СИСТЕМА, СОСТОЯЩАЯ ИЗ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
SYSTEM CONSISTING OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение касается системы, состоящей из двигателя внутреннего сгорания, установленного на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания маховика, установленного в корпусе маховика стартера-генератора и соединяющего маховик с коробкой передач фрикционного сцепления.
В основу изобретения положена задача усовершенствования трансмиссии работающего со стартером-генератором двигателя внутреннего сгорания, при этом, несмотря на расположение стартера-генератора в области между маховиком и фрикционным сцеплением, весь конструктивный узел имеет небольшой размер по меньшей мере в осевом направлении. Кроме того, задачей изобретения является обеспечение возможности монтажа всего конструктивного узла, а также изготовление отдельных компонентов с наиболее оптимальными возможными затратами. Другой задачей изобретения является обеспечить возможность модульного решения, так чтобы был возможен монтаж различных типов коробок передач (ручная или автоматическая коробка передач) или соединений коробки передач с предлагаемым изобретением маховиком.
Эта задача решается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования изобретения содержатся в зависимых пунктах 2-15 формулы изобретения.
Суть изобретения заключается в том, что на выходной стороне маховика закреплен промежуточный элемент таким образом, что передающее крутящий момент крепление промежуточного элемента на маховике в отношении радиального расстояния от оси вращения маховика расположено радиально внутри относительно передающего крутящий момент крепления промежуточного элемента на фрикционном сцеплении, и что промежуточный элемент имеет упорную поверхность опоры для фрикционной накладки фрикционного сцепления. При этом радиальное расстояние до крепления маховик/промежуточный элемент меньше, чем радиальное расстояние до крепления промежуточный элемент/фрикционное сцепление. Поэтому крепление промежуточный элемент/фрикционное сцепление расположено по сравнению с креплением маховик/промежуточный элемент радиально снаружи.
Указанный в пункте формулы изобретения стартер-генератор в общем следует понимать как электрическую машину, которая имеет по меньшей мере функцию генератора и поэтому может преобразовывать имеющиеся в трансмиссии крутящие моменты на рабочей фазе в режиме генератора в электрическую энергию. Кроме того, стартер-генератор может по меньшей мере для определенных рабочих фаз двигателя внутреннего сгорания выполнять также функцию элемента, приводящего во вращательное движение коленчатый вал (функция стартера). Благодаря предусмотренному промежуточному элементу, который разъемно закреплен с одной стороны на маховике, а с другой стороны на фрикционном сцеплении, достигается малогабаритное и оптимальное по стоимости отдельных частей решение для реализации необходимых функций. Оптимальное по стоимости изготовление может достигаться за счет того, что упорная поверхность для фрикционного сцепления, к которой прилегает фрикционная накладка для передачи крутящего момента, предусмотрена на промежуточном элементе. В частности, радиально наружное соединение между промежуточным элементом и фрикционным сцеплением и одновременно радиально внутреннее относительно него расположение крепления промежуточного элемента с маховиком также позволяют получить малогабаритный и компактный передаточный узел.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления стартер-генератор имеет статор, а также ротор, при этом статор по меньшей мере в отдельных областях закреплен на корпусе маховика, охватывающем маховик по меньшей мере в отдельных областях, и/или в отдельных областях на охватывающем фрикционное сцепление корпусе. Благодаря тому, что фиксация положения статора предусмотрена на корпусе маховика и/или фрикционного сцепления, в частности, при интегральной конфигурации может достигаться сокращение количества конструктивных элементов.
Кроме того, предпочтительно, когда ротор стартера-генератора по меньшей мере в отдельных областях закреплен на маховике и/или по меньшей мере в отдельных областях на промежуточном элементе. Такого рода крепление включает в себя выполненное без возможности проворота крепление элемента ротора относительно маховика и относительно промежуточного элемента. Хотя при такого рода конфигурации ротор всегда движется вместе с маховиком, однако постоянно совместно движущийся ротор в трансмиссии позволяет получить пространственно компактное техническое решение интеграции стартера-генератора внутрь трансмиссии двигателя внутреннего сгорания.
При этом ротор с геометрическим замыканием и/или с силовым замыканием смежными областями маховика и промежуточного элемента ограничен по меньшей мере в одной осевой подвижности. Предпочтительно соединение с геометрическим замыканием, соответственно с силовым замыканием, действует на ротор таким образом, что он в окончательно смонтированном состоянии не может совершать никакого осевого движения. Соединение с геометрическим замыканием ротора может, например, реализовываться за счет двухстороннего контакта маховика и промежуточного элемента на роторе. Соединение с силовым замыканием может осуществляться за счет зажатия ротора между областью маховика и промежуточным элементом. Также за счет соединения с геометрическим замыканием и/или с силовым замыканием ротора с маховиком и/или промежуточным элементом может обеспечиваться защита от вращения ротора относительно маховика и/или относительно промежуточного элемента. Такого рода защита от вращения может, например, осуществляться за счет прессового соединения или иного рода соединения с силовым замыканием. При этом, например, в окончательно смонтированном состоянии выступающая область промежуточного элемента может вставляться в ответную выемку ротора и за счет этого геометрического замыкания препятствовать вращению (провороту) ротора относительно промежуточного элемента и в итоге также относительно маховика. В одном из предпочтительных вариантов осуществления ротор выполнен в виде диска, призмы или цилиндра, при этом происходит геометрически замыкаемое или замыкаемое силой зацепление, соответственно нагружение, на торцевых сторонах ротора.
В другом предпочтительном варианте осуществления промежуточный элемент выполнен в виде диска, цилиндра и/или призмы и в своем центре имеет приемную область для элемента приводного вала. Приемная область принимает элемент приводного вала с возможностью вращения, однако также так, что обеспечивается подпирание элемента приводного вала в радиальном направлении. Например, шарикоподшипник или другого рода подшипниковый элемент может быть установлен в приемной области с силовым замыканием или с геометрическим замыканием. В предпочтительном варианте осуществления шарикоподшипник запрессован в круглую приемную область. В частности, при исполнении промежуточного элемента в виде диска предпочтительно, если приемная область включает в себя отогнутый участок, который в смонтированном состоянии ориентирован в направлении от маховика. Этот отогнутый участок обеспечивает увеличенную поверхность для крепления подшипникового элемента.
Кроме того, оказалось предпочтительно, если в окончательно смонтированном состоянии обращенная к маховику поверхность промежуточного элемента имеет по меньшей мере один вставной центрирующий элемент, который вставляется в ответный центрирующий элемент маховика. Благодаря центрирующему средству такого рода для соединения маховика и промежуточного элемента может, например, обеспечиваться установленная с узкими допусками параллельность осей и/или выравнивание положения этих двух элементов и, в свою очередь, объектов, которые должны соединяться с этими элементами. Тем самым достигается низкий допуск размерной цепи, то есть низкие суммируемые отдельные допуски нескольких соединенных друг с другом конструктивных элементов. При этом вставной центрирующий элемент может быть выполнен, например, в виде кольцевого выступа или расположенных по круглому кольцу возвышений, а ответный центрирующий элемент - в виде участка поверхности, ответного кольцевому выступу или расположенным по круглому кольцу возвышениям.
Другая предпочтительная мера предусматривает, что расстояние от крепежных средств для фиксации промежуточного элемента с маховиком до оси вращения соответствует 0,3-0,7-кратному, предпочтительно 0,4-0,6-кратному расстоянию от крепежного средства для фиксации промежуточного элемента с корпусом сцепления. При этом, с одной стороны, крепежные средства для крепления промежуточного элемента с маховиком расположены внутри относительно крепежных средств для крепления промежуточного элемента со сцеплением. Благодаря тому, что эти оба крепежных средства удалены от оси вращения, находясь в таком отношении друг относительно друга, с одной стороны, обеспечивается возможность расположения сравнительно далеко снаружи крепежного средства для фиксации промежуточного элемента со сцеплением и одновременно достигается предпочтительное, такого рода достаточно удаленное от оси вращения крепление крепежного средства, что даже масса этого крепежного средства положительно (увеличение массы) сказывается на маховой массе маховика. Кроме того, благодаря удаленному от оси повышению массы достигается эффективное повышение прочности и/или жесткости.
При этом может быть, кроме того, предпочтительно, если расстояние от ротора до оси вращения соответствует 1,05-1,40-кратному расстоянию от крепежного средства для фиксации промежуточного элемента с маховиком до оси вращения. При этом крепежное средство для фиксации промежуточного элемента с маховиком расположено по сравнению с ротором дальше внутри и одновременно на заданном максимальном расстоянии от него. При этом обеспечивается, что крепежное средство непосредственно вставляется в материал ротора или пронизывает его и/или что крепежное средство непосредственно вставляется в или пронизывает их и/или непосредственно вставляется в несущие ротор области маховика или пронизывает их. Благодаря тому, что расположение крепежного средства для фиксации промежуточного элемента с маховиком находится в «близкой области» ротора, например, несущая ротор область промежуточного элемента или маховика может одновременно выполнять функцию приема крепежного средства для крепления промежуточного элемента на маховике.
Кроме того, оказалось целесообразным, если промежуточный элемент в своей радиально внутренней области имеет по меньшей мере одну сквозную выемку, которая выполнена таким образом, что в смонтированном состоянии промежуточного элемента и маховика обеспечивается возможность продевания крепежного средства и/или манипулирования крепежным средством через сквозную выемку, предпочтительно посредством инструмента, при этом крепежное средство служит для фиксации маховика на коленчатом валу. С помощью этой меры обеспечивается, что конструктивный узел, состоящий из маховика и промежуточного элемента, как одно целое может отсоединяться от коленчатого вала. Для этого, например, путем продевания инструмента через сквозную выемку можно вставлять его в головку винтов, фиксирующих маховик на коленчатом валу, и последние могут отвертываться и выниматься через сквозную выемку. В обратном случае, таким образом, может осуществляться монтаж и вместе с тем предварительная сборка промежуточного элемента, маховика и крепежного винта для промежуточного элемента и маховика, и этот конструктивный узел как одно целое, предпочтительно дополнительно с ротором, может привертываться к коленчатому валу.
В другом предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одно крепежное средство для фиксации маховика с коленчатым валом одновременно выполнено как крепежное средство для фиксации промежуточного элемента с маховиком. При этом может сокращаться количество крепежных средств, и с помощью одного крепежного средства обеспечиваться как соединение промежуточного элемента и маховика, так и одновременно соединение маховика и коленчатого вала.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения отношение радиуса промежуточного элемента к его максимальной ширине составляет от 2 до 5, предпочтительно от 2,8 до 4,2, особенно предпочтительно от 3,3 до 3,9. С помощью этих отношений может обеспечиваться по существу узкий и дисковидный промежуточный элемент, который, с одной стороны, может изготавливаться оптимальным образом, а с другой стороны, несколько увеличивать осевую конструктивную длину системы.
Кроме того, может быть предусмотрено, чтобы на наружном периметре маховика был расположен зубчатый венец, причем этот зубчатый венец предпочтительно посредством по меньшей мере одного зубчатого колеса соединен с дополнительным электродвигателем. Этот электродвигатель может быть, например, выполнен в виде чисто пускового агрегата и служить для приведения во вращение и тем самым пуска двигателя. Благодаря этому электродвигателю и стартеру-генератору система включает в себя при этом два инициирующих пуск агрегата, причем в этом случае предпочтительное «разделение труда» этих двух агрегатов может обеспечиваться за счет того, что воздействующий через зубчатый венец электродвигатель служит для пуска двигателя при «неблагоприятных» условиях двигателя, а установленный своим ротором на маховике стартер-генератор осуществляет пуск при «благоприятных» условиях двигателя. Это может означать, что электродвигатель используется для пуска холодного двигателя (неблагоприятное условие двигателя), а начиная с определенной температуры двигателя или, соответственно, смазочного средства двигателя, пуск осуществляется посредством стартера-генератора. В частности, у тех конструкций, в которых наряду со стартером-генератором предусмотрен еще один электродвигатель в трансмиссии, предлагаемый изобретением промежуточный элемент предпочтителен, так как может выбираться стартер-генератор с меньшей производительностью и при этом располагаться между маховиком и промежуточным элементом и/или по меньшей мере на одном из этих двух элементов.
Один из особенно предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусматривает, что стартер-генератор в целом и зубчатый венец на маховике расположены на расстоянии от оси вращения. При этом предпочтительно зубчатый венец размещен в направленной к двигателю и одновременно в наружной области (по меньшей мере в крайней наружной десятой части радиуса) маховика. При этом в качестве эффективной маховой массы могут использоваться массы зубчатого венца и стартера-генератора. Зубчатый венец входит в зацепление с расположенным по возможности на двигателе и вблизи маховика стартером и его ведущей шестерней.
Расположенный на маховике зубчатый венец предпочтительно расположен на противоположной промежуточному элементу или, соответственно, стартеру-генератору или, соответственно, направленной от них торцевой стороне маховика.
Кроме того, оказалось предпочтительно, если в области стартера-генератора, в частности, в зоне (например, на максимальном расстоянии 5 см) несущей области статора предусмотрено устройство охлаждения. Это устройство охлаждения может включать в себя жидкостное охлаждение, предпочтительно водяное охлаждение, которое гидравлически связано с циркуляционным контуром охлаждения подключенного к корпусу маховика двигателя, при этом каналы охлаждения устройства охлаждения проведены через отверстия корпуса маховика и/или по меньшей мере в отдельных областях интегрированы в выемки и/или полости корпуса маховика. Для этого корпус маховика может быть снабжен с наружной стороны местами подключения для подвода и отвода, а охлаждающая среда может направляться между подводом и отводом в интегрально встроенные в корпус маховика (составные или цельные) каналы охлаждения. При этом канал охлаждения по меньшей мере в отдельных областях может быть цельно интегрирован в корпус маховика и/или по меньшей мере в отдельных областях образован областью выемки корпуса маховика и установленным на эту область выемки уплотняющим закрывающим элементом. С помощью устройства охлаждения создаваемое стартером-генератором тепло может отводиться и при этом повышать мощность в режиме генератора. В случае, если по меньшей мере одна часть канала охлаждения выполнена как отдельный конструктивный элемент (например, закрывающий элемент), предпочтительно, если этот отдельный конструктивный элемент направляется через то же самое отверстие, что и кабельная проводка стартера-генератора, например, кабельная проводка и отдельный конструктивный элемент канала охлаждения в виде конструктивного узла закреплены на корпусе маховика. Благодаря пространственной близости канала охлаждения и кабельной проводки охлаждение и/или нагрев кабельной проводки стартера-генератора может при этом реализовываться также вне ближайшей области вокруг стартера-генератора. Альтернативно или дополнительно к описанному расположению устройства охлаждения и его канала охлаждения в области корпуса маховика, возможно расположение устройства охлаждения и его каналов охлаждения по меньшей мере в отдельных областях внутри или на корпусном средстве. При этом корпусное средство представляет собой корпус, который присоединяется к обращенной от двигателя стороне корпуса маховика и охватывает по меньшей мере части трансмиссии (сцепление, промежуточный элемент, корпус вала и/или маховик). При этом описанное выше устройство охлаждения, благодаря его расположению и близости к стартеру-генератору пригодно для того, чтобы отводить отходящее тепло стартера-генератора (3).
Изобретение поясняется подробнее на примерах осуществления с помощью чертежей. На них показано:
фиг.1 - изображение в перспективе полного сечения предлагаемой изобретением системы;
фиг.2 - схематичное покомпонентное изображение системы, показанной на фиг.1, в полном сечении.
На чертежах изображена система, состоящая из двигателя внутреннего сгорания (не изображен), установленного на коленчатом валу (не изображен) двигателя внутреннего сгорания маховика 1, расположенного в корпусе 2 маховика стартера-генератора 3 и соединяющего маховик 1 с коробкой передач (не изображена) фрикционного сцепления 4. На направленной к фрикционному сцеплению 4 выходной стороне маховика 1 закреплен промежуточный элемент 5 таким образом, что передающее крутящий момент крепление 8 промежуточного элемента 5 с маховиком 1 в отношении радиального расстояния 6 от оси 7 вращения маховика 1 расположено радиально внутри, а передающее крутящий момент крепление 9 промежуточного элемента 5 на фрикционном сцеплении 4 в отношении радиального расстояния 10 от оси 7 вращения маховика 1 расположено радиально снаружи, и причем промежуточный элемент 5 на упорной поверхности 11 образует опору для фрикционной накладки 12 фрикционного сцепления 4. Благодаря тому, что промежуточный элемент 5 может быть разъемно закреплен посредством крепежного средства 8 на маховике 1, вместо изображенного фрикционного сцепления 4 на идентичный маховик 1 может также устанавливаться промежуточный элемент иного рода (не изображен) для обеспечения соединения маховика 1 со стыковочными устройствами (не изображены) иного рода, предпочтительно имеющими гибкий передаточный элемент. При этом становится возможной реализация модульного принципа.
Стартер-генератор 3 имеет ротор 13, а также статор 14, при этом ротор 13 установлен на маховике 1 и образует контакт/соединение с геометрическим замыканием между маховиком 1 и промежуточным элементом 5 и при этом закреплен в фиксированном положении относительно маховика 1 и промежуточного элемента 5.
Крепление 8 для фиксации промежуточного элемента 5 на маховике 1 предпочтительно выполнено с возможностью передачи тепла. Например, для этого может применяться теплопроводная пленка, чтобы как можно быстрее передавать возникающее на упорной поверхности 11 тепло маховику 1. Теплопроводные пленки известны, например, из вычислительной техники для охлаждения процессоров и состоят, например, из керамических пленок.
Промежуточный элемент 5 в изображенном варианте осуществления выполнен в виде диска и в своем центре имеет приемную область 15, которая служит для приема элемента приводного вала (не изображен) и в которую этот элемент помещается с возможностью вращения. Благодаря помещению с возможностью вращения элемента приводного вала в приемную область 15 элемент приводного вала поддерживается в радиальном направлении, причем для этого особенно предпочтительно применение в приемной области 15 подшипникового элемента 16. В связи с приемной областью 15 оказалось предпочтительным снабдить промежуточный элемент 5 в приемной области 15 отогнутым участком 17, который в окончательно смонтированном состоянии ориентирован в направлении от маховика 1.
Маховик 1 посредством крепежных средств 18, 18' соединен с коленчатым валом (не изображен). При этом может быть предусмотрено, что промежуточный элемент 5 имеет сквозные выемки (не изображены), через которые в смонтированном состоянии промежуточного элемента 5 и маховика 1 могут продеваться крепежные средства 18, 18' или по меньшей мере через эти сквозные выемки может проводиться инструмент для манипулирования крепежными средствами 18, 18'.
На обращенной в окончательно смонтированном состоянии к маховику 1 поверхности промежуточного элемента расположен вставной элемент 19 центрирующего средства, который вставляется в находящийся на маховике ответный центрирующий элемент 20. В изображенном варианте осуществления центрирующий вставной элемент 19 выполнен в виде кольцевого выступа, а ответный центрирующий элемент 20 - в виде ответного этому кольцевому выступу участка поверхности. Расстояние 6 от крепежного средства (крепление 8) для фиксации промежуточного элемента 5 с маховиком 1 до оси 7 вращения соответствует 0,3-0,7-кратному расстоянию 10 от нее до крепежного средства (крепление 9) для фиксации промежуточного элемента 5 с корпусом 24 фрикционного сцепления 4. В изображенном варианте осуществления ротор 13 выполнен кольцеобразно, при этом расстояние 21 от него до оси 7 вращения и тем самым его внутренний диаметр соответствуют 1,00-1,40-кратному расстоянию 6 от крепежного средства (крепление 8) для фиксации промежуточного элемента 5 с маховиком 1 до оси 7 вращения. Статор 14 предпочтительно расположен в области охватывающего маховик 1 корпуса 2. На обращенной к коленчатому валу стороне маховика 1 расположен зубчатый венец 23, который соединен с электродвигателем/генератором (не изображен). Этот электродвигатель/генератор, который имеет по меньшей мере функцию электродвигателя, служит в качестве дополнительной возможности пуска, чтобы приводить во вращательное движение коленчатый вал. Таким образом, у этой системы имеются две возможности для передачи крутящего момента на коленчатый вал для пуска двигателя: с одной стороны, возможность стартера-генератора 3, а с другой стороны, энергия, передаваемая посредством электродвигателя/генератора на зубчатый венец 23. Особенно предпочтительно при холодном двигателе применяется воздействующий через зубчатый венец 23 электродвигатель/генератор, а при горячем двигателе и тем самым малом сопротивлении для приведения во вращение коленчатого вала используется пусковой элемент стартера-генератора 3.
Целесообразным образом в окончательно смонтированном состоянии центральная продольная ось крепежного средства для фиксации маховика 1 с коленчатым валом ориентирована параллельно центральной продольной оси крепежного средства для фиксации промежуточного элемента 5 на маховике 1 и/или параллельно центральной продольной оси крепежного средства для фиксации сцепления на промежуточном элементе 5. Предпочтительно также, если направление стыковки и вместе с тем направление, в котором головки выполнены в виде винтов крепежных средств 8, 8', 18, 18' соединений маховик/коленчатый вал и промежуточный элемент/маховик, ориентированы одинаковым образом.
Фрикционное сцепление 4 включает в себя прижимную пластину, снабженную фрикционной накладкой 12, а также внутренний корпус 24 фрикционного сцепления, который через крепление 9 посредством винтов соединяет фрикционное сцепление 4 с промежуточным элементом 5. Само фрикционное сцепление 4 расположено внутри корпуса 22. Корпус 22 имеет отверстие 25, в которое продеваются компоненты (здесь: кабели) стартера-генератора 3. Кроме того, корпус 22 имеет смещенную радиально внутрь к наружной окружной поверхности несущую область 26, которая проходит кольцеобразно в направлении коленчатого вала и на которой расположен статор 14 стартера-генератора 3. При этом предпочтительно, чтобы кольцеобразная несущая область 26 корпуса 22 выступала во внутреннюю область 27 корпуса 2 маховика 1 и/или по меньшей мере частично была расположена внутри нее. Окружная поверхность корпуса 22 лежит примерно на уровне охватывающего маховик 1 участка корпуса 2. Предпочтительно окружная поверхность заканчивается примерно заподлицо с охватывающей маховик областью корпуса 2. Смещение несущей области 26 относительно окружной поверхности позволяет осуществлять по меньшей мере частичную сборку корпуса 2 с корпусом 22. Корпус 22 в приведенной выше части описания в связи с устройством охлаждения (не изображено) назван корпусным средством.
Канал охлаждения (не изображен) устройства охлаждения может быть расположен в области корпуса (корпусного средства) 22 и/или корпуса 2 маховика, причем этот канал охлаждения предпочтительно по меньшей мере в отдельных областях выполнен цельно с корпусом 22 и/или корпусом 2 маховика таким образом, что по меньшей мере в одной отдельной области канала охлаждения часть поперечного сечения канала охлаждения образуется выемкой (не изображена) корпуса 22 и/или корпуса 2 маховика, а другая часть поперечного сечения канала охлаждения - закрывающим элементом (не изображен).
Список ссылочных обозначений
1 Маховик
2 Корпус маховика
3 Стартер-генератор
4 Фрикционное сцепление
5 Промежуточный элемент
6 Расстояние между поз.7 и 8
7 Ось вращения
8 Крепление между поз.1 и 5
9 Крепление между поз.4 и 5
10 Расстояние между поз.7 и 9
11 Упорная поверхность
12 Фрикционная накладка
13 Ротор
14 Статор
15 Приемная область
16 Подшипниковый элемент
17 Отогнутый участок
18, 18' Крепежное средство между поз.1 и коленчатым валом
19 Вставной элемент центрирующего средства
20 Ответный центрирующий элемент
21 Расстояние
22 Корпус фрикционного сцепления
23 Зубчатый венец
24 Корпус фрикционного сцепления
25 Отверстие корпуса 22
26 Несущая область корпуса 22
27 Внутренняя область корпуса 2