ES2257026T3 - Grupo motopropulsor hibrido que comprende un doble tren epicicloidal. - Google Patents
Grupo motopropulsor hibrido que comprende un doble tren epicicloidal.Info
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Abstract
Grupo motopropulsor (10) para vehículo de motorización híbrida que funciona de acuerdo con varios modos, del tipo que comprende un primer tren epicicloidal (T1) que comprende elementos tales como una primera corona (C1), un primer planetario (P1), un primer porta-satélites (PS1), y al menos un primer satélite (S1), unidos en rotación a órganos del grupo motopropulsor (10) tales como un árbol de salida (24) de un motor eléctrico (16), un árbol de salida (22) de un motor térmico (14), un árbol (28) del rotor de un alternador (18) y una salida de potencia (PS1) para transmitir la potencia motriz a las ruedas del vehículo por medio de un puente (20) y del tipo en el cual un módulo electrónico (34) de gestión de la carga de una batería de acumuladores (36) acciona, principalmente en par y en velocidad, el funcionamiento del motor eléctrico (16) y el alternador (18) que es susceptible de ser puesto en carga para recargar la batería de acumuladores (36), caracterizado porque el grupo motopropulsor(10) comprende un segundo tren epicicloidal (T2) que comprende elementos tales como una segunda corona (C2), un segundo planetario (P2), un segundo porta-satélites (PS2), y al menos un segundo satélite (S2), de los cuales uno (C2) está unid en rotación al árbol de salida (24) del motor eléctrico (16), y los otros están unidos a la salida de potencia (PS1) del primer tren epicicloidal (T1) y al puente (20), y porque el módulo electrónico (34) gobierna el funcionamiento del motor térmico (14) y de los medios de bloqueo del árbol de salida (22) del motor térmico.
Description
Grupo motopropulsor híbrido que comprende un
doble tren epicicloidal.
La invención se refiere a un grupo motopropulsor
para vehículo de motorización híbrida que comprende un doble tren
epicicloidal.
La invención se refiere más particularmente a un
grupo motopropulsor para vehículo de motorización híbrida que
funciona según varios modos, del tipo que comprende un primer tren
epicicloidal que comprende elementos tales como una primera corona,
un primer planetario, un primer porta-satélites y al
menos un primer satélite, unidos en rotación a órganos del grupo
motopropulsor tales como un árbol de salida de un motor eléctrico,
un árbol de salida de un motor térmico, un árbol del rotor de un
alternador y una salida de potencia para transmitir una potencia
motriz a ruedas del vehículo, y del tipo en el cual un módulo
electrónico de gestión de la carga de una batería de acumuladores
acciona, principalmente en par y en velocidad, el funcionamiento del
motor eléctrico y del alternador que es susceptible de ser puesto en
carga principalmente para recargar la batería de acumuladores.
Se conocen numerosos ejemplos de grupos
motopropulsores para vehículos de motorización híbrida. Éstos
corresponden esencialmente a dos grupos, los grupos híbridos en
serie y los grupos híbridos paralelos.
Los híbridos en serie son grupos motopropulsores
en los cuales un motor térmico de pistones o una turbina impulsan a
un generador que produce electricidad para alimentar a uno o varios
motores eléctricos unidos a las ruedas del vehículo. Una batería de
acumuladores permite almacenar la energía eléctrica para hacer
funcionar al motor eléctrico.
Los documentos
FR-A-2.734.318,
FR-A1-2.742. 703 y
EP-A1-0.729.858 describen tal grupo
motopropulsor.
El rendimiento de tal cadena de transmisión de la
potencia es bueno, pero tal dispositivo presenta el inconveniente de
necesitar órganos eléctricos voluminosos y penalizantes en términos
de peso embarcado. Los órganos utilizados deben, en efecto, asegurar
la propulsión del vehículo a todas las velocidades, lo que necesita
el empleo de órganos de dimensiones importantes. Además, en caso de
fallo de uno de los órganos eléctricos, el vehículo es
inmovilizado.
Los híbridos paralelos son grupos motopropulsores
en los cuales un motor térmico, un motor eléctrico alimentado
mediante una batería de acumuladores, y una transmisión son
acoplados mecánicamente por mediación de un dispositivo que permite
unirlos en rotación unos a los otros. Se trata generalmente de
dispositivos que comprenden un tren epicicloidal o una caja de
velocidades en los elementos a los cuales están unidos el motor
eléctrico, el motor térmico y la transmisión.
Los grupos motopropulsores del tipo híbrido
paralelo presentan la ventaja de poder utilizar los dos tipos de
propulsión térmica y eléctrica, independiente o simultáneamente.
Estando los dos motores acoplados entre sí, el vehículo puede, por
ejemplo, funcionar según un modo puramente eléctrico, o según un
modo híbrido, o incluso según un modo puramente térmico en función
de las condiciones de utilización, es decir, en función bien sea de
la aceleración deseada, bien sea del lugar de utilización del
vehículo, bien sea de la velocidad del vehículo. El paso de un modo
de funcionamiento a otro es gobernado por un módulo electrónico.
Esta disposición permite utilizar directamente la
potencia motriz del motor térmico para la propulsión del vehículo,
no jugando el motor eléctrico más que un papel complementario, lo
que permite no utilizar más que órganos eléctricos de dimensiones y
de peso reducidos.
Uno de los papeles devueltos al motor térmico es
el de recargar la batería de acumuladores por mediación del motor
eléctrico que es entonces utilizado como generador. Tal grupo
motopropulsor no necesita, por consiguiente, ni motor eléctrico ni
batería de acumuladores voluminosos. Además, la posibilidad de
utilizar uno de los motores preferencialmente permite evitar que el
vehículo sea inmovilizado en caso de fallo del otro motor.
Finalmente, el acoplamiento mecánico de los órganos permite arrancar
el motor térmico impulsando su árbol de salida mediante el motor
eléctrico en lugar de hacerlo de forma convencional con un motor de
arranque, lo que permite conseguir una ganancia de peso apreciable y
reducir los costes de producción.
Otras concepciones híbridas son también
conocidas, principalmente aquéllas en las cuales el motor eléctrico
y la transmisión están acoplados a elementos del tren epicicloidal,
y en las cuales un alternador está también acoplado mecánicamente al
tren epicicloidal con fines de recarga de la batería de
acumuladores. En este tipo de montaje, el grupo motopropulsor
dispone en ciertos casos de dos fuentes de recarga de la batería de
acumuladores que son el alternador y el motor eléctrico utilizado
ocasionalmente como generador de corriente.
Se presenta, sin embargo, un problema en lo que
se refiere a la gestión del par y de la velocidad de rotación de los
diferentes elementos.
Es conocido que un motor térmico no funciona con
su mejor rendimiento más que a su régimen de par máximo. En un
vehículo de propulsión térmico convencional, el motor térmico es la
única fuente de potencia y es utilizado a diferentes regímenes de
rotación para obtener diferentes velocidades del vehículo. Haciendo
esto, no funciona más que raramente a su régimen de par máximo,
debido a que debe, principalmente a cada cambio de relación,
relanzar el
vehículo.
vehículo.
En el caso de un vehículo híbrido para el cual,
por una parte la búsqueda de un bajo consumo es predominante y, por
otra parte, para el cual se puede utilizar un motor eléctrico, el
problema se plantea de forma diferente. Se admite en este caso
utilizar el motor térmico como fuente de potencia a par y régimen
constante, permitiendo el motor eléctrico proporcionar la potencia
adicional necesaria para la obtención de las aceleraciones
deseadas.
Importa por consiguiente que el módulo
electrónico pueda realizar una acción de regulación del par del
motor térmico con el fin de hacerlo funcionar a su régimen de par
máximo. Para hacer esto, una solución simple consiste en asegurar un
control de los pares y regímenes de los otros elementos de la cadena
de propulsión híbrida, a saber, el motor eléctrico y el alternador,
con la ayuda del módulo electrónico.
El problema no resuelto por los dispositivos
existentes resulta de la estructura en un tren epicicloidal para el
acoplamiento de los elementos del grupo motopropulsor. En efecto,
estando los elementos unidos mecánicamente unos a otros mediante el
tren epicicloidal, sus pares y velocidades de rotación están unidos
por la ley de composición de las velocidades en el seno del tren
epicicloidal. Esto es ventajoso en términos de transmisión de
potencia, pero provoca un problema cuando el elemento asegura
funciones de mando. Por ejemplo, en la estructura descrita
anteriormente, el alternador es susceptible de proporcionar un par
resistente a uno de los elementos del tren epicicloidal para que la
transmisión del par motor se efectúe por el engrane de los otros dos
elementos del tren epicicloidal, principalmente cuando el módulo
electrónico controla el arranque del motor térmico mediante el
accionamiento de su árbol de salida. El par resistente proporcionado
por el alternador es entonces utilizado con fines de mando, pero no
se utiliza directamente para la propulsión del vehículo.
Asimismo, cuando el vehículo es propulsado
simultáneamente por el motor eléctrico y el motor térmico, el estado
de carga de la batería de acumuladores puede ser suficiente para no
imponer un funcionamiento del alternador. No es en este caso
necesario impulsarlo, puesto que su rotación provoca inevitablemente
pérdidas mecánicas.
Finalmente, el número limitado de tres entradas o
salidas de potencia de un tren epicicloidal conlleva inevitablemente
el acoplamiento mecánico de dos órganos del grupo motopropulsor
sobre un solo elemento del tren epicicloidal, lo que se realiza
generalmente mediante una unión del motor eléctrico al puente por
mediación de uno de los elementos del tren epicicloidal. En tal
configuración, un modo de recarga de la batería de acumuladores del
vehículo en la parada no puede hacerse más que con la ayuda del
alternador, lo que penaliza enormemente los tiempos de carga. Si se
desea poder utilizar el motor eléctrico como generador de corriente,
es importante poder desolidarizarlo del puente.
Para responder a estos imperativos de
desacoplamiento de los órganos, la invención propone un grupo
motopropulsor del tipo mencionado precedentemente, caracterizado
porque el grupo motopropulsor comprende un segundo tren epicicloidal
que comprende elementos tales como una segunda corona, un segundo
planetario, un segundo porta-satélites, y al menos
un segundo satélite, de los cuales uno está unido en rotación al
árbol de salida del motor eléctrico, y los otros están unidos a la
salida de potencia del primer tren epicicloidal y al puente para
transmitir la potencia motriz a las ruedas del vehículo, y porque el
módulo electrónico controla el funcionamiento del motor térmico y de
medios de bloqueo del árbol de salida del motor térmico.
De acuerdo con otras características de la
invención:
- los medios de bloqueo del árbol de salida del
motor térmico comprenden un freno que actúa según un modo activo de
bloqueo y un modo inactivo sobre un volante motor unido en rotación
al árbol de salida del motor térmico;
- el primer tren epicicloidal es coaxial con el
segundo tren epicicloidal, el primer porta-satélites
está unido en rotación al segundo planetario, y la primera corona
está unida en rotación a la segunda corona;
- la primera corona y la segunda corona forman
una corona común y porque el primer porta-satélites
y el segundo planetario forman un cubo común;
- la corona común a los dos trenes epicicloidales
está unida en rotación al árbol de salida del motor eléctrico, el
primer planetario está unido en rotación al árbol del rotor del
alternador, el cubo común está unido al árbol de salida del motor
térmico, y el segundo porta-satélites está unido en
rotación a las ruedas del vehículo;
- el módulo electrónico es susceptible de
controlar un modo de funcionamiento eléctrico puro en el cual el
freno del volante motor está activo y el alternador no está en
carga;
- el módulo electrónico es susceptible de
controlar un modo de funcionamiento de arranque del motor térmico
mediante el motor eléctrico, en el cual el freno del volante motor
está inactivo y el alternador está en carga;
- el módulo electrónico es susceptible de
controlar un modo de funcionamiento híbrido libre en el cual los
dos motores están en marcha, el freno del volante motor está
inactivo y el eléctrico está en carga;
- el módulo electrónico es susceptible de
controlar, cuando el vehículo está parado, un modo de
funcionamiento de recarga de la batería de acumuladores en el cual
el motor térmico está en marcha y el freno del volante motor está
inactivo, el alternador está en carga y el motor eléctrico es
utilizado como generador de corriente;
- el grupo motopropulsor comprende un freno de
bloqueo del árbol del rotor del alternador que es susceptible de
ser controlado según un modo activo de bloqueo y según un modo
inactivo mediante el módulo electrónico;
- el módulo electrónico es susceptible de
controlar un modo de funcionamiento híbrido bloqueado en el cual
los dos motores están en marcha, el freno del volante motor está
inactivo, el freno del árbol del rotor del alternador está activo, y
el alternador está en carga;
- la unión en rotación del árbol de salida del
motor eléctrico a la corona y la unión en rotación del segundo
porta-satélites al puente son realizadas por
mediación de órganos de transmisión tales como correas dentadas o
cadenas;
- el grupo motopropulsor comprende una carcasa
común que recibe los dos trenes epicicloidales, los órganos de
transmisión, un puente, y sobre el cual están fijados el motor
eléctrico, el alternador y el motor térmico.
Otras características y ventajas de la invención
se harán evidentes con la lectura de la descripción detallada que
sigue, para la comprensión de la cual se hará referencia a los
dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 es un esquema de principio de un
grupo motopropulsor de acuerdo con la invención, que comprende una
batería de acumuladores, un módulo electrónico, dos motores,
eléctrico y térmico, un alternador, un freno de bloqueo asociado al
alternador y un freno de bloqueo asociado al motor térmico;
- la figura 2 es una vista en corte axial del
doble tren epicicloidal del grupo motopropulsor realizado de
acuerdo con la invención;
- la figura 3 es una representación esquemática
del funcionamiento de los órganos implicados en la cadena de
transmisión de la potencia de un grupo motopropulsor de acuerdo con
la invención, representado en un modo de funcionamiento eléctrico
puro en el cual las flechas sombreadas continuas indican los pares
proporcionados, recibidos y transmitidos por los diferentes órganos
del grupo motopropulsor;
- la figura 4 es una representación análoga a la
de la figura 3 que representa un grupo motopropulsor de acuerdo con
la invención representado en un modo de funcionamiento de arranque
del motor térmico;
- la figura 5 es una representación análoga a la
de la figura 2 que representa un grupo motopropulsor de acuerdo con
la invención representado en un modo de funcionamiento híbrido
libre, girando el alternador para recargar la batería de
acumuladores;
- la figura 6 es una representación análoga a la
de la figura 2 que representa un grupo motopropulsor de acuerdo con
la invención representado en un modo de funcionamiento híbrido
bloqueado, estando el alternador bloqueado, transmitiendo el motor
térmico su par al puente, y siendo el motor eléctrico susceptible de
suministrar un par adicional representado por una flecha sombreada
discontinua; y
- la figura 7 es una representación análoga a la
de la figura 2 que representa un grupo motopropulsor de acuerdo con
la invención representado en un modo de funcionamiento de parada del
vehículo que permite la recarga de la batería de acumuladores.
Se ve en la figura 1 el conjunto de un grupo
motopropulsor 10 para vehículo de motorización híbrida realizado de
acuerdo con la invención. El grupo motopropulsor 10 comprende
diferentes órganos tales como un motor térmico 14, un motor
eléctrico 16, un alternador 18, dos trenes epicicloidales T1, T2, y
un puente 20 que permite transmitir el par a las ruedas del
vehículo. Estos diferentes órganos están dispuestos alrededor y en
el interior de una carcasa 12 que alberga a los trenes
epicicloidales T1 y T2.
Los trenes epicicloidales T1 y T2 comprenden
respectivamente elementos tales como una primera corona C1, un
primer planetario P1, un primer porta-satélites PS1,
primeros satélites S1 por una lado, y una segunda corona C2, un
segundo planetario P2, un segundo porta-satélites
PS2 y segundos satélites S2, por otro lado.
Estos elementos están unidos en rotación al motor
térmico 14, al motor eléctrico 16, al alternador 18, y al puente
20.
Los trenes epicicloidales T1, T2 están unidos en
rotación al motor térmico 14 por medio de un árbol de salida 22 del
motor térmico, al motor eléctrico 16 por medio de una correa de
transmisión 28 que engrana con un piñón 26 soportado por un árbol de
salida 24 del motor eléctrico 16, al alternador mediante un árbol de
salida 28 del rotor (no representado) del alternador 18, y al puente
20 mediante una correa de transmisión 30 que engrana con un piñón de
entrada 32 del puente 20.
El grupo motopropulsor 10 comprende un módulo
electrónico de mando o control y de gestión 34 que está unido a una
batería de acumuladores 36, y que controla el funcionamiento del
motor térmico 14, del motor eléctrico 16 y del alternador 18
controlando principalmente su(s) par(es) y
su(s) velocidad(es) de rotación.
De acuerdo con la invención, el árbol de salida
22 del motor térmico 14 comprende un volante 38 que es susceptible
de ser bloqueado por un freno de bloqueo 40 mandado por el módulo
electrónico 34. De una forma análoga, el árbol de salida 28 del
rotor (no representado) del alternador 18 es susceptible de ser
bloqueado por un freno de bloqueo 42, también él mandado por el
módulo electrónico 34. Estos frenos de bloqueo 40 y 42 permiten
bloquear indirectamente ciertos elementos de los trenes
epicicloidales
T1, T2.
T1, T2.
Esta configuración es particularmente ventajosa
puesto que el grupo motopropulsor no comprende, al contrario que
otras construcciones, más que un motor eléctrico. Los costes de
fabricación, que incluyen los costes del alternador y de la
electrónica asociada, son por tanto disminuidos.
Se ve en la figura 2 el detalle de la disposición
coaxial de los trenes epicicloidales T1 y T2. De acuerdo con la
invención, las coronas respectivas C1 y C2 de los trenes
epicicloidales T1 y T2 forman una corona común C que engrana,
mediante un juego de dentados exteriores 44, con la correa dentada
de transmisión 29 que es accionada por el motor eléctrico 16.
La corona C comprende dos juegos de dentados
interiores 46 y 48 que engranan respectivamente con los satélites S1
del tren epicicloidal T1 y los satélites S2 del tren epicicloidal
T2. Los satélites S1 engranan con el planetario P1 que está unido en
rotación al árbol de salida 28 del alternador 18, y están soportados
por un porta-satélites PS1 que pertenece a un cubo
M, una parte 50 del cual adyacente axialmente constituye el
porta-satélites PS2 del tren epicicloidal T2, y una
parte adyacente 52 del cual está unida en rotación al árbol de
salida 22 del motor térmico 14.
Por otra parte, el
porta-satélites PS2 del tren epicicloidal T2
comprende en una parte 54 un juego de dentados 56 que engranan con
la correa de transmisión 30 que controla al puente 20 para
transmitir el movimiento a las ruedas del vehículo.
El porta-satélites PS2 comprende,
en un ánima 55 de su parte 54, un cojinete que permite el guiado en
rotación del cubo M que forma el porta-satélites PS1
del tren epicicloidal T1 y el planetario P2 del tren epicicloidal
T2. Siendo la corona C de gran longitud, los satélites S1 y S2 están
montados sobre los árboles de los porta-satélites
PS1 y PS2 con la ayuda de rodamientos de bolas 58 y 60 que permiten
pequeños movimientos angulares de los satélites S1, S2 y permiten
evitar cualquier riesgo de bloqueo.
El cubo M atraviesa, por otra parte, la carcasa
12, estando su árbol de salida 52 soportado por un cojinete 62 que
comprende, a su vez, un rodamiento de bolas que permite ligeros
movimientos angulares del cubo M.
Ventajosamente, los dos trenes epicicloidales
están acoplados por un lado mediante la corona C, lo que permite al
conjunto de los dos trenes epicicloidales T1, T2 presentar un
volumen radial reducido y, por otro lado, mediante el cubo M
formando porta-satélites PS1 y planetario P2, lo que
permite obtener un volumen longitudinal reducido.
Este dispositivo es también particularmente
ventajoso en términos de mantenimiento, puesto que los dos trenes
epicicloidales T1 y T2 están dispuestos en la corona C, lo que
permite, en caso de fallo, un desmontaje simple y rápido del
conjunto de los trenes epicicloidales T1 y T2 y esto tanto más
fácilmente cuanto que sus medios de unión al motor eléctrico 16 y al
puente 20 son las correas 28 y 30.
Asimismo, el cubo M puede ser fácilmente
desacoplado del árbol de salida 22 del motor térmico 14 mediante una
fijación al nivel del volante 38.
En la descripción de los dibujos anejos 3 a 7 que
siguen, se hará referencia a las numeraciones de las figuras 1 y 2
para los elementos de detalle de la invención ya descritos.
Para ayudar a la comprensión de las figuras y de
los diferentes modos de funcionamiento, se ha adoptado una
representación esquemática de la unión del módulo 34 a los
diferentes órganos por medio de uniones que comprenden conmutadores
que, según que estén en posición abierta o cerrada, permiten al
lector identificar cuáles son los órganos que son accionados,
alimentados y/o están en carga.
De acuerdo con la invención, la figura 3 ilustra
el funcionamiento del grupo motopropulsor 10 en un modo eléctrico
puro. En esta configuración, el motor eléctrico 16 es gobernado por
el módulo electrónico 34 y proporciona un par a la corona C de los
dos trenes epicicloidales T1, T2 por medio de su piñón de salida 26
montado en su árbol de salida 24 y de la correa de transmisión 28.
Para evitar que el motor térmico 14 sea accionado en pérdida pura,
el freno 40 del volante 38 está activo y bloquea el árbol de salida
22 del motor térmico. A la vista de este hecho, el cubo M está
inmóvil y los satélites S1 giran libremente alrededor de sus ejes
puesto que el alternador 18 no está en carga y el árbol de salida 28
del alternador no está frenado, estando el freno 42 inactivo.
El par es, por consiguiente, transmitido desde el
árbol de salida 24 del motor eléctrico 16 al piñón de salida 26, a
la correa de transmisión 28, a la corona C, después al satélite S2
mediante su juego de dentados interiores 48, al
porta-satélites PS2 cuyo dentado 56 permite
transmitir el par a la correa de transmisión 30 que acciona al
puente 20 por medio del piñón 32.
Esta configuración es particularmente
interesante, puesto que permite bloquear totalmente el motor térmico
14 y por consiguiente evitar que se produzcan pérdidas mecánicas
accionando en vacío el motor térmico 14.
Por otra parte, estando el árbol 22 del motor
térmico 14 bloqueado, el primer tren epicicloidal constituye un
reductor de velocidad entre el motor eléctrico y las ruedas del
vehículo.
Finalmente, estando el alternador 18 fuera de
carga y libre para girar, sólo le es transmitida una parte
despreciable del par.
Se ve en la figura 4 una ilustración del grupo
motopropulsor 10 en modo de arranque del motor térmico 14.
Este modo de funcionamiento interviene al ocurrir
un funcionamiento en modo eléctrico puro del cual toma los
principales aspectos, y permite, una vez que el vehículo está
lanzado, poner en marcha el motor térmico 14 con la ayuda del motor
eléctrico 16 y de la inercia del vehículo que acciona al puente
20.
En esta configuración, el módulo electrónico 34
gobierna la puesta en carga del alternador 18, lo que tiene por
efecto oponer un par resistente al planetario P1. Por otra parte, el
freno de bloqueo 40 del volante 38 del motor térmico 14 está
inactivo, y el módulo electrónico 34 gestiona todos los parámetros
necesarios para el funcionamiento del motor térmico 14, como la
puesta en tensión del encendido, la alimentación de combustible, la
alimentación del dispositivo de inyección, etc.
En esta configuración, el par es transmitido,
como se ha dicho precedentemente en referencia a la figura 3, del
motor eléctrico 16 a la corona C del conjunto de los trenes
epicicloidales T1 y T2 y, siendo el cubo M libre de girar al mismo
tiempo que el planetario P1 y oponiendo un par resistente a los
satélites S1, una parte del par que proviene del motor eléctrico 16
es transmitido al cubo M por reacción de los satélites S1 sobre el
planetario P1. La rotación del cubo M acciona al árbol de salida 22
del motor térmico 14, que puede entonces ponerse en marcha. A medida
que le motor térmico 14 coge velocidad, la velocidad de rotación del
cubo M aumenta, y el par resistente opuesto por el alternador 18
disminuye.
Esta disposición permite ventajosamente poner en
marcha el motor térmico 14 dispensándose de utilizar un motor de
arranque convencional. El alternador 18 es aquí utilizado como un
ralentizador cuya función es esencialmente una función de mando. En
efecto, la puesta en carga del alternador, si permite sin embargo
una producción de corriente, tiene esencialmente por objetivo
ralentizar la rotación del planetario P1 para permitir el
accionamiento del cubo M y, por consiguiente, del árbol de salida 22
del motor térmico.
Esta configuración permite por otra parte
utilizar el freno del alternador 42, lo que tendría por efecto, si
estuviese activo, permitir accionar también al cubo M, pero se
correría el riesgo de provocar un deterioro de los dentados cuando,
arrancando el motor térmico 14, el cubo M habría alcanzado una
velocidad de rotación sensiblemente igual a la de la corona C.
Finalmente, la unión del puente 20 al
porta-satélites PS2 permite utilizar la inercia del
vehículo como fuente de par que puede ser transmitido a la corona C
para accionar, por medio de los satélites S1 y del cubo M, el árbol
de salida 22 del motor térmico 14 para su puesta en marcha. Esta
particularidad permite limitar la potencia eléctrica consumida por
el motor eléctrico 16 y, por consiguiente, aumentar la autonomía de
la batería de acumuladores 36.
La figura 5 ilustra una configuración del grupo
motopropulsor 10 en modo de funcionamiento híbrido libre. En esta
configuración, el grupo motopropulsor 10 presenta un funcionamiento
similar al descrito en referencia a la figura 4, en esta diferencia
cerca de que el motor térmico 14 está en marcha y proporciona un par
a su árbol de salida 22, y en consecuencia al cubo M.
Este par es repartido por los satélites S1 por
una parte entre la corona C común a los trenes epicicloidales T1 y
T2 y, por otra parte, al planetario P1 unido en rotación al árbol
del rotor 28 del alternador 18.
Así, el par resistente del alternador 18 es
aumentado para producir corriente que permita, gracias a la gestión
mediante el módulo electrónico 34, recargar la batería de
acumuladores 36. Por otra parte, el par suministrado por el motor
eléctrico 14 al cubo M se combina al nivel de la corona C común a
los trenes epicicloidales T1 y T2 con el par suministrado por le
motor eléctrico 16 para ser transmitido al satélite S2, al
porta-satélites PS2 y en consecuencia al puente
20.
Esta disposición es particularmente ventajosa,
puesto que permite asegurar la propulsión del vehículo mediante una
fuente de par de origen térmico y una fuente de par de origen
eléctrico, asegurando el módulo electrónico 34 la optimización de
los rendimientos del grupo motopropulsor 10. En efecto, el módulo
electrónico 34 gobierna la alimentación del motor eléctrico 16 que
puede regular en par y velocidad, por una parte, y asegura también
la regulación en par, y en consecuencia en velocidad, del alternador
18, lo que permite repartir el par suministrado por el motor
térmico 14 de forma adecuada jugando con las posibilidades de
repartición del tren epicicloidal T1. Así, el motor térmico 14 puede
ser mantenido en su régimen de par máximo y de mejor rendimiento. El
rendimiento de la cadena de tracción es por tanto optimizado. Se
dispone en este modo de utilización de las mismas posibilidades de
control del motor térmico que un híbrido en serie, lo que es
ventajoso en términos de optimización de los consumos y de la
contaminación en aglomeración, sin presentar, no obstante, los
inconvenientes, puesto que una parte de la potencia del motor
térmico es transmitida a las ruedas. La transmisión directa de una
parte de esta potencia permite emplear máquinas eléctricas de
tamaño reducido.
Por otra parte, este modo de funcionamiento
permite asegurar simultáneamente la propulsión del vehículo y la
recarga de la batería de acumuladores 36, estando el alternador 18
puesto en carga.
Se puede finalmente admitir no utilizar el motor
térmico 14 a su régimen de par máximo y de mejor rendimiento si el
estado de carga de la batería de acumuladores impone privilegiar el
régimen de rotación correspondiente al mejor rendimiento del
alternador.
La figura 6 ilustra una configuración en la cual
el grupo motopropulsor 10 funciona según el modo híbrido bloqueado.
Esta configuración difiere de la precedente por el hecho de que el
freno 42 del árbol del rotor 28 del alternador 18 está bloqueado. En
este caso, el par que proviene del motor térmico 14, transmitido al
cubo M, es transmitido íntegramente a la corona C por medio de los
satélites S1 que ruedan sobre el planetario P1 del árbol de salida
28 del alternador que está bloqueado. Puede eventualmente añadirse
al par suministrado por el motor eléctrico 16, si las necesidades
del usuario imponen su funcionamiento, y es transmitido al
porta-satélites PS2 del segundo tren epicicloidal
T2 por medio de los satélites S2, después es transmitido al puente
20.
Esta configuración es particularmente
interesante, puesto que permite transmitir íntegramente el par
suministrado por el motor térmico 14 al puente 20, principalmente en
ciertas condiciones de utilización, como un recorrido de carretera o
de autopista. El funcionamiento del vehículo equipado con tal grupo
motopropulsor es el de un híbrido paralelo, de una excelente
relación de consumo en carretera y en autopista, puesto que el par
del motor térmico puede ser controlado por el motor eléctrico a
pesar del bloqueo del árbol del rotor del alternador. La posibilidad
de utilizar el motor eléctrico 16 como fuente de par adicional
permite al grupo motopropulsor 10 imprimir fuertes aceleraciones al
vehículo. Al contrario, el motor eléctrico puede también, si está
puesto en carga, ser utilizado para recargar la batería y servir de
freno.
La figura 7 ilustra una configuración en la cual
el grupo motopropulsor 10 funciona según un modo de recarga de la
batería de acumuladores 36. En esta configuración, el vehículo está
en parada y, en consecuencia, el puente 20 y el
porta-satélites PS2 del tren epicicloidal T2 están
inmovilizados en rotación. El motor térmico 14 transmite su par al
cubo M, cuyo par es transmitido en parte al alternador 18 por el
engrane de los satélites S1 con el planetario P1 y, por otra parte,
al motor eléctrico 16 mediante el engrane de la corona C con la
correa de transmisión 28 que acciona en rotación al árbol de salida
24 del motor eléctrico 16.
El módulo electrónico 34 gobierna entonces la
utilización del motor eléctrico 16 como generador y la recarga de la
batería de acumuladores 36 se mejora tanto más cuanto que el motor
eléctrico 16 juega un papel de generador análogo al del alternador
18.
El módulo electrónico 34 determina, en función de
la velocidad de rotación de los elementos puestos en juego, para qué
parte el motor eléctrico 16 y el alternador 18 deben intervenir en
la recarga regulando el par que les es proporcionado. En efecto,
tanto para el motor eléctrico 16 como para el alternador 18, el par
resistente que oponen al movimiento de rotación es función de la
tensión que el módulo electrónico suministra a sus estatores.
Esta configuración es particularmente ventajosa,
puesto que permite recargar rápidamente la batería de acumuladores
36 a un ritmo más elevado que en ninguno de los modos precedentes,
ello con el fin de proceder a una recarga rápida cuando se agota la
autonomía de la batería y cuando las condiciones de utilización,
principalmente de aglomeración, imponen la utilización del grupo
motopropulsor 10 en funcionamiento eléctrico puro.
Más generalmente, esta estructura de grupo
motopropulsor híbrido es particularmente ventajosa, puesto que
permite pasar de un modo de funcionamiento al otro sin manipulación
de conjuntos mecánicos pesados que corran el riesgo de provocar
desacuerdos de utilización. Así, por ejemplo, el paso del modo
eléctrico puro al modo de puesta en marcha del motor térmico 14 se
efectúa por la simple conmutación del alternador 18 en posición de
carga, la posición de modo híbrido libre es obtenida desde que el
motor térmico 14 ha arrancado y un simple bloqueo del freno 42 del
alternador 18 permite al grupo motopropulsor 10 adaptar un modo de
funcionamiento en híbrido bloqueado. El modo de recarga de la
batería de acumuladores 36 puede, en lo que a él se refiere, ser
obtenido de forma muy simple a partir de una posición de parada,
estando el vehículo inicialmente en modo de propulsión eléctrica
pura.
Este grupo motopropulsor es también
particularmente ventajoso, puesto que el empleo de una estructura de
dos trenes epicicloidales permite proporcionar dos relaciones de
reducción diferentes entre el motor térmico o eléctrico y las
ruedas, lo que permite emplear motores de tamaños apropiados y
reducidos al mínimo estricto, en consecuencia con una ganancia de
peso notable. Además, la elección de una relación de reducción por
bloqueo de los elementos de los trenes epicicloidales permite
ofrecer al vehículo una gran gama de velocidades, desde la
velocidad nula a la velocidad máxima alcanzada en modo de
funcionamiento híbrido bloqueado.
Claims (13)
1. Grupo motopropulsor (10) para vehículo de
motorización híbrida que funciona de acuerdo con varios modos, del
tipo que comprende un primer tren epicicloidal (T1) que comprende
elementos tales como una primera corona (C1), un primer planetario
(P1), un primer porta-satélites (PS1), y al menos un
primer satélite (S1), unidos en rotación a órganos del grupo
motopropulsor (10) tales como un árbol de salida (24) de un motor
eléctrico (16), un árbol de salida (22) de un motor térmico (14), un
árbol (28) del rotor de un alternador (18) y una salida de potencia
(PS1) para transmitir la potencia motriz a las ruedas del vehículo
por medio de un puente (20) y del tipo en el cual un módulo
electrónico (34) de gestión de la carga de una batería de
acumuladores (36) acciona, principalmente en par y en velocidad, el
funcionamiento del motor eléctrico (16) y el alternador (18) que es
susceptible de ser puesto en carga para recargar la batería de
acumuladores (36),
caracterizado porque el grupo
motopropulsor (10) comprende un segundo tren epicicloidal (T2) que
comprende elementos tales como una segunda corona (C2), un segundo
planetario (P2), un segundo porta-satélites (PS2), y
al menos un segundo satélite (S2), de los cuales uno (C2) está unid
en rotación al árbol de salida (24) del motor eléctrico (16), y los
otros están unidos a la salida de potencia (PS1) del primer tren
epicicloidal (T1) y al puente (20), y porque el módulo electrónico
(34) gobierna el funcionamiento del motor térmico (14) y de los
medios de bloqueo del árbol de salida (22) del motor térmico.
2. Grupo motopropulsor (10) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los medios de bloqueo
del árbol de salida (22) del motor térmico (14) comprenden un freno
(40) que actúa según un modo activo de bloqueo y un modo inactivo
sobre un volante motor (38) unido en rotación al árbol de salida
(22) del motor térmico (14).
3. Grupo motopropulsor (10) de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el primer
tren epicicloidal (T1) es coaxial con el segundo tren epicicloidal
(T2), porque el primer porta-satélites (PS1) está
unido en rotación al segundo planetario (P2) y porque la primera
corona (C1) está unida en rotación a la segunda corona (C2).
4. Grupo motopropulsor (10) de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque la primera corona (C1)
y la segunda corona (C2) forman una corona común (C) y porque el
primer porta-satélites (PS1) y el segundo planetario
(P2) forman un cubo común M.
5. Grupo motopropulsor (10) según la
reivindicación 4, caracterizado porque la corona (C) común a
los dos trenes epicicloidales (T1, T2) está unida en rotación al
árbol de salida (24) del motor eléctrico (16), el primer planetario
(P1) está unido en rotación al árbol (28) del rotor del alternador
(18), el cubo común (M) está unido al árbol de salida (22) del motor
térmico (14), y el segundo porta-satélites (PS2)
está unido en rotación a las ruedas del vehículo.
6. Grupo motopropulsor (10) según la
reivindicación 5 tomada en combinación con la reivindicación 2,
caracterizado porque el módulo electrónico (34) es
susceptible de gobernar un modo de funcionamiento eléctrico puro en
el cual el freno (40) del volante motor (38) está activo y el
alternador (18) no está en carga.
7. Grupo motopropulsor (10) según la
reivindicación 5 tomada en combinación con la reivindicación 2,
caracterizado porque el módulo electrónico (34) es
susceptible de gobernar un modo de funcionamiento de arranque del
motor térmico (14) mediante el motor eléctrico (16) en el cual el
freno (40) del volante motor (38) está inactivo y el alternador (18)
está en carga.
8. Grupo motopropulsor (10) según la
reivindicación 5 tomada en combinación con la reivindicación 2,
caracterizado porque el módulo electrónico (34) es
susceptible de gobernar un modo de funcionamiento híbrido libre en
el cual los dos motores (14, 16) están en marcha, el freno (40) del
volante motor (38) está inactivo y el alternador (18) está en
carga.
9. Grupo motopropulsor (10) según la
reivindicación 4, caracterizado porque el módulo electrónico
(34) es susceptible de gobernar, cuando el vehículo está parado, un
modo de funcionamiento de recarga de la batería de acumuladores (38)
en el cual el motor térmico (14) está en marcha y el freno (40) del
volante motor (38) está inactivo, el alternador (18) está en carga y
el motor eléctrico (16) es utilizado como generador de
corriente.
10. Grupo motopropulsor (10) según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
comprende un freno de bloqueo (42) del árbol (28) del rotor del
alternador (18) que es susceptible de ser accionado según un modo
activo de bloqueo y según un modo inactivo mediante el módulo
electrónico (34).
11. Grupo motopropulsor (10) según la
reivindicación 9 tomada en combinación con las reivindicaciones 2 y
5, caracterizado porque el módulo electrónico (34) es
susceptible de gobernar un modo de funcionamiento híbrido bloqueado
en el cual los dos motores (14, 16) están en marcha, el freno (40)
del volante motor (38) está inactivo, el freno (42) del árbol del
rotor (28) del alternador (18) está activo y el alternador (18) está
en carga.
12. Grupo motopropulsor (10) según la
reivindicación 5, caracterizado porque la unión en rotación
del árbol de la salida del motor eléctrico (16) a la corona (C) y la
unión en rotación del segundo porta-satélites (PS2)
al puente son realizadas por medio de órganos de transmisiones tales
como correas dentadas o cadenas (28, 30).
13. Grupo motopropulsor (10) según la
reivindicación 12, caracterizado porque comprende una carcasa
común (12) que recibe los dos trenes epicicloidales (T1, T2), los
órganos de transmisión (28, 30), un puente (20), y sobre el cual
están fijos el motor eléctrico (16), el alternador (18) y el motor
térmico (14).
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