Изобретение относится к приводу, в частности для автомобилей, содержащему приводной агрегат, например двигатель внутреннего сгорания с приводным валом, выходную часть с входным валом, например редуктор с входным валом редуктора, а также по меньшей мере электрическую машину в кинематической связи с приводом и по меньшей мере установленное в силовом потоке между приводным валом и входным валом выходной части сцепление, которое обеспечивает операции сцепления и расцепления приводного агрегата от выходной части.
Подобные устройства известны из DE-OS 3230121 как комбинированные приводы с электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания или из DE-PS 4112215 как двигатели внутреннего сгорания со стартер-генератором.
Установка электрической машины осуществляется в зависимости от запроса или соосно вокруг оси вращения двигателя внутреннего сгорания - как известно, например, из DE-OS 3335923 - или относительно своей оси вращения параллельно оси вращения двигателя внутреннего сгорания, как следует из FR-OS 8119324.
Для лучшего использования при пуске ограниченного вращающего момента электрической машины, как правило, кинематическая связь, которой могут быть ременный привод, фрикционная передача, пара шестерен и т.п., преобразуется таким образом, что электрическая машина вращается с большей скоростью, чем приводной агрегат, например двигатель внутреннего сгорания. Как только двигатель внутреннего сгорания запущен в работу и электрическая машина работает в качестве электрического генератора, выгодно эксплуатировать электрическую машину с целью увеличения коэффициента полезного действия при идеальном передаточном отношении, что приводит к необходимости использования редуктора.
Для этого в DE-PS 4112215 предложена компоновка с планетарной передачей, причем передаточное число регулируется извне сцеплением, включаемым дополнительно необходимым сцепляющим двигателем, вследствие чего дополнительные датчики и средства управления увеличивают вес и затраты.
Поэтому задачей изобретения является улучшение привода описанного типа таким образом, что предусмотрена кинематическая связь между электрической машиной и приводным агрегатом с требующим меньше затрат и простым в обслуживании переключением передаточного отношения, увеличение продолжительности службы кинематической связи, а также простота монтажа на корпусе приводного агрегата, производимого по возможности без его изменения.
Задача решается посредством того, что предложен привод, в частности для автомобилей, содержащий приводной агрегат, например, двигатель внутреннего сгорания, приводной вал, а также по меньшей мере находящуюся в кинематической связи с приводом электрическую машину, которая используется по меньшей мере как двигатель и генератор, причем кинематическая связь между электрической машиной и приводом имеет по меньшей мере две автоматически регулируемые передаточные ступени, зависимые от режима работы электрической машины, разделенного по меньшей мере на пусковую фазу и рабочую фазу.
Согласно идее изобретения электрическая машина, которая может эксплуатироваться по синхронному, асинхронному или реактивному и т.п. принципу, может быть с преимуществом установлена на другом, а не на выходном валу, в частности параллельно выходному валу приводного агрегата, которым может быть двигатель внутреннего сгорания, турбина и т.п. Кроме того, при этом может быть предпочтительным предусмотреть кинематическую связь между электрической машиной и приводным валом между приводным агрегатом и выходной частью или на противолежащем конце приводного вала, на котором обычно приводятся в действие вспомогательные агрегаты, причем даже один единственный ременный привод для нескольких вспомогательных агрегатов, включая электрическую машину, может иметь преимущество.
Кинематическая связь может быть создана одной парой трансмиссионных шкивов, соединенных между собой охватывающим элементом с фрикционным замыканием. При этом трансмиссионными шкивами могут быть сами по себе известные ременные шкивы, а охватывающим элементом может быть ремень или, в частности для редуктора больших моментов, с особым преимуществом можно предусмотреть пары конических шкивов, причем цепь в качестве охватывающего элемента создает фрикционное замыкание между обоими коническими шкивами. Далее кинематическая связь может быть создана по меньшей мере из одной пары входящих в зацепление друг с другом шестерен или фрикционных дисков, причем преимущество может иметь также кинематическая связь, в которой для каждой передаточной ступени предусмотрена отдельная пара шестерен или отдельная пара трансмиссионных шкивов с сопряженным охватывающим элементом.
Привод согласно изобретению может быть применен надлежащим образом так, что электрическая машина используется по меньшей мере в качестве пускового устройства, но с преимуществом могут быть предусмотрены и другие виды использования. Для этого мощностная характеристика электрической машины, например, может быть рассчитана так, что она может эксплуатироваться не только в качестве генератора и пускового устройства, но и может вводить вращающий момент в выходную часть, при необходимости до работы автомобиля с электрической машиной.
В качестве выходной части может быть предусмотрена, например, коробка передач, которая по меньшей мере муфтой переключения передач может отличаться от приводного агрегата, причем электрическая машина может отключаться от выходной части преимущественно в кинематической связи с приводным агрегатом, но при необходимости может быть предусмотрена также кинематическая связь с коробкой передач, причем приводной агрегат может отсоединяться от электрической машины и редуктора. Такие компоновки возможны, в частности, тогда, когда для лучшего использования коэффициента полезного действия электрическая машина и/или ее редуктор должны быть пространственно и/или функционально размещены в редукторе, причем процессы пуска могут состояться с преимуществом в нейтральном положении коробки передач. Для этого электрическая машина может быть установлена по оси вокруг входного вала редуктора или вокруг собственного вала, находящегося с ним в кинематической связи. Когда ниже говорится о кинематической связи между приводным агрегатом и электрической машиной, то в нее следует также включать как нечто подразумеваемое кинематическую связь между выходной частью в виде вступающего во взаимодействие с электрической машиной входного вала редуктора и электрической машиной данного примера выполнения.
Кроме того, может иметь преимущество, если установить электрическую машину между двумя включаемыми сцеплениями с возможностью отсоединения как от приводного агрегата, так и от выходной части для того, чтобы использовать инерционный коэффициент полезного действия при свободно вращающейся электрической машине для выработки электроэнергии и/или для получения импульса вращения, необходимого для импульсного пуска приводного агрегата, причем электрической машине может быть придана установленная на приводном валу инерционная масса, например маховик.
Согласно идее изобретения предпочтительно снабдить кинематическую связь между приводным агрегатом и электрической машиной редуктором, который позволяет лучшее согласование рабочей частоты вращения электрической машины с коэффициентом полезного действия при предъявляемых к ней различных требованиях, и управление переключением с одной передаточной ступени на другую автоматически самим редуктором, причем предпочтительно можно предусмотреть несколько передаточных ступеней. Но особенным преимуществом может обладать упрощенный пример выполнения только с двумя передаточными ступенями благодаря малой трудоемкости изготовления. Для этого при использовании электрической машины в режиме стартер-генератора, то есть устройства, которое запускает приводной агрегат и может вырабатывать электроэнергию, предусмотрена первая передаточная ступень для пуска и вторая передаточная ступень для процесса выработки электроэнергии - собственно режима работы. Первая передаточная ступень преобразует частоту вращения электрической машины в замедленную частоту вращения выходного вала таким образом, что на нем можно получить более высокий вращающий момент и тем самым необходимый пусковой момент. Вторая передаточная ступень в режиме работы вызывает замедленную передачу так, что частота вращения приводного вала меньше или равна частоте вращения вала электрической машины, то есть передаточное отношение электрической машины к приводному агрегату может составлять 1:2-2:1. Кинематическая связь может быть предпочтительно выполнена такой, что в данной ступени передаточное отношение не эффективно. Диапазон передаточного отношения для первой передаточной ступени может составлять предпочтительно 3:2-7:1. Может иметь преимущество, если предусмотреть задаваемое постоянным передаточное отношение, например, в диапазоне 3:2-5:1, которое снижает частоту вращения двигателя по сравнению с частотой вращения электрической машины так, что частота вращения двигателя уменьшается по сравнению с частотой вращения электрической машины на соответствующий коэффициент редуктора. Данное постоянное передаточное отношение может быть затем наложено в обеих передаточных ступенях.
Для регулирования переменных передаточных ступеней можно предусмотреть редукторы любого типа, например, неподвижные или центробежные редукторы, кинематическая связь может быть создана из ременных приводов, пар шестерен, пар фрикционных шестерен, цепных приводов и т.п., причем в неподвижном редукторе кинематическую связь можно создать с преимуществом с помощью по меньшей мере одной пары шестерен.
Управление передаточным отношением осуществляется через комбинацию муфт и муфт свободного хода, которые в редукторе деблокируют и соответственно блокируют определенные комбинации шестерен и соответственно пути прохождения усилий, причем сцепления, включаемые или отключаемые в зависимости от места применения при повышении частоты вращения, управляются не извне, а могут присоединяться и отсоединяться центробежными силами. Преимуществами обладает также пример выполнения с электромагнитной муфтой, управляемой электрическими сигналами, зависимыми от частоты вращения и вырабатываемыми стартер-генератором. Так например, можно комбинацией из двух муфт свободного хода, или сцепления и муфты свободного хода, или двух сцеплений переключать две разные передаточные ступени.
Редуктор может согласовать свое передаточное отношение, в частности с использованием направления, из которого вращающий момент с переменной частотой вращения действует на редуктор, а именно при пуске от электрической машины и во время работы от приводного агрегата, таким образом, что, например, муфта свободного хода для второй передаточной ступени обкатывается, когда вращающий момент вводится от электрической машины при пуске, и вторая муфта свободного хода для первой передаточной ступени обкатывается, когда вращающий момент вводится от приводного агрегата во время работы.
Предпочтительный по замыслу изобретения редуктор может состоять, например, из планетарной передачи с солнечной шестерней, по меньшей мере с одной планетарной шестерней и коронной шестерней, причем коронная шестерня может быть жестко соединена с корпусом. Водила также неподвижно соединены с валом электрической машины, причем в силовом потоке между водилами и электрической машиной и планетарными шестернями и электрической машиной установлены для каждой передаточной ступени муфта свободного хода или сцепление.
Другой вариант выполнения планетарной передачи согласно изобретению предусматривает скользящую по оси коронную муфту, предусматривающую первую передаточную ступень путем замедления вследствие соединения с корпусом, причем силовой поток от жестко соединенной с электрической машиной солнечной шестерни может передаваться через планетарную передачу на водило к приводному агрегату и тем самым вызывать переключение на понижающую передачу, и вторую передаточную ступень благодаря соединению с соединенным с приводным валом водилом, причем в данном случае передаточное число составляет 1:1. Скользящая по оси коронная шестерня может управляться, в частности через косые зубья планетарных шестерен таким образом, что при потоке момента от электрической машины к приводному агрегату от приложенного момента осевая коронная шестерня может сдвигаться в направлении к корпусу и может образовывать с ним геометрическое и/или фрикционное замыкание. Если вращающий момент поступает от приводного агрегата, то осевая коронная шестерня может сдвигаться вдоль косозубого зацепления в направлении поверхности водила, создающей геометрическое и/или фрикционное замыкание. Для создания геометрического и соответственно фрикционного замыкания на поверхностях соприкосновения водила и корпуса могут быть предусмотрены дополняющие выполненные соответственно на боковых поверхностях коронной шестерни элементы, например конические зубья, лапы или кулачки. Для поддержки или самостоятельно могут быть также установлены элементы, например фрикционные поверхности с соответствующими для этого фрикционными накладками, причем фрикционные поверхности могут быть размещены на коронной шестерне или на водиле и соответственно на корпусе.
Кроме того, для режима подзарядки электрической машины, то есть для поддержки приводного агрегата электрической машиной при движении автомобиля, при котором при потоке моментов от электрической машины в направлении к выходной части передаточное отношение должно изменяться не так, как при пуске, предпочтительно предусмотрено фиксирование первой передаточной ступени, в частности при частоте вращения выше частоты вращения во время пуска. Для этого может быть предусмотрено, чтобы по меньшей мере один элемент, размещенный на наружном периметре водила в выемке, при высокой частоте вращения входил в соответствующее отверстие на внутренней периферии коронной шестерни под действием возрастающей в данном случае центробежной силы, в результате чего создается геометрическое замыкание и блокируется передаточная ступень, хотя направление вращающего момента изменено вследствие режима подзарядки. Можно с преимуществом предусмотреть несколько распределенных по периметру элементов, которые имеют, например, форму шара, или могут быть закругленными штифтами, причем края выемок со стороны коронной шестерни могут быть закруглены аксиально и радиально. Также имеет преимущество, если подпереть шарики подобранным по необходимости усилием пружины, действующим в направлении, противоположном направлению центробежной силы.
Таким же образом редуктор может быть выполнен из одной пары шестерен для каждой передаточной ступени, причем пары шестерен управляются соответствующими муфтами свободного хода и сцеплениями. Например, при двух передаточных ступенях следует предусмотреть для каждой передаточной ступени по одному сцеплению и одной муфте свободного хода.
Кроме того, согласно замыслу изобретения может иметь преимущество образец осуществления изобретения, имеющий с осевым промежутком две пары трансмиссионных шкивов с разными диаметрами для установки двух передаточных ступеней, причем трансмиссионные шкивы могут иметь каждый отдельный охватывающий элемент, на котором установлены приводной вал и вал электрической машины, и на каждую пару трансмиссионных шкивов предусмотрена одна муфта свободного хода, причем обе муфты свободного хода имеют противоположное друг другу направление обкатывания.
Пространственное размещение редуктора при коаксиальном расположении электрических машин вследствие занимаемой площади может быть радиальным внутри ротора, причем из статора может быть выполнена жестко связанная с корпусом коронная шестерня. Кроме того, для электрических машин с отличающимся от выходного вала приводного агрегата приводным и соответственно выходным валом с кинематическим замыканием, имеющим два передаточных элемента в виде шкива, например трансмиссионные шкивы, фрикционные шкивы или шестерни, преимущество имеет установка радиально внутри указанных передаточных элементов, выборочно на стороне приводного агрегата или на электрической машине, вследствие чего электрические машины можно изготавливать с меньшим диаметром. Корпус электрической машины при установке редуктора радиально внутри установленного на стороне электрической машины ременного шкива может быть одновременно коронной шестерней для редуктора, и передаточные элементы могут образовывать раздельно жесткую передачу.
Следующий вариант осуществления идеи изобретения предусматривает применение демпфирующего устройства и/или амортизатора между электрической машиной и приводным агрегатом, причем они могут быть с особым преимуществом установлены между редуктором и приводным агрегатом. При этом речь идет об известных конструктивных элементах, выполненных в соответствии с изобретением для использования в предмете изобретения. Например, при установке редуктора на валу электрической машины они могут быть размещены радиально внутри ротора или при креплении редуктора выборочно на приводном агрегате или на электрической машине радиально внутри конструкционных элементов, создающих кинематическое замыкание, то есть, например, радиально внутри трансмиссионных шкивов или шестерен.
Согласно идее изобретения редукторы можно закрепить корпусом на корпусе электрической машины или на приводном агрегате. Кроме того, может быть преимуществом, в частности, если отказаться от крепежных элементов со стороны приводного агрегата или электрической машины, установить корпус вокруг оси крепления, например, приводного вала или вала электрической машины с возможностью поворота. Далее в качестве примера поясняется крепление на приводном валу, в него следует также включить как нечто подразумеваемое соответствующее крепление на валу электрической машины, и оно может также иметь преимущество в зависимости от условий применения, в частности от формы пространства.
Этот тип редуктора является статически неопределенным и по замыслу изобретения может быть предусмотрен таким образом, что корпус установлен поворотным на приводном валу, причем корпус имеет плечо рычага в направлении к охватывающему элементу, на котором установлено охватывающее натяжное устройство. На него может опираться корпус в зависимости от приложенного к охватывающему элементу момента, и он обеспечивает тем самым зависимое от момента натяжение охватывающего элемента, причем имеет основное натяжение. Особенное преимущество может быть, если выполнить опору корпуса редуктора и/или трансмиссионного шкива с помощью подшипников качения и т.п. на одинаковой осевой высоте охватывающего элемента, следовательно, в плоскости охватывающего элемента, так как благодаря этому можно пренебречь изгибающими усилиями, действующими на подшипники, и продлить срок службы подшипников. Для оптимизации затрат на изготовление редуктора - также и в других примерах выполнения - можно использовать простую форму подшипника, например подшипник скольжения, применить пластмассовые подшипники и т.п., в передаточной ступени для пуска приводного агрегата, так как этот процесс занимает меньше времени по сравнению с работой в режиме генератора и поэтому не имеет большого значения с точки зрения износа.
Другим вариантом выполнения статически неопределенной опоры может быть разделение вала трансмиссионного шкива и приводного вала, причем оба соединены между собой с силовым замыканием, например, парой шестерен. Для этого корпус редуктора может быть установлен на обоих валах и редуктор смонтирован вокруг приводного вала. При нагружении редуктора вращающим моментом трансмиссионный шкив отклоняется вокруг центра вращения приводного вала, но поддерживается натяжением охватывающего элемента. Расстояние d между осью трансмиссионного шкива и осью приводного вала выбирается при этом такой малой величины, что с учетом фактора безопасности предотвращается полный оборот - проскальзывание - вала трансмиссионного шкива. Верхнее выбираемое расстояние d задается в первую очередь габаритными размерами так, что расстояние d предпочтительно составляет 20 см>d>1 см. B данном примере выполнения можно с преимуществом применять планетарные передачи - также с вышеописанной скользящей короной шестерней.
Согласно идее изобретения зубчатые передачи могут быть выполнены статически неопределенными, причем, например, две пары шестерен для двух передаточных ступеней могут быть установлены таким образом, что две шестерни могут быть установлены на приводном валу посредством противоположных друг другу по направлению обкатывания муфт свободного хода, и сопряженные с ними шестерни соединены с силовым замыканием с трансмиссионным шкивом, установленным со смещением вала относительно приводного вала. В данном случае трансмиссионный шкив также опирается на охватывающий элемент.
Преимущество может быть также тогда, когда существенные конструктивные элементы привода, например редуктор и/или шестерни редуктора, изготовлены из металла, и/или пластмассы, или их комбинаций. Кроме того, детали, например корпус, крышки и/или фланцы, выполнены штамповкой, прессованием и/или глубокой вытяжкой. Кроме того, может иметь преимущество, если в качестве соединительных элементов по технологическим требованиям применяются винты, заклепки, сварные швы и/или чеканка.
Согласно идее изобретения может иметь особое преимущество, если установить электрическую машину на стороне приводного вала вокруг него по оси, которая ранее была предусмотрена как сторона ременного шкива. Установка электрической машины на этой обращенной от редуктора стороне приводного вала в сочетании с соответствующими вариантами выполнения предоставляет в общем преимущества по сравнению с вариантами параллельной по оси установки на этой стороне и/или коаксиальной установки электрической машины по оси между приводным агрегатом и редуктором.
Таким образом, ротор электрической машины с соответствующим своей массе моментом инерции может выполнять, например, функцию маховика так, что отпадает необходимость в установленном со стороны редуктора маховике, например, с коробкой передач до фрикционных поверхностей сцепления, причем в приводе на участке электрической машины или на конце приводного вала со стороны редуктора может быть предусмотрен эффективный амортизатор. Гаситель крутильных колебаний может быть с преимуществом подключен в силовой поток между приводным валом и ротором электрической машины так, что он хорошо изолирован от крутильных колебаний и/или скручивающая нагрузка на приводной вал при крутильных колебаниях может быть уменьшена благодаря имеющейся массе ротора путем отсоединения. При этом особое преимущество состоит в том, чтобы гаситель крутильных колебаний был рассчитан на сверхкритическую изоляцию от колебаний, так как действующие в окружном направлении аккумуляторы энергии, с одной стороны, нагружаются массой ротора как вторичной массой и непосредственно сопряженной с приводным валом массой, например оптимизированным соответственно необходимой массе маховиком, и при этом могут вращаться относительно друг друга и тем самым вызывают известный по себе маховой эффект двух масс с вышеуказанными положительными свойствами, причем резонансная частота вращения привода может быть смещена в диапазон ниже частоты вращения при холостом ходе и тем самым за пределы изменения передаточного отношения. Преимуществом может быть также эксплуатация демпфера только в секторе рабочего диапазона привода, например, при заданной передаточной ступени между приводным валом и ротором, и/или во время определенного режима работы, например, при эксплуатации автомобиля, а не во время пуска приводного агрегата с помощью электрической машины.
Кроме того, преимущество может быть в том, что амортизатор коленчатого вала работает параллельно демпфирующему устройству. Кроме того, масса ротора может применяться в другом примере выполнения в качестве амортизационной массы. При этом крутильная жесткость и демпфирование соединения между ротором и приводным валом согласованы с соответствующей частотой собственных колебаний приводного вала.
Кроме того, преимущество может быть в том, что редуктор между ротором и приводным валом предусматривается в блоке с амортизатором коленчатого вала и гасителем крутильных колебаний, причем блок может частично заполняться смазочным материалом, например маслом или смазкой, и составные части могут работать с постоянной смазкой. При этом преимущество может быть в том, чтобы реализовать зубчатые зацепления с изоляцией от крутильных колебаний для осуществления бесшумной работы на весь срок службы автомобиля.
Редуктор между ротором и приводным валом по меньшей мере с двумя передаточными ступенями может в примере выполнения согласно изобретению включаться автоматически между передаточными ступенями, например, под действием силы смещения косозубых шестерен, центробежной силы, муфт свободного хода и т.п. Следующим вариантом является активное переключение редуктора извне, например, когда шестерни переключения заторможены или соединены посредством электромагнитных муфт, электромагнитных тормозных устройств, посредством, например, кулачковых муфт, приводимых в действие выключателями с соленоидным приводом, и/или посредством фрикционных муфт, приводимых в действие электростатическими возбудителями, так, что с помощью комбинации режимов работы можно реализовать разные передаточные ступени.
Для синхронизации автоматических или управляемых извне процессов переключения могут использоваться соответствующие синхронизирующие средства, например блокирующие кольца и т.п., позволяющие зависящее от дифференциальной частоты вращения включение, и/или электрическая машина может использоваться путем активного управления для установки синхронизирующей частоты вращения. Для этого электрическую машину перед переключением с повышенной передачи, то есть с высокой частоты вращения на более низкую частоту вращения, можно регулировать в сторону уменьшения потребляемой мощности так, что она во время процесса синхронизации может довести приблизительно до одинаковой частоты вращения вращающийся с большей скоростью конструктивный элемент из конструктивных элементов редуктора, создающих геометрическое замыкание нового передаточного отношения. Таким же образом перед переключением на пониженную передачу можно регулировать мощность электрической машины и тем самым ее частоту вращения в сторону повышения, например, путем кратковременного подключения потребителей, так что минимизируется дифференциальная частота вращения обоих конструктивных элементов, посредством геометрического замыкания образующих новую передаточную ступень, в то время как компенсируется ожидаемый момент ведения электрической машины с меньшей частотой вращения, или в то время как электрическая машина в качестве привода кратковременно действует с ускорением на вращающийся с меньшей скоростью конструктивный элемент.
Необходимый для синхронизации скачок мощности электрической машины, который может составлять диапазон от одного до нескольких кВт, создается из синхронизирующего момента с сопряженной с ним синхронизирующей частотой вращения. Так как при синхронизации частоты вращения влияющих на передаточное число конструктивных элементов по определению сближаются, скачок мощности в начале синхронизации максимальный. В заданное конструкцией элементов сцепления и переключения время синхронизации момент определен инерцией ускоряемой массы и изменением угловой скорости, являющейся функцией передаточного отношения редуктора.
Величина поддерживающей мощности электрической машины может зависеть от ее соответствующего режима работы. Если она выдает, например, максимальную мощность, то в принципе она не может повысить свой момент в режиме генератора. В этом случае может иметь преимущество, если воздействовать на это путем понижения мощности в режиме генератора, например, отключением различных потребителей или питанием от батареи перед процессом переключения. Следовательно, электрическая машина искусственно переводится в состояние, в котором она может кратковременно выдать высокий момент, причем напряжение электросети транспортного средства может поддерживаться зарядным напряжением для того, чтобы не ограничивать других потребителей электроэнергии по их мощности.
Плавный процесс синхронизации может быть достигнут, в частности тем, что для создания геометрического замыкания обоих конструктивных элементов, образующих передаточную ступень, синхронизирующая частота вращения запускается по возможности с низким градиентом.
Это может быть действительным при реверсировании с пониженной на повышенную частоту вращения, которая при этом посредством подключения дополнительных потребителей "искусственно" повышает момент силы для того, чтобы "сбросить нагрузку" при включении. В этом случае можно даже добиться еще большего эффекта благодаря тому, что электрическая машина реверсируется на работу в режиме двигателя. Более высокую потребляемую мощность электрической машины можно получить также благодаря тому, что электрическая машина эксплуатируется с намеренно худшим коэффициентом полезного действия.
Для того чтобы даже при быстрых изменениях частоты вращения организовать процессы переключения необременительными для водителя, предлагается, кроме того, изменять частоту вращения при переключениях во время работы, то есть в режиме эксплуатации автомобиля. Например, у двигателей с турбокомпрессорами, работающими на ОГ, частота вращения при переключениях может быть такой, при которой вследствие кинетической энергии отходящих газов создается такое существенное давление наддува, что повышенное ускорение в конце "турбоотверстия" используется для процесса переключения и тем самым могут быть компенсированы электрические потери во время синхронизации.
Для привода, в частности для привода согласно идее изобретения, преимущество имеет подвод механической энергии в приводную систему во время процессов замедления, причем механическая энергия может накапливаться механически, например, в виде энергии вращения в маховике, например в массе ротора, и находящейся в готовности для последующего процесса ускорения или пуска двигателя внутреннего сгорания и/или накапливается путем преобразования в электрическую энергию. Предлагается для таких концепций, в которых и в фазах рекуперации вращается приводной вал приводного агрегата, например, двигателя внутреннего сгорания, например, когда электрическая машина не может быть отсоединена от двигателя внутреннего сгорания с помощью сцепления, уменьшить моменты прокручивания приводного агрегата с использованием следующих предпочтительных мер, которые можно применять в режиме движения самостоятельно или в комбинации:
- уменьшение потерь вследствие негерметичности и смены заряда из-за принудительного открытия клапанов в режиме движения. Это можно реализовать в электромеханических, электромагнитных, гидравлических и пневматических системах управления клапанами. Но в принципе также может иметь преимущество применение механического исполнительного органа,
- уменьшение потерь при дросселировании путем открытия дроссельной заслонки, например с помощью исполнительного элемента, имеющегося в автомобилях с “природным газом”,
- уменьшение мощности трения вспомогательных агрегатов, например, вследствие применения электрических масляных и водяных насосов с ременной передачей. Масляные и водяные насосы с электрическим приводом могут работать с регулировкой универсальной характеристики так, что при необходимости они работают с минимальными потерями в режиме принудительного холостого хода,
- применение привода клапанов, приводимых не непосредственно от коленчатого вала и тем самым отсутствие их мощности трения при выключении режима принудительного холостого хода,
- ограничение мощности потерь трения, возрастающей с увеличением частоты вращения двигателя, путем регулирования передаточного отношения. Например, можно реализовать регулирование удобного передаточного отношения с помощью бесступенчатого редуктора (CVT, распределенные по мощности комбинированные редукторы), ступенчатых автоматов или автоматизированных ручных механизмов переключения, причем можно осуществлять регулирование передаточного отношения с целью уменьшения мощности потерь трения в зависимости от передаточного отношения электрической машины и полученной из этого оптимальной рабочей точки (рабочей частоты вращения), причем определение оптимального передаточного отношения может осуществляться в блоке управления,
- уменьшение мощности потерь трения в режиме принудительного холостого хода вследствие отключения или ограничения потребляемой мощности вспомогательных агрегатов и потребителей, если они не служат для обеспечения безопасности движения или если становится непосредственно ощутимой дискомфортность, например, электрических обогревателей, компрессоров, кондиционеров и т.п., при этом может иметь преимущество соединение потребителей между собой посредством общего устройства сопряжения (например, через сеть абонентского доступа) для того, чтобы целенаправленно подключать и отключать потребителя, например, с блока управления. При этом с энергетической точки зрения двигатель внутреннего сгорания можно эксплуатировать во время рабочих фаз под более высоким средним давлением с меньшим удельным расходом топлива.
Для привода со стартер-генератором и двигателем внутреннего сгорания, в котором, например, в целях экономии данные агрегаты отсоединяются друг от друга не с помощью сцепления, может быть преимуществом увеличение мощности рекуперации посредством того, что момент сдвига и соответственно мощность сдвига двигателя внутреннего сгорания уменьшаются за счет одного или комбинации следующих признаков:
- уменьшение потерь компрессии и/или расширения;
- уменьшение потерь при смене заряда за счет минимизации гидравлического сопротивления в управляющих и дросселирующих элементах при режиме принудительного холостого хода;
- уменьшение мощности трения за счет применения независимых от двигателя внутреннего сгорания вспомогательных агрегатов, например, масляного и/или водяного насосов и/или по меньшей мере приводов клапанов, не приводимых от двигателя внутреннего сгорания в режиме принудительного холостого хода;
- отключение не требуемых потребителей, например, электрических обогревателей, кондиционеров и т.п.
При этом может иметь преимущество уменьшение потерь вследствие негерметичности и смены заряда из-за принудительного открывания клапанов в режиме принудительного холостого хода с помощью электромеханического, электромагнитного, гидравлического и пневматического, в принципе также механического исполнительного органа для приведения в действие клапанного механизма по меньшей мере в режиме принудительного холостого хода. Потери при дросселировании могут автоматически уменьшаться путем открытия дроссельной заслонки автоматическим исполнительным органом типа “природный газ”. Вспомогательные агрегаты с электрическими приводами в режиме принудительного холостого хода могут работать в режиме регулировки универсальной характеристики соответственно с незначительными потерями, мощность трения привода при отключении в режиме принудительного холостого хода может не приниматься во внимание.
Мощность потерь трения, как правило, повышается с увеличением частоты вращения двигателя внутреннего сгорания так, что может иметь преимущество, если в режиме принудительного холостого хода задать передаточное число редуктора, например, CVT, автоматического ступенчатого редуктора или распределенной по мощности комбинированного редуктора в сторону повышения (overdrive), причем изменение передаточного отношения может осуществляться согласованно с оптимальной рабочей точкой электрической машины и оба параметра могут устанавливаться путем соответствующего управления в части более экономичной установки.
Потребляемая мощность до полного выключения вспомогательных агрегатов и потребителей, которые непосредственно не служат для обеспечения безопасности движения или непосредственно ощущаются некомфортными, может управляться предпочтительно посредством центральной системы связи, например канала сети абонентского доступа, причем потребители электроэнергии могут иметь приоритетное управление, и соответственно включение и отключение таким образом, что двигатель внутреннего сгорания в рабочих фазах может эксплуатироваться под более высоким давлением с меньшим удельным расходом топлива.
Изобретение поясняется ниже подробнее с помощью фигур 1-21, которые показывают:
Фиг.1 a-d различные возможности размещения привода согласно изобретению,
Фиг.2 частичный разрез редуктора в соответствии с изобретением, установленного на валу электрической машины, с двумя муфтами свободного хода,
Фиг.3 частичный разрез редуктора в соответствии с изобретением, установленного на валу электрической машины, с муфтой свободного хода и сцеплением,
Фиг.4 частичный разрез редуктора в соответствии с изобретением, установленного на коленчатом валу, с двумя парами трансмиссионных шкивов разного диаметра,
Фиг.5 частичный разрез редуктора в соответствии с изобретением, установленного на приводном валу с возможностью аксиального перемещения,
Фиг.6 частичный разрез редуктора в соответствии с изобретением, установленного статически неопределенно на приводном валу, с коронной шестерней, имеющей возможность аксиального перемещения,
Фиг.7 схематичное изображение пары трансмиссионных шкивов с зажимным приспособлением,
Фиг.8 частичный разрез планетарной передачи в соответствии с изобретением, установленной на коленчатом валу, с трансмиссионным шкивом на стороне приводного вала, смещенным по оси относительно приводного вала,
Фиг.9 блок-схема установленной на коленчатом валу цилиндрической зубчатой передачи согласно изобретению с трансмиссионным шкивом на стороне приводного вала, смещенным по оси относительно приводного вала,
Фиг.10-17 другие варианты выполнения и установки выполненных согласно изобретению элементов изобретения,
Фиг.18 пример выполнения с наружной блокировкой передаточных ступеней,
Фиг.19 другой пример выполнения установленного на приводном валу редуктора с улучшенным коэффициентом полезного действия,
Фиг.20 пример выполнения с электрической машиной, установленной концентрично вокруг приводного вала,
Фиг.21 деталь из изображенной на фиг.20 компоновки,
Фиг.22 и 23 примеры выполнения встроенной в редуктор электрической машины и
Фиг.24а-24с способ управления электрической машиной во время рекуперации.
Фиг.1a-1d показывают возможности установки привода 1, 1’, 1’’, 1’’’ в соответствии с изобретением с приводным агрегатом 2, 2’, 2’’, 2’’’, например двигателем внутреннего сгорания, с приводным валом 3, 3’, 3’’, 3’’’, который посредством сцепления 4, 4’, 4’’, 4’’’ соединен с входным валом 5, 5’, 5’’, 5’’’ выходного узла 6, 6’, 6’’, 6’’’, например, редуктора, например, коробки передач, автоматической ступенчатой коробки передач или бесступенчатой коробки передач (CVT). С помощью кинематической связи 7, 7’, 7’’, 7’’’, которая передает действующий вращающий момент, и редуктора 9, 9’, 9’’, 9’’’, включаемого автоматически в зависимости от направления вращающего момента, электрическая машина 8, 8’, 8’’,8’’’ в примерах выполнения на фиг.1а-1с соединена с приводным валом 3, 3’, 3’’, а в примере выполнения на фиг.1d с входным валом 5’’’.
В примере выполнения на фиг.1а кинематическая связь 7 установлена между сцеплением 4 и приводным агрегатом 2 вокруг приводного вала 3 и передает действующий вращающий момент от приводного агрегата 2 через редуктор 9 на электрическую машину 8 и наоборот, когда электрическая машина 8 создает вращающий момент. В непоказанном примере выполнения редуктор 9 установлен на приводном валу 3 и кинематическая связь 7 установлена непосредственно с валом 8а электрической машины 8 с замыканием для вращения. Электрическая машина 8 посредством крепления 8b непосредственно соединена с приводным агрегатом 2 или другим стационарным узлом непоказанного автомобиля, в который встроен привод 1. Кинематическая связь 7 может быть выполнена в виде ременной передачи с ремнями и приданными ременными шкивами, в виде привода с коническими шкивами и охватывающим элементом, например, цепью или в виде фрикционной или зубчатой передач и т.п. Редуктор 9 может быть закреплен способом, не изображенным на чертежах, на электрической машине 8 или на корпусе приводного агрегата 2 или на любом другом неподвижном узле автомобиля или может в виде статически неопределенного редуктора опираться своим корпусом или рычагом, образованным смещением оси между приводным валом 3 и валом редуктора, на кинематической связи 7.
Фиг.1b показывает привод 1’, идентичный приводу 1, кроме следующих различий: электрическая машина 8’ в этом примере выполнения установлена посредством кинематической связи 7’ на противоположном приводному агрегату 6’ конце приводного вала 3’. Автоматически включающийся редуктор 9’ для этого размещен на приводном валу 3’, но в непоказанном примере выполнения может быть предусмотрен также вокруг вала электрической машины 8’.
Пример выполнения на фиг.1с показывает электрическую машину 8’’ в расположенном концентрично вокруг приводного вала 3’’ исполнении в силовом потоке между сцеплением 4’’ и приводным агрегатом 2’’, причем статор 8а’’ закреплен на корпусе приводного агрегата и ротор 8b’’ является составной частью редуктора 9’’, установленного радиально внутри ротора 8b’’, причем кинематическая связь 7’’ с приводным валом 3’’ установлена, например, через фрикционные и/или зубчатые шестерни.
Разумеется, что установленная соосно вокруг приводного вала 3’’ электрическая машина 8’’, как уже раскрыто в описании изобретения к патенту США US 4458156, которое по содержанию полностью включено в настоящие материалы, может быть установлена также на противоположном выходному блоку 6’’ конце приводного вала и согласно изобретению имеет соответствующий редуктор 9’’ для установки передаточного отношения между электрической машиной 8’’ и приводным агрегатом 2’’ радиально в пределах наружного периметра ротора 8b’’. Преимущество заключается в отсутствии больших изменений в местах сопряжения между приводным и выходным агрегатами 2’’, 6’’, например, на колпаке редуктора.
На фиг.1d показан пример выполнения, в котором автоматически включаемый редуктор 9’’’ встроен в выходной блок 6’’’, например в коробку передач. И в данном случае, следуя примеру на фиг.1а и 1b, редуктор 9’’’ может быть установлен вокруг входного вала 5’’’ или вокруг вала электрической машины 8’’’. В качестве кинематической связи 7’’’ в данном случае рекомендуется - наряду с вышеописанными примерами - предпочтительно пара шестерен, которая может, в частности, выполнять в передаче также последующие передаточные функции.
Подобная компоновка может предпочтительно предусматривать, чтобы электрическая машина была установлена непосредственно на входном валу редуктора или соединяться с ним кинематической связью с силовым замыканием. При этом особое преимущество может быть в том, чтобы установить электрическую машину с возможностью отсоединения от двигателя внутреннего сгорания посредством сцепления, а также предусмотреть другое сцепление между редуктором и выходной частью, причем в зависимости от остальной формы выполнения редуктора сцепления могут быть сцеплениями с фрикционным и/или геометрическим замыканием.
На фиг.2 показан частичный вид верхней половины вдоль оси 110 -непоказанной электрической машины - пример выполнения редуктора 109 согласно изобретению, который выполнен в виде планетарной передачи с солнечной шестерней 113, отчеканенной или запрессованной на валу 112 электрической машины, планетарным рядом 114 и коронной шестерней 116, наформованной по внутреннему периметру или жестко соединенной с корпусом 115. Планетарный ряд 114 захватывается водилом 117 с количеством валов 118, соответствующим количеству планетарных шестерен планетарного ряда 114, на которых установлены планетарные шестерни. При этом водило 117 имеет для установки валов 118 проходящую радиально фланцевую часть 117а и для установки на валу 112 электрической машины проходящую по оси втулку 117b.
В показанном примере выполнения для установки с возможностью вращения и без качания предусмотрены с аксиальным промежутком с помощью распорного кольца 119а два подшипника качения 119, каждый из которых зафиксирован на обеих сторонах стопорными кольцами 119b, 119с. На конце аксиальной фланцевой части 117b водила 117, противоположном радиальной фланцевой части 117а водила 117, установлена по его периметру первая муфта свободного хода 120, на которой установлен входящий в состав электрической машины ременный шкив 121, причем муфта свободного хода 120 прижата к служащему в ременном шкиве 121 в качестве упора 121а буртику и зафиксирована на противоположной стороне от аксиального смещения стопорным кольцом 121b. На противоположной планетарному ряду 114 стороне ременного шкива 121 установлена по его периметру при меньшем диаметре ременного шкива 121 вторая муфта свободного хода 121 и опирается непосредственно на вал 112 электрической машины, причем она зафиксирована от аксиального смещения с одной стороны выполненным в валу 112 буртиком 112а и с другой стороны стопорным кольцом 112b. Ременный шкив 121 предохранен от аксиального смещения стопорными кольцами 121b, 121с. На снабженной канавками 121 с фрикционной поверхности ременного шкива 121 размещен ремень - не изображен, - который передает действующий вращающий момент от электрической машины на ременный шкив на стороне приводного вала и наоборот.
Корпус 115 редуктора 109 дополнен водилом 117, так что планетарный ряд 114 и подшипники качения 119 смазываются в закрытом пространстве или могут работать в масляной ванне, причем зазор между водилом 117, корпусом 115 и валом 112 уплотнен прокладками 123, 124, 125.
К корпусу 115 прикреплен винтами, соединен заклепками или сваркой обращенный к электрической машине фланец крепления или крепежная скоба 126, с помощью которых редуктор 109 посредством выполненных радиально снаружи выемок 126а соединен и центрирован с электрической машиной.
Если электрической машиной создается вращающий момент в направлении приводного вала, то вторая муфта свободного хода 122 обкатывается и вращающий момент передается от вала 112 через планетарный ряд 114 на водило 117 и с водила через муфту свободного хода 120 на ременный шкив 121 для передачи на приводной вал. Из этого следует перевод на пониженное передаточное отношение, в результате чего электрическая машина может запускать приводной агрегат с большой частотой вращения и соответственно с уменьшенным моментом. Для поддержания этого процесса перевод на пониженное передаточное отношение можно осуществить путем подбора диаметра ременного шкива.
При потоке вращающего момента от приводного агрегата к электрической машине вращающий момент передается от ременного шкива 121 непосредственно через муфту свободного хода 122 на вал 112 электрической машины и в этом режиме работы она, приводимая без преобразования редуктора, может вырабатывать электроэнергию. При этом муфта свободного хода 120 обкатывается.
Фиг.3 на примере редуктора 209 показывает вариант редуктора 109, с применением сцепления 220, управляемого электромагнитом 227 вместо муфты свободного хода 120 на фиг.2.Для этого электромагнит 227 окружен кольцевым сердечником 229, который неподвижно соединен с корпусом 215 и имеет на наружном периметре штепсельный разъем 228, который обеспечивает электромагнит 227 энергией от внешнего источника тока и цепи управления, которая, например, замыкает и размыкает электромагнит 227 в зависимости от направления тока в электрической машине. Сердечник 229 установлен с помощью опоры 231, зафиксированной от аксиального смещения стопорными кольцами 230а, 230b, с возможностью вращения на фланце 231 муфты. Фланец 231 муфты центрирован на валу 212 и неподвижно соединен посредством непоказанной призматической шпонки, входящей в паз 212а вала 212 электрической машины.
Направленная радиально фланцевая часть 231 муфты образует нажимную пластину 231а сцепления и имеет в торце на участке наружного периметра кулачки 220а, которые при сцепке сцепления 220 с лапами 220b, выполненными в торце на центрированной на валу 212 нажимной пластине 233, образуют зубчатое зацепление с силовым замыканием. Нажимная пластина 233 во время процесса включения сцепления 220 при приведении в действие электромагнита перемещается по оси в направлении к нажимной пластине 231а, причем тем временем нажимная пластина намагничивается через зазор 227а. Нажимная пластина при выключении электромагнита 227 выталкивается через непоказанный действующий по оси аккумулятор энергии.
При дальнейшем прохождении силового потока нажимная пластина 233 посредством зубчатого зацепления 233b, отчеканенного по внутреннему периметру аксиального выступающего заплечика 233а, соединена с возможностью аксиального перемещения и неподвижно с солнечной шестерней 213, которая установлена посредством направленной по оси фланцевой части 213а, по внутреннему периметру которой установлен с возможностью вращения на валу 212 подшипник качения 212b. По наружному периметру фланцевой части 213а выполнен зубчатый венец 213b, входящий в зацепление с планетарным рядом. Валы 218 для планетарного ряда непосредственно соединены с ременным шкивом 221, который тем самым образует одновременно водило для планетарного ряда 214. На аксиальной высоте планетарного ряда 214 корпус 215 радиально расширен и образует с внутренними зубьями 216 коронную шестерню редуктора 209.
Шкив 221 установлен также на валу 212 посредством подшипника 219 и муфты свободного хода 222, зафиксированной по оси стопорными кольцами 221b, 221с. Корпус уплотнен относительно вала 212 и ременного шкива 221 прокладками 223, 224, 225.
При включенном сцеплении, например, во время пуска приводного агрегата, муфта свободного хода 222 обкатывается и приводной агрегат через солнечную шестерню 213, планетарный ряд 214 и ременный шкив запускается с пониженной частотой вращения электрической машины. Если частота вращения приводного агрегата увеличивается, то к точно заданному моменту времени, например при реверсировании тока в электрической машине, сцепление 220 может выключаться и поступающий от приводного агрегата вращающий момент передается через муфту свободного хода 222 непосредственно и без преобразования редуктором 209 на вал 212 и приводит в действие электрическую машину.
На фиг.4 показан местный вид примера выполнения, касающийся редуктора 309 с автоматической установкой двух передаточных ступеней в зависимости от направления вращающего момента с двумя парами шкивов, соединенными каждая с ремнем с разным передаточным отношением, причем изображен только редуктор 309 со шкивами 321, 334, входящими в состав пар шкивов.
Расположенный по оси кольцевой фланец 331 редуктора 309 соединен посредством фланца на приводном валу 303 приводного агрегата, обращенного по своему внутреннему периметру на центральном участке между обоими аксиальными концами радиально внутрь, винтом 303а, причем прочность на скручивание между фланцем 331 и приводным валом 303 создается зубчатым зацеплением 303b. Первая кольцевая деталь 331b фланца центрирована по оси по приводному валу 303 и вторая деталь 331с установлена по оси в противоположном приводному валу 303 направлении, в результате чего по наружному периметру фланца 331 образована площадка, на которой установлены первые муфты свободного хода 322а, 322b и расположенные по оси между ними и зафиксированные с помощью стопорных колец 319а от аксиального смещения подшипники качения 319. Вокруг муфты свободного хода 322а, установленной радиально над приводным валом 303 на части 331b фланца 331, предусмотрена фланцевая часть 321а, которая с проходящей радиально наружу деталью шкива 321 на участке своего наружного периметра служит опорой для детали 321d в виде кольцевого шкива с помощью распределенных по периметру выемок и заклепок 321с, которая проходит радиально наружу с выполненным по оси в противоположном приводному валу 303 направлении кольцевым выступом 321е, служит опорой для кольца 321с ременного шкива для установки ремня путем сварного шва 321g. Фланец 321a и деталь 321d в виде кольцевой шайбы могут быть выполнены также цельными. Для того чтобы передавать максимально высокий вращающий момент на муфте свободного хода 322b, на подшипнике качения 319 и по наружному периметру фланцевой части 321a установлена и центрирована еще одна фланцевая часть 335, которая соединена на торце с фланцевой части 321а посредством распределенных приблизительно равномерно по периметру винтов 335а. На выступающем радиально заплечике 335b по наружному периметру фланца 335 установлен и зафиксирован стопорным кольцом 336а подшипник качения 336, на котором установлен с возможностью вращения корпус 315. Для фиксирования корпуса от осевого смещения и для уплотнения на его торцевой стороне предусмотрен щиток 315а, который посредством распределенных по периметру винтов 315b закреплен на снабженной соответствующими выемками фланцевой части 315с корпуса, проходящей радиально наружу, и корпус позиционирован на подшипнике качения 336 по оси посредством выполненного по оси кулачка 315d и корпус 315 уплотнен относительно фланцевой части 335 прокладкой 324. С целью оптимизации занимаемого места корпус соответствует радиальному контуру фланцевых частей 335, 331 и по оси втянут на своем максимальном расстоянии от приводного вала 303 и образует выполненный по оси в направлении приводного вала фланец 337, по периметру которого установлены муфты свободного хода 320а, 320b, которые со своей стороны служат опорой для фланцевой части 331с жестко соединенного с приводным валом 303 фланца 331. С помощью отстоящего радиально заплечика 315е на профиле корпуса 315 на центральном по оси участке образован упор для ременного шкива 334, который образован деталью 334а в виде кольцевой шайбы, кольцом 334b шкива для опоры ремня и кольцом жесткости 334с, причем эти три детали сварены между собой.
Редуктор 309 работает таким образом, что во время пуска приводного агрегата электрической машиной вращающий момент от шкивов электрической машины передается на оба ремня и оба шкива 321, 334 на стороне приводного вала нагружаются вращающим моментом. Шкив 321, диаметр которого больше диаметра шкива 334, при условно равном диаметре шкивов электрической машины позволяет большее понижение частоты вращения электрической машины. Через фланцевые части 321b, 321а вращающий момент передается на фланец 331 и затем на приводной вал 303, причем муфты свободного хода 322а, 322b включены, а муфты свободного хода 320а, 320b обкатываются.
Во время работы электрической машины в режиме генератора тока муфты свободного хода 322а, 322b обкатываются, а муфты свободного хода 320а, 320b включены так, что поступающий от приводного вала 303 вращающий момент через фланец 331, муфты свободного хода 320а, 320b передается на корпус 315 и от корпуса на шкив 334. Меньший диаметр шкива 334 передает на электрическую машину по сравнению со шкивом 321 более высокую частоту вращения, причем для определения передаточных отношений следует учитывать отношения диаметров шкивов пар ременных шкивов, причем в основу обеих передаточных ступеней можно положить аналогичное базовое передаточное отношение.
На фиг.5 изображен пример выполнения редуктора 409 в соответствии с изобретением. Он установлен на приводном валу 403 посредством опорного фланца 438 и затягивается посредством винта 403а через кругообразное отверстие 413с в солнечной шестерне 413. Корпус 415 центрирован на корпусе 402 приводного агрегата посредством L-образной в поперечном сечении фланцевой части 437 и жестко соединен с ней с помощью расположенных по кругу винтов 402а. Радиальная полка 437а входит в соответствующую выемку корпуса 415 и поворотно соединена с ним посредством зубчатого зацепления 437b.
Корпус 415 сварен из частей корпуса 415а, 415b, 415с, однако он может быть выполнен так же, как и остальные конструктивные детали, из цельных, изготовленных методами формоизменения деталей и включает в себя камеру 445, в которой размещены демпфирующее устройство 439 и амортизатор 440, а также планетарная передача 409а, состоящая из солнечной шестерни 413, планетарных шестерен 414 и скользящей по оси, вращающейся коронной шестерни 416.
По наружному периметру фланцевой детали 415а напротив заплечика 415d, образованного радиально деталью 415b корпуса и фланцевой деталью 415а, установлен подшипник качения 419, который зафиксирован по оси без зазора на удлиненной, центрированной по фланцевой части 415а полке U-образного в поперечном сечении открытого в сторону подшипника качения 419 кольца 419а, которое блокировано от осевого смещения стопорным кольцом 419b. На подшипнике качения 419 установлен контур корпуса 415 с образованием минимизированного зазора 441, соответствующего коробке 442 ременного шкива, состоящей из L-образного фланца 442а шкива 421, прокладочного кольца 443 и части шкива 444, вращающегося относительно корпуса 415, и блокирован от осевого смещения направленным радиально внутрь выступом 442b на фланцевой части 442а и стопорным кольцом 419с. L-образный фланец 442а имеет по наружному периметру направленной радиально наружу фланцевой части приваренный к нему шкив 421, выполненный в виде круглой детали. Примыкая к шкиву 421, к нему приварено по оси прокладочное кольцо 443, к которому винтами 444 а привинчена деталь 444 шкива. Деталь 444 шкива имеет по внутреннему периметру двустороннее усиление 444b в аксиальном направлении, в котором выполнены распределенные по периметру резьбовые отверстия для привинчивания солнечной шестерни 413, которая содержит для этого направленный радиально наружу фланец 413а с соответствующими отверстиями по кругу для болтов 413b, в результате чего осуществляется неповоротное соединение и уплотнение между солнечной шестерней 413 и деталью шкива 444.
Водило 417 планетарного редуктора 409а захватывает планетарные шестерни 414 посредством валов 418 и промежуточных подшипников скольжения 414а, 414b и установлено с возможностью вращения на направленном по оси выступе 438а установленного на приводном валу 403 опорного фланца 438 с помощью подшипника качения 436, закрепленного по оси посредством выступающего радиально заплечика 438b и стопорного кольца 436а. На наружном периметре водила 417 предусмотрено с помощью зубчатого зацепления 446 геометрическое замыкание с демпфирующим устройством 439.
Принцип действия редуктора 409, имеющего две передаточные ступени, предусматривает понижение передаваемой от электрической машины на шкив 421 частоты вращения, например во время пуска перевода на пониженное передаточное число, взяв за основу имеющиеся геометрические размеры 1:5. С этой целью вращающий момент передается от шкива 421 через деталь шкива 444 на солнечную шестерню 413. Солнечная шестерня 413 приводит в действие через косозубое зацепление 413е планетарные шестерни 414, предпочтительно три. Водило 417 блокируется приводным валом 404 через демпфирующее устройство 439 так, что через косозубое зацепление 416а, шаг которых выбран так, что коронная шестерня 416 с меньшим усилием по сравнению с противоположным усилием приводного вала 403 перемещается по оси и в сторону трехсоставного подшипника 449 скольжения с радиально действующим пружинным кольцом, предусмотренного для управления нагрузочным моментом сил трения, действующего между направленной по оси фланцевой частью 417а водила 417 и коронной шестерней 416 подшипника скольжения 449, коронная шестерня 416 отходит по оси от приводного вала 403 и образует геометрическое замыкание посредством лап 416а, 415d на коронной шестерне 416 и корпусе 415. Для блокировки от слишком сильного отклонения коронной шестерни на торцовой стороне лап 415d стопорное кольцо 415е входит в зацепление с деталью корпуса 415с. За счет геометрического замыкания коронная шестерня 416 жестко соединена с корпусом 415 так, что приводной вал с соответствующим передаточным отношением планетарной передачи 409а через зубчатое зацепление 446 проходит во входную часть 447 с нагрузочными устройствами для аккумуляторов энергии 448 к выходной части 438с, в которой для приема и нагрузки аккумуляторов энергии выполнены карманы 438d, вследствие чего входная часть 447 и выходная часть 438с имеют возможность вращения относительно друг друга с преодолением действия по меньшей мере одного проходящего по меньшей мере частично по периметру аккумулятора энергии 448 для гашения возникающей в приводном агрегате неравномерности вращения.
От выходной части 438с вращающий момент передается через опорный фланец 438 на приводной вал 403, в результате чего приводной агрегат запускается с меньшей частотой вращения по сравнению с электрической машиной.
Параллельно демпфирующему устройству 439 выполнен амортизатор 440 для амортизации неравномерности вращения посредством кольцевой корпусной детали 440а, в которой выбивается по меньшей мере одно гнездо 440b для размещения и нагружения по меньшей мере одного аккумулятора энергии 440с, который по меньшей мере проходит по периметру и под действием которого корпусная деталь 440а, имеет возможность вращения относительно входной части 438d, соединенной, например сваренной с опорным фланцем 438.
Если после пуска вращающий момент изменяет направление и приводит в действие приводной вал 403, то водило 417 перемещается в противоположном моменту инерции электрической машины направлении и коронная шестерня отклоняется по оси в направлении приводного вала вследствие наличия вращающего момента на зубчатом зацеплении 416а. Для создания геометрического замыкания с водилом 417 на обращенном к нему торце предусмотрены кулачки 416с, входящие в зацепление с соответствующими выемками 417b в виде окон в водиле 417.
Для предохранения лап 416с от повреждения, поскольку переключение в этом геометрическом замыкании осуществляется уже при работающем водиле 417 и почти остановленной коронной шестерне 416, предусмотрено запорное кольцо 450, которое соединено с коронной шестерней 416 через коническое фрикционное замыкание по своему наружному периметру и направленным радиально внутрь выступом 450а на своем внутреннем диаметре подвешено с зазором в соответствующей канавке водила 417. При почти равной частоте вращения между коронной шестерней 416 и водилом 417, что вызвано моментом, действующим на косозубом зацеплении 416а, зубья расположенного по оси зубчатого зацепления 450b запорного кольца 450 входят в отверстия по окружности 416d коронной шестерни с преодолением усилия возвращающего действующего по оси аккумулятора энергии 450с и тем самым освобождают путь для образования геометрического замыкания между лапами 416с, 417b. При реверсировании потока вращающего момента зубчатое зацепление между деталями 450b, 416с за счет осевого промежутка между запорным кольцом 450 и водилом 417 снова высвобождается посредством аккумулятора энергии 450с.
После создания геометрического замыкания посредством лап 416с и выемок 417b водило 417 вращается непосредственно с планетарным рядом, так как коронная шестерня 416 заблокирована водилом и поток вращающего момента проходит без изменения передаточного отношения через валы 418 и планетарный ряд 414 к солнечной шестерне 413 и от нее через деталь шкива 444 к шкиву 421, который через ремень воздействует на электрическую машину.
Для того чтобы иметь возможность использовать электрическую машину для подзарядки, то есть для поддержки приводного агрегата или в качестве единственного приводного источника для автомобиля, желательно при частотах вращения, превышающих пусковую частоту вращения, блокировать повторное переключение на изменение пускового передаточного отношения в потоке вращающего момента электрической машины. С этой целью используется центробежное устройство, состоящее из распределенных по периметру, утопленных в выемках 451 по наружному периметру водила 417 шариков, кольцевых сегментов или штифтов 452, которые под действием центробежной силы входят в соответствующие выемки 453 в коронной шестерне и при более высоких частотах вращения жестко соединяют водило 417 и коронную шестерню 416 между собой. Если приводной агрегат останавливается, то при новом пуске шарики могут снова почти без усилия войти в выемки 449. Для протекания процесса края выемок 449, 453 могут быть выполнены соответствующим образом, например могут быть предусмотрены соответствующим образом выходящие в аксиальном или окружном направлении профили или шарики могут прижиматься назад с помощью небольших пружин.
На фиг.6 показан редуктор 509, соответствующий принципу работы и конструкции в примере выполнения редуктора 409 на фиг.5 в местном разрезе с описанными ниже отличающимися признаками.
Редуктор 509 не привинчен корпусом 515 к приводному агрегату, а выполнен статически неопределенным, то есть опорный момент корпуса 515 опирается на, в данном случае лишь обозначенный, ремень 555 посредством рычага 554, проходящего радиально вдоль плоскости шкива, определяемой непоказанным шкивом электрической машины и шкивом 521, вследствие чего отпадает необходимость в изменении корпуса приводного агрегата и корпус 509 можно применять без других изменений конструкций приводного агрегата. Для этого на находящемся радиально снаружи конце рычага 554 предусмотрен усиленный по оси ввод 556 для устройства 559 для натяжения ремня с помощью вала 556а, который посредством подшипника 556b служит опорой для поворотного натяжного ролика 557, имеющего возможность вращения относительно вала 556а. Натяжной ролик 557 опирается в зависимости от направления момента вращения с опорным моментом, пропорциональным действующему моменту вращения, на одну из двух сторон ремня 555 так, что ремень 555 при небольших действующих вращающих моментах нагружен меньше и тем самым продлевается срок его службы и срок службы подшипников 519, 558. Рычаг 554 соединен с корпусом 515 без возможности вращения посредством кольца 554а с внутренним зубчатым венцом 554b на аксиальном выступе 515а с внешним зацеплением 515b, выполненного на его конце по оси в направлении корпуса 515 и без аксиального зазора посредством стопорного кольца 515с. Для предотвращения наклона корпуса 515 относительно оси вращения приводного агрегата на первом подшипнике качения 519 между находящимся в зацеплении с приводным валом 503 опорным фланцем 538 и корпусом 515 предусмотрен другой подшипник качения 558, который служит опорой корпуса на коробку шкива с возможностью вращения. Во избежание создающего нагрузку опрокидывающего момента оба подшипника качения 519, 558 установлены в плоскости шкива RE. По идее изобретения во всех примерах выполнения в ременный привод могут быть включены другие вспомогательные агрегаты так, чтобы в данном случае их подшипники были защищены за счет оптимизации характера опрокидывающего момента. Предварительное натяжение ремня 555 обеспечивает их безупречную работу.
На фиг.7 схематично показан пример выполнения ременного привода 759. При этом на соединенном с корпусом 715 редуктора рычаге 754 закреплен аккумулятор энергии 761, который непосредственно соединяет натяжные ролики 757 a, 757b между собой, причем аккумулятор энергии 761 оказывает на оба натяжных ролика 757а, 757b растягивающее усилие. Между натяжными роликами 757а, 757b и аккумулятором энергии 761 проходит соответственно ветвь ремня 755 так, что ремень 755, соединяющий оба шкива 762, 721 с валами 703, 762а шкивов, установленными на электрической машине или соответственно на приводном валу, предварительно натягивается на обеих сторонах под действием аккумулятора энергии 761. При необходимости в ременный привод 659 и в каждый следующий вариант выполнения кинематической связи между приводным валом и валом электрической машины можно включить дополнительные вспомогательные агрегаты.
Пример выполнения редуктора 809 на фиг.8 имеет два различных вала 803а, 865 приводного вала 803 и шкива 821 с промежутком d. Шкив 821 выполнен радиально внутрь последовательно из поверхности ремня 821а, L-образного фланца 821b, выполненной для приема планетарной передачи 808а на радиальной высоте приводного вала 803, расположенной по оси дисковой части 821с, а также установленной вокруг вала 865 консоли 821d с внешним зацеплением 821е, причем детали сварены друг с другом. Шестерня 813 посредством внутренних зубьев 813а соединена с консолью 821d с возможностью вращения и соединена с ней винтом 813b. Поворотная опора шестерни 813 посредством подшипника качения 813с и, тем самым, шкива 821 создается на корпусе 815, который окружает шестерню 813 по периметру, кроме того, предусмотрено уплотнение прокладкой 830. Шестерня 813 входит в зацепление с другой шестерней 866, которая компенсирует промежуток d и образует для установленной вокруг вала 803а приводного вала 803 планетарной передачи 809а солнечную шестерню, причем вокруг этой солнечной шестерни 866 размещены установленные с помощью валов 818 на водиле 817 планетарные шестерни 814 и корпус 815, состоящий из деталей 815а, 815b, посредством внутреннего зацепления 816 образует коронную шестерню. Корпус 815 установлен посредством размещенных по оси и уплотненных подшипников качения 819, 836 на находящемся в зацеплении с приводным валом 803 и привинченным к нему опорном фланце 838, с одной стороны, и на выполненном по оси выступе 866а солнечной шестерни 866, которая, со своей стороны, посредством двух муфт свободного хода 820, размещенных по наружному периметру L-образного фланца 866b, вращающихся в одинаковом направлении для увеличения передаваемого вращающего момента, установлена по внутреннему периметру аксиального обращенного от приводного вала 803 выступа 838а опорного фланца 838. Кроме того, по наружному периметру опорного фланца 838 через вторую трехвкладышную муфту свободного хода 822 установлено водило 817 так, что создается следующий принцип работы редуктора 809.
Когда на приводном валу действует вращающий момент, то вал 803 вращается и вращает солнечную шестерню 866 вследствие включающейся в этом направлении муфты свободного хода 820, причем муфта свободного хода 822 обкатывается. Вращающий момент передается дальше на шестерню 813 и на шкив 821 для привода электрической машины. При этом вал шкива 865 вращается вокруг оси 803а приводного вала 803 столько времени, пока выдерживается опорный вращающий момент натягиваемого при этом ремня. При этом следует обращать внимание на то, чтобы промежуток осевого смещения между валами 803а, 865 был достаточно большим, чтобы при заданном натяжении ремня в зависимости от его сил трения на фрикционной поверхности 821a вал 865 не проскальзывал и совершал полный оборот вокруг вала 803а, что может быть исключено при наличии промежутков d>10 мм. Верхний предел промежутка d задается установочными размерами редуктора 809 и не должен превышать 250 мм.
Когда вращающий момент передан от электрической машины через шкив 821, редуктор 809 вращается вокруг вала 803а до достижения необходимого опорного момента на противоположной стороне ремня. После этого вращающий момент от шестерни 813 передается на солнечную шестерню 866, которая при выключенной муфте свободного хода 820 приводит в действие планетарные шестерни 814, и с возникающим при этом понижении частоты вращения вращающий момент через водило 817 и включенную муфту свободного хода 822 через опорный фланец 838 передается на приводной вал 803 для приведения в действие приводного агрегата.
На фиг.9 показан пример выполнения редуктора 909 со смещением оси между осью приводного вала 903 и осью 965 шкива 921 с двумя парами шестерен 967, 968 и двумя муфтами свободного хода 920, 922 для установки автоматической передачи редуктора.
Первые шестерни 967а, 968а пары шестерен 967, 968 неподвижно установлены на валу 965 шкива, вторые шестерни 967b, 968b установлены на встречных по направлению обкатывания муфтах свободного хода 920, 922, размещенных на приводном валу 903. Корпус 915 окружает редуктор 909 и установлен на валу 903 с помощью подшипников качения 936а, 936b.
При пуске муфта свободного хода 920 включена и муфта свободного хода 922 обкатывается так, что осуществляется понижение частоты вращения электрической машины. При работе в режиме генератора муфта свободного хода 922 включена и муфта свободного хода 920 обкатывается для создания меньшего передаточного отношения. Как описано в связи с фиг.8, корпус опирается на ремень так, что отпадает необходимость монтажа приводного агрегата на корпусе.
Показанный на фиг.10 в разрезе редуктор 1009 установлен непосредственно на электрическом стартер-генераторе. С этой целью соединительная деталь 1038 в виде втулки 1038 соединена с валом 1012 не изображенной в деталях электрической машины. Это соединение производится, с одной стороны, через геометрическое замыкание 1003d для редуктора вращающего момента и, с другой стороны, посредством резьбового соединения 1003 а для аксиальной фиксации.
Редуктор 1009 имеет корпус 1010, в котором расположены различные элементы редуктора, в частности коронная шестерня 1016, планетарные шестерни 1014, водило планетарной передачи 1017, солнечная шестерня 1018, а также различные элементы управления и включения.
Корпус 1010 установлен с возможностью поворота относительно соединительной детали 1038, а именно через опору качения 1019, которая содержит шарикоподшипник. Корпус 1010 содержит кольцевую деталь 1020, которая в поперечном сечении имеет форму угла и жестко соединена со второй деталью 1021 корпуса, в данном случае винтами. Деталь 1020 корпуса имеет профили 1022 предпочтительно для элемента бесконечной передачи, в частности зубчатого ремня. В изображенном примере выполнения профили 1022 образованы непосредственно деталью 1020 корпуса.
Планетарная передача 1009 имеет снабженные косыми зубьями шестерни 1014, 1016, 1018. Коронная шестерня 1016 установлена с возможностью смещения по оси в корпусе 1010. Далее коронная шестерня 1016 установлена с возможностью вращения относительно солнечной шестерни 1018. В изображенном примере выполнения солнечная шестерня 1018 образована непосредственно соединенной деталью 1038, выполненной в виде втулки. На соединительной детали 1038 также непосредственно установлен шарикоподшипник опоры 1019.
Образующая шкив деталь 1020 корпуса в данном случае соединена через резьбовые соединения 1023 с водилом планетарной передачи 1017. Перемещаемая по оси коронная шестерня 1016 соединена по приводу через наклонный шаровой механизм 1024 с проходящей вокруг вала 1012 кольцевой деталью 1025. Между коронной шестерней 1016 и кольцевой деталью 1025 натянут по оси аккумулятор энергии в виде пружины. Кольцевая деталь 1025 установлена в корпусе 1010 - в данном случае на детали 1021 корпуса - через опору 1027 с возможностью поворота. Через опору 1027 установлена также в аксиальном направлении относительно корпуса 1010 кольцевая деталь 1025. Через опору 1027, которая в данном случае содержит шарикоподшипник, могут восприниматься осевые усилия, которые, как это ниже описано подробнее, создаются наклонным шаровым механизмом 1024. Кольцевая деталь 1025 образует радиально внутри осевой кольцевой выступ 1028, на котором установлен диск сцепления 1029. По меньшей мере фрикционные участки диска сцепления 1029 ограниченно смещаются по оси. В изображенном примере выполнения для этого между диском сцепления 1029 и осевым выступом 1028 предусмотрено соединение с помощью осевого зубчатого зацепления 1031. Фрикционные участки 1030 можно соединить с кольцевой деталью 1025 также с помощью элементов в виде мембран или плоских пружин, позволяющих требуемое осевое смещение. Диск сцепления 1029 является составной частью тормозного и сцепного агрегата 1031, который может быть выполнен как электромагнитный тормоз и, соответственно, сцепление. На фиг.10 схематически изображен электромагнит, обозначенный позицией 1032.
Как указывалось выше, коронная шестерня 1016 может перемещаться по оси, так что благодаря косым зубьям редуктора 1009 и в зависимости от направления передачи вращающего момента она может перемещаться по оси направо или налево. Направление осевой составляющей усилия, которое воздействует на коронную шестерню 1016, зависит, следовательно, от направления передачи вращающего момента, которое отличается при работе в режиме пуска и режиме генератора.
Коронная шестерня 1016 может соединяться без возможности вращения с корпусом 1010 через сцепление 1033. В показанном примере выполнения сцепление 1033 выполнено в виде осевой кулачковой муфты, причем кулачки могут иметь в окружном направлении форму зубьев пилы. За счет выполнения профилей, образующих кулачковую муфту 1033, в виде зубьев пилы, на коронную шестерню также может воздействовать усилие смещения в зависимости от придаваемого коронной шестерне 1016 направления передачи вращающего момента. Далее посредством этого можно добиться, чтобы сцепление 1033 в одном относительном направлении вращения между корпусом 1010 и коронной шестерней 1016 действовало как муфта свободного хода, в то время как в другом относительном направлении вращения между соответствующими деталями могла осуществляться передача вращающего момента с геометрическим замыканием. При включенном сцеплении 1033 коронная шестерня 1016 тем самым соединена по меньшей мере в направлении вращения относительно корпуса 1010 и водила 1014 планетарной передачи без возможности вращения, то есть по приводу, вследствие чего планетарная передача соединена байпасом. Тем самым между промежуточным валом 1012 и корпусом 1010 передаточное отношение составляет 1=1. Предпочтительно редуктор 1009 выполнен так, что данное передаточное отношение i=1 имеет место при работе соединенной с редуктором 1009 валом 1012 электрической машины в режиме генератора, причем в данном режиме работы сцепление 1031 включено.
Далее корпус 1009 содержит стопорное кольцо 1034, которое обеспечивает по меньшей мере некоторую синхронизацию между коронной шестерней 1016 и водилом 1017 планетарной передачи, пока профили сцепления 1033, которые установлены, с одной стороны, на коронной шестерне 1016 и, с другой стороны, на водиле 1017 планетарной передачи, не смогут войти в зацепление. Часть осевого усилия, необходимого для включения сцепления 1033, может быть приложена через аккумулятор энергии или пружину 1026. Косые зубья шестерен 1014, 1016, 1018 выполнены таким образом, что при передаче вращающего момента приводного двигателя, соединенного с редуктором 1009, в частности двигателя внутреннего сгорания автомобиля, на электрическую машину (следовательно, при работе электрической машины, соединенной валом 1012 с редуктором 1009, в режиме генератора) создается дополнительное усилие на коронную шестерню 1016 в направлении налево, следовательно, в направлении включения сцепления 1033, в результате чего планетарная передача 1009 блокируется. В этом состоянии кольцевая деталь 1025, а также соединенный с ней диск 1029 сцепления работают на холостом ходу. Осевое усилие, производимое на кольцевую деталь 1025 через наклонный шаровой механизм 1024, воспринимается по оси опорой 1027.
Путем включения сцепного агрегата и соответственно тормоза 1031 кольцевая деталь 1025 блокируется от поворота так, что при работе электрической машины в режиме генератора на коронную шестерню от косых зубьев редуктора 1009 действует осевое усилие, которое направлено направо. Сцепной агрегат 1031 и наклонный механизм 1024 тем самым должны воспринимать и поддерживать момент, направленный в сторону, противоположную направлению при работе электрической машины в режиме пускового устройства. Наклонный механизм 1024 выполнен таким образом, что во время торможения сцепным агрегатом 1031 он перемещает коронную шестерню 1016 под действием аккумулятора энергии 1026 сначала по оси направо и затем позиционирует и, соответственно, удерживает ее относительно детали 1025. Следовательно, это означает, что вследствие этого сцепление 1033 освобождается, в результате чего задается передаточная функция редуктора 1009. Путем выключения сцепного агрегата 1031 коронная шестерня 1016 может быть приведена в ускоренное движение вследствие действующего в ременном приводе вращающего момента и при этом одновременно перемещаться действующим по оси аккумулятором энергии 1026 в направлении налево, поэтому после того, как установится по меньшей мере приблизительно синхронизация между частотой вращения коронной шестерни 1016 и водилом 1017 планетарной передачи, сцепление вновь включается и тем самым передаточная функция может быть перекрыта. Тем самым редуктор 1009 снова имеет меньшее передаточное число i=1. Передаточное число при выключенном редукторе 1009 может предпочтительно составлять величину порядка 1,5-5, предпочтительно порядка 2-4.
Сцепной агрегат и, соответственно, тормозное устройство 1031 установлены предпочтительно на изображенном в данном случае схематически содержащем вал 1012 корпусе 1035 электрического стартер-генератора. Вал 1012 предпочтительно соединен непосредственно с ротором электрической машины, предпочтительно на нем установлен этот ротор.
Изображенный на фиг.11 вариант выполнения электрического стартер-генератора 1100 содержит также шкив 1122 с профилями 1122а. И в данном примере выполнения шкив 1122 образует составную часть корпуса 1100, в котором установлена планетарная передача 1109а. Планетарная передача 1109а содержит соединительную деталь 1138, которая жестко соединена с валом 1112 электрической машины так же, как и деталь 1038 с валом 1012. Выполненная в виде втулки соединительная деталь 1038 служит опорой для солнечной шестерни 1118, выполненной цельной с деталью 1138. Водило 1117 планетарной передачи выполнено также цельным со шкивом 1122. Установленная в корпусе 1110 с возможностью вращения коронная шестерня 1116 соединена с диском сцепления 1129, который является составной частью сцепного агрегата 1131, включающегося в зависимости от определенных режимов работы двигателя внутреннего сгорания автомобиля, соединенного по приводу со шкивом 1122. Простым способом сцепной агрегат 1131 может быть образован электромагнитной муфтой или, соответственно, тормозным устройством или же, соответственно содержать его. Зацепление с косыми зубьями редуктора 1109а, содержащего по меньшей мере коронную шестерню 1116, солнечную шестерню 1118 и планетарные шестерни 1114, выполнено предпочтительно в виде прямозубого зацепления.
Шкив 1122 установлен с возможностью вращения относительно соединительной детали 1138 через муфту свободного хода 1133. Муфта свободного хода 1133 в основном выполняет функцию сцепления 1033 на фиг.10. Вариант выполнения на фиг.11 имеет то преимущество, что в редукторе не возникают осевые усилия и не требуется наклонный механизм, как в примере выполнения на фиг.10.
При пуске сцепление 1131 замыкается, в результате чего коронная шестерня 1116 удерживается без вращения. За счет торможения диска сцепления 1129 достигается наибольшее передаточное отношение редуктора 1109а. Редуктор 1109а выполнен так, что при заторможенной коронной шестерне 1116 установленная между солнечной шестерней 1118 и водилом 1117 планетарной передачи муфта свободного хода 1133 опережается при работе соединенной с валом 1112 электрической машины в качестве пускового устройства для двигателя внутреннего сгорания. Как только двигатель внутреннего сгорания начинает работать и имеет определенную частоту вращения, направление передачи вращающего момента изменяется на противоположное. Следовательно, это означает, что соединенная с валом 1112 электрическая машина приводится в движение от двигателя внутреннего сгорания. Если в этом состоянии коронная шестерня 1116 и соответственно диск 1129 сцепления продолжают удерживаться от поворота, то имеется наибольшее передаточное отношение планетарной передачи 1109а для работы в режиме генератора. Если коронная шестерня 1116 и соответственно диск 1129 сцепления выключаются, то они могут вращаться практически свободно и при работе в режиме генератора приводная мощность не может передаваться от шкива 1122 на вал 1112 с помощью шестерен планетарной передачи 1109а, вследствие чего блокируется муфта свободного хода 1133 и шкив 1122 вращается синхронно с валом 1112. При заторможенной муфте свободного хода 1116 вал 1112 при работе в режиме генератора вращается быстрее детали 1122, поэтому в данном случае выполняется функция муфты свободного хода 1133.
Изображенный на фиг.12 и 13 редуктор 1200 для электрического стартер-генератора способом, аналогичным описанию в связи с фиг.10 и 11, соединен с валом 1212 ротора электрической машины. Шкив 1222 соединен с водилом планетарной передачи 1217 и вал 1212 с солнечной шестерней 1218. Содержащая планетарные шестерни 1214, водило 1217 планетарной передачи и солнечную шестерню 1218 планетарная передача имеет косозубое зацепление, через которое коронная шестерня 1216 имеет возможность перемещения по оси при соответствующей передаче вращающего момента для того, чтобы включать различные ступени редуктора 1200 в зависимости от имеющегося направления передачи вращающего момента.
Коронная шестерня 1216 имеет возможность аксиального перемещения относительно детали 1238, которая может удерживаться от поворота тормозным устройством 1231, которое действует аналогичным с тормозным устройством 1031 образом.
Шестерни планетарного ряда 1214, 1216, 1218 имеют косые зубья. Угол скоса выбран таким, что коронная шестерня 1216 может перемещаться в аксиальном направлении под действием усилий, создаваемых на участке зубьев. Если вал 1212 приводит в движение коронную шестерню 1218 в движение и коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания приводится в движение через водило 1217 планетарной передачи, то коронная шестерня 1216 передвигается косыми зубьями налево (фиг.12) и постоянно прижимается к наружной неподвижной детали 1238. Образующийся опорный момент передается на поверхности соприкосновения путем геометрического замыкания 1233, например через торцовые зубья, кулачки и т.д., и/или силовое замыкание (трение). Так как коронная шестерня 1216 удерживается, поскольку в данном режиме работы деталь 1238 удерживается от вращения тормозным устройством 1231, то за счет такой компоновки создается максимальная понижающая передача, обеспечивающая пуск двигателя внутреннего сгорания через диск 1222. Если диск 1222 и соответственно водило 1217 планетарной передачи приводятся в движение от коленчатого вала и тем самым валы 1212 от солнечной шестерни 1218, то направление действия усилия на коронную шестерню 1216 реверсируется. За счет этого она перемещается направо и прижимается к водилу 1217 планетарной передачи. Соединение между коронной шестерней 1216 и неподвижной деталью 1238 прерывается и создается другое соединение силовым и/или геометрическим замыканием 1235 (см. фиг.13) между водилом 1217 планетарной передачи и коронной шестерней 1216. Вследствие этого планетарный ряд блокируется и солнечная шестерня 1218, водило 1217 планетарной передачи, планетарные шестерни 1214 и коронная шестерня 1216 вращаются вместе с валом как цельный блок. Так создается прямое передаточное отношение 1 для работы в режиме генератора.
Редуктор 1200 содержит далее центробежную муфту 1236 с центробежными элементами 1237, которые оттесняются радиально внутрь по меньшей мере одним аккумулятором энергии 1238. Привод 1200 может дополнительно блокироваться центробежной муфтой 1236 в зависимости от частоты вращения шкива 1222 и, соответственно, приводной частоты вращения двигателя внутреннего сгорания в показанном на фиг.13 состоянии включения.
Изображенный на фиг.12 и 13 редуктор 1200 имеет принцип работы и функцию, аналогичные редуктору 409 на фиг.5, но причем вариант выполнения на фиг.12 и 13 не содержит демпфирующее устройство, и соответственно, амортизатор. Но в некоторых случаях применения может быть целесообразным предусматривать демпфирующее устройство и/или амортизатор и в данном варианте выполнения. Однако может быть особенно целесообразным, если в сочетании с электрическим стартер-генератором, на котором установлен редуктор 1200 или который содержит его, демпфирующее устройство и при необходимости еще имеющийся дополнительно амортизатор установлен и соответственно установлены на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания, который приводит в действие редуктор 1200. При этом демпфирующее устройство и, соответственно, амортизатор могут быть, как это известно, встроены в шкив, находящийся на стороне двигателя внутреннего сгорания.
Благодаря применению конструкций редукторов на фиг.10-13 можно запускать двигатели внутреннего сгорания с высоким пусковым моментом. Благодаря соответствующему расчету редуктора в ременном приводе можно обеспечить более высокие передаточные отношения, а именно в отношении понижения частоты вращения электрической машины таким образом, что можно подготовить необходимый для пуска двигателя внутреннего сгорания вращающий момент, а также необходимую для этого частоту вращения. Для работы в режиме генератора необходимо изменение передаточного числа, а именно в отношении понижения передаваемой на вал электрической машины частоты вращения. Такую более низкую частоту вращения ротора электрической машины можно получить применением вариантов выполнения в соответствии с изобретением и установки редуктора на стартер-генераторе. Установка редуктора на стартер-генераторе имеет далее то преимущество, что благодаря этому для этого редуктора можно выбрать значительно меньшие размеры.
На фиг.14 показана следующая возможность установки электрического стартер-генератора 1308 в приводе 1301. Привод 1301 содержит приводной агрегат 1302, например, двигатель внутреннего сгорания, приводной вал 1303 которого через сцепление 1304 соединяется с маховой массой 1310. Установленная с возможностью поворота маховая масса 1310 через второе сцепление 1304а соединена с входным валом 1305 приводного агрегата 1306, например с редуктором. Относительно возможного выполнения подобного маховика 1310 и сцеплений 1304 и 1304а ссылаемся, например, на DE-OS 2917138, DE-OS 2931513 и DE-OS 2748697. Электрическая машина 1308 соединена по приводу с маховиком 1310 через ременный или цепной привод или при необходимости через зубчатое соединение. С электрической машиной 1308 может с преимуществом соединяться передаточный механизм 1309, причем этот механизм 1309 установлен предпочтительно соосно с валом ротора электрической машины 1308. Редуктор 1309 может быть выполнен аналогично одному из вышеописанных редукторов, в частности иметь форму выполнения согласно фиг.2, 3, 10, 11, 12 и 13.
Фиг.15 показывает пример выполнения привода 1401, аналогичный приводу 1’’ на фиг.1с, в котором коробка передач 1406 выполнена в виде охватывающей промежуточной передачи с непрерывно регулируемым передаточным отношением (CVT). Изменение передаточного числа редуктора 1406 производится самим по себе известным способом посредством двух установленных на первичном валу редуктора 1454 и на выходном валу редуктора 1453 пар конических шкивов 1450, 1451 с двумя коническими шкивами 1450а, 1450b, 1451a, 1451b каждая, причем соосно между коническими шкивами 1450а, 1450b и 1451a, 1451b установлено средство охвата 1452 с фрикционным замыканием и конические шкивы могут перемещаться соосно относительно друг друга посредством соответствующим образом выполненных гидравлических, механических и/или электрических средств перемещения и благодаря этому с помощью регулируемого этим диаметра ручья шкива охватывающего средства можно регулировать необходимое передаточное отношение между двигателем внутреннего сгорания 1402 и приводным валом 1453 редуктора 1406.
В силовом потоке между двигателем внутреннего сгорания 1402 и редуктором 1406 соосно установлена электрическая машина 1408 вокруг приводного вала 1454, причем она, включая технологические отклонения, представляет собой осевую надставку коленчатого вала 1402а двигателя внутреннего сгорания 1402 и между обоими валами 1402а, 1454 расположено пусковое сцепление 1404. Пусковое сцепление 1404 целесообразно установлено в силовом потоке между электрической машиной 1408 и редуктором 1406, причем оно может быть установлено вне редуктора 1406 в картере сцепления в виде сухого сцепления или при установке в картере коробки передач может быть выполнено в виде муфты сцепления, работающей в масле. Для подавления крутильных колебаний сцепление 1404 может быть снабжено - в данном случае не изображенным - гасителем крутильных колебаний или в виде части составного маховика, причем ротор 1408а электромашины 1408 может быть выполнен как первичная часть маховой массы и сцепление 1404 как вторичная часть маховой массы, причем при относительном проворачивании обеих частей в направлении, противоположном направлению поворота - как это само по себе известно - начинает работать демпфирующее устройство.
При необходимости в силовом потоке между ротором 1408а и коленчатым валом 1402а радиально в пределах наружного периметра ротора установлен редуктор 1409, который автоматически регулирует соответствующее передаточное отношение в зависимости от режимов работы приводного агрегата 1401.
Режимами работы могут быть по меньшей мере пуск двигателя внутреннего сгорания 1402, при котором сцепление 1404 предпочтительно выключено - при включенном сцеплении 1404 и движущемся автомобиле выключенный по причине экономии энергии двигатель внутреннего сгорания 1402 можно запустить путем контролируемого включения сцепления 1404 с помощью или без помощи электрической машины 1408 - и редуктор 1409 переводится на понижение частоты вращения электрической машины 1408, и работа в режиме генератора, при котором частота вращения электрической машины 1408 не переведена или переведена на ускорение. Кроме того, это режим работы, в котором оба двигателя - двигатель внутреннего сгорания 1402 и электрическая машина 1408 - приводят автомобиль в движение, а также возможен импульсный пуск и/или рекуперация, но последние только в том случае, когда двигатель внутреннего сгорания 1402 имеет целенаправленно управляемые электрические или пьезоэлектрические клапаны камеры сгорания, которые управляются целенаправленно и независимо от рабочих тактов таким образом, что можно по меньшей мере частично устранить тяговый момент, связанный с работой сжатия двигателя внутреннего сгорания. При импульсном старте при открытых клапанах 1402b двигатель внутреннего сгорания 1402 ускоряется электрической машиной 1408, затем клапаны 1402b закрываются и уплотняются. При рекуперации электрическая машина 1408 используется для замедления автомобиля, причем замедляющий момент создается путем выработки электрической энергии, направляемый в непоказанный электрический аккумулятор. При этом клапаны 1402b двигателя внутреннего сгорания целенаправленно открываются для уменьшения тягового момента двигателя внутреннего сгорания, поэтому при необходимости автомобиль можно дополнительно тормозить путем закрытия клапанов, в частности при полностью нагруженной электрической машине 1408. Разумеется, что процессы управления и регулирования могут осуществляться - непоказанной - вычислительной машиной и что подача топлива в данных режимах работы соответственно регулируется с целью уменьшения расхода топлива, в то время как, например, отдельные цилиндры, камеры сжатия которых открыты вследствие открытия клапанов 1402b и при рабочем ходе и которые поэтому не совершают работу расширения, не снабжаются топливом.
Фиг.16 и 17 показывают аналогичные примеру выполнения 1401 на фиг.15 примеры выполнения приводов 1501, 1601, которые в отличие от привода 1401 имеют другое размещение сцепления 1504, 1604 и имеют дополнительное сцепление 1504а, 1604а в силовом потоке между электрической машиной 1508, 1608 и ведущими шестернями 1560, 1660, причем электрическая машина 1508 привода 1501 установлена концентрично вокруг входного вала редуктора 1554 и электрическая машина 1608 параллельно входному валу редуктора 1654 и соединена с ним кинематической связью 1607 с силовым замыканием.
Сцепление 1504, 1604 установлено в силовом потоке между приводным агрегатом 1502, 1602 и электрической машиной 1508, 1608 так, что возможна изоляция двигателя внутреннего сгорания 1502, 1602 от остального привода и тем самым рекуперирование независимо от тягового момента двигателя внутреннего сгорания 1502, 1602. Далее при включенном сцеплении 1504, 1604 и выключенном сцеплении 1504а, 1604а возможен прямой пуск, а также при выключенном сцеплении и выключенном сцеплении 1504а, 1604а возможен импульсный пуск, причем после ускорения электрической машины 1508, 1608 и соответственно ее установленной на роторе 1508а, 1608а массы сцепление включается и двигатель внутреннего сгорания 1502, 1602 запускается. С целью стабилизации частоты вращения двигателя внутреннего сгорания 1502, 1602, в частности на холостом ходу при выключенной муфте 1504, 1604, может иметь преимущество установка на коленчатом валу 1502а, 1602а дополнительной маховой массы 1502с, 1602с, причем в некоторых случаях применения может иметь преимущество остановка приводного агрегата 1502, 1602 при выключении сцепления 1504, 1604, причем приводной агрегат при включении сцепления 1504, 1604 может снова автоматически запуститься. Маховая масса ротора 1508а, 1608а во время процесса рекуперации может служить дополнительно в качестве механического аккумулятора энергии. При применении непрерывно регулируемого редуктора 1406, 1506, 1606 на фиг.15-17 это имеет то преимущество, что во время рекуперации от привода может быть установлено ускорение передаточного отношения (Underdrive) от шестерен 1560, 1660 к ротору 1508а, 1608а так, что большое замедление может достигаться большим ускорением ротора так, что он альтернативно выработке электрической энергии может также хранить механическую энергию в виде энергии вращения. При последующем ускорении автомобиля эта энергия может передаваться на шестерни посредством соответствующего регулирования передаточного отношения редуктора 1406, 1506, 1606. Механическая рекуперация энергетически выгоднее вследствие отсутствия конверсионных потерь.
Разумеется, что сцепление 1504а, 1604а также может быть установлено в силовом потоке. Сцепления 1504, 1604, 1504а, 1604а могут быть выполнены как сухие, так и как гидравлические муфты сцепления и встроены в картер коробки передач или в картер сцепления редуктора 1506, 1606. Кроме того, изображенный на фиг.15-17 редуктор 1406, 1506, 1606 в виде CTV можно заменить любым другим редуктором, например автоматической ступенчатой коробкой передач, коробкой передач с ручным управлением и т.п.
На фиг.18 изображен пример выполнения редуктора 1609, который аналогичен редуктору 409 на фиг.5. Но в то время как в редукторе 401 установку на повышение редуктора обеспечивает управляемый центробежной силой блокирующий механизм при активной, то есть приводимой в действие электрической машине, например, в режиме подзарядки, в настоящем примере выполнения каждая из обеих передаточных ступеней блокируется управляемым извне блокирующим устройством.
Блокирующее устройство 1680 состоит из управляемого извне электромагнита 1681 и распределенных по периметру элементов, каждый из которых состоит из толкателя 1682, вытяжной шпонки 1683 и блокирующего элемента, например шарика 1685, причем электромагнит 1681 зажимает вытяжные шпонки 1683 по оси под воздействием действующего по оси аккумулятора энергии 1684, навешенного по внутреннему периметру осевого выступа 1613f. Блокирующие шарики 1685 блокируют аксиальное положение коронной шестерни 1616, создавая геометрическое замыкание между коронной шестерней 1616 и осевым выступом 1613f. С этой целью они перемещаются вытяжными шпонками 1683 во время приведения в действие электромагнитом 1681 из выступа 1613f радиально в выполненных по окружности в обеих передаточных ступенях канавках 1686а, 1686b, причем вытяжные шпонки 1683 имеют соответствующую этому ступенчатую геометрическую форму 1683а. Обратное перемещение блокирующих шариков 1685 радиально внутрь осуществляется при находящемся под током и поэтому перемещающем вытяжные шпонки под аксиальным воздействием аккумулятора энергии 1684 электромагните 1681, в то время как коронная шестерня 1616 перемещается электрической машиной и профиль канавок 1686а или при необходимости 1686b толкает шарики 1685 радиально внутрь в углубленный в этом положении профиль 1683а вытяжных шпонок 1683.
С помощью блокирующего устройства 1680 и - непоказанной - электрической машины, действующей на солнечную шестерню 1613 через клиновой ремень 1618 как привод вращения, оба передаточных состояния могут быть заблокированы, причем электрическая машина действует на механизмы переключения передач как синхронизирующее устройство. В показанном на фиг.18 положении, в котором коронная шестерня 1616 заторможена на корпусе зубчатым зацеплением 1616с и тем самым происходит понижение передаточного отношения при реверсировании вращающего момента, когда запущен двигатель внутреннего сгорания и электрическая машина работает как привод, передаточное отношение не может быть изменено на повышение путем осевого перемещения коронной шестерни 1616 через косые зубья 1616а, так как этому препятствуют блокирующие шарики 1685, создающие с канавкой 1686а коронной шестерни 1616 осевое геометрическое замыкание. Только после подачи тока на электромагнит 1681 вытяжные шпонки 1683 высвобождают осевое перемещение коронной шестерни 1616, перемещая шарики 1685 радиально внутрь. Коронная шестерня 1616 перемещается по оси в заштрихованное положение 1616' и начинает действовать прямое передаточное отношение редуктора. В данном случае это положение можно снова заблокировать, перемещая блокировочные шарики 1685 путем осевого перемещения вытяжных шпонок 1683 под действием аккумулятора энергии 1684 и под действием наклонов 1683а радиально в канавку 1686b. При реверсировании направления вращающего момента, например в режиме подзарядки или только в рабочем режиме автомобиля с помощью электрической машины, сохраняется высокое передаточное отношение ступени.
Показанный на фиг.19 пример выполнения редуктора 1709 аналогичен редуктору 409 на фиг.5, в частности он улучшен в части коэффициента полезного действия за счет уменьшения потерь смазки и масла через узкие щели.
Кроме того, посредством обозначенного кронштейна 1702 оптимизирован относительно монтажного пространства и вращающихся деталей неподвижный, закрепленный на - не показанном - корпусе приводного агрегата корпус 1715 с предотвращением окруженных узкими щелями вращающихся относительно друг друга поверхностей. Для этого необходимо изменение принципа действия по сравнению с редуктором 409 на фиг 5. Направление наклона зубчатого соединения 1715а между планетарным рядом 1714 и коронной шестерней 1716 реверсировано так, что коронная шестерня для переключения передаточной ступени на понижение перемещается по оси в направлении кронштейна 1702 и создает с корпусом 1715 посредством 1716с геометрическое замыкание, вследствие чего вращающий момент электрической машины передается через шкив 1743, соединенный с солнечной шестерней 1713, проходя через планетарный ряд 1714 к водилу 1717 и от него на соединенный с водилом приводной вал 1703 двигателя внутреннего сгорания, например, для его пуска.
Реверсирование вращающего момента вызывает осевое перемещение от приводного вала вследствие косозубого зацепления 1716а коронной шестерни 1716, причем геометрическое замыкание коронной шестерни 1716 с корпусом 1715 прекращается, а через зубчатое зацепление 1717а коронная шестерня соединяется с водилом 1717 через проходящий радиально наружу фланец 1717b, который имеет по наружному периметру осевой выступ 1717с, на месте сопряжения которого с радиальным фланцем 1717b установлены демпфирующее устройство 1739 и на его свободном конце амортизатор 1740 по внутреннему периметру. Поэтому демпфирующее устройство 1739 не находится в силовом потоке между планетарным рядом и приводным валом, как на фиг.5, а установлено между водилом 1717 и коронной шестерней 1716 и действует только при переводе на повышенную передачу и отсоединяется таким образом в ситуациях предельных колебаний при пуске двигателя внутреннего сгорания, вследствие чего оно может быть изготовлено легким.
Для блокировки коронной шестерни 1716 в высокой передаточной ступени служат распределенные по окружности и через соответствующие, распределенные по окружности отверстия 1716е, выполненные в осевой насадке 1716d, захватываемые радиально наружу в зависимости от центробежной силы центробежные сегменты 1752, которые во время действия передаточной ступени на повышение защелкиваются под действием радиального усилия аккумулятора энергии 1752b в соответствующим образом установленных по окружности, радиально расширяющихся заплечиках 1752а демпфирующего устройства 1739 и тем самым при реверсировании вращающего момента при высокой частоте вращения, например, во время процесса подзарядки, блокируют коронную шестерню в данной передаточной ступени. При понижении частоты вращения радиально действующие аккумуляторы энергии 1752b вызывают расцепление центробежных сегментов 1752 и тем самым прекращение блокирования коронной шестерни 1716.
С такой компоновкой редуктор 1709 выполняется в основном без узких щелей между поворотными и неподвижными деталями и граничными поверхностями, благодаря чему введенное в камеру 1785 смазочное средство 1785а нагружено меньшими потерями при сдвиге и коэффициент полезного действия редуктора 1709 повышается.
Фиг.20 показывает частичный разрез привода, в котором редуктор 1809 установлен радиально внутри электрической машины 1808 и непосредственно на приводному валу, как и коленчатый вал 1803 изображенного только частично двигателя внутреннего сгорания 1803. При этом редуктор 1809 установлен на стороне, противоположной редуктору - непоказанному - для работы автомобиля - первоначальной стороне шкива коленчатого вала 1803. Остальные выходные части, например, насос гидравлического усилителя рулевого привода, кондиционер и т.п., а также клапанный механизм могут приводиться в действие другим способом, например электрическим напряжением.
Состоящий из электрической машины 1808 и редуктора 1809 блок стартового генератора 1801a монтируется в сборе на корпусе 1802а приводного агрегата 1802. Тем самым электрическая машина 1808 может быть смонтирована уже выверенной относительно зазора 1808а между ротором 1808b и статором 1808с, причем для этого монтажное переходное устройство 1802b одновременно устанавливает корпус 1815 и статор 1808с позиционированно относительно друг друга, и водило 1817 редуктора 1809 центрируется и посредством создающего геометрическое замыкание с приводным валом 1803 осевого профиля, в данном случае по меньшей мере выровненного по оси болта 1803а, устанавливается на нем без возможности вращения и центрировано и с помощью крепежных средств 1802с соединено с корпусом 1802а приводного агрегата 1802 с невозможностью вращения, причем водило 1817 как входная деталь редуктора 1809 приводного агрегата 1802 центральной гайкой 1803b соединено с приводным валом 1803, и центральное отверстие 1813а в солнечной шестерне 1813 для доступа монтажных инструментов может закрываться колпачком 1813b.
В показанном примере монтажное переходное устройство 1802b выполнено из листовой фасонной детали, на которой посредством распределенных по наружному периметру установленных по оси выступов 1802d жестко по оси и без возможности вращения установлен статор 1808с, причем статор соединен с выступами, например, винтами, сваркой, заклепками. На участке внутреннего периметра листовой фасонной детали 1802b предусмотрен осевой выступ 1802е для установки и крепления корпуса 1815, радиально вне пределов выступа расположены по оси пальцы 1802f для поворотного соединения кожуха редуктора 1815 с корпусом 1802а приводного агрегата 1802, которые по оси входят в зацепление с соответствующим образом выполненными выемками 1817а, 1802g. Листовая фасонная деталь 1802а закреплена по оси на корпусе 1802а приводного агрегата 1802 с помощью распределенных по периметру крепежных элементов 1802с, например, болтов или пустотелых заклепок.
Установленный радиально внутри ротора редуктор 1809 работает подобно изображенным на фиг.5, 18, 19 примерам выполнения 409, 1609 и 1709 с перемещаемой по оси в зависимости от направления вращающего момента корончатой шестерней 1816, которая перемещается по оси посредством косозубого зацепления 1816а между ней и планетарным рядом 1814 и тем самым включает обе передаточные ступени с помощью зацеплений 1815а, 1817а, в то время как с помощью зубьев 1815а коронная шестерня 1816 соединяется с возможностью вращения с корпусом 1815 и тем самым через планетарный ряд 1814 подаваемый от ротора 1808 через фланцевую деталь 1813с на солнечную шестерню 1813 вращающий момент передается на водило 1817, которое тем самым запускает приводной узел 1802 путем вращения приводного вала 1803 с помощью понижающей передачи.
При реверсировании направления вращающего момента, например, при пуске приводного агрегата 1802 и начале работы в режиме генератора, коронная шестерня 1816 подвергается действию осевой составляющей усилия, которая приводит к ее осевому перемещению и связанному с ним размыканию геометрического замыкания зубчатого зацепления 1815а с корпусом 1815, а также к образованию геометрического замыкания посредством зубчатого зацепления 1817 а с входной деталью 1348а гасителя крутильных колебаний 1848, выходная деталь 1848b которого соединена без возможности вращения с ротором 1808b и солнечной шестерней 1813, причем входная деталь 1848а и выходная деталь 1848b имеют возможность перемещения относительно друг друга под действием установленного по периметру аккумулятора энергии 1848с так, что с промежуточным включением гасителя 1848 ротор 1808b и соответственно солнечная шестерня 1813 соединены непосредственно с водилом 1817 и тем самым с приводным валом 1803, и вторая передаточная ступень включается с передаточным числом 1:1.
С целью облегчения процесса переключения, предпочтительно так же, как и в остальных редукторах 409, 1609, 1709 с перемещаемой по оси коронной шестерней, коронная шестерня 1816 затормаживается водилом 1817 так, что при легко вращающейся коронной шестерне 1816 предотвращается зацепление шестерен планетарного ряда 1814 с коронной шестерней 1816 без осевого перемещения коронной шестерни 1816. Для этого в данном примере выполнения зубчатый венец 1816b зажат по оси предпочтительно тремя распределенными по периметру пружинными сегментами 1816с, которые посредством установленных радиально внутрь язычков 1816d входят в зацепление в выполненные радиально внутри отверстия 1817с с возможностью вращения и тем самым при относительном движении коронной шестерни 1816 относительно водила 1817 создают в окружном направлении фрикционный момент между ними и тем самым повышают осевую составляющую усилия. Кроме того, пружинные сегменты 1816с в соединении с отверстиями 1817с служат в качестве синхронизаторов зубчатого зацепления 1817а. Данная функция изображена подробнее на фиг.21, которая показывает местный разрез зубчатого венца 1816b коронной шестерни 1816 (фиг.20), на которой по ее внутреннему периметру и сторонам установлен с охватом пружинный зажим 1816с и с помощью язычков 1816h имеет с ней фрикционный контакт. Установленный радиально внутри язычок 1816d входит в зацепление с выемкой 1817с, которая выполнена на наружном периметре водила 1817. Выемка 1817с выполнена таким образом, что язычок 1816d и тем самым зубчатый венец 1816b с коронной шестерней 1816 в первом сечении 1817с’ может перемещаться относительно водила до упора 1817с’’. Это соответствует осевому перемещению коронной шестерни 1816 при реверсировании вращающего момента от понижающей до повышающей передачи с расцеплением геометрического замыкания между неподвижным кронштейном 1815 и коронной шестерней 1816. Упор 1817с’’ препятствует осевому движению коронной шестерни 1816 перед созданием геометрического замыкания зубчатого зацепления 1817а между коронной шестерней 1816 и выходной деталью гасителя 1848а (фиг.20) до тех пор, когда разностная скорость между зубчатым венцом 1816а и водилом 1817 становится равной приблизительно нулю, так что язычок 1816d перемещается вследствие вращающегося с несколько большей скоростью водила 1817 в окружном направлении во втором местном разрезе 1817с’ ’’ отверстия 1817с и затем под действием осевой составляющей усилия косых зубьев 1816а язычок 1816d и тем самым коронная шестерня 1816 может перемещаться по оси дальше и при почти одинаковой частоте вращения обеих деталей 1816, 1848а может быть создано синхронизированное геометрическое замыкание зубчатого зацепления 1817а. Повторное изменение направления вращающего момента вызывает движение в направлении, противоположном направлению движения язычка 1816d в отверстии 1817с, однако это не имеет значения для движения обеих деталей 1848b, 1848, так как в этом направлении не производится работа синхронизации. Для зубчатого зацепления 1815а также может быть предусмотрена синхронизация, но она отсутствует на показанном примере выполнения на фиг.20, так как включение на эту передаточную ступень производится, как правило, при очень малых частотах вращения.
Блокировка повышенной передаточной ступени в показанном на фиг.20 примере выполнения осуществляется посредством распределенных по окружности - предпочтительно трех - центробежных сегментов 1852, которые вставлены радиально в коронную шестерню 1816 и отклоняются радиально через расположенные радиально наружи отверстия в коронной шестерне под действием центробежной силы радиально до не полностью изображенного упора и при закрытом коронной шестерней 1816 зубчатом зацеплении 1817а создают свободным концом на установленном на демпфере 1848 осевом выступе 1848d осевое геометрическое замыкание и тем самым удерживают коронную шестерню 1816 при реверсировании направления вращающего момента в направлении, противоположном направлению осевой вызванной косыми зубьями 1816а составляющей силы в положении для создания повышенной передаточной ступени до тех пор, когда частота вращения уменьшится и установленные на центробежных сегментах радиально действующие под воздействием центробежной силы не полностью изображенные аккумуляторы энергии (сравни 1752b на фиг.19) перемещают назад центробежные сегменты 1852 на меньший радиус и деблокируют коронную шестерню 1816 в осевом направлении так, что может установиться пониженная передача. Разумеется, что блокировку можно осуществить также другими механизмами, например, с помощью блокирующего устройства 1680 на фиг.18.
Установка и выполнение отдельных деталей для блока стартер-генератора 1801а видны на фиг.20, их диаметр и мощность задаются в основном электрической машиной 1808. Радиально внутри ротора 1808b установлен редуктор 1809 в виде планетарной передачи, но который может быть выполнен также в виде рядовой или фрикционной передачи, причем в обоих случаях включение передаточных ступеней, которое может осуществляться электромагнитным, гидравлическим, пневматическим или другим способом, а также снаружи, например приведением в действие встроенных сцеплений и/или тормозов, при необходимости с соответствующей установкой необходимых муфт свободного хода.
Конструкция настоящего примера выполнения предусматривает применение планетарной передачи 1809 таким образом, что водило 1817 с приводным валом, например коленчатым валом 1803, и солнечная передача 1813 соединены с ротором 1808b с силовым замыканием, а коронная шестерня 1816 создает геометрическое замыкание с корпусом 1815 или солнечной шестерней 1813 с промежуточным включением демпфера 1848. Разумеется, что планетарная передача в других вариантах может быть установлена для создания по меньшей мере двух передаточных ступеней между приводным валом 1816 и ротором 1808b. В показанном примере выполнения водило 1817 выполнено в виде радиальной многоступенчатой втулки, на которой по оси между креплением на приводном валу 1803 и планетарным рядом 1814, содержащим предпочтительно три планетарные шестерни, которые в основном встроены по диаметру в водило 1817, осуществляется установка корпуса 1815 с помощью подшипника 1836, который может быть также сдвоенным подшипником для уменьшения качаний обеих установленных друг на друге деталей 1817, 1815. Корпус 1815 в данном примере выполняет функцию скорее неподвижного кронштейна, чем функцию корпуса, так как закрепляемый редуктором 1809 объем в основном ограничен соединенной с солнечной шестерней 1813 деталью фланца 1813с, выполненным в виде осевого выступа и соединенным винтами на торце с деталью фланца 1813с кронштейном ротора 1813d и соединенной с ним, например сваркой, на его другом конце, L-образной фланцевой частью 1813с, которая своей направленной по оси полкой 1813f установлена на кронштейне 1815, с образованием закрытой, по меньшей мере частично заполненной смазочным материалом камеры 1885. Кроме того, камера 1885 уплотнена наружу радиально между фланцевой частью 1813е и кронштейном 1815 прокладкой 1890, а также между стойкой 1817 и кронштейном 1815 прокладкой 1891.
Кронштейн 1815 и коронная шестерня 1816 выполнены предпочтительно из листовых фасонных деталей, причем на коронной шестерне 1816 закреплен на его предусмотренной на внутреннем периметре кольцевой поверхности 1816е зубчатый венец 1816f с косыми зубьями, который соединен с ней с силовым замыканием, например, путем чеканки.
Предусмотренные для уменьшения крутильных колебаний средства 1848, 1839 установлены в основном на наружном периметре редуктора 1809 непосредственно радиально внутри ротора 1808b, причем амортизатор 1839 с амортизирующей массой 1839а соединен с водилом 1817 посредством фланцевой части 1739b, соединенной с амортизирующей массой 1838а под воздействием действующего в окружном направлении аккумулятора энергии 1839b, посредством расположенных поочередно по окружности съемных валов планетарной шестерни 1814d и болтов 1814е. Вследствие этого амортизатор действует по всему рабочему участку редуктора 1809 в обеих передаточных ступенях. В другом не изображенном подробнее примере выполнения установку амортизатора можно предусмотреть также на другом конце приводного вала 1803.
Демпфер 1848 подключается только в повышенной передаче при включенном зубчатом зацеплении и содержит фрикционное устройство 1840, действующее между входной частью 1848 а и соединенной с солнечной шестерней 1813 фланцевой частью 1813с, состоящей из фрикционного диска 1840а и действующего по оси аккумулятора энергии 1840b, прижимающего фрикционный диск 1840а к фланцевой части 1813с. Демпфер 1848 может быть рассчитан с помощью маховой массы ротора 1808b и массы, установленной в силовом потоке после аккумуляторов энергии, например на другом конце приводного вала 1803, таким образом, что маховой эффект двух масс создается с уменьшенной резонансной частотой вращения менее пусковой частоты вращения, причем может осуществляться особенно эффективное демпфирование крутильных колебаний, которые вводятся в первую очередь приводным агрегатом 1802 в привод.
Оптимизация маховых масс может осуществляться с этой точки зрения и под углом зрения минимизации общей маховой массы, причем масса ротора представляет собой также маховую массу со стороны привода и тем самым собственно маховик на стороне редуктора может оказаться малым и поэтому в данном месте можно сэкономить пространство. Например, в ступенчатой коробке передач габариты маховика могут ограничиваться нажимным диском сцепления, в результате чего высвобождается дополнительное пространство для других систем, например для автоматических исполнительных механизмов сцепления и/или редуктора. Кроме того, может иметь преимущество, если использовать электрическую машину 1808 в качестве "электрической маховой массы", подключая ее, например, при малой частоте вращения приводного агрегата 1802 и также, кроме того, например, для гашения крутильных колебаний путем активного противоположного включения электрической машины 1808.
Фиг.22 показывает схематически пример выполнения привода 2001, содержащего двигатель внутреннего сгорания 2002, редуктор 2006, выполненный в виде охватывающего центрального редуктора (CVT), и электрическую машину 2008, встроенную в редукторе 2006 относительно силового потока, причем электрическая машина может быть установлена относительно ее расположения в редукторе 2006 или вне корпуса редуктора 2006а и передача усилия 2009 может производиться посредством ремня, зубчатой передачи или при прямой установке электрической машины 2008 на первичном валу 2005 посредством прямого подсоединения ротора 2008b к первичному валу 2005. Кинематическая связь 2009 может быть автоматической передачей или неподвижной передачей.
В показанном примере двигатель внутреннего сгорания 2002 соединен посредством коленчатого вала с первичным валом 2005а редуктора, за которым может быть установлен гаситель крутильных колебаний 2039. Первичный вал 2005а редуктора соединяется с первичным валом 2005 редуктора муфтой 2004. На первичном валу 2005 установлен с блокировкой вращения первый набор шайб 2050 охватывающего центрального редуктора 2006, который с помощью охватывающего элемента 2052 соединен с силовым замыканием со вторым набором шайб 2051, установленным с невозможностью вращения на вторичном валу 2053. Функция CVT сама по себе известна и пояснена подробнее, например, в DE 19544644. Вторичный вал 2053 может отсоединяться от дифференциала 2059 и следующих приводных средств 2060 второй муфтой 2057. Сцепления 2004, 2057 могут быть фрикционными сцеплениями, предпочтительно погруженными в масляную ванну многодисковыми сцеплениями. Кроме того, в приводе 2001 предусмотрено непоказанное реверсивное устройство.
В приводе 2001 на фиг.22 электрическая машина 2008 предусмотрена на противоположном двигателю внутреннего сгорания 2002 конце входного вала редуктора 2005. Такое расположение имеет особенное преимущество для передней поперечной или продольной установки двигателя внутреннего сгорания 2002 без карданного вала к задним колесам. Для этого входной вал редуктора 2005 может выводиться из корпуса 2006а удлиненным и с уплотнением с помощью сальника. В этом случае электрическая машина 2008 может быть установлена или непосредственно по оси на входном валу редуктора 2005, причем статор соединен предпочтительно с невозможностью вращения с корпусом 2006а, а ротор с невозможностью вращения с входным валом редуктора 2005 или, как показано, параллельно оси с промежуточным включением передаточного элемента, например, цилиндрической зубчатой передачей или охватывающим центральным редуктором 2009, наборы шайб 2009а, 2009b которого направляют охватывающий элемент на разные диаметры ручья шкива и тем самым могут установить изменяемое передаточное отношение, причем эта установка может осуществляться извне, например, с помощью прибора управления или автоматически, например, центробежной силой. Применение промежуточной передачи 2009, которая также может быть предусмотрена с соответствующей подгонкой, например, радиально внутри ротора с силовым замыканием между ротором и входным валом редуктора 2005 при установленной по оси электрической машине 2008, позволяет осуществлять настройку частоты вращения электрической машины 2008 по диапазону частот вращения входного вала редуктора 2005, причем, в частности, уменьшение тем самым габарита может привести к экономии затрат и уменьшению веса.
Фиг.23 показывает схематически пример выполнения привода 2101, в основном идентичного приводу 2001 на фиг.22 за исключением нижеописанных различий.
Электрическая машина 2108 установлена по оси между сцеплением 2104 и набором дисков 2150 соосно или, как показано, параллельно оси. При этом при параллельном расположении оси электрическая машина 2108 может быть установлена внутри или вне непоказанного корпуса редуктора, причем электрическая машина 2108 при установке внутри корпуса 2109 может быть герметизирована от трансмиссионного масла. Разумеется, что заключение в кожух может иметь преимущество для всех электрических машин согласно изобретению, встроенных в редуктор 2109. Соединение кабелями электрической машины можно произвести в кабельном жгуте, предусмотренном для управления редуктором 2109, причем может иметь преимущество общее место сопряжения, например общий штепсельный разъем для питания составных частей редуктора и электрической машины.
Фиг.24а-24с показывают графическое сопоставление временной зависимости изменения моментов от режима принудительного холостого хода при замедленном движении автомобиля в тяговом режиме к повторному ускорению.
Фиг.24а показывает характер изменения вращающего момента М в зависимости от времени t для автомобиля без рекуперации, в котором двигатель внутреннего сгорания замедляет движение автомобиля по моменту толкающей силы M(Schub) (моторный тормоз). В точке I водитель задает мощность, например, путем нажатия на педаль акселератора, и двигатель внутреннего сгорания почти плавно переходит в режим тяги до тех пор, когда частота вращения в точке II повысится настолько, что автомобиль может передвигаться по кривой полной нагрузки III.
Фиг.24b показывает характеристику толкания/тяги автомобиля с использованием способа рекуперации согласно уровню техники. Зависимость момента М на ведущих колесах от времени t в начале графика задается тормозным моментом M(rek), сообщаемым электрической машиной для получения электроэнергии в приводной агрегат. По причине экономии электрическая машина в данном случае выключена. При задании мощности водителем двигатель внутреннего сгорания должен запускаться в точке Iа. Это осуществляется с использованием кинетической энергии автомобиля при работе электрической машины в режиме генератора, для которого дополнительно требуется момент M(gen). При этом во временном интервале времени между Iа и Ib в автомобиле возникает сначала толчок, то есть автомобиль сначала замедляется вместо того, чтобы ускоряться, и не происходит самопроизвольное увеличение момента до тех пор, пока двигатель внутреннего сгорания не запустится в точке Ib и во временной характеристике до точки II не произойдет увеличение момента за счет повышения частоты вращения и на участке III не установится режим работы с полной нагрузкой. По сравнению с характеристикой момента автомобиля на фиг.24а подобный режим воспринимается большим числом водителей как некомфортабельный и в отношении безопасного движения автомобиля нетерпимый.
Решение этой проблемы показывает способ управления электрической машиной на фиг.24с. Исходя из тормозного момента M(rek), при котором электрическая машина затормаживает автомобиль с моментом M(rek) с получением электроэнергии, электрическая машина при задании мощности водителем в точке Iа немедленно включается в режим привода и перед пуском двигателя внутреннего сгорания способствует моменту М(Е) для движения автомобиля вперед. Двигатель внутреннего сгорания запускается между точками Iа и Ib, причем при отсутствии муфты сцепления или включенном сцеплении кинетическая энергия автомобиля и момент М(Е) электрической машины могут по долям способствовать пуску или при наличии муфты сцепления она кратковременно отключается или работает с проскальзыванием и электрическая машина одна запускает двигатель внутреннего сгорания. Согласно примеру выполнения, как показано на диаграмме на фиг.24с, сразу же после задания мощности водителем электрическая машина увеличивает момент М(Е) и помогает движению автомобиля и пуску двигателя внутреннего сгорания. В точке Ib запускается двигатель внутреннего сгорания и путем повышения частоты вращения увеличивает момент М(ВКМ), который в точке II переходит в кривую полной нагрузки III.
Далее регулирование электрической машины осуществляется таким образом, что сумма обоих моментов М(Е) и М(ВКМ) от момента времени задания мощности Iа до перехода кривой момента М(МВК) в кривую полной нагрузки в точке II дает плавный переход, например, без высоких градиентов скоростей и/или проходов градиента через нулевое значение. Это осуществляется путем того, что электрическая машина в начале задания мощности, предпочтительно до точки Iс, которая по времени может находиться до пуска двигателя внутреннего сгорания, может быть ускорена по меньшей мере до постоянного вращающего момента или кратковременно также с превышением постоянного вращающего момента и после точки Iс снова работать с уменьшающей частотой вращения, то есть с моментом М(Е), причем проход через нулевое значение и тем самым переход в режим генератора осуществляется с переходом к моменту М(gen), например, самое ранее в точке II, в которой двигатель внутреннего сгорания достигает участка III полной нагрузки. Разумеется, что электрическая машина в этой фазе может использоваться исключительно для демпфирования пускового толчка двигателя внутреннего сгорания без передачи дополнительного момента на приводные средства. Для этого электрическая машина может действовать с тормозным или ускоряющим эффектом по меньшей мере в зависимости от передаточного числа коробки передач, частоты вращения двигателя внутреннего сгорания в режиме генератора или в режиме привода.
В настоящую заявку включены полностью по содержанию заявки со следующими регистрационными номерами: DE 19812417, DE 19838036, DE 19833784, DE 19925332, DE 19918787.
Поданная с заявкой формула изобретения представляет собой предложения по формулировке без ущерба для получения широкой патентной охраны. Заявитель оставляет за собой право претендовать на другие признаки, раскрытые до настоящего времени только в описании и/или чертежах.
Примененные в зависимых пунктах формулы изобретения ссылки указывают на дальнейшее выполнение предмета основного пункта формулы изобретения признаками соответствующего зависимого пункта формулы изобретения; их не следует понимать как отказ от получения самостоятельной охраны предмета изобретения для признаков зависимых пунктов формулы изобретения, на которые произведена ссылка.
Предметы этих зависимых пунктов формулы изобретения также образуют самостоятельные изобретения, имеющие решение, независимое от предметов предшествующих зависимых пунктов формулы изобретения.
Изобретение также не ограничено примерами выполнения в описании. Более того, в рамках изобретения возможны многие изменения и модификации, в частности варианты, элементы и комбинации и/или материалы, обладающие признаками изобретения, например, вследствие комбинации или изменения отдельных признаков и соответственно элементов или технологических операций, описанных в связи с формами выполнения в общем описании, а также в пунктах формулы изобретения и на чертежах, и приводящие благодаря комбинированным признакам к новому предмету изобретения или новым технологическим операциям и соответственно последовательности технологических операций, также насколько они относятся к способам изготовления, испытания и технологическим способам.
Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к приводу для автомобилей. Привод содержит приводной агрегат 2 с приводным валом 3, электрическую машину 8, используемую как двигатель и генератор. Кинематическая связь 7 между электрической машиной 8 и приводным валом 3 имеет по меньшей мере две автоматически регулируемые передаточные ступени, зависящие от рабочего режима электрической машины. Электрическая машина 8 установлена в кинематической связи 7 между приводным валом 3 и входным валом выходного блока 6, например, редуктора 9. Выходной блок 6 при необходимости может быть отключен от приводного агрегата 2 посредством блока трансмиссии, например, муфты. Технический результат – улучшение привода, увеличение продолжительности службы кинематической связи, а также простота монтажа на корпусе приводного агрегата. 65 з.п. ф-лы, 29 ил.
| УСТАНОВКА С КОМБИНИРОВАННЫМ ПРИВОДОМ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ (ВАРИАНТЫ) | 1994 |
|
RU2126507C1 |
