Патент на изобретение №2334625

(54) ГИБРИДНЫЙ ПРИВОД ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ МОТОРОЛЛЕРА, И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО

(57) Реферат:

Изобретение относится к гибридному приводу для дорожного транспортного средства, в частности к мотороллеру. Гибридный привод (1) содержит: двигатель (3) внутреннего сгорания, блок (5) трансмиссии, расположенный между ведущим валом (4) двигателя (3) внутреннего сгорания и приводным валом (6), соединенным с ведущим колесом (2) транспортного средства с возможностью вращения; бесступенчатую трансмиссию (7), имеющую ведущий шкив (10), подсоединенный с возможностью вращения к валу (4), ведомый шкив (11); центробежную муфту (8) сцепления, включающую ведущую деталь (20), соединенную со шкивом (11), ведомый колпак (26), соединенный с валом (6); и электрическую машину (32), включающую ротор (35), объединенный с колпаком (26) муфты (8). Блок управления управляет приводом (1) в зависимости от входных сигналов в режимах работы, включающих: режим привода только от двигателя (3); режим привода только от электрической машины (32); режим привода при последовательно подключенных двигателе (3) и электрической машине (32); и режим привода при параллельно подключенных двигателе (3) и электрической машине (32). Технический результат: создание простого, компактного гибридного привода, подходящего для применения в небольших транспортных средствах и обеспечивающего при этом возможность выбора из нескольких режимов работы, в зависимости от различных эксплуатационных и дорожных условий. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к гибридному приводу для дорожного транспортного средства, в частности для мотороллера.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как известно, в настоящее время производители различных дорожных транспортных средств, в частности автомобилей, разрабатывают транспортные средства с гибридными силовыми установками, некоторые из которых уже предлагают покупателям. Хотя понятие “гибридная силовая установка” обычно подразумевает применение двух или более различных двигательных установок, предложенные до настоящего времени решения, как правило, сочетают двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что позволяет использовать их преимущества и компенсировать недостатки.

В частности, основное преимущество двигателя внутреннего сгорания и причина его почти исключительного использования в дорожных транспортных средствах заключается в запасе хода по топливу, достигаемом благодаря высокой концентрации энергии в используемом горючем (главным образом, углеводородах). С другой стороны, двигатель внутреннего сгорания производит вредные выбросы и работает только в определенном интервале скоростей, что требует использования дополнительных устройств (трансмиссии и сцепления), и, кроме того, имеет относительно высокий уровень шума.

Более того, даже в пределах рабочего диапазона КПД двигателя внутреннего сгорания сравнительно низок (около 20-30%), и отклонения от равномерного режима работы двигателя значительно увеличивают вредные выбросы.

Электрический двигатель не производит “локальные” выбросы, он тихий, имеет большой КПД (около 80%) и способен создавать крутящий момент начиная с момента запуска. Однако его применению в дорожных транспортных средствах препятствует ограниченный спектр существующих электрических батарей, по меньшей мере пригодных для наземных транспортных средств, что касается их размера, веса и стоимости.

Для устранения или уменьшения недостатков, связанных с применением двигателя/мотора одного вида, были предложены гибридные решения различных конфигураций, позволяющие альтернативное или комбинированное использование обеих силовых установок.

В частности, в первой известной, так называемой “последовательной гибридной” комбинации, двигатель внутреннего сгорания служит исключительно для приведения в действие электрического генератора, заряжающего питающие электрический двигатель батареи: следовательно, тяговое усилие создает только электрический двигатель. Это решение значительно снижает потребление топлива, поскольку двигатель внутреннего сгорания нагружен только для подачи средней мощности, что позволяет ему работать в оптимальном равномерном режиме.

При “параллельной гибридной” конфигурации и двигатель внутреннего сгорания, и электромотор связаны с ведущими колесами посредством соответствующих трансмиссионных механизмов.

Кратко описанные выше известные гибридные приводные устройства сложны, дорогостоящи и громоздки, поэтому, насколько известно заявителю, они никогда не применялись в небольших, дешевых транспортных средствах, таких как мотороллеры.

В документе ЕР-А-0908343 раскрыт гибридный привод, включающий двигатель внутреннего сгорания с ведущим валом, электрическую машину с ротором, соединенным с первичным валом, совмещенным с ведущим валом двигателя, муфта сцепления, помещенная между ведущим валом двигателя и ротором электрической машины, и блок трансмиссии с вариатором (CVT), помещенный между первичным валом и колесной осью.

Помимо сложности и не приспособленности из-за этого для небольших дорожных транспортных средств, таких как мотороллеры, вышеуказанный известный гибридный привод обладает недостатком, связанным с размещением электрической машины перед блоком трансмиссии, в частности перед вариатором, что снижает эффективность пополнения энергии при работе электрической машины в качестве генератора (регенеративного тормоза).

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель настоящего изобретения состоит в создании чрезвычайно простого, дешевого, компактного гибридного привода, подходящего для применения в небольших, дешевых дорожных транспортных средствах, таких как мотороллеры, и обеспечивающего при этом возможность выбора из нескольких режимов работы, в зависимости от различных эксплуатационных требований или дорожных условий.

Согласно настоящему изобретению предложен гибридный привод для транспортного средства, имеющего, по меньшей мере, одно ведущее колесо, указанный гибридный привод содержит двигатель внутреннего сгорания и блок трансмиссии, расположенный между ведущим валом двигателя внутреннего сгорания и приводным валом, соединенным с ведущим колесом с возможностью вращения, и включающий, в свою очередь, муфту сцепления и трансмиссию, содержащую ведущий элемент, соединенный с возможностью вращения с ведущим валом двигателя внутреннего сгорания, и ведомый элемент, выполненный с возможностью соединения с указанным приводным валом; причем гибридный привод дополнительно включает электрическую машину, выполненную с возможностью использования вместо или в комбинации с двигателем внутреннего сгорания, отличающийся тем, что указанная муфта сцепления находится между ведомым элементом трансмиссии и приводным валом и содержит ведущую деталь, выполненную с возможностью соединения с ведомым элементом указанной трансмиссии, и соединенную с приводным валом ведомую деталь, причем электрическая машина содержит ротор, постоянно соединенный с ведомой деталью муфты сцепления с возможностью вращения.

Настоящее изобретение дополнительно относится к транспортным средствам, в частности мотороллерам, включающим такой гибридный привод.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее на примерах раскрыты два предпочтительных варианта осуществления настоящего изобретения, не ограничивающие его рамки, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на Фиг.1 изображена схема гибридного привода согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;

на Фиг.2 изображена схема системы управления приводом, изображенным на Фиг.1;

на Фиг.3 изображена часть схемы альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Позицией 1 на Фиг.1 обозначен гибридный привод для мотороллера, имеющего заднее ведущее колесо 2 с осью А.

Привод 1 включает двигатель 3 внутреннего сгорания, имеющий ведущий вал 4 с осью В, параллельной оси А, и блок 5 трансмиссии, помещенный между ведущим валом 4 и приводным валом 6, ось С которого параллельна осям А и В, соединенным с ведущим колесом 2 с возможностью вращения.

В частности, блок 5 трансмиссии включает расположенные последовательно бесступенчатую трансмиссию или вариатор 7 (далее для простоты именуемую “вариатор 7”) и центробежную муфту 8 сцепления.

Вариатор 7 включает ведущий шкив 10, установленный на ведущий вал 4, ведомый шкив 11, установленный на приводной вал 6 коаксиально с возможностью свободного вращения, и клиновой ремень 12, образующий петлю вокруг шкивов 10, 11. Для ремня 12 на шкивах 10, 11 предусмотрены соответствующие клиновидные желоба 13, 14, шкивы 10, 11 образованы двумя полушкивами 10а, 10b и 11а, 11b, выполненными с возможностью осевого перемещения относительно друг друга, позволяющего изменять ширину желобов 13, 14 и, следовательно, диаметр наматывания ремня 12.

Изменением относительного осевого положения полушкивов 10а, 10b ведущего шкива 10 управляет известное центробежное устройство, здесь не показанное; полушкивы 11а, 11b ведомого шкива 11 нагружены по оси навстречу друг другу посредством пружины 15, для автоматической регулировки диаметра наматывания ремня 12 обратно пропорционально диаметру ведущего шкива 10.

Более детально ведомый шкив 11 выполнен с возможностью избирательного соединения с приводным валом 6 с помощью центробежной муфты 8 сцепления, включающей ведущую деталь 20, прикрепленную для обеспечения вращения к ведомому шкиву 11; несколько опирающихся на ведущую деталь 20 центробежных грузов 21, удерживаемых в радиально отведенном нейтральном положении пружинами 22, и выполненный заодно с приводным валом 6 ведомый колпак 26.

При вращении ведущей детали 20 с угловой скоростью, достаточной для преодоления противодействия пружин 22, центробежные грузы 21 перемещаются радиально наружу, взаимодействуя за счет силы трения с, по существу, цилиндрической боковой стенкой 25 колпака 26.

Пружина 15 ведомого шкива 11 аксиально сжата между ведущей деталью 20 центробежной муфты 8 сцепления и перемещаемым полушкивом 11b, для осевого прижатия полушкива 11b к закрепленному полушкиву 11а.

Приводной вал 6 соединен с ведущим колесом 2 посредством схематично изображенной на Фиг.1 традиционной редукторной передачи 28, включающей приводной вал 6 в качестве входного элемента и вал 29 с осью А – в качестве выходного элемента, на котором в рабочем положении жестко закреплено ведущее колесо 2.

Согласно настоящему изобретению, привод дополнительно включает электрическую машину 32, имеющую общую ось с муфтой 8, и включающую статор 33, помещенный в неподвижном кожухе 34 привода 1, и ротор 35, соосный снаружи боковой стенке 25 колпака 26 центробежной муфты 8 сцепления, и выполненный заодно с колпаком 26 и, следовательно, с приводным валом 6.

Для использования при определенных условиях работы в качестве генератора для подзарядки батареи электрическая машина 32 традиционного реверсивного типа соединена с батареей 36 транспортного средства (Фиг.2). Привод 1 дополнительно включает электрический генератор 37, традиционным образом приводимый в действие двигателем 3 внутреннего сгорания и соединенный с батареей 36.

Управление приводом 1 осуществляет блок 38 управления, управляющий электрической машиной 32 и исполнительным механизмом 39, регулирующим положение дроссельной заслонки 40 двигателя 3 внутреннего сгорания в зависимости от ряда входных сигналов, отражающих режимы работы привода 1, и включающих сигнал Sa, свидетельствующий о положении ручки 44 акселератора, и сигналы Sf, свидетельствующие о воздействии пользователя на тормозные рычаги 45.

На блок 38 управления, кроме того, поступают входные сигналы Ss от переключателя 46, расположенного на приборной панели транспортного средства и предназначенного для выбора режима работы привода 1. Например, на переключателе возможно размещение кнопок Т, Е, Р, S переключения на следующие режимы работы: “двигатель внутреннего сгорания” (Т), где тяговое усилие создает только двигатель 3 внутреннего сгорания; “электромотор” (Е), где тяговое усилие создает только работающая в качестве электромотора электрическая машина 32; “параллельный гибридный привод” (Р), где тяговое усилие обеспечивают как двигатель 3 внутреннего сгорания, так и электрическая машина 32; и “последовательный гибридный привод” (S), где двигатель 3 внутреннего сгорания служит только для приведения в действие электрического генератора 37, заряжающего батареи 36, тогда как подаваемый на ведущее колесо вращающий момент создает только электрическая машина 32.

Далее раскрыт процесс работы привода 1 в связи с вышеназванными режимами.

В режиме “двигатель внутреннего сгорания” электрическая машина не задействована, вследствие чего за исключением небольшого увеличения момента инерции из-за колпака 26 центробежной муфты 8 сцепления привод 1 функционирует как традиционное, полностью механическое устройство, как будто электрическая машина 32 отсутствует. В частности, при оборотах холостого хода двигателя 3 внутреннего сгорания вариатор 7 поддерживает наименьшее передаточное число, определяемое минимальным диаметром наматывания ремня 12 на ведущем шкиве 10 и максимальным диаметром наматывания ремня 12 на ведомом шкиве 11. В этом случае центробежная муфта 8 сцепления выключена, при этом приводной вал 6 отсоединен от вариатора 7 и не подает вращающий момент на ведущее колесо 2.

При увеличении скорости вращения ведущего вала 4 вследствие перемещения центробежных грузов 21 происходит включение центробежной муфты 8 сцепления, вращательно соединяющей колпак 26 и, следовательно, приводной вал 6 с ведомым шкивом 11 вариатора 7, при этом транспортное средство начинает движение с малого передаточного числа.

При дальнейшем увеличении скорости ведущего вала 4 вариатор 7 известным образом осуществляет подробно не описываемое постепенное автоматическое переключение от наименьшего к наибольшему передаточному числу, определяемому максимальным диаметром наматывания ремня 12 на ведущий шкив 10 и минимальным диаметром наматывания ремня 12 на ведомый шкив 11.

При замедлении или торможении вышеуказанная последовательность рабочих режимов повторяется в обратном порядке. Более того, ведущее колесо 2 осуществляет приведение в движение ротора 35 электрической машины 32, составляющего единое целое с колпаком 26 центробежной муфты сцепления, благодаря чему электрическая машина 32 действует в качестве генератора электрического тока, потребляющего механическую энергию (поэтому действующая как электродинамический тормоз) и генерирующего электрическую энергию.

В режиме “электромотор” двигатель 3 внутреннего сгорания не задействован, поэтому ведущий вал 4 и вариатор 7 неподвижны, а центробежная муфта 8 сцепления выключена, благодаря воздействию только возвратной силы пружин 22 на центробежные грузы 21. Поэтому все элементы, расположенные до колпака 26, включая двигатель 3 внутреннего сгорания и вариатор 7, полностью отсоединены от ведущего колеса 2.

Вращающий момент электрической машины 32, ротор которой 35 составляет единое целое с колпаком 26, передается с помощью колпака непосредственно на приводной вал 6 и посредством редукторной передачи 28 на ведущее колесо 2.

В этом режиме также, когда электрическая машина 32 при замедлении или торможении не вырабатывает энергию, ротор 35 продолжает вращение и электрическая машина 32 потребляет механическую энергию и генерирует электроэнергию, заряжая батарею 36.

В режиме “параллельный гибридный привод” двигатель 3 внутреннего сгорания и электрическая машина 32, работающая в качестве мотора согласно описанию режима “электромотор”, функционируют одновременно; причем и тот и другой вместе создают вращающий момент и усилие, складывающиеся на приводном валу 6, таким образом, значительно увеличивая мощность. Более того, для снижения расхода топлива и/или вредных выбросов требуемая мощность может быть поделена между двигателем 3 внутреннего сгорания и электрической машиной 32.

В режиме “последовательный гибридный привод” двигатель 3 внутреннего сгорания приводит в действие только электрический генератор 37, а тяговое усилие создают исключительно электрической машиной 32. В изображенной на Фиг.1 конструкции привода 1 для отсоединения двигателя 3 внутреннего сгорания от ведущего колеса 2 частота вращения двигателя должна быть довольно низкой, во избежание включения центробежной муфты 8 сцепления. Это приводит к тому, что с точки зрения мощности и выхлопных газов двигатель 3 внутреннего сгорания работает в режиме, ниже оптимального, усовершенствованная соответствующим образом конструкция привода 1 изображена на Фиг.3, где ведомый шкив 11 и ведущая деталь 20 центробежной муфты сцепления выполнены с возможностью не постоянного, а избирательного соединения с помощью муфты 51, например электромагнитной муфты сцепления (так называемой «муфты Гравина»), расположенной между ведущим валом 4 и ведущей деталью 20 муфты 8 сцепления и управляемой блоком 38.

При применении этого передаточного приспособления и выбранном режиме “последовательный гибридный привод” муфта 51 выключена, благодаря чему возможна работа двигателя 3 внутреннего сгорания на постоянных оборотах, выбранных оптимальными с точки зрения мощности и минимизации вредных выбросов, независимо от порогового значения скорости включения центробежной муфты 8 сцепления. Для удобства блок 38 управления можно запрограммировать на работу двигателя 3 внутреннего сгорания на двух или более различных уровнях мощности (но всегда с постоянной скоростью на каждом уровне мощности), в зависимости от требуемой пользователю средней мощности и/или дорожных условий.

Более того, муфта 51 делает возможным переход от одного режима работы к другому без остановки транспортного средства.

Аналогично при торможении или замедлении в гибридных режимах электрическая машина работает в качестве генератора, в противоположность мотору, и следовательно, – как регенеративный тормоз.

Преимущества привода 1 согласно настоящему изобретению станут ясными из нижеследующего описания.

В частности, конструкция трансмиссии обеспечивает получение исключительно простого, недорогого, компактного гибридного привода, подходящего для применения в небольших дешевых дорожных транспортных средствах, таких как мотороллеры, и работающего в нескольких режимах, выбираемых на основе различных функциональных требований и дорожных условий.

Более того, наличие различных режимов позволяет экономить энергию за счет работы электрической машины 32 в качестве регенеративного тормоза.

Наконец, конструкция трансмиссии предусматривает в целом оптимальную мощность в каждом рабочем режиме, благодаря ограничению нежелательного взаимодействия двух двигательных установок при их работе по отдельности, и взаимодополняющему использованию их потенциалов в гибридных режимах работы. Фактически в режиме “двигатель внутреннего сгорания” устройство 1 функционирует так, будто электрическая машина 32 отсутствует; в режиме “электромотор” двигатель 3 внутреннего сгорания и вариатор 7 отсоединены от ведущего колеса 2 и никак не снижают эффективность; в режиме “параллельный гибридный привод” возможно использование общей мощности обеих двигательных установок, при этом происходит разделение требуемой мощности между двумя двигательными установками, снижающее расход топлива и/или вредные выбросы; в режиме “последовательный гибридный привод” происходит значительная экономия энергии из-за работы двигателя внутреннего сгорания в установившемся режиме, оптимальном с точки зрения эффективности.

Несомненно, в раскрытом здесь приводе 1 и системе управления эти приводом могут быть сделаны различные изменения, не выходящие за рамки прилагаемой формулы изобретения.

В частности, вариатор 7 может быть заменен другим типом передачи, например синхронной ременной передачей; центробежная муфта 8 сцепления может быть заменена управляемой муфтой; электрическая машина 32 может быть размещена иначе, при условии, что ротор 35 постоянно подсоединен за муфтой 8 сцепления, т.е. постоянно подсоединен к ведущему колесу 2.

Могут быть предложены один или более “автоматических” режимов управления, где блок управления вместо включения одного из вышеприведенных режимов (“двигатель внутреннего сгорания”, “электромотор”, “параллельный гибридный привод” и “последовательный гибридный привод”) по выбору пользователя осуществляет автоматический переход от одного режима к другому на основе программной управляющей логики, например, для оптимизации мощности, минимизации расхода топлива или вредных выбросов, или, в частности, условий работы. Например, возможен автоматический переход от режима “электромотор” в режим “двигатель внутреннего сгорания” или “параллельный гибридный привод”, если заряд батареи 36 падает ниже заданного порогового значения.

Формула изобретения

1. Гибридный привод (1) для транспортного средства, имеющего, по меньшей мере, одно ведущее колесо (2), содержащий двигатель (3) внутреннего сгорания с ведущим валом (4); приводной вал (6), соединенный с возможностью вращения с ведущим колесом (2);

трансмиссию (7), представляющую собой вариатор, расположенную между ведущим валом (4) и приводным валом (6), имеющую ведущий элемент (10), соединенный с возможностью вращения с ведущим валом (4) и ведомым элементом (11), выполненным с возможностью соединения с приводным валом (6); центробежную муфту (8) сцепления, расположенную между ведомым элементом (11) и приводным валом (6), имеющую ведущую деталь (20), выполненную с возможностью соединения с ведомым элементом (11), и ведомую деталь (26) в виде колпака, выполненную заодно с приводным валом (6); и электрическую машину (32), выполненную с возможностью использования вместо или в комбинации с двигателем (3) внутреннего сгорания, отличающийся тем, что электрическая машина (32) содержит ротор (35), соосный снаружи и выполненный заодно с боковой стенкой (25) колпака (26) указанной муфты (8) сцепления, муфту (51), расположенную между ведомым элементом (11) и ведущей деталью (20) указанной муфты (8) сцепления для избирательного соединения ведущей детали (20) с ведомым элементом (11).

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что указанная электрическая машина (32) выполнена реверсивной.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что муфта (51) имеет электромагнитное управление.

4. Привод по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что содержит электрический генератор (37), приводимый в действие двигателем (3) внутреннего сгорания.

5. Привод по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что содержит блок (38) управления, управляющий двигателем (3) внутреннего сгорания и электрической машиной (32) в зависимости от ряда входных сигналов (Sa, Sf, Ss) в нескольких режимах, включающих, по меньшей мере, режим двигателя внутреннего сгорания, когда работает только двигатель (3) внутреннего сгорания, режим электромотора, когда только электрическая машина (32) работает в качестве двигателя, а двигатель (3) внутреннего сгорания отключен, параллельный режим гибридного привода, когда и двигатель (3) внутреннего сгорания и электрическая машина (32) работают и подсоединены к ведущему колесу (2), и последовательный режим гибридного привода, в котором двигатель (3) внутреннего сгорания отсоединен от ведущего колеса (2) и приводит в действие электрический генератор (37).

6. Привод по п.5, отличающийся тем, что содержит переключатель (46), предназначенный для выбора режимов работы привода (1), причем входные сигналы (Sa, Sf, Ss) включают, по меньшей мере, ряд входных сигналов (Ss), вырабатываемых переключателем (46).

7. Привод по п.5, отличающийся тем, что входные сигналы (Sa, Sf, Ss) включают сигнал (Sa), указывающий на положение ручки (44) акселератора.

8. Привод по п.5, отличающийся тем, что входные сигналы (Sa, Sf, Ss) включают сигнал, свидетельствующий о воздействии на рычаг (45) управления тормозом транспортного средства.

9. Транспортное средство, имеющее, по меньшей мере, одно ведущее колесо (2), отличающееся тем, что содержит гибридный привод (1) по любому из пп.1-8.

10. Транспортное средство по п.9, отличающееся тем, что представляет собой мотороллер.

РИСУНКИ