CN102897012B - 一种基于机液联合能量再生的混合动力回路 - Google Patents

一种基于机液联合能量再生的混合动力回路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机液联合能量再生的混合动力回路，现有技术中有二大弊端：1、液压蓄能装置的比能量很低。2、液压蓄能装置释能速度太快，影响车辆的驾驶性能和舒适性。本发明包括发动机、双向液压泵/马达、飞轮储能装置、安全阀组、补油模块、液压储能装置、液压马达。本发明在液压混合动力回路中，结合飞轮储能，改善液压蓄能装置的比能量，使联合储能装置的比能量比单独的液压蓄能装置要大。通过阀控液压蓄能装置，控制释放油液的速度，改善车辆的驾驶驱动性能。此外，能量调节阀与蓄能器还可构成自适应蓄能器回路，吸收***流体脉动。

Description

一种基于机液联合能量再生的混合动力回路
技术领域
本发明涉及液压混合动力回路，是一种基于机液联合能量再生的液压混合动力回路。
背景技术
混合动力汽车及工程机械中，除主动力源（发动机）外，还有一个辅助动力源。该辅助动力源实质上是一个制动能的回收与再利用装置，包括储能元件、相关控制装置及制动能再生策略。当车辆制动时，辅助动力源回收车辆运动动能，将其存储在储能元件中；待车辆起步或加速时，辅助动力源释放能量，加快车辆的起步或加速过程。根据储能元件中所存储能量的物理形式，混合动力主要有电混合（电池储能）、机械混合（飞轮储能）、液压混合（蓄能器储能）三大类。
液压混合动力与电混合动力相比有明显的功率密度上风，此外液压混合动力还具有承载能力大，传动平稳、存储能量可短时间释放等优势；液压混合动力与机械混合动力相比，容易实现无极调速，易于实现过载保护，储能时间较长等。相对于电混合动力和机械混合动力的以上优点，以及液压混合动力本身的节能潜质，使其在中、重型车辆和工程机械等领域具有很强的竞争力。
液压蓄能装置作为混合动力的储能元件，尽管具有高比功率、长时间储能以及全充和全放能力强等优点，但也有二大弊端：1、液压蓄能装置的比能量很低。2、液压蓄能装置释能速度太快，影响车辆的驾驶性能和舒适性。
本发明针对传统液压混合动力回路的能量再生装置的以上弊端，有机结合机械能储能装置，能够提高能量再生装置的比能量，提高能量再生效率；针对液压混合动力***中液压蓄能装置释能速度过快的问题，采取液压能量调节阀，提高车辆的驾驶性能和舒适性。
发明内容
本发明的目的是改善液压混合动力回路中液压储能装置的比能量，提高能量再生效率，并提高液压混合动力汽车及工程机械的驾驶性能及舒适性。    
本发明采用的技术方案如下：
一种机液联合能量再生的混合动力回路，包括发动机、双向液压泵/马达、飞轮储能装置、安全阀组、补油模块、液压储能装置、液压马达。发动机输出轴通过第一离合器与双向液压泵/马达的输入轴连接，闭式回路中跨接安全阀组、补油模块、液压马达，液压马达与负载连接，双向液压泵/马达输出轴通过第二离合器与飞轮储能装置中的飞轮轴相连接，补油模块与液压马达的主回路之间跨接液压储能装置。
所述的飞轮储能装置为串接的一个离合器与一个飞轮；
所述的安全阀组为两个电磁溢流阀串接而成；两个电磁溢流阀的出油口连接油箱；
所述的液压储能装置包括一个液压能量调节阀、一个高压蓄能器和一个低压蓄能器，双向液压泵/马达的上腔出油口与液压能量调节阀的P口相连接，双向液压泵/马达的下腔出油口与液压能量调节阀的O口相连接，高压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的A口相连接，低压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的B口相连接。
所述的双向液压泵/马达为定量泵/马达或者变量泵/马达；
所述的液压马达为定量马达或者变量马达；
所述的液压能量调节阀为三位四通方向阀，可以是比例阀，也可以伺服阀或高速开关阀。
与现有的液压混合动力回路相比，本发明具有的有益效果是：
(1) 飞轮和液压蓄能装置联合储能。加入飞轮，改善液压蓄能装置的比能量，使联合储能装置的比能量比单独的液压蓄能装置要大。
(2) 阀控液压蓄能装置。能量调节阀比例或伺服控制，能够调节液压蓄能装置释放油液的速度，改善车辆的驾驶驱动性能。此外，能量调节阀与蓄能器还可构成自适应蓄能器回路，吸收***流体脉动。
附图说明
图1为本发明的***结构原理示意图；
图2为实施例的结构原理图；
图3为实施例的制动---机液联合能量回收原理；
图4为实施例的驱动---机液联合能量再利用原理。
图中EM：发动机；CL1：发动机与双向液压泵连接离合器；PM1：双向液压泵/马达；CL2：双向液压泵/马达与飞轮连接离合器；FL1：飞轮；L1：上腔回路；L2：下腔回路；RV1：第一溢流阀；RV2：第二溢流阀；DV：三位四通方向阀；HA：高压蓄能器；LA：低压蓄能器；PM2：液压马达。PM3：补油泵；RV3：第三溢流阀；M：补油电动机。
具体实施方式
如图2所示，一种机液联合能量再生的混合动力回路，包括发动机EM、双向液压泵/马达PM1、飞轮储能装置、安全阀组、补油模块、液压储能装置、液压马达PM2。发动机EM输出轴与第一离合器CL1的输入轴连接，第一离合器CL1的输出轴与双向液压泵/马达PM1的输入轴连接，双向液压泵/马达PM1的输出轴与第二离合器CL2的输入轴连接，第二离合器CL2的输出轴与飞轮FL1连接，闭式回路中跨接安全阀组、补油模块、液压马达，液压马达PM2与负载FL2连接，补油模块与液压马达的主回路之间跨接液压储能装置。
所述的安全阀组为两个溢流阀串接而成；第一溢流阀RV1与第二溢流阀RV2的出油口连接油箱；
所述的液压储能装置包括一个液压能量调节阀、一个高压蓄能器和一个低压蓄能器，双向液压泵的上腔出油口与液压能量调节阀的P口相连接，双向液压泵的下腔出油口与液压能量调节阀的O口相连接，高压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的A口相连接，低压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的B口相连接。
所述的补油模块由两个单向阀、第三溢流阀RV3、补油泵PM3、补油电机M和油箱组成。
所述的双向液压泵/马达PM1为定量泵/马达或者变量泵/马达；
所述的液压马达PM2为定量马达或者变量马达；
所述的液压能量调节阀DV为三位四通方向阀，可以是比例方向阀，也可以是伺服阀或高速开关阀；
通过控制双向液压泵/马达PM1和液压马达PM2，电动离合器CL1和CL2，方向阀DV，***可以工作于两种工作模式：驱动或制动。
驱动模式下，驱动能量由驱动单元（EM，飞轮FL1或液压蓄能装置HA）传递给负载FL2；反之，在制动模式下，制动能量由飞轮和蓄能器构成的机液联合储能元件回收。
(1) 制动：能量回收工作模式
图3所示的机液联合能量回收液压混合驱动***可按三种方式回收负载惯性动能：仅用蓄能器回收，仅用飞轮回收和蓄能器和飞轮联合回收，原理分别如图3（a），图3（b），图3（c）所示（图中箭头方向表示油液流向）。制动时，液压马达PM2起着液压泵的作用，而双向液压泵/马达PM1起着液压马达的作用。调节液压马达PM2的排量，液压马达PM2输出轴的转速和转矩可被调节。
1、基于液压蓄能装置的能量回收。
在这种方式下，方向阀的电磁铁CV2得电，第一离合器CL1断开，双向液压泵/马达PM1的排量设置为零，油液从低压蓄能器LP到高压蓄能器HP。这种方式适用于可再生能量（车辆制动能）较小的情况下。
2、基于飞轮的能量回收。
在这种方式下，第一离合器CL1断开，第二离合器CL2接合，方向阀DV处于中位。制动能被飞轮FL1回收。这种方式适用于可再生能量（车辆制动能）较大的情况下。
3、基于液压蓄能装置和飞轮的能量回收。
在这种方式下，第一离合器CL1断开，第二离合器CL2接合，方向阀的电磁铁CV2得电。液压蓄能装置和飞轮FL1联合回收制动能。控制双向液压泵/马达PM1的排量，使得L2管路中的压力保持在一定范围内，给制动提供背压。
(2) 驱动：制动能再利用工作模式
图4为机液混合传动的驱动模式（图中箭头方向表示油液流向），按照液力驱动的两大因素---流量和压力，可分为流量耦合方式和压力耦合方式。
1、流量耦合
如图4(a)所示，在这种驱动方式下，方向阀处于中位。当第一离合器CL1接合而第二离合器CL2断开时，负载由发动机EM驱动，当第一离合器CL1断开而第二离合器CL2接合时，负载由飞轮FL1驱动。此时，负载速度由双向液压泵/马达PM1的排量来调节，L1管路的压力由负载来确定。
2、压力耦合
如图4(b)所示，在这种方式下，方向阀的电磁铁处于CV1位，调节PM2的排量以适应负载转速，L1管路的压力由液压马达PM2的需求转矩来确定。

Claims (4)

1.一种机液联合能量再生的混合动力回路，包括发动机、双向液压泵/马达、飞轮储能装置、安全阀组、补油模块、液压储能装置、液压马达，其特征在于：发动机输出轴通过离合器与双向液压泵/马达的输入轴连接，闭式回路中跨接安全阀组、补油模块、液压马达，液压马达与负载连接，双向液压泵/马达带动飞轮储能装置，补油模块与液压马达的主回路之间跨接液压储能装置；所述的飞轮储能装置为串接的一个离合器与一个飞轮；
所述的安全阀组为两个电磁溢流阀串接而成；两个电磁溢流阀的出油口连接油箱；
所述的液压储能装置包括一个液压能量调节阀、一个高压蓄能器和一个低压蓄能器，双向液压泵/马达的上腔出油口与液压能量调节阀的P口相连接，双向液压泵/马达的下腔出油口与液压能量调节阀的O口相连接，高压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的A口相连接，低压蓄能器的出油口与液压能量调节阀的B口相连接。
2.根据权利要求1所述的一种机液联合能量再生的混合动力回路，其特征在于：所述的双向液压泵/马达为定量泵/马达或者变量泵/马达。
3.根据权利要求1所述的一种机液联合能量再生的混合动力回路，其特征在于：所述的液压马达为定量马达或者变量马达。
4.根据权利要求1所述的一种机液联合能量再生的混合动力回路，其特征在于：所述的液压能量调节阀为三位四通方向阀，三位四通方向阀为比例阀或伺服阀或高速开关阀。
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