Рекуператор транспортного средства, оснащенный упругими элементами и маховиком

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен рекуператор транспортного средства с упругими элементами (патент №209822), содержащий входной и выходной валы, установленные на радиально-упорных подшипниках с возможностью вращения, а также оси, установленные на радиальных подшипниках с возможностью вращения. На входном и выходном валах, а также на осях установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, концевые зацепы которых закреплены в цилиндрических шестернях, установленных на противоположных концах осей с возможностью вращения. Рекуператор оснащен механизмом управления, состоящим из двух цилиндрических передач с тремя управляемыми фрикционными муфтами.
Недостатком данной конструкции рекуператора является неспособность упругих элементов развивать достаточную мощность на выходном валу для быстрого разгона транспортного средства.
Задачей полезной модели является уменьшение расхода топлива в двигателе транспортного средства за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона.
Техническим результатом является создание рекуператора транспортного средства, способного накапливать энергию при рекуперативном торможении, а также развивать достаточную мощность на выходном валу при отдаче накопленной энергии, обеспечивая необходимую динамику разгона транспортного средства.
Технический результат достигается предлагаемым рекуператором транспортного средства, оснащенным упругими элементами и маховиком (впоследствии – рекуператор), содержащим входной и выходной валы, установленные на радиально-упорных подшипниках с возможностью вращения, а также оси, установленные на радиальных подшипниках с возможностью вращения. На входном и выходном валах установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг валов, а на осях установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей. Пружины кручения, навитые вокруг входного и выходного валов, соединяют своими концевыми зацепами входной и выходной валы с цилиндрическими шестернями, которые установлены на валах и осях с возможностью вращения относительно них. Концевые зацепы пружин кручения, навитых вокруг осей, закреплены в цилиндрических шестернях, установленных на противоположных концах осей. На входном валу жестко закреплено входное зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с входной шестерней. Причем зубчатая передача, образованная входной шестерней и входным зубчатым колесом, является понижающей с передаточным числом, равным трём. На выходном валу жестко закреплена выходная шестерня, находящаяся в зацеплении с выходным зубчатым колесом. Причем зубчатая передача, образованная выходной шестерней и выходным зубчатым колесом, также является понижающей с передаточным числом, равным трём. Входная шестерня и выходное зубчатое колесо установлены с возможностью вращения относительно вала отбора мощности посредством радиально-упорных подшипников. Корпус входной шестерни имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной сжатия и электромагнитной катушкой образует входную электромагнитную фрикционную муфту. В неподвижном корпусе рекуператора установлен фиксатор рекуператора с электромагнитной катушкой и пружиной. Фиксатор рекуператора установлен посредством шлицевого соединения с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса рекуператора. Входная шестерня и выходное зубчатое колесо имеют площадки под контакт с фиксатором рекуператора.
На ступице выходного зубчатого колеса установлена обгонная муфта, состоящая из звездочки, жестко соединенной со ступицей выходного зубчатого колеса, четырех роликов с четырьмя плунжерами и пружинами, а также внешней обоймы. Внешняя обойма обгонной муфты жестко закреплена на маховике, который установлен на валу отбора мощности с возможностью вращения посредством подшипников. Маховик имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной сжатия и электромагнитной катушкой образует выходную электромагнитную фрикционную муфту. Полумуфты установлены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений.
Применение предлагаемого рекуператора позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим её использованием для трогания с места и разгона транспортного средства.
На фиг. 1 и 2 изображен рекуператор в нейтральном положении. На фиг. 3 и 4 изображен рекуператор в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг. 5 и 6 изображен рекуператор в положении, соответствующем переходу энергии упругой деформации пружин в кинетическую энергию вращения маховика. На фиг. 7 и 8 изображен рекуператор в положении, соответствующем троганию с места и разгону транспортного средства (отдаче накопленной энергии).
Рекуператор содержит (фиг. 1) входной 1 и выходной 2 валы, установленные на радиально-упорных подшипниках 3 с возможностью вращения, а также оси 4 – 8, установленные на радиальных подшипниках 9 с возможностью вращения. На входном 1 и выходном 2 валу установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 10, навитых вокруг валов, а на осях 4 – 8 установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 11 - 15, навитых вокруг осей. Пружины кручения 10, навитые вокруг входного 1 и выходного 2 валов, соединяют своими концевыми зацепами входной 1 и выходной 2 вал с цилиндрическими шестернями 16, которые установлены на валах 1, 2 и осях 4 – 8 с возможностью вращения относительно них. Концевые зацепы пружин кручения 11 – 15, навитых вокруг осей 4 – 8, закреплены в цилиндрических шестернях 16, установленных на противоположных концах осей. На входном валу 1 жестко закреплено входное зубчатое колесо 17, находящееся в зацеплении с входной шестерней 18. Причем зубчатая передача, образованная входной шестерней 18 и входным зубчатым колесом 17, является понижающей с передаточным числом, равным трём. На выходном валу 2 жестко закреплена выходная шестерня 19, находящаяся в зацеплении с выходным зубчатым колесом 20. Причем зубчатая передача, образованная выходной шестерней 19 и выходным зубчатым колесом 20, также является понижающей с передаточным числом, равным трём. Входная шестерня 18 и выходное зубчатое колесо 20 установлены с возможностью вращения относительно вала отбора мощности 21 посредством радиально-упорных подшипников 22 и 23. Корпус входной шестерни 18 имеет площадку под контакт 24, которая вместе с полумуфтой 25, пружиной сжатия 26 и электромагнитной катушкой 27 образует входную электромагнитную фрикционную муфту 28. В неподвижном корпусе рекуператора 36 установлен фиксатор рекуператора 37 с электромагнитной катушкой 38 и пружиной 39. Фиксатор рекуператора 37 установлен посредством шлицевого соединения 40 с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса рекуператора 36. Входная шестерня 18 и выходное зубчатое колесо 20 имеют площадки под контакт 41 и 42 с фиксатором рекуператора.
На ступице выходного зубчатого колеса 20 установлена обгонная муфта 43, состоящая из звездочки 44, жестко соединенной со ступицей выходного зубчатого колеса 20, четырех роликов 45 с четырьмя плунжерами 46 и пружинами 47 (фиг. 2), а также внешней обоймы 48. Внешняя обойма 48 обгонной муфты 43 жестко закреплена на маховике 49, который установлен на валу отбора мощности 21 с возможностью вращения посредством подшипников 50. Маховик 49 имеет площадку под контакт 29, которая вместе с полумуфтой 30, пружиной сжатия 31 и электромагнитной катушкой 32 образует выходную электромагнитную фрикционную муфту 33. Полумуфты 25 и 30 установлены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности 21 и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений, соответственно, 34 и 35.
Рекуператор работает следующим образом.
При движении транспортного средства рекуператор находится в нейтральном положении (фиг. 1 и 2): электромагнитные фрикционные муфты 28 и 33 разомкнуты, вал отбора мощности 21 с полумуфтами 25 и 30 свободно вращается, фиксатор рекуператора 37 прижат пружиной 39 к выходному зубчатому колесу 20, остальные детали рекуператора неподвижны.
При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 21 необходимо передать на рекуператор (фиг. 3 и 4). Для этого на электромагнитную катушку 27 подается напряжение, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 25, вращающаяся вместе с валом отбора мощности 21, прижимается к площадке контакта 24 и приводит во вращение входную шестерню 18. Вращение с входной шестерни 18 посредством зубчатого зацепления передается на входное зубчатое колесо 17, которое начинает вращаться вместе с входным валом 1. Вращаясь, вал 1 закручивает пружину кручения 10, расположенную на нем, и через зубчатые зацепления цилиндрических шестерен 16 закручивает пружины кручения 10 – 15, расположенные на осях 4 – 8 и выходном валу 2. При этом в пружинах кручения 10 – 15 накапливается потенциальная энергия упругой деформации, а зубчатая передача, образованная входной шестерней 18 и входным зубчатым колесом 17, уменьшает количество оборотов входного вала 1, одновременно увеличивая момент закручивания пружин 10 – 15.
Затем необходимо обеспечить переход потенциальной энергии упругой деформации пружин кручения 10 – 15 в кинетическую энергию вращения маховика 49 (фиг. 5, 6). Для этого отключается напряжение в электромагнитной катушки 27, и входная электромагнитная фрикционная муфта 28 размыкается под действием пружины сжатия 26. Одновременно с этим подается напряжение на электромагнитную катушку 38, и под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, фиксатор рекуператора 37, преодолевая усилие пружины 39, перемещается вдоль неподвижного корпуса рекуператора 36 влево, прижимаясь к площадке под контакт 41 входной шестерни с фиксатором рекуператора. Тем самым фиксатор рекуператора 37 освобождает выходное зубчатое колесо 20 и фиксирует входную шестерню 18. Скрученные пружины кручения 10 – 15 приводят во вращение выходной вал 2 вместе с выходной шестерней 19, которая через зубчатое зацепление вращает выходное зубчатое колесо 20 вместе со звездочкой 44 обгонной муфты 43. При этом ролики 45 замыкают обгонную муфту 43, и вращение с выходного зубчатого колеса 20 передается на маховик 49, который накапливает кинетическую энергию вращения. После полного раскручивания пружин кручения 10 – 15 напряжение в электромагнитной катушке 38 выключается, фиксатор рекуператора 37, под действием пружины 39, перемещается вдоль неподвижного корпуса рекуператора 36 вправо, прижимаясь к площадке под контакт 42, и фиксирует выходное зубчатое колесо 20 вместе со звездочкой 44 обгонной муфты 43. При этом ролики 45 размыкают обгонную муфту 43, и внешняя обойма 48 вместе с маховиком 49 продолжают свободно вращаться.
Для трогания с места и разгона транспортного средства вращение с маховика 49 необходимо передать на вал отбора мощности 21 (фиг. 7 и 8). Для этого напряжение подается на электромагнитную катушку 32, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 30 прижимается к площадке под контакт 29. Посредством включенной выходной электромагнитной фрикционной муфты 33 и шлицевого соединения 35 вращение с маховика 49 передается на вал отбора мощности 21, разгоняя транспортное средство. В конце цикла разгона транспортного средства напряжение в электромагнитной катушке 32 отключается, под действием пружины сжатия 31 выходная электромагнитная фрикционная муфта 33 размыкается, и рекуператор переходит в нейтральное положение для последующего использования.
Таким образом, использование маховика в конструкции рекуператора позволяет получить высокую мощность на выходе, что обеспечит необходимую динамику разгона транспортного средства.