Рекуператор транспортного средства, оснащенный маховиком и упругими элементами

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.

Известен рекуператор транспортного средства (патент №139915) (аналог), включающий вал, маховик и пружину кручения. Применение данного рекуператора позволяет уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства. Однако наличие единственного упругого элемента не позволит такому рекуператору накопить энергию в количестве, достаточном для динамичного разгона транспортного средства.

Известен накопитель механической энергии (патент №2523363) (прототип), содержащий вал, четырехлучевое водило, центральную шестерню, находящуюся в зацеплении с шестернями-сателлитами, и четыре упругих элемента в виде пружин кручения. Накопитель позволяет рекуперировать энергию торможения транспортного средства, однако, его использование возможно только на низких скоростях.

Задачей предлагаемого изобретения является создание рекуператора транспортного средства, способного накапливать механическую энергию торможения транспортного средства на разных скоростях и обеспечивать достаточную динамику разгона.

Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства.

Технический результат достигается предлагаемым рекуператором транспортного средства с маховиком и упругими элементами (впоследствии - рекуператор), включающим вал рекуператора, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала рекуператора. На концах четырехлучевого водила закреплены оси, на которых с помощью подшипников установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни-сателлиты установлены на осях с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям и шестерням-сателлитам. Вал рекуператора подвешен вертикально с возможностью вращения на упорном подшипнике посредством концевой шайбы. На валу рекуператора жестко закреплен маховик, а на корпусе центральной шестерни закреплено ведомое коническое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с ведущей конической шестерней вала отбора мощности. На нижнем конце вала рекуператора жестко закреплена малая ведущая коническая шестерня, находящаяся в зацеплении с малой ведомой конической шестерней вала отбора мощности. При этом ведущая коническая шестерня и малая ведомая коническая шестерня установлены на валу отбора мощности с возможностью вращения посредством пар радиально-упорных подшипников. Корпус ведущей конической шестерни вала отбора мощности имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной и электромагнитной катушкой образует большую электромагнитную фрикционную муфту. Корпус малой ведомой конической шестерни вала отбора мощности также имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной и электромагнитной катушкой образует малую электромагнитную фрикционную муфту. Причем полумуфты способны перемещаться вдоль вала отбора мощности и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений. Вал отбора мощности установлен с возможностью вращения на радиально-упорных подшипниках, а вал рекуператора зафиксирован от перемещения в радиальном направлении радиально-упорными подшипниками через ступицы ведомого конического зубчатого колеса и маховика.

Применение предлагаемого рекуператора позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места и разгона транспортного средства.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображен рекуператор и его фронтальная проекция в нейтральном положении. На фиг. 3 и фиг. 4 изображен рекуператор и его фронтальная проекция в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг. 5 и фиг. 6 изображен рекуператор и его фронтальная проекция в положении, соответствующем разгону (отдаче накопленной энергии).

Рекуператор содержит вал рекуператора 1, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах четырехлучевого водила 2 закреплены оси 5, на которых с помощью подшипников 6 установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты 7, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней 4. Шестерни-сателлиты 7 установлены на осях 5 с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения 8, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям 5 и шестерням-сателлитам 7. Вал рекуператора 1 подвешен вертикально на упорном подшипнике 9 посредством концевой шайбы 10. На валу рекуператора 1 жестко закреплен маховик 11, а на корпусе центральной шестерни 4 закреплено ведомое коническое зубчатое колесо 12, находящееся в зацеплении с ведущей конической шестерней 13 вала отбора мощности 14. На нижнем конце вала рекуператора 1 жестко закреплена малая ведущая коническая шестерня 15, находящаяся в зацеплении с малой ведомой конической шестерней 16 вала отбора мощности. Ведущая 13 и малая ведомая 16 конические шестерни вала отбора мощности установлены на валу отбора мощности 14 с возможностью вращения посредством пар радиально-упорных подшипников 17 и 18. Корпус ведущей конической шестерни 13 имеет площадку под контакт 19, которая вместе с полумуфтой 20, пружиной 21 и электромагнитной катушкой 22 образует большую электромагнитную фрикционную муфту 23. Корпус малой ведомой конической шестерни 16 имеет площадку под контакт 24, которая вместе с полумуфтой 25, пружиной 26 и электромагнитной катушкой 27 образует малую электромагнитную фрикционную муфту 28. Полумуфты 20 и 25 способны перемещаться вдоль вала отбора мощности 14 и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений, соответственно, 29 и 30. Вал отбора мощности 14 установлен с возможностью вращения на паре радиально-упорных подшипников 31, а вал рекуператора 1 установлен с возможностью вращения и зафиксирован от перемещения в радиальном направлении радиально-упорными подшипниками 32 и 33 через ступицы ведомого конического зубчатого колеса 12 и маховика 11.

При движении транспортного средства рекуператор находится в нейтральном положении (фиг. 1): электромагнитные фрикционные муфты 23 и 28 разомкнуты, вал отбора мощности 14 свободно вращается вместе с полумуфтами 20 и 25, а вал рекуператора 1 неподвижен.

При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 14 необходимо передать на рекуператор. Для этого на электромагнитную катушку 22 подается напряжение, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 20, вращающаяся вместе с валом отбора мощности 14, преодолевает усилие пружины 21 и прижимается к площадке контакта 19, приводя во вращение ведущую коническую шестерню 13. С ведущей конической шестерни 13 посредством зубчатого зацепления вращение передается на ведомое коническое зубчатое колесо 12, которое вращается вместе с центральной шестерней 4. С центральной шестерни 4 посредством зубчатых зацеплений вращение передается шестерням-сателлитам 7 (фиг. 2), которые закручивают пружины кручения 8, накапливая в них потенциальную энергию.

При полной затяжке пружин кручения 8 шестерни-сателлиты 7 стопорятся, и через неподвижное зубчатое зацепление центральная шестерня 4 с шестернями-сателлитами 7 начинает вращать четырехлучевое водило 2 вместе с валом рекуператора 1 и маховиком 11, накапливая в нем кинетическую энергию. Затем раскручивающиеся пружины кручения 8 заставляют вращаться шестерни-сателлиты 7, которые, обкатываясь по центральной шестерне 4, сообщают через четырехлучевое водило дополнительный импульс вращения маховику 11, разгоняя его еще быстрее. Таким образом, потенциальная энергия упругой деформации пружин кручения 8 переходит в кинетическую энергию вращающихся масс элементов рекуператора. В конце цикла рекуперативного торможения, когда вал отбора мощности 14 останавливается, большая электромагнитная фрикционная муфта 23 размыкается, а рекуператор продолжает свободно вращаться.

Впоследствии для трогания с места и разгона транспортного средства вращение с вала рекуператора 1 необходимо передать обратно на вал отбора мощности 14. Для этого подается напряжение на электромагнитную катушку 27, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 25, преодолевая усилие пружины 26, прижимается к площадке 24 корпуса малой ведомой конической шестерни 16. При этом вращение с вала рекуператора 1 передается через зубчатое зацепление малой ведущей конической шестерни 15 с малой ведомой конической шестерней 16, малую электромагнитную фрикционную муфту 28 и шлицевое соединение 29 на вал отбора мощности 14.

Таким образом, рекуператор отдает всю накопленную энергию, после чего напряжение в электромагнитной катушке 27 отключается, малая электромагнитная фрикционная муфта 28 размыкается и рекуператор снова переходит в нейтральное положение.