WO2005105503A1 - Mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados - Google Patents

Mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados Download PDF

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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the object of the present specification is to present a new system for the recovery of energy in self-propelled vehicles by means of a balanced rotary compressor of tangential pistons with two or more cylinders coupled to a crank of two or more pins or a rotary piston compressor tangential with extendable crank.
  • This new system we get a recovery of the dlapidada energy in motor vehicles in the form of pneumatic pressure for its possible use in auxiliary systems of the own vehicle or in the own motor.
  • this new mechanism for energy recovery in self-propelled vehicles is presented, based on a balanced rotary compressor with tangential pistons with two or more cylinders and with a crank of two or more pins or in a rotary compressor of tangential pistons of extensible shank.
  • the block rotates coupled to the drive shaft through a clutch that is actuated when the vehicle brake is applied and the crank remains fixed to the structure or support.
  • the internal grooved arm of the articulated lever slides through the handle of the crank and makes it swing on an axis, this angular movement is transmitted to the outer arm of the lever, which transforms it by means of a connecting rod.
  • each rotation of the block produces a complete cycle of the piston.
  • the pistons of the cylinders that are diametrically opposed, are driven by crank pins equally offset 180 s .
  • the elements that have an internal displacement, such as the pistons, connecting rods and articulated levers maintain at all times a phase shift of 180 s with their torque, achieving a homogenous mass distribution and balancing the assembly.
  • the necessary elements that complete the compressor are located in the head of the cylinder: the cylinder head and the cover of the unidirectional valves, inlet and outlet duct.
  • the compressed air outlet is sent to a suitable container through the front axle of the compressor and a rotating union.
  • the rotation of the block also, favors the dissipation of the heat generated during compression and together with the absence of vibrations, makes it especially suitable for the recovery of energy in self-propelled vehicles, coupled to the motor shaft thereof by means of a clutch driven to the Apply the vehicle brake.
  • the extendable tenon compressor is formed by a block with two or more cylinders and a crank with a single extensible pin, to which the pistons or pistons are coupled by means of an articulated lever and a connecting rod for each cylinder, the block rotates coupled to the drive shaft of the vehicle and the crank remains fixed attached to the structure of the vehicle.
  • the crank is formed by a cylinder attached to the fixing shaft and a rod with the shank, the shaft and cylinder have an inner duct through which air or liquid flows under pressure that acts the rod extending it when the vehicle brake is applied,
  • Figure 1. Shows a plan view of an energy recovery mechanism in self-propelled vehicles based on a balanced rotary compressor of tangential pistons with two cylinders.
  • Figure 2. Shows a plan view of an energy recovery mechanism in self-propelled vehicles with a balanced rotary compressor of tangential pistons, with three cylinders.
  • Figure 3. Shows a section of an energy recovery mechanism in self-propelled vehicles with a balanced rotary compressor.
  • Figure 4. Shows a plan view of an energy recovery mechanism in self-propelled vehicles with a three-cylinder extendable crank rotary compressor.
  • Figure 5. Shows a section of an energy recovery mechanism with a rotary compressor with an extendable handle, with the same objective as the previous one.
  • Figure 6. Shows a plan view of an energy recovery mechanism in self-propelled vehicles with a rotary compressor with an extendable crank, with two positions: “A" extended crank; and “B” crank retracted.
  • Figure 7. It shows a diagram of the action of the valve that controls the extension of the crank and a view of it.
  • Figure 8. Shows a balanced rotary compressor, with the admission of air to the rear chamber of the cylinder, through a one-way valve.
  • the energy recovery mechanism in self-propelled vehicles is composed, in the case of figure 1, of a rotary compressor balanced tangential pistons which in turn It consists of a block (11) with two cylinders (12) and a crank (14) with two pins (15).
  • the assembly rotates when the brake is applied, coupled to the drive shaft by means of a clutch and the crank (14) remains fixed to the structure or support.
  • FIG. 8 can be seen a variant of the compressor used in this first embodiment of the energy recovery mechanism in self-propelled vehicles, where the crank (14) and the inner part (a) of the articulated lever (16), are located in a central sealed chamber and the outer part (b) of this lever (16), with the connecting rod (18) and the piston (13) in another, separated by the axis of rotation (17) of this articulated lever (16).
  • the energy recovery mechanism in self-propelled vehicles based on the extendable crank compressor basically consists of: block (21), cylinders (22), pistons (23), articulated lever (26) , connecting rods (28) and a crank (24) with a single pin (25), which moves radially driven by pneumatic or hydraulic pressure.
  • the block (21) rotates attached to the drive shaft of the vehicle, either by gears, chain or other means (222) and with it, all its elements (cylinders, pistons, rods and articulated lever) and the crank (24) remains fixed to the structure of the vehicle.
  • the handle (24) consists of a shaft (210) attached to a cylinder (211) and both have a hole (212) through which the driving agent flows to the base of the latter, a rod slides inside the cylinder (213) attached to the spike (25).
  • the pistons (23) remain in neutral and the rod retracted; when the brake is actuated, pressure is applied to the cylinder (22), the rod and the spigot (25) extend and the pistons (23) move in an alternate linear path to their limit, driven by the angular movement originating the spike ( 25) on the articulated lever (26).
  • This extension is limited by two grooves (214) made in the rod, where two fixed lugs (215) slide to the drive cylinder (22) and at the same time maintain the orientation of the peg (25).
  • the location of the rod is determined by a control valve consisting of a piston (216) actuated by the brake and another (217) that regulates the maximum pressure in the air storage system, likewise a solenoid has been provided (218). ) that is activated if a minimum pressure is required in the system, which by means of a pressure switch, the system acts independently of the brake situation.
  • the crank (24) and the inner part of the articulated lever (26) are located in a sealed central chamber and the outer part of this lever (26), with the connecting rod (28) and the piston (23) in another, separated by the axis of rotation (27) of this articulated lever (26).

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Abstract

Mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados, objeto de la presente patente de invención, está compuesto bien por un compresor rotativo equilibrado de émbolos tangenciales con dos o más cilindros acoplados a una manivela de dos o más espigas bien por un compresor rotativo de émbolos tangenciales con manivela extensible. Con este nuevo sistema conseguimos una recuperación de la energía dilapidada en vehículos automóviles en forma de presión neumática para su posible uso en sistemas auxiliares del propio vehículo o en el propio motor.

Description

MECANISMO RECUPERADOR DE ENERGÍA EN VEHÍCULOS AUTOPROPULSADOS
Objeto de la invención. El objeto de la presente memoria descriptiva es presentar un nuevo sistema para la recuperación de energía en vehículos autopropulsados por medio de un compresor rotativo equilibrado de émbolos tangenciales con dos o más cilindros acoplados a una manivela de dos o más espigas o un compresor rotativo de émbolos tangenciales con manivela extensible. Con este nuevo sistema conseguimos una recuperación de la energía dlapidada en vehículos automóviles en forma de presión neumática para su posible uso en sistemas auxiliares del propio vehículo o en el propio motor.
Antecedentes de la invención. Hoy en día, una gran parte de la energía producida por los motores en vehículos autopropulsados se consume en la deceleración del mismo, especialmente en las grandes ciudades, lo que produce consumos adicionales así como la necesaria utilización, de una forma continuada, de los sistemas de frenado. Además del problema expuesto, los compresores rotativos de pistón con émbolos tangenciales propuestos hasta la fecha tienen como principal defecto que los elementos que tienen un desplazamiento interno durante el giro del conjunto no están equilibrados, y su uso, a determinadas revoluciones, produce vibraciones mecánicas que limitan su empleo y acortan la vida útil del mismo. Se desconoce por parte del inventor, experto en la materia, de ningún compresor rotativo equilibrado en el mercado que tenga las características del compresor descrito a continuación.
Descripción de la invención. Para paliar o en su caso eliminar los inconvenientes arriba mencionados, se presenta este nuevo mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados, basado bien en un compresor rotativo equilibrado de émbolos tangenciales con dos o más cilindros y con una manivela de dos o más espigas o bien en un compresor rotativo de émbolos tangenciales de espiga extensible. En el compresor de émbolos tangenciales equilibrado, el bloque gira acoplado al eje motriz a través de un embrague que se actúa al aplicar el freno del vehículo y la manivela permanece fija a la estructura o soporte. Al iniciar el giro, el brazo interior ranurado de la palanca articulada, se desliza por la espiga de la manivela y hace que bascule sobre un eje, este movimiento angular se transmite al brazo exterior de la palanca, que por medio de una biela lo transforma en un recorrido lineal alternativo al émbolo de su cilindro. Por tanto, cada giro del bloque produce un ciclo completo del émbolo. Los émbolos de los cilindros que están diametralmente opuestos, son accionados por espigas de la manivela igualmente desfasadas 180s. De esta manera, los elementos que tienen un desplazamiento interno, como son los émbolos, bielas y palancas articuladas, mantienen en todo momento un desfase de 180s con su par, consiguiendo una distribución de masas homogénea y equilibrando el conjunto. Esta disposición homogénea y equilibrada es igualmente válida para compresores con un número impar de cilindros, si bien en este caso el equilibrado es en su conjunto, de esta manera, los émbolos de cada cilindro son operados por espigas desfasadas angularmente el mismo numero de grados que los cilindros (por ejemplo, en los cilindros que están situados a 120s entre sí, sus émbolos son accionados por espigas igualmente situadas a 120s entre sí) por lo que mantienen una distribución uniforme de sus masas durante el giro, con un equilibrado constante. La manivela y la parte interior de la palanca articulada, están situadas en una cámara central estanca y la parte exterior de esta palanca con la biela y el pistón en otra, separadas por el eje de giro de esta palanca articulada. En la cabeza del cilindro están ubicados los elementos necesarios que completan el compresor: la culata y la tapa de las válvulas unidireccionales, conducto de entrada y salida. La salida de aire comprimido se envía a un recipiente adecuado a través del eje delantero del compresor y de una junta rotativa. El giro del bloque, asimismo, favorece la disipación del calor generado durante la compresión y junto con la ausencia de vibraciones, le hace especialmente apto para la recuperación de energía en vehículos autopropulsados, acoplado al eje motriz del mismo por medio de un embrague accionado al aplicar el freno del vehículo. Por otro lado, el compresor de espiga extensible esta formado por un bloque con dos o mas cilindros y una manivela de una sola espiga extensible, a la que están acoplados los pistones o émbolos por medio de una palanca articulada y una biela para cada cilindro, el bloque gira acoplado al eje motriz del vehículo y la manivela permanece fija unida a la estructura del vehículo. La manivela esta formada por un cilindro unido al eje de fijación y un vastago con la espiga, el eje y cilindro tienen un conducto interior por donde fluye aire o liquido a presión que actúa el vastago extendiéndolo cuando se aplica el freno del vehículo,
Descripción de los dibujos. Para complementar la descripción que se está realizando, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, una serie de figuras en las cuales, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
• Figura 1.- Muestra una vista en planta de un mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados basado en un compresor rotativo equilibrado de émbolos tangenciales con dos cilindros. • Figura 2.- Muestra una vista en planta de un mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados con un compresor rotativo equilibrado de émbolos tangenciales, con tres cilindros. • Figura 3.- Muestra una sección de un mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados con un compresor rotativo equilibrado. • Figura 4.- Muestra una vista en planta de un mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados con un compresor rotativo de manivela extensible con tres cilindros. • Figura 5.- Muestra una sección de un mecanismo recuperador de energía con un compresor rotativo de manivela extensible, con el mismo objetivo que la anterior. • Figura 6.- Muestra una vista en planta de un mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados con un compresor rotativo de manivela extensible, con dos posiciones: "A" manivela extendida; y "B" manivela retraída. • Figura 7.- Muestra un esquema de la actuación de la válvula que controla la extensión de la manivela y una vista de esta. • Figura 8.- Muestra un compresor rotativo equilibrado, con la admisión del aire a la cámara posterior del cilindro, a través de una válvula de un solo sentido.
Realización preferente de la invención. Como es posible observar en la figura 1 , el mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados, objeto de la presente patente de invención, está compuesto por, en el caso de la figura 1 , de un compresor rotativo equilibrado de émbolos tangenciales que a su vez está compuesto por un bloque (1 1 ) con dos cilindros (12) y una manivela (14) con dos espigas (15). El conjunto gira cuando se aplica el freno, acoplado al eje motriz por medio de un embrague y la manivela (14) permanece fija a la estructura o soporte. Al iniciar el giro, el brazo interior "a" de la palanca articulada (16) se desliza por la espiga (15) de la manivela (14), la cual permanece fija, y hace que bascule sobre su eje (17), este movimiento angular se transmite al pistón (13) en un recorrido lineal alternativo por medio del brazo exterior "b" y la biela (18). De esta forma cada giro del bloque produce un ciclo completo del pistón. Los pistones (13) de los cilindros (12) que están diametralmente opuestos, son accionados por espigas (15) de la manivela (14) igualmente desfasadas 180s. De esta manera, los elementos que tienen un desplazamiento interno, como son los pistones (13), bielas (18) y palancas articuladas (16), mantienen en todo momento un desfase de 180s con su par, consiguiendo una distribución de masas homogénea y equilibrando el conjunto. Esta disposición homogénea y equilibrada es igualmente válida para compresores con un número impar de cilindros, como es posible observar en la figura 2, si bien en este caso el equilibrado es en conjunto y no por par. Los cilindros (12) están situados a 120s y sus pistones (13) son accionados por espigas (15) igualmente situadas a 120s por lo que mantienen una distribución uniforme de sus masas durante el giro, con un equilibrado constante. En la cabeza del cilindro (12) están ubicados los elementos necesarios que completan el compresor rotativo equilibrado, la oulata (120) con la tapa de las válvulas unidireccionales, conducto de entrada y salida del aire. La salida de aire comprimido (121 ) envía el aire a un recipiente adecuado a través del eje delantero del compresor y de una junta rotativa (19). En la figura 8 se puede observar una variante del compresor utilizado en esta primera realización del mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados, donde la manivela (14) y la parte interior (a) de la palanca articulada (16), están situadas en una cámara central estanca y la parte exterior (b) de esta palanca (16), con la biela (18) y el pistón (13) en otra, separadas por el eje de giro (17) de esta palanca articulada (16). Esta disposición facilita el engrase individual de cada cámara, y permite que el aire pueda ser absorbido a la cámara posterior del cilindro (12), a través de una válvula (123) unidireccional durante el recorrido hacia delante del pistón (13), e inyectado durante el retroceso por el conducto (124), a la cámara de compresión. El mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados basado en el compresor de manivela extensible (figuras 4, 5, 6, y 7) básicamente consta de: bloque (21 ), cilindros (22), pistones (23), palanca articulada (26), bielas (28) y una manivela (24) de una sola espiga (25), que se desplaza radialmente impulsada por presión neumática o hidráulica. El bloque (21 ) gira unido al eje motriz del vehículo, bien por engranajes, cadena u otros medios (222) y con él, todos sus elementos, (cilindros, pistones, bielas y palanca articulada) y la manivela (24) permanece fija a la estructura del vehículo. La manivela (24) consta de un eje (210) unido a un cilindro (211 ) y ambos tienen un orificio (212) por donde fluye el agente impulsor hasta la base de este ultimo, dentro del cilindro se desliza un vastago (213) unido a la espiga (25). Como es posible observar en la figura 6A, donde el compresor tiene la manivela (24) extendida, el giro del bloque (21 ) con todos los elementos produce un desplazamiento angular en el brazo interior de la palanca articulada (26), al estar la manivela (24) fija a la estructura del vehículo, este movimiento es transmitido por el brazo exterior de la palanca articulada (26) al pistón (23) en forma de movimiento lineal alternativo. En la figura 6B, donde el compresor tiene la manivela (24) retraída, el bloque (21 ) sigue girando acoplado al eje motriz del vehículo, pero la palanca articulada (26) y los pistones (23) no tienen ningún desplazamiento. La salida de aire comprimido (221 ) envía el aire a un recipiente apropiado a través del eje delantero del compresor y de una junta rotativa (29). Como se acaba de comentar, durante el giro del bloque (21 ), los pistones (23) permanecen en posición neutral y el vastago retraído; al actuar el freno, se manda presión al cilindro (22), el vastago y la espiga (25) se extienden y los pistones (23) se desplazan en recorrido lineal alternativo hasta su límite, impulsados por el movimiento angular que origina la espiga (25) en la palanca articulada (26). Esta extensión, está limitada por dos acanaladuras (214) practicadas en el vastago, por donde se deslizan dos tetones (215) fijos al cilindro (22) impulsor y que al mismo tiempo mantienen la orientación de la espiga (25). La situación del vastago esta determinada por una válvula de control que consta de un émbolo (216) actuado por el freno y otro (217) que regula la presión máxima en el sistema de almacenamiento del aire, así mismo se ha previsto un solenoide (218) que se activa en caso de que necesite una presión mínima en el sistema, que por medio de un interruptor de presión, actúa el sistema independientemente de la situación del freno. La manivela (24) y la parte interior de la palanca articulada (26), están situadas en una cámara central estanca y la parte exterior de esta palanca (26), con la biela (28) y el pistón (23) en otra, separadas por el eje de giro (27) de esta palanca articulada (26). Esta disposición facilita el engrase individual de cada cámara, y permite que el aire pueda ser absorbido a la cámara posterior del cilindro (22), a través de una válvula unidireccional durante el recorrido hacia delante del pistón (23), e inyectado durante el retroceso a la cámara de compresión. En la figura 7 se detalla el funcionamiento de la válvula que controla la manivela. Así, en la figura 7A, cuando se aplica el freno, se manda presión al émbolo (216) de la válvula, que se desplaza, permitiendo que la presión hidráulica o neumática de éste sistema, pase al cilindro (211 ) a través del émbolo (217) que regula la presión de aire en el sistema de almacenamiento, desplazando el vastago (214) al que va unida la espiga (25) de la manivela (24) hasta su limite de recorrido y produciendo el movimiento angular de la palanca articulada (26), que desplaza linealmente los pistones 23). En la figura 7B, al soltar el freno y no haber presión en este sistema, el émbolo (216) recupera su posición por medio de su muelle, la presión del sistema se corta y el conducto del cilindro, se pone a retorno, así la presión que ejerce el aire sobre los pistones, lleva a la manivela a su posición de reposo. El émbolo (218) que es actuado por un solenoide, esta previsto para el caso de que se necesite mantener una presión mínima de aire en el sistema y puede ser activado por un interruptor de presión. En la figura 7C se puede observar la manivela extensible (24) de una sola espiga (25) compuesta por un eje acoplado a la estructura del vehículo (210), cilindro impulsor (211 ), vastago (213) , ranuras de limite y orientación del eje manivela (214) y tetones limitadores (215). Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como una forma de llevarla a la práctica, solamente queda por añadir que dicha invención puede sufrir ciertas variaciones en forma y materiales, siempre y cuando dichas alteraciones no varíen sustancialmente las características que se reivindican a continuación.

Claims

Reivindicaciones.
1. Mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados caracterizado porque está compuesto por un compresor rotativo equilibrado, cuyo bloque (11 ) está compuesto, a su vez, por dos o más cilindros (12) y una manivela (14) con dos o más espigas (15); el conjunto gira cuando se aplica el freno, acoplado al eje motriz por medio de un embrague, donde la manivela (14) permanece fija a la estructura o soporte; al iniciar el giro, el brazo interior "a" de la palanca articulada (16) se desliza por la espiga (15) de la manivela (14), la cual permanece fija, y hace que bascule sobre su eje (17), este movimiento angular se transmite al pistón (13) en un recorrido lineal alternativo por medio del brazo exterior "b" y la biela (18), produciendo un ciclo completo de pistón (13) por cada giro del bloque (1 1 ).
2. Mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados, según reivindicación primera, caracterizado porque cada espiga (15) puede actuar en más de un pistón (13) siempre que sea el mismo número en todas las espigas (15) y se mantenga la condición de que las espigas (15) estén separadas angularmente el mismo número de grados correlativamente que los cilindros (13).
3. Mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados, según reivindicación primera, caracterizado porque en el compresor rotativo equilibrado la manivela (14) y la parte interior (a) de la palanca articulada (16), pueden estar situadas en una cámara central estanca y la parte exterior (b) de esta palanca (16), con la biela (18) y el pistón (13) en otra, separadas por el eje de giro (17) de esta palanca articulada (16), facilitando el engrase individual de cada cámara, y permitiendo que el aire pueda ser absorbido a la cámara posterior del cilindro (12), a través de una válvula (123) unidireccional durante el recorrido hacia delante del pistón (13), e inyectado durante el retroceso por el conducto (124), a la camara de compresión.
4. Mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados caracterizado por estar compuesto por un compresor rotativo de manivela extensible, que dispone de las siguientes partes: bloque (21 ), cilindros (22), pistones (23), palanca articulada (26), bielas (28) y una manivela (24) de una sola espiga (25), que se desplaza radialmente impulsada por presión neumática o hidráulica.
5. Mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados según reivindicación cuarta, caracterizado porque el bloque (21 ) gira unido al eje motriz del vehículo, bien por engranajes, cadena u otros medios (222) y con él, todos sus elementos, (cilindros, pistones, bielas y palanca articulada) y la manivela (24) permanece fija a la estructura del vehículo; la manivela (24) consta de un eje (210) unido a un cilindro (211 ) y ambos tienen un orificio (212) por donde fluye el agente impulsor neumático o hidráulico hasta la base de este último, dentro del cilindro (211 ) se desliza un vastago (213) unido a la espiga (25), limitado en su movimiento por unas ranuras (214) y unos tetones limitadores (215).
6. Mecanismo recuperador de energía en vehículos autopropulsados según reivindicación quinta, caracterizado porque cuando se aplica el freno, se manda presión al émbolo 216) de la válvula, que se desplaza, permitiendo que la presión hidráulica o neumática de éste sistema, pase al cilindro (21 1 ) a través del émbolo (217) que regula la presión de aire en el sistema de almacenamiento, desplazando el vastago (213) al que va unida la espiga (25) de la manivela (24) hasta su limite de recorrido y produciendo el movimiento angular de la palanca articulada (26), que desplaza linealmente los pistones (23); al soltar el freno y no haber presión en este sistema, el émbolo (216) recupera su posición por medio de su muelle, la presión del sistema se corta y el conducto del cilindro, se pone a retorno, así la presión que ejerce el aire sobre los pistones (23), lleva a la manivela (24) a su posición de reposo; el émbolo (218) que es actuado por un solenoide, esta previsto para el caso de que se necesite mantener una presión mínima de aire en el sistema y puede ser activado por un interruptor de presión.
7. Compresor rotativo equilibrado, caracterizado porque el émbolo de cada cilindro es actuado por una espiga desfasada el mismo número de grados que éstos, manteniendo equilibradas las masas, que se desplazan interiormente (émbolos, bielas y palancas articuladas) durante el giro del conjunto; además por cada espiga pueden actuar dos o más émbolos; igualmente, invirtiendo el sentido de las válvulas unidireccionales puede ser utilizado como bomba de vacío.
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