Силовой агрегат транспортного средства
VEHICLE POWER UNIT

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к силовым агрегатам транспортных средств.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является техническое решение показанное в патенте РФ на изобретение №2015039, В60К 41/06, пуб. 30.06.1994 г., которое реализует заявленный в данном патенте способ переключения передач в автоматизированной ступенчатой коробке передач, и которое показано как пример в качестве устройства (силового агрегата) содержащего двигатель внутреннего сгорания, автоматизированную ступенчатую коробку передач, автоматизированную систему управления ступенчатой коробкой передач, имеющую в своем составе как минимум микропроцессорный блок управления, задатчик режимов движения либо задатчик номеров включаемых передач, датчик угловой скорости входного вала коробки передач, датчик угловой скорости выходного вала коробки передач, датчики включенных передач коробки, исполнительный механизм переключения передач, простейший исполнительный механизм управления двигателем (позволяющим лишь прекращать подачу топлива и задавать полную подачу топлива), исполнительный механизм управления сцеплением (позволяющим лишь включать/выключать сцепление с максимальной интенсивностью).
Основным недостатком данного технического решения силового агрегата транспортного средства является то, что, при переключении передач в коробке с низшей на высшую с постоянно включенным сцеплением путем прикладывания предварительного усилия к муфте шестерни одной из передач, например, одной из шестерни выходного (вторичного) вала коробки передач, и путем выравнивания угловых скоростей между этой шестерней выходного вала коробки передач и шестерней ее входного (первичного) вала только за счет действий прерывания подачи топлива в двигатель - не позволяет быстро снизить скорость коленчатого вала двигателя и, связанного через сцепление, входного вала коробки передач в необходимый интервал времени, позволяющий комфортно для составляющих (оптимально с позиций износостойкости, долговечности, плавности) переключить передачу (или по другому - выравнивание угловых скоростей между парой шестерен входного и выходного валов коробки передач для переключения передач с низшей на высшую с постоянно включенным сцеплением - приводит к увеличению интервала времени достижения необходимой угловой скорости первичного вала), и, как следствие, приводит к дополнительным недостаткам данного технического решения, таким как, уменьшение ресурса двигателя и муфт шестерен коробки передач.
Техническим результатом заявляемого изобретения является: создание силового агрегата транспортного средства с фрикционным устройством торможения коленчатого вала двигателя, обеспечивающим достижение точно заданной угловой скорости входного вала коробки передач в необходимый короткий интервал времени при переключении передач в ней с низшей на высшую без выключения сцепления, и без уменьшения заданного ресурса двигателя и синхронизаторов коробки передач.
Указанная задача решается тем, что в силовом агрегате транспортного средства, включающем в себя двигатель внутреннего сгорания со своей механотронной системой управления с датчиком скорости коленчатого вала этого двигателя, автоматизированную механическую коробку передач с размещенными в ней ведущим и ведомым валами с шестернями и имеющую свою механотронную систему управления с датчиком скорости транспортного средства, сцепление, расположенное между коленчатым валом двигателя и ведущим валом коробки передач, и имеющее устройство включения/выключения, приводимое первым приводным узлом механотронной системы управления коробки передач, которая имеет также второй приводной узел, приводящий механизм переключения передач в коробке передач, согласно изобретения, в конструкцию силового агрегата введено фрикционное тормозное устройство коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, приводимое третьим приводным узлом механотронной системы управления коробки передач, которая функционально взаимосвязана с механотронной системой управления двигателя внутреннего сгорания.
В частном случае, фрикционное тормозное устройство коленчатого вала двигателя силового агрегата транспортного средства установлено на картере этого двигателя и выполнено с тормозной накладкой, предназначенной для взаимодействия с задней поверхностью моховика коленчатого вала двигателя.
В частном случае, устройство включения/выключения сцепления силового агрегата транспортного средства выполнено с муфтой, предназначенной для взаимодействия с его нажимным диском.
В частном случае, механизм переключения передач в коробке передач силового агрегата выполнен с рабочими элементами, предназначенными для взаимодействия со штоками ее вилок переключения передач.
В частном случае, все три приводных узла механотронной системы управления коробки передач силового агрегата транспортного средства выполнены электромеханическими.
В частном случае, все три приводных узла механотронной системы управления коробки передач силового агрегата выполнены электрогидравлическими.
В частном случае, все три приводных узла механотронной системы управления коробки передач силового агрегата транспортного средства выполнены электропневматическими.
В частном случае, второй приводной узел механизма переключения передач в коробке передач силового агрегата транспортного средства выполнен электромеханическим, а первый приводной узел устройства включения/выключения сцепления и третий приводной узел фрикционного тормозного устройства выполнены чисто гидравлическими и управляются отдельным электрогидравлическим устройством управления механотронной системы управления автоматизированной механической коробки передач, соединенным с ними гидротрубопроводами.
В частном случае, второй приводной узел механизма переключения передач в коробке передач силового агрегата транспортного средства выполнен электромеханическим, а первый приводной узел устройства включения/выключения сцепления и третий приводной узел фрикционного тормозного устройства выполнены чисто пневматическими и управляются электропневматическим устройством управления механотронной системы управления автоматизированной механической коробки передач, соединенным с ними пневмотрубопроводами.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предлагаемое решение имеет признаки, отсутствующие в известных решениях, а их использование в заявляемой совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет «изобретательский уровень» по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность изобретения поясняется на чертежах:
Фиг.1. - силовой агрегат (блочная схема), обобщенный случай;
Фиг.2. - силовой агрегат (блочная схема), частный случай, когда первый приводной узел устройства включения/выключения сцепления и третий приводной узел фрикционного тормозного устройства выполнены чисто гидравлическими (или чисто пневматическими) и управляются отдельным электрогидравлическим (или электропневматическим) устройством управления механотронной системы управления автоматизированной механической коробки передач, соединенным с ними гидротрубопроводами (или пневмотрубопроводами).
Силовой агрегат транспортного средства включает в себя двигатель внутреннего сгорания 1 со своей механотронной системой управления 2 с датчиком скорости 3 коленчатого вала 4 этого двигателя 1, автоматизированную механическую коробку передач 5 с размещенными в ней ведущим 6 и ведомым 7 валами с шестернями соответственно 8 и 9 и имеющую свою механотронную систему управления 10 с датчиком скорости 11 транспортного средства, сцепление 12, расположенное между коленчатым валом 4 двигателя 1 и ведущим валом 6 коробки передач 5, и имеющее устройство включения/выключения 13, приводимое первым приводным узлом 14 механотронной системы управления 10 коробки передач 5, которая имеет также второй приводной узел 15, приводящий механизм переключения передач 16 в коробке передач 5.
В частном случае выполнения как показано на фигурах 1, 2 шестерни 8 ведущего вала 6 коробки передач 5 выполнены за одно целое с этим ведущим валом 6 в виде блока вал-шестерни.
В частном случае выполнения как показано на фигурах 1, 2 шестерни 9 ведомого вала 7 коробки передач 5 выполнены свободно вращающимися на этом валу 7 с возможностью их (шестерен 9) поочередного соединения с ним (с валом 7) посредством муфт «А» синхронизаторов «Б».
В конструкцию силового агрегата введено фрикционное тормозное устройство 17 коленчатого вала 4 двигателя внутреннего сгорания 1, приводимое третьим приводным узлом 18 механотронной системы управления 10 коробки передач 5, которая функционально взаимосвязана с механотронной системой управления 2 двигателя внутреннего сгорания 1.
Характер выполнения упомянутых выше функциональных взаимосвязей между механотронной системы управления 10 коробки передач 5 и механотронной системой управления 2 двигателя внутреннего сгорания 1 силового агрегата транспортного средства зависит от конкретного схемо-технического исполнения этих механотронных систем управления и выходит за пределы сущности заявляемого технического решения.
В частном случае, фрикционное тормозное устройство 17 коленчатого вала 4 двигателя 1 силового агрегата транспортного средства установлено своим корпусом На картере этого двигателя 1 и выполнено с тормозной накладкой 19, предназначенной для взаимодействия с задней поверхностью 20 моховика 21 коленчатого вала 4 двигателя 1. В другом частном случае, фрикционное тормозное устройство 17 коленчатого вала 4 двигателя 1 силового агрегата транспортного средства может быть установлено своим корпусом на картере сцепления 12 и также иметь тормозную накладку 19, предназначенную для взаимодействия с задней поверхностью 20 маховика 21 коленчатого вала 4 двигателя 1.
В частном случае, устройство включения/выключения 13 сцепления 12 силового агрегата транспортного средства выполнено с муфтой 22, предназначенной для взаимодействия с его нажимным диском 23.
В частном случае, механизм переключения передач 16 в коробке передач 5 силового агрегата транспортного средства выполнен с рабочими элементами 24, предназначенными для взаимодействия со штоками ее вилок переключения передач (штоки и вилки на фигурах не показаны).
В частном случае, все три приводных узла 14, 15, 18 механотронной системы управления 2 коробки передач 5 силового агрегата транспортного средства выполнены электромеханическими.
В частном случае, все три приводных узла 14, 15, 18 механотронной системы управления 2 коробки передач 5 силового агрегата транспортного средства выполнены электрогидравлическими.
В частном случае, все три приводных узла 14, 15, 18 механотронной системы управления 2 коробки передач 5 силового агрегата транспортного средства выполнены электропневматическими.
В частном случае, второй приводной узел 15 механизма переключения передач 16 в коробке передач 5 силового агрегата транспортного средства выполнен электромеханическим, а первый приводной узел 14 устройства включения/выключения 13 сцепления 12 и третий приводной узел 18 фрикционного тормозного устройства 17 выполнены чисто гидравлическими и управляются отдельным электрогидравлическим устройством управления 25 механотронной системы управления 2 коробки передач 5, соединенным с ними гидротрубопроводами 26 (см. фиг. 2).
В частном случае, второй приводной узел 15 механизма переключения передач 16 в коробке передач 5 силового агрегата транспортного средства выполнен электромеханическим, а первый приводной узел 14 устройства включения/выключения 13 сцепления 12 и третий приводной узел 18 фрикционного тормозного устройства 17 выполнены чисто пневматическими и управляются электропневматическим устройством управления 25 механотронной системы управления 2 коробки передач 5 соединенным с ними пневмотрубопроводами 26 (см. фиг. 2).
Работа силового агрегата транспортного средства может происходить в нескольких режимах.
Первый режим.
Работа силового агрегата транспортного средства в режиме переключения передач в коробке с низшей на высшую.
-1
При переключении передач в коробке передач силового агрегата транспортного средства с низшей на высшую производится предварительный сброс нагрузки двигателя 1 по команде механотронной системы управления 10 коробки передач 5 и механотронной системы управления 2 двигателя внутреннего сгорания 1 путем прерывания подачи топлива в устройство питания (не показано) двигателя 1 для устранения передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач 5, и далее, по команде механотронной системы управления 10 коробки передач 5 и посредством ее второго приводного узла 15 и механизма переключения передач 16, воздействующего на муфту «А» синхронизатора «Б» определенной шестерни 9 ведомого вала 7, производится выключение текущей (низшей) передачи за счет разъединения муфтой «А» синхронизатора «Б» этой определенной шестерни 9 с ведомым валом 7, затем, путем полного закрытия дроссельной заслонки и принудительного торможения ведущего вала 6 коробки передач 5 и коленчатого вала 4 двигателя 1, без выключения сцепления 12, с помощью приводимого третьим приводным узлом 18 механотронной системы управления 10 коробки передач 5 фрикционного тормозного устройства 17, воздействующего тормозной накладкой 19 на заднюю поверхностью 20 моховика 21, создается тормозное усилие, до момента времени, когда разность угловых скоростей ведущего вала 6 коробки передач 5 по сигналу датчика скорости 3 коленчатого вала 4 двигателя 1 и ведомого вала 7 коробки передач 5 по сигналу датчика скорости 11 транспортного средства не будет превышать требуемую расчетную угловую скорость более чем на 50 мин (данная скорость в данном случае рассчитана опытным путем), после чего, по команде механотронной системы управления 10 коробки передач 5 и посредством ее второго приводного узла 15 и механизма переключения передач 16 производится включение высшей передачи путем соединения, находящейся в зацеплении с определенной шестерней 8 ведущего вала 6, одной определенной шестерни 9 (той шестерни 9, которая соответствует более высшей передачи, чем была до этого) с ведомым валом 7 посредством муфты «А» соответствующего синхронизатора «Б». После полного включения высшей передачи в коробке передач силового агрегата транспортного средства по команде механотронной системы управления 2 двигателя внутреннего сгорания 1 производится возврат дроссельной заслонки, устройства питания двигателя 1 в положение перед сменой (переключением с низшей на высшую) передач, и затем, возобновляется подача топлива в_устройство питания двигателя 1.
Работа силового агрегата транспортного средства в режиме переключения передач в коробке передач с высшей на низшую.
1
При переключении передач в коробке передач силового агрегата транспортного средства с высшей на низшую производится предварительный сброс нагрузки двигателя 1 по команде механотронной системы управления 10 коробки передач 5 и механотронной системы управления 2 двигателя внутреннего сгорания 1 путем прерывания подачи топлива в устройство питания двигателя 1 и полного открытия дроссельной заслонки устройства питания двигателя 1 для устранения передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач 5, и по команде механотронной системы управления 10 коробки передач 5 и посредством ее второго приводного узла 15 и механизма переключения передач 16, воздействующего на муфту «А» синхронизатора «Б» определенной шестерни 9 ведомого вала 7, производится выключение текущей (высшей) передачи за счет разъединения муфтой «А» синхронизатора «Б» этой определенной шестерни 9 с ведомым валом 7, затем, возобновляется подача топлива в устройство питания двигателя 1 для разгона его коленчатого вала 4 до момента времени пока разность угловых скоростей ведущего вала 6 коробки передач 5 по сигналу датчика скорости 3 коленчатого вала 4 двигателя 1 и ведомого вала 7 коробки передач 5 по сигналу датчика скорости 11 транспортного средства не будет превышать требуемую расчетную угловую скорость более чем на 50 мин' (данная скорость в данном случае рассчитана опытным путем) для безопасного включения низшей передачи, после чего, по команде механотронной системы управления 10 коробки передач 5 и посредством ее второго приводного узла 15 и механизма переключения передач 16 производится включение низшей передачи путем соединения, находящейся в зацеплении с определенной шестерней 8 ведущего вала 6, одной определенной шестерни 9 (той шестерни 9, которая соответствует более низшей передачи, чем была до этого) с ведомым валом 7 посредством муфты «А» соответствующего синхронизатора «Б», и далее, производится возврат дроссельной заслонки устройства питания двигателя 1 в положение перед сменой (переключением с высшей на низшую) передач.
В процессе переключения передач в коробке передач силового агрегата транспортного средства сцепление 12 остается во включенном состоянии, т.е. коленчатый вал 4 двигателя 1 соединен с ведущем валом 6 коробки передач 5.
Сцепление 12 силового агрегата транспортного средства управляется устройством включения/выключения 13, приводимым первым приводным узлом 14 механотронной системы управления 10 коробки передач 5 и включается (т.е. разрывает связь между двигателем 1 и коробкой 5) в следующих случаях: при запуске двигателя 1, включении нейтральной передачи в коробке 5.
За счет того, что в предложенном техническом решении силового агрегата транспортного средства включающем в себя двигатель внутреннего сгорания со своей механотронной системой управления с датчиком скорости коленчатого вала этого двигателя, автоматизированную механическую коробку передач с размещенными в ней ведущим и ведомым валами с шестернями и имеющую свою механотронную систему управления с датчиком скорости транспортного средства, сцепление, расположенное между коленчатым валом двигателя и ведущим валом коробки передач, и имеющее устройство включения/выключения, приводимое первым приводным узлом механотронной системы управления коробки передач, которая имеет также второй приводной узел, приводящий механизм переключения передач в коробке передач, в конструкцию силового агрегата введено фрикционное тормозное устройство его коленчатого вала, приводимое третьим приводным узлом механотронной системы управления коробки передач, которая функционально взаимосвязана с механотронной системой управления двигателя внутреннего сгорания, технический результат, - заключающийся в создании силового агрегата транспортного средства с фрикционным устройством торможения коленчатого вала двигателя, обеспечивающим достижение точно заданной угловой скорости входного вала коробки передач в необходимый короткий интервал времени при переключении передач в ней с низшей на высшую без выключения сцепления, и без уменьшения заданного ресурса двигателя и синхронизаторов коробки передач, в заявляемом изобретении достигается.