due to the constant kinematic connection of the shaft of the electric machine with the shaft of the heat engine and the conversion of the heat engine, in case of failure, from a source of mechanical energy to a pneumo-mechanical brake.
- Увеличенные механические потери гибридной силовой установки во время работы ее электрической машины в режиме генератора при полностью заряженном накопителе электрической энергии. Потери обусловлены постоянной кинематической связью вала электрической машины с валом теплового двигателя и конверсией, в данном режиме, вращающихся компонентов электрической машины в инерционную массу, величина которой находится в прямой пропорциональной зависимости от мощности применяемой электрической машины.- Increased mechanical losses of the hybrid power plant during operation of its electric machine in generator mode with a fully charged electric energy storage device. Losses are caused by the constant kinematic connection of the shaft of the electric machine with the shaft of the heat engine and the conversion, in this mode, of the rotating components of the electric machine into an inertial mass, the magnitude of which is in direct proportion to the power of the used electric machine.
Из книги «Toyota PRIUS». Модели 2003-2009 гг. выпуска. Устройство, техническое обслуживание и ремонт», М. «Легион-Автодата», 2009, ISBN978-5-88850-359-9, стр. 6…9 известны транспортные средства, снабженные трансмиссией и гибридными силовыми установками, в состав которых входят тепловой двигатель, первая и вторая электрические машины, планетарный редуктор и накопитель электрической энергии, содержащий низковольтную и высоковольтную батареи. Планетарный редуктор включает в себя водило с сателлитами, солнечную и коронную шестерни. При этом вал теплового двигателя выполнен кинематически связанным, с возможностью передачи вращения, с водилом планетарного редуктора, вал первой электрической машины выполнен кинематически связанным, с возможностью передачи вращения, с солнечной шестерней планетарного редуктора, вал второй электрической машины выполнен кинематически связанным, с возможностью передачи вращения, с коронной шестерней планетарного редуктора, которая, в свою очередь, выполнена кинематически связанной, с возможностью передачи вращения, с трансмиссией транспортного средства. Первая электрическая машина выполнена с возможностью работы в режиме стартера при запуске теплового двигателя, в режиме генератора при избытке мощности, развиваемой тепловым двигателем, а также в режиме электромагнитного тормоза (совместно с планетарным редуктором является виртуальным механизмом сцепления). Вторая электрическая машина выполнена с возможностью работы в режиме тягового электродвигателя при разгоне транспортного средства и в режиме генератора (рекуператора) при его торможении.From the Toyota PRIUS book. Models 2003-2009 release. The device, maintenance and repair ", M." Legion-Avtodata ", 2009, ISBN978-5-88850-359-9, p. 6 ... 9 known vehicles equipped with a transmission and hybrid power plants, which include a heat engine , the first and second electric machines, planetary gearbox and electric energy storage device containing low-voltage and high-voltage batteries. The planetary gear includes a carrier with satellites, solar and crown gears. In this case, the shaft of the heat engine is kinematically connected, with the possibility of transmitting rotation, with the planet carrier of the planetary gear, the shaft of the first electric machine is kinematically connected, with the possibility of transmitting rotation, with the sun gear of the planetary gear, the shaft of the second electric machine is kinematically connected, with the possibility of transmitting rotation , with the crown gear of the planetary gearbox, which, in turn, is kinematically connected, with the possibility of transmitting rotation, with transmission anport means. The first electric machine is capable of operating in starter mode when starting a heat engine, in generator mode with excess power developed by a heat engine, and also in electromagnetic brake mode (together with a planetary gearbox it is a virtual clutch mechanism). The second electric machine is configured to operate in the traction motor mode during acceleration of the vehicle and in the generator (recuperator) mode when it is braked.
Транспортные средства обладают следующими техническими характеристиками:Vehicles have the following technical characteristics:
Вес транспортного средства 1250 кг, используемый запас энергии высоковольтной батареи составляет 2,56 МДж, что обеспечивает, без помощи теплового двигателя, 4 попытки разгона транспортного средства до 108 км/час; 1…5 минутная зарядка накопителя электрической энергии от штатного зарядного устройства или от аккумулятора - донора обеспечивает 2…3 пуска теплового двигателя.Vehicle weight is 1250 kg, the used energy reserve of the high-voltage battery is 2.56 MJ, which provides, without the help of a heat engine, 4 attempts to accelerate the vehicle to 108 km / h; A 1 ... 5 minute charge of an electric energy storage device from a standard charger or from a donor battery provides 2 ... 3 starts of a heat engine.
При этом номинальный запас энергии высоковольтной батареи составляет 6,4 МДж, максимальный ток разряда 80 А, максимальный ток заряда 50 А, масса около 50 кг.At the same time, the nominal energy reserve of the high-voltage battery is 6.4 MJ, the maximum discharge current is 80 A, the maximum charge current is 50 A, and the mass is about 50 kg.
Из вышеприведенных данных видно, что:From the above data it is seen that:
- Мощность первой электрической машины (генератора, штатно пополняющего накопитель электрической энергии) в 2,4 (для модели NHW10) и в 5,4 раза (для модели ZVW30) меньше мощности теплового двигателя.- The power of the first electric machine (generator, which regularly replenishes the electric energy storage device) is 2.4 (for the NHW10 model) and 5.4 times (for the ZVW30 model) less than the power of the heat engine.
- Мощность второй электрической машины (тягового электродвигателя и рекуператора), в среднем, в 1,4 раза меньше мощности теплового двигателя.- The power of the second electric machine (traction motor and recuperator) is, on average, 1.4 times less than the power of the heat engine.
- Мощность гибридной силовой установки на синергетическом режиме, в среднем, в 1,3 раза больше мощности теплового двигателя.- The power of the hybrid power plant in synergistic mode, on average, is 1.3 times greater than the power of the heat engine.
- Время работы накопителя в режиме отдачи энергии при максимально возможном ускорении транспортного средства на электрической тяге составляет, ориентировочно, от 40 до 60 сек.- The operating time of the drive in the mode of energy transfer at the maximum possible acceleration of the vehicle on electric traction is, approximately, from 40 to 60 seconds.
- Удельная мощность высоковольтной батареи 128 кДж/кг.- The specific power of the high-voltage battery is 128 kJ / kg.
Сопоставление приведенных выше параметров высоковольтных батарей моделей PRIUS с характеристиками электрохимических аккумуляторов и конденсаторов, упомянутых на интернет ресурсах https://alternativenergy.ru/tehnologii/471-akkumulyatory-razlichnyh-vidov.html и http://www.electrosad.ru/Electronics/SuperCon.htm, взято 27.03.2016, показывает, что в качестве высоковольтного накопителя электрической энергии использован электрохимический аккумулятор. Последнее, косвенно, подтверждается относительно малой электрической мощностью первой электрической машины, которая сохранялась неизменной для моделей PRIUS, продажи которых стартовали в 1997…2009 г.г., при 2-кратном росте мощностей теплового двигателя и второй электрической машины.Comparison of the above parameters of high-voltage batteries of PRIUS models with the characteristics of electrochemical batteries and capacitors mentioned on the Internet resources https://alternativenergy.ru/tehnologii/471-akkumulyatory-razlichnyh-vidov.html and http://www.electrosad.ru/Electronics / SuperCon.htm, taken March 27, 2016, shows that an electrochemical battery was used as a high-voltage electrical energy storage device. The latter, indirectly, is confirmed by the relatively low electric power of the first electric machine, which remained unchanged for PRIUS models, sales of which started in 1997 ... 2009, with a 2-fold increase in the power of the heat engine and the second electric machine.
Ориентировочный расчет показывает, что при коэффициенте трения качения пневматической шины по сухому асфальту равном 0,011, при равномерном движении на горизонтальном участке дороги, при исключительном использовании энергии электрического накопителя транспортные средства семейства PRIUS способны преодолеть около 5 км. При этом развиваемое моделью ZVW30 ускорение равно 3 м/с2 (0,31g).An approximate calculation shows that with a coefficient of rolling friction of a pneumatic tire on dry asphalt equal to 0.011, with uniform movement on a horizontal section of the road, with the exclusive use of the energy of an electric drive, vehicles of the PRIUS family can cover about 5 km. Moreover, the acceleration developed by the ZVW30 model is 3 m / s 2 (0.31g).
Отступление от моделей PRIUS:Deviation from PRIUS models:
1. Из интернет ресурса -1. From the Internet resource -
http://www.electrosad.ru/Electronics/SuperCon.htm известно:http://www.electrosad.ru/Electronics/SuperCon.htm known:
1.1 Оснащенное гибридной силовой установкой транспортное средство, а именно Е-мобиль, накопитель электрической энергии которого, способен полностью зарядиться за 10 минут.1.1. A vehicle equipped with a hybrid power plant, namely an E-mobile, the electric energy storage device of which is able to fully charge in 10 minutes.
1.2 Выпускаемые серийно электрохимические конденсаторы - наиболее быстро заряжаемая разновидность накопителя электрической энергии, способны полностью зарядиться за время от 15 до 40 минут. Время заряда, в основном, зависит от возможностей зарядного устройства.1.2 Commercially available electrochemical capacitors are the fastest-charging type of electric energy storage device, capable of fully charging in time from 15 to 40 minutes. Charge time mainly depends on the capabilities of the charger.
1.3 Удельная стоимость силовых конденсаторов, по состоянию на 2010 г., равна 1,28$ за 1 кДж запасенной энергии при ожидаемом сроке эксплуатации свыше 10 лет (по данным ресурса https://alternativenergy.ru/tehnologii/471-akkumulyatory-razlichnyh-vidov.html около 20 лет, в то время как срок эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов составляет от 3 до 5 лет).1.3 The unit cost of power capacitors, as of 2010, is $ 1.28 per 1 kJ of stored energy with an expected life of more than 10 years (according to the resource https://alternativenergy.ru/tehnologii/471-akkumulyatory-razlichnyh- vidov.html is about 20 years old, while the lead-acid battery lasts from 3 to 5 years).
2. Из интернет ресурса2. From the Internet resource
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5 известно, что величина ускорений для среднестатистического легкового автомобиля, при его разгоне, равна 1,5 м/с2 (0,2 g), при его аварийном торможении 4…6 м/с2 (0,5 g), гоночного автомобиля, при его разгоне, 8…9 м/с2 (1 g), космического корабля, при его старте и торможении, 40…60 м/с2 (4…6 g), где g - ускорение свободного падения.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%81%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5 known, that the value of accelerations for an average passenger car, when it accelerates, is 1.5 m / s 2 (0.2 g), when it is braked 4 ... 6 m / s 2 (0.5 g), a race car, when it acceleration, 8 ... 9 m / s 2 (1 g), of a spacecraft, at its launch and braking, 40 ... 60 m / s 2 (4 ... 6 g), where g is the acceleration of gravity.
Из интернет ресурса https://dtp-profi.ru, взято 04.05.2016. известно, что время реакции водителя, в зависимости от дорожно - событийной ситуации, изменяется от 0,6 с (когда водитель предполагает высокую вероятность событийного эксцесса), до 1,4 с (когда водитель не ожидает событийного эксцесса). При этом под временем реакции водителя (человека) заявитель понимает интервал времени, истекший от момента поступления информационного сигнала до ответной реакции организма на этот сигнал.From the Internet resource https://dtp-profi.ru, taken on 05/04/2016. It is known that the reaction time of the driver, depending on the traffic-event situation, varies from 0.6 s (when the driver assumes a high probability of eventual excess), to 1.4 s (when the driver does not expect an eventual excess). At the same time, the applicant understands the reaction time of the driver (person) as the time interval that has elapsed from the moment the information signal arrives to the body's response to this signal.
Кроме того, следует отметить, что соревнования гоночных автомобилей проводятся на специально организованных трассах, а управление транспортным средством при одновременном воздействии на пилота перегрузки, величина которой превышает 1 g, требует от последнего определенной подготовки.In addition, it should be noted that racing car competitions are held on specially organized tracks, and driving a vehicle while simultaneously exerting an overload on the pilot whose magnitude exceeds 1 g requires specific training from the latter.
3. Из интернет ресурса https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5, информация получена 26.03.2016, известно, что:3. From the Internet resource https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0% D1% 82% D0% B8% D0% B2% D0% BD% D0% BE% D0% B5_% D1% 82% D0% BE% D1% 80% D0% BC% D0% BE% D0% B6% D0% B5% D0% BD% D0% B8% D0% B5, information received 03/26/2016, it is known that:
3.1. До тридцати процентов времени тепловые двигатели эксплуатируемых в городах транспортных средств работают на холостом ходу из-за остановок на светофорах, в пробках и при других помехах движению.3.1. Up to thirty percent of the time, heat engines of vehicles operated in cities are idling due to stops at traffic lights, traffic jams and other traffic obstructions.
3.2. Алгоритм управления некоторых моделей автомобилей BMW и Audi, предусматривает возможность реализации режима «старт-стоп», в основе которого лежит правило - при остановке (в пробке, на светофоре и т.д.) мотор глушится (стоп), а при необходимости начать движение запускается (старт).3.2. The control algorithm of some models of BMW and Audi cars provides for the possibility of implementing a “start-stop” mode, which is based on the rule that when the vehicle stops (in a traffic jam, at a traffic light, etc.), the engine stops (stops) and, if necessary, starts moving starts (start).
3.3. На ряде транспортных средств, в частности на некоторых моделях автомобилей Volkswagen, в режиме их разгона, генератор выполнен с возможностью отключения, но при этом существуют условия, при которых исполнение режима старт - стоп блокировано. Одним из таких условий является низкий уровень заряда накопителя электрической энергии.3.3. On a number of vehicles, in particular on some models of Volkswagen cars, in the acceleration mode, the generator is switched off, but there are conditions under which the start-stop mode is blocked. One of these conditions is the low charge of the electric energy storage device.
3.4. Тормозной путь автомобиля очень мал, по сравнению с проезжаемым им путем, и составляет от нескольких метров, до нескольких десятков метров (водитель обычно относительно резко тормозит у самого светофора или места назначения, или вообще подъезжает к месту назначения накатом).3.4. The braking distance of the car is very small, compared with the path it passes, and ranges from several meters to several tens of meters (the driver usually slows down relatively sharply at the traffic light or destination, or even drives to the destination on the coast).
3.5. Тормозной момент, развиваемый используемой для рекуперации электрической машиной, пропорционален разности между реальной скоростью транспортного средства и некоторой заданной «пороговой скоростью», зависящей от настройки системы управления рекуперативным торможением. При скорости транспортного средства ниже пороговой рекуперирующая электрическая машина будет тянуть, а не тормозить.3.5. The braking torque developed by the electric machine used for recovery is proportional to the difference between the actual speed of the vehicle and some predetermined “threshold speed”, which depends on the setting of the regenerative braking control system. When the vehicle speed is below the threshold, the recuperating electric machine will pull, not brake.
4. Из выложенной на интернет ресурсе http://technomag.edu.ru/doc/588384.html статьи «Совершенствование процесса рекуперации энергии гибридного автомобиля», авторы С.В. Бахмутов, А.И. Филонов, Е.Е. Баулина, Россия, ГНЦ ФГУП «НАМИ», Университет машиностроения (МАМИ), опубл. 07.06.2013 в электронном научно-техническом журнале МГТУ им. Н.Э. Баумана «Наука и образование», стр. 111, известно, что «…при торможении запасается лишь 12% от всей кинетической энергии, которую теоретически можно было бы вернуть в накопитель во время замедления. …процесс рекуперации невозможен при низких скоростях движения и по причине ограничения тока (а значит и мощности) зарядки во избежание разрушения свинцово-кислотных батарей, установленных на (описанном в статье, экспериментальном - прим. заявителя) автомобиле.» При этом заявитель хотел бы отметить, что в отличие от электрохимических конденсаторов, электрохимические аккумуляторные батареи характеризуются меньшими амплитудами безопасного (допустимого) зарядного тока, а также ограниченной способностью принимать заряд при отрицательных температурах; свинцово-кислотные аккумуляторные батареи характеризуются более высокой удельной мощностью, по сравнению с никель-металлгидридными и никель-металлполимерными аккумуляторными батареями, но относительно низким ресурсом работы.4. From the article “Improving the process of energy recovery of a hybrid car” posted on the Internet resource http://technomag.edu.ru/doc/588384.html, authors S.V. Bakhmutov, A.I. Filonov, E.E. Baulina, Russia, State Research Center Federal State Unitary Enterprise “NAMI”, University of Mechanical Engineering (MAMI), publ. 06/07/2013 in the electronic scientific and technical journal of MSTU. N.E. Bauman's "Science and Education", p. 111, it is known that "... when braking, only 12% of all kinetic energy is stored, which theoretically could be returned to the drive during deceleration. ... the recovery process is not possible at low speeds and due to the limitation of the current (and therefore power) of the charge in order to avoid destruction of the lead-acid batteries installed on the car (described in the article, experimental - approx. Applicant). ”The applicant would like to note that, unlike electrochemical capacitors, electrochemical batteries are characterized by lower amplitudes of safe (permissible) charging current, as well as a limited ability to take charge at negative temperatures; lead-acid batteries are characterized by a higher specific power compared to nickel-metal hydride and nickel-metal-polymer batteries, but a relatively low service life.
5 - Из материалов к патенту на изобретение RU 2304231, 6МПК F02M 27/04, F02B 51/02 и 51/04, публ. 10.08.2006, известно, что серийно выпускаемые, на дату приоритета (25.02.2005) цитируемого изобретения, трехкомпонентные нейтрализаторы для бензиновых тепловых двигателей эффективно работают при температуре не менее 350°C, что время разогрева нейтрализатора до указанной температуры составляет не менее 4…6 мин, что количество токсичных компонентов, выброшенных через нейтрализатор остывшим двигателем в процессе его 10 запусков, сравнимо с количеством токсичных компонентов, выделенных двигателем через нейтрализатор при пробеге автомобилем 100 км в условиях города.5 - From the materials for the patent for the invention RU 2304231, 6MPK F02M 27/04, F02B 51/02 and 51/04, publ. 08/10/2006, it is known that the three-component converters for gasoline heat engines that are commercially available, on the priority date (February 25, 2005) of the cited invention, operate efficiently at a temperature of at least 350 ° C, so that the catalyst’s warm-up time to the specified temperature is at least 4 ... 6 min, that the amount of toxic components ejected through the converter by the cooling engine during its 10 starts is comparable to the number of toxic components released by the engine through the converter when the vehicle runs 100 km in lovii city.
Энергетические затраты на запуск холодного теплового двигателя, повышенная токсичность процессов сгорания топлива в холодном тепловом двигателе, способность холодного теплового двигателя к отдаче полезной нагрузки, а также тепловая инерция нейтрализатора порочат целесообразность начала движения транспортного средства на электротяге с последующим (на ходу) запуском холодного теплового двигателя. Кроме того, теплоемкость нейтрализатора и его теплоотдача в окружающую внешнюю среду ограничивают допустимое, с экологической точки зрения, время простоя транспортного средства с неработающим тепловым двигателем.The energy costs of starting a cold heat engine, the increased toxicity of the fuel combustion processes in a cold heat engine, the ability of a cold heat engine to deliver a payload, as well as the thermal inertia of the neutralizer discredit the expediency of starting a vehicle on electric traction, followed by (on the go) starting a cold heat engine . In addition, the heat capacity of the converter and its heat transfer to the surrounding environment limit the permissible, from an environmental point of view, downtime of a vehicle with an inoperative heat engine.
6 - Из материалов к патенту на изобретение RU 2554158, 6МПК F01N 3/28, F02N 11/08, публ. 27.06.2015, известно, что температуры выхлопных газов тепловых дизельных двигателей небольшого объема, в городских условиях, при небольшой нагрузке (при малом расходе топлива), при частом использовании для движения автомобиля «инерции», не превышают 100…200°C.6 - From the materials for the patent for the invention RU 2554158, 6MPK F01N 3/28, F02N 11/08, publ. 06/27/2015, it is known that the temperature of the exhaust gases of diesel engines of small volume, in urban conditions, with a small load (with low fuel consumption), with frequent use of "inertia" for the car’s movement, does not exceed 100 ... 200 ° C.
7 - Из материалов к патенту на полезную модель RU 66630, 6МПК Н02Р 1/00, публ. 10.09.2007, известно, что величина электрического тока, необходимая для предварительного нагрева каталитического нейтрализатора, в случае если он снабжен электрическим подогревателем, сопоставима с величиной электрического тока, потребляемого стартером во время запуска теплового двигателя.7 - From the materials for the patent for utility model RU 66630,
8 - Из материалов к патенту на полезную модель RU 12840, 7МПК F01N 3/28, публ. 10.02.2000, известен каталитический нейтрализатор для дизельного теплового двигателя, содержащий в своем составе тепловой аккумулятор.8 - From the materials for the patent for utility model RU 12840, 7MPK F01N 3/28, publ. 02/10/2000, a catalytic converter for a diesel heat engine is known containing a heat accumulator.
Из пп. 1.3, 3.4, 3.5, 4 отступления следует, что реализация режима рекуперативного торможения, для транспортных средств, эксплуатируемых в апериодических условиях, будет иметь меньший эффект, по сравнению с транспортом, движущимся по маршруту с регулярными остановками, по сравнению со спецтехникой, те или иные органы которой совершают регулярные возвратно-поступательные движения.From paragraphs 1.3, 3.4, 3.5, 4 derogations it follows that the implementation of regenerative braking mode for vehicles operating in aperiodic conditions will have less effect compared to special vehicles, compared to special vehicles, whose organs perform regular reciprocating movements.
Из п. 1.3 (тем более с учетом токсичности компонентов, содержащихся в накопителях электрической энергии) и п. 2 отступления следует, что повышение разгонной динамики сверх среднестатистических значений оправдано для спортивных автомобилей, передвигающихся по специально подготовленным трассам, и для спецтранспорта. Исходя же из загрузки дорог, которая зачастую приближается к их пропускной способности, целесообразней говорить о приведении разгонной динамики разных типов автомобилей к единому (стандартизованному) знаменателю.From paragraph 1.3 (especially taking into account the toxicity of the components contained in electric energy storage devices) and
Из пп. 3.2, 3.3, 5…8 отступления следует, что массовое внедрение на автомобилях режима «старт - стоп» приведет к усложнению систем, регулирующих выбросы отработанных газов теплового двигателя, и, соответственно, к увеличению их стоимости. При этом следует учитывать, что тепловой двигатель, при остановке автомобиля (в пробке, на светофоре и т.д.), обладает 100% избыточной мощностью (без учета затрат на энергообеспечение систем комфорта, освещения, связи и сигнализации).From paragraphs 3.2, 3.3, 5 ... 8 of the retreat, it follows that the mass introduction of start-stop mode on vehicles will complicate the systems that regulate exhaust emissions of a heat engine and, consequently, increase their cost. It should be borne in mind that the heat engine, when stopping the car (in traffic, at traffic lights, etc.), has 100% excess power (excluding the cost of energy supply for comfort, lighting, communication and alarm systems).
Согласно материалов к патенту US 4365606, 3МПК F02M 31/00, публ. 17.01.1980 г., а также исходя из соотношения - 1 кал/сек - 4,1868 Вт, см. справочник «Физические величины» под ред. И.С. Григорьева и Е.З. Мейлихова, М. Энергоатомиздат 1991 г., стр. 32, транспортное средство, снабженное 2 л. бензиновым двигателем, при температуре окружающего воздуха 20°C и скорости движения около 70 км/час рассеивает с выхлопными газами около 2800 кал/сек (11,723 кВт) тепла, при скорости около 100 км/час - около 5600 кал/сек (23,446 кВт, температура выхлопных газов достигает 750°C при скорости потока 90 кг/час), а при скорости около 120 км/час - уже около 8300 кал/сек (34,750 кВт). Принимая во внимание, что полезная работа, совершаемая среднестатистическим, на дату публикации цитируемого патента, тепловым двигателем, составляла около 20% от количества тепла, рассеиваемого в атмосферу системой охлаждения и выхлопными газами - избыточная мощность, цитируемого в материалах к патенту US 4365606 теплового двигателя, при временной остановке транспортного средства, составляла не менее 2,4, 4,7 и 6,9 кВт на режимах работы теплового двигателя, соответствующих скоростям движения транспортного средства 70, 100 и 120 км/час. Аппроксимируя упомянутое и изложенное в начале данного абзаца, а также упомянутое п.п. 1.1, 1.2 отступления, приходим к гипотетическому (на текущий момент времени) режиму «старт - старт», в основе которого лежит правило - при остановке автомобиля (в пробке, на светофоре и т.д.) тепловой двигатель переводится в режим минимального удельного расхода топлива или близкий к нему (как правило, данный режим характеризуется довольно высоким крутящим моментом, развиваемым на валу теплового двигателя).According to the materials for the patent US 4365606, 3MPK F02M 31/00, publ. 01/17/1980, and also based on the ratio - 1 cal / sec - 4.1868 W, see the reference book "Physical quantities" under the editorship of I.S. Grigoryeva and E.Z. Meilikhova, M. Energoatomizdat 1991, p. 32, a vehicle equipped with 2 l. with a gas engine, at an ambient temperature of 20 ° C and a speed of about 70 km / h, it dissipates heat with exhaust gases of about 2800 cal / s (11.723 kW), at a speed of about 100 km / h - about 5600 cal / s (23.446 kW, the exhaust gas temperature reaches 750 ° C at a flow rate of 90 kg / h), and at a speed of about 120 km / h - already about 8300 cal / s (34.750 kW). Considering that the useful work done by the average heat engine at the date of publication of the cited patent was about 20% of the amount of heat dissipated into the atmosphere by the cooling system and exhaust gases - the excess power cited in the materials for US patent 4365606 of a heat engine, when the vehicle was temporarily stopped, it was at least 2.4, 4.7 and 6.9 kW at the heat engine operating modes corresponding to vehicle speeds of 70, 100 and 120 km / h. Approximating the aforementioned and stated at the beginning of this paragraph, as well as the aforementioned 1.1, 1.2 deviations, we come to a hypothetical (at the current moment of time) “start-start” mode, which is based on the rule that when a car stops (in traffic, at a traffic light, etc.), the heat engine is switched to the minimum specific flow rate fuel or close to it (as a rule, this mode is characterized by a rather high torque developed on the shaft of a heat engine).
Сказанное уместно для разряженного накопителя электрической энергии. В случае если накопитель электрической энергии, в процессе временного простоя автомобиля, зарядился полностью, а процесс простоя продолжается - тепловой двигатель может быть переведен на режим минимально возможного расхода топлива или, если позволяет температура каталитического нейтрализатора токсичности отходящих газов, температура накопителя электрической энергии, а также собственная температура теплового двигателя, заглушен.The above is relevant for a discharged electric energy storage device. If the electric energy storage device, during the temporary downtime of the vehicle, is fully charged, and the downtime continues - the heat engine can be switched to the lowest possible fuel consumption mode or, if the temperature of the catalytic converter allows the toxicity of exhaust gases, the temperature of the electric energy storage device, as well as own temperature of the heat engine, muffled.
На первый взгляд режим «Старт-старт» неприемлем. Однако, из книги И.С. Туревского «Теория автомобиля», М. Высшая школа», 2005, стр. 23, а именно из математических выражений 2.17 и 2.18 известно, что мощность (N), затрачиваемая на преодоление силы инерции транспортного средства, может быть охарактеризована зависимостью N=m(1,05+0,05f2)/v, гдеAt first glance, the Start-Start mode is unacceptable. However, from the book of I.S. Turevsky's Theory of the Automobile, M. Higher School, 2005, p. 23, namely, from mathematical expressions 2.17 and 2.18 it is known that the power (N) spent to overcome the inertia of the vehicle can be characterized by the dependence N = m ( 1.05 + 0.05f 2 ) / v, where
m - масса транспортного средства;m is the mass of the vehicle;
f - передаточное отношение трансмиссии;f is the gear ratio of the transmission;
v - скорость транспортного средства.v is the vehicle speed.
При этом выражение в скобках показывает влияние момента инерции вращающихся масс маховика и колес.The expression in parentheses shows the influence of the moment of inertia of the rotating masses of the flywheel and the wheels.
Цитированную математическую зависимость наглядно иллюстрирует мгновенный расход топлива одним из автомобилей модели «Lada-Granta» с двухгодичным сроком эксплуатации:The quoted mathematical dependence is graphically illustrated by the instantaneous fuel consumption of one of the Lada-Granta cars with a two-year life:
- активный разгон с места на 1 передаче - до 38…40 л/100 км;- active acceleration from standstill in 1st gear - up to 38 ... 40 l / 100 km;
- разгон перед переходом на 3 передачу - до 8 л/100 км;- acceleration before switching to 3rd gear - up to 8 l / 100 km;
- равномерное движение на 4 передаче - около 5 л/100 км.- uniform movement in 4th gear - about 5 l / 100 km.
Таким образом, режим «Старт-старт» может не только иметь право на существование, но и, в ряде случаев, быть более эффективным, по сравнению с режимом рекуперации энергии.Thus, the “Start-start” mode can not only have the right to exist, but also, in some cases, be more efficient than the energy recovery mode.
При этом хотелось бы заметить, что при запуске ряда кривошипно-шатунных двигателей с принудительным зажиганием и опосредованной форсункой (форсунками) топливоподачей определение цилиндра, где будет инициирован электроискровой разряд, носит вероятностный характер. Данный технический момент, равно как и сниженная после останова ДВС температура стенок цилиндров и головки (в сравнении с их температурами, имеющими место в процессе работы), ведет к выбросу в систему выпуска отработанных газов несколько увеличенной части несгоревшего углеводородного топлива, которая непроизводительно сгорает в каталитическом нейтрализаторе. Существующие стандарты, регламентирующие токсичность выхлопных газов тепловых двигателей, ограничивают выбросы окисей углерода и азота, а также углеводородов, но не регламентируют расход кислорода. Массовое внедрение режима «Старт-стоп», скорее всего, будет способствовать, в условиях крупных городов, дополнительному (без выполнения полезной работы) снижению концентрации кислорода в воздухе. Производители и эксплуатанты тепловых двигателей оценивают экологические параметры последних в соответствие со стандартами, вряд ли кто оценивает экологичность процесса использования транспортного средства по величинам израсходованного кислорода и производительно использованной работы (в том числе запасенной), имеющим место в результате сжигания топлива. При этом известно, что снижение содержания кислорода во вдыхаемом воздухе ведет к увеличению дыхательной активности легких, что неизбежно способствует росту количества поглощенных легкими пыли и газообразных, в том числе, токсичных компонентов. Упомянутый факт особенно опасен для детей дошкольного возраста, организм которых характеризуется меньшим ростом (находятся в зоне более высоких концентраций вредных компонентов), и более высоким, по сравнению со взрослыми, метаболизмом.At the same time, I would like to note that when starting a number of crank engines with positive ignition and an indirect fuel injector (s), determining the cylinder where the spark discharge will be initiated is probabilistic. This technical moment, as well as the temperature of the cylinder walls and the head reduced after the engine shutdown (in comparison with their temperatures that occur during operation), leads to the emission into the exhaust system of the exhaust gas of a slightly increased portion of unburned hydrocarbon fuel, which burns unproductively in the catalytic neutralizer. Existing standards regulating the toxicity of exhaust gases from heat engines limit the emissions of carbon oxides and nitrogen, as well as hydrocarbons, but do not regulate oxygen consumption. The massive introduction of the Start-Stop mode is likely to contribute, in large cities, to an additional (without performing useful work) reduction of oxygen concentration in the air. Manufacturers and operators of heat engines evaluate the environmental parameters of the latter in accordance with the standards; hardly anyone estimates the environmental friendliness of the process of using a vehicle by the amount of oxygen consumed and productively used work (including stored) that occurs as a result of fuel combustion. It is known that a decrease in the oxygen content in the inhaled air leads to an increase in the respiratory activity of the lungs, which inevitably contributes to an increase in the amount of dust and gaseous, including toxic, components absorbed by the lungs. The mentioned fact is especially dangerous for preschool children, whose body is characterized by smaller growth (located in the zone of higher concentrations of harmful components), and higher metabolism compared to adults.
Устройства шумоподавления систем впуска воздуха и выпуска отработанных газов теплового двигателя, естественно, должны быть настроены на максимальное подавление акустических шумов, генерируемых именно на режиме «старт - старт». Напомним, что данный режим должен, предпочтительно, характеризоваться пониженным удельным расходом топлива и, одновременно, довольно высоким крутящим моментом, развиваемым на валу теплового двигателя.The noise reduction devices of the air intake and exhaust systems of the heat engine, of course, must be configured to maximize the suppression of acoustic noise generated precisely on the "start - start" mode. Recall that this mode should preferably be characterized by a lower specific fuel consumption and, at the same time, a rather high torque developed on the shaft of the heat engine.
Подавление акустических шумов может быть достигнуто применением широко известных из уровня техники звукоизолирующих панелей и виброизолирующих узлов, а также применением не имеющих, пока, широкого распространения пассивных шумоподавляющих модулей и/или активных шумоподавляющих средств. Одним из примеров применения пассивных шумоподавляющих модулей может служить решение по патенту RU 2512134, 6МПК B62D 25/08, B60R 13/08, G10K 11/16, публ. 10.04.2014, из которого известно транспортное средство, снабженное совокупностью акустических резонаторов и расширительных камер; одним из примеров применения активных шумоподавляющих средств может служить решение по патенту RU 2275520, 6МПК F02B 77/11, публ. 27.04.2006, из которого известен способ снижения шума транспортного средства, заключающийся в глушении спектра шумов, генерируемых тепловым двигателем, посредством излучения компенсирующих противофазных сигналов с амплитудами, эквивалентными амплитудам спектра заглушаемых шумов.Acoustic noise suppression can be achieved by using sound-insulating panels and vibration-isolating units that are widely known from the prior art, as well as by using passive noise-canceling modules and / or active noise-canceling devices that are not widely used. One example of the use of passive noise-canceling modules can serve as a solution according to patent RU 2512134, 6MPK B62D 25/08, B60R 13/08, G10K 11/16, publ. 04/10/2014, from which a vehicle is known, equipped with a set of acoustic resonators and expansion chambers; one example of the use of active noise canceling agents can be the solution according to patent RU 2275520, 6MPK F02B 77/11, publ. 04/27/2006, from which a method for reducing vehicle noise is known, which consists in damping the spectrum of noise generated by a heat engine by emitting counter-phase-out signals with amplitudes equivalent to those in the spectrum of drowned noise.
Субъективно: - существующие легковые автомобили обладают максимальной шумностью при их работе на режимах старта и разгона, при равномерном же движении транспортных средств на повышенных скоростях акустический шум шин становится сравнимым, а в ряде случаев даже более заметным, по сравнению с шумом теплового двигателя.Subjectively: - existing cars have maximum noise when they run in start and acceleration modes, with uniform movement of vehicles at higher speeds, the acoustic noise of tires becomes comparable, and in some cases even more noticeable, in comparison with the noise of a heat engine.
Возвращаясь к упомянутым выше моделям Toyota PRIUS выделим присущие им недостатки:Returning to the Toyota PRIUS models mentioned above, we highlight the inherent disadvantages:
- Высокую стоимость транспортного средства, обусловленную наличием двух электрических машин, суммарная электрическая мощность которых сопоставима с мощностью теплового двигателя.- The high cost of the vehicle due to the presence of two electric machines, the total electric power of which is comparable to the power of a heat engine.
- Относительно длительный интервал времени заряда высоковольтной батареи (Ni содержащего) накопителя электрической энергии, что не позволяет максимально эффективно использовать наличную в период кратковременного простоя транспортного средства избыточную мощность теплового двигателя.- A relatively long time interval for charging a high-voltage battery (Ni-containing) of an electric energy storage device, which does not allow for the most efficient use of excess heat from the heat available during short-term vehicle downtime.
- Невозможность использования транспортного средства в случае отказа первой электрической машины, что обусловлено опосредованным этой машиной управлением тепловым двигателем.- The inability to use the vehicle in the event of a failure of the first electric machine, due to the control of the heat engine mediated by this machine.
- Увеличенные механические потери гибридной силовой установки во время ее работы при разряженном или заряженном, но не отдающем энергии, накопителе электрической энергии. Рост механических потерь обусловлен конверсией второй электрической машины в инерционную массу, величина которой находится в прямой пропорциональной зависимости от мощности электрической машины, постоянно связанную с трансмиссией автомобиля.- Increased mechanical losses of the hybrid power plant during its operation with a discharged or charged, but not transferring energy, electrical energy storage device. The increase in mechanical losses is due to the conversion of the second electric machine into an inertial mass, the value of which is in direct proportion to the power of the electric machine, constantly associated with the transmission of the car.
- Сложность диагностики теплового двигателя; из статьи «Неисправности гибридных установок автомобилей», автор В.А. Раков, Технические науки: современные проблемы и перспективы развития. Сборник материалов 1 Международной научно-практической конференции, Россия, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, «Типография «Вертикаль», 2013 г., ISBN - 978-5-905371-41-7, так же размещено на интернет ресурсе http://mgutupenza.ru/mni/content/files/2012_Rakov.pdf, известно, что проверить работу теплового двигателя гибридной силовой установки затруднительно, т.к. его запуск и управление осуществляет электронный блок управления и только в режиме потребления мощности; что отказы теплового двигателя составляют 71% от суммы всех отказов гибридной силовой установки; что отказы накопителя электрической энергии, за указанный в статье период эксплуатации, составили 2,5% от общего числа неисправностей. При этом в статье отмечается, что причиной выхода из строя накопителя электрической энергии (весьма дорогого компонента транспортного средства) являлись неисправности теплового двигателя.- The difficulty of diagnosing a heat engine; from the article “Faults in hybrid vehicle installations” by V.A. Rakov, Engineering: current problems and development prospects. Proceedings of the 1st International Scientific and Practical Conference, Russia, Mari El Republic, Yoshkar-Ola, “Vertical Printing House, 2013, ISBN - 978-5-905371-41-7, also posted on the Internet resource http : //mgutupenza.ru/mni/content/files/2012_Rakov.pdf, it is known that it is difficult to check the operation of the heat engine of a hybrid power plant, because it is launched and controlled by an electronic control unit and only in power consumption mode; that heat engine failures account for 71% of the sum of all hybrid power plant failures; that the failures of the electric energy storage device during the operation period specified in the article amounted to 2.5% of the total number of malfunctions. Moreover, the article notes that the cause of the failure of the electric energy storage device (a very expensive component of the vehicle) was a malfunction of the heat engine.
В качестве прототипа изобретения принято известное из материалов к патенту RU 2557103, 6МПК В60W 10/02, публ. 20.07.2015 г., конвекционный приоритет 01.07.2011 JP 2011-147035, транспортное средство, снабженное трансмиссией и гибридной силовой установкой, в состав которой входят первое и второе фрикционные сцепления, тепловой двигатель, электрическая машина и накопитель электрической энергии. В данном техническом решении вал электрической машины выполнен соединенным посредством первого фрикционного сцепления с выходным валом теплового двигателя и посредством второго фрикционного сцепления с трансмиссией транспортного средства. Первое и второе фрикционные сцепления выполнены управляемыми посредством электронно-гидравлических систем.As a prototype of the invention adopted known from the materials for patent RU 2557103, 6MPK B60W 10/02, publ. 07/20/2015, convection priority 07/01/2011 JP 2011-147035, a vehicle equipped with a transmission and a hybrid power plant, which includes the first and second friction clutches, a heat engine, an electric machine and an electric energy storage device. In this technical solution, the shaft of the electric machine is made connected by means of a first friction clutch to the output shaft of the heat engine and by means of a second friction clutch with the transmission of the vehicle. The first and second friction clutches are controlled by electronic-hydraulic systems.
При разомкнутом (расцепленном) первом фрикционном сцеплении и замкнутом (сцепленном) втором фрикционном сцеплении гибридная силовая установка обеспечивает перемещение транспортного средства посредством электрической машины, работающей в режиме тягового электрического двигателя, получающего энергию от накопителя электрической энергии.When the first friction clutch is open (disengaged) and the second friction clutch is closed (clutch), the hybrid propulsion system allows the vehicle to be moved by an electric machine operating in the traction electric motor mode, which receives energy from the electric energy storage device.
При замкнутом первом и втором фрикционных сцеплениях гибридная силовая установка обеспечивает перемещение транспортного средства:When the first and second friction clutches are closed, the hybrid power unit provides the vehicle with the following options:
- если накопитель электрической энергии в достаточной степени заряжен - посредством теплового двигателя и электрической машины, работающей в режиме тягового электрического двигателя, получающего энергию от накопителя электрической энергии.- if the electric energy storage device is sufficiently charged - by means of a heat engine and an electric machine operating in the traction electric engine mode, receiving energy from the electric energy storage device.
- если накопитель электрической энергии разряжен - посредством теплового двигателя; в данном режиме электрическая машина выполнена с возможностью ее работы в режиме генератора, обеспечивающего заряд накопителя электрической энергии.- if the electric energy storage device is discharged - by means of a heat engine; in this mode, the electric machine is made with the possibility of its operation in generator mode, providing charge of the electric energy storage device.
При разомкнутом втором фрикционном сцеплении и замкнутом первом фрикционном сцеплении электрическая машина выполнена с возможностью ее работы в режиме стартера, обеспечивающего запуск теплового двигателя, или в режиме генератора, обеспечивающего заряд накопителя электрической энергии. При этом прямое (без редуцирования) соединение электрической машины и теплового двигателя предполагает использование в транспортном средстве по патенту RU 2557103 высоко моментной электрической машины (фактически, как и в моделях PRIUS), которая, в свою очередь, предполагает предпочтительное использование в качестве накопителя электрической энергии электрохимического аккумулятора.When the second friction clutch is open and the first friction clutch is closed, the electric machine is configured to operate in the starter mode, which starts the heat engine, or in the generator mode, which provides electric energy storage charge. In this case, the direct (without reduction) connection of the electric machine and the heat engine involves the use in the vehicle of patent RU 2557103 of a high-torque electric machine (in fact, as in the PRIUS models), which, in turn, involves the preferred use of electric energy as a storage device electrochemical battery.
К недостаткам решения по патенту RU 2557103 следует отнести:The disadvantages of the solution according to patent RU 2557103 include:
- Увеличенные механические потери гибридной силовой установки во время ее работы при разряженном или заряженном, но не отдающем энергии, накопителе электрической энергии. Рост механических потерь обусловлен конверсией электрической машины в инерционную массу, величина которой находится в прямой пропорциональной зависимости от мощности электрической машины, постоянно связанную с трансмиссией автомобиля.- Increased mechanical losses of the hybrid power plant during its operation with a discharged or charged, but not transferring energy, electrical energy storage device. The increase in mechanical losses is due to the conversion of the electric machine into an inertial mass, the value of which is in direct proportion to the power of the electric machine, constantly associated with the transmission of the car.
- Значительное падение напряжения в бортовой сети транспортного средства в момент запуска теплового двигателя, что может приводить к временной потере работоспособности некоторых систем транспортного средства; возможность существования указанного явления упомянута в материалах к заявке WO 2012/008305, 6МПК F02N 11/08, публ. 19.01.2012 г.- A significant voltage drop in the on-board network of the vehicle at the time of starting the heat engine, which may lead to a temporary loss of performance of some vehicle systems; the possibility of the existence of this phenomenon is mentioned in the materials for the application WO 2012/008305, 6MPK F02N 11/08, publ. 01/19/2012
- Малый пробег транспортного средства при использовании в качестве накопителя электрической энергии электрохимических конденсаторов.- Low vehicle mileage when using electrochemical capacitors as an electrical energy storage device.
- Увеличенные механические потери гибридной силовой установки, обусловленные применением двух (первого и второго) фрикционных сцеплений (из сложившейся практики конструирования тепловых двигателей - величины инерционных масс фрикционных сцеплений, обычно, несколько выше величин инерционных масс маховиков, необходимых для вывода кривошипно-шатунных механизмов тепловых двигателей из положений, соответствующих «мертвым точкам»).- Increased mechanical losses of the hybrid power plant due to the use of two (first and second) friction clutches (from the established practice of designing heat engines - the inertial masses of friction clutches are usually slightly higher than the inertial masses of the flywheels necessary to output the crank mechanisms of the heat engines from the provisions corresponding to the "dead spots").
Задачей изобретения было создание транспортного средства с максимально возможной, на современном этапе развития техники, эффективностью использования топлива. При этом силовая установка должна обеспечивать надежную диагностику технического состояния и теплового двигателя, и электрической машины, а также способность к выполнению, пусть и с меньшей эффективностью, возложенных на транспортное средство функций при отказе одного из ее энергетических агрегатов (или теплового двигателя, или электрической машины, или накопителя электрической энергии).The objective of the invention was to create a vehicle with the highest possible, at the present stage of development of technology, fuel efficiency. In this case, the power plant must provide reliable diagnostics of the technical condition of both the heat engine and the electric machine, as well as the ability to perform, albeit with less efficiency, the functions assigned to the vehicle in case of failure of one of its power units (either the heat engine or the electric machine , or electrical energy storage device).
Задача решается в транспортном средстве, включающем в себя трансмиссию и гибридную силовую установку, далее ГСУ, содержащую тепловой двигатель, далее ТД, снабженный валом, электрическую машину, далее ЭМ, снабженную валом и выводами электрической обмотки, а также накопитель электрической энергии, далее НЭ, снабженный присоединительными выводами электрически соединенными, в том числе с помощью электронных преобразующих устройств, с выводами ЭМ.The problem is solved in a vehicle that includes a transmission and a hybrid power plant, then a gas engine containing a heat engine, then a TD equipped with a shaft, an electric machine, then an EM equipped with a shaft and terminals of the electric winding, as well as an electric energy storage device, then NE equipped with connecting leads electrically connected, including using electronic converting devices, with EM leads.
Задача решается тем, что ГСУ ТС выполнена снабженной зубчатым планетарным четырехзвенным механизмом, далее ПМ, содержащим солнечную и коронную шестерни, водило и, по меньшей мере, одну шестерню-сателлит, а также обгонной муфтой (муфтой свободного хода), далее ОМ, содержащей первую и вторую (топонимика условна) полумуфты. Где, вал ТД выполнен кинематически, с возможностью передачи вращения, связанным с водилом ПМ, вал ЭМ выполнен кинематически, с возможностью передачи вращения, связанным со второй полумуфтой ОМ, первая полумуфта ОМ выполнена кинематически, с возможностью передачи вращения, связанной с солнечной шестерней ПМ, коронная шестерня выполнена кинематически, с возможностью передачи вращения, связанной с трансмиссией транспортного средства.The problem is solved in that the GSU TS is made equipped with a gear planetary four-link mechanism, then the PM containing the sun and crown gears, a carrier and at least one satellite gear, as well as an overrunning clutch (freewheel), then OM containing the first and the second (toponymy conditional) half-coupling. Where, the TD shaft is made kinematically, with the possibility of transmitting rotation associated with the carrier PM, the EM shaft is made kinematically, with the possibility of transmission of rotation associated with the second coupling half OM, the first coupling half is made kinematically, with the possibility of transmitting rotation associated with the sun gear PM, the ring gear is made kinematically, with the possibility of transmission of rotation associated with the transmission of the vehicle.
При этом ПМ и ОМ выполнены с возможностью:In this case, PM and OM are made with the possibility of:
- кинематического соединения валов ЭМ и ТД при угловых скоростях вращения вала ТД величины которых меньше превентивно заданного интервала величин угловых скоростей вращения вала ЭМ, работающей в режиме электродвигателя, с учетом передаточного отношения ПМ;- the kinematic connection of the EM and TD shafts at the angular rotational speed of the TD shaft; the values of which are less than the preventively specified interval of angular rotational speeds of the EM shaft operating in the electric motor mode, taking into account the PM gear ratio;
- кинематического разъединения валов ЭМ и ТД при угловых скоростях вращения вала ТД, величины которых больше превентивно заданного интервала величин угловых скоростей вращения вала ЭМ, работающей в режиме электродвигателя, с учетом передаточного отношения ПМ;- kinematic separation of the EM and TD shafts at the angular rotational speeds of the TD shaft, the values of which are greater than the preventively specified interval of the angular rotational speeds of the EM shaft operating in the electric motor mode, taking into account the PM gear ratio;
Задача дополнительно может решаться тем, что:The task can additionally be solved by the fact that:
- ГСУ выполнена снабженной фрикционной муфтой, выполненной с возможностью торможения солнечной шестерни ПМ;- GSU made equipped with a friction clutch made with the possibility of braking the sun gear PM;
- ОМ выполнена с возможностью реверсирования;- OM is made with the possibility of reversing;
- НЭ выполнен образованным ионисторами (электрохимическими конденсаторами) и электрохимическими аккумуляторами.- NE made educated by ionistors (electrochemical capacitors) and electrochemical batteries.
- ГСУ выполнена снабженной дополнительной нормально замкнутой, муфтой, выполненной и установленной, преимущественно, с образованием кинематической, с возможностью передачи вращения, связи между солнечной шестерней ПМ или диском фрикционной муфты и первой полумуфтой ОМ, а также с возможностью кинематического разъединения солнечной шестерни ПМ или диска фрикционной муфты и первой полумуфты ОМ, по меньшей мере, на период буксировки ТС.- GSU is made equipped with an additional normally closed coupling made and installed, mainly with the formation of kinematic, with the possibility of transmitting rotation, the connection between the sun gear PM or the friction clutch disc and the first coupling half OM, as well as the possibility of kinematic separation of the sun gear PM or disc friction clutch and first half coupling OM, at least for the period of towing the vehicle.
Изобретение поясняется следующими рисунками:The invention is illustrated by the following figures:
- Фиг. 1, где изображена концептуальная кинематическая схема ТС.- FIG. 1, which shows a conceptual kinematic diagram of a vehicle.
- Фиг. 2, где показано вариативное изменение концептуальной кинематической схемы ТС в случае использования в составе ТС фрикционной муфты.- FIG. 2, which shows a variable change in the conceptual kinematic scheme of a vehicle in the case of using a friction clutch in the vehicle.
- Фиг. 3, где показано вариативное изменение концептуальной кинематической схемы ТС в случае использования в составе ТС фрикционной муфты и дополнительной муфты (для наглядности показана конусная односторонняя фрикционная муфта).- FIG. 3, where a variational change in the conceptual kinematic scheme of a vehicle is shown if a friction clutch and an additional clutch are used as part of the vehicle (a conical one-way friction clutch is shown for clarity).
- Фиг. 4*, где изображены иллюстративные схемы работы ПМ (слева) и ОМ (справа) с указанием векторов угловых скоростей вращения водила и шестерен ПМ, а также первой и второй полумуфт ОМ, характерных для режима запуска ТД посредством ЭМ, работающей в режиме электродвигателя.- FIG. 4 *, which depicts illustrative schemes of operation of the PM (left) and OM (right) with the vectors of angular rotational speeds of the carrier and PM gears, as well as the first and second OM half couplings, characteristic of the TD launch mode by means of an EM operating in an electric motor mode.
- Фиг. 5*, где изображены иллюстративные схемы работы ПМ (слева) и ОМ (справа) с указанием векторов угловых скоростей вращения водила и шестерен ПМ, а также первой и второй полумуфт реверсированной ОМ, характерных для режима «Старт-Старт» при совместной работе ТД и ЭМ, работающей в режиме генератора.- FIG. 5 *, which depicts illustrative schemes of operation of the PM (left) and OM (right) with the vectors of angular velocity of rotation of the carrier and PM gears, as well as the first and second half-couplings of the reversed OM, typical for the Start-Start mode during TD joint operation and EM operating in generator mode.
- Фиг. 6, где изображены иллюстративные внешние скоростные характеристики ТД и ЭМ, работающей в режиме электродвигателя.- FIG. 6, which shows illustrative external speed characteristics of an AP and an EM operating in an electric motor mode.
Примечание:Note:
1* - Направления векторов угловых скоростей вращения водила и шестерен ПМ, а также первой и второй полумуфт ОМ показаны исходя из следующих допущений (если смотреть на плоскость чертежа):1 * - The directions of the angular rotational velocity vectors of the carrier and PM gears, as well as the first and second OM coupling halves are shown on the basis of the following assumptions (if you look at the drawing plane):
- работе ТД соответствует вращение вала ТД (водила ПМ) «по часовой стрелке»;- work TD corresponds to the rotation of the shaft TD (drove PM) "clockwise";
- движению ТС вперед соответствует вращение коронной шестерни ПМ «по часовой стрелке».- forward movement of the vehicle corresponds to the rotation of the PM gear ring gear “clockwise”.
2. - В силу широкой известности примененных в изобретении узлов и ясности графических изображений цифровая нумерация узлов и входящих в них деталей на чертежах и ниже по тексту не показана.2. - Due to the wide popularity of the nodes used in the invention and the clarity of graphic images, the digital numbering of the nodes and the details included in them is not shown in the drawings and below.
Изобретение может быть реализовано в любом из ниже описанных вариантов, каждый из которых, в зависимости от решаемой создателями ТС конкретной задачи, имеет свои преимущества.The invention can be implemented in any of the options described below, each of which, depending on the specific task being solved by the creators of the TS, has its own advantages.
Вариант базовый.The basic option.
Изобретение может быть реализовано в ТС включающем в себя трансмиссию и ГСУ, содержащую тепловой двигатель, далее ТД, снабженный валом, электрическую машину, далее ЭМ, снабженную валом и выводами электрической обмотки (не показаны), а также накопитель электрической энергии, далее НЭ, снабженный присоединительными выводами электрически соединенными, в том числе с помощью электронных преобразующих устройств, с выводами ЭМ (накопитель, электрические цепи и электронные преобразующие устройства не показаны). ГСУ выполнена снабженной ПМ, содержащим солнечную и коронную шестерни, водило и, например, три шестерни-сателлита, а также ОМ, содержащей первую и вторую (нумерация условна) полумуфты. При этом шестерни-сателлиты (далее сателлиты) выполнены установленными с возможностью зацепления их зубчатых венцов с зубчатыми венцами коронной и солнечной шестерен, а также кинематически связанными, с возможностью вращения относительно своих продольных геометрических осей, с водилом ПМ.The invention can be implemented in a vehicle including a transmission and a power steering containing a heat engine, then a TD equipped with a shaft, an electric machine, then an EM equipped with a shaft and terminals of an electric winding (not shown), as well as an electric energy storage device, then NE equipped with connecting leads electrically connected, including using electronic converting devices, to EM terminals (drive, electrical circuits and electronic converting devices are not shown). The GSU is equipped with a PM containing the sun and crown gears, a carrier and, for example, three satellite gears, as well as an OM containing the first and second (conventional numbering) coupling halves. In this case, the gears-satellites (hereinafter satellites) are made installed with the possibility of engagement of their gears with gears of the crown and sun gears, as well as kinematically connected, with the possibility of rotation relative to their longitudinal geometric axes, with the carrier PM.
В общем случае, под термином «обгонная муфта» заявитель подразумевает любую разновидность сцепных самоуправляющихся муфт, иначе - муфт свободного хода, передающих вращающий момент только в одном направлении. При этом заявитель различает нереверсивные, выполненные с возможностью передачи вращающего момента исключительно в одном, обусловленном конструкцией ОМ, направлении, и реверсивные, содержащие в своем составе механизм реверса, обеспечивающий возможность превентивного задания направления передачи усилия. Некоторое множество кинематических схем обгонных муфт проиллюстрировано в книге А.Ф. Крайнева «Словарь-справочник по механизмам.» - 2-е изд. - М.: Машиностроение. - 1987, стр. 408-411.In general, under the term “overrunning clutch” the applicant means any kind of self-steering clutch, otherwise - freewheel, transmitting torque in only one direction. At the same time, the applicant distinguishes between non-reversible, made with the possibility of transmitting torque in only one direction, due to the design of the OM, and reversible, containing a reverse mechanism, which provides the ability to proactively set the direction of transmission of force. A number of kinematic schemes of overrunning clutches are illustrated in A.F. Kraineva "Dictionary-reference on the mechanisms." - 2nd ed. - M.: Mechanical Engineering. - 1987, p. 408-411.
Возвращаясь к реализующему изобретение ТС добавим, что вал ТД выполнен кинематически, с возможностью передачи вращения, связанным с водилом ПМ, вал ЭМ выполнен кинематически, с возможностью передачи вращения, связанным со второй полумуфтой ОМ, первая полумуфта ОМ выполнена кинематически, с возможностью передачи вращения, связанной с солнечной шестерней ПМ, коронная шестерня выполнена кинематически, с возможностью передачи вращения, связанной с трансмиссией транспортного средства.Returning to the vehicle implementing the invention, we add that the TD shaft is made kinematically, with the possibility of transmitting rotation associated with the carrier PM, the EM shaft is made kinematically, with the possibility of transmission of rotation associated with the second coupling half OM, the first coupling half OM is made kinematically, with the possibility of transmitting rotation, associated with the sun gear PM, the ring gear is made kinematically, with the possibility of transmission of rotation associated with the transmission of the vehicle.
ПМ и ОМ выполнены с возможностью кинематического соединения валов ЭМ и ТД при угловых скоростях вращения вала ТД, величины которых меньше превентивно заданного интервала величин угловых скоростей вращения вала ЭМ, работающей в режиме электродвигателя, с учетом передаточного отношения ПМ, и кинематического разъединения валов ЭМ и ТД при угловых скоростях вращения вала ТД величины которых больше превентивно заданного интервала величин угловых скоростей вращения вала ЭМ, работающей в режиме электродвигателя, с учетом передаточного отношения ПМ. При этом величины превентивно заданного интервала угловых скоростей, при которых обеспечены передача ОМ вращающего момента или обгон определяются, в том числе, соотношением крутящих моментов и частот вращения, реализуемых на валах ТД и ЭМ, работающей в режиме электродвигателя, примененных в конкретном ТС.PM and OM are made with the possibility of kinematic connection of EM and TD shafts at angular rotational speeds of the TD shaft, the values of which are less than the preventively specified interval of angular rotational speeds of the EM shaft operating in electric motor mode, taking into account the gear ratio of the PM, and the kinematic separation of the EM and TD shafts at angular rotational speeds of the TD shaft, the values of which are greater than the preventively specified interval of angular rotational speeds of the EM shaft operating in the electric motor mode, taking into account the gear ratio eniya PM. In this case, the values of the preventively specified interval of angular velocities at which the transmission of torque OM or overtaking are ensured are determined, inter alia, by the ratio of the torques and rotation frequencies realized on the TD and EM shafts operating in the electric motor mode applied in a particular vehicle.
Кинематическая связь коронной шестерни ПМ с трансмиссией ТС может быть выполнена фрикционной, зубчатой, цепной или ременной, в зависимости от технических требований, предъявляемых к ТС. При этом на чертеже Фиг. 1, исключительно для графического (визуального) отделения трансмиссии, показана реализация упомянутой кинематической связи посредством цепной передачи.The kinematic connection of the PM ring gear with the transmission of the vehicle can be friction, gear, chain or belt, depending on the technical requirements for the vehicle. Moreover, in the drawing of FIG. 1, solely for the graphic (visual) compartment of the transmission, the implementation of the aforementioned kinematic connection through a chain transmission is shown.
Итак, в соответствии с иллюстрацией Фиг. 1, трансмиссия ТС может быть выполнена содержащей прямую зубчатую передачу, включающую в себя ведущую звездочку, ведомую звездочку и цепь, посредством которой соединены зубчатые венцы ведущей и ведомой звездочек. Где ведущая звездочка выполнена кинематически, с возможностью передачи вращающего момента, связанной с коронной шестерней ПМ. Иллюстрирующая изобретение трансмиссия ТС включает в себя также промежуточный вал, первый и второй карданные валы, а также первый и второй дифференциальные механизмы. При этом ведомая звездочка прямой зубчатой передачи выполнена кинематически, с возможностью передачи вращения, соединенной с промежуточным валом трансмиссии ТС, оппозитные концы промежуточного вала выполнены кинематически, с возможностью передачи вращения, соединенными, соответственно, с первым и вторым карданными валами противолежащие, относительно промежуточного вала, концы которых, в свою очередь, выполнены, кинематически, с возможностью передачи вращения, соединенными, соответственно, с первым и вторым дифференциальными механизмами, каждый из которых, в свою очередь, кинематически, с возможностью передачи вращения, выполнен соединенным с двумя оппозитно расположенными рабочими органами. На иллюстрации показана трансмиссия ТС (автомобиля), снабженного двумя ведущими мостами и четырьмя ведущими рабочими органами (колесами). В принципе, может быть реализована любая иная, известная из уровня техники, схема распределения рабочих органов ТС, трансмиссия ТС может быть выполнена снабженной, по меньшей мере, одним межосевым дифференциальным механизмом, в качестве рабочих органов могут быть использованы иные, отличные от колес, движители (например, шнековые или винтовые…), взамен карданных валов могут быть использованы валы, снабженные шарнирами, предпочтительно, равных угловых скоростей.So, in accordance with the illustration of FIG. 1, the transmission of the vehicle can be performed comprising a direct gear including a drive sprocket, a driven sprocket and a chain, through which the gear rims of the leading and driven sprockets are connected. Where the drive sprocket is made kinematically, with the possibility of transmitting torque associated with the PM crown gear. The vehicle transmission illustrating the invention also includes an intermediate shaft, first and second cardan shafts, as well as first and second differential mechanisms. In this case, the driven sprocket of the direct gear transmission is kinematically made, with the possibility of transmitting rotation connected to the intermediate shaft of the transmission of the vehicle, the opposite ends of the intermediate shaft are made kinematically, with the possibility of transmitting rotation, connected, respectively, to the first and second cardan shafts, opposite, relative to the intermediate shaft, the ends of which, in turn, are made kinematically, with the possibility of transmitting rotation, connected, respectively, with the first and second differential mechanisms s, each of which, in turn kinematically to transmit the rotation, made connected with two oppositely arranged working bodies. The illustration shows the transmission of a vehicle (vehicle) equipped with two drive axles and four drive tools (wheels). In principle, any other scheme of distribution of the working bodies of the vehicle, known from the prior art, can be implemented, the transmission of the vehicle can be equipped with at least one interaxle differential mechanism, other drives than the wheels can be used (for example, screw or screw ...), instead of cardan shafts, shafts provided with hinges of preferably equal angular velocities can be used.
Из иллюстрации Фиг. 1 видно, что, по меньшей мере, ПМ и ОМ ГСУ, промежуточный вал и прямая передача трансмиссии могут быть выполнены расположенными в едином, цельном или составном, корпусе, к которому, при необходимости, может быть пристыкована раздаточная коробка и/или коробка отбора мощности (раздаточная коробка и/или коробка отбора мощности могут быть выполнены размещенными в полости корпуса), в котором могут быть размещены фрикционная и дополнительная муфты (будут показаны ниже), а в ряде случаев и межосевой дифференциальный механизм (не показан). При этом упомянутый корпус может быть выполнен агрегатированным с ТД или с ЭМ, агрегатированным и с ТД и с ЭМ, а также может быть выполнен отдельно расположенным. Последнее, в совокупности с размещением НЭ на ТС, обеспечивает возможность создания транспортного средства с оптимальным, в зависимости от назначения, продольным и поперечным весовым распределением (центровкой) входящих в его состав агрегатов, что, косвенно, также способствует повышению эффективности использования топлива (повышает проходимость в сложных дорожных условиях). Возможность же выделения ПМ и ОМ ГСУ, промежуточного вала и прямой передачи трансмиссии (а также, по меньшей мере, фрикционной и дополнительной муфт, о которых будет сказано ниже), в единый агрегат, не реализованная в моделях «Toyota PRIUS», повышает ремонтопригодность ТС, а при наличии резервных агрегатов, обеспечивает быстрое восстановление его работоспособности. Исходя из возможности и целесообразности выделения упомянутого выше в локальный агрегат, возникает необходимость терминологического обозначения этого агрегата. Заявитель предлагает использовать, по меньшей мере, будет использовать в дальнейшем описании данного изобретения, термин альтернатор - производный от латинского слова alternation - чередование.From the illustration of FIG. 1 it can be seen that at least the PM and OM GSU, the intermediate shaft and the direct transmission of the transmission can be made located in a single, integral or composite housing, to which, if necessary, a transfer box and / or power take-off can be docked (a transfer case and / or a power take-off box can be made placed in the cavity of the housing), in which friction and additional couplings (to be shown below), and in some cases an interaxle differential mechanism (not shown) can be placed. Moreover, the said housing can be aggregated with TD or EM, aggregated with both TD and EM, and can also be made separately located. The latter, in conjunction with the placement of NE on the vehicle, makes it possible to create a vehicle with an optimal, depending on the purpose, longitudinal and transverse weight distribution (centering) of the units included in its composition, which, indirectly, also improves fuel efficiency (increases cross-country ability in difficult road conditions). The possibility of separating the PM and OM GSU, the intermediate shaft and the direct transmission of the transmission (as well as at least the friction and additional couplings, which will be discussed below) into a single unit, not implemented in Toyota PRIUS models, increases the maintainability of the vehicle , and in the presence of backup units, provides a quick restoration of its performance. Based on the possibility and expediency of separating the above into a local unit, there is a need for terminological designation of this unit. The applicant proposes to use, at least, will use in the further description of the present invention, the term alternator is a derivative of the Latin word alternation - alternation.
ТС, в описанном выше варианте реализации, работает следующим образом:The vehicle, in the embodiment described above, operates as follows:
1. Режим запуска ТД, см. Фиг. 4.1. TD launch mode, see FIG. four.
В начальный момент времени ТС остановлено (коронная шестерня ПМ остановлена), ТД остановлен (водило ПМ остановлено), ЭМ обесточена (солнечная шестерня ПМ остановлена). При подаче напряжения, опосредованного электрическими цепями и электронными преобразующими устройствами, от присоединительных выводов НЭ к выводам электрической обмотки ЭМ, последняя переводится в режим электродвигателя, далее ЭД.At the initial moment of time, the vehicle is stopped (PM crown gear is stopped), the TD is stopped (the PM carrier has stopped), the EM is de-energized (the PM sun gear is stopped). When applying voltage, mediated by electric circuits and electronic converting devices, from the connecting leads of the NE to the conclusions of the electric winding of the EM, the latter is transferred to the motor mode, then the ED.
Примечание:Note:
1. В дальнейшем описании направления векторов угловых скоростей вращения водила и шестерен ПМ, а также первой и второй полумуфт ОМ будут указаны исходя из следующих допущений (если смотреть на плоскость чертежей Фиг. 4, 5):1. In the following description of the direction of the angular rotational velocity vectors of the carrier and PM gears, as well as the first and second OM coupling halves, they will be indicated on the basis of the following assumptions (if you look at the plane of the drawings Fig. 4, 5):
- работе ТД соответствует вращение вала ТД (водила ПМ) «по часовой стрелке»;- work TD corresponds to the rotation of the shaft TD (drove PM) "clockwise";
- движению ТС вперед соответствует вращение коронной шестерни ПМ «по часовой стрелке».- forward movement of the vehicle corresponds to the rotation of the PM gear ring gear “clockwise”.
2. Исключительно для наглядности иллюстрирования совместной работы ПМ, ОМ, ЭМ и ТД ГСУ на чертежах Фиг. 4, 5, а также в тексте описания схематически показана работа одинарной одностороннего действия роликовой обгонной муфты, показанной в упомянутой выше книге А.Ф. Крайнева «Словарь-справочник по механизмам.», изд. 2-е, М. Машиностроение, 1987, стр. 409, Фиг. а. Последняя содержит первую, кинематически связанную с солнечной шестерней ПМ, вторую, кинематически связанную с валом ЭМ, полумуфты, а также тела качения, выполненные в виде роликов. Первая полумуфта выполнена снабженной цилиндрической расточкой. Вторая полумуфта выполнена снабженной цилиндрической проточкой, расположенной коаксиально, относительно расточки первой полумуфты, а также выполненными на радиальной поверхности проточки фасонными пазами (на Фиг. 4, 5): - поперечный профиль пазов показан, для наглядности, трех угольным). При этом пазы второй полумуфты и цилиндрическая расточка первой полумуфты выполнены с образованием клиновых полостей ОМ в которых и расположены тела качения ОМ, установленные с возможностью их перемещения из широкой части полости в узкую и обратно.2. Solely for illustrative purposes, to illustrate the joint work of PM, OM, EM and TD GSU in the drawings of FIG. 4, 5, as well as in the description text, the operation of a single unilateral action of a roller overrunning clutch shown in the aforementioned book of A.F. Kraineva "Dictionary-reference on the mechanisms.", Ed. 2nd, M. Mechanical Engineering, 1987, p. 409, FIG. but. The latter contains the first kinematically connected with the PM sun gear, the second kinematically connected with the EM shaft, coupling halves, as well as rolling elements made in the form of rollers. The first coupling half is provided with a cylindrical bore. The second coupling half is made equipped with a cylindrical groove located coaxially relative to the bore of the first coupling half, as well as shaped grooves made on the radial surface of the groove (in Figs. 4, 5): —the transverse profile of the grooves is shown, for illustration, three coal grooves). In this case, the grooves of the second half-coupling and the cylindrical bore of the first half-coupling are formed with the formation of OM wedge cavities in which the OM rolling bodies are located, installed with the possibility of their movement from a wide part of the cavity to a narrow one and vice versa.
Далее. Вращение «по часовой стрелке» вала ЭД, см. Фиг. 4, приводит к вращению второй полумуфты ОМ «по часовой стрелке», смещению тел качения в узкую часть клиновых полостей ОМ и прихвату первой полумуфты. Первая полумуфта ОМ, нагруженная моментом сопротивления вращению, развиваемым цилиндро-поршневой группой ТД, опосредованным солнечной шестерней, водилом и коронной шестерней ПМ, вращается с меньшей, относительно второй полумуфты, угловой скоростью, что способствует перемещению тел качения в узкую часть клиновых полостей ОМ и прихвату первой полумуфты (сцеплению первой и второй полумуфт). Далее вал ЭД и солнечная шестерня начинают вращаться с одинаковой угловой скоростью. Вращение солнечной шестерни «по часовой стрелке» инициирует вращение шестерен - сателлитов «против часовой стрелки», что, при заторможенной коронной шестерне, приводит к вращению водила «по часовой стрелке», вала ТД «по часовой стрелке» и, в конечном итоге к запуску ТД. Увеличение частоты вращения вала ТД (водила ПМ), соответствующее работе ТД, по меньшей мере, на оборотах холостого хода, в описываемом режиме коронная шестерня по прежнему заторможена, приводит к увеличению угловой скорости вращения солнечной шестерни при сохранении ее первоначального направления вращения. На определенном этапе первая полумуфта ОМ начинает вращаться с большей, чем вторая полумуфта ОМ, угловой скоростью (с опережением), что способствует смещению тел качения ОМ в широкую часть клиновых полостей и расцеплению первой и второй полумуфт ОМ. ЭД переходит на режим холостого хода (непроизводительного потребления электрической энергии). Дальнейшая работа ЭД в режиме запуска ТД ГСУ при отсутствии возможности реверсирования ОМ, энергетически нецелесообразна, ЭМ может быть и должна быть обесточена.Further. Clockwise rotation of the ED shaft, see FIG. 4 leads to the rotation of the second half coupling OM “clockwise”, the displacement of the rolling elements in the narrow part of the wedge cavities OM and the seizure of the first coupling half. The first OM coupling half, loaded with the rotation resistance moment developed by the TD cylinder-piston group, mediated by the sun gear, carrier and the PM ring gear, rotates with a lower angular velocity relative to the second coupling half, which contributes to the movement of the rolling bodies into the narrow part of the OM wedge cavities and tack the first coupling half (coupling the first and second coupling halves). Further, the ED shaft and the sun gear begin to rotate at the same angular velocity. The rotation of the sun gear “clockwise” initiates the rotation of the gears - satellites “counterclockwise”, which, when the crown gear is braked, leads to rotation of the carrier “clockwise”, the TD shaft “clockwise” and, ultimately, to start TD An increase in the rotational speed of the TD shaft (carrier PM), corresponding to the TD operation, at least at idle speed, in the described mode, the crown gear is still inhibited, leads to an increase in the angular speed of rotation of the sun gear while maintaining its original direction of rotation. At a certain stage, the first OM coupling half begins to rotate with a greater angular velocity (ahead of) than the second OM coupling half, which contributes to the displacement of the rolling elements of the OM into a wide part of the wedge cavities and the disengagement of the first and second OM coupling halves. The ED switches to idle mode (unproductive consumption of electrical energy). Further operation of the ED in the start-up mode of the TD of the GSU in the absence of the possibility of reversing the OM is energetically impractical, the EM can and should be de-energized.
Исходя из того, что последующие после останова ТД режимы страгивания ТС с места и разгона ТС требуют от ТД повышенной мощности (способности преодолеть, по меньшей мере силы инерции) применение на ТС режима «запуска ТД с ходу» (ТС начинает движение на электротяге, запуск ТД происходит во время перемещения ТС) энергетически, а также в силу ограниченной емкости НЭ, нецелесообразно, особенно на ТС с ТД малой удельной мощности или с ТД, характеризующимися достаточно длительным временем предварительного теплового прогрева, необходимого для вывода ТД на тепловой режим, обеспечивающий генерирование достаточной для движения ТС энергии. Данный режим, в заявляемом ТС, возможен, но в свете выше сказанного рассматриваться не будет (работа ТС и ГСУ в режиме «запуска с ходу» понятна специалисту из приложенных чертежей и приведенного описания).Based on the fact that the modes of moving the vehicle from its place and accelerating the vehicle following shutdown of the AP require the AP to have increased power (the ability to overcome at least the inertia force), the application will use the "start AP on the move" mode (the vehicle starts to move on electric traction, start TD occurs during the movement of the TS) energetically, as well as due to the limited capacity of the NE, it is impractical, especially on vehicles with TD of low specific power or with TD, characterized by a sufficiently long preliminary heat-up time necessary for removal and the TD on the thermal regime, ensuring the generation of sufficient energy for the movement of the vehicle. This mode, in the claimed vehicle, is possible, but will not be considered in the light of the foregoing (the operation of the vehicle and the GCS in the "start-up" mode is clear to the specialist from the attached drawings and the description given).
2. Режим генерации электроэнергии при неподвижном ТС («Старт-Старт» режим).2. Power generation mode with a stationary vehicle ("Start-Start" mode).
На валу ЭМ, работающей в режиме электрогенератора, далее ЭГ, создается момент сопротивления вращению (тормозной момент ЭГ), величина которого увеличивается в прямой пропорциональной зависимости от величины амплитуды активной составляющей тока, отдаваемого в электрическую сеть ТС. Нагружение второй полумуфты упомянутым выше тормозным моментом ЭГ, вектор которого направлен в противоположную, относительно направления вращения первой полумуфты, сторону, способствуют подтормаживанию второй полумуфты ОМ, относительно первой полумуфты ОМ, и, как следствие, к расцеплению полумуфт ОМ - работа ГСУ в режиме ЭГ, во время простоя ТС при работающем ТД и при применении нереверсируемой ОМ, невозможна. Последнее снижает энергетическую эффективность сухопутных ТС с ГСУ и, практически, исключает возможность использования ГСУ на водном транспорте (полное отсутствие возможности рекуперации энергии торможения ТС, время заряда НЭ ограничено, преимущественно, временем работы ТД при избытке мощности ТД и величиной зарядной емкости НЭ).On the shaft of an EM operating in an electric generator mode, hereinafter referred to as an EG, a moment of resistance to rotation (braking moment of an EG) is created, the magnitude of which increases in direct proportion to the magnitude of the amplitude of the active component of the current delivered to the electrical network of the vehicle. The loading of the second coupling half with the above mentioned EG braking torque, the vector of which is directed in the opposite direction relative to the direction of rotation of the first coupling half, helps to slow down the second coupling half OM, relative to the first coupling half OM, and, as a consequence, to disengage the coupling half OM - operation of the GSU in EG mode, during vehicle downtime with a working TD and when using non-reversible OM, it is impossible. The latter reduces the energy efficiency of land vehicles with GSU and, virtually, eliminates the possibility of using GSU in water transport (complete lack of the ability to recover the braking energy of the vehicle, the charge time of the battery is limited, mainly, the battery’s operating time with excess power of the fuel tank and the value of the charging capacity of the electric tank).
Вариант дополнительный 1.Option additional 1.
Указанный недостаток легко устраним применением в альтернаторе ГСУ заявляемого ТС реверсивной ОМ, содержащей в своем составе механизм реверса, обеспечивающий возможность изменения предустановки направления передачи усилия ОМ. Примерами реализации такой муфты являются известные, в частности, из патентов RU 2298711, 6МПК F16D 41/08, F16H 3/44, F16H 29/12, F16H 31/00, публ. 10.05.2007, RU 2353836, 6МПК F16D 41/08, F16H 3/44, F16H 31/00, публ. 27.04.2009 содержащие первую и вторую полумуфты обгонные муфты, выполненные с возможностью передачи больших моментов вращения, частых переключений и реверса. При этом указанные муфты дополнительно характеризуются тем, что в роли ведущей полумуфты может быть как первая, так и вторая полумуфты. Описание решений по патентам RU 2298711, RU 2353836, чтобы не загромождать описание, не показаны.This drawback can be easily eliminated by using the inventive vehicle of the inventive vehicle with a reversible OM, which includes a reverse mechanism that provides the ability to change the preset direction of transmission of the OM force. Examples of the implementation of such a coupling are known, in particular, from patents RU 2298711, 6MPK F16D 41/08, F16H 3/44, F16H 29/12, F16H 31/00, publ. 05/10/2007, RU 2353836, 6MPK F16D 41/08, F16H 3/44, F16H 31/00, publ. 04/27/2009 overrunning clutches containing the first and second half couplings, made with the possibility of transmitting large moments of rotation, frequent switching and reverse. Moreover, these couplings are additionally characterized by the fact that in the role of the leading coupling half can be both the first and second coupling halves. Description of solutions for patents RU 2298711, RU 2353836, so as not to clutter up the description, not shown.
Продолжим рассмотрение работы ГСУ в режиме генерации электроэнергии при неподвижном ТС на примере одинарной одностороннего действия роликовой обгонной муфты, но, в отличие от предыдущего режима, реверсированной, см. Фиг. 5.We will continue to consider the operation of the gas generator in the power generation mode with a stationary vehicle using the example of a single unilateral action of a freewheel, but, unlike the previous mode, reversed, see FIG. 5.
Вращение «по часовой стрелке» вала ТД (водила ПМ), при заторможенной коронной шестерне, приводит к перемещению сателлитов «по часовой стрелке» и одновременному их вращению «против часовой стрелки», что, в свою очередь, приводит к вращению солнечной шестерни «по часовой стрелке».The clockwise rotation of the TD shaft (carrier PM), when the crown gear is inhibited, leads to the movement of the satellites “clockwise” and their simultaneous rotation “counterclockwise”, which, in turn, leads to the rotation of the sun gear “in clockwise. "
Вращение первой полумуфты реверсированной ОМ «по часовой стрелке» приводит к смещению тел качения в узкую часть клиновых полостей ОМ и прихвату второй полумуфты. На валу ЭГ, как упоминалось выше, создается момент сопротивления вращению, величина которого увеличивается в прямой пропорциональной зависимости от электрической мощности, отдаваемой в электрическую сеть ТС. Указанный тормозной момент способствует фиксации первой и второй полумуфт, что приводит к выравниванию угловых скоростей солнечной шестерни ПМ и вала ЭГ и передаче развиваемой ТД энергии, опосредованной ПМ, валу ЭГ. ЭГ обеспечивает заряд НЭ. Исходя из располагаемой мощности ТД в режиме простоя ТС, а также из электрических характеристик НЭ, ТС, в данном режиме, предпочтительно, выполнить снабженным ионисторным (конденсаторным) НЭ.The rotation of the first half-coupling of the reversed OM "clockwise" leads to the displacement of the rolling bodies in the narrow part of the wedge cavities of the OM and the seizure of the second half-coupling. On the EG shaft, as mentioned above, a moment of resistance to rotation is created, the value of which increases in direct proportion to the electrical power supplied to the electrical network of the vehicle. The specified braking moment contributes to the fixation of the first and second coupling halves, which leads to the alignment of the angular velocities of the PM sun gear and the EG shaft and the transfer of the developed TD energy mediated by the PM to the EG shaft. EG provides a charge of NE. Based on the available power of the AP in the idle mode of the vehicle, as well as the electrical characteristics of the NE, the TC, in this mode, it is preferable to perform equipped with an ionistor (capacitor) NE.
3. Режим разгона ТС при исправных ТД и ЭД, см. Фиг. 1 и Фиг. 6:3. Vehicle acceleration mode with operational TD and ED, see Fig. 1 and FIG. 6:
При растормаживании коронной шестерни (механизм тормоза не показан, как вариант, это может быть штатная тормозная система ТС), коронная шестерня получает возможность вращения.When releasing the ring gear (the brake mechanism is not shown, as an option, it may be a standard brake system of the vehicle), the ring gear gets the possibility of rotation.
В начальный момент времени ЭД располагает большим крутящим моментом, по сравнению с ТД. Указанное ведет к опережающему вращению второй полумуфты ОМ, относительно первой полумуфты ОМ, к смещению тел качения в узкую часть клиновых полостей, к прихвату полумуфт и к передаче вращающего момента от ЭД к солнечной шестерне ПМ. ПМ относится к статически неопределенным редукторам, взаимное положение составляющих его звеньев и передаточные отношения между ними зависят от соотношения угловых скоростей звеньев. При выравнивании угловых скоростей вращения валов ЭД (солнечной шестерни) и ТД (водила ПМ) сателлиты прекращают вращение вокруг своих геометрических осей вращения, а крутящие моменты ЭД и ТД суммируются, полнота передачи зависит от конструктивных особенностей ОМ, передаваясь коронной шесте ПМ.At the initial time, the ED has a large torque compared to the TD. The above leads to the leading rotation of the second half coupling OM, relative to the first half coupling OM, to the displacement of the rolling elements in the narrow part of the wedge cavities, to the gripping of the half coupling and to the transmission of torque from the electric motor to the sun gear PM. PM refers to statically indefinite gearboxes, the relative position of the links constituting it and the gear ratios between them depend on the ratio of the angular velocities of the links. When aligning the angular speeds of rotation of the shafts of the ED (sun gear) and the TD (carrier PM), the satellites stop rotating around their geometric axes of rotation, and the torques of the ED and TD are summed up, the completeness of transmission depends on the design features of the OM, transmitted to the PM crown pole.
Опережающее, относительно вала ЭД, вращение водила ПМ (вала ТД) ведет к опережающему вращению первой полумуфты ОМ, относительно второй полумуфты ОМ, к смещению тел качения в широкую часть клиновых полостей, к расфиксации полумуфт ОМ и прекращению передачи вращающего момента от вала ЭД (время переключения ОМ в режим обгона зависит от ее конструктивных особенностей). Разгруженная солнечная шестерня увеличивает скорость вращения в направлении «по часовой стрелке», что способствует удержанию первой и второй полумуфт ОМ в расцепленном состоянии. При этом величина вращающего момента, который может быть передан коронной шестерне ПМ от вала ТД (водила ПМ), ограничена моментом сопротивления вращению солнечной шестерни ПМ. ЭМ должна быть переведена или в режим электромагнитного тормоза (энергопотребления) или в режим генератора. Мощности ЭД и ТД, которые могут быть использованы в ТС с альтернатором согласно Фиг. 1, ограничены точкой пересечения, см. Фиг. 6, их внешних скоростных характеристик. Для более эффективного использования мощностных резервов ТД, а также исходя из того, что запасы энергии в НЭ ограничены и совместная работа ЭД и ТД ограничена по времени, альтернатор ТС, в предпочтительном варианте, должен быть выполнен снабженным фрикционной муфтой, выполненной с возможностью торможения солнечной шестерни ПМ.The leading rotation of the carrier PM (TD shaft) relative to the ED shaft leads to the leading rotation of the first OM half coupling, relative to the second OM half coupling, to the displacement of the rolling bodies to a wide part of the wedge cavities, to the OM half couplings being released and the torque transmission from the ED shaft is stopped (time switching OM into the overtaking mode depends on its design features). The unloaded sun gear increases the rotation speed in the “clockwise” direction, which helps to keep the first and second coupling halves of the OM in the disengaged state. Moreover, the magnitude of the torque that can be transmitted to the PM gear ring from the TD shaft (carrier PM) is limited by the moment of resistance to rotation of the PM sun gear. EM must be switched either to electromagnetic brake mode (power consumption) or to generator mode. The power of ED and TD, which can be used in vehicles with an alternator according to FIG. 1 are limited by the intersection point, see FIG. 6, their external speed characteristics. For more efficient use of the power reserves of the AP, as well as the fact that the energy reserves in the NE are limited and the joint work of the ED and the AP is limited in time, the TS alternator, in the preferred embodiment, should be equipped with a friction clutch configured to brake the sun gear PM.
4. Режим разгона ТС при обесточенном ЭД:4. Vehicle acceleration mode with de-energized ED:
Указанный режим возможен, в частности, при исчерпании запасов энергии в НЭ. Обесточивание обмотки ЭД равносильно превращению его ротора в инерционную массу, момент сопротивления вращению которой много меньше момента сопротивления движению ТС, приложенного к коронной шестерне ПМ. Вращение водила ПМ «по часовой стрелке», при нагруженной моментом сопротивления движению ТС коронной шестерне и разгруженной солнечной шестерне, приводит к вращению сателлита, относительно его геометрической оси вращения, «против часовой стрелки», а солнечной шестерни в направлении «по часовой стрелке», что способствует расцеплению первой и второй полумуфт ОМ. Величина вращающего момента, который может быть передан коронной шестерне ПМ от вала ТД (водила ПМ), ограничена моментом сопротивления вращению солнечной шестерни ПМ. Для обеспечения возможности передачи коронной шестерне ПМ всей располагаемой ТД мощности солнечная шестерня должна быть выполнена с возможностью блокирования ее вращения. Указанное обеспечивается введением в состав альтернатора фрикционной муфты, выполненной с возможностью торможения солнечной шестерни, см. Фиг. 2.The specified mode is possible, in particular, with the exhaustion of energy reserves in the NE. De-energizing the winding of the electric motor is equivalent to turning its rotor into an inertial mass, the moment of resistance to rotation of which is much less than the moment of resistance to the movement of the vehicle applied to the PM ring gear. The rotation of the carrier PM “clockwise”, when the crown gear is loaded with the moment of resistance to the vehicle’s movement and the sun gear unloaded, the satellite rotates “counterclockwise” relative to its geometric axis of rotation, and the sun gear rotates “clockwise”, which contributes to the disengagement of the first and second coupling halves OM. The magnitude of the torque that can be transmitted to the PM gear ring from the TD shaft (carrier PM) is limited by the moment of resistance to rotation of the PM sun gear. To ensure that the PM gear ring gear can transmit all the power available to the AP, the sun gear must be able to block its rotation. This is provided by introducing into the composition of the alternator a friction clutch configured to brake the sun gear, see FIG. 2.
В случае фиксации солнечной шестерни, вращение водила ПМ «по часовой стрелке», ведет к проворачиванию сателлитов, относительно их геометрических осей вращения, также «по часовой стрелке» и, соответственно, к вращению коронной шестерни «по часовой стрелке».In the case of fixing the sun gear, the rotation of the PM carrier “clockwise” leads to the rotation of the satellites relative to their geometric axis of rotation, also “clockwise” and, accordingly, to the rotation of the ring gear “clockwise”.
5. Режим разгона ТС при неработающем ТД:5. Vehicle acceleration mode with a non-working TD:
В данном режиме ТД остановлен, водило ПМ нагружено моментом сопротивления вращению цилиндро-поршневой группы ТД. При этом момент сопротивления вращению неработающего ТД может быть принудительно увеличен применением, например, любой из известных из уровня техники управляемых заглушек, установленной в выпускном тракте ТД.In this mode, the TD is stopped, the PM carrier is loaded with the moment of resistance to rotation of the TD cylinder-piston group. In this case, the rotation resistance moment of the idle TD can be forcibly increased by using, for example, any of the controlled plugs known from the prior art installed in the TD exhaust duct.
Вращение солнечной шестерни ПМ «против часовой стрелки» ведет к вращению сателлитов вокруг их геометрических осей вращения «по часовой стрелке» и, соответственно, к вращению коронной шестерни ПМ «по часовой стрелке». Возможность реверсирования синхронного ЭД из уровня техники известна, но вот передача вращающего момента от вала ЭД солнечной шестерне возможна только при использовании реверсированной ОМ, упомянутой выше в описании режима генерации электроэнергии при неподвижном ТС.The rotation of the PM sun gear “counterclockwise” leads to the rotation of the satellites around their geometric rotation axes “clockwise” and, accordingly, to the rotation of the PM ring gear “clockwise”. The possibility of reversing the synchronous ED from the prior art is known, but the transmission of torque from the ED shaft to the sun gear is possible only when using the reversed OM, mentioned above in the description of the mode of generating electricity when the vehicle is stationary.
Вариант дополнительный 2.
Таким образом, улучшенный вариант изобретения может быть реализован в ТС, ГСУ которого снабжена фрикционной муфтой, выполненной с возможностью торможения солнечной шестерни ПМ, а ОМ выполнена с возможностью ее принудительного реверсирования.Thus, an improved embodiment of the invention can be implemented in a vehicle, the GCU of which is equipped with a friction clutch configured to brake the sun gear PM, and OM is made with the possibility of its forced reversal.
Работа ГСУ с применением реверсируемой ОМ, понятна из описаний приведенных выше режимов, дополнительные комментарии следуют ниже.The operation of the GSO using reversible OM is understandable from the descriptions of the above modes, additional comments follow below.
В качестве фрикционной муфты в составе ГСУ может быть использована любая из известных из уровня техники фрикционных муфт, но предпочтительно использование дисковой муфты, содержащей диск и суппорт, снабженный управляемым фрикционным механизмом, далее фрикционом. Диск фрикционной муфты выполнен, преимущественно, из железосодержащего материала, кинематически, с возможностью передачи тормозящего момента, соединенным с солнечной шестерней ПМ альтернатора. При этом диск фрикционной муфты может быть выполнен снабженным известными из уровня техники гасителем крутильных колебаний и/или фрикционными накладками. Суппорт фрикционной муфты выполнен неподвижно соединенным с корпусом альтернатора. Суппорт и фрикцион выполнены и установлены с возможностью плавного торможения, плавного растормаживания и удержания в неподвижном состоянии диска фрикционной муфты.As a friction clutch in the GCU, any of the friction clutches known in the art can be used, but it is preferable to use a disk clutch containing a disk and a caliper equipped with a controlled friction mechanism, then a friction clutch. The friction clutch disc is made predominantly of iron-containing material kinematically, with the possibility of transmitting braking torque, connected to the PM alternator sun gear. In this case, the friction clutch disc can be made equipped with a torsional vibration damper and / or friction pads known from the prior art. The friction clutch support is made motionlessly connected to the alternator housing. The caliper and friction clutch are made and installed with the possibility of smooth braking, smooth braking and keeping the friction clutch disc in a stationary state.
Работа ГСУ, в случае применения в составе ее альтернатора фрикционной муфты, происходит следующим образом:The operation of the GSU, if a friction clutch is used as part of its alternator, occurs as follows:
Как было показано в описаниях «режима разгона ТС при исправных ТД и ЭД» и «режима разгона ТС при обесточенном ЭД» блокировка вращения солнечной шестерни ПМ обеспечивает полную передачу вращающего момента, развиваемого на валу ТД (водиле ПМ) коронной шестерне ПМ. При этом в описаниях «режима разгона ТС при обесточенном ЭД» было упомянуто, что величина вращающего момента, который может быть передан коронной шестерне ПМ от вала ТД (водила ПМ), ограничена моментом сопротивления вращению солнечной шестерни ПМ. Последнее позволяет отказаться от применения в составе ТД, применяемого на заявляемом ТС, фрикционного механизма сцепления, который может быть заменен расположенной в составе альтернатора совокупностью ПМ и описанной выше фрикционной муфты. Указанное обеспечивает движение и управление ТС при использовании исключительно энергии ТД (и мускульной силы человека для управления фрикционом) при поврежденном ЭД и/или разряженном НЭ. Кроме того, описываемая фрикционная муфта характеризуется малой, относительно инерционной массы вращения широко применяемых на транспорте механизмов сцепления, инерционной массой вращения диска, что улучшает динамику ТС и повышает его экономичность.As it was shown in the descriptions of the “vehicle acceleration mode with operational TD and ED” and “vehicle acceleration mode with de-energized electric motor”, the PM sun gear rotation lock provides complete transmission of the torque developed on the TD shaft (PM carrier) to the PM ring gear. Moreover, in the descriptions of the “vehicle acceleration mode with de-energized electric motor” it was mentioned that the magnitude of the torque that can be transmitted to the PM ring gear from the TD shaft (carrier PM) is limited by the moment of resistance to rotation of the PM sun gear. The latter allows you to abandon the use in the composition of the TD used on the claimed vehicle, the friction clutch mechanism, which can be replaced by the PM set located in the alternator and the friction clutch described above. The specified provides the movement and control of the vehicle when using exclusively the energy of the AP (and the muscular strength of a person to control the friction) with damaged ED and / or discharged NE. In addition, the described friction clutch is characterized by a small relative to the inertial mass of rotation of the clutch mechanisms widely used in transport, the inertial mass of rotation of the disk, which improves the dynamics of the vehicle and increases its efficiency.
Вращение коронной шестерни, опосредованное трансмиссией ТС, передается рабочим органам ТС, которые и приводят ТС в движение.The rotation of the ring gear, mediated by the transmission of the vehicle, is transmitted to the working bodies of the vehicle, which set the vehicle in motion.
Процессы, происходящие в ГСУ на режиме равномерного движения ТС на ЭД, при остановленном ТД, идентичны приведенным выше процессам, характерным для режима разгона на ЭД. Длительность процесса равномерного движения ТС на электротяге зависит от состояния НЭ и условий движения ТС. Процессы, происходящие в ГСУ на режиме равномерного движения ТС на ТД, при остановленном ЭД, идентичны приведенным выше процессам, характерным для режима разгона на ТД. Длительность процесса равномерного движения ТС на тяге от ТД зависит от емкости топливного бака и условий движения ТС; при имеющемся на настоящий момент времени уровне развития электронакопительной техники вероятная длительность движения ТС на ТД больше вероятностной длительности движения ТС на электротяге.The processes occurring in the GMS in the mode of uniform movement of the vehicle on the ED, when the TD is stopped, are identical to the above processes, characteristic of the acceleration mode on the ED. The duration of the process of uniform movement of the vehicle on electric traction depends on the state of the NE and the conditions of movement of the vehicle. The processes occurring in the GMS in the mode of uniform movement of the vehicle on the TD, with the ED stopped, are identical to the above processes typical of the acceleration mode on the TD. The duration of the process of uniform movement of the vehicle on traction from the AP depends on the capacity of the fuel tank and the conditions of movement of the vehicle; at the current level of development of electron-accumulating equipment, the probable duration of the vehicle’s movement on the AP is greater than the probabilistic duration of the vehicle’s motion on electric traction.
6. Режим равномерного движения ТС при избытке мощности ТД, при наличии исправных ЭМ и НЭ:6. The mode of uniform movement of the vehicle with an excess of power TD, in the presence of serviceable EM and NE:
На данном режиме просматриваются три ситуации - когда величина угловой скорости вращения водила больше величины угловой скорости вращения коронной шестерни, когда величина угловой скорости вращения водила равна величине угловой скорости вращения коронной шестерни и когда величина угловой скорости вращения водила меньше величины угловой скорости вращения коронной шестерни (последняя ситуация - режим движения накатом или под горку).In this mode, three situations are observed: when the value of the angular rotation speed of the carrier is greater than the value of the angular velocity of rotation of the ring gear, when the value of the angular velocity of rotation of the carrier is equal to the value of the angular velocity of rotation of the ring gear and when the value of the angular velocity of rotation is lower than the angular velocity of rotation of the ring gear (the latter situation - coastal or downhill mode).
В случае, если величина угловой скорости вращения водила ПМ равна величине угловой скорости вращения коронной шестерни ПМ: водило вращается «по часовой стрелке», коронная шестерня вращается «по часовой стрелке», солнечная шестерня вращается также «по часовой стрелке» и с угловой скоростью вращения, величина которой равна величинам угловых скоростей вращения водила и коронной шестерни. В случае, если величина угловой скорости вращения водила ПМ больше величины угловой скорости вращения коронной шестерни ПМ: водило вращается «по часовой стрелке», коронная шестерня также вращается «по часовой стрелке». Сателлиты получают вращение вокруг своих геометрических осей вращения в направлении «против часовой стрелки», что увеличивает величину угловой скорости вращения солнечной шестерни (вала ЭМ).If the angular velocity of rotation of the carrier PM is equal to the angular velocity of rotation of the PM crown gear: the carrier rotates “clockwise”, the ring gear rotates “clockwise”, the sun gear also rotates “clockwise” and with the angular rotation speed , the value of which is equal to the values of the angular velocities of rotation of the carrier and the ring gear. If the value of the angular velocity of rotation of the carrier PM is greater than the value of the angular velocity of rotation of the PM crown gear: the carrier rotates “clockwise”, the ring gear also rotates “clockwise”. Satellites receive rotation around their geometric axis of rotation in the counterclockwise direction, which increases the angular velocity of rotation of the sun gear (EM shaft).
Наличие реверсируемой ОМ, переключенной в положение, характерное для «Старт-Старт» режима (описано выше) обеспечивает вращение вала ЭМ и перевод ее в режим ЭГ. В первом случае - реализуемый на коронной шестерне ПМ крутящий момент равен разности между крутящим моментом, развиваемым на валу ТД, и моментом сопротивления вращению солнечной шестерни, величина которого прямо пропорциональна величине амплитуды генерируемого ЭМ тока. Во втором случае - избыточная мощность, реализуемая ТД на водиле ПМ, передается на солнечную шестерню ПМ и далее на вал ЭМ. Реализуемый на коронной шестерне ПМ крутящий момент равен разности между крутящим моментом, развиваемым на валу ТД, и моментом сопротивления вращению солнечной шестерни, с учетом передаточного отношения ПМ, величина которого прямо пропорциональна величине амплитуды генерируемого ЭМ тока.The presence of a reversible OM switched to a position characteristic of the "Start-Start" mode (described above) ensures the rotation of the EM shaft and its transfer to the EG mode. In the first case, the torque realized on the PM gear ring is equal to the difference between the torque developed on the TD shaft and the moment of resistance to rotation of the sun gear, the magnitude of which is directly proportional to the amplitude of the generated EM current. In the second case, the excess power sold by the AP on the PM carrier is transmitted to the PM sun gear and then to the EM shaft. The torque realized on the PM gear ring is equal to the difference between the torque developed on the TD shaft and the moment of resistance to rotation of the sun gear, taking into account the PM gear ratio, the magnitude of which is directly proportional to the amplitude of the generated EM current.
Исходя из располагаемой мощности ТД, а также из электрических характеристик НЭ, ТС, в данном режиме, предпочтительно, выполнить снабженным электрохимическим НЭ.Based on the available power of the AP, as well as the electrical characteristics of the NE, TC, in this mode, it is preferable to perform equipped with an electrochemical NE.
В случае полного заряда НЭ ЭМ, с целью уменьшения вращающихся инерционных масс ТС, может быть отключена, а фрикционная муфта переведена в положение замкнуто. При этом ОМ может быть переведена в положение, характерное для режима «Запуск ТД», а дополнительная муфта (будет показана ниже) может быть переведена в положение разомкнуто.In the case of a full charge of the NE EM, in order to reduce the rotating inertial masses of the vehicle, it can be disconnected, and the friction clutch is moved to the closed position. In this case, the OM can be transferred to the position characteristic of the TD Launch mode, and the additional coupling (to be shown below) can be moved to the open position.
7. Режим движения ТС «под горку»:7. Vehicle driving mode “downhill”:
В случае если до начала наступления данного режима ТС двигалось на тяге ТД при заторможенной солнечной шестерне ПМ, увеличение угловой скорости вращения коронной шестерни ПМ в направлении «по часовой стрелке» ведет к увеличению угловой скорости вращения водила ПМ в направлении «по часовой стрелке», которая ограничена опосредованным ПМ моментом сопротивления вращению вала ТД (зависит от заданного ТД режима). В случае если до начала наступления данного режима ТС двигалось на совместной тяге ТД и ЭД, увеличение угловой скорости вращения коронной шестерни ПМ в направлении «по часовой стрелке» ведет к уменьшению угловой скорости вращения солнечной шестерни ПМ в направлении «по часовой стрелке», а в ряде случаев и к реверсированию направления вращения солнечной шестерни (инерционная масса ротора ЭМ будет дополнительно нагружать детали ПМ). Уменьшение угловой скорости вращения солнечной шестерни способствует удержанию полумуфт ОМ в сцепленном состоянии - вал ЭД нагружается синфазным, опосредованным ПМ, вращающим моментом скатывающегося с горки ТС; Реверсирование направления вращения солнечной шестерни или обесточивание ЭД ведет к расцеплению полумуфт ОМ и разгрузке солнечной шестерни. Нежелательное ускорение ТС может быть предотвращено блокированием солнечной шестерни ПМ фрикционной муфтой (если это не было осуществлено ранее) и приведением в действие штатной тормозной системы ТС.If, prior to the onset of this regime, the vehicle moved on the TD traction with the PM sun gear inhibited, an increase in the angular speed of rotation of the PM ring gear in the clockwise direction leads to an increase in the angular velocity of the PM carrier in the “clockwise” direction, which it is limited by the PM moment of resistance to rotation of the TD shaft (mediated by the PM mode). In the event that prior to the onset of this regime, the vehicle moved on the TD and ED joint thrust, an increase in the angular velocity of rotation of the PM gear ring in the “clockwise” direction leads to a decrease in the angular velocity of rotation of the PM gear of the sun gear in the “clockwise” direction, and in in a number of cases, and to reversing the direction of rotation of the sun gear (the inertial mass of the EM rotor will additionally load PM parts). Reducing the angular speed of rotation of the sun gear helps to keep the OM half couplings in an engaged state - the ED shaft is loaded in-phase, mediated by PM, the torque of the vehicle rolling downhill; Reversing the direction of rotation of the sun gear or de-energizing the electric drive leads to the disengagement of the coupling halves OM and unloading the sun gear. Undesired vehicle acceleration can be prevented by blocking the PM sun gear by a friction clutch (if this has not been done before) and by activating the vehicle’s standard braking system.
Перед длительным спуском ОМ может быть заблаговременно реверсирована (переведена на режим «Старт-Старт») а ЭМ, в начале спуска, переведена в режим ЭГ.Before a long descent, the OM can be reversed in advance (transferred to the Start-Start mode) and the EM, at the beginning of the descent, is transferred to the EG mode.
8. Режим торможения ТС «двигателем»:8. The braking mode of the vehicle "engine":
В случае если до начала наступления данного режима ТС двигалось на тяге ТД при заторможенной солнечной шестерне ПМ, в ГСУ происходят те же процессы, что и на режиме движения ТС «под горку». В случае если до начала наступления данного режима ТС двигалось на совместной тяге ТД и ЭД, уменьшение угловых скоростей вращения водила (вала ТД) и солнечной шестерни ПМ (вала ЭД) ведет к нагружению вала ЭД синфазным, опосредованным ПМ, вращающим моментом инерции движения ТС, обесточивание ЭД ведет к расцеплению полумуфт ОМ и разгрузке солнечной шестерни. Нежелательное ускорение ТС может быть предотвращено, преимущественно, приведением в действие штатной тормозной системы ТС.If, before the onset of this regime, the vehicle was moving on the draft of the TD with the PM sun gear inhibited, the same processes occur in the GSU as in the mode of movement of the vehicle “downhill”. If, prior to the onset of this regime, the vehicle moved on the joint traction of the TD and the ED, a decrease in the angular velocity of rotation of the carrier (shaft of the TD) and the sun gear of the PM (shaft of the ED) leads to the loading of the ED shaft in-phase, mediated by the PM, the moment of inertia of the vehicle, de-energization of the ED leads to the disengagement of the OM coupling halves and the unloading of the sun gear. Undesirable acceleration of the vehicle can be prevented, mainly, by activating the standard brake system of the vehicle.
9. Режим стоянки ТС:9. Vehicle parking mode:
Удержание ТС на месте при работающем ТД обеспечивается штатной тормозной системой. При заглушенном ТД удержание ТС на месте обеспечивается, в том числе, торможением солнечной шестерни ПМ посредством фрикционной муфты и отключением ЭМ от НЭ.Keeping the vehicle in place while the AP is running is provided by the standard braking system. When the TD is muffled, vehicle retention in place is ensured, inter alia, by braking the PM sun gear by means of a friction clutch and by disconnecting the EM from the NE.
10. Режим буксировки ТС:10. Vehicle towing mode:
При неработающем ТД вращение коронной шестерни «по часовой стрелке» приводит к вращению сателлитов ПМ, вокруг их геометрических осей вращения, «по часовой стрелке», а солнечной шестерни ПМ «против часовой стрелки». Нахождение ОМ в положении, характерном для «Старт-Старт» режима (описано выше) обеспечивает сцепление полумуфт ОМ и работу ЭМ в режиме ЭГ. Нахождение ОМ в положении, характерном для режима «Запуск ТД» (описано выше) обеспечивает расцепление полумуфт ОМ и исключение из кинематической схемы ГСУ ротора ЭМ - который в данном режиме является паразитной инерционной массой.When the TD is idle, the rotation of the ring gear “clockwise” leads to the rotation of the PM satellites around their geometric axis of rotation, “clockwise”, and the sun gear PM “counterclockwise”. The presence of OM in the position characteristic of the "Start-Start" mode (described above) provides the coupling of the OM coupling halves and the operation of the EM in the EG mode. The presence of OM in the position characteristic of the “Launch TD” mode (described above) ensures the release of the OM half couplings and the exclusion of the EM rotor from the kinematic circuit of the GCU — which in this mode is a parasitic inertial mass.
При работающем ТД вращение коронной шестерни «по часовой стрелке» приводит:With a working TD, the rotation of the ring gear “clockwise” results in:
- при равенстве угловых скоростей вращения коронной шестерни и водила ПМ, к вращению солнечной шестерни ПМ «по часовой стрелке» с угловой скоростью вращения величина которой равна величине угловой скорости вращения коронной шестерни и водила ПМ;- if the angular speeds of rotation of the ring gear and the carrier PM are equal, to rotate the sun gear of the PM “clockwise” with an angular speed of rotation, the value of which is equal to the value of the angular velocity of rotation of the ring gear and the carrier PM;
- в случае если величина угловой скорости вращения коронной шестерни ПМ больше величины угловой скорости вращения водила ПМ, к вращению солнечной шестерни «против часовой стрелки»;- if the angular velocity of rotation of the PM ring gear is greater than the angular velocity of the carrier PM, the rotation of the sun gear “counterclockwise”;
- в случае если величина угловой скорости вращения коронной шестерни ПМ меньше величины угловой скорости вращения водила ПМ, к вращению солнечной шестерни «по часовой стрелке».- if the magnitude of the angular velocity of rotation of the PM ring gear is less than the magnitude of the angular velocity of the carrier PM, to rotate the sun gear “clockwise”.
При этом в последнем и предпоследнем случаях величина угловой скорости вращения солнечной шестерни будет отличаться от величин угловых скоростей вращения водила и коронной шестерни ПМ.In this case, in the last and penultimate cases, the magnitude of the angular velocity of rotation of the sun gear will differ from the values of the angular velocities of rotation of the carrier and the crown gear PM.
Таким образом, буксировка ТС с работающим ТД требует или установки ограничительных рамок для угловых скоростей вращения вала ТД и скоростей буксировки, или применения дополнительной, нормально замкнутой муфты, установленной с возможностью кинематического разъединения солнечной шестерни и ОМ, по меньшей мере, на период буксировки ТС.Thus, towing a vehicle with a working TD requires either setting the limits for the angular rotational speeds of the TD shaft and towing speeds, or using an additional normally closed coupling installed with the possibility of kinematic separation of the sun gear and the OM, at least for the period of towing the vehicle.
Вариант дополнительный 3.Option additional 3.
Вариантом реализации изобретения может быть ТС, альтернатор которого, помимо фрикционной муфты, выполненной с возможностью торможения солнечной шестерни ПМ, помимо ОМ, выполненной с возможностью ее принудительного реверсирования, снабжен дополнительной нормально замкнутой муфтой, выполненной и установленной с возможностью кинематического разъединения солнечной шестерни и ОМ, по меньшей мере, на период буксировки ТС, см. Фиг. 3. Дополнительная муфта может быть выполнена зубчатой или зубчато-фрикционной или фрикционной (на чертеже Фиг. 3, исключительно для наглядности, изображена конусная односторонняя фрикционная муфта). Работа ТС, в данном варианте, ясна из рисунка и ниже следующего дополнения: Во всех описанных выше режимах, кроме буксировки, дополнительная муфта выполнена и установлена с образованием кинематической, с возможностью передачи вращения, связи между солнечной шестерней ПМ или диском фрикционной муфты и первой полумуфтой ОМ. В режиме буксировки ТС с работающим ТД дополнительная муфта выполнена и установлена с возможностью кинематического разъединения солнечной шестерни ПМ или диска первой фрикционной муфты и первой полумуфты ОМ, по меньшей мере, на период буксировки ТС.An embodiment of the invention may be a vehicle, the alternator of which, in addition to the friction clutch made with the possibility of braking the PM sun gear, in addition to the OM made with the possibility of its forced reversal, is equipped with an additional normally closed clutch made and installed with the possibility of kinematic separation of the sun gear and the OM, at least for the period of towing the vehicle, see FIG. 3. The additional coupling can be made gear or gear-friction or friction (in the drawing of Fig. 3, for clarity, shows a conical one-way friction clutch). The operation of the vehicle, in this embodiment, is clear from the figure and below of the following supplement: In all the modes described above, except for towing, the additional coupling is made and installed with the formation of a kinematic, with the possibility of transmitting rotation, communication between the PM sun gear or friction clutch disc and the first coupling half OM In the towing mode of the vehicle with the working TD, the additional coupling is made and installed with the possibility of kinematic separation of the sun gear PM or the disk of the first friction clutch and the first coupling half OM, at least for the period of towing the vehicle.
При этом, под зубчатой муфтой заявитель подразумевает любое устройство кинематического сопряжения двух вращающихся деталей, осуществляющее передачу вращающего момента посредством взаимосогласованного расположения выступов и рельефов, сформированных на сопрягаемых деталях. Под зубчато-фрикционной муфтой заявитель подразумевает любое устройство кинематического сопряжения двух вращающихся деталей, осуществляющее, во включенном состоянии, передачу вращающего момента посредством взаимосогласованного расположения выступов и рельефов, сформированных на сопрягаемых деталях, а в период, предшествующий включению, осуществляющее выравнивание угловых скоростей вращения сопрягаемых деталей. Наглядным примером зубчато-фрикционной муфты являются синхронизаторы, широко применяемые в коробках перемены передач современных автомобилей.At the same time, under the gear clutch, the applicant means any device for the kinematic coupling of two rotating parts, transmitting torque through a mutually agreed arrangement of protrusions and reliefs formed on the mating parts. By a gear-friction clutch, the applicant means any device for kinematic coupling of two rotating parts, which, when turned on, transmits torque through the mutually agreed arrangement of protrusions and reliefs formed on the mating parts, and in the period prior to switching on, aligns the angular rotational speeds of the mating parts . A good example of a gear-friction clutch are synchronizers, widely used in gearboxes of modern cars.
Применение дополнительной муфты позволяет кинематически разъединять ТД и ЭМ не только на режиме буксировки ТС, но и облегчает переключение ОМ из режима «Запуск ТД» на режим «Старт-Старт» и обратно. При этом, в ряде случаев, дополнительная муфта может быть выполнена установленной в кинематической цепи между ОМ и ЭМ.The use of an additional clutch allows you to kinematically separate the AP and EM, not only in the towing mode of the vehicle, but also facilitates the switchover of the OM from the "Start AP" mode to the "Start-Start" mode and vice versa. In this case, in some cases, an additional coupling can be made installed in the kinematic chain between OM and EM.
Исходя из электрических характеристик накопителей, электрических характеристик электрических цепей, посредством которых накопители соединены с потребителями энергии, а также из располагаемой мощности ТД для гибридных силовых установок предпочтительно использование совокупности разного рода накопителей, а именно и ионисторов, и электрохимических аккумуляторов. Накопители электрической энергии конденсаторного типа, на текущий момент времени, способны отдать потребителю от 7 до 80 вт час/кг и полностью зарядиться в течение достаточно короткого времени (минуты) - режим «Старт-старт»; накопители электрической энергии электрохимического типа способны отдать потребителю около 1 квт час/кг, но требуют длительного времени заряда (часы) током ограниченной амплитуды - режим движения ТС при ограниченной скорости и избытке мощности ТД.Based on the electrical characteristics of the drives, the electrical characteristics of the electrical circuits through which the drives are connected to energy consumers, and also from the available power of the APs for hybrid power plants, it is preferable to use a combination of various types of drives, namely ionistors, and electrochemical batteries. The capacitor-type electric energy storage devices, at the current moment of time, are able to give the consumer from 7 to 80 watts hour / kg and fully charge for a fairly short time (minutes) - “Start-start” mode; electrochemical-type electric energy storage devices are able to give the consumer about 1 kWh / kg, but require a long charge time (hours) with a current of limited amplitude - the mode of movement of the vehicle at a limited speed and excess power of the AP.
11. Режим движения ТС задним ходом:11. Vehicle reverse mode:
- При работающем ТД возможен при превышении угловой скорости вращения вала ЭМ, работающей в режиме ЭД, относительно угловой скорости вращения вала ТД - энергетически самый затратный режим.- When the AP is operating, it is possible if the angular velocity of rotation of the EM shaft operating in the ED mode is exceeded, relative to the angular velocity of rotation of the EM shaft — the energetically most expensive mode.
- При неработающем ТД (при заторможенном водиле) возможен при вращении вала ЭМ, работающей в режиме ЭД, в направлении вращения коронной шестерни ПМ, характерном для движения ТС «вперед» (для принятых допущений - в направлении «по часовой стрелке») - началу маневра должен предшествовать останов ТД. Способ неприемлем в сложных для маневрирования ТС дорожных условиях, т.к. требует энергетических затрат на перезапуск ТД или на увеличение частоты вращения вала ЭМ.- When the TD is idle (when the carrier is braked), it is possible when the EM shaft operating in the ED mode rotates in the direction of the PM ring gear rotation, which is typical for the vehicle moving “forward” (for the assumptions - in the “clockwise” direction) - the beginning of the maneuver must be preceded by a shutdown of the AP. The method is unacceptable in difficult road conditions for maneuvering the vehicle, because requires energy costs to restart the TD or to increase the frequency of rotation of the EM shaft.
- Оптимальным вариантом обеспечения движения ТС задним ходом является выполнение альтернатора снабженным одним из известных из уровня техники реверс-редукторов (в силу очевидности решения не показан). Применение реверс-редуктора обеспечивает движение ТС задним ходом с приводом исключительно от ЭМ, с приводом исключительно от ТД, а так же с приводом от совместно работающих ЭМ и ТД.- The best option for backing up the vehicle is to run an alternator equipped with one of the prior art reverse gearboxes (due to the obviousness of the solution is not shown). The use of a reverse gear provides the vehicle in reverse with a drive exclusively from EM, with a drive exclusively from TD, as well as a drive from jointly operating EM and TD.
Таким образом, изобретение обеспечивает возможность создания ТС с максимально возможной, на современном этапе развития техники, эффективностью использования топлива. При этом силовая установка позволяет диагностировать техническое состояние и теплового двигателя, и электрической машины, обеспечивает выполнение, пусть и с меньшей эффективностью, возложенных на транспортное средство функций при отказе одного из ее энергетических агрегатов.Thus, the invention provides the ability to create a vehicle with the highest possible, at the present stage of technological development, fuel efficiency. At the same time, the power plant allows you to diagnose the technical condition of both the heat engine and the electric machine, and it ensures the fulfillment, albeit with less efficiency, of the functions assigned to the vehicle in case of failure of one of its power units.
Максимально возможное передаточное отношение между водилом (валом ТД, являющимся основным движителем) и коронной шестерней, реализуемое планетарным механизмом, меньше максимально возможного передаточного отношения между солнечной и коронной шестернями, что позволяет применить ЭМ (при работе ее в режиме ЭД) пониженной электрической мощности (с уменьшенным током потребления), что несколько увеличивает пробег ТС на электротяге. При остановленной коронной шестерне и передаче энергии вращения от водила к солнечной шестерне реализуется максимально возможное, для ПМ, передаточное отношение. Последнее обеспечивает увеличение частоты вращения вала ЭМ при пониженных частотах вращения вала ТД, что способствует повышению токоотдачи ЭМ, работающей в режиме генератора (обеспечивает работу ТС в режиме «Старт-Старт»). При этом планетарный механизм характеризуется меньшим весом, по сравнению с коробками перемены передач с аналогичным диапазоном передаточных отношений и ступенчатым изменением передаточного отношения; фрикционная и дополнительная муфты также характеризуются малыми весом и инерционной массой, по меньшей мере, по сравнению с весом и инерционной массой роторов электрических машин, применяемых в серийно выпускаемых транспортных средствах с ГСУ.The maximum possible gear ratio between the carrier (TD shaft, which is the main mover) and the ring gear implemented by the planetary gear is less than the maximum possible gear ratio between the sun and ring gear, which allows the use of EM (when operating in the ED mode) of reduced electric power (with reduced current consumption), which slightly increases the vehicle mileage on electric traction. When the crown gear is stopped and the rotation energy is transferred from the carrier to the sun gear, the maximum possible gear ratio is realized for the PM. The latter provides an increase in the frequency of rotation of the EM shaft at lower rotational speeds of the TD shaft, which helps to increase the current output of the EM operating in the generator mode (ensures the operation of the vehicle in the Start-Start mode). At the same time, the planetary mechanism is characterized by a lower weight compared to gearboxes with a similar range of gear ratios and a step change in the gear ratio; friction and additional couplings are also characterized by low weight and inertial mass, at least in comparison with the weight and inertial mass of the rotors of electric machines used in mass-produced vehicles with GSU.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016144122A RU2629648C1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Vehicle with hybrid power unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016144122A RU2629648C1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Vehicle with hybrid power unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629648C1 true RU2629648C1 (en) | 2017-08-31 |
Family
ID=59797744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016144122A RU2629648C1 (en) | 2016-11-09 | 2016-11-09 | Vehicle with hybrid power unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629648C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2666023C1 (en) * | 2017-12-13 | 2018-09-05 | Публичное акционерное общество "АВТОВАЗ" (ПАО "АВТОВАЗ") | Hybrid power installation of technical equipment |
| RU2694387C1 (en) * | 2017-11-13 | 2019-07-12 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Vehicle propulsive force control system |
| RU2748484C1 (en) * | 2020-02-07 | 2021-05-26 | Юрий Васильевич Костюкович | Modular hybrid power unit (mhpu) |
| RU2771932C1 (en) * | 2021-12-07 | 2022-05-13 | Равиль Гафиевич Хадеев | Transmission for hybrid vehicles |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8191660B1 (en) * | 2009-07-01 | 2012-06-05 | Matthew White | Vehicle hybrid apparatus |
| RU2557103C1 (en) * | 2011-07-01 | 2015-07-20 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Vehicle control device |
| RU2557637C1 (en) * | 2011-06-27 | 2015-07-27 | Сканиа Св Аб | Automotive recuperative braking device and method of braking |
| RU2557899C1 (en) * | 2011-06-27 | 2015-07-27 | Сканиа Св Аб | Power plant for vehicle and method for power plant control |
-
2016
- 2016-11-09 RU RU2016144122A patent/RU2629648C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8191660B1 (en) * | 2009-07-01 | 2012-06-05 | Matthew White | Vehicle hybrid apparatus |
| RU2557637C1 (en) * | 2011-06-27 | 2015-07-27 | Сканиа Св Аб | Automotive recuperative braking device and method of braking |
| RU2557899C1 (en) * | 2011-06-27 | 2015-07-27 | Сканиа Св Аб | Power plant for vehicle and method for power plant control |
| RU2557103C1 (en) * | 2011-07-01 | 2015-07-20 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Vehicle control device |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2694387C1 (en) * | 2017-11-13 | 2019-07-12 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Vehicle propulsive force control system |
| RU2666023C1 (en) * | 2017-12-13 | 2018-09-05 | Публичное акционерное общество "АВТОВАЗ" (ПАО "АВТОВАЗ") | Hybrid power installation of technical equipment |
| RU2748484C1 (en) * | 2020-02-07 | 2021-05-26 | Юрий Васильевич Костюкович | Modular hybrid power unit (mhpu) |
| RU2771932C1 (en) * | 2021-12-07 | 2022-05-13 | Равиль Гафиевич Хадеев | Transmission for hybrid vehicles |
| RU222952U1 (en) * | 2023-11-18 | 2024-01-24 | Акционерное общество "Автомобильный завод "УРАЛ" | Electric platform |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3711853B2 (en) | Hybrid drive device | |
| US11365785B2 (en) | Electric axle transmission for electric and hybrid electric vehicles | |
| US10288159B2 (en) | Integrated clutch systems for torque converters of vehicle powertrains | |
| CN101743140B (en) | Powertrain comprising an optimized energy recovery system | |
| US7272987B2 (en) | Hybrid powertrain system | |
| US7806796B2 (en) | Power set for vehicles | |
| RU2629648C1 (en) | Vehicle with hybrid power unit | |
| US20070102209A1 (en) | Hybrid drive for a tracked vehicle | |
| CN105579266A (en) | Hybrid powertrain systems | |
| CN104527413A (en) | Range-increasing type electric vehicle transmission device with flywheel energy storage function | |
| CN104924889A (en) | Hybrid power system, hybrid power vehicle and hybrid driving method | |
| CN104136251A (en) | Control device for hybrid vehicle | |
| US20110179890A1 (en) | Hybrid powertrain with single motor/generator connected to final drive assembly and method of assembly | |
| US10933862B2 (en) | Vehicle control system | |
| Guarnieri | When cars went electric, part 2 [historical] | |
| US20150045167A1 (en) | Hydraulic power train for hybrid vehicle | |
| JP2009166731A (en) | Hybrid vehicle | |
| CN105579312A (en) | Dual clutch powertrain architecture | |
| Pullen et al. | Mechanical and electrical flywheel hybrid technology to store energy in vehicles | |
| CN204383180U (en) | A kind of stroke-increasing electric automobile driving device with flywheel energy storage | |
| CN106915247B (en) | Hybrid power system and vehicle with same | |
| CN204774600U (en) | Hybrid power system and hybrid vehicle who has this system | |
| Brockbank et al. | Fuel economy benefits of a flywheel & CVT based mechanical hybrid for city bus and commercial vehicle applications | |
| Venkatesh et al. | Study of Flywheel Energy Storage in a Pure EV Powertrain in a Parallel Hybrid Setup and Development of a Novel Flywheel Design for Regeneration Efficiency Improvement | |
| WO2020068048A1 (en) | Electric motor chain drive system for hybrid electric vehicles and plug-in hybrid electric vehicles |