[发明专利]机动车动力装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机动车使用的动力传递、转换、存储和使用的装置，特别是一种能实 现无级变速与多种动力混合与循环驱动、机液电一体化的机动车动力装置。

背景技术

据不完全统计，全球拥有8亿多辆各种机动车，每年消耗石油10多亿吨，且逐年增加， 所排放的温室气体CO2和各种有毒物质，造成了日益严重的环境污染和破坏。同时，全球 石油资源也仅供人类几十年之用。因此，由于汽车引发的污染和能源短缺，汽车节能引起 了全世界的高度重视和关注。

根据美国能源部的统计数据，汽车油箱中汽油的能量只有15％用来驱动汽车前进或者 驱动空调等有用的附件。其余能量都被浪费了。汽车的负荷与能耗，一是克服车轮与地面 的滚动摩擦力，它与汽车总重和滚动摩擦系数成正比，且所需功率随汽车速度增加而略增。 二是克服汽车运动的风阻力，它与速度的平方成正比，所需功率是速度的立方。三是汽车 启动加速和爬坡，提高其动能或者势能所需要的动力，这部分动能和势能在制动刹车中转 换为摩擦热。在城市路况下，汽车低速低载和驻车怠速能耗17.2％，发电机和空调压缩机 等占2.2％，汽车动力传动损失5.6％，刹车制动5.8％，滚动摩擦和空气阻力损失为6.8％。 汽油的热能只有12.6％消耗在汽车行使中，如果能把汽车低速低载和驻车怠速能耗以及 刹车制动能耗共计23％的值减少一半，就能节油50％。从而，通过先进技术实现节能的潜 力是十分巨大的。

汽车的动力主要是内燃机，特别是汽油机，其动力特征是，转速在每分钟600-6000 转，扭矩相对于转速呈微凸型恒扭矩特点，随节气门开度成近似线性正比增加。从内燃机 的万有特性来看，发动机只有在一定的转速范围和负荷下，才能有较高的效率，而在低速 低载时，效率大幅度降低。其中，汽油机和柴油机的特性还略有不同。柴油机高效区相对 宽广一些。在额定工况下，发动机本身的平均有效效率只有37.6％(218g/kwh)。在城市交 通路况下，发动机绝大部分时间工作在低负荷状态，在发动机额定负荷的10-30％左右， 发动机的平均效率仅为16-18％(480g/kwh)。

汽车节能与减少排放的方法主要包括提高发动机本身的热效率，如高压缩比柴油发动 机技术；减少阻力功耗，如降低车重，减少风阻和滚动阻力；新动力新能源，如电动技术， 氢燃料电池技术，甲醇燃料；通过改变传动方式提高整车能源利用效率，如高效变速器， 无级变速，混合动力，刹车动能回收等；而对于已经在用的数亿辆汽车，至今没有很好的 节能解决方案。

本发明主要采用通过改变传动方式提高整车能源利用效率以及电动技术来实现汽车 节能和减少排放之目的。

在汽车动力系统中，变速器起着仅次于发动机的作用。汽车变速器按照操作与变速方 式通常分为有级手动/自动变速器和无级变速器。手动档有级变速器自身效率很高，但难 以和内燃机实现优化配合，汽车总体效率不高，频繁变档劳动强度大。采用自动机械换档 技术(AMT)代替人工操作，对系统的智能化控制要求高。自动换档有级变速器(AT)，由 液力变矩器与行星轮系组成，提高了发动机的效率，但自身效率较低，而且控制系统复杂， 制造难度大。无级变速器一直是人们追求的理想。有以摩擦力实现无级变速传动的，如链 条式和钢带式无级变速传动装置，效率有较大提高，受材料性能以及钢带最小弯曲半径的 限制，其变速变矩范围有限，仍然需要和液力变矩器或者启动离合器配合使用。有采用液 压变量泵-马达组成全液压无级变速系统，但单个泵或者马达的效率即使达到90％，系统 总的效率仍在80％以下。作为一种改进，采用液压无级变速和机械传动相结合的分流传动 方案，如美国专利6145409Hybrid Gearbox，日本小松机械以及中国一些高校研究的“机 液分流多段无级变速传动”，取得良好节能效果。但由于重量体积大，只适用于用于客车、 校车、拖拉机以及特殊用途的工程车。

对于目前广泛使用的以内燃机为动力的机动车而言，无论使用何种变速器，都无法解 决在汽车低速匀速运行等低负荷工况下发动机的低效率、汽车刹车时的动能回收以及系统 动力性与经济性相矛盾的三大难题，由此就产生了机电混合动力和机液混合动力模式。