Устройство для рекуперации энергии транспортного средства

 

Изобретение относится к средствам рекуперации энергии торможения и колебаний подвески посредством пневмогидравлического аккумулятора. На кожухе оси (10) колеса (9) закреплен цилиндр (11) подвески, разделенный на две полости (16, 17) поршнем (14) со штоком (15), соединенным с рамой (13). Полости (16, 17) через гидромагистрали соединены с гидробаком (1) и с пневмогидроаккумулятором (3). Ведущие колеса (9) через трансмиссию связаны с гидромотором (4). Шток (39) разгона связан с гидроклапаном (31), который обеспечивает поступление жидкости из аккумулятора (3) энергии к гидродвигателю (4). Шток (40) торможения связан с гидроклапаном (32), который обеспечивает нагнетание жидкости гидродвигателем (4) в аккумулятор (3). Гидроклапан (31) выполнен в виде поршня со штоком, на котором с возможностью перемещения установлен гидроклапан (32) в виде поршня, и между гидроклапанами (31, 32) установлена пружина (33). Гидроклапаны (31, 32) соответствующими магистралями соединены с блоком (45) управления муфтой (5) для подключения гидромотора (4) к ведущим колесам (9). Предлагаемое техническое решение направлено на повышение эффективности рекуперации энергии. 1 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к рекуперации энергии торможения и колебаний подвески транспортного средства.

Известно устройство для рекуперации энергии колебаний подвески транспортного средства [1], содержащее установленный между его подрессоренной и неподрессоренной частями гидроцилиндр, бесштоковая полость которого напорной магистралью связана через обратный клапан с аккумулятором давления и с потребителями энергии, насос, связанный через второй обратный клапан с напорной магистралью и непосредственно с резервуаром, соединенным с гидроцилиндром и с указанной магистралью, к которой одной стороной подключен третий обратный клапан, кроме этого, имеется дополнительный аккумулятор давления, подключенный к напорной магистрали через регулируемый дроссель, резервуар сообщен со штоковой полостью гидроцилиндра, а третий обратный клапан другой стороной соединен с магистралью, сообщающей резервуар с гидроцилиндром. Недостатком этой конструкции являются ее сложность и невозможность рекуперации энергии торможения транспортного средства, что значительно снижает его функциональные возможности, а следовательно, КПД.

Известно устройство для рекуперации энергии торможения транспортного средства [2] (выбрано в качестве прототипа), содержащее регулируемый гидронасос с гидравлическим механизмом управления его производительностью, сообщенный с напорной магистралью и посредством сливной магистрали соединенный с гидробаком, пневмогидравлический аккумулятор, сообщенный гидролинией через обратный клапан и регулируемый дроссель с напорной магистралью, связанный с ведущими колесами транспортного средства, обратимый гидродвигатель с присоединительными гидролиниями, посредством которых последний подсоединен к напорной и сливной магистралям, и систему управления разгоном и торможением транспортного средства, включающую два гидроцилиндра, штоки которых кинематически связаны соответственно с органами управления разгоном и торможением, причем поршневая полость гидроцилиндра, связанного с органами управления разгоном и торможением, соединена гидролиниями с механизмом управления производительностью регулируемого гидронасоса и с элементами управления регулируемого дросселя, а усилие предварительного сжатия пружин последнего меньше, чем усилие сжатия пружины гидравлического механизма управления гидравлического насоса, при этом обратимый двигатель выполнен нерегулируемым, а система управления выполнена в виде управляемого трехпозиционного распределителя, изменяющего направление движения транспортного средства, сообщенного с одной стороны с напорной и сливной магистралями, а с другой - с присоединительными гидролиниями упомянутых гидродвигателей, двух распределителей, каждый из которых установлен в соответствующей присоединительной гидролинии и сообщен через обратный клапан с указанным пневмогидравлическим аккумулятором для сообщения гидродвигателя с последним, при этом гидравлическое управление последних упомянутых распределителей подключено к поршневой полости гидроцилиндра управления торможением через двухпозиционный управляемый распределитель поочередного их включения. Она снабжена также дополнительными нерегулируемыми гидродвигателями с присоединительными линиями, параллельно подключенными к основному гидродвигателю, и односторонними нерегулируемыми дросселями, установленными в упомянутых присоединительных гидролиниях для дросселирования рабочей жидкости от упомянутых основного и дополнительных гидродвигателей.

Основной недостаток устройства, выбранного в качестве прототипа, - его конструктивная сложность и ограниченные функциональные возможности, т.к. оно не обеспечивает рекуперацию энергии колебаний подвески транспортного средства.

Изобретение решает задачу повышения эффективности рекуперации энергии транспортного средства.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для рекуперации энергии транспортного средства, содержащем аккумулятор энергии, гидробак, гидродвигатель и два гидроцилиндра, поршни которых кинематически связаны со штоками управления разгоном и торможением, согласно изобретению, на кожухе полуоси колеса закреплен цилиндр подвески, разделенный на две полости поршнем со штоком, соединенным с остовом транспортного средства, причем эти полости соединены по гидромагистралям через обратные клапаны с гидробаком, а через регулируемые дроссели и клапаны прямого действия с аккумулятором энергии, связанным через предохранительный клапан со сливной магистралью и напорной магистралью, гидравлически связанной с корпусом, в котором установлен гидроклапан, через который обеспечивается поступление жидкости из аккумулятора энергии к гидродвигателю, выполненный в виде поршня со штоком, на котором с возможностью перемещения установлен гидроклапан в виде поршня, через который обеспечивается нагнетание жидкости гидродвигателем в аккумулятор энергии, а между этими гидроклапанами установлена пружина, полости гидроклапанов соединены гидролиниями с гидроцилиндрами для управления разгоном и торможением и соответствующими магистралями соединены через клапаны прямого действия с блоком управления муфтой, которая установлена между гидромотором и раздаточной коробкой, кроме того, полости гидроклапанов соединены через гидромагистрали с гидромотором, связанным со сливной магистралью через обратный клапан и дроссель.

На чертеже представлено заявляемое устройство для рекуперации энергии транспортного средства.

Устройство состоит из гидробака 1 и масляного радиатора охлаждения 2, установленных в линии слива, пневмогидроаккумулятора 3, гидромотора 4, муфты 5, раздаточной коробки 6, связанной с коробкой передач 7, и двигателя 8. При этом коробка передач 7 кинематически связана с ведущими колесами 9 транспортного средства, а на кожухе 10 полуоси колеса закреплены цилиндр 11 подвески и рессора 12 в своей средней части, передний и задний концы которой установлены в кронштейнах, закрепленных на остове (раме) транспортного средства 13. Внутри цилиндра 11 подвески установлен поршень 14 со штоком 15, который соединен с остовом 13, при этом поршень 14 разделяет цилиндры 11 подвески на две полости 16 и 17, которые через гидромагистрали 18 и 19 соответственно соединены через обратные клапаны 20 и 21 с гидробаком 1, а через регулируемые дроссели 22 и 23 и клапаны прямого действия 24 и 25 по гидромагистрали 26 соединены с пневмогидравлическим аккумулятором 3.

Кроме этого, пневмогидроаккумулятор 3 соединен соответственно через предохранительный клапан 27 со сливной магистралью 28 и напорной магистралью 29, которая гидравлически связана с корпусом 30. В корпусе 30 установлен гидроклапан прямого действия 31, выполненный в виде поршня со штоком, при этом на штоке помещен обратный гидроклапан 32, выполненный в виде поршня, подвижно установленный на штоке, а между упомянутыми гидроклапанами установлена пружина 33, при этом напорная магистраль 29, подходящая к корпусу 30, с одной стороны закрывается гидроклапаном прямого действия 31, а с другой стороны через гидроклапан 34 закрывается гидроклапаном обратного действия 32, а полости 35 и 36, образуемые соответственно гидроклапанами, выполненными в виде поршней 31 и 32, соединены гидролиниями с гидроцилиндрами 37 и 38, поршни которых кинематически связаны соответственно со штоками управления разгоном 39 и торможением 40. При этом полости 35 и 36, образуемые в корпусе 30 поршнями 31 и 32, соединены соответственно магистралями 41 и 42 через клапаны прямого действия 43 и 44 с блоком управления 45 муфтой 5. Кроме этого, полости 35 и 36 клапанов прямого и обратного действия соединены соответственно через гидромагистрали 46 и 47 с гидромотором 4, он также связан со сливной магистралью 28 через обратный клапан 48 и дроссель 49.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем. При наезде колеса 9 транспортного средства на препятствие рессора 12 сжимается, перемещая при этом вниз шток 15 и поршень 14 цилиндра 11 подвески, и под влиянием возросшего давления жидкости в полости 16 под поршнем 14 часть жидкости вытесняется по магистрали 18, преодолевая при этом сопротивление регулируемого дросселя 22 и клапана прямого действия 24, поступает по гидролинии 26 в пневмогидроаккумулятор 3, который запасает энергию колебания остова. Одновременно с перемещением поршня 14 вниз рабочая жидкость поступает в полость 17 цилиндра 11 подвески из гидробака 1 по магистрали 19 через обратный клапан 21.

Применение регулируемых дросселей позволяет устранять резонансные явления в колебательной системе подвески, а также позволяет использовать цилиндры подвески для подачи жидкости в пневмогидравлический аккумулятор.

Наступающая после сжатия отдача сопровождается перемещением поршня 14 и рессоры 12 вверх. При этом давление жидкости в полости 17 над поршнем 14 гидроцилиндра 11 подвески повышается, в результате чего часть жидкости вытесняется по магистрали, преодолевая сопротивление регулируемого дросселя 23 и клапана прямого действия 25, поступает по гидромагистрали 26 в пневмогидравлический аккумулятор 3, который дополнительно заряжается на большее давление. Одновременно с перемещением поршня 14 вверх рабочая жидкость из гидробака 1 через гидромагистраль 19, обратный клапан 20, а также гидромагистраль 18 поступает в полость 16 цилиндра 11 подвески. При значительном увеличении давления во время движения в пневмогидравлическом аккумуляторе 3 открывается предохранительный клапан 27 и жидкость поступает через гидромагистраль 28 и радиатор охлаждения 2 в гидробак 1.

При торможении необходимо отпустить шток 39 педали разгона (акселератора), а штоком 40 педали торможения отжать поршень в цилиндре 38, тогда жидкость из цилиндра 38 поступает по магистрали 42 через клапан прямого действия 44 к блоку управления 45 муфтой 5 и в полость 36 обратного гидроклапана 32. При этом муфта 5 замыкается, что приводит к работе гидродвигателя 4 в режиме работы гидронасоса, а поршень 32 перемещается вправо и совмещает кольцевыми канавками гидромагистраль 47 и открывает гидроклапан 34, соединяя его с напорной магистралью 29. В этот момент рабочая жидкость через обратный клапан 48 из гидробака 1 через радиатор 2 гидродвигателем 4 (работающий в режиме насоса) нагнетается в пневмогидравлический аккумулятор 3 по гидромагистрали 47, через кольцевые канавки поршня 32 (обратного гидроклапана), гидроклапан 34 и напорную магистраль 29, нагружая колеса тормозным моментом. При этом гидроклапан прямого действия остается неподвижным за счет упора в корпус 30. Гидромагистрали 29 и 46 разделены. Если торможение длительное (езда под гору), то может оказаться, что пневмогидравлический аккумулятор 3 полностью заряжен, тогда открывается предохранительный клапан 27 и энергия тратится на дросселирование жидкости через данный клапан. Для прекращения движения необходимо полностью отжать шток 40 цилиндра торможения 38, при этом в конце хода педали торможения срабатывает гидромеханический тормоз колес. При отпускании штока 40 педали торможения гидроклапаны прямого 31 и обратного 32 действия занимают положение, показанное на чертеже.

Для последующего разгона необходимо отжать шток 39 педали разгона на 2/3 его хода, т. е. в этот момент заканчивается трогание транспортной машины и начинается ее разгон. В момент начала разгона при отжатии штока 39 педали разгона на 2/3 его хода включается муфта 5 за счет поступления жидкости из цилиндра 37 через полость 35 и клапан 43 прямого действия на вход блока управления 45 муфтой. Муфта 5 замыкается, поршень 31 со штоком (гидроклапана прямого действия) смещается влево и соединяет через кольцевые канавки гидромагистрали 29 и 46 с гидромотором 4, что приводит к поступлению жидкости из пневмогидравлического аккумулятора 3 к гидродвигателю 4, который начинает вращать дополнительно с основным двигателем 8 коробку передач 7, кинематически связанную с ведущими колесами 9, что увеличивает разгонные и динамические качества транспортного средства. При этом поршень 32 (обратного гидроклапана) остается в том же положении, которое показано на чертеже, за счет упора в корпус 30. После окончания разгона шток 39 педали разгона отпускают и гидроклапан прямого действия 31 возвращается в исходное положение, как показано на чертеже. Таким образом, гидроклапан прямого действия позволяет поступать рабочей жидкости из пневмогидравлического аккумулятора 3 через гидромагистрали 29 и 46 без дополнительных сопротивлений.

Если преодолевается какое-либо препятствие, то необходимо нажать на шток 39 педали разгона более чем на 2/3 ее хода, при этом включается муфта 5, гидроклапан 31 смещается влево, соединяя гидромагистрали 29 и 46 с гидромотором 4 (процесс протекает как в режиме разгона), что приводит к работе гидромотора 4, который дополнительно увеличивает крутящий момент совместно с основным двигателем 8, который передает его коробкой передач 7 на ведущие колеса 9 транспортного средства.

При запуске основного двигателя 8 необходимо также отжать шток 39 педали разгона на 2/3 его хода, при этом произойдет соединение гидромагистралей 29 и 46 с гидромотором 4 (как при разгоне), что приводит к работе гидромотора 4, который через муфту 5, раздаточную 6 и основную 7 коробки вращает основной двигатель 8. В результате двигатель запускается без использования дополнительного пускового двигателя.

Таким образом, устройство для рекуперации энергии транспортного средства позволяет осуществлять интенсивный разгон, преодолевать кратковременные препятствия, запускать основной двигатель без использования пусковых устройств, уменьшает расход топлива, повышает производительность и уменьшает износ тормозной системы. Из этого следует, что устройство для рекуперации энергии транспортного средства позволяет повысить динамические, экономические и экологические показатели транспортного средства.

Источники информации 1. SU 1593984 А1, В 60 G 13/18, 23.09.1990.

2. SU 779105, В 60 К 17/10, 15.11.1980.

Формула изобретения

Устройство для рекуперации энергии транспортного средства, содержащее аккумулятор энергии, гидробак, гидродвигатель и два гидроцилиндра, поршни которых кинематически связаны со штоками управления разгоном и торможением, отличающееся тем, что на кожухе полуоси колеса закреплен цилиндр подвески, разделенный на две полости поршнем со штоком, соединенным с остовом транспортного средства, причем эти полости соединены по гидромагистралям через обратные клапаны с гидробаком, а через регулируемые дроссели и клапаны прямого действия с аккумулятором энергии, связанным через предохранительный клапан со сливной магистралью и напорной магистралью, гидравлически связанной с корпусом, в котором установлен гидроклапан, через который обеспечивается поступление жидкости из аккумулятора энергии к гидродвигателю, выполненный в виде поршня со штоком, на котором с возможностью перемещения установлен гидроклапан в виде поршня, через который обеспечивается нагнетание жидкости гидродвигателем в аккумулятор энергии, а между этими гидроклапанами установлена пружина, полости гидроклапанов соединены гидролиниями с гидроцилиндрами для управления разгоном и торможением и соответствующими магистралями соединены через клапаны прямого действия с блоком управления муфтой, которая установлена между гидромотором и раздаточной коробкой, кроме того, полости гидроклапанов соединены через гидромагистрали с гидромотором, связанным со сливной магистралью через обратный клапан и дроссель.

РИСУНКИ

Рисунок 1