Маховик с переменным моментом инерции

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в транспортных средствах, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен маховик с переменным моментом инерции увеличенной энергоемкости (патент РФ №154665), содержащий вал, на котором жестко закреплены два трехлучевых кронштейна и установлены с помощью подшипников две центральные шестерни с возможностью поворота вокруг вала. На концах кронштейнов с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жестко соединенные друг с другом, причем зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральными шестернями. В полостях, образованных валом и центральными шестернями, расположены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин, навитых вокруг вала, концы которых соединены с центральными шестернями и валом. Для периодического соединения и разъединения вала маховика с коленчатым валом двигателя используется электромагнитная муфта.
Недостатком данного маховика является низкая энергоемкость упругих элементов, обусловленная малым количеством витков пружин кручения, размещенных в полостях центральных шестерен, что не позволяет эффективно накапливать потенциальную энергию упругой деформации и использовать такой маховик в крупнотоннажных транспортных средствах, например, в грузовиках или автобусах.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание маховика с переменным моментом инерции увеличенной энергоемкости.
Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в крупнотоннажных транспортных средствах, оснащенных двигателями внутреннего сгорания.
Технический результат достигается предлагаемым маховиком с переменным моментом инерции увеличенной энергоемкости (далее - маховик), содержащим вал, на котором жестко закреплены два трехлучевых кронштейна и установлены с помощью подшипников две центральные шестерни с возможностью поворота вокруг вала. На концах кронштейнов с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жестко соединенные друг с другом, причем зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральными шестернями. В полостях, образованных валом и центральными шестернями, расположены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин, навитых вокруг вала, концы которых соединены с центральными шестернями и трехлучевыми кронштейнами. Для периодического соединения и разъединения вала маховика с коленчатым валом двигателя используется электромагнитная муфта. Маховичные секторы установлены на удлиненных осях кронштейнов посредством подшипников с образованием полостей, внутри которых установлены дополнительные накопители потенциальной энергии, выполненные в виде удлиненных пружин, навитых вокруг удлиненных осей кронштейнов, концы которых соединены с маховичными секторами и удлиненными осями.
Применение предлагаемого маховика позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона крупнотоннажного транспортного средства.
На фиг. 1 изображен маховик в сложенном положении. На фиг. 2 изображен разрез маховика в сложенном положении. На фиг. 3 изображен маховик в раскрытом положении.
Маховик содержит вал 1, на котором жестко закреплены два трехлучевых кронштейна 2 и 3 и установлены с помощью подшипников 4 и 5 две центральные шестерни 6 и 7 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах кронштейнов 2 и 3 с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы 8 и зубчатые секторы 9 и 10, жестко соединенные друг с другом планками 11 и 12, причем зубчатые секторы 9 и 10 находятся в зацеплении с центральными шестернями 6 и 7. В полостях, образованных валом 1 и центральными шестернями 6 и 7, расположены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин 13 и 14, навитых вокруг вала 1, концы которых соединены с центральными шестернями 6 и 7 и валом 1. Для периодического соединения и разъединения вала 1 маховика с коленчатым валом 15 двигателя используется электромагнитная муфта 16. Маховичные секторы 8 установлены на удлиненных осях кронштейнов 17 и 18 посредством подшипников 19 с образованием полостей, внутри которых установлены дополнительные накопители потенциальной энергии, выполненные в виде удлиненных пружин 20, навитых вокруг удлиненных осей кронштейнов 17 и 18, концы которых соединены с маховичными секторами 8 и удлиненными осями кронштейнов 17 и 18.
Маховик работает следующим образом.
В остановленном положении или при малой частоте вращения маховик находится в сложенном положении (фиг. 1, 3): маховичные секторы 8 прижаты к центру маховика усилием пружин 13 и 14 посредством зацепления зубчатых секторов 9 и 10 с центральными шестернями 6 и 7.
При рекуперативном торможении включается электромагнитная муфта 16, и вал 1 маховика начинает вращаться. При увеличении частоты вращения вала 1 маховичные секторы 8 за счет действия на них центробежных сил разворачиваются вокруг своих осей, преодолевая через зацепления зубчатых секторов 9 и 10 с шестернями 6 и 7 усилия пружин 13 и 14, а также усилия пружин 20. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг. 2), его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в торможении транспортного средства и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся маховичных секторов 8, но и потенциальная энергия упруго деформированных пружин 13, 14 и 20. В конце цикла торможения электромагнитная муфта 16 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.
Впоследствии, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона транспортного средства. Для этого снова включается электромагнитная муфта 16, через которую вращение с вала 1 маховика передается на коленчатый вал 15 двигателя, причем, отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на маховичные секторы 8 и к их складыванию за счет действия пружин 13, 14 и 20. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 8 и потенциальную энергию упругодеформированных пружин 13, 14 и 20.
Кроме того, уменьшение момента инерции маховика не дает ему замедлиться до полного складывания маховичных секторов 8, что позволяет поддерживать частоту вращения маховика вместе с валом двигателя в диапазоне его устойчивой работы. При полном складывании маховичных секторов 8 к центру маховика электромагнитная муфта 16 выключается и маховик снова готов к работе.