Результат интеллектуальной деятельности: ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ

Изобретение относится к приводному устройству для автомобиля. Оно относится также к устройству для привода смазочного насоса для снабжения смазочным материалом подшипников двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

ДВС автомобиля требует смазки своих подшипников, в частности, высоконагружаемых подшипников скольжения коленчатого вала, шатунов и распределительных валов. Для этого используются смазочные насосы, механически приводимые ДВС для подачи под давлением смазочного материала для смазки.

Смазочный материал называется обычно также маслом, даже если оно сегодня зачастую больше не является таковым. Соответственно, необходимые для этого смазочные насосы называются обычно масляными или масляными нагнетательными насосами.

Для создания давления масла для смазки подшипников и валов с целью уменьшения износа смазочный насос требует определенной минимальной частоты вращения. Она отсутствует при запуске и разгоне ДВС.

Такие неблагоприятные эксплуатационные условия ДВС возникают при частых процессах его запуска и остановки в гибридных приводах. В частности, в коммерческих автомобилях с гибридным приводом в городском режиме происходит частая смена между ДВС и электродвигателем. При переключении с электропривода на привод от ДВС его подшипники, следовательно, подвергаются повышенной нагрузке, поскольку при запуске двигателя в его подшипниках отсутствует достаточное давление масла.

На рассчитанный отрезок времени эксплуатации это приводит к дорогим и отнимающим много времени ремонтным работам в отношении подшипников двигателя с внеплановыми простоями автомобиля.

Из уровня техники далее известно, что установленные в маслоподающем контуре обратные клапаны препятствуют «холостому ходу» маслосмазочных отверстий двигателя при его остановке. За счет этого при запуске двигателя можно достичь ускоренного создания давления масла. В частности, в высоконагружаемых двигателях с максимальными давлениями цикла и затрудненными условиями гибридного режима даже с помощью подобных обратных клапанов нельзя избежать высокой нагрузки на подшипники и уменьшения срока их службы.

Задачей изобретения является создание усовершенствованного приводного устройства для автомобиля и устройства для привода смазочного насоса, с помощью которых можно было бы избежать недостатков традиционных технических решений. Задачей изобретения является, в частности, создание приводного устройства для автомобиля и устройства для привода смазочного насоса, который обеспечивал бы достаточное снабжение подшипников двигателя смазочным материалом даже на фазе его запуска.

Эти задачи решаются посредством приводного устройства для автомобиля с признаками основного пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения и его применения являются объектом зависимых пунктов и более подробно поясняются в нижеследующем описании с частичной ссылкой на чертежи.

Предложенное приводное устройство для автомобиля содержит ДВС для его привода и смазочный насос для снабжения смазочным материалом подшипников ДВС или вообще для снабжения им приводного блока.

Согласно общим аспектам изобретения, приводное устройство содержит приводное устройство смазочного насоса, которое кинематически соединяется и/или соединено с ним и посредством которого смазочный насос приводится независимо от ДВС на фазе его запуска и/или выключения.

Особое преимущество отдельного приводного устройства смазочного насоса в том, что он может приводиться им независимо от частоты вращения ДВС и, тем самым, в частности, на фазе его запуска и/или выключения обеспечивает независимое от ДВС снабжение смазочного насоса.

Согласно одному особенно предпочтительному варианту, приводным устройством смазочного насоса является электродвигатель, т.е. выполненная в виде электродвигателя электрическая машина, что обеспечивает конструктивно простую реализацию.

Особенно предпочтительная возможность реализации предусматривает, что электродвигатель, который может приводить смазочный насос независимо от ДВС, и приводной вал ДВС кинематически соединяются со смазочным насосом через обгонную муфту таким образом, что смазочный насос приводится электродвигателем за счет обгонной муфты быстрее, чем приводным валом ДВС, не захватывая приводной вал или ДВС. Обгонная муфта обеспечивает, тем самым, предпочтительную, кинематически выборочную связь обеих возможностей привода смазочного насоса. При этом обгонная муфта, в частности, в диапазоне низких частот вращения приводимого ДВС приводного вала, кинематически развязывает ДВС от смазочного насоса.

В одном предпочтительном варианте внешняя часть обгонной муфты взаимодействует с приводным валом ДВС через связующее устройство. Кроме того, согласно этому варианту, приводной вал смазочного насоса жестко соединен с ним и с внутренней частью обгонной муфты, а электродвигатель кинематически соединен или соединяется с соединительным валом, который коаксиален приводному валу смазочного насоса и жестко соединяется с внутренней частью обгонной муфты. Этот вариант обеспечивает компактное выполнение.

Согласно этому варианту, существует возможность выполнения соединения через обгонную муфту так, чтобы ее внешняя часть при неподвижном приводном вале ДВС была неподвижна, а при начинающем вращаться приводном вале вращалась заодно с ним без силового замыкания до тех пор, пока частота вращения приводного вала находится ниже частоты вращения приводимого электродвигателем соединительного вала. Далее, согласно этому варианту, обгонная муфта выполнена так, что если частота вращения приводного вала ДВС превышает частоту вращения соединительного вала, внешняя часть обгонной муфты соединяется с силовым замыканием с ее внутренней частью и, тем самым, с приводным валом смазочного насоса. За счет этого при соответствующем расчете частоты вращения электродвигателя можно гарантировать, что ДВС будет подключен для привода смазочного насоса только тогда, когда он достигнет достаточно высокой для работы смазочного насоса частоты вращения.

В другом варианте предусмотрено, что соединительный вал и приводной вал смазочного насоса расположены на противоположных сторонах обгонной муфты. Предпочтительным образом соединительный вал и приводной вал смазочного насоса расположены при этом соосно, чтобы обеспечить их простую кинематическую связь.

В одном особенно предпочтительном варианте предусмотрено, что соединительный вал посредством зубчатого венца приводится в жесткое зацепление с внутренней частью обгонной муфты. Зубчатый венец выполнен здесь преимущественно в виде аксиально действующего, входящего жестко в зацепление друг с другом зубчатого венца с радиально проходящими зубцами, который обеспечивает стабильно жесткое и легко разъединяемое соединение с геометрическим замыканием обоих приводных валов и в то же время требует мало конструктивного пространства. Зубчатый венец может быть выполнен, например, торцевым.

Чтобы соединительный вал на выбор вводить в зацепление с силовым замыканием с внутренней частью обгонной муфты или выводить из зацепления, соединительный вал предпочтительным образом может аксиально перемещаться. При этом, согласно другому аспекту изобретения, может быть предусмотрено устройство управления для ввода соединительного вала электродвигателя с управлением по времени и/или частоте вращения с внутренней частью обгонной муфты или для вывода из зацепления.

В отношении конструкции обгонной муфты изобретение не ограничено определенной конструкцией. Она может быть выполнена, например, в виде роликовой обгонной муфты. Кроме того, внутренняя часть обгонной муфты может иметь конец вала, который расположен коаксиально соединительному валу и приводному валу смазочного насоса, на обращенной к смазочному насосу стороне жестко соединен с его приводным валом, а на обращенной от смазочного насоса стороне жестко соединяется с соединительным валом.

Внешняя часть обгонной муфты может быть выполнена, например, в виде полого колеса. Кроме того, связующее устройство, посредством которого внешняя часть обгонной муфты взаимодействует с приводным валом ДВС, может быть выполнена в виде ременного привода, зубчатого венца или цепного привода.

Согласно другому аспекту, приводным устройством смазочного насоса или электродвигателем может быть стартер или стартер-генератор для запуска ДВС. Это дает то преимущество, что двигатель стартера или стартер-генератор помимо привода ДВС, может использоваться также для привода смазочного насоса, благодаря чему не требуется никакого дополнительного электродвигателя. Преимущественно стартер или стартер-генератор соединен с ДВС посредством муфты с возможностью отделения.

В другом варианте реализации предусмотрено, что вместо обгонной муфты ДВС кинематически соединяется со смазочным насосом посредством первого приводного вала и первой управляемой муфты. Согласно этому варианту, электродвигатель кинематически соединяется со смазочным насосом посредством второго приводного вала и второй управляемой муфты, причем приводное устройство выполнено так, что на фазе запуска и/или выключения ДВС срабатывают первая и вторая муфты, в результате чего смазочный насос приводится только электродвигателем. Другими словами, посредством первой муфты ДВС на фазе запуска и/или выключения может быть отсоединен от смазочного насоса и снова присоединен только при достижении заданной минимальной частоты вращения. После присоединения ДВС электродвигатель может быть отсоединен посредством второй муфты.

Для этого предпочтительно предусмотреть первый датчик для контроля частоты вращения первого приводного вала и второй датчик для контроля частоты вращения второго приводного вала, чтобы с помощью полученных значений частот вращения обоих приводных валов можно было управлять присоединением и отсоединением ДВС и электродвигателя.

Согласно другому варианту, смазочный насос может приводиться также исключительно электродвигателем. В этом случае привод смазочного насоса осуществляется, тем самым, не только на фазе запуска и/или выключения ДВС электродвигателем, но и в течение всего времени работы. За счет этого можно достичь дополнительного повышения к.п.д., поскольку масляный насос с чисто электроприводом может быть рассчитан так, чтобы создавать только такое давление масла, которое требуется.

Согласно этому варианту, далее предпочтительно предусмотреть средства для контроля тока электродвигателя и средства для измерения расхода для смазочного насоса, чтобы можно было оптимально управлять электродвигателем. В равной степени благодаря сенсорике обеспечивается эксплуатационная надежность электродвигателя, а в случае повреждения - надежная стратегия выключения ДВС.

Далее, приводное устройство для автомобиля может быть выполнено в виде приводного устройства для гибридного автомобиля, причем наряду с ДВС для привода автомобиля предусмотрен электродвигатель для его привода, питаемый тяговым аккумулятором.

Кроме того, изобретение относится к автомобилю, преимущественно коммерческому автомобилю, с раскрытым выше приводным устройством.

Другие подробности и преимущества изобретения описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:

фиг. 1А: схематичный вид сбоку в сечении устройства для привода смазочного насоса;

фиг. 1В: схематичный вид сверху устройства из фиг. 1А;

фиг. 2: схематичный вид сверху устройства для привода смазочного насоса в другом варианте;

фиг. 3: схематичный вид сверху устройства для привода смазочного насоса в другом варианте.

Одинаковые или функционально эквивалентные элементы обозначены на всех фигурах одинаковыми ссылочными позициями.

В сечении при виде сбоку на фиг. 1А изображена обгонная муфта 10, выполненная в виде роликовой обгонной муфты. Ее внешнее полое колесо 11 посредством зубчатого ремня 7 механически соединено с приводимым ДВС (не показан) валом 6. Внутренняя часть 12 обгонной муфты 10, называемая также звездочкой, охватывает ее внутренний конец 4 вала, который расположен коаксиально приводному валу 4а, приводящему масляный насос, и жестко соединен с ним, например, посредством резьбового соединения. Внутренний конец 4 вала на обращенной от смазочного насоса 3 стороне жестко соединяется с соединительным валом, который находится во взаимодействии с электродвигателем 2 (см. также фиг. 1В). Внутренняя стрелка указывает направление вращения приводимого внутреннего конца 4 вала обгонной муфты 10.

На фиг. 1А изображены также цилиндрические зажимные ролики 13 и пружины 14 внутренней части 12 обгонной муфты 10. При этом пружины 14 слегка прижимают зажимные ролики 13 между вращающейся вместе с ними внутренней частью 12 и внешним полым колесом 11, так что в зависимости от своего вращения зажимные ролики заклиниваются в своих карманах. В зависимости от направления вращения или различия между частотами вращения внутренней части 12 и внешнего полого колеса 11 прекращается или создается зажатие между ними. Используемая для этого роликовая обгонная муфта 10 сама по себе известна из уровня техники и не требует более подробного описания.

Здесь следует лишь отметить, что обгонная муфта 10 выполнена так, что ее внешняя часть 11 при неподвижном приводном валу 6 ДВС неподвижна, а при вращении приводного вала 6 вращается заодно с ним без силового замыкания до тех пор, пока частота вращения приводного вала 6 находится ниже частоты вращения приводимого электродвигателем конца 4 вала. При превышении частоты вращения приводимого электродвигателем конца 4 вала внешнее полое колесо 11 обгонной муфты 10 соединяется с силовым замыканием с ее внутренней частью 12 и, в частности, с концом 4 вала, который, в свою очередь, передает крутящий момент на приводной вал 4а насоса.

Если, тем самым, частота вращения приводимого ДВС вал 6 превышает частоту вращения электродвигателя 2, то приводной вал 6 приводит масляный насос 3 с силовым замыканием через обгонную муфту 10, а электродвигатель 2 может быть отделен и выключен через связующий механизм.

На фиг. 1В изображен упомянутый масляный нагнетательный насос 3 с соответствующими присоединительными магистралями 8 для подаваемого масла. Масляный насос 3 приводится приводным валом 4а, который кинематически связан с ним посредством зубчатого венца. Приводной вал 4а жестко связан с внутренней частью 12 обгонной муфты 10 или с концом 4 ее вала, как это уже пояснялось выше. Приводимый электродвигателем 2 соединительный вал 5 аксиально перемещается, что обозначено стрелкой А, для ввода в зацепление с концом 4 вала или вывода из зацепления. Зацепление между концом 4 вала и соединительным валом 5 происходит посредством зубчатой зоны 7, например посредством торцевых зубьев, с помощью которых оба вала 4, 5 могут быть жестко введены в зацепление между собой.

Преимущественно такое приводное устройство 1 используется в гибридном автомобиле. При этом предусмотрено устройство управления, которое при недостижении порогового значения состояния зарядки тягового аккумулятора электропривода осуществляет переключение на привод автомобиля от ДВС. Согласно этому варианту, при недостижении этого порогового значения состояния зарядки тягового аккумулятора, что сигнализирует о предстоящем запуске ДВС, устройство управления подключает электродвигатель 2 и аксиально перемещает соединительный вал 5 для ввода его в зацепление с концом 4 вала и, тем самым, для жесткой связи с приводным валом 4а насоса, в результате чего электродвигатель кинематически соединен с насосом 3. За счет этого на последующей фазе запуска ДВС можно обеспечить достаточное давление в его подшипниках.

После того, как приводимый ДВС приводной вал достигнет минимальной частоты вращения, которая обеспечивает достаточное снабжение масляного насоса 3, электродвигатель 2 за счет разобщения соединительного вала 5 и обгонной муфты 10 или за счет отсоединения от приводного вала 4а может быть кинематически отсоединен от масляного насоса и затем выключен. Далее можно дополнительно на фазе выключения ДВС временно подключить электродвигатель 2, чтобы поддержать номинальное давление масла вплоть до остановки коленчатого вала.

На фиг. 2 изображен другой вариант 20, согласно которому смазочный насос 3 приводится исключительно электродвигателем 2. Для этого электродвигатель 2 приводит приводной вал 4а насоса напрямую. Приводимый ДВС приводной вал кинематически не соединен с масляным насосом 3. Для контроля тока на электродвигателе 2 установлен датчик тока 16. В выходном маслопроводе 8 масляного насоса 3 установлен датчик 17 для измерения расхода. Устройство (не показано) управления электродвигателем 2 может управлять его работой с помощью полученных значений расхода и тока.

На фиг. 3 изображено другое приводное устройство 30 для привода масляного насоса 3. При этом электродвигатель 2 и ДВС 9 соответственно независимо кинематически связываются с масляным насосом 3 через приводимые ими приводные валы 5, 6. Как приводимый электродвигателем 2 вал 5, так и приводимый ДВС 9 вал 6 аксиально перемещаются для ввода в зацепление с масляным насосом 3 и вывода из зацепления. На приводных валах 5, 6 установлены датчики 15 частоты их вращения. Также предусмотрен блок управления (не показан), который в зависимости от полученных от датчиков 15 значений частот вращения вводит приводные валы 5, 6 в зацепление с масляным насосом 3 и выводит из зацепления. В частности, на фазе запуска и/или выключения ДВС приводной вал 5 вводится в зацепление с масляным насосом 3 для его привода. После достижения минимальной частоты вращения приводного вала 6 после запуска ДВС он вводится в зацепление с маслоподающим насосом 3, а приводной вал 5 снова отсоединяется от масляного насоса 3, так что после своего запуска ДВС 9 осуществляет дальнейший привод маслоподающего насоса 3.

Хотя изобретение описано со ссылкой на определенные примеры своего осуществления, для специалиста является очевидным, что могут быть выполнены различные изменения и использованы эквиваленты в качестве замены, не выходящие за рамки изобретения. Дополнительно может быть выполнено большое число модификаций, также не выходящих за рамки изобретения. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено раскрытыми примерами своего осуществления, а должно включать в себя все примеры своего осуществления, подпадающие под объем охраны формулы изобретения.

Перечень ссылочных позиций

1 - приводное устройство

2 - электродвигатель

3 - масляный насос

4 - конец вала внутренней части обгонной муфты

4а - приводной вал насоса

5 - соединительный вал

6 - приводимый ДВС приводной вал

7 - зубчатый ремень

8 - маслопровод

9 - ДВС

10 - обгонная муфта

11 - внешнее полое колесо

12 - внутренняя часть обгонной муфты

13 - зажимной ролик

14 - пружина

15 - датчик частоты вращения

16 - датчик тока

17 - датчик расхода

20, 30 - приводное устройство