Транспортное средство

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатели Эпштейн Григорий Яковлевич, Черный Анатолий Григорьевич(57) 1. Транспортное средство, включающее двигатель с педалью акселератора, трансмиссию с муфтой сцепления и педалью ее управления, коробку передач, тормозную систему с педалью тормоза, систему рекуперации энергии торможения, в которую входит обратимая гидромашина с редуктором привода вращения ее вала, снабженная камерой пропорционального управления ее рабочим объемом и соединенная всасывающей и нагнетающей гидролиниями с трехпозиционным гидроуправляемым распределителем с двумя камерами управления, подвод и слив которого соответственно соединены с пневмогидроаккумуляторами высокого и низкого давления, насос сервоуправления, радиатор, фильтр и бак, отличающееся тем, что оно снабжено блоком дистанционного гидравлического пропорционального управления с первым и вторым плунжерами,соединенными соответственно коромыслами с педалями акселератора и тормоза и двумя гидролиниями - с входами двух двухпозиционных трехлинейных электроуправляемых гидрораспределителей, выходы которых соединены с камерами управления трехпозиционного гидрораспределителя и подводами клапана ИЛИ, отвод которого подключен к камере управления рабочим объемом обратимой гидромашины. 2680 1 2. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем. что педаль акселератора соединена с коромыслом посредством шарнирного двухзвенника и подпружиненного плунжерного гидроцилиндра, педаль сцепления снабжена таким же гидроцилиндром, причем рабочие полости последних соединены с двумя отводами двухпозиционного четырехлинейного с электромагнитом управления гидрораспределителя, подвод которого подключен к гидролинии камеры управления трехпозиционного распределителя, а электромагнит взаимодействует с электрореле скорости вращения вала обратимой гидромашины. 3. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем. что оно снабжено вторым клапаном ИЛИ, один подвод которого соединен с нагнетательной гидролинией насоса сервоуправления, второй подвод - с пневмогидроаккумулятором низкого давления, а отвод подключен к блоку пропорционального управления. Изобретение относится к транспортным машинам циклического действия, оснащенным пневмогидравлическими рекуперативными устройствами, например, к городским автобусам, автомобилям внутригородского обслуживания, характерным признаком которых является работа с частыми остановками и ускорениями. Известно транспортное средство 1, включающее двигатель, трансмиссию и устройство для рекуперации энергии торможения с гидрораспределителем, который соединен с пневмогидроаккумуляторами высокого давления (далее сокращение ПГАВД) и рабочими полостями обратимой гидромашины с нерегулируемым рабочим объемом. Недостатками этого устройства являются отсутствие возможности преобразования кинетической энергии транспортного средства в потенциальную ПГАВД (далее - зарядка ПГАВД) с приводом гидромашины от колес при отключенной муфте сцепления двигателя в процессе торможения движущегося транспортного средства невозможность зарядки ПГАВД от двигателя во время остановки транспортного средства отсутствие регулирования рабочего объема гидромашины. Последний недостаток не позволяет при плавном управлении двигателя педалью акселератора согласовывать его работу с гидромашиной, что не обеспечивает топливосберегающего режима работы двигателя и плавного включения и выключения рекуператора в процессе работы. Известно транспортное средство 2, включающее двигатель, трансмиссию с педалями сцепления, тормоза, акселератора и рекуперативную систему. Недостатком этого устройства является сложность системы управления рекуператором. Так, для регулирования рабочего объема обратимой гидромашины используются отдельные тормозной и разгонный рычаги,дифференциальные гидроцилиндры, система гидроклапанов, электромеханические устройства. Такими же агрегатами снабжены педали тормоза и акселератора. Усложнена конструкция коробки передач, которая специально для функционирования рекуператора снабжена электроуправляемыми муфтами переключения передач, исключается использование существующих, широко распространенных трансмиссий в транспортных средствах с системой рекуперации. Сложность и большое количество элементов конструкции связано с ненадежностью ее работы. Недостатком этого устройства также является отсутствие возможности зарядки ПГАВД на остановке и при торможении в движении на энергосберегающем режиме с минимальным объемом токсичного выхлопа, поскольку в системе рекуперации энергии не используется пропорциональное управление и не предусмотрено приведение в соответствие нагрузки на двигатель с управлением режима его работы. Задачами изобретения является 1. Уменьшение расхода топлива и объема токсичного выхлопа на всех режимах движения транспортного средства с использованием применяющихся трансмиссий и упрощение конструкции. 2. Максимальное использование кинетической энергии транспортного средства для зарядки ПГАВД при торможении и дозарядки их на остановке от двигателя на топливосберегающем режиме его работы с увеличением долговечности тормозных накладок. 3. Обеспечение запуска двигателя от ПГАВД. Транспортное средство для решения задачи 1 снабжено блоком дистанционного гидравлического пропорционального управления с первым и вторым плунжерами, соединенными соответственно коромыслами с педалями акселератора и тормоза и двумя гидролиниями - с входами двух двухпозиционных трехлинейных электроуправляемых гидрораспределителей, выходы которых соединены с камерами управления трехпозиционного гидрораспределителя и подводами клапана ИЛИ, отвод которого подключен к камере управления рабочим объемом обратимой гидромашины. 2680 1 Для решения задачи 2 педаль акселератора соединена с коромыслом посредством шарнирного двухзвенника и подпружиненного плунжерного гидроцилиндра, педаль сцепления снабжена таким же гидроцилиндром,причем рабочие полости последних соединены с двумя отводами двухпозиционного четырехлинейного с электромагнитом управления гидрораспределителя, подвод которого подключен к гидролинии камеры управления трехпозиционного распределителя, а электромагнит взаимодействует с электрореле скорости вращения обратимой гидромашины. Для решения задачи 3 - снабжено вторым клапаном ИЛИ, один подвод которого соединен с нагнетательной гидролинией насоса сервоуправления, второй подвод - с пневмогидроаккумулятором низкого давления,а отвод подключен к блоку пропорционального управления. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена принципиальная кинематическая схема транспортного средства. На фиг. 2 изображена принципиальная схема рекуператора транспортного средства. Двигатель 1 (фиг. 1) транспортного средства посредством муфты сцепления 2 с гидроцилиндром 3 ее управления соединен с первичным валом 4 коробки передач 5, на котором неподвижно установлена шестерня 6, находящаяся в зацеплении с шестерней 7, закрепленнной на промежуточном валу 8. На этом валу закреплены шестерни 9, 10, 11, 12, соответственно находящиеся в зацеплении с шестернями 13, 14, 15, 16, установленные на выходном валу 17 на подшипниках. На этом валу также установлена шестерня 18,находящаяся в зацеплении с шестернями 19, 20. На выходном валу установлены муфты 21, 22, 23. На коробке передач 5, которая широко применяется на транспортных средствах, установлен редуктор 24 привода обратимой машины 25 и насоса 26 сервоуправления с шестернями 27, 28, находящимися в зацеплении с шестерней 9. Шестерня 28 неподвижно соединена с валами гидромашины 25 и насоса 26. На редукторе 24 установлено электрореле 29 скорости вращения вала гидромашины 25. Выходной вал 17 соединен посредством карданного вала и моста с ведущими колесами транспортного средства, которые на фиг. 1 не показаны,также не показан рычаг переключения передач, взимодействующий с муфтами 21, 22, 23. Гидромашина 25 снабжена камерой 30 пропорционального управления ее рабочим объемом и всасывающей гидролинией 31, нагнетающей гидролинией 32 соединена с трехпозиционным четырехлинейным гидроуправляемым распределителем 33, подвод которого гидролинией 34 соединен с пневмогидроаккумулятором 35 высокого давления, а слив - гидролинией 36 с пневмогидроаккумулятором 37 низкого давления (ниже сокращение ПГАНД). К гидролинии 34 подключены электродатчик 38 высокого и электродатчик 39 низкого давления. Педаль 40 акселератора соединена с коромыслом 41 посредством шарнирного двухзвенника, состоящего из звеньев 42, 43 и плунжерного гидроцилиндра 44 с пружиной 45. Педаль тормоза 46 рычагом 47 шарнирно соединена с коромыслом 48. Блок 49 дистанционного гидравлического пропорционального управления снабжен плунжерами 50, 51, соединенными соответственно с коромыслами 48, 41 и двумя гидролиниями 52,53 с выходами двухпозиционных трехлинейных электроуправляемых гидрораспределителей 54, 55, выходы которых гидролиниями 56, 57 соединены с камерами управления распределителя 33 и гидролиниями 58, 59 с подводами клапана 60 ИЛИ, отвод которого гидролинией 61 подключен к камере управления 30 рабочим объемом обратимой гидромашины 25. Третьи гидролинии распределителей 54, 55 соединены с баком. Блок 49 выполнен так, что величина перемещения плунжеров 50 и 51 соответствует пропорциональному изменению величины давления рабочей жидкости в гидролиниях 52, 53. Гидромашина 25 выполнена так, что ее рабочий объем изменяется пропорционально величине давления рабочей жидкости в камере 30, а при отсутствии этого давления величина рабочего объема минимальна. Педаль 62 муфты сцепления снабжена гидроцилиндром 63 с пружиной 64, а рабочие полости гидроцилиндров 63 и 44 соединены соответственно гидролиниями 65, 66 с двумя отводами двухпозиционного четырехлинейного с электромагнитом управления гидрораспределителя 67, подвод которого гидролиниями 58, 56 подключен к камере управления распределителя 33. Четвертая гидролиния распределителя 67 соединена с баком. Насос 26 сервоуправления нагнетательной гидролинией 68 соединен с одним подводом второго клапана 69 ИЛИ, второй подвод которого гидролинией 70 соединен с гидролинией 36, а отвод гидролинией 71 подключен к блоку 49 управления. Насос 26 всасывающей гидролинией 72 соединен с баком. В сливной гидролинии 73 блока 49 последовательно установлены фильтр 74 и радиатор 75. Гидроцилиндр 3 является известным элементом широко применяющихся муфт сцепления с гидроуправлением. Гидроцилиндр 63 - это дополнительный плунжерный подпружиненный гидроцилиндр, которым снабжена педаль 6 муфты сцепления. Транспортное средство работает следующим образом. При работающем двигателе 1 вращение его коленвала передается через муфту 2 первичному валу 4 коробки передач 5 и, далее, шестернями 6, 7 промежуточному валу 8 и шестернями 9, 27, 28 - валам гидромашины 25 и насоса 26. 3 2680 1 На стоянке муфты 21, 22, 23 не включены, и вращение от вала 8 выходному валу 17, а значит и ведущим колесам транспортного средства, не передается. Насос 26 всасывает рабочую жидкость из бака по гидролинии 72 и нагнетает ее по гидролинии 68 через клапан 69 ИЛИ к гидролинии 71 в блок 49 управления и сливается по гидролинии 73 через фильтр 74 и радиатор 75 в бак. Гидромашина 25 на минимальном рабочем объеме перекачивает рабочую жидкость по гидролиниям 31 и 32 через открытую нейтраль распределителя 33. Установившееся движение транспортного средства. Нажатием на педаль 62 муфта сцепления размыкается гндроцилиндром 3. Включая одну из муфт, например 23, соответствующую первой передаче, и отпуская педаль 62, транспортное средство приводится в движение со скоростью, определяемой перемещением педали 40 акселератора. Скорость транспортного средства зависит от включенной передачи и положения педали акселератора и соответствует скорости вращения выходного вала 17 коробки передач. Скорость вращения валов насоса 26 и гидромашины 25, привод которых осуществляется непосредственно от первичного вала коробки передач, зависит только от скорости вращения коленвала двигателя, но не зависит от включения передач. Таким образом, в устройстве используется широко применяющаяся в транспортных средствах коробка передач и трансмиссия в целом. Этим определяется традиционное управление скоростью транспортного средства - посредством педали акселератора, переключения передач, и, при интенсивном замедлении, используется педаль 46 тормоза. Тормозная система также широко распространена на транспортных средствах. Процесс зарядки ПГАВД при торможении транспортного средства. При нажатии на педаль 46 тормоза перемещается рычаг 47, и коромысло 48 нажимает на плунжер 50 блока 49. Пропорционально перемещению плунжера 50 увеличивается давление рабочей жидкости в гидролиниях 52 и 56 управления, т.к. они соединены в распределителе 54 в нормальном положении, т.е. при обесточенном его электромагните. Одновременно это давление управления подается по гидролинии 58 через гидроклапан 60 ИЛИ и его отвод в камеру 30 управления рабочим объемом гидромашины 25 и по гидролинии 65 - в рабочую полость гидроцилиндра 63, т.к. гидролинии 58 и 65 соединены в распределителе 67 в его нормальном, т.е. при обесточенном его электромагните, положении. Следовательно, рабочая полость гидроцилиндра 63 педали сцепления и камера управления распределителя 33 (по гидролинии 56) оказывается под воздействием давления управления, зависящего от величины нажатия на педаль тормоза. Поэтому происходит размыкание муфты 2 сцепления (давление управления перемещает шток гидроцилиндра 63, преодолевая сопротивление пружины 64 и нажимая на педаль 62 муфты сцепления), распределитель 33 перемещается в позицию А, соединив нагнетательную гидролинию 32 гидромашины 25 с ПГАВД 35 по гидролинии 34, авсасывающую полость гидромашины по гидролиниям 31, 36 с ПГАНД 37. Таким образом, гидромашина 25 нагнетает рабочую жидкость в ПГАВД, а привод гидромашины осуществляется только от ведущих колес транспортного средства ( муфта сцепления разомкнута, а любая передача коробки передач включена). Рабочий объем гидромашины соответствует (пропорционален) величине нажатия педали тормоза. Чем больше нажатие, тем больше рабочий объем гидромашины и тем интенсивней происходит процесс рекуперации - превращение кинетической энергии транспортного средства в потенциальную энергию сжатого газа в ПГАВД. Благодаря системе рекуперации большая часть кинетической энергии транспортного средства не преврщается в тепло на поверхности трения тормозных накладок, а запасается в ПГАВД, чем значительно увеличивается срок службы тормозов, уменьшаются эксплуатационные расходы на их обслуживание, уменьшаются тепловые выбросы и выбросы продуктов истирания тормозных накладок, засоряющие окружающую среду. Процесс торможения - рекуперации может происходить на разных режимах работы транспортного средства. 1. Скорость транспортного средства - его кинетическая энергия превышает величину максимальной потенциальной энергии ПГАВД, которая определяется величиной максимального давления рабочей жидкости(на которую настроен электродатчик 38 высокого давления) и маневровым объемом ПГАВД. В указанном режиме описанный процесс торможения происходит при возрастании давления рабочей жидкости в ПГАВД до величины настройки датчика 38. При достижении этой величины датчик 38 автоматически посылает сигнал на электромагнит распределителя 54, который переключается во вторую позицию,соединяющую гидролинию 56 соединенные с ней гидролинии 58, 61, 65 с баком. Распределитель 33 переключается в среднюю позицию (давление управления в гидролинии 56 упало), гидромашина 25 переходит в режим минимального рабочего объема (давление в гидролиниии 61 и в камере 30 упало), и педаль 64 сцепления возвращается в исходное положение (давление в гидролинии 65 упало), т.е. муфта сцепления замыкается. Таким образом, торможение с большой скорости после достижения максимального давления в ПГАВД автоматически переводит трансмиссию в режим обычного движения транспортного средства с нажатой педалью тормоза, если водитель продолжает движение. Процесс торможения при большой скорости происходит с уменьшением скорости вращения вала гидромашины 25 (соединенного с ведущими колесами посред 4 2680 1 ством трансмиссии), которая не достигает величины, на которую настроено реле 29 скорости вращения вала гидромашины 25. При этом полная зарядка ПГАВД происходит раньше, чем наступает минимум скорости вращения вала гидромашины 25. 2. Транспортное средство движется с небольшой скоростью, и его кинетическая энергия меньше величины максимальной потенциальной энергии ПГАВД. Зарядка ПГАВД на остановке. Торможение в этом случае начинается так же, как описано выше. Отличие состоит в том, что уменьшение скорости вращения вала гидромашины 25 до величины настройки реле 29 наступает раньше, чем произойдет полная зарядка ПГАВД. Реле 29 посылает электросигнал, соответствующий минимуму скорости вращения вала гидромашины, на электромагнит распределителя 67, который переключается во вторую позицию и соединяет гидролинии 58 и 66, а гидролию 65 соединяет с баком. Педаль 62 возвращается в исходное положение (давление в гидролинии 65 и рабочей полости гироцилиндра 63 упало), и муфта сцепления 2 замыкается,передавая крутящий момент от коленвала двигателя 1 через трансмиссию ведущим колесам (с одновременным перемещением педали 40 акселератора в нажатое положение, если продолжается нажатие на педаль тормоза), т.к. рабочая полость гидроцилиндра 44 оказывается под давлением (гидролинии 58 и 66 соединены распределителем 67 и, преодолевая сопротивление пружины 45, посредством звеньев 42, 43 гидроцилиндр 44 перемещает педаль 40). Величина перемещения педали 40 соответствует величине перемещения педали 46 (давление в гидролиниях 66, 58, 56, 52 пропорционально величине нажатия на педаль 46) и рабочему объему гидромашины 25. Это приводит подачу топлива в двигатель в соответствие крутящему моменту на его валу, т.е. нагрузке двигателя 1. После переключения распределителя 67 посредством его электромагнита замкнутая муфта 2 сцепления передает вращение ведущим колесам транспортного средства и валу гидромашины 25, которая продолжает заряжать ПГАВД. Этим предотвращается работа гидромашины на низкой, неэкономичной скорости вращения ее вала, а также предотвращается перегрузка двигателя исключается его работа под нагрузкой на холостых оборотах (педаль акселератора нажата гидроцилиндром 44) и, более того,благодаря пропорциональному управлению режим работы двигателя приводится в соответствие с внешней.уменьшает расход топлива и объем токсичного выхлопа. На этом режиме происходит зарядка ПГАВД с приводом вала гидромашины от двигателя и продолжается на остановке при отключенных муфтах 21, 22, 23. При достижении полной зарядки ПГАВД реле 38 посылает электросигнал на электромагнит распределителя 54, и гидролиния 56 (и соединенные с ней гидролинии 66, 58, 61, распределитель 67 переключен электромагнитом) соединяется с баком. Рабочий объем гидромашины 25 становится минимальным,распределитель 33 - в нейтрали, а педаль акселератора - в исходном положении, соответствующем холостым оборотам коленвала двигателя 1. 3. Движение транспортного средства на подъеме и зарядка ПГАВД на остановке. Особенность этой ситуации в том, что использовать обычные тормоза для остановки не надо, а для ускорения машины на подъеме необходимы полностью заряженные ПГАВД, поскольку именно в этом случае необходима дополнительная энергия. Таким образом, остановка транспортного средства происходит с ПГАВД, потенциальная энергия которых затрачена на ускорение с предыдущей остановки на этом же подъеме. Транспортное средство удерживается на подъеме посредством тормоза, т.е. педаль тормоза нажата. В соответствии с описанным выше случаем размыкается муфта сцепления (срабатывает гидроцилиндр 63, нажимая на педаль сцепления), но скорость вращения вала гидромашины 25 ниже минимальной, поэтому реле 29 посылает электросигнал на электромагнит распределителя 67 и далее процесс зарядки ПГАВД происходит в соответствии с описанием случая 2. Следовательно, на остановке происходит полная зарядка ПГАВД на экономичном режиме работы двигателя. Таким образом, на всех режимах торможения при движении с любой первоначальной скоростью, а также на остановках происходит полная зарядка ПГАВД. В одних случаях ПГАВД заряжаются полностью от колес транспортного средства, в других - на первом этапе от колес и на втором этапе от двигателя, в третьих только от двигателя. Этим обеспечивается максимальное использование кинетической энергии транспортного средства для зарядки ПГАВД при торможении и заправка их на остановке от двигателя на топливосберегающем режиме его работы. Рассмотрим ускорение транспортного средства (его разгон). На основании вышеизложенного ясно, что в начале разгона ПГАВД имеют максимальную потенциальную энергию, т.е. давление рабочей жидкости максимально. Разгон транспортного средства происходит при нажатии на педаль 40 акселератора. Рычаги 43 и 42 передают перемещение педали 40 на коромысло 41 и плунжер 51 блока 49 управлення, что вызывает повышение давления в гидролинии 53 и соединенных с ней в распределителе 55 (при обесточенном электромагните) гидролиниях 57, 59. Через клапан 60 ИЛИ давление из гидролинии 59 пападает в гидролинию 61 и камеру управления 30 гидромашины 25. Таким образом, при нажатии на педаль акселератора распределитель 33 переключается в позицию В, в которой всасывающая полость гидромашины 25 гидролиниями 31 и 34 соединяется с ПГАВД, а нагнетающая полость - гидролиниями 32 и 36 с ПГАНД. Благодаря этому гидромашина 25 работает в режиме гидромотора, превращая потенциальную энергию ПГАВД в работу крутящего момента вала гидромашины 25, которая по трасмиссии переда 5 2680 1 ется ведущим колесам транспортного средства. Клапан 60 ИЛИ, соединив гидролинии 59 и 61, в этом случае запирает гидролинию 58. Этим обеспечивается замкнутое положение муфты сцепления, которая передает вращение коленчатого вала двигателя ведущим колесам. Таким образом, при нажатии на педаль акселератора происходит передача крутящего момента от двигателя и гидромашины совместно, т.е. реализуется гибридный привод. Причем, блок управления обеспечивает увеличение рабочего объема гидромашины пропорционально перемещению педали акселератора, т.е. чем больше нажата педаль 40 акселератора для более интенсивного ускорения, тем больше рабочий объем и крутящий момент на валу гидромашины 25, тем больше ее дополнительная мощность, помогающая ускорить транспортное средство. Процесс разгона, самый тяжелый в нагружении двигателя, происходит с большим объемом токсичного выхлопа. Дополнительная мощность, реализуемая гидромашиной, облегчает режим работы двигателя, делая его топливосберегающим, и значительно уменьшает объем токсичного выхлопа в окружающую среду. Запуск двигателя осуществляется следующим образом. При незаведенном двигателе насос 26 не работает, а давление от НД 37 по гидролиниям 36, 70 через клапан 69 ИЛИ по гидролинии 71 поступает в блок 49 управления. Поэтому нажатие на педаль 40 переключает распределитель 33 в позицию В (см. описание разгона) и гидромашина 25 в качестве гидромотора передает крутящий момент через муфту сцепления коленвалу двигателя. Поскольку коробка передач 5 в нейтрали, то энергией ПГАВД производится запуск двигателя. Таким образом достигается уменьшение расхода топлива и объема токсичного выхлопа на всех режимах движения транспортного средства с использованием применяющихся трансмиссий и упрощением конструкции, с максимальным использованием кинетической энергии транспортного средства для зарядки ПГАВД при торможении, с дозарядкой ПГАВД на остановке от двигателя на топливосберегающем режиме его работы, при повышении долговечности тормозных накладок и обеспечении запуска двигателя от пневмогидроаккумуляторов. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 6