ES1262180U - Sistema de propulsion hibrido para un vehiculo autopropulsado - Google Patents
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Abstract
Sistema de propulsión híbrido para un vehículo autopropulsado, donde el sistema de propulsión comprende: - un motor térmico (1) de combustión interna; - un motor eléctrico (4); - una batería (5) conectable al motor eléctrico (4) para selectivamente al menos alimentar una rotación del motor eléctrico (4) o ser recargada mediante el giro del motor eléctrico (4); y - una conexión mecánica, mediante la cual el motor eléctrico (4) está acoplado con el motor térmico(1), caracterizado porque la conexión es permanente, permitiendo, al menos cuando el motor térmico (1) está embragado y con una marcha introducida, un giro solidario del motor eléctrico (4) y el motor térmico (1), de modo que, o bien el motor eléctrico (4), mediante la batería (5), acciona el motor térmico (1) a través dela conexión, o bien el motor eléctrico (4) es arrastrado, debido a inercia, por el motor térmico (1), a través de la conexión.
Description
DESCRIPCIÓN
SISTEMA DE PROPULSIÓN HÍBRIDO PARA UN VEHÍCULO AUTOPROPULSADO
Campo técnico de la invención
La presente invención se puede incluir dentro del sector de la automoción, en particular, de los vehículos híbridos. De manera más concreta, la presente invención tiene por objeto un sistema de propulsión híbrido para cualquier tipo de vehículos autopropulsados.
Antecedentes de la invención
En la actualidad, numerosos fabricantes de automóviles han desarrollado automóviles híbridos, que incluyen un motor térmico, de combustión interna, y un motor eléctrico, conectado a una batería. El motor eléctrico del vehículo híbrido proporciona, en determinadas circunstancias, una potencia extra, que permite reducir el consumo de combustible del motor térmico. Los vehículos híbridos incorporan una centralita de control que determina la secuencia de actuación del motor térmico y del motor eléctrico en función de diversas circunstancias. La batería necesita ser recargada, mediante una toma de electricidad externa al vehículo; son los llamados "vehículos híbridos enchufables”.
Descripción resumida de la invención
La presente invención describe un sistema de propulsión híbrido donde la batería no necesita ser enchufada, puesto que la configuración del sistema de propulsión híbrido de la invención permite que la batería sea recargada durante la marcha mediante el motor eléctrico, por acción de la inercia del propio vehículo. De manera ventajosa, el motor eléctrico está mecánicamente conectado, a través de una conexión permanente, es decir, mecánicamente no desacoplable, al motor térmico, para que el giro del motor eléctrico y el del motor térmico sean solidarios, de modo que, al menos mientras el embrague está embragado y una marcha introducida, sucede que o bien el motor eléctrico acciona el elemento conectado, en modo accionamiento, o bien el motor eléctrico es arrastrado, debido a la inercia, por dicho elemento conectado, en modo recarga, para cargar la batería. Esto significa que, salvo en momentos puntuales en que ocurra un desembrague, es decir, situaciones de embrague pisado (tal que para un cambio de marcha, por ejemplo), el motor eléctrico y el motor térmico poseen giro solidario. De esta manera, los dos motores siempre se ayudan mutuamente, sin tener que seleccionar entre tener activo el motor térmico o el motor eléctrico.
En algunos ejemplos, el motor eléctrico y el motor térmico están conectados de manera mecánica continuadamente, incluso cuando no están en situación de desembrague o de punto muerto.
El sistema de propulsión hibrido de la invención es apropiado para ser empleado en cualquier tipo de vehículo autopropulsado: ya sean turismos, furgones, camiones, autobuses, etc.
Breve descripción de las figuras
Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben considerarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:
- La figura 1 muestra un esquema general del sistema de propulsión híbrido de la invención. - La figura 2 muestra un primer ejemplo, con el motor eléctrico acoplado al eje de entrada del motor térmico.
- La figura 3 muestra un segundo ejemplo, con el motor eléctrico acoplado a la corona de arranque, solidaria al volante de inercia.
- La figura 4 muestra un tercer ejemplo, con el motor eléctrico acoplado entre la caja de cambios y el diferencial de las ruedas motrices.
- La figura 5 muestra un cuarto ejemplo, con el motor eléctrico acoplado al palier de una de las ruedas motrices, entre el diferencial y dicha rueda motriz.
- Las figuras 6A y 6B muestran un quinto ejemplo, con el motor eléctrico acoplado al palier de una de las ruedas motrices dentro de la propia rueda motriz, donde la figura 6A ilustra un caso de tracción trasera, mientras que la figura 6B ilustra un caso de tracción delantera.
Descripción detallada de una realización preferente de la invención
Seguidamente, se ofrece, con ayuda de las figuras 1-6B antes referidas, una descripción detallada de un sistema de propulsión híbrido objeto de la presente invención.
De acuerdo con la figura 1, el sistema de propulsión híbrido comprende un motor térmico (1), de combustión interna, ya sea de tipo Otto o de tipo Diesel, Wankel, rotativo, etc. El motor térmico (1) está destinado a ser conectado a un árbol de transmisión (2) de un vehículo autopropulsado en el que está montado el motor térmico (1), para transmitir movimiento a las ruedas (3) del vehículo, de cualquiera de las maneras conocidas.
El sistema de propulsión híbrido comprende además un motor eléctrico (4) y una batería (5) eléctricamente conectable y desconectable al motor eléctrico (4), estando el motor eléctrico (4), la batería (5) y el motor térmico (1) configurados y comunicados como para permitir indistintamente, de manera selectiva, que: o bien el motor eléctrico (4) mantenga un giro accionado por la batería (5), es decir, que el motor eléctrico (4) aporte par para accionar las ruedas (3) del vehículo, descargando la batería (5); o bien que el giro del motor eléctrico (4) sea accionado por el motor térmico (1) a expensas del motor térmico (1), por efecto de inercia, recargando la batería (5), o no, en función de si el motor eléctrico (4) está eléctricamente conectado o desconectado, respectivamente, de la batería (5). Una centralita (6) controla el funcionamiento del motor eléctrico (4) como accionamiento o como recarga, o en desconexión, según se explica a continuación, ejerciendo un control de las prestaciones del motor y de la gestión de la energía.
La característica anterior, según la cual o bien el motor térmico (1) es accionado por el motor eléctrico (4) o bien el motor eléctrico (4) es arrastrado por el motor térmico (1), se mantiene al menos siempre que el vehículo esté embragado y con la una marcha introducida. En algunos de los ejemplos siguientes, se mostrará el caso en el que se produce desconexión entre el motor eléctrico (4) y el motor térmico (1) cuando el vehículo está desembragado, o en punto muerto, mientras que, en otros ejemplos que se mostrarán, el motor eléctrico (4) y el motor térmico (1) presentan giro solidario incluso en situación de desembrague o de punto muerto.
En lo que se refiere a la gestión de la energía, en particular, el sistema de propulsión híbrido incluye además al menos un sensor (7), comunicado con la centralita (6), de modo que la centralita (6) determina el funcionamiento del motor eléctrico (4), según se ha explicado antes, en función del sensor (7) o los sensores (7). Se disponen sensores (7) que son preferentemente de uno o varios de los siguientes tipos:
- sensor de velocidad, para determinar la velocidad del vehículo;
- sensor de acelerador, que determina si el pie es levantado (parcial o totalmente) del acelerador o si, por el contrario, se mantiene o aumenta la pisada;
- sensor de freno, que determina si el freno está siendo accionado o no;
- sensor de embrague, que determina si el embrague (17) está siendo pisado o no;
- sensor de carga, que determina el estado de carga momentáneo de la batería.
La tabla 1 siguiente muestra un ejemplo de las acciones realizadas en relación con el vehículo, la batería y el motor térmico, en función del estado del vehículo y de las medidas de los sensores de velocidad, acelerador, freno y embrague. En particular, la tabla describe, a modo de ejemplo, como afectan, al movimiento del vehículo, al estado de la batería y al consumo
de combustible, los estados indicados por los sensores de velocidad, aceleración, freno y embrague.
TABLA 1
Los vehículos con motor eléctrico necesitan incorporar de serie un conversor de corriente (13), ya sea para regular las prestaciones del motor eléctrico (4) incluido en el vehículo, ya sea para adicionalmente comunicar la batería (5) del vehículo con el motor eléctrico (4) del vehículo, cuando el motor es de corriente alterna, y transformar la corriente. En estos casos, la centralita (6) del sistema de la invención comanda el conversor (13), para ejercer un control de las prestaciones del motor eléctrico (4) y de la gestión de la energía.
Las actuaciones de la centralita (6), por ejemplo, según se establece en la tabla anterior, pueden verse afectadas por el estado de carga de la batería (5) que indica el sensor de carga. Por ejemplo, la batería (5) puede ser desconectada eléctricamente del motor eléctrico (4), para dejar de proporcionar energía hacia el motor eléctrico (1), según se ha indicado anteriormente, si el sensor de carga detecta que el nivel de carga de la batería (5) está fuera de un rango limitado por un valor umbral superior y un valor umbral inferior predeterminados (preferentemente programables). De esta manera, cuando el nivel de carga es inferior al valor umbral inferior, la batería (5) deja de suministrar energía al motor eléctrico (4), esperando ser recargada posteriormente. Asimismo, si el nivel de carga es superior al valor umbral superior, la batería también deja de recibir energía desde el motor eléctrico (4), para no dañarse.
De acuerdo con la presente invención, el motor eléctrico (4) y el motor térmico (1) están mecánicamente conectados sin desacoplamiento mecánico, de forma que giran solidariamente, al menos siempre que el vehículo se encuentre embragado y con una marcha introducida. De este modo, el giro del motor térmico (1) arrastra el motor eléctrico (4), cuando se levanta el pie del acelerador (por ejemplo: para desacelerar, o en una pendiente descendente), permitiendo recargar la batería (5), si la batería (5) está conectada eléctricamente con el motor eléctrico (4). Por su parte, el motor eléctrico (4) aporta par adicional al motor térmico (1), reduciendo por tanto el consumo del motor térmico (4), lo cual requiere de una descarga de la batería (5). En particular, cuando las solicitaciones de par aumentan, por ejemplo, en una cuesta o cuando es necesario ganar velocidad, el motor eléctrico (4) aporta potencia o par adicionales, para cumplir las nuevas solicitaciones, evitando que, por ejemplo, la velocidad del vehículo descienda, ayudando, de este modo a reducir consumo de combustible.
La descripción anterior es compatible con diversas disposiciones relativas entre motor eléctrico (4), motor térmico (1), árbol de transmisión (2), árbol secundario del cambio (14) y las ruedas (3), según se indica seguidamente.
De manera general, el vehículo comprende una caja de cambios (9), que incluye un eje primario y un eje secundario. Por su parte, el motor térmico (1) presenta un árbol de entrada (8), que es accionado por un cigüeñal (no mostrado), y que está conectado, mediante un embrague (17), con el eje primario de la caja de cambios (9), así como el vehículo incluye además el árbol de transmisión (2) explicado anteriormente, que está conectado solidariamente con la transmisión, de modo que el movimiento del árbol de transmisión (2) viene determinado por el movimiento del árbol de entrada (8) y la caja de cambios (9). Asimismo, en el árbol de entrada (8) suele ir montado un volante de inercia con una corona de arranque (15) solidaria a dicho volante de inercia. El árbol de transmisión (2) transmite el movimiento desde la caja de cambios (9) hasta el diferencial (10) de las ruedas (3) motrices. Por tanto, en el presente documento, el término "árbol de transmisión” (2) abarca generalmente tanto el elemento propiamente llamado árbol de transmisión (2), cuando la caja de cambios (9) está situada en posición opuesta, más lejana, respecto de las ruedas (3) motrices - caja de cambios (9) delantera y ruedas (3) motrices traseras así como al elemento comúnmente denominado "árbol secundario del cambio”, cuando la caja de cambios (9) está más próxima a las ruedas (3) motrices, es decir, caja de cambios (9) delantera y ruedas (3) motrices también delanteras.
En todas las posiciones que se van a discutir seguidamente, el motor eléctrico (4) está conectado a un elemento conectado correspondiente - árbol de entrada (8) del motor térmico (1); árbol de transmisión (2); árbol secundario del cambio (14); caja de cambios (9) del motor térmico (1); semi-árbol de transmisión (11) de una de las ruedas (3); volante de inercia; etc. -a través de una conexión permanente que permite giro solidario entre el motor eléctrico (4) y el motor térmico (1). Es decir, o bien el motor eléctrico (4) acciona el elemento conectado, al cual está conectado, en modo accionamiento, o bien el motor eléctrico (4) es arrastrado, debido a la inercia, por dicho elemento conectado, al menos mientras el vehículo esté embragado y con una marcha introducida.
Se pueden incluir sistemas de embrague (17), tal como es conocido, para acoplar y desacoplar el árbol de entrada (8) respecto del árbol de transmisión (2) y/o la caja de cambios (9). El sistema de embrague puede ser por fricción o hidráulico, etc., según es conocido. La caja de cambios (9) puede ser manual, automática o semiautomática, sin pérdida de generalidad. Para la disposición y la conexión del motor eléctrico (4) se pueden dar las siguientes posibilidades.
De acuerdo con una primera posibilidad, ilustrada en la figura 2, aplicable preferentemente a vehículos destinados a transporte de personas (categoría M), de mercancías (categoría N) o
de 2, 3 o 4 ruedas (categoría L), y vehículos especiales, (categorías T, C) el motor eléctrico (4) está conectado al árbol de entrada (8) del motor térmico (1), por ejemplo, a través de una correa (12), dentada o no dentada, de una cascada de piñones, de una cadena, etc. En este caso, el motor eléctrico (4) posee siempre giro solidario con el motor térmico (1), incluso aunque el vehículo esté desembragado o en punto muerto.
De acuerdo con una segunda posibilidad, ilustrada en la figura 3, aplicable preferentemente a vehículos pesados (N-2, N-3, M2, M3 ), tractores (T-1, T-2, T-3, T-4, T-5), tractores orugas (C), el motor eléctrico (4) está conectado a la corona de arranque (15) antes mencionada, que es solidaria al volante de inercia. En la figura 3 se representa, sin pérdida de generalidad, la conexión entre el motor eléctrico (4) y la corona de arranque (15), mediante un engranaje (16) interpuesto, formando el engranaje (16) y la corona de arranque (15) una toma de fuerza.
De acuerdo con una tercera posibilidad, ilustrada en la figura 4, que es preferentemente aplicable tanto en furgones como en camiones, (aunque también es aplicable en turismos),particularmente cuando las ruedas (3) motrices son opuestas a la caja de cambios (9), es decir, en tracción trasera, el motor eléctrico (4) está acoplado entre la caja de cambios (4) y el diferencial (10) de las ruedas (3) motrices, es decir, está acoplado al elemento referido anteriormente como "árbol de transmisión” (2).
De acuerdo con una cuarta posibilidad, ilustrada en la figura 5, también aplicable tanto en furgones como en camiones, (aunque también es aplicable en turismos),particularmente cuando las ruedas (3) motrices son opuestas a la caja de cambios (9), sobre todo en tracción trasera, el motor eléctrico (4) está acoplado al semi-árbol de transmisión (11), también denominado "palier”, de una de las ruedas (3) motrices, entre el diferencial (10) y la rueda (3), exteriormente a la rueda (3).
De acuerdo con una quinta posibilidad, ilustrada en las figuras 6A y 6B, preferentemente aplicable tanto para furgones como para camiones (aunque también es aplicable en turismos), así como para tracción delantera o trasera, el motor eléctrico (4) está conectado al semi-árbol de transmisión (11), dentro de la rueda (3). La figura 6A ilustra un caso de tracción trasera, mientras que la figura 6B ilustra un caso de tracción delantera.
Como ejemplos adicionales, compatibles con lo explicado anteriormente, el motor eléctrico (4) está preferentemente configurado para funcionar no solo como motor, cuando proporciona energía al motor térmico (1), sino además como alternador, cuando está cargando la batería (5) . De este modo, de manera asimismo preferente, si se desea montar el sistema de
pro pulsión de la invención en un vehículo autopropulsado que ya dispone de su propio alternador, se puede elegir entre remplazar el alternador original del vehículo por el motor eléctrico (4) del sistema de la invención, que está capacitado para funcionar como alternador, o bien mantener el alternador del vehículo, incluyendo adicionalmente el motor eléctrico (4) del sistema de la invención.
La versatilidad anteriormente explicada en la ubicación del motor eléctrico (4) permite que el sistema de propulsión híbrido de la presente invención pueda ser aplicado a diversos tipos de vehículos, es decir, por un lado, tanto a furgones como a camiones, así como autobuses, turismos, etc. y, por otro lado, tanto a vehículos con la caja de cambios (9) más lejana, así como más cercana, de las ruedas (3) motrices, y también, tanto en vehículos que incorporan el sistema de propulsión híbrido de serie como en vehículos que pueden ser modificados, ya sea añadiendo el motor eléctrico (4) y la batería (5) en posición conveniente, o ya sea, en vehículos que ya incluyen motor eléctrico (4) y batería (5), conectando el motor eléctrico (4) al elemento conectado conveniente de entre los anteriormente citados.
Claims (20)
1. - Sistema de propulsión híbrido para un vehículo autopropulsado, donde el sistema de propulsión comprende:
- un motor térmico (1) de combustión interna;
- un motor eléctrico (4);
- una batería (5) conectable al motor eléctrico (4) para selectivamente al menos alimentar una rotación del motor eléctrico (4) o ser recargada mediante el giro del motor eléctrico (4); y - una conexión mecánica, mediante la cual el motor eléctrico (4) está acoplado con el motor térmico (1),
caracterizado por que la conexión es permanente, permitiendo, al menos cuando el motor térmico (1) está embragado y con una marcha introducida, un giro solidario del motor eléctrico (4) y el motor térmico (1), de modo que, o bien el motor eléctrico (4), mediante la batería (5), acciona el motor térmico (1) a través de la conexión, o bien el motor eléctrico (4) es arrastrado, debido a inercia, por el motor térmico (1), a través de la conexión.
2. - Sistema de propulsión híbrido, según reivindicación 1, caracterizado por que la conexión es seleccionada de entre: árbol de entrada (8) del motor térmico (1), árbol de transmisión (2), árbol secundario del cambio (14), corona de arranque (15) del motor térmico (1), y semi-árbol de transmisión (11) de una rueda (3).
3. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado por que comprende adicionalmente:
- una centralita (6) para controlar cuándo el motor eléctrico (4) es arrastrado por el motor térmico (1), y cuándo el motor eléctrico (4) acciona el motor térmico (1);
- al menos un sensor (7) conectado a la centralita (6), estando la centralita (6) configurada para controlar el funcionamiento del motor eléctrico (4) en función del sensor (7) o de los sensores (7).
4. - Sistema de propulsión híbrido, según reivindicación 3, caracterizado por que comprende adicionalmente un inversor (13) de corriente, que comunica la batería (5) y el motor eléctrico (4), estando el inversor de corriente (13) controlado por la centralita (6).
5. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 3-4, caracterizado por que el sensor (7) o los sensores (7) son de al menos tipo seleccionado entre:
- sensor de velocidad, para determinar la velocidad del vehículo;
- sensor de acelerador, que determina si el pie es levantado (parcial o totalmente) del acelerador o si, por el contrario, se mantiene o aumenta la pisada;
- sensor de freno, que determina si el freno está siendo accionado o no;
- sensor de embrague, que determina si el embrague está siendo pisado o no;
- sensor de carga, que determina la carga momentánea de la batería (5).
6. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado por que el motor eléctrico (4) es eléctricamente desacoplable de la batería (5), de modo que, cuando el motor eléctrico (4) está desacoplado de la batería (5), la batería (5) no puede ser recargada por el motor eléctrico (4), ni la batería (5) puede alimentar rotación del motor eléctrico (4).
7. - Sistema de propulsión híbrido, según reivindicación 6 y cualquiera de las reivindicaciones 3-5, caracterizado por que la centralita (6) está configurada para desacoplar eléctricamente el motor eléctrico (4) de la batería (5) cuando el sensor de carga determina que la batería (5) presenta un nivel de carga superior a un valor umbral máximo.
8. - Sistema de propulsión híbrido, según reivindicación 7, caracterizado por que la centralita (6) está configurada para volver a acoplar eléctricamente el motor eléctrico (4) a la batería (5) cuando aumenta la demanda de par del motor térmico (1).
9. - Sistema de propulsión híbrido, según reivindicación 7, caracterizado por que la centralita (6) está configurada para que la batería (5) deje de suministrar energía al motor eléctrico (4) cuando el nivel de carga es inferior a un umbral mínimo, mientras el motor eléctrico (4) carga la batería (5) hasta un valor predeterminado, para que el motor eléctrico (4) empiece nuevamente a aportar energía al motor térmico (1).
10. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 2-9, caracterizado por que la conexión comprende el árbol de entrada (8) del motor térmico (1), estando el motor eléctrico (4) acoplado al árbol de entrada (8) del motor térmico (1).
11. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 2-9, caracterizado por que la conexión comprende la corona de arranque (15), estando el motor eléctrico (4) acoplado a dicha corona de arranque (15).
12. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 2-9, caracterizado por que la conexión está localizada entre la caja de cambios (9) y el diferencial
(10) de las ruedas (3) motrices, estando motor eléctrico (4) acoplado entre la caja de cambios (9) y el diferencial (10) de las ruedas (3) motrices.
13. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 2-9, caracterizado por que la conexión comprende el semi-árbol de transmisión (11) de una de las ruedas (3) motrices, estando el motor eléctrico (4) acoplado al semi-árbol de transmisión (11) de una de las ruedas (3) motrices, entre el diferencial (10) y la rueda (3).
14. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 2-9, caracterizado por que la conexión comprende el semi-árbol de transmisión (11) de una de las ruedas (3) motrices, estando el motor eléctrico (4) acoplado al semi-árbol de transmisión (11) de una de las ruedas (3) motrices, dentro de la rueda (3).
15. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 2-9, caracterizado por que la conexión comprende el árbol secundario del cambio (14) de una de las ruedas (3) motrices, estando el motor eléctrico (4) acoplado al árbol secundario del cambio (14) de una de las ruedas (3) motrices, dentro de la rueda (3).
16. - Sistema de propulsión híbrido, según cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado por que el motor eléctrico (4) está configurado para funcionar tanto como motor, cuando proporciona energía al motor térmico (1), y además como alternador, cuando está cargando la batería (5).
17. - Vehículo autopropulsado, caracterizado por que comprende acoplado el sistema de propulsión híbrido descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1-16.
18. - Vehículo autopropulsado, según la reivindicación 17, caracterizado por que incorpora adicionalmente un alternador.
19. - Vehículo autopropulsado, según la reivindicación 17, caracterizado por que el motor eléctrico (4) del sistema de propulsión está configurado para cumplir las funciones, y reemplaza, al alternador del vehículo.
20. - Vehículo autopropulsado, según la reivindicación 17, caracterizado por que comprende un alternador, donde el motor eléctrico (4) del sistema de propulsión híbrido está configurado para funcionar tanto como motor, cuando proporciona energía al motor térmico (4) y también como alternador, cuando está cargando la batería (5), constituyendo un segundo alternador.
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