汽油引擎和電動馬達混合動力裝置的製作方法
2023-04-24 00:42:41 3
專利名稱：汽油引擎和電動馬達混合動力裝置的製作方法
技術領域：
本新型涉及一種混合動力裝置，特別是涉及一種可整合汽油引擎和電動馬達，以提高能源使用效率的汽油引擎和電動馬達混合動力裝置。
參閱
圖1，是一種以往串聯式混合動力裝置的配置圖，其主要是在車輛上組裝一汽油引擎11，該汽油引擎11運轉產生的動力可帶動一發電機12產生電力，前述電力經一整流器13整流後蓄存在一電瓶14內。當車輛要移動時，電瓶14蓄存的電力可經由一轉換器15轉換成一馬達16需要的電流，馬達16再驅動一減速齒輪組17運轉，最終傳動車輛的一減速齒輪輸出軸18轉動，而發電機12、汽油引擎11和轉換器15同時接受一控制器19控制。
這種以往串聯式混合動力裝置，由於汽油引擎11運轉產生的動力需由發電機12轉換成電能後，再經整流器13的整流蓄存在電瓶14，因此在動力產生轉換成電能儲存的過程中，發電效率和充電效率都會造成能量的損失，整體能源的利用效率不理想。
為了改善前述缺失，市面上另有一種並聯式混合動力裝置，其配置大致如圖2所示，包含一汽油引擎21和一發電機22，該等汽油引擎21及發電機22同時和一動力分配機構23連結，上述動力分配機構23和一減速齒輪組24接連，以將動力傳遞到車輛的一減速齒輪輸出軸25上。前述發電機22再借一轉換器26和一電瓶27連結，在轉換器26和減速齒輪組24間連接一馬達28。
配合圖3，是前述串聯式混合動力裝置的動力分配機構的示意圖，該動力分配機構23是一行星齒輪組，具有一位在中央的太陽齒輪231、數個對稱分布在太陽齒輪231周緣並受汽油引擎21的一引曲軸傳動的小齒輪232，以及一環繞在在小齒輪232周緣的一大齒輪233，借行星齒輪組的配合，可將汽油引擎21輸出的動力直接經減速齒輪組24傳動減速齒輪輸出軸25轉動，同時也可以帶動發電機22產生電能儲存在電瓶27內。這種並聯式的混合動力裝置2可在車輛低速移動時，選擇以馬達28驅動減速齒輪組24和減速齒輪輸出軸25轉動，由於汽油引擎21在低速低負載時的運轉效率非常不好，因此在低速時採純電力驅動可有效改善整體能源的應用效率。
當車輛在中速運轉時選擇直接由汽油引擎21提供動能，因為汽油引擎21在中速運轉時效率已提升，故不需再電力驅動，當車輛在高速運轉時，再以馬達28輔助汽油引擎21來提高車輛高速運轉時的扭力。因此這種並聯式混合動力裝置2在能源的運用上比
圖1的串聯式混合動力裝置1好。
但是為了達到該目的，以往串聯式混合動力裝置2在設計上需要一個發電機22及一馬達28，成本較高，同時其動力分機構23是採用加工精度、材料強度要求極高的行星齒輪組，因此製造成本會因動力分配機構23的精密齒輪設計再度提高，這就是以往串聯式混合動力裝置2成本較高的兩個主要原因。
本實用新型的汽油引擎和電動馬達混合動力裝置，驅動車輛的一減速齒輪輸出軸轉動，包含一汽油引擎，將汽油燃燒轉換成動能，並由一引擎曲軸產生動力輸出，上述引擎曲軸傳動一動力輸出軸，此動力輸出軸並和車輛的減速齒輪輸出軸連動；一蓄存電能的電瓶組；一控制電瓶組的電流流入或反向流出的轉換器；一偵測車輛及汽油引擎運轉的狀況的偵測機構；一傳遞汽油引擎的動能到動力輸出軸的動力分配機構；其特點是該混合動力裝置更包含一發電機馬達組和一控制器，其中該發電機馬達組受控制形成發電機形式或轉變成馬達形式，其具有一馬達主軸，而該轉換器是連結在發電機馬達組和電瓶組間，控制電流的流向，該控制器是依偵測機構測得的訊號，控制汽油引擎、轉換器，以及電能傳送方向和發電量的發電機馬達組；而該動力發配機構為接頭形式，其是連結在動力輸出軸的一軸端以及發電機馬達組的馬達主軸間。
當電瓶組的電流流入發電機馬達組時，馬達主軸可產生動力輸出，而當引擎動力輸出帶動馬達主軸轉動時，發電機馬達組可產生電流。
參閱圖4、5，本實用新型混合動力裝置3是可運用在汽車、摩託車、四輪代步車等等可行進的車輛上，並用來控制車輛的車輪30轉動，該等車輪30同時架設在一減速齒輪輸出軸301的軸端上。本實施例的混合動力裝置3包含並聯的一汽油引擎31及一發電機馬達組32，其中該發電機馬達組32和一轉換器33連結，此轉換器33並和一電瓶組34連結，借該轉換器33將發電機馬達組32產生的電能經由轉換儲存在電瓶組34內備用，在必要時前述轉換器33可以將電瓶組34蓄存的電能轉換成適當的電流形式，再送到發電機馬達組32中，使發電機馬達組32轉變成馬達的形式。上述汽油引擎31、發電機馬達組32、轉換器33和電瓶組34都和一控制器35連結，該控制器35可接收一偵測機構39感測到的電子訊號。又該汽油引擎31和發電機馬達組32是借一動力分配機構36連結。借動力分配機構36的連結以及控制器35的控制，可決定汽油引擎31發動的動能，其是直接用驅動減速齒輪組37和車輪30轉動，或者使動能經由發電機馬達組32轉變成電能儲存在電瓶組34內。
配合圖5、6，為了達到該項目，本實用新型混合動力裝置3的具體設計包含一個前述的汽油引擎31，上述汽油引擎31可燃燒汽油以產生動能，此動能並可傳動一引擎曲軸41旋轉，在引擎曲軸41的一軸端上組裝一曲軸驅動皮帶輪42。而車輪30是架設或連接到該減速齒輪輸出軸301上，上述減速齒輪輸出軸301借一減速齒輪組37和一動力輸出軸44連動，此動力輸出軸44具有一靠向發電機馬達組32的軸端441，上述動力輸出軸44上套設一引擎動力皮帶輪40和一離合器5，於引擎動力皮帶輪40和曲軸驅動皮帶輪42間架設一引擎動力皮帶45。而該動力分配機構36是一接頭的形式，其是安裝在發電機馬達組32的一馬達主軸32上，並與動力輸出軸44的軸端441軸樞運動。
參閱圖6、7，本實施例的離合器5具有一和動力輸出軸44結合連動的離合器外蓋51，在離合器外蓋51內側的一基架52上裝設個離合塊53，每一離合塊53都各別借一支軸54樞設在基架52上，其具有一供支軸54穿經的支點端531，以及一可向外旋擺的擺動端532，在基架52和引擎動力皮帶輪40間撐設彈簧55。在正常狀態下，汽油引擎31的動力可傳動曲軸驅動皮帶輪42、引擎動力皮帶45運轉，進而借運轉的動力帶動引擎動力皮帶輪40和離合器5的基架52轉動，當基架52上所設置的離合塊53因離心力作用外甩時，可傳動離合器外蓋51旋由於離合器外蓋51和動力輸出軸44固結，因此該動力可傳遞至動力輸出軸44，最後經減速齒輪組37傳動減速齒輪輸出軸301轉動。
本實施例所揭示的混合動力裝置3可因偵測機構39偵測感應方式不同，被設定成兩種不同的輸出模式1、模式(I)...汽油引擎31不被控制在模式(I)的情況下，該汽油引擎31並不被控制器35所控制，其是直接由駕駛者經操控油門達到控制引擎進氣節流閥開度，來控制汽油引擎31動力的輸出，因此在汽油引擎31動力輸出的模式下，該發電機馬達組32是扮演動力輔助的角色。也就是說，在車輛正常行駛時，汽油引擎31會傳動引擎曲軸41、引擎動力皮帶45和離合器5運轉，借該離合器5的離合器外蓋51和動力輸出軸44間的連結關係，來傳動動力輸出軸44同步旋轉，其中動力輸出軸44輸出的動能直接帶動減速齒輪輸出軸301轉動，此時發電機馬達組32沒有作用只是呈現空轉狀態，因此接頭形式的動力分配機構36對發電機馬達組32並無實際施予動力傳遞。當車輛被駕駛者控制瞬間拉大油門時，代表駕駛者需要最大的動力輸出，這時候可藉由設在油門位置的偵測機構39中的一偵測器偵測油門位置，以及控制器35接收訊號，來控制發電機馬達組32產生輸出扭力，並經由動力分配機構36的傳遞，以增大由動力輸出軸44的扭力輸出。
當控制器35偵測到電瓶組34的電容量不足時，控制器35會控制動力分配機構36進行動力分配，使汽油引擎31產生的動力部分用來驅動減速齒輪輸出軸301旋轉，部分傳遞到該發電機馬達組32，此時發電機馬達組32就會由馬達轉變成發電機，以消耗部分的引擎動力來轉換成為電能，最後經由轉換器33將電能儲存在電瓶組34中。
另外，當汽油引擎31熄火時，由於汽油引擎31不再輸出動力，因此車輛行駛的動力可以被切換，完全由發電機馬達組32提供，也就是這時候車輛使用純電力行駛。2、控制模式(II)...汽油引擎31及發電機馬達組32同時被控制器35所控制此模式(II)下，由於汽油引擎31要被控制器35所控制，因此，汽油引擎31運轉的狀態必需被偵測，也就是此時偵測機構39的偵測項目包含引擎曲軸41的位置、引擎溫度、進氣節流閥開度等汽油引擎31主要的運轉狀態，上述偵測主要以偵測機構39的數個偵測器一起來感測，並將偵測的訊號轉換成電子訊號同時輸入控制器35。藉由一安裝在進氣節流閥上的步進馬達的驅動器，來控制節流閥的開度大小及引擎動力輸出，前述步進馬達的驅動器同樣受控制器35所控制；因此本實施例該控制模式可產生以下三種的工作型態(1)純馬達動力模式經由偵測機構39的偵測，當車輛處於低速行駛時，若由汽油引擎31直接提供動力，由於車輛低速行駛的負載極低，在低負載運轉下，汽油引擎31的效率會很差。為了有效的利用能源，此時經由控制器35的控制將汽油引擎31關閉，並且完全由發電機馬達組32來提供動力。另外，這種純馬達動力模式在車輪30停止轉動時，由於汽油引擎31已熄火、發電機馬達組32也不會消耗電流，故可達到車輛完全停止時，完全沒有能源消耗的狀態。
(2)純引力動力模式當偵測機構39偵測到車輛處於中速或高速行駛時，由於汽油引擎31的負載和扭力需求增加，引擎效率會隨負載增大而提升，此時直接由汽油引擎31提供動力最符合能源效率。在此同時，當電瓶組34的電流量充足時，該發電機馬達組32呈現空轉狀態，也就是不提供動力也不消耗汽油引擎31的動力。當控制器35偵測到電瓶組34的電容量不足時，該發電機馬達組32會轉變成發電機的模式產生電流，同時也會消耗汽油引擎31的動力，並藉由轉換器33將產生的電流傳送到電瓶組34儲存，直到電瓶組34達到滿載為止。當電瓶組34電源達到滿載為止，該發電機馬達組32就會再度呈現空轉的狀態，這時候也不會消耗汽油引擎31的動力輸出。
為了達到前述的驅動模式，車輛的油門控制方式將不可以用機械方式直接連動進氣節流閥，必需在進氣節流閥旁增設一步進馬達式驅動器，以控制油門節流閥的開度。同時偵測車輛的速度，一但決定採用引擎驅的動力模式時，控制器35將會發動汽油引擎31並控制節流閥，以調整汽油引擎31動力輸出。
(3)引擎動力及馬達混合動力模式當偵測機構39偵測到駕駛者將油門拉至最大時(或腳踩油門到極限)，就是代表駕駛者希望得到較大的扭力輸出，為了達到該項目的，該汽油引擎31同樣運轉提供給動力輸出軸44動力，而發電機馬達組32這時候也會以馬達的形式存在，就是電瓶組34可借轉換器33將電能傳送到發電機馬達組32，借該發電機馬達組32輸出動能，來增進動力輸出軸44的輸出扭力，在兩股扭力相加後的總扭力輸出時，可提供車輛最大動力輸出。
由以上說明可知，本實用新型該混合動力裝置若和一般電動車相比較，以電動車在設計上最大的缺點在於續航力的不足，若要增加續航力必需增加電瓶組的數量，如此不僅增加車輛的重量，也會增加製造的成本，本實用新型該項設計可解決該項問題。本實用新型和以往串聯式混合動力裝置相比較，由於行星輪在加工精度及材料強度的要求甚高，而本實用新型的動力分配機構是採用接頭的形式，其所需零件加工定位精度及材料要求都可降低，故本實用新型在製造的成本上比串聯式混合動力裝置低。也就是說，本實用新型該混合動力裝置不僅未曾見於以往同類產品，更具有降低製造成本的功效。
權利要求1.一種汽油引擎和電動馬達混合動力裝置，驅動車輛的一減速齒輪輸出軸轉動，包含一汽油引擎，將汽油燃燒轉換成為動能，並由一引擎曲軸產生動力輸出，上述引擎曲軸傳動一動力軸，此動力輸出軸並和車輛的減速齒輪輸出軸連動；一蓄存電能的電瓶組；一控制電瓶組的電流流入或反向流出的轉換器；一偵測車輛及汽油引擎運轉狀況的偵測機構；一傳遞汽油引擎的動能到動力輸出軸的動力分配機構；其特徵在於該混合動力裝置更包含一發電機馬達組和一控制器，其中該發電機馬達組受控制形成發電機形式或轉變成馬達形式，其具有一馬達主軸，而該轉換器是連結在發電機馬達組和電瓶組間，控制電流的流向，該控制器是依偵測機構測得的訊號，控制汽油引擎、轉換器，以及電能傳送方向和發電量的發電機馬達組，而該動力分配機構為接頭的形式，其是連結在動力輸出軸的一軸端和發電機馬達組的馬達主軸間。
專利摘要一種汽油引擎和電動馬達混合動力裝置，該裝置是以控制器來控制一汽油引擎、一發電機馬達組、一轉換器和一電瓶組，其中控制器以一可偵測車輛和引擎運轉狀態的偵測機構提供訊號作為控制，在汽油引擎和發電機馬達組間設置一接頭形式的動力分配機構，上述動力分配機構是安裝在一動力輸出軸以及發電機馬達組的馬達主軸間，藉由將發電機和馬達合為一，以及動力分配機構的低成本，來降低混合動力裝置的製造成本。
文檔編號B60K6/22GK2547557SQ0223696
公開日2003年4月30日 申請日期2002年6月7日 優先權日2002年6月7日
發明者吳世章, 黃惠輝, 陳文昌 申請人:基益企業股份有限公司