Комбинированная энергосистема для дифференциального распределения мощности

 

Энергосистема предназначена для транспортных средств, например автомобилей. Комбинированная энергосистема содержит вращательный источник энергии типа двигателя внутреннего сгорания, выходной вал которого расположен таким образом, чтобы приводить в действие нагрузку передней секции, и который, кроме того, сцепляется со входным валом устройства электромагнитного сцепления с целью приведения в действие нагрузки задней секции. Управление устройством электромагнитного сцепления осуществляется оперативным устройством, когда подается входной ток, или для вырабатывания функций сцепления с переменным числом оборотов посредством выходного тока, когда устройство электромагнитного сцепления используется в качестве генератора. Двигатель можно приводить в действие с постоянным числом оборотов или с частично регулируемым числом оборотов для приведения в действие нагрузки, в то время как оставшаяся часть энергии восстанавливается посредством функции генератора устройства электромагнитного сцепления с целью зарядки аккумуляторной батареи. Технический результат - увеличение коэффициента полезного действия. 10 з.п. ф-лы, 8 ил., 8 табл.

Настоящее изобретение относится к энергетическому машиностроению, а более конкретно к энергосистемам для дифференциального распределения мощности.

В последние годы все более серьезными становятся проблемы энергетики и шумового загрязнения окружающей среды. Хорошим решением этих проблем было бы использовать транспортные средства с электроэнергетическим приводом, но развитие транспортных средств с электроэнергетическим приводом до сих пор ограничивается электрической емкостью аккумуляторных батарей для достижения большей дальности передвижения. Увеличение объема аккумуляторной батареи или их количества для увеличения дальности соответственно увеличивает собственный вес ходовой части, что приводит к большему потреблению электроэнергии и не удовлетворяет экономическим требованиям. Поэтому, не имея главного решения технических проблем в отношении аккумуляторных батарей, наиболее практическим способом привода является использование решений комбинированных конструкций приводов. Используемые в настоящее время решения комбинированных приводных конструкций включают в себя: а) последовательную объединенную энергетическую конструкцию: эта конструкция является наиболее типичной конструкцией, предназначенной для транспортных средств с электрическим приводом. В этой конструкции генератор приводят в действие с помощью двигателя для генерирования электричества и зарядки аккумуляторной батареи, после чего аккумуляторная батарея обеспечивает электричество для приводимого электродвигателя с целью привода транспортного средства. Поскольку энергия преобразуется несколько раз, общий коэффициент полезного действуя (кпд) такой конструкции низкий. Примером такой конструкции является транспортное средство GM HX3 производства фирмы "Дженерал Моторс"; b) Конструкцию с синхронизированной энергией на общем валу: эта конструкция содержит в себе непосредственно последовательное соединение вала вывода энергии двигателя и вращающегося вала приводимого электродвигателя, с целью вырабатывания тем самым функций управления приводом и угловой скоростью. Примером такой конструкции является западногерманский Фольксваген седан "Чико".

Из патента Великобритании GB 2275309 известна комбинированная энергосистема дифференциального распределения мощности, предназначенная для двигателя и содержащая вращательный источник энергии бокового привода, имеющий выход, подаваемый вначале на нагрузку передней секции и затем передаваемый на входной конец устройства электромагнитного сцепления для привода нагрузки задней секции, вращательный источник энергии бокового привода, содержащий вращательный выходной вал, подсоединенный к среднему трансмиссионному устройству и интерфейсу управления, центральное управляющее устройство и управляемый клапан подачи топлива, управляемый центральным управляющим устройством, среднее трансмиссионное устройство и управляющий интерфейс, содержащий систему управления изменением числа оборотов, предназначенную для привода только нагрузки передней секции, а также для приведения в действие обеих нагрузок, средний входной вал, устройство электромагнитного сцепления, соединенное с трансмиссионным средним валом для приведения в действие нагрузки задней секции, устройство схемы привода, установленное между устройством электромагнитного сцепления и аккумуляторной батареей и расположенное так, чтобы принимать управляющие команды от центрального управляющего устройства для управления устройством электромагнитного сцепления для обеспечения его функционирования в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи, подачи электроэнергии на любые другие подсоединенные к нему нагрузки и для обеспечения управляющего током выходного сигнала генератора для изменения скорости вращения под влиянием условий нагружения.

Однако известная энергосистема не дает возможности выходной мощности от выходного вала двигателя (или другого вращательного источника энергии) приводить в действие не только нагрузку передней секции, но также объединяться с устройством электромагнитной муфты сцепления с целью приведения в действие нагрузки задней секции. Кроме того, известная энергосистема имеет достаточно большой объем, что увеличивает занимаемую ею площадь и стоимость.

Технической задачей настоящего изобретения является создание комбинированной энергосистемы с распределенным дифференциальным сцеплением, создающей возможность выходной мощности от выходного вала двигателя (или другого вращательного источника энергии) приводить в действие не только нагрузку передней секции, но также объединяться с устройством электромагнитной муфты сцепления с целью приведения в действие нагрузки задней секции, а также обладающей незначительным объемом. Данная техническая задача решается за счет того, что в комбинированной энергосистеме дифференциального распределения мощности, предназначенной для двигателя и содержащей вращательный источник энергии бокового привода, имеющий выход, подаваемый вначале на нагрузку передней секции и затем передаваемый на входной конец устройства электромагнитного сцепления для привода нагрузки задней секции, вращательный источник энергии бокового привода, содержащий вращательный выходной вал, подсоединенный к среднему трансмиссионному устройству и интерфейсу управления, центральное управляющее устройство и управляемый клапан подачи топлива, управляемый центральным управляющим устройством, среднее трансмиссионное устройство и управляющий интерфейс, содержащий систему управления изменения числа оборотов, предназначенную для привода только нагрузки передней секции, а также для приведения в действие обеих нагрузок, средний входной вал, устройство электромагнитного сцепления, соединенное с трансмиссионным средним валом для приведения в действие нагрузки задней секции, устройство схемы привода, установленное между устройством электромагнитного сцепления и аккумуляторной батареей и расположенное так, чтобы принимать управляющие команды от центрального управляющего устройства для управления устройством электромагнитного сцепления для обеспечения его функционирования в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи, подачи электроэнергии на любые другие подсоединенные к нему нагрузки и для обеспечения управляемого током выходного сигнала генератора для изменения скорости вращения под влиянием условий нагружения, согласно изобретению выходной вал вращательного источника энергии подсоединен к среднему трансмиссионному устройству и управляющему интерфейсу через муфту сцепления, вращательный источник энергии дополнительно содержит датчик скорости, и среднее трансмиссионное устройство и управляющий интерфейс содержат средство управления изменением скорости для приведения в действие нагрузки передней секции, а также для приведения в действие обеих нагрузок.

Предпочтительно система дополнительно содержит тормоз, размещенный между дифференциально действующими выходными валами устройства электромагнитного сцепления и подсоединенной задней дифференциальной коробкой передач, посредством которой осуществляется приведение в действие нагрузки задней секции.

Кроме того, предпочтительно система дополнительно содержит муфту сцепления, расположенную между тормозом и нагрузкой задней секции.

Предпочтительно система дополнительно содержит муфту сцепления, установленную между средним входным валом и нагрузкой передней секции для обеспечения сцепления трансмиссии между средним трансмиссионным устройством и нагрузкой передней секции.

Предпочтительно также центральное управляющее устройство содержит средство, предназначенное для обеспечения выполнения системой следующих функций: управления клапаном подачи топлива для приведения в действие двигателя с числом оборотов вала от низкого до высокого; одновременного управления клапаном подачи топлива и устройством электромагнитного сцепления для приведения в действие двигателя с числом оборотов вала от низкого до высокого и одновременной зарядки аккумуляторной батареи; изменения числа оборотов вала двигателя путем обеспечения генерирования устройством электромагнитного сцепления тока, предназначенного для управления крутящим моментом выходного вала; обеспечения подачи электроэнергии на устройство электромагнитного сцепления от аккумуляторной батареи для изменения направления вращения нагрузки задней секции; подачи электроэнергии на устройство электромагнитного сцепления от аккумуляторной батареи для изменения числа оборотов или направления вращения нагрузки задней секции; обеспечения работы двигателя на заданной частоте оборотов вала, когда устройство электромагнитного сцепления функционирует в качестве электродвигателя для обеспечения дополнительной энергии, предназначенной для приведения в действие нагрузки задней секции; обеспечения работы двигателя на заданной частоте оборотов вала, когда устройство электромагнитного сцепления функционирует в качестве электродвигателя для обеспечения дополнительной отдаваемой мощности, предназначенной для приведения в действие нагрузок передней и задней секций;
обеспечения работы двигателя в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи, используя кинетическую энергию, рекуперированную от нагрузки задней секции;
обеспечения работы устройства электромагнитного сцепления в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи, используя кинетическую энергию, рекуперированную от нагрузки передней секции;
обеспечения торможения всех нагрузок посредством фрикционного демпфирования двигателя;
обеспечения приведения в действие устройства электромагнитного сцепления двигателя с тем, чтобы это устройство функционировало в качестве генератора, предназначенного для зарядки аккумуляторной батареи или обеспечения выходного переменного тока переменной или постоянной частоты для различных ситуаций; и
обеспечения работы устройства электромагнитного сцепления в качестве электродвигателя для запуска двигателя.

Кроме того, предпочтительно центральное управляющее устройство содержит средство для обеспечения приведения в действие устройства электромагнитного сцепления двигателя с тем, чтобы устройство электромагнитного сцепления функционировало в качестве генератора, предназначенного для зарядки аккумуляторной батареи, и для обеспечения выхода электромагнитного сцепления на любые подсоединенные к нему дополнительные нагрузки.

Предпочтительно центральное управляющее устройство содержит средство для обеспечения работы двигателя в качестве генератора, предназначенного для зарядки аккумуляторной батареи, используя кинетическую энергию, рекуперированную от нагрузки передней секции.

Предпочтительно система дополнительно содержит муфту сцепления между выходным средним валом задней секции и средним трансмиссионным устройством, и тем, что центральное управляющее устройство содержит средство для обеспечения работы двигателя с целью приведения в действие нагрузки передней секции и для обеспечения независимой от двигателя работы устройства электромагнитного сцепления с целью приведения в действие нагрузки задней секции, и для обеспечения работы двигателя для приведения в действие нагрузки передней секции и обеспечения также приведения в действие двигателем устройства электромагнитного сцепления для зарядки аккумуляторной батареи.

Предпочтительно также нагрузки передней и задней секций представляют собой колеса, а соотношения между нагрузками передней и задней секций установлены для работы не в соответствии с взаимосвязью передаточного числа системы колес, а для работы посредством дифференциально действующего регулирования с помощью устройства электромагнитного сцепления.

Кроме того, предпочтительно дифференциально действующее регулирование устройства электромагнитного сцепления включает в себя активное регулирование входной мощности, когда устройство электромагнитного сцепления функционирует в качестве электродвигателя, и пассивное регулирование выходной мощности, когда устройство электромагнитного сцепления функционирует в качестве генератора.

Предпочтительно нагрузкой передней секции является один из переднего и заднего комплектов колес транспортного средства, а нагрузкой задней секции является другой из переднего и заднего комплектов колес.

Далее изобретение будет пояснено более подробно со ссылкой на чертежи, на которых
фиг. 1 - схематическое изображение системы, соответствующей первому предпочтительному варианту осуществления изобретения;
фиг. 2 - схематический вид первого варианта системы, показанной на фиг. 1;
фиг. 3 - схематический вид второго варианта системы, показанной на фиг. 1;
фиг. 4 - схематический вид третьего варианта системы, показанной на фиг. 1;
фиг. 5 - схематический вид четвертого варианта системы, показанной на фиг. 1;
фиг. 6 - схематический вид пятого варианта системы, показанной на фиг. 1;
фиг. 7 - схематический вид шестого варианта системы, показанной на фиг. 1;
фиг. 8 - схематический вид седьмого варианта системы, показанной на фиг. 1.

На фиг. 1 показан предпочтительный вариант осуществления комбинированной энергосистемы с распределенным дифференциальным сцеплением, включающей в себя следующие основные элементы:
- вращательный источник энергии бокового привода, имеющий выходную мощность, которая вначале подается для управления нагрузкой передней секции, а затем подается на входной конец устройства электромагнитного сцепления типа двухконцевого вала с целью приведения в действие нагрузки задней секции;
- устройство электромагнитного сцепления, подсоединенное с помощью прямой трансмиссии к другой нагрузке, через элемент трансмиссии к другой нагрузке, или через систему дифференциальной передачи на дифференциально действующую нагрузку типа боковых задних колес транспортного средства.

Более конкретно, показанный на фиг. 1 вариант осуществления изобретения включает в себя следующие элементы:
- Вращательный силовой агрегат 1 бокового привода в форме двигателя внутреннего сгорания или другого источника энергии, в котором вращательный выходной вал 2 подсоединен к среднему трансмиссионному устройству и интерфейсу 3 управления через муфту 4 сцепления. Двигатель 1 далее включает в себя датчик 5 скорости, предназначенный для передачи сигнала вращения двигателя на центральное управляющее устройство 6, где центральное управляющее устройство 6 управляет клапаном 7 подачи топлива, с целью изменения числа оборотов вала двигателя или удержания двигателя, сохраняющего постоянное число оборотов;
- Среднее трансмиссионное устройство и интерфейс 3 управления составляет автоматическую или ручную систему управления изменением скорости, аналогично системе в обычном устройстве привода передних колес, но которую можно использовать для привода только нагрузки передней секции или для привода передней и задней нагрузок. Муфта 8 установлена между средним входным валом 9 и нагрузкой передней секции, чтобы обеспечивать трансмиссионное сцепление или разъединять трансмиссионную связь между средним трансмиссионным устройством и передними колесами, хотя муфту 8 также можно заменить смещением нейтрали или совместно установить со смещением нейтрали, когда интерфейс смещения находится в состоянии смещения нейтрали. Средний вал 9 соединяется у выходного конца муфты 4 и либо непосредственно проходит назад, либо подсоединяется через трансмиссионное устройство, вызывая разницу числа оборотов вращения между средним валом 9 и выходом, представляемую для получения постоянного отношения угловых скоростей или непосредственного отношения угловых скоростей, подробно проходящему назад валу привода задних колес в транспортном средстве с четырехколесным приводом. Между промежуточным валом 9 и неподвижным корпусом дополнительно установлен тормоз 10, управляемый центральным управляющим устройством 6;
- Нагрузку передней секции 11 с непосредственным приведением в действие, состоящую из одного или более чем одного, приводимых в действие колес с приводимым сопротивлением нагрузки;
- Устройство 12 электромагнитного сцепления в форме двухконцевой конструкции вала, которое состоит из конструкции генерирования вращательного поля и ротора, и в котором вращательное поле и ротор связаны соответственно с трансмиссионным средним валом 9 и входным валом задней дифференциальной коробки передач 13 через муфту 14 сцепления для приведения таким образом в действие дифференциальной нагрузки 15 задней секции с обеих сторон. Устройством сцепления может быть электрическая машина переменного или постоянного тока со щетками или без щеток и, в частности, электрическая машина с последовательным возбуждением или вспомогательным смешанным возбуждением, имеющая такие электрические характеристики, что ее вращательная скорость увеличивается при снижении нагрузки, или машина переменного или постоянного тока, со щетками или без щеток, способная осуществлять управление током (включая управление постоянным током) посредством оперативного управления устройства схемы синхронизации 16, чтобы помочь обеспечить дополнительный крутящий момент на приводимой в действие нагрузке;
- Необязательно муфту 17, управляемую центральным управляющим устройством 6 и установленную между конструкцией генерирования вращательного поля и ротором, как требуется для непосредственного обеспечения синхронизированной механической блокировки между полем и ротором;
- Устройство 16 схемы синхронизации, которое установлено между устройством 12 электромагнитного сцепления и аккумуляторной батареей 18, предназначенное для приема оперативных команд с центрального управляющего устройства 6, для управления устройством электромагнитного сцепления, функционирующего таким образом, чтобы работать в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или снабжения энергией других нагрузок, либо для обеспечения управляемой током выходной энергии генератора, с целью управления крутящим моментом в соединительном узле, тем самым изменяя скорость вращения в зависимости от условий нагрузки;
- Центральное управляющее устройство 6, которое следует командам оператора и осуществляет текущий контроль рабочего состояния вращательного силового агрегата бокового привода с целью вырабатывания соответствующих команд управления для устройства схемы 16 синхронизации;
- Необязательно тормоз 19, который можно при необходимости располагать между корпусом устройства 12 электромагнитного сцепления и стороной муфты 14, которая расположена между конструкцией устройства электромагнитного сцепления с двойным действием и связанной задней дифференциальной коробкой передач, с целью приведения в действие таким образом нагрузки передней секции, запуска двигателя или обеспечения вырабатывания энергии при остановке, и в это время устройство электромагнитного сцепления приводится в действие двигателем с целью функционирования в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или подачи электроэнергии на другие нагрузки. В случае выходных функций вырабатывания электроэнергии переменного тока устройство 12 электромагнитного сцепления используется в качестве электрической машины с функциями генерирования электроэнергии переменного тока и состоит из постоянного магнита или обмотки, возбуждаемой электрическим устройством типа поля переменной частоты или электрическим устройством типа имеющего щетки генератора переменного тока, причем обмотка якоря обычно установлена с проводящими кольцами, предназначенными для вывода переменного тока, и с переключателями для входа-выхода постоянного тока, в результате чего выход переменного тока может представлять собой выходной ток переменной частоты или выходной ток постоянной частоты, в зависимости от управления постоянным числом оборотов двигателя;
- И наконец, вышеупомянутая нагрузка с непосредственным приводом и распределенная дифференциальная нагрузка могут состоять из одного или более чем одного вращательного источника энергии, либо одной или более чем одной нагрузки с непосредственным приведением в действие либо одного или более чем одного устройства электромагнитного сцепления двойного действия и их групп приводимых в действие нагрузок в последовательных комбинациях, для образования удлиненной смешанной комбинированной конструкции.

Функции показанного на фиг. 1 предпочтительного варианта осуществления изобретения приведены в таблице 1 следующим образом:
- F1-A, F1-B, F1-C, F1-D - различные операции системы, когда двигатель приводит в действие нагрузку на низкой выходной вращательной скорости;
- F2 и F3 - операции системы, когда устройство электромагнитного сцепления снабжается энергией от аккумуляторной батареи для привода нагрузки в качестве электродвигателя;
- F4-A и F4-B - действия системы, когда устройство электромагнитного сцепления снабжается энергией от аккумуляторной батареи с целью использования его в качестве электродвигателя, приводит в действие нагрузку совместно с двигателем, получая благодаря этому большую выходную мощность вследствие дополнения выходной мощности;
- F5, F6 и F7 - действия системы, когда устройство электромагнитного сцепления работает как генератор, приводимый в действие с помощью механической энергии обратной связи нагрузки с целью зарядки аккумуляторной батареи или с целью работы в качестве тормоза путем использования фрикционного демпфирования самого двигателя;
- F8 - действие системы, когда устройство электромагнитного сцепления приводится в действие двигателем с целью функционирования в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи. Эта функция может далее включать в себя управление синхронизацией зарядки для автоматической остановки в заранее установленный момент времени и функции вырабатывания переменного тока, как определено выше;
- F9 является функцией, при которой устройство электромагнитного сцепления приводится в действие в качестве электродвигателя и снабжается энергией от аккумуляторной батареи для запуска двигателя;
- F10 является функцией, при которой все муфты и тормоза системы находятся в состоянии "выключено" с целью обеспечения операции проскальзывания с низкими потерями.

Вышеупомянутые перечисленные в таблице 1 операционные функции системы ниже более подробно описаны следующим образом:
F1-A: Для достижения этой функции клапаном подачи топлива двигателя управляют с целью приведения в действие на числе оборотов вала от низкого до высокого следующим образом:
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода и управляется посредством клапана подачи топлива двигателя с целью приведения в действие нагрузки задней секции, и в это время муфты 17, 4 и 14 сцепления находятся в состоянии "включено", тогда как муфта 8 находится в состоянии "выключено", а тормоза 10 и 19 - в состоянии "выключено";
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода и управляется посредством клапана подачи топлива двигателя с целью приведения в действие нагрузок передней и задней секций, и в это время все муфты 17, 4, 8 и 14 сцепления находятся в состоянии "включено", и тормоза 10 и 19 - в состоянии "выключено";
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода и управляется посредством клапана подачи топлива двигателя с целью приведения в действие нагрузки передней секции, и в это время муфты 4 и 8 сцепления находятся в состоянии "включено", тогда как муфты 17 и 14 находятся в состоянии "выключено", а тормоза 10 и 19 - состоянии "выключено", и электромагнитное сцепление - в ненагруженном состоянии.

F1-B: Для достижения этой функции клапаном подачи топлива двигателя и устройством 12 электромагнитного сцепления управляют одновременно для приведения в действие двигателя на угловых скоростях вала от низкой до высокой и для одновременной зарядки аккумуляторной батареи следующим образом:
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода и управляется посредством клапана подачи топлива двигателя с целью замены двигателя и приведения в действие устройства электромагнитного сцепления в качестве генератора, предназначенного для зарядки аккумуляторной батареи и приведения в действие нагрузки задней секции, и в это время муфты 17 и 8 сцепления находятся в состоянии "выключено", тогда как муфты 4 и 14 - в состоянии "включено", и тормоза 10 и 19 - в состоянии "выключено ";
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода и управляется посредством клапана подачи топлива двигателя для изменения числа оборотов вала двигателя и приведения в действие устройства электромагнитного сцепления в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи и привода нагрузок передней и задней секции вместе с двигателем, и в это время муфты 4, 8 и 14 сцепления находятся в состоянии "включено", тогда как муфта 17 - в состоянии "выключено", а тормоза 10 и 19 - в состоянии "выключено";
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода и управляется посредством клапана подачи топлива двигателя с целью изменения числа оборотов вала двигателя и привода нагрузки передней секции, а также для приведения в действие устройства электромагнитного сцепления в качестве генератора для одновременной зарядки аккумуляторной батареи, и в это время муфты 17 и 14 сцепления находятся в состоянии "выключено", тогда как муфты 4 и 8 находятся в состоянии "включено", тормоз 10 - в состоянии "выключено", а тормоз 19 - в состоянии "включено".

F1-C: Для достижения этой функции производят управление числом оборотов вала двигателя и управляют его работой на постоянном числе оборотов, и зарядным током аккумуляторной батареи от 12 управляют так, чтобы изменять выходную энергию, подаваемую на нагрузку, следующим образом:
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода, и двигателем управляют посредством клапана подачи топлива двигателя и сигнала обратной связи угловой скорости с целью функционирования на постоянной скорости, а также приведения в действие устройства электромагнитного сцепления в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи и регулирования крутящего момента сцепления для привода нагрузки задней секции, и в это время муфты 17 и 8 сцепления находятся в состоянии "выключено", тогда как муфты 4 и 14 - в состоянии "включено", а тормоза 10 и 19 - в состоянии "выключено";
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода, и числом оборотов двигателе управляют клапаном подачи топлива двигателя и сигналом обратной связи угловой скорости, с целью привода нагрузки передней секции, а также для приведения в действие устройства электромагнитного сцепления в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи и регулирования крутящего момента сцепления, с целью привода нагрузки задней секции, и в это время муфта 17 сцепления находится в состоянии "выключено", тогда как муфты 4, 8 и 14 сцепления - в состоянии "включено", а тормоза 10 и 19 - в состоянии "выключено".

F1-Д: Для достижения этой функции устройство электромагнитного сцепления 12 вырабатывает ток короткого замыкания для управления крутящего момента выходного вала и, таким образом, изменения числа оборотов вала двигателя следующим образом:
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода, а клапан подачи топлива двигателя и сигнал обратной связи числа оборотов используются для приведения в действие двигателя с переменным числом оборотов вала или постоянным числом оборотов и одновременно для приведения в действие устройства 12 электромагнитного сцепления в качестве генератора и регулятора, на основании вырабатываемого тока короткого замыкания, связанного крутящего момента, с целью изменения тем самым распределения энергии между нагрузками передней и задней секции, и в это время муфты 17 и 8 сцепления находятся в состоянии "выключено", тогда как муфты 4 и 14 находятся в состоянии "включено", а тормоза 10 и 19 - в состоянии "выключено";
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода, а клапан подачи топлива двигателя и сигнал обратной связи числа оборотов вала используют для управления числом оборотов вала двигателя и одновременно для приведения в действие устройства 12 электромагнитного сцепления в качестве генератора и регулятора на основании вырабатываемого тока короткого замыкания, с целью изменения связанного крутящего момента, изменяя тем самым распределение энергии между нагрузками передней и задней секций, и в это время муфта 17 сцепления находится в состоянии "выключено", тогда как муфты 4, 8 и 14 находятся в состоянии "включено"; а тормоза 10 и 19 0 в состоянии "выключено".

F2: Для достижения этой функции электроэнергия на устройство 12 электромагнитного сцепления поступает от аккумуляторной батареи с целью изменения угловой скорости или направления вращения нагрузки задней секции следующим образом:
- Устройство 12 электромагнитного сцепления снабжается энергией от аккумуляторной батареи с целью привода нагрузки задней секции путем приведения в действие устройства 12 электромагнитного сцепления в качестве электродвигателя, тогда как тормоз 10 находится в состоянии "включено", а тормоз 19 находится в состоянии "выключено", муфты 17, 4 сцепления и муфта 8, предназначенная для управления нагрузкой передней секции, находятся в состоянии "выключено", а муфта 14 - в состоянии "включено".

F3: Для достижения этой функции устройство 12 электромагнитного сцепления снабжается энергией посредством аккумуляторной батареи с целью изменения числа оборотов вала или направления вращения нагрузки передней секции следующим образом:
- Устройство 12 электромагнитного сцепления снабжается энергией от аккумуляторной батареи с целью привода нагрузки передней секции, и в это время устройство электромагнитного сцепления работает в качестве электродвигателя, тогда как тормоз 19 находится в состоянии "включено", тормоз 10 находится в состоянии "выключено", муфты 17, 4 и 14 сцепления находятся в состоянии "выключено", а муфта 8 - в состоянии "включено".

F4-A: Для достижения этой функции двигатель работает на заранее установленном числе оборотов, в то время как устройство 12 электромагнитного сцепления работает в качестве электродвигателя с целью обеспечения дополнительной энергии на выходе для привода нагрузки задней секции следующим образом:
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода и работает на переменном или постоянном числе оборотов вала, тогда как устройство 12 электромагнитного сцепления снабжается электроэнергией от аккумуляторной батареи, с целью обеспечения дополнительной выходной энергии, предназначенной для одновременного привода нагрузки задней секции. В это время муфты 17 и 8 сцепления находятся в состоянии "выключено", тогда как муфты 4 и 14 находятся в состоянии "включено", а тормоза 10 и 19 - в состоянии "выключено".

F4-B: Для достижения этой функции двигатель работает на заранее установленном числе оборотов, тогда как устройство 12 электромагнитного сцепления функционирует как электродвигатель, для обеспечения дополнительной выходной энергии, с целью привода нагрузок передней и задней секции, следующим образом:
- Двигатель внутреннего сгорания служит в качестве вращательного источника энергии бокового привода, и двигатель работает с переменным или постоянным числом оборотов, в то время как устройство 12 электромагнитного сцепления снабжается энергией от аккумуляторной батареи, с целью обеспечения дополнительной выходной энергии, для одновременного привода нагрузок передней и задней секций. В это время муфта 17 сцепления находится в состоянии "выключено", тогда как муфты 4, 8 и 14 находятся в состоянии "включено", а тормоза 10 и 19 - в состоянии "выключено".

F5: Для достижения этой функции устройство 12 электромагнитного сцепления работает в качестве генератора с целью зарядки аккумуляторной батареи, используя восстановленную кинетическую энергию задней секции, следующим образом:
- Число оборотов вала двигателя снижают или закрывают клапан подачи топлива, а устройство 12 электромагнитного сцепления приводят в качестве генератора с целью преобразования вращательной механической энергии нагрузки задней секции в электрическую энергию для зарядки аккумуляторной батареи или потребления электрической энергии другими нагрузками, получая таким образом фрикционное демпфирование, и вместе с фрикционным демпфированием поршня двигателя обеспечивают тормозное фрикционное демпфирование, во время которого тормоза 10 и 19 находятся в состоянии "выключено", муфты 17 и 8 сцепления находятся в состоянии "выключено", муфты 4 и 14 - в состоянии "включено", а двигатель может быть остановлен или может медленно работать;
- Устройство 12 электромагнитного сцепления приводится в действие в качестве генератора с целью преобразования вращательной механической энергии нагрузки задней секции в электрическую энергию, для зарядки аккумуляторной батареи или для потребления электрической энергии другими нагрузками, получая тем самым фрикционное демпфирование, во время которого тормоз 10 находится в состоянии "выключено", тогда как тормоз 19 находится в состоянии "выключено", муфты 17, 4 и 8 находятся в состоянии "выключено", а двигатель может быть остановлен или работать на более низком числе оборотов, чем число оборотов скольжения, и когда муфта 14 находится в состоянии "включено", двигатель может находиться в рабочем или остановленном состоянии.

R6: Для достижения этой функции устройство 12 электромагнитного сцепления функционирует в качестве генератора с целью зарядки аккумуляторной батареи, используя регенерированную кинетическую энергию передней секции, следующим образом:
- Число оборотов двигателя снижается или закрывается клапаном подачи топлива, а устройство 12 электромагнитного сцепления функционирует в качестве генератора с целью преобразования вращательной механической энергии нагрузки передней секции в электрическую энергию для зарядки аккумуляторной батареи или для подачи электрической энергии на другие нагрузки, получая таким образом фрикционное демпфирование, а вместе с фрикционным демпфированием поршней двигателя обеспечивая фрикционное демпфирование торможения, во время которого тормоз 12 находится в состоянии "выключено", тормоз 4 находится в состоянии "включено", муфты 17 и 14 находятся в состоянии "выключено", муфты 4 и 8 - в состоянии "включено", а двигатель может быть остановлен или медленно работать;
- Устройство электромагнитного сцепления 12 функционирует в качестве генератора с целью преобразования вращательной механической энергии нагрузки передней секции в электрическую энергию для зарядки аккумуляторной батареи или для потребления электрической энергии другими нагрузками, получая благодаря этому фрикционное демпфирование, в течение которого тормоз 19 находится в состоянии "включено", тормоз 10 находится в состоянии "выключено", муфты 17, 4 и 14 находятся в состоянии "выключено", муфта 8 - в состоянии "включено", а двигатель может быть остановлен или работать на более низком числе оборотов, чем скорость скольжения, и когда муфта 4 находится в состоянии "выключено", двигатель может находиться в рабочем состоянии или остановлен.

F2: Для достижения этой функции все нагрузки заторможены с помощью фрикционного демпфирования двигателя следующим образом:
- Число оборотов двигателя снижается, или закрывается клапан подачи топлива, а генератор функционирует для преобразования вращательной механической энергии нагрузок передней и задней секций во фрикционное демпфирование и вместе с фрикционным демпфированием поршней двигателя обеспечивает фрикционное демпфирование торможения, во время которого тормоза 10 и 19 находятся в состоянии "выключено", муфта 17 находится в состоянии "выключено", муфты 4, 8 и 14 находятся в состоянии "включено", а двигатель может быть остановлен или медленно работать.

F8: Для достижения этой функции система заряжается сама следующим образом:
- Устройство 12 электромагнитного сцепления приводится в действие с помощью вращательного источника энергии бокового привода с целью фрикционирования в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи или обеспечения энергии другим нагрузкам. В это время при запуске двигателя тормоз 10 находится в состоянии "выключено", тормоз 19 находится в состоянии "включено", муфты 17, 8 и 14 сцепления находятся в состоянии "выключено", муфта 4 - в состоянии "включено"; и далее можно использовать время для установления времени зарядки двигателя или управления зарядной емкостью для автоматической остановки. Функции генерирования энергии переменного тока можно включать, как описывалось выше в связи с описанием конструкции генератора.

F9: Для достижения этой функции устройство 12 электромагнитного сцепления работает в качестве электродвигателя с целью запуска двигателя следующим образом:
- Устройство 12 электромагнитного сцепления используется для запуска двигателя бокового привода, и в это время тормоз 10 находится в состоянии "выключено", управляющий интерфейс передней секции 3 и сдвоенные муфты сцепления передней секции 17, 8 и 14 находятся в состоянии "выключено", а муфта 4 - в состоянии "включено".

F10: Нейтральное скольжение: Это является функцией скольжения системы, когда на выходе нет энергии и активирован тормоз, и в это время двигатель может быть в рабочем состоянии или остановлен, тормоза 10 и 19 находятся в состоянии "выключено", и муфты 17, 4 и 8 сцепления находятся в состоянии "выключено".

F11: Для достижения этой функции двигатель используется для привода нагрузки передней секции, а устройство 12 электромагнитного сцепления снабжается энергией от аккумуляторной батареи, с целью привода нагрузки задней секции, и оба устройства функционируют независимо с целью привода соответственных нагрузок, и в это время тормоз 10 находится в состоянии "включено", тормоз 19 находится в состоянии "выключено", муфты сцепления 17, 20 находятся в состоянии "выключено", муфты 4, 8 и 14 находятся в состоянии "включено".

F12: Для достижения этой функции двигатель используют для привода нагрузки передней секции, а устройство 12 электромагнитного сцепления функционирует в качестве генератора с целью зарядки аккумуляторной батареи, а в это время тормоз 10 находится в состоянии "включено", тормоз 19 - в состоянии "выключено", муфты 17, 20 сцепления находятся в состоянии "выключено", а муфты 4, 8 - в состоянии "включено".

Предпочтительный вариант осуществления комбинированной энергосистемы распределенного дифференциального сцепления, показанный на фиг. 1, может иметь следующие разновидности при практических применениях:
На фиг. 2 изображено первое применение показанной на фиг. 1 системы. В этом применении муфта 14 сцепления и тормоз 19 исключены, а функции системы описаны в таблице 2.

На фиг. 3 изображено второе применение показанной на фиг. 1 системы. В этом применении исключены муфта 14 и тормоз 19, а функции системы описаны в таблице 3.

На фиг. 4 изображено третье применение показанной на фиг. 1 системы. Чертеж раскрывает применение, в котором исключены тормоз 19 и муфты 17 и 14, а функции системы описаны в таблице 4.

Фиг. 5 изображает четвертое применение показанной на фиг. 1 системы. Здесь раскрыто применение, в котором установлена дополнительная муфта 20 сцепления между выходным средним валом задней секции и устройством средней трансмиссии, в то время как муфта 8 сцепления зарезервирована для управления нагрузкой передней секции или заменена переключением передачи устройств средней трансмиссии, а функции системы описаны в таблице 5.

На фиг. 6 изображено пятое применение показанной на фиг. 1 системы. В этом применении муфта 20 сцепления установлена между выходным средним валом задней секции и средним трансмиссионным устройством, муфта 14 исключена, а функции системы приведены в таблице 6.

На фиг. 7 изображено шестое применение показанной на фиг. 1 системы. В этом применении муфта 20 сцепления установлена между выходным средним валом задней секции и средним трансмиссионным устройством, муфта 14 и тормоз 19 исключены, а функции системы описаны в таблице 7.

На фиг. 8 изображено седьмое применение показанной на фиг. 1 системы. Здесь раскрыто применение, которое включает в себя дополнительную муфту 20 сцепления и исключает муфты 17, 14 и тормоз 19, а функции системы описаны в таблице 8. Вышеописанные примеры применения представлены только в качестве ссылки, и следует понимать, что можно получить другие практические применения путем размещения нагрузок передней и задней секций и распределенной конструкции сцепления в соответствии с требуемыми характеристиками, не выходя при этом за рамки изобретения, с помощью отбора надлежащих рабочих и управляющих элементов.

В том случае, когда показанные в примерах на фиг. 1-8 системы применяют для транспортных средств, соотношения углового смещения между нагрузками передней и задней секций и источником энергии привода, получающиеся в результате передаточного числа коробки передач и разниц наружных диаметров колес, могут быть следующими: угловая скорость смещения двух нагрузок и вращательный источник энергии бокового привода приводятся в действие в соответствии с соотношением передаточного числа системы колес, или соотношение углового смещения между двумя нагрузками и их действиями с вращательным источником энергии бокового привода не соответствуют передаточному числу системы колес (типа пробуксовки по дорожному покрытию). В частности, соотношения между угловым смещением нагрузки задней секции и источником энергии бокового привода или между нагрузками передней и задней секций могут быть специально установлены для работы не в соответствии с соотношением передаточного числа системы колес, а для работы посредством регулирования дифференциального действия с помощью устройства электромагнитного сцепления:
- Регулирование дифференциального действия устройства 12 электромагнитного сцепления включает в себя активное регулирование на основании входной энергии при функционировании в качестве электродвигателя или пассивное регулирование выходной энергии, при функционировании в качестве генератора;
- При применениях в качестве привода транспортного средства вышеупомянутых нагрузки передней секции и нагрузки задней секции, нагрузкой передней секции может быть переднее колесо или заднее колесо, а нагрузкой задней секции может быть соответственная конструкция переднего колеса или заднего колеса с вышеупомянутым определением;
- Комбинированная энергосистема с распределенным дифференциальным сцеплением имеет возможность выполнять многочисленные оперативные функции и при практических применениях может быть сконструирована так, чтобы обеспечивать все или часть этих функций.

Подводя итоги вышеприведенному описанию, можно отметить, что соответствующую изобретению комбинированную энергосистему с распределенным дифференциальным сцеплением можно применять для транспортных средств, судов или других механизмов, требующих комбинированную энергию привода. Приведенные здесь примеры касаются различных применений соответствующей изобретению основной комбинированной энергосистемы с распределенным дифференциальным сцеплением, и в практических применениях любые периферийные элементы, предназначенные для выполнения выходных функций, можно выбирать в соответствии с необходимостью, обеспечивая весьма гибкую систему.

Формула изобретения

1. Комбинированная энергосистема дифференциального распределения мощности, предназначенная для двигателя и содержащая вращательный источник энергии бокового привода, имеющего выход, подаваемый вначале на нагрузку передней секции и затем передаваемый на входной конец устройства электромагнитного сцепления для привода нагрузки задней секции, вращательный источник энергии бокового привода, содержащий вращательный выходной вал, подсоединенный к среднему трансмиссионному устройству и интерфейсу управления, центральное управляющее устройство и управляемый клапан подачи топлива, управляемый центральным управляющим устройством, среднее трансмиссионное устройство и управляющий интерфейс, содержащий систему управления изменением числа оборотов, предназначенную для привода только нагрузки передней секции, а также для приведения в действие обеих нагрузок, средний входной вал, устройство электромагнитного сцепления, соединенное с трансмиссионным средним валом для приведения в действие нагрузки задней секции, устройство схемы привода, установленное между устройством электромагнитного сцепления и аккумуляторной батареей и расположенное так, чтобы принимать управляющие команды от центрального управляющего устройства для управления устройством электромагнитного сцепления для обеспечения его функционирования в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи: подачи электроэнергии на любые другие подсоединенные к нему нагрузки и для обеспечения управляемого током выходного сигнала генератора для изменения скорости вращения под влиянием условий нагружения, отличающаяся тем, что выходной вал вращательного источника энергии подсоединен к среднему трансмиссионному устройству и управляющему интерфейсу через муфту сцепления, вращательный источник энергии дополнительно содержит датчик скорости, и среднее трансмиссионное устройство и управляющий интерфейс содержит средство управления изменением скорости для приведения в действие нагрузки передней секции, а также для приведения в действие обеих нагрузок.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит тормоз, размещенный между дифференциально действующими выходными валами устройства электромагнитного сцепления и подсоединенной задней дифференциальной коробкой передач, посредством которой осуществляется приведение в действие нагрузки задней стенки.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит муфту сцепления, расположенную между тормозом и нагрузкой задней секции.

4. Система по пп. 1 - 3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит муфту сцепления, установленную между средним входным валом и нагрузкой передней секции для обеспечения сцепления трансмиссии между средним трансмиссионным устройством и нагрузкой передней секции.

5. Система по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что центральное управляющее устройство содержит средство, предназначенное для обеспечения выполнения системой следующих функций: управление клапаном подачи топлива для приведения в действие двигателя с числом оборотов вала от низкого до высокого; одновременного управления клапаном подачи топлива и устройством электромагнитного сцепления для приведения в действие двигателя с числом оборотов вала от низкого до высокого и одновременной зарядки аккумуляторной батареи; изменение числа оборотов вала двигателя путем обеспечения генерирования устройством электромагнитного сцепления тока, предназначенного для управления крутящим моментом выходного вала; обеспечения подачи электроэнергии на устройство электромагнитного сцепления от аккумуляторной батареи для изменения направления вращения нагрузки задней секции; подачи электроэнергии на устройство электромагнитного сцепления от аккумуляторной батареи для изменения числа оборотов или направления вращения нагрузки задней секции; обеспечения работы двигателя на заданной частоте оборотов вала, когда устройство электромагнитного сцепления функционирует в качестве электродвигателя для обеспечения дополнительной энергии, предназначенной для приведения в действие нагрузки задней секции; обеспечения работы двигателя на заданной частоте оборотов вала, когда устройство электромагнитного сцепления функционирует в качестве электродвигателя для обеспечения дополнительной отдаваемой мощности, предназначенной для приведения в действие нагрузок передней и задней секций; обеспечения работы двигателя в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи, используя кинетическую энергию, рекуперированную от нагрузки задней секции; обеспечения работы устройства электромагнитного сцепления в качестве генератора для зарядки аккумуляторной батареи, используя кинетическую энергию, рекуперированную от нагрузки передней секции; обеспечения торможения всех нагрузок посредством фрикционного демпфирования двигателя; обеспечения приведения в действие устройства электромагнитного сцепления двигателем с тем, чтобы это устройство функционировало в качестве генератора, предназначенного для зарядки аккумуляторной батареи или обеспечения выходного переменного тока переменной или постоянной частоты для различных ситуаций и обеспечения работы устройства электромагнитного сцепления в качестве электродвигателя для запуска двигателя.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что центральное управляющее устройство содержит средство для обеспечения приведения в действие устройства электромагнитного сцепления двигателем с тем, чтобы устройство электромагнитного сцепления функционировало в качестве генератора, предназначенного для зарядки аккумуляторной батареи, и для обеспечения выхода электромагнитного сцепления на любые подсоединенные к нему дополнительные нагрузки.

7. Система по п.5 или 6, отличающаяся тем, что центральное управляющее устройство содержит средство для обеспечения работы двигателя в качестве генератора, предназначенного для зарядки аккумуляторной батареи, используя кинетическую энергию, рекуперированную от нагрузки передней секции.

8. Система по любому из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что дополнительно содержит муфту сцепления между выходным средним валом задней секции и средним трансмиссионным устройством, и тем, что центральное управляющее устройство содержит средство для обеспечения работы двигателя с целью приведения в действие нагрузки передней секции и для обеспечения независимой от двигателя работы устройства электромагнитного сцепления с целью приведения в действие нагрузки задней секции, и для обеспечения работы двигателя для приведения в действие нагрузки передней секции и обеспечения также приведения в действие двигателем устройства электромагнитного сцепления для зарядки аккумуляторной батареи.

9. Система по любому из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что нагрузки передней и задней секций представляют собой колеса, а соотношения между нагрузками передней и задней секций установлены для работы не в соответствии с взаимосвязью передаточного числа системы колес, а для работы посредством дифференциально действующего регулирования с помощью устройства электромагнитного сцепления.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что дифференциально действующее регулирование устройства электромагнитного сцепления включает в себя активное регулирование входной мощности, когда устройство электромагнитного сцепления функционирует в качестве электродвигателя, и пассивное регулирование выходной мощности, когда устройство электромагнитного сцепления функционирует в качестве генератора.

11. Система по любому из пп.1 - 10, отличающаяся тем, что нагрузкой передней секции является один из переднего и заднего комплектов колес транспортного средства, а нагрузкой задней секции является другой из переднего и заднего комплектов колес.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20