BRPI0706414A2 - acionador tendo um dispositivo de armazenamento de energia e método para armazenar energia cinética - Google Patents

Abstract

ACIONADOR TENDO UM DISPOSITIVO DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA E MéTODO PARA ARMAZENAR ENERGIA CINéTICA A presente invenção refere- se a um acionador (1) tendo um dispositivo de armazenamento de energia e a um método para armazenar energia de freio. Um acionador tem um dispositivo de armazenamento de energia tendo um motor de pistão hidrostático (9) e um elemento de armazenamento (11) que é conectado ao mesmo. Em uma linha de armazenamento de alta pressão (10), uma localização de acelerador ajustável (15) é disposta entre o motor de pistão (9) e o elemento de armazenamento (11). Durante a operação de frenagem, a localização de acelerador ajustável (15) é ajustada de acordo com o torque de freio solicitado detectado. O meio de pressão é transportado a partir do motor de pistão hidrostático (9) através da localiza- ção de acelerador ajustável (15) no elemento de armazenamento (11).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ACIONADORTENDO UM DISPOSITIVO DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA E MÉ-TODO PARA ARMAZENAR ENERGIA CINÉTICA".

A presente invenção refere- se a um acionador tendo um dispo-sitivo de armazenamento de energia e a um método para armazenar energiacinética.

É conhecido, por exemplo, a partir da Patente U.S. N. 6 712 166B2, a fim de armazenar energia cinética nos veículos tendo ciclos intensivosde rodagem, ou seja, freqüente frenagem e subseqüente reaceleração, ar-mazenar energia cinética na forma de energia de pressão. Para este fim,uma bomba hidráulica é acoplada a um acionador de rodagem. A bombahidráulica transporta um meio de pressão a um armazenador de pressão aoser operada como uma bomba durante uma operação de frenagem. Em con-trapartida, a energia de pressão pode ser recuperada pela bomba hidráulicaque pode também ser operada como um acionador hidráulico pelo armaze-nador de pressão que é despressurizado através da bomba hidráulica. Coma disposição conhecida a partir da Patente U.S. N. 6 712 166 B2, uma válvu-la de controle de fluxo é usada, neste caso, a fim de manter a pressão defreio a um nível constante.

A disposição descrita, portanto, tem a desvantagem de o de-sempenho de freio não ser influenciado durante a recuperação de energia defreio. Se, por exemplo, um maior torque de freio é solicitado, além da cargado armazenador de pressão, a energia cinética deve ser dissipada por umfreio de fricção que é ativado pelo motorista do veículo.

O objetivo da presente invenção é, portanto, permitir um desem-penho de freio variável com o sistema para a recuperação de energia defreio e prover um método correspondente.

O objetivo é atingido com o acionador de acordo com a presenteinvenção tendo as características da reivindicação 1 e com o método de a-cordo com a reivindicação 10.

Com o acionador tendo as características da reivindicação 1 ecom o método de acordo com a reivindicação 10, é provido um local de ace-Ierador ajustável além do motor de pistão hidrostático e do elemento de ar-mazenamento que é conectado ao mesmo. Ao se usar o local de aceleradorajustável, torna- se possível ajustar uma queda de pressão na linha de su-primento conectada ao motor de pistão. Conseqüentemente, a pressão con-tra a qual o motor de pistão hidrostático se transporta durante a operação defrenagem, e, portanto, o torque de frenagem disponível são ajustados.

Os desenvolvimentos vantajosos do acionador de acordo com apresente invenção são apresentados nas reivindicações dependentes.

Em particular, é vantajoso, além do acelerador ajustável, proverainda um motor de pistão ajustável. Devido ao ajuste do volume de supri-mento do motor de pistão hidrostático, também se deseja que o desempe-nho de freio seja melhorado, por exemplo, por meio do aumento da quanti-dade de suprimento do motor de pistão hidrostático. O local de aceleradore/ou o motor de pistão hidrostático são de preferência ajustados de acordocom um sinal de freio. O sinal de freio pode, por exemplo, ser uma força defreio ou a posição do pedal de freio que é aplicada à ou determinada sobreum pedal de freio pelo motorista do veículo. Em particular, é vantajoso au-mentar o volume de suprimento e/ou a ação de acelerador através do localde acelerador conforme a força do pedal de freio ou o percurso do pedal defreio aumenta. O percurso de pedal de freio é obtido a partir da posição inici-al do pedal de freio e da determinada posição de pedal de freio. As informa-ções abaixo se referem, à guisa de ilustração, à força de pedal de freio e demaneira correspondente se referem ainda ao percurso de pedal de freio.

É particularmente vantajoso, primeiramente conforme aumenta odesempenho de freio solicitado, ou seja, conforme aumenta o nível de forçade pedal de freio, ajustar a quantidade de suprimento do motor de pistãohidrostático na direção do volume de suprimento máximo do mesmo e, sub-seqüentemente, conforme a força de pedal de freio aumenta ainda mais,aumentar a ação de acelerador através da localização ajustável do acelerador.

Com o ajuste da localização do acelerador, o respectivo estadode carga do elemento de armazenamento é também de preferência levadoem consideração. Durante uma operação de frenagem, um meio de pressãoé transportado para o elemento de armazenamento pelo motor de pistão hi-drostático. A pressão no elemento de armazenamento hidrostático, destaforma, é aumentada. Conseqüentemente, o desempenho de freio será maiorsob outras condições idênticas. Este desempenho de freio modificado podeser compensado pelo ajuste apropriado da localização ajustável do acelera-dor, uma vez que isto controla a pressão no lado de bomba de uma maneiraproporcional com relação ao sinal de pedal de freio, quando o ângulo com-pleto de pivô de bomba é atingido. Conseqüentemente, por exemplo, com apressão de armazenamento que é baixa no início, uma ação maior de acele-rador é ajustada e um desempenho de freio suficiente é garantido por meiode uma construção de pressão a montante da localização do acelerador. Se,quando um meio de pressão adicional é suprido para o elemento de arma-zenamento, o desempenho do freio aumenta em qualquer caso devido auma contra-pressão maior, a localização de acelerador é ajustada cada vezmais na direção "aberta" conforme a pressão de armazenamento aumenta.

Uma modalidade preferida do acionador de acordo com a pre-sente invenção tendo um dispositivo de armazenamento de energia de freioé ilustrada no desenho e explicada a seguir:

a Figura 1 é uma ilustração esquemática de um acionador deacordo com a presente invenção tendo um dispositivo de armazenamento deenergia.

a Figura 1 é uma ilustração esquemática de um acionador 1 deacordo com a presente invenção. O acionador 1 de acordo com a presenteinvenção é usado, por exemplo, para acionar um eixo de acionador 2. O eixode acionador acionado 2 tem um diferencial de eixo 3 que atua sobre as ro-das acionadas 6, 7 do veículo por meio de um primeiro meio-eixo 4 e umsegundo meio-eixo 5.

O acionador 1 ilustrado é em particular um acionador de roda-30 gem de um veículo utilitário tendo ciclos de rodagem intensivos. Os ciclos derodagem intensivos deste tipo que contêm um grande número de operaçõesde frenagem e subseqüente aceleração podem ocorrer, por exemplo, nosveículos de coleta de lixo, nos carregadores a roda e nos caminhões guin-dastes do tipo garfo. A fim de poder reutilizar a energia cinética liberada du-rante a operação de frenagem, o acionador 1 tem um dispositivo de armaze-namento de energia. O dispositivo de armazenamento de energia é conecta-do ao eixo de acionador 2 por meio de um eixo de acoplado 8. Por motivo desimplicidade, o eixo de acoplamento 8 é ilustrado na Figura 1 como sendoconectado ao diferencial de eixo traseiro 3. No entanto, é igualmente possí-vel se conectar o eixo de acoplado 8 a um eixo de acionador (não ilustrado),por exemplo, um eixo cardan. Como uma alternativa adicional, é igualmentepossível se conectar um motor de pistão hidrostático 9 do dispositivo de ar-mazenamento de energia diretamente a um eixo cardan de um acionador 1.

Na modalidade ilustrada, o motor de pistão hidrostático 9 é conectado aodiferencial de eixo traseiro 3 por meio do eixo de acoplamento 8. Conse-qüentemente, o motor de pistão hidrostático 9 é acionado a uma velocidadedependente da velocidade do veículo. O motor de pistão hidrostático 9 éconstruído de modo a ser ajustável em termos do volume de suprimento domesmo e é provido de modo a transportar o meio de pressão em duas direções.

O motor de pistão hidrostático 9 é conectado a um elemento dearmazenamento hidráulico 11 por meio de uma linha de armazenamento dealta pressão 10. O elemento de armazenamento 11 é de preferência constru-ído como um armazenador de alta pressão e é produzido, por exemplo, naforma de um armazenador de membrana hidráulico.

Durante uma operação de frenagem, na qual, devido à inércia demassa, o veículo aciona o motor de pistão hidrostático 9 por meio do dife-rencial de eixo traseiro 3 e do eixo de acoplamento 8, um meio de pressão étransportado para o elemento de armazenamento 1 através da linha de su-primento 10. Para este fim, o motor de pistão hidrostático 9 arrasta o meiode pressão a partir de um espaço de tanque 13 através de uma linha de ad-missão 12 e transporta o mesmo para o elemento de armazenamento, com apressão sendo aumentada. Conseqüentemente, a energia cinética que éliberada é armazenada na forma de energia de pressão.Em uma configuração alternativa, um segundo elemento de ar-mazenamento pode ser provido no lugar do espaço de tanque 13 e é cons-truído como um armazenador de baixa pressão. O uso de um segundo ele-mento de armazenamento na forma de um armazenador de baixa pressãotem a vantagem de que uma pressão de entrada definida se encontra pre-sente em cada caso no lado de admissão do motor de pistão hidrostático 9durante uma operação de frenagem. Conseqüentemente, a aparência decavitações no lado de admissão do motor de pistão hidrostático 9 é evitada.

O motor de pistão hidrostático 9 pode ser ajustado em termos doseu volume de suprimento. Para este fim, o seu mecanismo de ajuste coope-ra com um dispositivo de ajuste 14. O dispositivo de ajuste 14 é eletricamen-te controlado na modalidade ilustrada da Figura 1, que é indicada no dese-nho de uma maneira simplificada por meio de um ímã proporcional.

Entre o elemento de armazenamento 11 e o motor de pistão hi-drostático 9, um acelerador ajustável 15 é disposto de acordo com a presen-te invenção. O acelerador ajustável 15 pode ser ajustado da mesma maneiraque o motor de pistão hidrostático 9 por meio de um dispositivo de ajuste deacelerador 16. Conseqüentemente, a resistência de fluxo na linha de arma-zenamento de alta pressão 10 pode ser ajustada.

A fim de ativar o dispositivo de ajuste 14 e o dispositivo de ajustede acelerador 16, uma unidade de controle eletrônico 17 é usada. A unidadede controle eletrônico 17 é conectada ao dispositivo de ajuste 14 por meiode uma primeira linha de sinal 18 e ao dispositivo de ajuste de acelerador 16por meio de uma segunda linha de sinal 19. A unidade de controle eletrônico17 recebe um sinal de freio de um pedal de freio 20 através de uma linha desinal de freio 21. O sinal de freio pode, por exemplo, ser proporcional à forçade pedal de freio aplicada ao pedal de freio. A fim de proteger a linha de ar-mazenamento de alta pressão 10, uma válvula de limitação de pressão 23 éprovida. A válvula de limitação de pressão 23 é conectada à linha de arma-zenamento de alta pressão 10 por meio de uma linha de segurança 22.

Quando a pressão na linha de segurança 22 excede um valor limite críticodeterminado, a válvula de limitação de pressão 23 se abre e despressuriza alinha de armazenamento de alta pressão 10 em um espaço de tanque 13.

A seguir é descrita uma configuração preferida do método paraarmazenar energia de freio e sua subseqüente recuperação.

Um veículo que roda a uma velocidade específica tem uma e-nergia cinética que corresponde à velocidade e à massa de veículo. Quandoo veículo é desacelerado, esta energia cinética é dissipada. Com o aciona-dor de acordo com a presente invenção tendo um dispositivo de armazena-mento de energia, o motor de pistão hidrostático 9 é girado por meio do eixode acoplamento 8, conforme já explicado acima. Dependendo da força depedal de freio sobre o pedal de freio 20, a unidade de controle eletrônico 17recebe um sinal de freio através da linha de sinal de freio 21. Um torque defreio requerido específicó é estabelecido com base na força de pedal de frei-o. De acordo com um maior torque de freio solicitado, o motor de pistão hi-drostático 9 é ajustado na direção do volume de suprimento maior.

Para este fim, um sinal de ajuste é transmitido ao dispositivo deajuste 14 a partir da unidade de controle eletrônico 17 através da primeiralinha de sinal 18. Conforme a força de pedal de freio 20 aumenta, o motor depistão hidrostático 9 é ajustado na direção de um maior volume de suprimen-to. Se o torque de freio solicitado, ou seja, a força de pedal de freio produzi-da no pedal de freio 20, excede um valor que demanda o volume máximo desuprimento do motor de pistão hidrostático 9 a fim de aumentar ainda mais otorque de freio ou o desempenho do freio, o acelerador ajustável 15 é ajus-tado na direção de uma ação maior do acelerador. Para este fim, um sinal deajuste correspondente é transmitido ao dispositivo de ajuste de acelerador16 por meio da unidade de controle eletrônico 17 através da segunda linhade sinal 19.

A fim de alocar os valores de ajuste para o volume de suprimen-to ou ação de acelerador do acelerador ajustável 15, por exemplo, as tabelassão armazenadas na unidade de controle eletrônico 17 de modo que os va-Iores de sinal requeridos possam ser lidos com base no sinal de freio de en-trada.

A pressão de armazenamento no elemento de armazenamento11 atua como um parâmetro adicional de influência. Quando uma alta pres-são já se encontra presente no elemento de armazenamento 11, por exem-plo, devido a uma operação anterior de frenagem, o sinal de ajuste que étransmitido para o dispositivo de ajuste de acelerador 16 por meio da unida-de de controle eletrônico 17 é reduzido a uma quantidade apropriada. Con-seqüentemente, por exemplo, para um desempenho de freio requerido es-pecífico, a ação de acelerador ajustado é menor quando o elemento de ar-mazenamento 11 já se encontra cheio e, Conseqüentemente, apresentauma pressão maior do que se o elemento de armazenamento 11 estivessecompletamente vazio. Devido ao ajuste adaptado do acelerador ajustável 15,um desempenho de freio geral é ajustado de preferência proporcional à forçade pedal de freio aplicada ao pedal de freio 20. Isto tem a vantagem de que,devido à ação de freio produzida desta maneira, o veículo é desacelerado deuma maneira que pode ser medida para o motorista do veículo.

A fim de proteger ainda mais o sistema e em particular o ele-mento de armazenamento 11, uma unidade de segurança 24 é disposta nalinha de armazenamento de alta pressão 10. Esta unidade de segurança 24pode ter, por exemplo, uma válvula de limitação de pressão adicional quenão é ilustrada e que responde a uma pressão no elemento de armazena-mento 11. Conseqüentemente, é possível que uma pressão que atua umaporção da linha de armazenamento de alta pressão 10 entre o motor de pis-tão hidrostático 9 e o acelerador ajustável 15 ajuste um primeiro valor limiteusando a válvula de limitação de pressão 23, e que a porção da linha de ar-mazenamento de alta pressão 10 na direção para o elemento de armazena-mento 11 ajuste um segundo valor limite usando a unidade de segurança 24.

Além disso, a unidade de segurança 24 pode de preferência conter uma vál-vula de bloqueio a fim de interromper a linha de armazenamento de altapressão 10. Se, por exemplo, o elemento de armazenamento 11 se encontracheio, a energia armazenada não é recuperada naquele momento devido aomovimento contínuo de transporte, e as perdas de pressão devidas ao va-zamento são efetivamente impedidas por uma válvula de bloqueio deste tipo.

A fim de recuperar a energia armazenada, o meio de pressão éremovido do elemento de armazenamento 11 e, com o acelerador ajustável15 completamente aberto, é suprido para o motor de pistão hidrostático 9.

Neste caso, o motor de pistão hidrostático 9 atua como um motor hidráulico.O meio de pressão que se encontra em um estado de alta pressão no ele-mento de armazenamento 11 é despressurizado no espaço de tanque 13 pormeio do motor de pistão hidrostático 9. Conseqüentemente, um torque éproduzido por meio do motor de pistão hidrostático 9 e torna- se disponívelpara o acionador de veículo através do eixo de acoplamento 8.

Através da primeira linha de sinal 18, um sinal de ajuste étransmitido para o dispositivo de ajuste 14 neste caso e, devido à solicitaçãode aceleração, é detectado pela unidade de controle eletrônico 17.

Na modalidade ilustrada, o armazenamento de energia é feitopor meio de um sistema de armazenamento de energia separado. No entan-to, é igualmente possível, por exemplo, que um acionador de rodagem hi-drostática integre o sistema no circuito hidráulico e, em particular, tambémem um circuito hidráulico fechado. Devido ao acelerador ajustável adicional15, por meio do qual a contrapressão ao motor de pistão hidrostático 9 podeser aumentada de acordo com a presente invenção, torna- se possível seusar, por exemplo, unidirecionais menores de deslocamento no dispositivode armazenamento de energia. O torque de freio é adaptado por meio doaumento da contrapressão. Conseqüentemente, um torque maior de freiopode ser aplicado do que a pressão no elemento de armazenamento 11 jun-tamente com o volume máximo de suprimento do motor de pistão hidrostáti-co 9 permitiria. Além disso, um freio de veículo, que freia o veículo por meiode fricção é também despressurizado. A despressurização é uma conse-qüência da força de freio máxima disponível relativamente alta devido aodispositivo de armazenamento de energia.

A presente invenção não se limita à modalidade apresentada,mas também contém a combinação de aspectos individuais da modalidadepreferida.

Claims (15)

1. Acionador tendo um dispositivo de armazenamento de energiatendo um motor de pistão hidrostático (9) e um elemento de armazenamento(11) que é conectado ao mesmo,o acionador sendo caracterizado pelo fatode que:- uma localização de acelerador ajustável (15) é disposta emuma linha de armazenamento de alta pressão (10) entre o motor de pistão(9) e o elemento de armazenamento (11).

2. Acionador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que:- o volume de suprimento do motor de pistão hidrostático (9) éajustável.

3. Acionador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracteriza-do pelo fato de que:- a localização de acelerador (15) pode ser ajustada de acordocom um sinal de freio.

4. Acionador, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracteriza-do pelo fato de que:- o motor de pistão hidrostático (9) pode ser ajustado de acordocom um sinal de freio.

5. Acionador, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracteriza-do pelo fato de que:- o sinal de freio é proporcional a uma força de pedal de freiosobre um pedal de freio (20), ou percurso de pedal de freio.

6. Acionador, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que:- o motor de pistão hidrostático (9) pode ser ajustado conforme aforça de pedal de freio ou o percurso de pedal de freio aumenta na direçãode um volume de deslocamento maior.

7. Acionador, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que:- com um volume de deslocamento máximo e conforme a forçade pedal de freio ou percurso de pedal de freio aumenta, a localização deacelerador (15) pode ser ajustada para uma maior ação de acelerador.

8. Acionador1 de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 7, caracterizado pelo fato de que:- a localização de acelerador (15) pode ser ajustada de acordocom uma pressão no elemento de armazenamento (11).

9. Acionador1 de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de que:- o aumento do torque de freio devido a um aumento de pressãono elemento de armazenamento (11) pode ser compensado por um contra-ajuste da localização de acelerador ajustável (15).

10. Método para armazenar energia cinética por meio de um a-cionador, tendo um motor de pistão hidrostático (9) que é conectado a umelemento de armazenamento (11) por meio de uma linha de armazenamentode alta pressão (10), e tendo uma localização de acelerador ajustável (15),com as seguintes etapas de método:- detectar um torque de freio solicitado,- ajustar a localização de acelerador ajustável (15) de acordocom o torque de freio solicitado, e- transportar um meio de pressão para o elemento de armaze-namento (11) através da localização de acelerador (15).

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que:- de acordo com o torque de freio solicitado, o motor de pistãohidrostático (9) é primeiramente ajustado em termos do seu volume de su-primento.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracteri-zado pelo fato de que:- o volume de deslocamento do motor de pistão hidrostático (9) éajustado de uma maneira proporcional com relação ao torque de freio solicitado.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10a 12, caracterizado pelo fato de que:- conforme o torque de freio solicitado aumenta, o motor de pis-tão hidrostático (9) é ajustado na direção do seu volume de deslocamentomáximo e, depois de atingir o volume de deslocamento máximo, e, conformeo torque de freio solicitado aumenta ainda mais, a localização de aceleradorajustável (15) é ajustada na direção de uma ação de acelerador maior.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10a 13, caracterizado pelo fato de que:- a localização de acelerador ajustável (15) é ajustada na direçãode uma ação de acelerador menor conforme a pressão no elemento de ar-mazenamento (11) aumenta.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que:- devido ao ajuste da localização de acelerador (15) na direçãode uma ação de acelerador menor conforme a pressão no elemento de ar-mazenamento (11) aumenta, o aumento no torque de freio ocasionado peloaumento de pressão no elemento de armazenamento (11) é precisamentecompensado.