Рекуператор транспортного средства, оснащенный маховиком и упругими элементами

Предполагаемая 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 (патент №139915) (аналог), включающий вал, маховик и пружину кручения. Применение данного рекуператора позволяет уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства. Однако наличие единственного упругого элемента не позволит такому рекуператору накопить энергию в количестве, достаточном для динамичного разгона транспортного средства.
Известен рекуператор транспортного средства, оснащенный маховиком и упругими элементами (патент №2616460) (прототип), включающий вал рекуператора, на котором жестко закреплен маховик и четырехлучевое водило с шестернями сателлитами, упругие элементы в виде пружин кручения, а также двухконтурный механизм отбора и возврата мощности, состоящий из двух конических передач с электромагнитными фрикционными муфтами.
Недостатком данной конструкции рекуператора является жесткая связь маховика с четырехлучевым водилом. Наличие этой связи приводит к тому, что во время отдачи энергии вместе с маховиком вращается четырехлучевое водило с шестернями-сателлитами, центральная шестерня, ведомое коническое зубчатое колесо и коническая шестерня вала отбора мощности. Это приводит к существенным потерям энергии в зубчатых зацеплениях и подшипниках.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание рекуператора транспортного средства с маховиком и упругими элементами, лишенного указанного недостатка.
Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства.
Технический результат достигается предлагаемым рекуператором транспортного средства с маховиком и упругими элементами (впоследствии - рекуператор), включающим вал рекуператора, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала рекуператора. На концах четырехлучевого водила закреплены оси, на которых с помощью подшипников установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни-сателлиты установлены на осях с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям и шестерням-сателлитам. Вал рекуператора подвешен вертикально с возможностью вращения на упорном подшипнике посредством концевой шайбы. На валу рекуператора жестко закреплен маховик, а на корпусе центральной шестерни закреплено ведомое коническое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с ведущей конической шестерней вала отбора мощности. На нижнем конце вала рекуператора жестко закреплена малая ведущая коническая шестерня, находящаяся в зацеплении с малой ведомой конической шестерней вала отбора мощности. При этом ведущая коническая шестерня и малая ведомая коническая шестерня установлены на валу отбора мощности с возможностью вращения посредством пар радиально-упорных подшипников. Корпус ведущей конической шестерни вала отбора мощности имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной и электромагнитной катушкой образует большую электромагнитную фрикционную муфту. Корпус малой ведомой конической шестерни вала отбора мощности также имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной и электромагнитной катушкой образует малую электромагнитную фрикционную муфту. Причем полумуфты способны перемещаться вдоль вала отбора мощности и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений. Вал отбора мощности установлен с возможностью вращения на радиально-упорных подшипниках, а вал рекуператора зафиксирован от перемещения в радиальном направлении радиально-упорными подшипниками через ступицы ведомого конического зубчатого колеса и маховика. При этом четырехлучевое водило установлено на валу рекуператора посредством подшипников с образованием полости, внутри которой размещена обгонная муфта, состоящая из звездочки, жестко соединенной с валом рекуператора с помощью шлицевого соединения, а также четырех роликов с четырьмя плунжерами и пружинами.
Применение предлагаемого рекуператора позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места и разгона транспортного средства.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображен рекуператор и его фронтальная проекция в нейтральном положении. На фиг. 3 и фиг. 4 изображен рекуператор и его фронтальная проекция в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг. 5 и фиг. 6 изображен рекуператор и его фронтальная проекция в положении, соответствующем разгону (отдаче накопленной энергии).
Рекуператор содержит вал рекуператора 1, на котором с возможностью вращения закреплено четырехлучевое водило 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах четырехлучевого водила 2 закреплены оси 5, на которых с помощью подшипников 6 установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты 7, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней 4. Шестерни-сателлиты 7 установлены на осях 5 с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения 8, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям 5 и шестерням-сателлитам 7. Вал рекуператора 1 подвешен вертикально на упорном подшипнике 9 посредством концевой шайбы 10. На валу рекуператора 1 жестко закреплен маховик 11, а на корпусе центральной шестерни 4 закреплено ведомое коническое зубчатое колесо 12, находящееся в зацеплении с ведущей конической шестерней 13 вала отбора мощности 14. На нижнем конце вала рекуператора 1 жестко закреплена малая ведущая коническая шестерня 15, находящаяся в зацеплении с малой ведомой конической шестерней 16 вала отбора мощности. Ведущая 13 и малая ведомая 16 конические шестерни вала отбора мощности установлены на валу отбора мощности 14 с возможностью вращения посредством пар радиально-упорных подшипников 17 и 18. Корпус ведущей конической шестерни 13 имеет площадку под контакт 19, которая вместе с полумуфтой 20, пружиной 21 и электромагнитной катушкой 22 образует большую электромагнитную фрикционную муфту 23. Корпус малой ведомой конической шестерни 16 имеет площадку под контакт 24, которая вместе с полумуфтой 25 пружиной 26 и электромагнитной катушкой 27 образует малую электромагнитную фрикционную муфту 28. Полумуфты 20 и 25 способны перемещаться вдоль вала отбора мощности 14 и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений, соответственно, 29 и 30. Вал отбора мощности 14 установлен с возможностью вращения на паре радиально-упорных подшипников 31, а вал рекуператора 1 установлен с возможностью вращения и зафиксирован от перемещения в радиальном направлении радиально-упорными подшипниками 32 и 33 через ступицы ведомого конического зубчатого колеса 12 и маховика 11. При этом четырехлучевое водило установлено на валу рекуператора посредством подшипников 34 с образованием полости, внутри которой размещена обгонная муфта 35, состоящая из звездочки 36, жестко соединенной с валом рекуператора 1 с помощью шлицевого соединения 37, а также четырех роликов 38 с четырьмя плунжерами 39 и пружинами 40.
Рекуператор работает следующим образом.
При движении транспортного средства рекуператор находится в нейтральном положении (фиг. 1): электромагнитные фрикционные муфты 23 и 28 разомкнуты, вал отбора мощности 14 свободно вращается вместе с полумуфтами 20 и 25, а вал рекуператора 1 неподвижен.
При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 14 необходимо передать на рекуператор. Для этого на электромагнитную катушку 22 подается напряжение, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 20, вращающаяся вместе с валом отбора мощности 14, преодолевает усилие пружины 21 и прижимается к площадке контакта 19, приводя во вращение ведущую коническую шестерню 13. С ведущей конической шестерни 13 посредством зубчатого зацепления вращение передается на ведомое коническое зубчатое колесо 12, которое вращается вместе с центральной шестерней 4. С центральной шестерни 4 посредством зубчатых зацеплений вращение передается шестерням-сателлитам 7 (фиг. 2), которые закручивают пружины кручения 8, накапливая в них потенциальную энергию.
При полной затяжке пружин кручения 8 шестерни-сателлиты 7 стопорятся, и через неподвижное зубчатое зацепление центральной шестерни 4 с шестернями-сателлитами 7, а также замкнутую обгонную муфту 35, вращение с четырехлучевого водила 2 передается на вал рекуператора 1 с маховиком 11. Замыкание обгонной муфты 35 происходит при обгоне четырехлучевым водилом 2 звездочки 36, когда пружины 40 с плунжерами 39 прижимают ролики 38 в узкую часть клинового паза, где ролики 38 заклинивает.
Затем раскручивающиеся пружины кручения 8 заставляют вращаться шестерни-сателлиты 7, которые, обкатываясь по центральной шестерне 4, сообщают через четырехлучевое водило дополнительный импульс вращения маховику 11, разгоняя его еще быстрее. Таким образом, потенциальная энергия упругой деформации пружин кручения 8 переходит в кинетическую энергию вращающихся масс элементов рекуператора. В конце цикла рекуперативного торможения, когда вал отбора мощности 14 останавливается, большая электромагнитная фрикционная муфта 23 и обгонная муфта 35 размыкаются, а вал рекуператора 1 вместе с маховиком 11 продолжают свободно вращаться. Размыкание обгонной муфты 35 происходит при обгоне звездочкой 36 четырехлучевого водила 2, когда ролики 38 давят на плунжеры 39 и, преодолевая усилие пружин 40, перемещаются в широкую часть клинового паза, где ролики 38 расклинивает.
Впоследствии для трогания с места и разгона транспортного средства вращение с вала рекуператора 1 необходимо передать обратно на вал отбора мощности 14. Для этого подается напряжение на электромагнитную катушку 27, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 25, преодолевая усилие пружины 26, прижимается к площадке 24 корпуса малой ведомой конической шестерни 16. При этом вращение с вала рекуператора 1 передается через зубчатое зацепление малой ведущей конической шестерни 15 с малой ведомой конической шестерней 16, малую электромагнитную фрикционную муфту 28 и шлицевое соединение 29 на вал отбора мощности 14.
Таким образом, рекуператор отдает всю накопленную энергию, после чего напряжение в электромагнитной катушке 27 отключается, малая электромагнитная фрикционная муфта 28 размыкается и рекуператор снова переходит в нейтральное положение.