БЕССТУПЕНЧАТАЯ ТРАНСМИССИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а точнее - к трансмиссии транспортных средств, преимущественно трансмиссиям автомобилей, тракторов, тепловозов.
Известны трансмиссии транспортных средств, которые содержат либо ступенчатую коробку передач, либо планетарную коробку передач с режимами ручного управления.
Недостатком выше перечисленных трансмиссий является разрыв потока мощности при переключении передач и обязательное наличие механизма сцепления или гидротрансформатора.
Электрические, гидрообъемные трансмиссии и вариаторы обеспечивают бесступенчатую передачу крутящего момента, но их применение ограничено из-за их сложности, высокой стоимости, большого веса элементов трансмиссии, низкого КПД.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту и выбранной в качестве ближайшего аналога является бесступенчатая трансмиссия транспортного средства, содержащая двигатель, главную передачу, дифференциал, механическую передачу, тормозное устройство с регулятором. Двигатель через главную передачу связан с дифференциалом, шестерни дифференциала связаны с ведомыми валами. Один вал передает крутящий момент на ведущие колеса, другой вал приводит в движение через повышающую передачу тормозное устройство, на валу которого установлены муфта свободного хода и демпфер. С помощью регулятора с обратной связью, воздействующего на тормозное устройство, изменяется крутящий момент на ведомом валу
трансмиссии, а также частота вращения ведомого вала. При этом энергия, затрачиваемая на управление трансмиссией, используется для привода вспомогательных агрегатов (турбокомпрессора, турбовентилятора и т.д.) (см. патент РФ №2259283 заявл. 04.04.2003 г., опубл. 10.12.2004 г. «Бесступенчатая трансмиссия транспортного средства»).
Однако, в известной бесступенчатой трансмиссии транспортного средства, энергия, затрачиваемая на управление трансмиссией, используется для привода вспомогательных агрегатов, а не на создание дополнительного тягового усилия на ведущих колесах. Крутящего момента недостаточно при трогании с места и движении на низких скоростях в гору, так как в силу особенностей устройства дифференциала крутящий момент на выходном вале не увеличивается при уменьшении передаточного отношения, как в других механических передачах.
Задачи предлагаемой полезной модели:
- Улучшение динамических характеристик транспортного средства за счет бесступенчатого регулирования скорости движения и обеспечения достаточного крутящего момента на ведущих колесах без разрыва потока мощности.
- Снижение расхода топлива за счет использования энергии, затрачиваемой на управление трансмиссией, на создание дополнительного тягового усилия на ведущих колесах, а так же за счет преобразования кинетической энергии транспортного средства в электрическую энергию. В тот момент, когда появляется избыток кинетической энергии (например, при торможении, спуске с горы и т.д.), она преобразуется в электрическую энергию и сохраняется в батарее для использования в тот момент, когда появится недостаток (например, при разгоне, подъеме в гору или запуске двигателя).
- Расширение функциональных возможностей бесступенчатой трансмиссии транспортного средства. Кроме бесступенчатой передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам появляется
возможность накапливать энергию в батарее, а также запускать двигатель внутреннего сгорания. Становятся ненужными стартер и генератор, обычно используемые в транспортных средствах. Их роль выполняет обратимая электромашина.
Исключены ненадежные элементы трансмиссии сцепление или гидротрансформатор, обычно применяемые в трансмиссиях, их роль выполняет дифференциал, который одновременно разделяет мощность от двигателя на два потока основной и управляющий.
- Повышение КПД за счет разделения потока мощности, получаемого от двигателя, с помощью дифференциала на два потока:
1. Основной поток механической энергии с высоким КПД: двигатель - дифференциал - механическая передача - ведущие колеса.
2. Небольшой управляющий поток электрической энергии с низким КПД, но имеющий хорошие динамические характеристики и позволяющий сделать трансмиссию бесступенчатой: двигатель - дифференциал - обратимая электромашина - блок управления - дополнительная обратимая электромашина - ведущие колеса. Кроме того, согласно полезной модели, управляющий поток может создаваться любым другим известным устройством /гидравлическим, механическим/.
Техническим результатом, позволяющим решить эту задачу является совершенствование конструкции трансмиссии, ее компоновки, обеспечивающим сохранение кинетической энергии движущегося транспортного средства и преобразование ее в электрическую энергию, используемую для создания дополнительного тягового усилия на ведущих колесах во время движения транспортного средства в момент трогания и движения на низких скоростях, а также подзарядки батареи в моменты торможения или спуска с горы транспортного средства.
Поставленная задача достигается тем, что в известной бесступенчатой трансмиссии транспортного средства, содержащей двигатель, дифференциал, механическую передачу, тормозное устройство
с регулятором, согласно полезной модели тормозное устройство представляет собой обратимую электромашину, регулятор тормозного устройства представляет собой электронный блок управления, в трансмиссию дополнительно введена батарея и, по меньшей мере, одна дополнительная обратимая электромашина, соединенные таким образом, что двигатель через дифференциал с одной стороны через механическую передачу связан с ведущими колесами, а с другой стороны связан с обратимой электромашиной, которая через электронный блок управления по проводам связана с батареей и дополнительной обратимой электромашиной, связанной механически с ведущими колесами.
Тормозное устройство представляет собой обратимую электромашину, которая при помощи блока управления может быть переведена в режим генератора или электродвигателя. Кроме того, согласно полезной модели, тормозное усилие может создаваться любым известным устройством /гидравлическим, механическим/.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что предлагаемая бесступенчатая трансмиссия транспортного средства неизвестна, а, следовательно, соответствует критерию « новизна».
Предлагаемая бесступенчатая трансмиссия транспортного средства может быть изготовлена на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, широко выпускаемое отечественной и зарубежной промышленностью.
Таким образом, заявляемая бесступенчатая трансмиссия транспортного средства соответствует критерию «промышленная применимость».
Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявленной бесступенчатой трансмиссии транспортного средства новые
свойства, позволяющие решить поставленные задачи, а именно, обеспечение плавного регулирования скорости движения транспортного средства, снижение расхода топлива, расширение функциональных возможностей бесступенчатой трансмиссии транспортного средства, за счет использования энергии, затрачиваемой на управление трансмиссией, на создание дополнительного тягового усилия на ведущих колесах.
Установка батареи и дополнительной обратимой электромашины позволяет накапливать высвобождающуюся кинетическую энергию в моменты торможения транспортного средства, когда с помощью электронного блока управления дополнительную обратимую электромашину переводят в режим генератора и получают электрическую энергию, которая заряжает батарею. Кроме того, подзарядка батареи /накапливание в ней энергии/ происходит и в моменты, когда двигатель работает, а транспортное средство стоит на месте. В такие моменты на тормозном устройстве имеется небольшой крутящий момент необходимый для зарядки батареи, а на механическую передачу движение не передается.
Выполнение тормозного устройства в виде обратимой электромашины позволяет осуществлять переключение его либо в режим двигателя, либо в режим генератора при смене режимов работы трансмиссии.
Выполнение регулятора тормозного устройства в виде электронного блока управления, позволяет сочетать преимущества электрического и механического элементов привода, распределять высвобождающиеся потоки энергии в разные периоды и режимы работы транспортного средства.
Позволяет использовать кинетическую энергию движущегося транспортного средства и преобразовывать ее в электрическую энергию, используемую для создания тягового усилия на ведущих колесах в момент трогания.
Соединение элементов бесступенчатой трансмиссии таким образом, что двигатель через дифференциал с одной стороны через механическую передачу связан с ведущими колесами, а с другой стороны связан с обратимой электромашиной, которая через электронный блок управления связана с батареей и дополнительной электромашиной, связанной механически с ведущими колесами, обеспечивает плавное регулирование скорости движения транспортного средства, снижение расхода топлива за счет использования энергии, затрачиваемой на управление трансмиссией, на создание дополнительного тягового усилия на ведущих колесах, что расширяет функциональные возможности бесступенчатой трансмиссии транспортного средства.
Принципиальная схема предлагаемой бесступенчатой трансмиссии транспортного средства представлена на фиг 1.
Бесступенчатая трансмиссия транспортного средства содержит двигатель 1, дифференциал 2, механическую передачу 3, обратимую электромашину 4, электронный блок управления 5, батарею 6, дополнительную обратимую электромашину 7, при этом двигатель 1 через дифференциал 2 с одной стороны через механическую передачу 3 связан с ведущими колесами 8, а с другой стороны двигатель 1 связан через дифференциал 2 с обратимой электромашиной 4, которая через электронный блок управления 5 связана с батареей 6 и дополнительной обратимой электромашиной 7, связанной механически с ведущими колесами 8.
Согласно полезной модели бесступенчатая трансмиссия работает следующим образом и имеет четыре основных режима работы.
1. Запуск двигателя.
Электромашину 4 переводят в режим двигателя получая энергию через блок управления 5 из батареи 6, вращается коленчатый вал двигателя 1 через дифференциал 2. При достижении необходимых оборотов двигатель запускается.
2. Холостой ход.
Транспортное средство стоит на месте, двигатель 1 работает на холостых оборотах. На электромашине 4, работающей в режиме генератора, создается небольшой крутящий момент необходимый для зарядки батареи 6, на механическую передачу 3 движение не передается.
3. Режим движения.
В момент трогания транспортного средства на обмотки обратимой электромашины 4 подают напряжение, в результате создается крутящий момент на валу обратимой электромашины 4 и одновременно появляется крутящий момент на механической передаче 3, транспортное средство трогается, электрическая энергия, которая вырабатывается обратимой электромашиной 4 поступает на блок управления 5, на дополнительную обратимую электромашину 7, связанную с ведущими колесами 8, которые в свою очередь создают основное тяговое усилие в момент трогания транспортного средства.
По мере снижения оборотов обратимой электромашины 4, выработка электрической энергии уменьшается, тяговое усилие на электромашине 7 снижается.
По мере увеличения скорости движения транспортного средства, основной поток мощности идет от двигателя 1 через дифференциал 2 на механическую передачу 3 и на колеса 8.
4. Режим торможения.
В момент торможения с помощью блока управления 5 дополнительную обратимую электромашину 7 переводят в режим генератора и вырабатывают электроэнергию, которая заряжает батарею 6.