ГИБРИДНЫЙ ПРИВОД, СОЕДИНЕННЫЙ ЧЕРЕЗ ПЕРЕДАЧУ ОТБОРА МОЩНОСТИ
HYBRID DRIVE, CONNECTED VIA POWER TAKEOFF GEAR

Изобретение касается гибридного привода для транспортных средств, в частности, гибридного привода, у которого возможно соединение передачи отбора мощности первичного устройства, предусмотренного для первичного энергоснабжения, с вторичным устройством, предусмотренным для вторичного энергоснабжения.
В уровне техники гибридный привод известен как эффективная система рекуперации энергии торможения. При этом принято соединять эксплуатируемый в качестве насоса и/или двигателя гидравлический узел через передаточную ступень с карданным валом на выходе коробки передач. В случае торможения гидравлический узел эксплуатируется как гидравлический насос, благодаря чему в гидроаккумуляторе создается давление. Это давление может использоваться для последующего ускорения транспортного средства. В случае ускорения гидравлический узел эксплуатируется как двигатель, чтобы отдавать в трансмиссию транспортного средства дополнительный крутящий момент и тем самым разгружать двигатель внутреннего сгорания, что известно также как «boosten». Благодаря этой рекуперации энергии торможения возможна экономия топлива.
Задачей изобретения является создание усовершенствованного гибридного привода. В частности, задачей изобретения является создание гибридного привода, более экономичного при сравнимом коэффициенте использования мощности.
В соответствии с изобретением задача решается с помощью признаков независимого пункта формулы изобретения.
В соответствии с изобретением предлагается гибридный привод для транспортного средства, в частности, автомобиля промышленного назначения. Автомобиль промышленного назначения представляет собой предпочтительно автобус или грузовой автомобиль или тому подобное и может опционально включать в себя требующие энергоснабжения навесные и/или прицепные устройства (например, мусороуплотнитель машины для уборки мусора, рабочие машины и пр.).
Гибридный привод включает в себя первичное устройство, которое предусмотрено для первичного энергоснабжения и которое включает в себя главную передачу и по меньшей мере одну передачу отбора мощности. Первичное энергоснабжение может, например, использоваться для того, чтобы осуществлять привод транспортного средства и/или чтобы снабжать энергией один или несколько (описанных ниже более подробно) компонентов транспортного средства.
Кроме того, гибридный привод включает в себя вторичное устройство, которое предусмотрено для предпочтительно вторичного, другого энергоснабжения и для преобразования энергии, такой как, например, кинетическая энергия, энергия торможения, энергия принудительного холостого хода или другой избыточной энергии. Кроме того, вторичное устройство предпочтительно предусмотрено для рекуперации и/или для (например, электрического или гидравлического) аккумулирования энергии. Вторичное энергоснабжение может, например, использоваться для того, чтобы осуществлять привод транспортного средства (например, без использования энергии первичного устройства или вместе с использованием энергии первичного устройства) и/или чтобы снабжать энергией один или несколько (описанных ниже более подробно) компонентов транспортного средства. Особенно предпочтительно вторичное энергоснабжение может использоваться для того, чтобы разгружать первичное устройство при ускорении транспортного средства.
Вторичное устройство соединено по меньшей мере с одной передачей отбора мощности, чтобы через эту по меньшей мере одну передачу отбора мощности передавать энергию вторичному устройству и/или для того, чтобы, например, через эту по меньшей мере одну передачу отбора мощности передавать трансмиссии транспортного средства энергию, получаемую из вторичного устройства.
Возможно, чтобы вторичное устройство было подключено по меньшей мере к одной передаче отбора мощности.
Энергия, передаваемая вторичному устройству через передачу отбора мощности, предпочтительно представляет собой энергию, подлежащую преобразованию и/или рекуперации.
Энергия, передаваемая из вторичного устройства через передачу отбора мощности, в частности, представляет собой преобразованную и/или рекуперированную энергию, которая предпочтительно ранее была аккумулирована во вторичном устройстве.
Предпочтительно трансмиссия транспортного средства включает в себя главную передачу, а также, в частности, соединяемый с главной передачей трансмиссионный вал и опционально другие обычные элементы привода, расположенные между главной передачей и колесами. Возможно также, чтобы трансмиссия включала в себя первичное устройство.
Изобретение предпочтительно использует имеющуюся в первичном устройстве передачу отбора мощности в качестве подключения для вторичного устройства. Посредством этой передачи отбора мощности возможна передача энергии с целью рекуперативного преобразования и аккумулирования во вторичном устройстве. Рекуперированная, преобразованная и аккумулированная энергия при необходимости может использоваться, например, для энергоснабжения компонентов транспортного средства, например, вспомогательных потребителей, и/или для того, чтобы отдавать крутящий момент в трансмиссию транспортного средства.
Особенно предпочтительным является то, что отсутствует потребность в дополнительной передаточной ступени.
Вторичное устройство может также предпочтительно работать на более высоком уровне частоты вращения при более низком крутящем моменте (или, соответственно, давлении) и, в частности, быть выполнено более экономично при сравнимом с известными системами коэффициенте использования мощности.
Также предпочтительной является значительная экономия топлива, которая может быть достигнута посредством вторичного устройства.
Передача отбора мощности выполнена в виде привода отбора мощности, соответственно, привода передачи мощности и предпочтительно представляет собой кулачковый вал. В частности, передача отбора мощности может представлять собой так называемый PTO (power take-off, привод отбора мощности), например PTO с кулачковым валом.
Главная передача выполнена в виде главного привода отбора мощности или, соответственно, главного привода передачи мощности и предпочтительно представляет собой коленчатый вал.
Вторичное устройство предпочтительно соединено по меньшей мере с одной передачей отбора мощности, чтобы передавать вторичному устройству предназначенную для преобразования, передаваемую от трансмиссии транспортного средства энергию по меньшей мере через одну передачу отбора мощности и/или через главную передачу.
Вторичное устройство может быть выполнено и эксплуатироваться как гидравлический узел, который предпочтительно включает в себя гидравлический насос и/или гидромотор. Гидравлический насос и гидромотор могут, например, представлять собой отдельные друг от друга компоненты или быть выполнены в виде насосно-моторного узла.
Вторичное устройство может быть выполнено и эксплуатироваться как электрический узел, который предпочтительно включает в себя генератор и/или электродвигатель.
Первичное устройство предпочтительно представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в частности, дизельный двигатель, и/или включает в себя по меньшей мере один двигатель внутреннего сгорания.
Возможно, чтобы вторичное устройство эксплуатировалось в качестве гидропривода с целью преобразования предназначенной для преобразования энергии в гидравлическую энергию, и эксплуатировалось в качестве гидромотора, чтобы передавать преобразованную энергию компоненту транспортного средства и/или трансмиссии транспортного средства. Альтернативно или дополнительно возможно, чтобы вторичное устройство эксплуатировалось как генератор с целью преобразования предназначенной для преобразования энергии в электрическую энергию, и эксплуатировалось как электродвигатель с целью передачи преобразованной энергии компоненту транспортного средства и/или трансмиссии транспортного средства.
Возможно, чтобы вторичное устройство включало в себя по меньшей мере один энергоаккумулятор, в котором могла бы аккумулироваться преобразованная или, соответственно, предназначенная для преобразования энергия. По меньшей мере один энергоаккумулятор может быть механическим, гидравлическим (например, гидроккумулятор, гидроаккумулятор высокого давления и/или гидроаккумулятор низкого давления) и/или электрическим (например, одна или несколько батарей или суперкноденсаторов).
Предпочтительно гидравлический узел включает в себя гидравлический аккумулятор, служащий для аккумулирования гидравлической энергии, в то время как электрический узел предпочтительно включает в себя электрический аккумулятор, служащий для аккумулирования электрической энергии.
Преобразованная, аккумулированная энергия может отдаваться одному или нескольким компонентам транспортного средства.
В частности, преобразованная энергия может передаваться через передачу отбора мощности и использоваться для того, чтобы отдавать дополнительный крутящий момент в трансмиссию транспортного средства, предпочтительно, когда транспортное средство ускоряется.
Возможно, чтобы гибридный привод был выполнен так, чтобы энергия, получаемая из вторичного устройства, использовалась для того, чтобы осуществлять привод трансмиссии по существу без использования энергии первичного устройства. Другими словами, гибридный привод может быть выполнен так, чтобы привод трансмиссии осуществлялся за счет одного только вторичного устройства без дополнительной энергии первичного устройства. Возможно также, чтобы гибридный привод был выполнен так, чтобы энергия, получаемая из вторичного устройства, использовалась для того, чтобы осуществлять привод трансмиссии, вместе с энергией первичного устройства, благодаря чему первичное устройство может разгружаться, когда транспортное средство ускоряется.
Возможно также, чтобы вторичное устройство было предусмотрено для того, чтобы осуществлять пуск первичного устройства. В частности, может обеспечиваться функция пуска/останова для первичного устройства, так как, например, при разомкнутом сцеплении, например, во время переключения передач или при трогании с места, пуск первичного устройства может осуществляться посредством вторичного устройства. Предпочтительно благодаря этому может разгружаться бортовая электрическая сеть. Кроме того, предпочтительно такая функция пуска/останова не оказывает негативного влияния на срок службы стартерных батарей и стартера.
Компонент транспортного средства может включать в себя трансмиссию транспортного средства. Возможно также, чтобы компонент транспортного средства включал в себя один или несколько вспомогательных потребителей (например, мусороуплотнитель или другие навесные или прицепные устройства транспортного средства), рабочие машины и/или одно или несколько следующих предпочтительно электрических устройств: насос сервопривода рулевого управления, компоненты установки кондиционирования (например, компрессор кондиционера), воздушный компрессор, система энергоснабжения бортовой сети транспортного средства, устройство пуска двигателя внутреннего сгорания (например, стартер, стартерные батареи и пр.) и пр.
Передача отбора мощности может быть соединена с вторичным устройством с возможностью разъединения посредством предпочтительно включаемого сцепления. Благодаря этому становится возможным при необходимости полное отсоединение вторичного устройства от трансмиссии и/или передачи отбора мощности, в частности, с возможностью достижения того преимущества, что даже при изменяющемся периодическом режиме эксплуатации транспортного средства (например, на проселочных дорогах, автострадах, при внутригородском движении и пр.) не произойдет ухудшения расхода.
Возможно, чтобы дополнительно к вторичному устройству обеспечивалось соединение с передачей отбора мощности другого компонента транспортного средства, в частности, вспомогательного потребителя транспортного средства, для снабжения его энергией. В этом случае преобразованная энергия может использоваться для энергоснабжения, в частности, для привода компонента транспортного средства (например, мусороуплотнителя). Для машины для уборки мусора, например, предпочтительно не передавать преобразованную энергию трансмиссии транспортного средства, например, с целью ускорения транспортного средства, а использовать для эксплуатации мусороуплотнителя.
Возможно, чтобы компонент транспортного средства был подключен к передаче отбора мощности.
Предпочтительно после по меньшей мере одной передачи отбора мощности и/или главной передачи в приводе размещена предпочтительно переключаемая передача (коробка передач), благодаря чему, например, может быть повышена сила тяги и/или способность транспортного средства к преодолению подъемов в режиме эксплуатации вторичного устройства (гибридном режиме эксплуатации). Размещенная после передача предпочтительно обеспечивает возможность эксплуатации вторичного устройства в относительно узком и высоком диапазоне частоты вращения с оптимальными коэффициентами полезного действия, а также его небольших габаритов и, кроме того, исполнения с оптимальными затратами на изготовление. Кроме того, возможно достижение предпочтительно высоких коэффициентов полезного действия вплоть до останова транспортного средства.
В частности, передача размещена после по меньшей мере одной передачи отбора мощности и/или главной передачи так, чтобы преобразованная энергия, получаемая из вторичного устройства, через передачу отбора мощности, предпочтительно главную передачу, и посредством трансмиссионного вала поступала к предпочтительно переключаемой передаче.
Возможно, чтобы главная передача была соединена с трансмиссионным валом или, соответственно, подключена к трансмиссионному валу, в то время как передача отбора мощности была предпочтительно соединена с главной передачей.
Предназначенная для преобразования энергия включает в себя предпочтительно рекуперационную энергию (энергию, предназначенную для рекуперации), кинетическую энергию, энергию торможения, энергию принудительного холостого хода, гидравлическую энергию, электрическую энергию и/или другую избыточную энергию.
Изобретение включает в себя также транспортное средство, предпочтительно автомобиль промышленного назначения, снабженный описанным здесь гибридным приводом.
Описанные выше признаки и предпочтительные варианты осуществления изобретения могут комбинироваться друг с другом произвольным образом. Другие предпочтительные усовершенствованные варианты изобретения описаны в зависимых пунктах или содержатся в последующем описании предпочтительных примеров осуществления в сочетании с прилагаемыми фигурами, на которых:
фиг.1 - схематичное изображение гибридного привода по первому варианту осуществления изобретения, и
фиг.2 - схематичное изображение гибридного привода по второму варианту осуществления изобретения.
На фиг.1 показано схематичное изображение гибридного привода 1 для автомобиля промышленного назначения по первому варианту осуществления изобретения. Гибридный привод 1 включает в себя первичное устройство 10 и вторичное устройство 20.
Первичное устройство 10 включает в себя двигатель внутреннего сгорания, который выполнен в виде дизельного двигателя и служит для первичного энергоснабжения автомобиля промышленного назначения. Дизельный двигатель 10 включает в себя выполненную в виде коленчатого вала главную передачу 11 и по меньшей мере одну выполненную в виде кулачкового вала передачу 12 отбора мощности.
Вторичное устройство 20 выполнено в виде гидравлического узла и включает в себя гидравлический насос 21 и/или гидромотор 21'.
Гидравлический насос 21 и гидромотор 21' могут быть выполнены как отдельные компоненты или как насосно-моторный узел, причем и то и другое собственно известно из уровня техники.
Кроме того, гидравлический узел 20 включает в себя гидравлический энергоаккумулятор 22. Энергоаккумулятор 22 предпочтительно представляет собой аккумулятор давления, содержащий гидравлическую среду. В другом варианте осуществления можно вместо энергоаккумулятора 22 предусмотреть аккумулятор высокого давления и аккумулятор низкого давления, причем и то и другое также собственно известно из уровня техники.
Гидравлический узел 20 предусмотрен, чтобы преобразовывать энергию торможения в гидравлическую энергию, аккумулировать и при необходимости передавать трансмиссии автомобиля промышленного назначения. Гидравлический узел 20 может эксплуатироваться как гидравлический насос 21, чтобы преобразовывать предназначенную для преобразования энергию торможения в гидравлическую энергию, и как гидромотор 21', чтобы передавать трансмиссии энергию торможения, преобразованную в гидравлическую энергию. Гидравлический узел 20 может быть сконструирован и эксплуатироваться собственно известным образом.
Однако одна из особенностей заключается в том, что гидравлический узел 20 соединен с возможностью разъединения с передачей 12 отбора мощности дизельного двигателя 10, соответственно, может подключаться с возможностью разъединения к передаче 12 отбора мощности дизельного двигателя 10. Между передачей 12 отбора мощности и гидравлическим узлом 20 расположено включаемое сцепление 31, позволяющее при необходимости отсоединять гидравлический узел 20 и передачу 12 отбора мощности друг от друга. Включаемое сцепление 31 в другом варианте осуществления настоящего изобретения может представлять собой, например, составную часть реверсивного насоса, или насоса с поворотными лопастями, или осевого насоса, или быть реализовано посредством таких насосов.
Предназначенная для преобразования, подлежащая рекуперации передаваемая от трансмиссии энергия торможения через передачу 12 отбора мощности передается гидравлическому узлу 20, в то время как преобразованная, рекуперированная аккумулированная энергия, получаемая из гидравлического узла 20, через передачу 12 отбора мощности передается трансмиссии и используется для того, чтобы отдавать крутящий момент в трансмиссию.
Как видно на фиг.1, трансмиссия включает в себя, в частности, главную передачу 11, а также предпочтительно соединенный с главной передачей 11 трансмиссионный вал 13, предпочтительно переключаемую передачу 40 и укомплектованный задними колесами задний мост 50. Между трансмиссионным валом 13 и главной передачей 11 расположено предпочтительно включаемое сцепление 32, позволяющее при необходимости отсоединять трансмиссионный вал 13 и главную передачу 11 друг от друга.
Рекуперированная, преобразованная и аккумулированная в гидравлическом энергоккумуляторе 22 энергия не должна обязательно отдаваться трансмиссии, а может дополнительно или альтернативно использоваться также для пуска дизельного двигателя 10, а также для энергоснабжения других компонентов транспортного средства. С этой целью один из компонентов 23 транспортного средства может быть соединен с гидравлическим узлом 20, что на фиг.1 схематично обозначено в виде штриховой линии, соответствующей позиции 23.
Возможно, чтобы обеспечивалось соединение передачи 12 отбора мощности одним ее концом с гидравлическим узлом 20 или, соответственно, подключение к гидравлическому узлу 20, а другим ее концом обеспечивалось соединение с компонентом 23' транспортного средства или, соответственно, подключение к компоненту 23' транспортного средства, что на фиг.1 обозначено в виде штриховой линии, соответствующей позиции 23', и штриховой, опциональной части передачи 11 отбора мощности.
Возможно также, чтобы обеспечивалось соединение компонента транспортного средства через соответствующую передачу с передачей 11 отбора мощности.
Компонент (компоненты) 23, 23' транспортного средства может представлять собой вспомогательный потребитель (например, мусороуплотнитель или другие навесные или прицепные устройства транспортного средства), рабочую машину и/или несколько следующих предпочтительно электрических устройств: насос сервопривода рулевого управления, компоненты установки кондиционирования (например, компрессор кондиционера), воздушный компрессор, система энергоснабжения бортовой сети транспортного средства, устройство пуска двигателя внутреннего сгорания (например, стартер, стартерные батареи и пр.) и пр.
Передача 40 в приводе размещена после гидравлического узла 20 и передачи 12 отбора мощности. В частности, преобразованная энергия, получаемая из гидравлического узла 20, через передачу 12 отбора мощности поступает к главной передаче 11 и посредством трансмиссионного вала 13 к передаче 40, откуда она через дифференциал 51 поступает к заднему мосту 50 транспортного средства, имеющему задние колеса.
Передача 40 может быть выполнена в виде автоматизированной коробки передач с ручным управлением (Automatic Manual Transmission - AMT) или в виде автоматической гидромеханической коробки передач (Automatic Transmission - AT), соответственно, автоматической коробки передач.
Управление, соответственно, регулирование и контроль гибридного привода может осуществляться посредством устройства гибридного управления (Hybrid Control Unit - HCU), которое может взаимодействовать с управляющим компьютером автомобиля (FFR), устройством управления двигателем внутреннего сгорания (Engine Control Unit - ECU) и устройством управления передачей (Transmission Control Unit - TCU) предпочтительно через шину данных. Устройство гибридного управления контролирует текущее состояние движения (например, ускорение, движение с постоянной скоростью, торможение, останов) и регистрирует уровень аккумулированной в энергоаккумуляторе 22, предназначенной для использования энергии.
При ускорениях посредством гидравлического узла 20 дополнительный крутящий момент может отдаваться в трансмиссию. Устройство управления передачей настраивается таким образом, чтобы для этого случая включалась передача и обеспечивалось силовое замыкание с задним мостом 50 транспортного средства. В случае если установлена автоматическая гидромеханическая коробка передач, замыкающая муфта гидромеханической коробки передач, чаще всего как можно раньше может быть замкнута с целью достижения оптимального коэффициента полезного действия рекуперации. Устройство управления двигателем внутреннего сгорания может в соответствии с желанием водителя регулировать, соответственно, управлять нагрузочным моментом дизельного двигателя 10 с учетом отданного, дополнительного крутящего момента. Управляющий компьютер автомобиля может регистрировать и/или контролировать крутящие моменты дизельного двигателя 10 и гидравлического узла 20, например, иметь возможность с достаточной точностью оценивать текущую массу транспортного средства.
При торможении гидравлический узел 20 может действовать в качестве насоса. В зависимости от уровня давления в энергоаккумуляторе 22 от устройства гибридного управления требуется соответствующая производительность. Устройство управление передачей удерживает включенную передачу, пока не достигаются состояния, критические в отношении безопасности или конструктивных элементов. Дизельный двигатель 10 работает в режиме принудительного холостого хода без впрыска топлива, при этом электронное устройство управления дизелем (Electronic Diesel Control - EDC) осуществляет управление, соответственно, регулирование тормоза двигателя таким образом, что рекуперация может осуществляться оптимальным образом. В зависимости от уровня требуемой тормозной мощности или, соответственно, скорости транспортного средства управляющим компьютером транспортного средства или устройством управления тормозом (если таковое имеется) дополнительно подключаются механические тормоза транспортного средства.
На фиг.2 показано схематичное изображение гибридного привода 1 для автомобиля промышленного назначения по второму варианту осуществления изобретения. Второй вариант осуществления частично совпадает с первым вариантом осуществления, при этом аналогичные или идентичные части снабжены одинаковыми номерами позиций, и для их пояснения также ссылаемся на описание описанного выше варианта осуществления, во избежание повторов.
Одной из особенностей второго варианта осуществления является то, что вторичное устройство вместо гидравлического узла представляет собой электрический узел. Как показывает сравнение фиг.1 и 2, принцип действия электрического исполнения сравним с принципом действия гидравлического исполнения. В частности, электрическое исполнение вместо гидравлического насоса 21 включает в себя генератор 25, вместо гидромотора 21' - электродвигатель 25' и вместо гидравлического энергоаккумулятора 22 - электрический энергоаккумулятор 26 (например, батареи или суперконденсаторы). Электрический узел 20 может быть выполнен и эксплуатироваться известным самим по себе образом.
Другая особенность заключается в том, что электрический узел 20 соединен с возможностью разъединения с передачей 12 отбора мощности дизельного двигателя 10 или, соответственно, может подключаться с возможностью разъединения к передаче 12 отбора мощности дизельного двигателя 10.
Во время фаз принудительного холостого хода и/или торможения электрический узел 20 работает посредством генератора 25 в генераторном режиме (вместо гидравлического) и заряжает электрический энергоаккумулятор 26 (вместо гидравлического энергоаккумулятора). При необходимости электрический узел 20 работает посредством электродвигателя 25' в режиме электродвигателя (вместо режима гидромотора). Таким образом, через передачу 12 отбора мощности может передаваться предназначенная для преобразования энергия электрического узла 20, или, соответственно, преобразованная энергия, получаемая из электрического узла 20, может отдаваться трансмиссии через передачу 12 отбора мощности.
Описанные выше предпочтительные варианты осуществления и/или их отдельные признаки могут комбинироваться друг с другом произвольным образом. Изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления. Более того, возможно множество вариантов и модификаций, которые также используют идею изобретения и поэтому попадают в объем охраны.
Список ссылочных позиций
1 Гибридный привод
10 Первичное устройство
11 Главная передача
12 Передача отбора мощности
13 Трансмиссионный вал
20 Вторичное устройство
21 Гидравлический насос
21' Гидромотор
22 Гидравлический энергоаккумулятор
23 Компонент транспортного средства/вспомогательный потребитель
23' Компонент транспортного средства/вспомогательный потребитель
25 Генератор
25' Электродвигатель
26 Электрический энергоаккумулятор
31 Сцепление
32 Сцепление
40 Передача
50 Задний мост
51 Дифференциал.