CN100999184A - 一种发动机液混联式后驱动混合动力车 - Google Patents

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朱小林
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Abstract

本发明涉及一种发动机液混联式后驱动混合动力车，由主要动力机构、主要辅助动力机构、次要辅助动力机构和双动力后驱动桥所构成，主要动力机构由发动机和变速箱连接而成并通过一主传动器连接在双动力后驱动桥的一侧边，主要辅助动力机构由液压控制阀组、液压蓄能器、液压泵/马达、液压油箱连接而成并通过一电磁离合器和一主辅传动器并联连接在双动力后驱动桥的对称边，次要辅助动力机构由发动机动力输出机构、次电磁离合器、液压泵、次液压油箱和次液压控制阀组构成，发动机动力输出机构通过次电磁离合器带动液压泵，连接次液压油箱通过液压管道与主液压油箱连接，工业控制计算机通过控制主液压控制阀组可以实现对液压蓄能器储蓄刹车能量及释放能量，通过控制次液压控制阀组使液压泵可实现发动机的功率调峰及怠速剩余能量再利用，其结构简单、成本低、动能转换效率高和噪音小。

Description

一种发动机液混联式后驱动混合动力车
技术领域
本发明涉及装备有发动机和液压蓄能器的清洁节能混联式后驱动混合动力车，本发明涉及一种实现混联式后驱动混合动力车的技术，尤其是一种以发动机为主动力源，而以存储和释放液压能为辅助动力源的混联式后驱动混合动力车，本发明涉及提高了液压混合动力车的蓄能的能力，本发明涉及发动机功率过剩调峰性能，并且将因车辆怠速时产生的多余能量进行回收，并且延长了发动机的使用寿命。
背景技术
随着我国动力车数量的剧增，一种效率高、性能好和结构简单的动力车将受到社会的欢迎。由于动力车在刹车时和怠速时会消耗动能，而该动能可以通过液压装置转化为液压能并存储于液压蓄能器中，以便于在动力车起步或加速时作为辅助动力源提供给动力车，达到能量回收与再利用的目的。现有的刹车能回收与释放手段通常是以蓄电池或液压能储能器作为缓冲介质，通过增加辅变速箱，将辅变速箱的直齿齿轮与主传动轴上的直齿齿轮相啮合，然后进行辅动力源的传递，这种能量的转换与利用方式不仅造成动力车传动系的结构复杂、安装困难、占用车身空间大、增加整车的重量，还容易产生较大的噪音，而对怠速能量回收再利用的应用方面在国内外未发现相关资料。为了克服上述缺陷，本专利权人的在先申请的“一种柴液并联式后驱动混合动力车”申请号为200420059673.6的专利申请中讲述了柴液并联式后驱动混合动力车的技术解决方案，它在原有的车身上装配了辅动力源与后驱动桥的并联连接，达到双动力混合驱动的发动机液并联式后驱动混合动力车，解决了刹车能的回收、存储与释放问题。但是该专利申请没有对发动机实施功率调峰，没有将怠速能量回收再利用方法应用于整车的装配中，没能以计算机辅助装置控制能量回收***中的阀门开关方案。
在车辆怠速工况时为了使车辆不熄火状态发动机怠速功率必须存在一定的储备，而此时的储备功率往往会高于车辆怠速工况时实际功率，高于车辆怠速工况时所需实际功率值的差可视为功率差，任何车辆在怠速时都会存在一定的功率差，根据功率差值的大小选择一在其功率范围内的液压泵，此时的发动机的怠速储备扭矩也应大于被选择好的液压泵的最大实际驱动扭矩，利用这一基本原则，如果利用发动机在怠速时转动的剩余动力推动本专利安装的动力输出机构，就可将视为剩余能量的功率差回收从可实现体高能量利用的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种：以发动机为主要动力源，以刹车动能为主要辅助动力源，以怠速剩余动能为次要辅助动力源，通过主要动力源、主要辅动力源与后驱动桥的并联连接，通过主要动力源、次辅助动力源与后驱动桥的串联连接，达到双动力混合驱动的发动机液混联式后驱动混合动力车，本发明的另一个目的是使其结构简单、成本低、具有能量转换效率高和噪音小的性能的发动机液混联式后驱动混合动力车，本发明的又一目的是部分实现发动机的功率调峰的发动机液混联式后驱动混合动力车，本发明的再一目的是提供一种可以由工业控制机对车辆进行制动蓄和怠速蓄能或进行释放能控制的发动机液混联式后驱动混合动力车。
在本发明的发动机液混联式后驱动混合动力车中，由发动机和变速箱串联连接，并通过一主传动器连接在双动力后驱动桥的一侧边，构成发动机液混联式后驱动混合动力车中的主动力机构，也就是说该混合动力车的原始动力源自于发动机，在没有其它动力源存在时该动力车既为一般的后驱动动力车，双动力后驱动桥其辅传动器通过主电磁离合器连接液压泵/马达的其输出端，当混合动力车产生制动工况时主电磁离合器开启，双动力后驱动桥制动的能量带动液压泵/马达，通过主液压控制阀组将能量存储到连接中的液压蓄能器中实现并行驱动连接模式，构成发动机液混联式后驱动混合动力车中的主要辅助动力机构，也就是说辅助动力源的主要来源是通过车辆在制动工况过程中完成，在发动机的输出轴的同侧装配发动机动力输出机构，通过次电磁离合器与液压泵相接，实现串行驱动连接模式，构成发动机液混联式后驱动混合动力车中的次要辅助动力机构，回收车辆在怠速工况时的剩余能量，发动机液混联式后驱动混合动力车的存储能量及释放能量的动作全部由控制器的工控计算机实时检测车辆的工况，并根据不同工况，控制通过控制电路中的信号控制线连接到的控制元件、实现对主液压控制阀组、次液压控制阀组、主电磁离合器和过次电磁离合器而的控制。
控制器在主液压控制阀组和次液压控制阀组当控制器检测到车辆允许蓄能时并且蓄能器存在可蓄能空间时刻起锁定所述的控制阀组，用于按液压蓄能器所需操作的液压泵装置，对本发明的发动机液混联式后驱动混合动力车可以在两种工况下进行能量回收，第一种是在车辆减速时将刹车动能转换成液压能并存储备用，本发明应用了本专利权人的在先申请的“一种柴液并联式后驱动混合动力车”申请号为200420059673.6的专利申请中讲述了发动机液并联式后驱动混合动力车的技术，并加以工控计算机实现自动化控制，当工控计算机检测到车辆为制动工况时且液压蓄能器有存储空间则主液压控制阀组实施开启蓄能动作，第二种是在车辆怠速时将怠速剩余动能转换成液压能并存储备用，当工控计算机检测到车辆为怠速工况时且液压蓄能器有存储空间则次液压控制阀组实施开启蓄能动作，通过液压泵将转换后的能量蓄入液压蓄能器，本发明利用了发动机曲轴直接连接皮带轮，在其同轴侧安置了一个液压泵-皮带轮之架，通过皮带时其紧密配合同向旋转，构成了发动机动力输出机构的动力装置，实际上当发动机输出功率高于车辆行驶所需的实际功率时采用次处理方法也满足发动机功率调峰需求。
控制器实时控制主液压控制阀组和次液压控制阀组，当控制器检测到车辆需要释放能时并且蓄能器存在可释放的能量储备时刻起锁定所述的控制阀组，用于按液压蓄能器所需操作的液压马达装置，对本发明的发动机液混联式后驱动混合动力车可以在多种工况下进行能量释放如启动或加速.当工控计算机检测到车辆为可释放工况时且液压蓄能器有存储能量可被释放则主液压控制阀组实施倒向开启能量释放动作，而次液压控制阀组实施关闭直至蓄能器存储能量被释放空或车辆改变工况。
本发明的有益效果是
1、结构简单、成本低：由于本发明除在原有动力车的底盘上增加液压泵/马达、液压油箱、液压蓄能器和控制电路等少量部件外，还在主要动力与主要辅助动力之间通过“双动力后驱动桥”增加了一个主电磁离合器构成并联方式，在发动机上安装了一个动力输出机构，并在液压泵之间增加了一个次电磁离合器构成串联方式，其结构简单，无需特殊设计，适合于现有动力车的改装。当动力车在高速路匀速行驶时，可通过断开电磁离合器而使动力车的行驶速度与未改造前相同。当动力车需要增加功率时，可通过双动力的驱动使动力车的功率加大到原发动机输出功率与液压蓄能器输出功率之和的能量值。当电磁离合器吸合时，此混合动力车具有刹车回收能量、怠速剩余能量利用、发动机功率调峰和释放能量的功能。因此，即可满足动力车在现代城市高速道路行驶的需要，又能适应动力车在市内道路低速行驶、频繁停车和怠速时的剩余能量再利用要求。本发明所采用的部件均为常规通用部件，因此适合工业化生产。
2、动能转换效率高、噪音小：通过能量回收装置，本发明可以明显降低刹车轮毂的使用次数，明显减少动力车在启动和加速时产生的黑烟，因此满足了低排放的要求。由于本发明没有增加辅助动力变速箱，而是采用“双动力后驱动桥”结构，使得噪音大大降低。
3、延长发动机的使用寿命、提高节油效果：在车辆怠速工况时常会因发动机转速控制不当而引起燃油倒灌使得发动机熄火，频繁的启动发动机可使发动机的寿命降低，而每次启动发动机都会加大油耗，由于本发明可将因车辆怠速时产生的多余能量进行回收，防止了燃油倒灌，在达到了节油的目的同时又减少了发动机的启动次数从而进一步也达到了节油效果，并且延长了发动机的使用寿命。
4、发动机调峰能量控制，提高节油效果：由于在车辆上安装了发动机动力输出机构，因此可以部分实现对发动机功率进行调峰，将发动机提供的大于车辆所需得功率时的剩余能量存储到蓄能器中，将在蓄能器中的能量在发动机提供的功率小于车辆需求能量时释放到液压泵，有效的提高了车辆的节油效果。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明控制原理图。
图3为本发明发动机输出结构示意图。
图4-1～图4-6为本发明实施控制流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。如图1所示，一种发动机液并联式后驱动混合动力车，由发动机主动力***和经过能量回收的液压能辅动力***交替或同时提供动力，并采用后驱动桥驱动方式，其中的能量回收是将发动机调峰能量、制动能量和怠速时的可回收能量收集并存储于液压蓄能器中，然后在发动机启动、动力车起步及行驶过程中的任意时刻释放液压能，达到混联式动力驱动的目的。
本发明的基本结构
本发明的基本结构包括刹车踏板2、油门踏板3、左后轮12和右后轮13，还包括主要动力机构、主要辅助动力机构、次要辅助动力机构和双动力后驱动桥11，刹车踏板2及油门踏板3分别通过一控制器4与主要辅助动力机构和次要辅助动力机构相连，左后轮12和右后轮13分别与双动力后驱动桥11的左、右半轴相接，主要动力机构由发动机16和变速箱15连接而成并通过一主传动器14连接在双动力后驱动桥11的一侧边，主要辅助动力机构通过一辅传动器10并联连接在双动力后驱动桥11的对称边，构成并联液压传动动力系，次要辅助动力机构通过发动机动力输出机构17将发动机16与液压泵19相连，构成串联液压传动动力系，从而实现混联动力传动效果，由于采用了主要动力机构与主要辅助动力机构对称安装的结构，次要辅助动力机构是在发动机上安装了一个液压泵-皮带轮之架62，使其结构简单，整体占用车辆空间较少。
如图1所示，主要辅助动力机构由主液压控制阀组6、液压蓄能器5、液压泵/马达7、主液压油箱8所构成，一个以上的液压蓄能器5通过液压管道24连接在主液压控制阀组6的输入端，并通过该液压控制阀以一定的压力将回收的刹车能并均衡存入一个以上的液压蓄能器5。主液压控制阀组6的输出端和主液压油箱8的输出端分别与液压泵/马达7的输入端相连，在由液压油箱8提供辅助动力源的同时，通过液压控制阀组6提供回收的液压能，并将多余的回收能存储于液压蓄能器5中。液压泵/马达7的输出端通过主电磁离合器9与辅传动器10相接，并通过该辅传动器10向后驱动桥11提供辅助动力。控制器4的输出端分别与主液压控制阀组6、主电磁离合器9、次电磁离合器18和次液压控制阀组21相连接，用于控制液压能的回收、存储与利用。
如图1所示，次要辅助动力机构由发动机动力输出机构17、次电磁离合器18、液压泵19、次液压油箱20和次液压控制阀组21构成，发动机动力输出机构17通过次电磁离合器18带动液压泵19，通过液压泵19将对发动机调峰及怠速时所获得的回收能经液压管道24存储于液压蓄能器中5中，液压泵19的输出端和次液压油箱20连接，次液压油箱20通过油压管道23与主液压油箱8连接，使得次液压油箱20与主液压油箱8构成回路，次液压控制阀组21的输入端通过液压管道24与一个以上的液压蓄能器5连接。
如图2所示，控制器4由控制元件和工控计算机53所组成，其中控制元件包括压力表40、启动继电器41、下限继电器42和上限继电器45，控制器4通过控制电路控制相关元件分别与主液压控制阀组6和次液压控制阀组21连接，工控计算机53通过控制电路中的信号控制线连接到控制元件。
主液压控制阀组6还包括主液压控制阀22、上单向阀46、下单向阀47、主溢流阀48、主液压控制阀左电磁铁43和主液压控制阀右电磁铁44，主液压控制阀左电磁铁43和主液压控制阀右电磁铁44，分别与主液压控制阀22相连，上单向阀46设置在主液压控制阀组6与液压泵/马达7之间，下单向阀47设置在液压泵/马达7与液压油箱8之间，主溢流阀48的端口分别与液压蓄能器5、主液压控制阀22和油箱滤油气54相连接，所述的次液压控制阀组21还包括次上单向阀49、次液压控制阀50、次液压控制阀左电磁铁51和次溢流阀52，次液压控制阀左电磁铁51与次液压控制阀50相连，次液压控制阀50连接液压泵19，在次液压控制阀50连接液压泵19之间接有次溢流阀52，次液压控制阀50、次溢流阀52和液压泵19分别与次油箱20连接。
如图3所示，发动机动力输出机构17由发动机转动轴60、次要辅助动力机构液压泵-皮带轮之架62和传动皮带61组成，在不改变原有发动机16结构的基础上，安装了一个动力机构液压泵-皮带轮之架62，传动皮带61将发动机转动轴60与次辅动力机构液压泵-皮带轮之架62紧配合连接，发动机动力输出机构17的输出端通过电磁离合器18与液压泵19连接。
如图4-1～图4-1所示，工控计算机53通过实时对行驶车辆进行检测，根据不同工况分别进行的对控制元件的操作，完成车辆行驶的不同状态的处理。
其中驱动桥11为公知结构，如申请人在先提交的实用新型专利申请“并联式混合动力车用双动力后驱动桥”(申请号为200420000463.x的专利)中的驱动桥，发动机可以是任何类型的发动机如柴油发动机、汽油发动机等。
基本工作原理
本发明的工作过程分为蓄能、调峰、怠速功率利用和释放能几种状态，蓄能状态为主要辅助动力蓄能和次要辅助动力蓄能，当工控计算机53实时检测到车辆处于刹车工况时立即控制主要辅助动力为蓄能状态，并通过控制电路控制主液压控制阀左电磁铁43通电、主液压控制阀右电磁铁44断电，使得图2所示的主液压控制阀组6工作在左位，此时上单向阀46和下单向阀47流通，液压泵/马达7将液压油从油箱8泵出，并通过主液压控制阀的左区注入储能器5，同时由控制电路控制主电磁离合器9吸合。当工控计算机53实时检测到车辆需要补充能量或车辆启动工况时立即控制主要辅助动力为释放能状态，并通过控制电路控制主液压控制阀右电磁铁44通电，主液压控制阀左电磁铁43断电，使得图2所示的主液压控制阀组6工作在右位，此时上单向阀46阻止液压油进入液压泵/马达7，储能器5中的液压油通过主液压控制阀组6的右区流入液压泵/马达7，并使其处于工作状态，此时上单向阀46截止、下单向阀47流通，同时由控制电路控制主电磁离合器9吸合。在主辅助动力蓄能和释放能的过程中，由启动继电器41、下限继电器42和上限继电器45等压力继电器以及溢流阀48进行保护动作，当油压的压力为140bar时，启动继电器41控制动力车的发动机启动；当油压的压力≤120bar时，下限继电器42控制放能停止，当油压的压力≥320bar时，上限继电器45控制蓄能停止，当***压力达到溢流阀调整压力时，***油液由溢流阀48流经滤油气54回油箱8，对发动机进行调峰过程如下，当工控计算机53实时检测到车辆行驶过程中发动机输出功率大于车辆行驶所需功率时，并且检测到此时的液压蓄能器5已有存储能量小于该蓄能器的最大存储能量，立即控制次要辅助动力为蓄能状态，并通过控制电路先使电磁离合器18通电捏合，捏合瞬间，液压泵19出油口通过次液压控制左磁铁51接回液压油箱20，液压泵19处在卸荷状态，然后再使次液压控制左电磁铁51的换向阀通电，改变液压泵19出口液压流向，使液压泵19出口与单向阀49接通，液压油经单向阀49后又经液压管道24进入液压蓄能器5，如果工控计算机53实时测到发动机功率小于车辆行驶功率，且检测到液压蓄能器5已有储存能量大于该蓄能器的最小储存能量，立即通过电控***使主液压控制阀组6的主液压控制阀右电磁铁44通电换向，液压蓄能器5释放能量，实现双动力驱动车辆行驶，对发动机怠速工况处理如下，当工控计算机53实时检测到车辆处在怠速工况时，并且检测到液压蓄能器5已有储存能量小于该蓄能器的最大储存能量，立即通过电控***使次电磁离合器18通电捏合，发动机动力输出机构17带动液压泵19转动，次液压控制左电磁铁51的电磁铁通电换向，液压油箱20的液压油经过液压泵19、次液压控制左电磁铁51和单向阀49向液压蓄能器5提供能量，将发动机怠速过剩能量，补充到液压蓄能器5，以便在车辆启动时利用该能量。
本发明的主要使用状态
本发明通过工控计算机实时对行驶车辆进行检测，根据以下不同状态分别进行不同的处理。
1、启动：动力车的发动机先不启动，通过释放液压蓄能器5中的能量，驱动液压泵/马达7转动，液压泵/马达7带动主动力***的减速器工作，实现车辆冷后动。
2、加速行驶：动力车冷启动后，液压蓄能器5的压力降低到一定值时，启动发动机，在较高速挡，由发动机和液压泵/马达7双动力实现加速。
3、匀速行驶：切断液压泵/马达7，液压蓄能器5中的能量很少，仅靠发动机驱动动力车行驶。
4、减速行驶：切断发动机功率，踏下刹车踏板2，车轮在惯性作用下驱动液压泵/马达7向液压蓄能器5回收刹车能量。
5、发动机功率过剩调峰：当发动机功率大于车辆行驶功率，且液压蓄能器5已有储存能量小于该蓄能器的最大储存能量，发动机动力输出机构17带动液压泵19转动，液压油箱20的液压油经过液压泵19，将过剩的发动机能量转换到液压蓄能器5中。
6、发动机功率不足调峰：当发动机功率小于车辆行驶功率，且液压蓄能器5已有储存能量大于该蓄能器的最小储存能量，液压蓄能器5释放能量。
7、发动机怠速功率利用：当发动机处在怠速工况，且液压蓄能器5已有储存能量小于该蓄能器的最大储存能量，发动机动力输出机构17带动液压泵19转动，向液压蓄能器5提供能量，将发动机怠速过剩能量，补充到液压蓄能器5，以便在车辆启动时利用该能量。
当动力车高速行驶时，可通过断开电磁离合器而使动力车的行驶速度与未改造前相同；当动力车需要增加功率时，可通过双动力驱动而增加功率；当动力车刹车或怠速时可进行能量的回收与储存；因此，即满足动力车在现代城市高速道路行驶的需要，又适应动力车在市内道路低速行驶和频繁停车的能量再利用要求。

Claims (4)

1、一种发动机液混联式后驱动混合动力车，包括：
发动机；
发动机动力输出机构；
双动力后驱动桥，其主传动器连接到所述发动机变速箱的输出端；
液压泵/马达，其输出端通过主电磁离合器与所述的双动力后驱动桥的辅传动器相接；
液压泵，其输入端通过次电磁离合器与所述的发动机动力输出机构相接；
液压蓄能器，其压力控制端分别连接主液压控制阀组和次液压控制阀组；
以及
在所述的主液压控制阀组、次液压控制阀组、主电磁离合器和次电磁离合器之间连接的控制器，
在所述的发动机动力输出机构包括一个液压泵-皮带轮之架，
在所述的控制器由控制元件和工控计算机所组成，工控计算机通过控制电路中的信号控制线连接到控制元件。
2、根据权利要求1所述的发动机液混联式后驱动混合动力车，其特征在于，在所述的控制器包括：在所述的主液压控制阀组和次液压控制阀组当控制器检测到车辆允许蓄能时并且蓄能器存在可蓄能空间时刻起锁定所述的控制阀组，用于按液压蓄能器所需操作的液压泵装置。
3、根据权利要求1所述的发动机液混联式后驱动混合动力车，其特征在于，在所述的控制器包括：在所述的主液压控制阀组和次液压控制阀组当控制器检测到车辆需要释放能时并且蓄能器存在可释放能量储备时刻起锁定所述的控制阀组，用于按液压蓄能器释放能所需操作的液压马达装置。
4、根据权利要求1所述的发动机液混联式后驱动混合动力车，其特征在于：所述的双动力后驱动桥为公知结构，如申请人在先提交的实用新型专利申请“并联式混合动力车用双动力后驱动桥”(申请号为200420000463.x的专利)中的驱动桥，所述的发动机适应于任何类型的发动机。
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