ES2244252A1 - Sistema propulsor economizador para automovil. - Google Patents

Abstract

Sistema propulsor economizador para automóvil. Consiste en la instalación en un automóvil de gama pequeña de un doble sistema de propulsión; uno es el tradicional con motor de explosión -1- y el otro consiste en un motor eléctrico -4- con suficiente potencia para alcanzar los 50 Km/h en tráfico urbano. La característica fundamental de la invención es la de poder recuperar energía de las inercias muertas del vehículo (frenadas) mediante el sistema reversible baterías-dinamotor- transmisión. El acoplamiento directo y sencillo de los dos motores al mismo diferencial permite cambiar en cualquier momento de propulsión tradicional a propulsión eléctrica según las necesidades, y en cualquier caso, siempre que haya que realizar una frenada gran parte de la energía perdida se puede recuperar a las baterías. Los beneficios derivados de este sistema están pensados para aumentar la autonomía y disminuir el peso de los vehículos eléctricos.

Description

Sistema propulsor-economizador para automóvil.

El presente diseño consiste, básicamente, en la instalación de una propulsión híbrida para un vehículo utilitario de gama pequeña. Dicho sistema de propulsión utiliza dos fuentes de energía diferentes, según la conveniencia. Por un lado se dispone un motor alternativo convencional de corta cilindrada; por otro, y unido a la misma transmisión en la entrada del diferencial, un motor eléctrico de corriente continua con una particularidad: se trata de un DINA MOTOR, porque puede funcionar como generador de Energía Eléctrica cuando sea arrastrado por la inercia del vehículo, recuperando así la carga de las baterías.

Antecedentes de la invención

En la actualidad existen muchas versiones de Automóvil Eléctrico tanto fabricados como en fase de diseño, en las diferentes factorías del sector. Pero todas ellas tienen una caracerística en común, que es la limitación en cuanto a potencia y autonomía. Es por ello, que se tiende en los últimos tiempos a la alternativa de Vehículo Híbrido bimodal (Electricidad + gasolina).

Los motores alternativos para pequeños utilitarios de hoy en día, están muy bien diseñados para marchar por carretera con el mínimo consumo; además, la mejora de aerodinámica y neumáticos han reducido en gran medida las resistencias al avance del vehículo por carretera. Sin embargo, el tráfico por ciudad, plantea otra problemática: la resistencia por aire (aerodinámica) es despreciable frente a la resistencia por inercia, debido a las repetidas aceleraciones (hay que tener en cuenta que la energía adquirida por el vehículo en cada aceleración es disipada en los frenos, por lo que el peso del vehículo toma una dimensión muy importante en su diseño). No hay que olvidar que el motor en estas circunstancias no funciona nunca en la curva de mínimo consumo específico, que suele ser a unas 2500 rpm y medios gases. Además en las paradas por semáforos funciona en ralentí, y el combustible tampoco es aprovechado.

También conviene unir a estos antecedentes la problemática de la contaminación en los núcleos urbanos, por la masiva utilización de combustibles derivados del petróleo.

Descripción de la invención

El funcionamiento en la modalidad eléctrica de propulsión, está previsto exclusivamente para tráfico urbano, donde la velocidad está limitada a 50 Km/h. En este caso la transmisión se realiza mediante un reductor-variador de correa trapezoidal, como se ve en el Plano 1 (6).

Los dos dispositivos de propulsión del vehículo se conectan al mismo DIFERENCIAL (3), aunque el piñón de ataque de la transmisión eléctrica se puede liberar mediante un desplazable.

En el caso de tener que reducir velocidad se suelta el pedal del acelerador, momento en que se invierte el circuito BATERÍA-MOTOR con lo que pasa a GENERADOR-BATERÍA. Esto se consigue mediante un par de DÍODOS o simplemente mediante un RELÉ asociado al pedal, para cambiar el sentido de la corriente continua. En ese momento el DINAMOTOR (4) comienza a absorber Energía Cinética almacenándola en las baterías (deduciendo rendimientos); el resto de la deceleración se realiza con los frenos disipando Energía al ambiente. Si la frenada es suave, puede que incluso no haya que utilizarlos. Cuando el vehículo está casi parado (< 5 Km/h) se desacopla el DINAMOTOR por medio del dispositivo que se explicará más adelante.

También se aprovecha la Energía de las frenadas cuando el vehículo es propulsado por el motor de gasolina (1). Al sacar la palanca de velocidades de la caja de cambios convencional (2), se acopla el DINAMOTOR siempre que el vehículo vaya a una velocidad comprendida entre 5 y 70 Km/h; el variador está diseñado para que, entre este rango de velocidades del vehículo, el DINAMOTOR mantenga un régimen de giro entre 3000 y 4000 rpm, para el cual está diseñado (tanto en carga como en descarga).

Al volver a pisar el acelerador si estamos en propulsión eléctrica, vuelve a invertirse el circuito CARGA-DESCARGA de las baterías; el sentido de la corriente pasa a consumo y un POTENCIÓMETRO intercalado en el mismo y accionado por el pedal, comunica la potencia deseada al Motor para acelerar. Al mismo tiempo, el variador aumenta progresivamente la relación de transmisión hasta alcanzar la máxima velocidad. La timonería de las poleas se empuja mediante un HUSILLO conectado a un SERVOMOTOR eléctrico (5).

El potenciómetro sólo actúa en el circuito de DESCARGA o consumo (al pisar el acelerador); al invertir el circuito la corriente no pasa por él, para que la Intensidad de Carga sea lo mayor posible.

Breve descripción de los planos

Para poder seguir de mejor manera todo cuanto se explica en estos artículos, se acompañan los siguientes Planos, que pueden perfectamente representar una de las múltiples formas en las que se pueden organizar los elementos que conforman este diseño.

El Plano 1 es una vista en planta del conjunto mecánico con los diferentes elementos que lo componen, así como el montaje de éstos, y el montaje de todo el dispositivo en el bastidor del vehículo y la transmisión a las ruedas. El Plano 2 y el Plano 3 son dos vistas en perspectiva axonométrica que complementan al primero. El Plano 4 es un esquema detallado de todos los elementos independientemente de su montaje y el Plano 5 es el esquema eléctrico de control y de fuerza. El Plano 6 representa todo el conjunto de la propulsión en modo eléctrico, así como el mando del variador, también mediante motor eléctrico. Finalmente, el Plano 7 propone el 5 montaje de las dos entradas del diferencial mediante sendos piñones de ataque, así como el montaje del mismo junto a la caja de cambios manual.

Propuesta de realización de la invención

El montaje y el funcionamiento de todos los dispositivos que forman el conjunto objeto de la invención se detalla en los planos y se explica de manera más extensa a continuación.

El conjunto de propulsión y transmisión del modelo práctico a desarrollar consta de los siguientes elementos:

- MOTOR ALTERNATIVO de explosión, 4 tiempos. De cilindrada 900 cm^{3} y 45 CV de potencia a 5000 rpm.

- EMBRAGUE DE DISCO de accionamiento por pedal convencional. Diámetro del disco 140 mm.

- CAJA DE CAMBIOS manual de 5 velocidades, con engranajes helicoidales en toma constante y selección por sincronizadores.

Los tres elementos descritos anteriormente están conectados entre sí formando un bloque rígido, y soportado elásticamente por el bastidor del coche.

- DIFERENCIAL de doble entrada, ambas de relación de reducción 0.3. La primera entrada es mediante piñón de ataque helicoidal o hipoide en toma constante, solidario permanentemente al secundario de la caja de cambios manual. Transmite la potencia procedente del motor alternativo. La segunda entrada es mediante piñon de ataque helicoidal o hipoide en toma constante, pero sólo solidario al eje en que va montado por la acción de un desplazable con engranaje interior sobre el propio piñón. Mediante el mismo se selecciona la transmisión de potencia procedente del Motor eléctrico.

El diferencial está montado sobre el mismo bloque rígido que la caja de cambios manual.

- REDUCTOR-VARIADOR de correa trapezoidal, con relación de reducción que varía entre 0.2 y 0.7, según la abertura de las poleas. La timonería para variar la misma es accionada por un HUSILLO, según Plano 7 detalle. Este transforma el movimiento de rotación procedente de un pequeño motor eléctrico en movimiento de traslación. El motor es gobernado por un CONTROL ELÉCTRONICO cuyas entradas son sensores de vueltas.

- EMBRAGUE magnético de polvo que permite separar el DINAMOTOR del resto de la transmisión, por orden del mismo CONTROL ELECTRÓNICO mencionado anteriormente, según Plano 5. Diámetro del disco 70 mm.

- GENERADOR-MOTOR de corriente continua, tensión nominal 24 V y potencia nominal de 7 CV a 3000 rpm. Devanados con arrollamiento COMPOUND en SERIE-PARALELO. El arrollamiento SERIE comunica más potencia, por lo que será conectado en las arrancadas por un dispositivo asociado al mando del variador, según Plano 5. Una vez conseguida una cierta velocidad, se conecta el arrollamiento SERIE-PARALELO, más económico.

Los tres elementos descritos anteriormente están conectados permanentemente entre sí como puede verse en el Plano 6. El acople entre el eje de salida del variador y el eje de entrada al diferencial se realiza mediante poleas y correa.

- BATERÍAS de Ion-Litio, montadas con salida a 24 V. Capacidad 400 Ah.

Resumiendo, el funcionamiento del vehículo por motor eléctrico puede seleccionarse siempre que haya carga en las baterías, que están previstas para una autonomía de 2 h (unos 100 Km). En cualquier caso, el dispositivo economizador puede aumentar del orden de un 10% esta autonomía. Además, siempre queda la posibilidad de marchar con el motor de explosión, que evidentemente mientras funcione estará recargando las baterías.

Claims (3)

1. Sistema propulsor economizador para automóvil, para un vehículo híbrido motor gasolina-motor eléctrico; caracterizado porque el circuito que cierra baterías y motor eléctrico es reversible, y puede recuperar y almacenar parte de la energía inercial que posee el vehículo en movimiento. El funcionamiento como motor permite autopropulsar el vehículo, y al pasar a funcionar como generador permite realizar una frenada suave. El paso de funcionamiento del dinamotor de un modo a otro se controla por una válvula de diodos que es accionada por el pedal del acelerador.

2. Sistema propulsor economizador para automóvil, según la reivindicación 1, caracterizado porque la caja de conexiones del dinamotor optimiza su funcionamiento actuando sobre el circuito que cierra los bobinados del rotor y estator, de la siguiente forma: para conseguir mayor par de arranque los devanados estarán en serie, y para mantener velocidad constante en modo motor, así como para las frenadas en modo generador, se cambia a arrollamientos en serie-paralelo, con mejor rendimiento; todo ello se gobierna por el pedal del acelerador.

3. Sistema propulsor economizador para automóvil, según reivindicación 1, caracterizado porque tiene el motor alternativo y el dinamotor eléctrico conectados a la transmisión por un mismo diferencial; ambas propulsiones atacan a la corona de éste con piñones hipoides en toma constante, pero el correspondiente a la propulsión/frenada eléctrica dispone de sincronizador despazable para poder desacoplarla. La propulsión/frenada eléctrica se realiza a través de un variador de correa trapezoidal cuya relación de transmisión es optimizada por un controlador de las revoluciones del dinamotor.