ES2244252B1

ES2244252B1 - ECONOMIZING PROPULSOR SYSTEM FOR CARS.

Info

Publication number: ES2244252B1
Application number: ES200200023A
Authority: ES
Inventors: Jose Podadera Borrego
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2006-10-01
Anticipated expiration: 2022-01-04
Also published as: ES2244252A1

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.Economizer drive system for cars. It consists of the installation in a small-range car of a double propulsion system; one is the traditional one with an explosion engine -1- and the other consists of an electric motor -4- with enough power to reach 50 km / h in urban traffic. The fundamental characteristic of the invention is that of being able to recover energy from the dead inertia of the vehicle (braking) by means of the reversible battery-dynamotor-transmission system. The direct and simple coupling of the two motors to the same differential allows to change at any time from traditional propulsion to electric propulsion according to the needs, and in any case, whenever a large part of the lost energy has to be braked it can be recovered at batteries The benefits derived from this system are designed to increase autonomy and reduce the weight of electric vehicles.

Description

Sistema propulsor-economizador para automóvil.Propellant-economizer system for car.

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.The present design basically consists of installation of a hybrid propulsion for a utility vehicle Small range Said propulsion system uses two sources of Different energy, according to convenience. On the one hand it is available a conventional alternative engine of short displacement; on the other, and attached to the same transmission at the differential input, a motor DC electric with a particularity: it is about A MOTOR DINA, because it can function as an Energy generator Electric when dragged by the inertia of the vehicle, thus recovering the charge of the batteries.

Background of the invention

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).There are currently many versions of Electric car both manufactured and in the design phase, in the Different factories of the sector. But all of them have a common feature, which is the limitation in terms of power and autonomy. That is why, in recent times, we tend to Alternative Bimodal Hybrid Vehicle (Electricity + gasoline).

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.Alternative engines for small Today's utilities are very well designed to go by road with the minimum consumption; in addition, the improvement of aerodynamics and tires have greatly reduced the Resistance to the advance of the vehicle by road. However the traffic by city, raises another problem: resistance by air (aerodynamics) is negligible against resistance by inertia, due to repeated accelerations (must be taken into account account that the energy acquired by the vehicle at each acceleration it is dissipated in the brakes, so the weight of the vehicle takes a very important dimension in its design). Do not forget that the engine under these circumstances never works on the curve of minimum specific consumption, which is usually at about 2500 rpm and a half gases In addition, at traffic light stops it works at idle speed, and The fuel is not used either.

También conviene unir a estos antecedentes la problemática de la contaminación en los núcleos urbanos, por la masiva utilización de combustibles derivados del petróleo.It is also appropriate to join this background the problem of pollution in urban centers, by the massive use of petroleum derived fuels.

Description of the invention

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).The operation in the electric mode of propulsion, is intended exclusively for urban traffic, where the speed is limited to 50 km / h. In this case the transmission is made by a belt reducer-variator trapezoidal, as seen in Plane 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.The two vehicle propulsion devices they connect to the same DIFFERENTIAL (3), although the pinion of attack of the electric transmission can be released by a scrollable

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.In the case of having to reduce speed, release the accelerator pedal, at which time the BATTERY-MOTOR circuit with what happens to GENERATOR-BATTERY. This is achieved by a pair of DIODES or simply by means of a RELAY associated to the pedal, to Change the direction of the direct current. At that time the DINAMOTOR (4) begins to absorb Kinetic Energy by storing it in the batteries (deducting yields); the rest of the deceleration It is done with the brakes dissipating energy to the environment. If the braking is smooth, you may not even have to use them. When the vehicle is almost stopped (<5 km / h) the DINAMOTOR is disengaged by means of the device that will be explained later.

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).Energy from braking is also used when the vehicle is propelled by the gasoline engine (1). To the remove the gear lever from the conventional gearbox (2), the DYNAMOTER is attached whenever the vehicle goes to a speed between 5 and 70 km / h; the drive is designed so that, between this range of vehicle speeds, the DINAMOTOR maintain a speed of rotation between 3000 and 4000 rpm, for which It is designed (both loading and unloading).

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).By stepping on the accelerator again if we are in electric propulsion, the circuit is inverted again CHARGING-DISCHARGE of batteries; the sense of current goes to consumption and a POTENTIOMETER interspersed in it and operated by the pedal, communicates the desired power to the Motor to speed up. At the same time, the drive progressively increases the transmission ratio until maximum speed is reached. The Timonería of the pulleys is pushed by a SPINDLE connected to an electric SERVOMOTOR (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.The potentiometer only acts in the circuit of DOWNLOAD or consumption (when stepping on the accelerator); by inverting the current circuit does not pass through it, so that the intensity of Load as large as possible.

Brief description of the plans

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.In order to better follow everything that is explained in these articles, the following Plans are attached, which they can perfectly represent one of the many ways in which that you can organize the elements that make up this design.

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.Plan 1 is a plan view of the whole mechanic with the different elements that compose it, as well as the assembly of these, and the assembly of the entire device in the Vehicle frame and transmission to the wheels. Plane 2 and the Plane 3 are two axonometric perspective views that complement to the first. Plane 4 is a detailed outline of all elements regardless of their assembly and Plane 5 is the electrical scheme of control and force. Plane 6 represents everything the electric drive assembly as well as the control of the drive, also by electric motor. Finally, the Plane 7 proposes the 5 assembly of the two differential inputs by two sprockets of attack, as well as the assembly of the same next to the Manual gearbox.

Proposal for realization of the invention

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.The assembly and operation of all devices that form the set object of the invention are detailed in the plans and explained more extensively to continuation.

El conjunto de propulsión y transmisión del modelo práctico a desarrollar consta de los siguientes elementos:The drive and transmission assembly of the Practical model to develop consists of the following elements:

- MOTOR ALTERNATIVO de explosión, 4 tiempos. De cilindrada 900 cm^{3} y 45 CV de potencia a 5000 rpm.- ALTERNATIVE EXPLOSION ENGINE, 4 stroke. From displacement 900 cm3 and 45 hp of power at 5000 rpm.

- EMBRAGUE DE DISCO de accionamiento por pedal convencional. Diámetro del disco 140 mm.- CLUTCH DRIVE CLUTCH conventional. Disc diameter 140 mm.

- CAJA DE CAMBIOS manual de 5 velocidades, con engranajes helicoidales en toma constante y selección por sincronizadores.- 5-speed manual GEARBOX, with helical gears in constant tap and selection by synchronizers

Los tres elementos descritos anteriormente están conectados entre sí formando un bloque rígido, y soportado elásticamente por el bastidor del coche.The three elements described above are connected to each other forming a rigid block, and supported elastically by the car frame.

- 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.- DIFFERENTIAL double entry, both of relationship 0.3 reduction. The first entry is by means of attack pinion helical or hypoid in constant intake, permanently attached to the Secondary manual gearbox. Transmit the power from the alternative engine. The second entry is through pinion of helical or hypoid attack in constant shot, but only in solidarity with the axis in which it is mounted by the action of a movable with internal gear on the pinion itself. Through it select the power transmission from the Engine electric.

El diferencial está montado sobre el mismo bloque rígido que la caja de cambios manual.The differential is mounted on the same block Rigid than the manual gearbox.

- 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.- Belt REDUCER-VARIATOR trapezoidal, with reduction ratio that varies between 0.2 and 0.7, according to the opening of the pulleys. The wheelhouse to vary the same It is powered by a SPINDLE, according to Plan 7 detail. This transforms the rotation movement from a small electric motor in translation movement. The engine is governed by a CONTROL ELECTRICAL whose inputs are lap sensors.

- 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.- Magnetic clutch of dust that allows to separate the DINAMOTOR of the rest of the transmission, by order of the same ELECTRONIC CONTROL mentioned above, according to Plan 5. Disc diameter 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.- GENERATOR-POWER MOTOR continuous, nominal voltage 24 V and nominal power from 7 hp to 3000 rpm Windings with COMPOUND winding in PARALLEL SERIES. SERIAL winding communicates more power, so it will be connected in those started by a device associated with the drive control, according to Plan 5. Once achieved a certain speed, the winding is connected SERIES-PARALLEL, cheaper.

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.The three elements described above are permanently connected to each other as can be seen in Plane 6. The coupling between the output shaft of the drive and the input shaft to the Differential is made using pulleys and belt.

- BATERÍAS de Ion-Litio, montadas con salida a 24 V. Capacidad 400 Ah.- Lithium Ion BATTERIES, mounted with output at 24 V. Capacity 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.In short, the operation of the vehicle by electric motor can be selected whenever there is charge in the batteries, which are planned for an autonomy of 2 h (about 100 Km) In any case, the economizer device can increase of the order of 10% this autonomy. In addition, there is always the possibility of running with the explosion engine, which obviously While it is running it will be recharging the batteries.

Claims

1. Automobile economizer drive system, for a hybrid vehicle petrol engine-electric motor; characterized in that the circuit that closes batteries and electric motor is reversible, and can recover and store part of the inertial energy that the moving vehicle possesses. The operation as an engine allows the vehicle to be self-propelled, and when it starts working as a generator it allows a smooth braking. The operating step of the dynamotor from one mode to another is controlled by a diode valve that is operated by the accelerator pedal.

2. Economizer propeller system for automobile, according to claim 1, characterized in that the dynamotor junction box optimizes its operation by acting on the circuit that closes the rotor and stator windings, as follows: to achieve greater starting torque windings they will be in series, and to maintain constant speed in motor mode, as well as for braking in generator mode, it is changed to windings in series-parallel, with better performance; All this is governed by the accelerator pedal.

3. Automobile economizer propellant system, according to claim 1, characterized in that it has the alternative motor and the electric dynamotor connected to the transmission by the same differential; both propulsions attack the crown of this one with hypoid pinions in constant intake, but the one corresponding to the electric propulsion / braking has an adjustable synchronizer to be able to decouple it. The electric propulsion / braking is done through a V-belt drive whose transmission ratio is optimized by a dynamometer speed controller.