Рекуператор транспортного средства с 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 накопитель механической энергии (патент на полезную модель №160201), состоящий из неподвижной оси накопителя, на которой жестко закреплен четырехлучевой кронштейн. На концах кронштейна закреплены четыре оси, на которых с возможностью вращения установлены шестерни, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни установлены на осях кронштейна с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей кронштейна и прикрепленных своими концами к осям кронштейна и шестерням. На корпусе центральной шестерни жестко закреплена коническая шестерня накопителя, одновременно находящаяся в зацеплении с входной конической шестерней и выходной конической шестерней. Входная и выходная конические шестерни установлены с возможностью вращения относительно вала отбора мощности посредством подшипников и содержат электромагнитные фрикционные муфты, передающие вращение посредством шлицевых соединений. Однако такой накопитель позволяет рекуперировать энергию торможения транспортного средства в небольших количествах, так как пружины кручения, установленные в нем, имеют малое количество витков и, соответственно, обладают низкой энергоемкостью.

Задачей предлагаемого изобретения является создание рекуператора, способного накапливать потенциальную энергию упругодеформированных элементов в таком количестве, которого будет достаточно для эффективной рекуперации энергии торможения в широком диапазоне скоростей движения.

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

Технический результат достигается предлагаемым рекуператором транспортного средства с упругими элементами (впоследствии - рекуператор), содержащим два первичных вала, установленных на радиально-упорных подшипниках с возможностью вращения, а также вторичные оси, установленные на радиальных подшипниках с возможностью вращения. На первичных валах установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг валов, а на вторичных осях установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей. Пружины кручения, навитые вокруг первичных валов, соединяют своими концевыми зацепами первичные валы с цилиндрическими шестернями, которые установлены на первичных валах и вторичных осях с возможностью вращения относительно них. Концевые зацепы пружин кручения, навитых вокруг вторичных осей, закреплены в цилиндрических шестернях, установленных на противоположных концах осей.

На концах первичных валов жестко закреплены конические шестерни рекуператора, одновременно находящиеся в зацеплении с входной конической шестерней и выходной конической шестерней, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности посредством радиально-упорных подшипников. Корпус входной конической шестерни имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной сжатия и электромагнитной катушкой образует входную электромагнитную фрикционную муфту. Корпус выходной конической шестерни также имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной сжатия и электромагнитной катушкой образует выходную электромагнитную фрикционную муфту.

Полумуфты установлены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений.

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 2 изображен рекуператор в нейтральном положении.

На фиг. 3 и 4 изображен рекуператор в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии).

На фиг. 5 и 6 изображен рекуператор в положении, соответствующем троганию с места и разгону (отдаче накопленной энергии).

Рекуператор содержит два первичных вала 1 и 2, установленные на радиально-упорных подшипниках 3 с возможностью вращения, а также вторичные оси 4-8, установленные на радиальных подшипниках 9 с возможностью вращения. На первичных валах 1, 2 установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 10, навитых вокруг валов, а на вторичных осях 4-8 установлены упругие элементы, выполненные в виде пружин кручения 11-15, навитых вокруг осей. Пружины кручения 10, навитые вокруг первичных валов 1 и 2, соединяют своими концевыми зацепами первичные валы 1 и 2 с цилиндрическими шестернями 16, которые установлены на первичных валах 1, 2 и вторичных осях 4-8 с возможностью вращения относительно них. Концевые зацепы пружин кручения 11-15, навитых вокруг вторичных осей 4-8, закреплены в цилиндрических шестернях 16, установленных на противоположных концах осей.

На концах первичных валов 1 и 2 жестко закреплены конические шестерни рекуператора 17 и 18, одновременно находящиеся в зацеплении с входной конической шестерней 19 и выходной конической шестерней 20, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности 21 посредством радиально-упорных подшипников 22 и 23. Корпус входной конической шестерни 19 имеет площадку под контакт 24, которая вместе с полумуфтой 25, пружиной сжатия 26 и электромагнитной катушкой 27 образует входную электромагнитную фрикционную муфту 28. Корпус выходной конической шестерни 20 также имеет площадку под контакт 29, которая вместе с полумуфтой 30, пружиной сжатия 31 и электромагнитной катушкой 32 образует выходную электромагнитную фрикционную муфту 33.

Полумуфты 25 и 30 установлены с возможностью перемещения вдоль вала отбора мощности 21 и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений, соответственно, 34 и 35.

Рекуператор работает следующим образом.

При движении транспортного средства рекуператор находится в нейтральном положении (фиг. 1 и 2): электромагнитные фрикционные муфты 28 и 33 разомкнуты, вал отбора мощности 21 с полумуфтами 25 и 30 свободно вращается, а рекуператор неподвижен.

При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 21 необходимо передать на рекуператор (фиг. 3 и 4). Для этого на электромагнитную катушку 27 подается напряжение под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 25, вращающаяся вместе с валом отбора мощности 21, прижимается к площадке контакта 24 и приводит во вращение входную коническую шестерню 19. Вращение с входной конической шестерни 19 посредством зубчатого зацепления передается на конические шестерни рекуператора 17 и 18, которые начинают вращаться в противоположные стороны вместе с первичными валами 1 и 2. Вращаясь, валы 1 и 2 закручивают пружины кручения 10, расположенные на них, а через зубчатые зацепления цилиндрических шестерен 16 закручивают пружины кручения 11-15, расположенные на вторичных осях 4-8. При этом в пружинах кручения 10-15 накапливается потенциальная энергия упругой деформации.

Впоследствии для трогания с места и разгона транспортного средства вращение с рекуператора необходимо передать обратно на вал отбора мощности 21 (фиг. 5 и 6). Для этого с электромагнитной катушки 27 напряжение переключается на электромагнитную катушку 32 под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 30 прижимается к площадке контакта 29. При этом входная электромагнитная фрикционная муфта 28 размыкается под действием пружины сжатия 26, а выходная электромагнитная фрикционная муфта 33, наоборот, замыкается. Скрученные пружины кручения 10-15 приводят во вращение первичные валы 1 и 2 вместе с коническими шестернями рекуператора 17 и 18, которые заставляют вращаться входную 19 и выходную 20 конические шестерни. Посредством включенной выходной электромагнитной фрикционной муфты 33 и шлицевого соединения 35 вращение с выходной конической шестерни 20 передается на вал отбора мощности 21.

Таким образом, рекуператор отдает потенциальную энергию упругодеформированных пружин 10-15, после чего напряжение в электромагнитной катушке 32 отключается, под действием пружины сжатия 31 выходная электромагнитная фрикционная муфта 33 размыкается и рекуператор снова переходит в нейтральное положение.