[发明专利]前端电动发电机系统及混合动力电动车辆操作方法

说明书

提供一种用于混合动力电动内燃机应用的系统和方法，其中电动发电机，窄的可切换联接器和其间的扭矩传递单元在诸如商用车辆，越野车和固定发动机装置的应用中的发动机前部布置并定位在受约束环境中。电动发电机优选地定位成横向偏离可切换联接器，该可切换联接器与发动机曲轴的前端同轴布置。可切换联接器是一个集成单元，其中曲轴振动阻尼器，发动机附件传动带轮和可脱离离合器重叠，使得离合器–带轮‑阻尼器单元的轴向深度与传统的带传动带轮和发动机阻尼器几乎相同。前端电动发电机系统包括电能存储器，其在接合联接器时接收由电动发电机产生的电能。当联接器脱离时，电动发电机可以驱动离合器–带轮‑阻尼器的带轮部分，以独立于发动机曲轴，使用从能量存储器返回的能量来驱动发动机附件。

本申请要求2016年12月14日提交的美国申请No.15/378,853的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及混合动力电动车辆，尤其涉及用于将混合动力发电和存储系统与内燃机选择性地联接的系统。本发明还涉及操作该系统的方法。

背景技术

具有与电动发电机和电能存储系统相结合的内燃机的混合动力电动车辆已成为汽车领域，尤其是乘用车领域中相当大的关注焦点。混合动力电动汽车系统的发展最近才开始引起商业和越野车辆(例如，车辆类2-8中的卡车和公共汽车)，土方设备和铁路应用以及固定式内燃机-动力装置中的极大兴趣。

混合动力电动技术提供许多优点，包括燃料效率的提高，减少内燃机排放和车辆噪声以有助于满足政府法规要求，改进的车辆性能和较低的车队运营成本。这些优点在很大程度上得益于混合动力电动系统重新捕获能量并且当需要时在另一时间返回捕获的能量(例如，为车辆部件提供动力而不是使用内燃机作为动力源或辅助车辆推进)的能力，否则这些能量将被浪费(例如来自制动的机械能，否则将作为热能消散到环境中)。

通常，混合动力电动车辆电动发电机独立于内燃机布置(例如，使用单独的电动机来驱动前轮并从前轮回收能量，同时发动机向后轮提供推进动力)，或者已联接到发动机，例如结合到发动机的“后部”(即，发动机的飞轮所在的端部)或发动机和到车轮的传动系之间。这种“在发动机后面”的位置允许电动发电机设备将扭矩直接传递到车辆的传动系和车轮，并且例如在再生制动事件期间由传动系直接驱动。后者的例子包括飞轮式电动发电机和单独的电动机，在飞轮式电动机-电动机中，传统发动机的飞轮被改进以用作电动发电机转子并且同心安装的定子位于飞轮周围，单独的电动机布置在发动机和驱动轮之间，例如通用汽车公司(General Motors)在2009款GMC Silverado轻型皮卡中提供的所谓“双模式混合动力”变速器，其中变速器容纳两个用于车辆推进和电能发电的电动机。

将电动发电机添加到内燃机的另一种形式是使用所谓的启动器-发电机。该方法将电动机直接联接到发动机，以用作发电机(传统上由传统的皮带传动的交流发电机执行的功能)和发动机启动器，从而减少双联(duplicate)交流发电机和启动器电动机的重量和成本。这种启动器-发电机装置在所谓的发动机停止-启动系统中特别有用，该系统在车辆停止期间关闭发动机以节省燃料并减少空转排放。启动器-发电机位于发动机后面(例如，适当设计的飞轮电动发电机也可用作启动器)，以及安装在发动机前端，在发动机前端，启动器-发电机可以驱动直接联接到发动机曲轴的带。后一种系统的例子是通用汽车公司(General Motors)提供的“带式交流发电机启动器”系统，作为2007款Saturn Vue运动型多功能车的选装配置。这些系统很难适应大型发动机，例如商用车柴油发动机，因为电动机必须更大以应对这些重型发动机的更高扭矩需求，例如启动和操作各种部件(例如，发动机冷却风扇可以要求高达50千瓦的功率，需要大量的扭矩来驱动风扇带的负载)。此外，这种扩大的系统中的皮带传动需要具有传递大水平扭矩的能力，这可能是不可能的，或者至少是实际的，因为足以处理扭矩需求的更厚和更宽的传动带和滑轮可能比它们的汽车配对产品更大更重，因此它们的重量，尺寸和/或成本都很高。