BR112012005365A2 - sistema de propulsão híbrido para veículo tendo um motor de combustão como propulsor - Google Patents

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BR112012005365A2
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BR
Brazil
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pulley
output shaft
combustion engine
engine
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BR112012005365-5A
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English (en)
Inventor
Kshatriya Tejas Krishna
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Kpit Cummins Infosystems Ltd.
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Abstract

SISTEMA DE PROPULSÃO HÍBRIDO PARA VEÍCULO TENDO UM MOTOR DE COMBUSTÃO COMO PROPULSOR, é revelado um veículo híbrido; o veículo híbrido consiste de um propulsor tendo um eixo de saída; o eixo de saída tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta; o veículo híbrido também consiste de uma transmissão acoplada à primeira extremidade do eixo de saída, um primeiro dispositivo de armazenamento de energia, um alternador acoplado à segunda extremidade do eixo de saída e configurado para alimentar um ou mais sistemas elétricos do veículo e carregar o primeiro dispositivo de armazenamento de energia, um motor acoplado à segunda extremidade do eixo de saída e configurado para auxiliar o propulsor a girar o eixo de saída, um segundo dispositivo de armazenamento de energia configurado para fornecer energia elétrica ao motor e uma unidade de controle de motor configurada para controlar a quantidade de energia elétrica fornecida do dispositivo de armazenamento de energia ao motor.

Description

o» é 1/30 . . “SISTEMA DE PROPULSÃO HÍBRIDO PARA VEÍCULO TENDO UM MOTOR DE COMBUSTÃO COMO PROPULSOR”. ' REFERÊNCIA CRUZADA ÀS PETIÇÕES RELACIONADAS A presente petição reivindica prioridade para e o benefício das seguintes petições de patente, as revelações das quais são incorporadas aqui por referência em suas totalidades: Petição de Patente Indiana Nº 2108/MUM/2009, data de registro de 15 de setembro de 2009; Petição de Patente Indiana Nº 2109/MUM/2009, data de registro de 15 de setembro de 2009; Petição Internacional Nº PCT, 7IN2009/000655, data de registro de 15 de novembro de 2009; Petição de Patente Internacional Nº PCT/IN2009/000656, data de registro de 15 de novembro de 2009; e Petição de Patente Indiana Nº 1388/MUM/2010, data de registro de 30 de abril de 2010. |
HISTÓRICO Í A presente revelação se refere normalmente ao | 15º campo dos veículos híbridos. Mais particularmente, a presente revelação se refere a um sistema de propulsão que pode ser adicionado a um veículo para | conversão de um veículo novo ou existente em um veículo híbrido. À presente revelação, além disso, se refere a um sistema de propulsão que utiliza um motor de combustão como propulsor de um veículo. Os veículos híbridos oferecem para os consumidores | uma alternativa aos veículos que empregam motores de combustão interna, transmissões e conjuntos motrizes convencionais que muitas vezes apresentam eficiência de combustível relativamente baixa e/ou geram emissões indesejáveis que são liberadas durante a operação. Um veículo híbrido típico combina um motor elétrico alimentado por bateria com um motor de combustão interna. A aceitabilidade dos veículos híbridos pelos consumidores depende pelo menos parcialmente do custo da solução e do benefício que a solução traz em termos de eficiência de combustível bem como de redução nas emissões. A eficiência de combustível e as capacidades de emissões de um veículo híbrido pelo menos
' 2/30 . . parcialmente dependem do projeto e uso dos principais componentes do sistema de propulsão híbrido (por exemplo, motor elétrico, bateria, controlador, software associado, etc.). Há uma necessidade contínua em fornecer um veículo híbrido e/ou um sistema de propulsão híbrido para um veículo que equilibre as —independências dos principais componentes do veículo híbrido, de uma maneira que forneça ao consumidor uma solução econômica em termos de eficiência de combustível bem como de redução nas emissões. Há também uma necessidade contínua em fornecer um sistema híbrido de propulsão para um veículo que possa ser prontamente instalado como uma aplicação de recondicionamento nos veículos existentes e/ou incorporado numa plataforma de um novo veículo por um fabricante de equipamento original.
RESUMO Uma configuração exemplificativa da revelação se refere a um veículo híbrido. O veículo híbrido consiste de um propulsor tendo 15º um eixo de saída. O eixo de saída tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta. O veículo híbrido também consiste de uma transmissão acoplada à primeira extremidade do eixo de saída, um primeiro dispositivo de armazenamento de energia, um alternador acoplado à segunda extremidade do eixo de saída e configurado para alimentar um ou mais sistemas elétricos do veículo e carregar o primeiro dispositivo de armazenamento de | energia, um motor acoplado à segunda extremidade do eixo de saída e configurado para auxiliar o propulsor a girar o eixo de saída, um segundo dispositivo de armazenamento de energia configurado para fornecer energia elétrica ao motor e uma unidade de controle de motor configurada para controlar a quantidade de energia elétrica fornecida do segundo dispositivo de armazenamento de energia ao motor. | Uma outra configuração exemplificativa da revelação se refere a um sistema de propulsão híbrido para um veículo tendo um motor | de combustão interna, uma transmissão, um alternador e uma bateria. O |
Í 3/30 | * | . sistema de propulsão híbrido consiste de um motor elétrico tendo um eixo de saída configurado para ser acoplado a um eixo de manivelas do motor de combustão interna num lado do motor de combustão oposto a um acoplamento | de transmissão.
O motor elétrico é configurado para fornecer assistência ao | motor de combustão interna girando o eixo de manivelas.
O sistema de 1 propulsão híbrido também consiste de um elemento de armazenamento de energia configurado para fornecer energia elétrica ao motor e uma unidade de controle de motor configurada para controlar a quantidade de energia elétrica fornecida do elemento de armazenamento de energia ao motor elétrico.
O elemento de armazenamento de energia está separado da bateria do veículo.
Uma outra configuração exemplificativa da revelação se refere a um veículo híbrido.
O veículo híbrido consiste de um propulsor tendo um primeiro eixo de saída.
O primeiro eixo de saída tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta.
O veículo híbrido, além disso, 15º consiste de uma transmissão acoplada à primeira extremidade do eixo de saída: O veículo híbrido, além disso, consiste de um motor tendo um segundo eixo de: saída.
O segundo eixo de saída é acoplado à segunda extremidade do primeiro eixo de saída tal que o segundo eixo de saída esteja substancialmente coaxial ao primeiro eixo de saída.
O motor é configurado para auxiliar seletivamente o propulsor a girar o eixo de saída.
O veículo híbrido, além disso, consiste de um primeiro dispositivo de armazenamento de energia.
O veículo híbrido consiste ainda de um alternador acoplado à segunda extremidade do eixo de saída do propulsor e configurado para alimentar um ou mais sistemas elétricos do veículo e carregar o primeiro dispositivo de armazenamento de energia.
O veículo híbrido consiste também de um segundo dispositivo de armazenamento de energia configurado para fornecer energia elétrica ao motor.
O veículo híbrido, além disso, consiste de uma unidade de controle de motor configurada para controlar a quantidade de energia elétrica fornecida do segundo dispositivo de armazenamento de energia ao motor.
Ú 4/30 . BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIG. 1A é um diagrama esquemático de um veículo e um sistema de propulsão híbrido de acordo com uma configuração exemplificativa. A FIG. 1B é um diagrama esquemático de um veículo e um sistema de propulsão híbrido de acordo com uma outra configuração exemplificativa. A FIG. 2 é uma vista lateral de um veículo tendo o sistema de propulsão híbrido da FIG. 1 de acordo com uma configuração exemplificativa. A FIG. 3 é uma vista superior do veículo da FIG. 2. A FIG. 4A é uma vista inferior do veículo da FIG. 2. | A FIG. 48 é uma tampa do motor de combustão do | veículo da FIG. 2 de acordo com uma configuração exemplificativa. A FIG. 5A é uma vista em perspectiva de uma polia existente fornecida sobre um eixo de manivelas do veículo da FIG. 2.
A FIG. 5B é uma vista em perspectiva apenas da polia da FIG. 5A.
A FIG. 6A é uma vista em perspectiva de uma polia do sistema de propulsão híbrido que substitui a polia existente fornecida sobre o eixo de manivelas.
A FIG. 6B é uma vista em perspectiva apenas da polia da FIG. 6A.
A FIG. 7 é uma vista em perspectiva de uma tubulação de descarga do veículo da FIG. 2.
A FIG. 8 é uma outra vista em perspectiva da tubulação de descarga do veículo da FIG. 2, mas com uma blindagem térmica de escape removida.
A FIG. 9A é uma vista em perspectiva de um primeiro
' 5/30 . dispositivo de montagem que é adicionado ao veículo para suportar os componentes do sistema de propulsão híbrido. A FIG. 98 é uma vista em perspectiva apenas do Í primeiro dispositivo de montagem.
A FIG. 10A é uma vista em perspectiva de um segundo dispositivo de montagem que é adicionado ao veículo para suportar os componentes do sistema de propulsão híbrido.
A FIG. 10B é uma vista em perspectiva apenas do segundo dispositivo de montagem.
A FIG. 11A é uma vista em perspectiva de um terceiro dispositivo de montagem que é adicionado ao veículo para suportar os componentes do sistema de propulsão híbrido.
A FIG. 11B é uma vista em perspectiva apenas do terceiro dispositivo de montagem.
A FIG. 12 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de montagem ao motor elétrico de acordo com uma configuração exemplificativa mostrada com uma blindagem térmica.
A FIG. 13A é uma vista em perspectiva da nova polia intermediária do sistema de propulsão híbrido de acordo com uma configuração exemplificativa.
A FIG. 138 é uma vista em perspectiva apenas da polia intermediária da FIG. 13A.
A FIG. 14 é uma vista em perspectiva de uma chave de combustível do sistema de propulsão híbrido montada dentro do veículo de acordo com uma configuração exemplificativa.
A FIG. 15 é uma vista em perspectiva de um layout do pedal do veículo de acordo com uma configuração exemplificativa.
A FIG. 16 é uma vista em perspectiva de uma caixa de junção e isolador do sistema de propulsão híbrido de acordo com uma
. configuração exemplificativa. A FIG. 17 é uma vista em perspectiva de uma unidade de controle de motor do sistema de propulsão híbrido de acordo com uma configuração exemplificativa.
A FIG. 18 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de armazenamento de energia do sistema de propulsão híbrido de acordo com uma configuração exemplificativa.
A FIG. 19 é uma vista em perspectiva de um carregador do sistema de propulsão híbrido de acordo com uma configuração | exemplificativa. | A FIG. 20 é uma vista em perspectiva de uma interface de usuário e display opcionais do sistema de propulsão híbrido de acordo com uma configuração exemplificativa. A FIG. 21 é um diagrama esquemático de um 15º roteamento elétrico do sistema de propulsão híbrido de acordo com uma : configuração exemplificativa.
DESCRIÇÃO DETALHADA Tomando as figuras como referência, um sistema de propulsão híbrido 100 e os componentes deste são mostrados de acordo com configurações exemplificativas. O sistema de propulsão híbrido 100 é configurado para ser instalado em um veículo (por exemplo, automóveis como carros, caminhões, veículos utilitários, minivans, ônibus e similares; tri-pods, scooters, aviões, barcos, etc.), por um fabricante de equipamento original e/ou como uma aplicação de recondicionamento e fornecer um sistema que possa reduzir seletivamente a carga de propulsão de um motor de combustão (por exemplo, compartilhando a carga pelo menos parcialmente, etc.) e/ou aumentar a capacidade de torque de um motor de combustão auxiliando na rotação de um eixo de manivelas do motor de combustão. A adição do sistema de propulsão híbrido 100 a um veículo visa melhorar a economia de combustível
' 7/30 . (por exemplo, consumo, etc.), as taxas de emissão e/ou a potência do veículo em comparação com o mesmo veículo operando sem o sistema de propulsão ' híbrido 100. O sistema de propulsão híbrido 100 pode ser instalado em qualquer local apropriado num veículo e integrado a quaisquer outros componentes do veículo, podendo ser fornecido em uma ampla variedade de tamanhos, formatos e configurações e instalado usando uma grande diversidade de processos de fabricação e montagem de acordo com as várias configurações exemplificativas. Todas as tais variações estão inclusas no escopo das revelações presentes.
A FIG. 1A é uma ilustração esquemática de um veículo e um sistema de propulsão híbrido 100 de acordo com uma configuração exemplificativa. O sistema de propulsão híbrido 100 normalmente inclui um motor de combustão (por exemplo, motor diesel, motor de turbina, etc.), mostrado como um motor de combustão interna movido a gasolina 102, 15º um motor elétrico 104, uma unidade de controle de motor 106 e uma fonte de energia elétrica, mostrada como uma bateria 108. A bateria 108 está na forma de um grupo de bateria incluindo diversos dispositivos de armazenamento de energia na forma de células eletroquímicas ou baterias (embora dispositivos capacitivos como supercapacitores e/ou ultracapacitores possam ser usados no lugar de ou além das baterias de acordo com outras configurações exemplificativas).
O motor de combustão interna 102 funciona como um propulsor do veículo gerando uma saída de torque que é suficiente para impelir uma ou mais rodas 110 do veículo. O motor elétrico 104 é fornecido para auxiliar o motor de combustão interna 102 reduzindo a carga de propulsão do motor de combustão interna 102 (por exemplo, compartilhando a carga pelo menos parcialmente, etc.) e/ou aumentando a potência do motor de combustão interna 102. O motor elétrico 104 é alimentado pela bateria 108 e controlado pela unidade de controle de motor 106. A unidade de controle de
' 8/30 . motor 106 controla o motor elétrico 104 com base nos sinais de saída recebidos dos sensores do motor de combustão 112, sensores do motor 114 e/ou ' sensores da bateria, como detalhado abaixo.
Deve ser notado à princípio que para propósitos desta revelação, o termo híbrido, quer seja utilizado sozinho ou em combinação com termos como veículo e/ou sistema de propulsão, normalmente é usado para se referir a um veículo tendo um sistema de propulsão que inclui mais que uma fonte de força.
De acordo com uma configuração exemplificativa, o sistema de propulsão híbrido 100 utiliza um motor de combustão interna e um motor elétrico.
De acordo com outras configurações, o motor de combustão interna e/ou o motor de propulsão elétrica e os sistemas de controle deste podem ser substituídos por uma variedade de fontes de energia apropriadas conhecidas ou não.
A quantidade de assistência fornecida ao motor de 15º combustão interna 102 pelo motor elétrico 104 e a duração na qual a assistência é fornecida, são controladas, pelo menos em parte, pela unidade de controle de motor 106. A unidade de controle de motor 106 inclui um controlador de motor configurado para gerar e/ou receber um ou mais sinais de controle para operação do motor elétrico 104. A unidade de controle de motor 106 pode incluir um ou mais processadores (por exemplo, microcontroladores) e uma ou mais mídias de leitura digitais (por exemplo, memória) configuradas para armazenar os vários dados usados pela unidade de controle de motor 106 e/ou as instruções que podem ser executadas pelo processador(s) para o desempenho de várias funções.
Uma memória da unidade de controle de motor 106 pode incluir um ou mais módulos (por exemplo, módulos de software) incluindo, mas não limitado, um módulo de controle de motor e um módulo de gerenciamento de energia.
O módulo de controle de motor é configurado para Berar um ou mais sinais de controle para controlar a operação do motor elétrico
. 104. De acordo com uma configuração exemplificativa, o módulo de controle de motor pode gerar sinais de controle baseados em um ou mais dos perfis de | assistência de motor com base em resultados experimentais e/ou de modelagem. O módulo de gerenciamento de energia é configurado para gerenciar a energia fornecida pela bateria 108. De acordo com uma configuração exemplificativa, o módulo de gerenciamento de energia pode ser configurado para determinar a quantidade de carga disponível restante na bateria 108 mais a carga que poderia se tornar disponível como resultado da Í frenagem regenerativa e pode ser configurada para alterar os sinais de controle | fornecidos ao motor elétrico 104 baseado na carga disponível na bateria 108 | €/ou outras condições de operação do veículo. | A unidade de controle de motor 106 recebe uma ou | mais entradas vindas de vários sensores, circuitos e/ou outros componentes do Í veículo, tais como, motor de combustão interna 102, motor elétrico 104, bateria Í
108. As entradas podem incluir entradas digitais (por exemplo, freio, freio de | mão, embreagem, marcha à ré, ar condicionado, ignição, seleção de modo, tal | como, economia ou potência, etc.), entradas moduladas e/ou codificadas (por exemplo, sensor de velocidade do veículo, sensor de velocidade do motor de combustão, codificadores, etc.), entradas analógicas (por exemplo, temperatura do motor, temperatura do motor de combustão, temperatura da bateria 108, posição de acelerador, pressão da tubulação de descarga, posição de freio, etc.) e/ou outros tipos de entradas. De acordo com uma configuração exemplificativa, uma ou mais das entradas pode ser isolada através de circuitos isoladores (por exemplo, isoladores galvânicos). As informações recebidas nas entradas podem ser recebidas vindas de vários sensores do veículo (por | exemplo, sensores existentes do veículo, sistema de gerenciamento do motor | de combustão, sensores adicionados ao veículo para uso pelo sistema de | propulsão híbrido 100, etc.). | A unidade de controle de motor 106 também pode | | |
| 10/30 . ser configurada para gerar uma ou mais saídas de sistema, tais como, uma saída de energia do controlador de motor para estabelecer a energia para O controlador de motor, uma saída da lâmpada de indicação de falha, saídas de display para exibir várias informações sobre a unidade de controle de motor 106 (por exemplo, para um condutor do veículo, mecânico, etc.) e/ou outros tipos de saídas. A unidade de controle de motor 106 também pode ser configurada para gerar uma ou mais saídas (por exemplo, saídas digitais, saídas analógicas, etc.) tais como saídas do injetor e/ou saídas de sistema. As saídas do injetor podem ser configuradas para controlar os injetores de combustível (por exemplo, através de um ou mais controladores) para atrasar e/ou limitar o fluxo de combustível para o motor de combustão. As saídas de sistema podem incluir uma saída de controle de fonte de alimentação, saída da ventoinha de refrigeração do controlador de motor, saída da lâmpada de falha, saída da bomba e/ou outros tipos de saídas usadas para fornecer informações para e/ou
15. controlar vários componentes do veículo (por exemplo, incluindo o motor de combustão, etc.). A unidade de controle de motor 106 também pode ser configurada para gerar informações de display para exibição para um condutor do veículo (por exemplo, num display no ou próximo do painel de instrumentos do veículo).
Além de auxiliar o motor de combustão interna 102 reduzindo a carga de propulsão do motor de combustão interna 102 e/ou aumentando a potência do motor de combustão interna 102, o motor elétrico 104 também pode ser configurado para funcionar como um gerador para carregar a bateria 108 e/ou para fornecer energia elétrica para os vários componentes elétricos existentes dentro do veículo. Por exemplo, o motor elétrico 104 pode funcionar como um gerador quando nenhum torque é requerido do motor de combustão interna 102 (por exemplo, quando o veículo está em marcha lenta, descida, frenagem, etc.). O motor elétrico 104 também pode ser configurado para fornecer energia mecânica (por exemplo, energia
| 11/30 % mecânica rotacional, etc.) para operação de um ou mais sistemas dentro do veículo.
Por exemplo, como detalhado abaixo, o motor elétrico 104 pode ser usado para alimentar um compressor que faz parte de um sistema de ar condicionado do veículo.
De acordo com uma configuração exemplificativa, a bateria 108 é uma pluralidade de baterias de chumbo-ácido conectadas em série.
De acordo com outras configurações, a bateria 108 pode ser selecionada a partir de diversas baterias apropriadas incluindo, mas não limitado, baterias de íon-lítio, baterias de níquel-hidreto metálico (NiMH), etc.
De acordo com outras configurações alternativas, a bateria 108 pode ser substituída por ou usada em combinação com qualquer outro tipo de elemento de armazenamento de energia (por exemplo, um ou mais capacitores, supercapacitores, etc.). A bateria 108 é configurada para receber uma carga do motor elétrico 104 quando o motor elétrico 104 está funcionando como um 15º gerador.
Se a bateria 108 não for suficientemente carregada durante a operação do veículo, o veículo irá operar com combustível somente até que a bateria 108 do veículo tenha sido recarregada.
De acordo com uma configuração exemplificativa, um carregador separado também é fornecido para carregar a bateria 108. Tal carregador inclui um conector, mostrado como um plugue 134, que permite ao usuário conectar no sistema de propulsão híbrido 100 quando o veículo não estiver em uso.
De acordo com a configuração ilustrada, a bateria 108 e o carregador separado são mostrados armazenados dentro do portamalas do veículo.
De acordo com outras configurações, a bateria 108 e/ou o carregador separado podem ser colocados em quaisquer outros espaços disponíveis dentro do veículo.
Ainda consultando a FIG. 14, o motor de combustão interna 102 inclui um eixo de saída, mostrado como um eixo de manivelas 116 tendo uma primeira saída 118 e uma segunda saída 120. A primeira saída 118 é configurada para ser acoplada a um conjunto motriz do veículo para
' 12/30 . acionamento de uma ou mais das rodas 110. De acordo com a configuração ilustrada, o veículo é do tipo de tração por roda dianteira e o conjunto motriz inclui uma transmissão 122 (uma transmissão automática ou uma transmissão manual) acoplada às rodas dianteiras 110 através de um ou mais eixos da roda, diferenciais, articulações, etc. De acordo com outras configurações, sistema de propulsão híbrido 100 também pode ser usado em um veículo de tração por roda traseira e/ou um veículo de tração nas quatro rodas. O motor de combustão interna 102 entrega energia mecânica rotacional às rodas de propulsão através da transmissão 122 por meio da rotação do eixo de manivelas
116. O motor elétrico 104 é acoplado em paralelo com o motor de combustão interna 102 para auxiliar o motor de combustão interna 102 no fornecimento de energia mecânica rotacional para a transmissão 122. De acordo com a configuração ilustrada, o motor elétrico 104 é acoplado à 15º segunda saída 120 do eixo de manivelas 116; a segunda saída 120 sendo fornecida numa extremidade do eixo de manivelas 116 oposta à primeira saída 118 tal que o motor elétrico 104 seja acoplado a uma extremidade do eixo de | manivelas 116 que é oposta à extremidade que está acoplada na transmissão | 122 (por exemplo, nos lados opostos do motor de combustão interna 102, etc.). O acoplamento do motor elétrico 104 em tal posição relativa ao motor de combustão interna 102, ao invés de no mesmo lado que a transmissão 122, pode simplificar a adição do sistema de propulsão híbrido 100, particularmente em aplicações de recondicionamento. Além disso, o posicionamento do motor elétrico 104 antes (por exemplo, na frente, etc.) da transmissão 122 permite ao motor elétrico 104 aproveitar o sistema de marchas da transmissão 122 para reduzir a carga sobre o motor elétrico 104. Por exemplo, para uma configuração exemplificativa de um veículo tendo uma transmissão manual de 5 marchas, as relações de engrenagem podem variar entre aproximadamente 3,45 e | aproximadamente 0,8 na medida em que a posição de marcha seja alterada da
. primeira para a quinta marcha. Assim, para o exemplo dado, o acoplamento do motor elétrico 104 ao eixo de manivelas 116 antes da transmissão 122 poderia, o com vantagens, permitir ao motor elétrico 104 fornecer um torque de saída na primeira marcha que fosse 3,45 vezes maior do que se o mesmo motor elétrico 104 fosse acoplado ao eixo de manivelas 116 após a transmissão 122. Como tal, o sistema permite que um motor elétrico 104 menor seja usado para atender a exigência de torque de uma aplicação específica. O motor elétrico 104 auxilia o motor de combustão interna 102 ajudando na rotação do eixo de manivelas 116 para reduzir a carga de propulsão do motor de combustão interna 102 (por exemplo, compartilhando a carga pelo menos parcialmente, etc.) e/ou aumentando a potência do motor de combustão interna 102. Como a carga de propulsão do motor de combustão interna 102 pode ser reduzida, a economia de combustível | (por exemplo, consumo, etc.) e/ou as taxas de emissão podem ser melhoradas. 1 15º A quantidade de assistência fornecida pelo motor elétrico 104 e/ou o período de tempo em que a assistência é fornecida pelo motor elétrico 104, podem variar dependendo das necessidades e/ou parâmetros particulares da aplicação em que o sistema de propulsão híbrido 100 está sendo usado. De acordo com uma configuração exemplificativa, um objetivo da assistência fornecida pelo motor elétrico 104 é passar o motor de combustão interna 102 para uma zona de operação eficiente reduzindo, com isso, as emissões.
O motor elétrico 104 normalmente inclui um alojamento de motor 124 e um eixo de saída 126. De acordo com uma configuração exemplificativa, o motor elétrico 104 é um motor de indução de corrente alternada trifásico. De acordo com outras configurações, o motor elétrico 104 pode ser qualquer um de diversos motores apropriados incluindo, mas não limitado, um motor de corrente contínua, um motor de corrente contínua tendo um controlador lógico programável, etc.
De acordo com uma configuração exemplificativa, o
. motor elétrico 104 é posicionado em relação ao motor dê combustão interna 102 de tal forma que o alojamento 124 esteja adjacente a um lado do motor de ' combustão interna 102 (por exemplo, lado frontal, etc.), com o eixo de saída 126 estando substancialmente paralelo ao e afastado (offset) do eixo de —manivelas 116. De acordo com a configuração mostrada, o motor elétrico 104 está posicionado na frente do motor de combustão interna 102 (em relação a um sentido de propulsão do veículo) e é acoplado ao motor de combustão interna 102 através de um sistema de polia. O sistema de polia normalmente inclui uma primeira polia 128 e uma segunda polia 130. A primeira polia 128 está giratoriamente acoplada à segunda saída 120 do eixo de manivelas 116, enquanto que a segunda polia 130 está giratoriamente acoplada ao eixo de saída 124 do motor elétrico 104. Um dispositivo de acoplamento (por exemplo, cinta, fita, etc.), mostrado como uma correia 132, é fornecido entre a primeira polia 128 e a segunda polia 130. De acordo com outras configurações, o motor 15º elétrico 104 pode ser posicionado em qualquer número de localizações relativas ao motor de combustão interna 102 (por exemplo, acima, abaixo, em uma ou mais laterais, atrás, etc.).
De acordo com outras configurações, o sistema de polia pode ser substituído por qualquer outro sistema de acoplamento adequado incluindo, mas não limitado, um sistema de engrenagens.
| Consultando a FIG. 1B, o sistema de propulsão híbrido 100 é mostrado de | acordo com uma outra configuração exemplificativa. De acordo com a | configuração ilustrada, o motor elétrico 104 está posicionado em relação ao motor de combustão interna 102 tal que uma extremidade do alojamento 124 estánafrente de uma extremidade do motor de combustão interna 102 e o eixo de saída 126 está pelo menos parcialmente alinhado (por exemplo, coaxial, concêntrico, etc.) com a segunda saída 120 do eixo de manivelas 116. Um acoplamento de eixos (por exemplo, articulação universal, anel, etc.), mostrado como um acoplamento universal 136, é fornecido entre o eixo de saída 126 e a
' 15/30 . segunda saída 120 para acoplar diretamente o motor elétrico 104 ao motor de combustão interna 102. O acoplamento universal 136 é configurado para compensar qualquer pequeno desalinhamento entre o eixo de saída 126 e a segunda saída 120. De acordo com a configuração ilustrada, o acoplamento universal 136 é montado à primeira polia 128, que é giravelmente suportada pelo motor de combustão interna 102. Semelhante à configuração detalhada acima com relação à FIG. 1A, a primeira polia 128 pode suportar uma correia | acoplada a pelo menos um alternador e um compressor de um sistema de ar | condicionado. ! O tamanho (isto é, exigência de potência ) do motor | elétrico 104 é relativamente pequeno comparado com um veículo híbrido típico | tendo um motor elétrico acoplado em paralelo a um motor de combustão | interna.
Um motor menor pode ter um custo inferior em relação a um motor | maior e pode permitir que o sistema híbrido seja implementado a um custo Í 15º mais baixo.
Um motor menor também pode exigir um volume menor de espaço.
Como o espaço dentro de um veículo (por exemplo, sob o capô, etc.) pode ser limitado, o uso de um motor menor pode permitir que o sistema de propulsão híbrido 100 seja integrado mais facilmente dentro dos veículos.
Um motor menor também pode pesar menos que um motor maior, mas pode ser adequado para fornecer o torque requerido por um curto período (por exemplo, quando as emissões do motor de combustão forem altas, etc.). O uso de um motor menor pode, por sua vez, fornecer maior economia de combustível e emissões reduzidas quando comparado a um sistema que utiliza um motor maior.
Um motor menor também pode permitir que a energia elétrica seja fornecida sob uma tensão e/ou corrente inferiores, o que pode permitir o uso de condutores menores para fornecer energia entre componentes do sistema híbrido e/ou pode aumentar a segurança do sistema.
Há pelo menos duas razões pelas quais o tamanho do motor elétrico 104 pode ser reduzido no sistema de propulsão híbrido 100.
. Primeira, o sistema de propulsão híbrido 100 nunca opera o veículo como um veículo elétrico puro. Em outras palavras, o motor elétrico 104 nunca conduz o veículo por si mesmo, mas, ao contrário, funciona apenas como um dispositivo de potência auxiliar para o motor de combustão interna 102, além de — possivelmente operar como um gerador e/ou como um dispositivo de propulsão para um ou mais componentes do veículo. Ao fornecer assistência para o motor de combustão interna 102, o motor elétrico 104 permite ao motor de combustão interna 102 operar em uma zona mais eficiente enquanto ainda fornece o torque de propulsão requerido do veículo. Como tal, o motor elétrico 104 não precisa ser capaz de atender as mesmas demandas de torque e/ou velocidade do motor de combustão interna 102. Segundo, a assistência é fornecida apenas em períodos seletivos e em quantidades seletivas. Como tal o motor elétrico 104 não precisa operar de forma contínua, pelo menos não em um modo de operação de controle de torque.
Por exemplo, maior assistência pode ser fornecida nas condições de operação onde o benefício da assistência (por exemplo, em emissões reduzidas, maior economia de combustível, potência aumentada, etc.) é mais alto e menor assistência pode ser fornecida nas condições de operação onde o benefício da assistência é menor. De acordo com uma configuração exemplificativa, o sistema de propulsão híbrido 100 fornece mais assistência quando a velocidade do motor de combustão interna 102 está relativamente baixa (por exemplo, menos que 2000 rpm) e menor assistência quando a velocidade do motor de combustão interna 102 está relativamente alta (por exemplo, maior que 4500 rpm). Em outras palavras, quando o veículo está operando numa velocidade relativamente alta, o sistema de propulsão híbrido 100 permite ao motor de combustão interna 102 suprir as exigências de torque mais altas e o motor elétrico 104 não está fornecendo nenhuma assistência para o motor de combustão interna 102. Quando houver uma demanda repentina para torque mais elevado em velocidades inferiores, o motor elétrico
. 104 fornece assistência máxima para o motor de combustão interna 102. Tem sido reconhecido que quando o motor de combustão interna 102 está em i velocidades inferiores, demora um certo tempo para o motor de combustão interna 102 atender o nível de torque mais alto devido à inércia e ao atraso do sistema.
Durante este período, o motor elétrico 104 é capaz de funcionar em Sua capacidade de pico atendendo assim rapidamente a exigência de torque do veículo.
Entretanto, tais solicitações de demanda de pico em geral são muito | raras.
Com esta estratégia, o motor de combustão interna 102 é levado para a ! zona de operação desejada.
Um exemplo de uma situação quando a velocidade | do motor de combustão interna 102 está relativamente alta é durante a aceleração.
Como tal, o sistema de propulsão híbrido 100 é configurado para fornecer assistência durante a aceleração do veículo.
O sistema de propulsão híbrido 100 pode determinar (por exemplo, ao receber sinais de um ou mais 15º sensores) que há uma demanda para o veículo acelerar (por exemplo, quando o acelerador ou pedal é pressionado). Em resposta, o motor elétrico 104 é controlado para fornecer assistência ao motor de combustão interna 102 durante este período.
De acordo com uma configuração exemplificativa, a assistência somente é fornecida por um curto período ou pulso.
Entretanto, a quantidade de assistência fornecida durante este pulso curto pode ser maior que uma capacidade nominal contínua do motor elétrico 104. Por exemplo, o motor elétrico 104 pode ser operado na ou próximo de sua capacidade nominal de pico durante este período.
Operando o motor por um curto período numa corrente acima de sua capacidade nominal contínua, a demanda de potência do veículo pode ser atendida e a eficiência (por exemplo, redução de emissões, economia de combustível, etc.) pode ser melhorada enquanto é utilizado um motor elétrico menor.
A determinação da quantidade de assistência que o motor elétrico 104 deve ser capaz de fornecer ao motor de combustão interna
ME o ' | 18/30 | . 102 é um balanço de diversos fatores. Uma estratégia para escolha do motor elétrico 104 é selecionar um motor elétrico que possa fornecer a exigência de potência mínima (por exemplo, torque) necessária para auxiliar o motor de combustão interna 102 pela quantidade e duração desejadas. Tal estratégia permite que o tamanho do motor elétrico 104, o tamanho da bateria 108 e o peso total do sistema híbrido 100 sejam reduzidos. De acordo com uma | configuração exemplificativa, esta estratégia inclui a seleção de um motor i elétrico 104 que tenha uma capacidade nominal de pico que esteja entre aproximadamente 40 por cento e aproximadamente 50 por cento da saída de 1 potência (por exemplo, hp) do motor de combustão interna 102. Í A seguir é fornecido um exemplo de tal estratégia de | seleção de motor. Em tal exemplo, o veículo possui um motor de combustão interna 102 especificado em aproximadamente 47 hp. Pela estratégia descrita acima, o motor elétrico 104 deve ser dimensionado para fornecer 15º aproximadamente 40 por cento da potência hp do motor de combustão interna
102. Para projetar uma situação de carga máxima, assume-se que quando o veículo está em uma marcha alta, a relação de engrenagem é de aproximadamente 1:1. Assim, a potência máxima que o motor elétrico 104 deve precisar é de aproximadamente 18,8 hp (isto é, 0,4 * 47) ou aproximadamente 14 kilowatt. Ao invés de selecionar um motor elétrico 104 com uma capacidade nominal contínua que esteja mais próxima deste valor, a estratégia do sistema de propulsão híbrido 100 é selecionar um motor elétrico 104 com uma capacidade nominal de pico que esteja mais próxima deste valor. Em geral, uma capacidade nominal de pico de um motor é de aproximadamente quatro a cinco Vezes a capacidade nominal contínua. Tem sido determinado que para curtas durações, o motor elétrico 104 pode operar de quatro a cinco vezes acima de sua capacidade nominal contínua sem superaquecimento e/ou sem danificar o motor elétrico 104. Portanto, sob tal estratégia, o motor elétrico 104 deve ter uma capacidade nominal contínua de aproximadamente 3,5 kilowatt.
. Em um segundo exemplo, o veículo é do tipo porte médio tendo um motor de combustão interna 102 especificado entre aproximadamente 75 e 80 hp. Usando a mesma estratégia como descrito acima, um motor elétrico 104 tendo uma capacidade nominal contínua de aproximadamente 6 kilowatt poderia ser selecionado para o sistema de propulsão híbrido 100.
Uma outra estratégia que pode ser usada na seleção do motor elétrico 104 é selecionar um motor elétrico 104 com uma capacidade nominal contínua que seja menor que um décimo (1/10) da potência hp máxima do motor de combustão interna 102. De acordo com uma configuração exemplificativa, a estratégia pode ser selecionar um motor elétrico 104 com uma capacidade nominal contínua que esteja entre aproximadamente um décimo (1/10) e aproximadamente um quadragésimo (1/40) da potência hp máxima do motor de combustão interna 102. De acordo com uma outra 15º configuração exemplificativa, a estratégia pode ser selecionar um motor elétrico 104 com uma capacidade nominal contínua que esteja entre aproximadamente um décimo quinto (1/15) e aproximadamente um quadragésimo (1/40) da potência hp máxima do motor de combustão interna 102. De acordo com uma outra configuração exemplificativa, a estratégia pode ser selecionar um motor elétrico 104 com uma capacidade nominal contínua que seja de aproximadamente um vigésimo (1/20) da potência hp máxima do motor de combustão interna 102. De acordo com outras configurações, podem ser usadas diferentes estratégias na seleção do motor elétrico 104 (por exemplo, estratégias que requerem até 100 por cento de torque de marcha lenta como uma porcentagem do torque máximo - isto é, 80 por cento, etc.).
Depois que o motor elétrico 104 estiver instalado no sistema de propulsão híbrido 100, a temperatura do motor elétrico 104 será monitorada pela unidade de controle de motor 106 para evitar o superaquecimento do motor elétrio 104. A probabilidade — de i 20/30 . superaquecimento é reduzida porque a unidade de controle de motor 106 está programada para funcionar o motor elétrico 104 na capacidade nominal de pico apenas na forma de pulsos de uma duração que provavelmente é inferior a aproximadamente quatro segundos. Um ou mais sensores podem ser fornecidos para detectar se o motor elétrico 104 está superaquecendo e/ou prestes a superaquecer e, se este for o caso, podem ser configurados para cortar a alimentação do motor elétrico 104. A seleção de um motor elétrico 104 sob tal estratégia resulta em uma exigência de potência para o motor elétrico 104 que é relativamente baixa. Como o motor elétrico 104 tem uma exigência de potência relativamente baixa, o tamanho da bateria 108 pode ser reduzido. Além disso, a exigência de potência inferior também pode permitir o uso de um tipo de bateria de maior eficiência e baixo custo, tal como uma bateria de chumbo- ácido. Por exemplo, para o caso em que foi selecionado um motor elétrico de potência contínua de 3,5 kilowatt para o sistema de propulsão híbrido 100, uma bateria do tipo chumbo-ácido de 48-volts 108 pode ser usada para alimentar o motor elétrico 104 e a unidade de controle de motor 106. De acordo com uma configuração exemplificativa, o sistema de propulsão híbrido 100 pode usar quatro baterias do tipo chumbo-ácido de 12 volts 100 A, conectadas em série para fornecer uma bateria de 48 volts 108.
Com a seleção do motor elétrico 104 e da bateria 108 realizada, o sistema de propulsão híbrido 100 está pronto para ser adicionado ao veículo. Como observado acima, o sistema de propulsão híbrido 100 pode ser adicionado a um veículo por um fabricante de equipamento original ou como uma aplicação de recondicionamento para fornecer ao consumidor a capacidade de converter um veículo movido a gasolina existente em um veículo híbrido. Como uma aplicação de recondicionamento, o sistema de propulsão híbrido 100 pode ser oferecido como um kit de conversão relativamente : completo porque o motor de combustão interna 102 e a transmissão 104
M existentes não precisam ser modificados para receber o sistema de propulsão híbrido 100. Embora as etapas específicas requeridas para adicionar o sistema de propulsão híbrido 100 a um veículo possam variar dependendo da fabricação e modelo do veículo ao qual o sistema de propulsão híbrido 100 é adicionado, as etapas que provavelmente sejam requeridas independentes do veículo incluem: i) localização de um espaço dentro do veículo para receber o motor elétrico 104; ii) relocalização, reconfiguração e/ou remoção de certos componentes do veículo para fornecer o afastamento suficiente para o motor elétrico 104; iii) montagem do motor elétrico dentro do veículo; iv) acoplamento do motor elétrico 104 ao eixo de manivelas 116 do motor de combustão interna 102; v) instalação da unidade de controle de motor 106; vi) instalação de um ou mais elementos de armazenamento de energia (por exemplo, bateria 108, etc.) para alimentação do motor elétrico 104 e da unidade de controle de motor 106.
Consultando as FIGs. 2A a 21, é mostrada uma aplicação de recondicionamento específica de acordo com uma configuração exemplificativa. De acordo com a configuração ilustrada, o veículo sendo convertido em um veículo híbrido é um do tipo médio porte de passageiros com quatro portas que possui um motor de combustão de 1,4 litros e uma transmissão manual. Usando a estratégia descrita acima, um motor elétrico 104 tendo uma potência nominal contínua de aproximadamente 7,5 hp ou 5,5 kilowatts foi selecionado para auxiliar o motor de combustão interna 102. Antes de iniciar o processo de conversão, o veículo inclui, dentre outros componentes, uma bateria, um motor starter para acionamento do motor de combustão interna 102, um alternador para carregamento da bateria e alimentação do sistema elétrico do veículo e um sistema de ar condicionado tendo um compressor. A transmissão 122 é acoplada em um lado do eixo de manivelas do motor de combustão interna 102, enquanto uma polia 200 (mostrada nas FIGs. 5A e 5B) é acoplada a um segundo lado do eixo de manivelas, que está no lado '
| 22/30 . oposto da transmissão 122. A polia 200 é configurada para receber uma primeira correia que é acoplada a uma polia correspondente no alternador e uma segunda correia que é acoplada a uma polia correspondente no compressor do sistema de ar condicionado.
Consultando as FIGs. 4A e 48, uma etapa preliminar no processo de modificação é desmontar pelo menos parcialmente certos componentes do veículo. Esta etapa pode incluir a remoção de uma ou mais das rodas dianteiras do veículo, o parachoque frontal do veículo e quaisquer blindagens protetoras, mostrados como uma tampa do motor de combustão 202, que possam limitar o acesso a áreas ao redor do motor de combustão interna 102. O método de modificação do veículo também inclui a remoção da polia 200 (mostrada nas FIGs. 5A e 58) do eixo de manivelas e sua substituição por uma polia 204 do sistema de propulsão híbrido (mostrado nas FIGs. 6A e 6B). Esta etapa envolve o travamento suficiente do volante do motor de 15º combustão interna 102 para impedir que o eixo de manivelas gire conforme a polia 200 é removida e substituída pela polia 204 do sistema de propulsão híbrido.
De acordo com uma configuração exemplificativa, a polia do sistema de propulsão híbrido 204 é uma estrutura unitária de uma peça que inclui uma primeira seção de polia 206 e uma segunda seção de polia 208. À primeira seção de polia 206 é substancialmente similar à parte da polia 200 que foi configurada para receber a correia acoplada ao alternador. A segunda seção de polia 208 é configurada para receber uma correia que será acoplada ao motor elétrico 104 ao invés do compressor do ar condicionado. Para acionar o compressor do ar condicionado, será fornecida uma nova correia entre o motor elétrico 104 e o compressor do ar condicionado. Como tal, o motor elétrico 104 será usado para acionar o compressor do ar condicionado ao invés do motor de combustão interna 102. Tal arranjo, com vantagem, pode permitir que o ar condicionado seja operado mesmo se o motor de combustão interna 102 for
| 23/30 . desligado, supondo o fornecimento de uma embreagem apropriada entre o motor elétrico 104 e o motor de combustão interna 102 para desacoplar seletivamente o motor elétrico 104 do eixo de manivelas. De acordo com uma configuração exemplificativa, o motor elétrico 104 é configurado para ser montado na frente do motor de combustão interna 102 em uma área que é estreitamente adjacente a uma tubulação de escapamento do motor de combustão interna 102. Consultando as FIGs. 7 e 8, uma blindagem térmica da tubulação de escapamento 210 é removida para fornecer o afastamento adicional para o motor elétrico 104 nesta área. Com a blindagem térmica da tubulação de escapamento 210 removida, um ou mais suportes de montagem podem ser adicionados para sustentar os componentes do sistema de propulsão híbrido 100. Consultando as FIGs. 9A a 11B, o método de modificação inclui as etapas de: i) instalação de um suporte da polia intermediária 212 sobre o bloco do motor de combustão 15º (mostrado nas FIGs. 9A e 9B); ii) instalação de um suporte substancialmente vertical 214 próximo da tubulação de descarga do motor de combustão (mostrado nas FIGs. 10A e 10b); iii) instalação de um suporte de montagem do motor 216 sobre a tubulação de descarga do motor de combustão e sua fixação no suporte vertical 214 (mostrado nas FIGs. 11h e 118); e iv) instalação de um suporte do compressor do ar condicionado 218 sobre o bloco do motor de combustão (mostrado nas FIGs. 9A e 98).
De acordo com uma configuração exemplificativa, o suporte de montagem do motor 216 é configurado como um membro substancialmente em forma de L constituído de um material metálico. O suporte de montagem do motor 216 inclui uma ou mais aberturas 220 configuradas para facilitar a circulação de ar em torno da tubulação de descarga do motor de combustão e do motor elétrico 104 num esforço para reduzir a probabilidade de superaquecimento do motor elétrico 104. O peso total do motor elétrico 104 é suportado através do suporte de montagem do motor 216,
i 24/30 que é, por sua vez, sustentado inteiramente pelo motor de combustão interna
102. De acordo com outras configurações, o motor elétrico 104 pode ser pelo ] menos parcialmente suportado pela estrutura e/ou chassi do veículo se não houver espaço suficiente para suportar o motor elétrico 104 sobre o motor de combustão interna 102. Consultando a FIG. 12, para reduzir ainda mais a probabilidade de superaquecimento do motor elétrico 104 devido à sua proximidade com o motor de combustão interna 102 e particularmente com a tubulação de escapamento, é fornecida uma blindagem térmica 222 entre o suporte de montagem do motor 216 e o motor elétrico 104. À blindagem térmica 222 pode ser de qualquer variedade de materiais apropriados para . reduzir a quantidade de calor que passa para o motor elétrico 104. Consultando as FIGs. 13A e 13B, o método de modificação do veículo também inclui a adição de uma polia intermediária 224. A polia intermediária 224 é configurada para ser giratoriamente montada ao suporte da polia intermediária 212 que foi montado sobre o bloco do motor de combustão. A polia intermediária 224 pode ser usada como uma polia de tração de correia e sua posição pode ser ajustável para controlar a tração das correias (por exemplo, a polia intermediária 224 pode ser ajustável num sentido substancialmente vertical, etc.). Consultando a FIG. 14, o método de modificação do veículo também inclui a instalação de uma chave de combustível 226 no veículo. A chave de combustível 226 funciona como um dispositivo de corte para limitar o fornecimento de combustível ao injetores de combustível do motor de combustão interna 102. A chave de combustível 226 é acoplada a e controlada pela unidade de controle de motor 106, que pode ser programada para parar o motor de combustão interna 102 movendo a chave de combustível 226 de uma posição aberta para uma posição fechada. De acordo com uma configuração exemplificativa, a unidade de controle de motor 106 é configurada para mover a
. chave de combustível 226 para a posição fechada em pelo menos duas situações.
Uma primeira situação em que a chave de combustível 226 pode ser usada é se o motor de combustão interna 102 está funcionando e o veículo não foi movido por um período de tempo predeterminado. Em tal situação, a unidade de controle de motor 106 envia um sinal para a chave de combustível 226 para parar o fluxo de combustível para o motor de combustão interna 102, com isso, desligando o motor de combustão interna 102. Em tal configuração, a unidade de controle de motor 106 e a chave de combustível 226 desviam o sistema de gerenciamento do motor de combustão que está provavelmente enviando um sinal para fornecimento de combustível para o motor de combustão interna 102. Depois que a unidade de controle de motor 106 receber um sinal de que o veículo está prestes a se mover, a chave de combustível 226 retorna para a posição aberta e o 15º fornecimento de combustível para o motor de combustão interna 102 é retomado.
Uma segunda situação em que a chave de combustível 226 pode ser usada é se o veículo está se movendo mas não requer a saída de torque do motor de combustão interna 102. Por exemplo, o motor de combustão interna 102 pode não ser necessário quando o veículo está descendo uma rampa porque, embora o veículo esteja se movendo, não há exigência de torque no motor de combustão interna 102. Durante tal ocorrência, o motor de combustão interna 102 provavelmente está operando abaixo de sua velocidade de marcha lenta. Em tal situação, a unidade de controle de motor 106 envia um sinal para a chave de combustível 226 para parar o fluxo de combustível para o motor de combustão interna 102 com isso, desligando o motor de combustão interna 102. Quando a unidade de controle de motor 106 receber um sinal de que o motor de combustão interna 102 retomou sua velocidade de marcha lenta, a chave de combustível 226 retorna i 26/30 . para a posição aberta e o fornecimento de combustível para o motor de combustão interna 102 é retomado.
Consultando a FIG. 15, o método de modificação do veículo pode incluir opcionalmente a instalação de uma chave sob o pedal de embreagem 228 do veículo que permitirá ao usuário iniciar o veículo sem ter que virar a chave na ignição.
Ao invés de virar a chave, um usuário simplesmente pressiona o pedal de embreagem 228 para ativar a chave sob o pedal.
A ativação da chave aciona o motor elétrico 104 que é usado para girar o motor de combustão interna 102. Para aplicações de veículo de maior porte (por exemplo, maior que aproximadamente 1,4 litros) e/ou aplicações de motor diesel, onde o motor elétrico 104 pode não ser capaz de fornecer o torque . suficiente para acionamento do motor de combustão interna 102, a mesma chave pode ser usada para ativar o motor de partida existente no veículo para acionamento do motor de combustão interna 102. Consultando as FIGs. 16 e 17, o método de modificação do veículo também inclui a instalação da unidade de controle de motor 106 dentro do veículo.
Isto pode incluir a instalação de uma caixa de injunção 230, um isolador 232 e/ou um módulo de controle 234 dentro do veículo.
De acordo com à configuração ilustrada, a caixa de injunção 230 e o isolador 232 são mostrados como sendo posicionados sob um assento do condutor do veículo, enquanto que o módulo de controle 234 é mostrado como sendo posicionado sob um assento de passageiro do veículo.
De acordo com outras configurações, a caixa de junção 230, o isolador 232 e o módulo de controle 234 podem ser fornecidos em uma variedade de localizações dentro do veículo.
Por exemplo, a caixa de junção 230, o isolador 232 e o módulo de controle 234 podem todos ser configurados para ajuste sob o painel de instrumentos do veículo.
A FIG. 21 apresenta um diagrama esquemático de um | roteamento elétrico do sistema de propulsão híbrido 100 que mostra as Í entradas e saídas dos vários componentes do sistema de propulsão híbrido 100, | |
. incluindo a caixa de junção 230, um isolador 232 e/ou um módulo de controle - 234. Consultando a FIG. 18, o método de modificação do veículo também inclui a instalação da bateria 108 dentro de um portamalas do veículo.
A bateria 108 está em acréscimo à bateria existente dentro do veículo e | está eletricamente acoplada à unidade de controle de motor 106 e o motor elétrico 104 através de um ou mais cabos roteados dentro do veículo.
A bateria existente do veículo é retida para alimentar os componentes existentes do veículo.
De acordo com uma configuração exemplificativa, a bateria 108 inclui cinco (5) baterias de chumbo-ácido de 12 Volts, 100 A, conectadas em série.
De acordo com outras configurações, a bateria 108 pode ser qualquer de uma variedade de dispositivos de armazenamento de energia como observado acima.
De acordo com outras configurações, a bateria 108 pode ser suficientemente dimensionada de modo que possa substituir a bateria existente 15º do veículo.
Para tal configuração, um conversor CC para CC pode precisar ser fornecido para reduzir os 48 Volts da bateria 108 para os 12 Volts necessários para os componentes existentes do veículo.
Consultando a FIG. 19, o método de modificação do veículo também inclui a instalação de um carregador separado 236 no portamalas do veículo, que permite ao usuário carregar seletivamente a bateria 108 quando o veículo não estiver em uso.
O carregador 236 inclui um conector (por exemplo, plugue, etc.) que é configurado para ser seletivamente conectado a uma tomada elétrica pelo usuário quando o veículo não estiver em uso.
Embora o carregador 236 seja mostrado posicionado dentro do portamalas acima da bateria 108, alternativamente, ele pode ser consolidado na dimensão e suportado ao longo da lateral do portamalas de modo que ainda reste espaço suficiente dentro do portamalas para armazenamento.
Consultando a FIG. 20, o método de modificação do veículo pode opcionalmente incluir a instalação de uma primeira interface de
: 28/30 . usuário 238 e/ou uma segunda interface de usuário 240 dentro do veículo. De “ acordo com a configuração ilustrada, a primeira interface do usuário 238 e a segunda interface do usuário 240 são montadas em um painel de instrumentos do veículo, mas alternativamente, podem ser fornecidas em qualquer localidade s em todo o veículo (por exemplo, console central, sistema suspenso, painel lateral, etc.). A primeira interface do usuário 238 e a segunda interface do usuário 240 são chaves configuradas para serem movimentadas seletivamente por um usuário entre uma posição ligada e uma posição desligada. A primeira interface do usuário 238 permite ao usuário controlar se o sistema de propulsão híbrido 100 é ligado ou desligado. Se o sistema de propulsão híbrido 100 for desligado, o veículo simplesmente irá operar como um veículo não-híbrido. À segunda interface do usuário 240 permite ao usuário controlar seletivamente quando a bateria 108 está sendo carregada. Como indicado acima, a primeira interface do usuário 238 e a segunda interface do usuário 240 são opcionais.
15º Como tal, o sistema de propulsão híbrido 100 pode funcionar sem permitir a um usuário ter controle direto sobre quando o veículo está operando no modo híbrido e/ou quando a bateria 108 está sendo carregada.
Também deve ser compreendido que as FIGs. 2A a 21 simplesmente ilustram uma configuração de um veículo que pode receber o sistema de propulsão híbrido 100 e uma configuração do sistema de propulsão híbrido. O sistema de propulsão híbrido 100 é fornecido como um kit para simplificar o processo de conversão. O kit normalmente inclui o motor elétrico 104, a unidade de controle de motor 106, a bateria 108, a polia do sistema de propulsão híbrido 204, o suporte da polia intermediária 212, o suporte vertical 214,0 suporte de montagem do motor 216, o suporte do compressor do ar condicionado 218, a polia intermediária 224, a chave de combustível 226, a chave sob o pedal de embreagem 228, a caixa de injunção 230, o isolador 232, o módulo de controle 234 e o carregador 236. De acordo com outras configurações, o sistema de propulsão híbrido 100 pode ser fornecido como
| 29/30 . componentes individuais e/ou uma combinação de um ou mais de quaisquer ” dos componentes detalhados acima. PS Quando o sistema de propulsão híbrido 100 é usado pelos fabricantes de equipamento originais, o sistema de propulsão híbrido 100 pode não incluir todos os mesmos componentes que são incluídos como parte do kit de recondicionamento. Por exemplo, um fabricante de equipamento original provavelmente poderia substituir o alternador existente do veículo pelo motor elétrico 104 e também provavelmente poderia substituir a bateria existente do veículo pela bateria 108. Todas as tais variações estão inclusas no escopo das invenções.
É importante observar que a construção e a disposição dos elementos do sistema de propulsão híbrido e do veículo como mostrado nas configurações apresentadas são apenas ilustrativas. Embora tenham sido descritas em detalhes nesta revelação apenas poucas 15º configurações das invenções presentes, aqueles habilitados na técnica que examinam esta revelação irão constatar prontamente que muitas modificações são possíveis (por exemplo, variações de tamanho, dimensões, estruturas, formatos e proporções dos vários elementos, valores de parâmetros, disposições de montagem, uso de materiais, cores, orientações, etc.) sem sair substancialmente das características e Vantagens recentes da matéria em questão relatada. Por exemplo, os elementos mostrados como integralmente formados podem ser construídos de múltiplas partes ou os elementos mostrados como múltiplas partes podem ser integralmente formados, a operação das interfaces pode ser invertida ou então variada Ou o comprimento Ooua largura das estruturas e/ou membros ou conectores ou outros elementos do sistema podem ser variadas. Além disso, o sistema de propulsão híbrido 100 pode ser programado para operar em qualquer número de maneiras apropriadas dependendo das necessidades de uma aplicação específica. Além disso, semelhante ao sistema de propulsão híbrido ilustrado na FIG. 14, o
SR ME 30/30 . sistema de propulsão híbrido ilustrado na FIG. 18 pode ser usado com veículos - de tração na roda dianteira, roda traseira e/ou nas quatro rodas. Ademais, se o sistema de propulsão. híbrido for fornecido como um kit, tal kit pode incluir ' qualquer número de sensores e/ou hardware adicionais para permitir que o . 5 sistema seja acoplado ao veículo. Deve ser observado que os elementos e/ou | montagens do sistema podem ser construídos a partir de qualquer ampla variedade de materiais que forneçam resistência ou durabilidade suficientes, em qualquer ampla variedade de cores, texturas e combinações. Portanto, todas as tais modificações estão inclusas no escopo das invenções presentes.
10 Outras substituições, modificações, alterações e omissões podem ser feitas no | projeto, nas condições de operação, na disposição preferida e em outras | configurações exemplificativas sem sair da ideia predominante das invenções presentes.
' A ordem ou a sequência de quaisquer etapas do processo ou método pode ser ressequenciada ou variada de acordo com as configurações alternativas. Nas reivindicações, qualquer cláusula significado- | mais-função visa cobrir as estruturas descritas aqui conforme a execução da função relatada e não apenas os equivalentes estruturais mas também as | estruturas equivalentes. Outras substituições, modificações, alterações e omissões podem ser feitas no projeto, nas condições de operação, na disposição preferida e em outras configurações exemplificativas sem sair da idéia predominante das invenções conforme declaradas nas reivindicações anexas.

Claims (24)

  1. . REIVINDICAÇÕES - 1) “SISTEMA DE PROPULSÃO HÍBRIDO PARA VEÍCULO TENDO UM MOTOR DE ' COMBUSTÃO COMO PROPULSOR”, consistindo de: um propulsor tendo um ' eixo de saída, o eixo de saída tendo uma primeira extremidade e uma segunda | 5 extremidade oposta; uma transmissão acoplada à primeira extremidade do eixo de saída; um primeiro dispositivo de armazenamento de energia; um alternador acoplado à segunda extremidade do eixo de saída e configurado para alimentar um ou mais sistemas elétricos do veículo e carregar o primeiro dispositivo de armazenamento de energia; um motor acoplado à segunda extremidade do eixo de saída e configurado para auxiliar o propulsor a girar o eixo de saída; um segundo dispositivo de armazenamento de energia configurado para fornecer Í energia elétrica ao motor; e uma unidade de controle de motor configurada para controlar a quantidade de energia elétrica fornecida a partir do segundo. dispositivo de armazenamento de energia ao motor. 15º
  2. 2) O veículo da reivindicação 1 em que o propulsor consiste de um motor de combustão interna.
  3. 3) O veículo da reivindicação 1 em que o motor consiste de um motor de indução trifásico.
  4. 4) O veículo da reivindicação 1 em que o primeiro elemento de armazenamento deenergia consiste de uma bateria de chumbo-ácido de 12 volts.
  5. 5) O veículo da reivindicação 4 em que o segundo elemento de armazenamento de energia consiste de uma pluralidade de baterias de chumbo-ácido de 12 volts | conectadas num arranjo em série.
  6. 6) O veículo da reivindicação 1 em que o motor é acoplado ao propulsor através deumsistema de polia. !
  7. 7) O veículo da reivindicação 6 em que o sistema de polia consiste de uma primeira polia giratoriamente acoplada à segunda extremidade do eixo de saída, uma segunda polia giratoriamente acoplada ao alternador, uma terceira polia giratoriamente acoplada ao motor, uma primeira correia que se estende entre a o 2/4 . primeira polia e a segunda polia e uma segunda correia que se estende entre a : primeira polia e a terceira polia. '
  8. 8) O veículo da reivindicação 7 além disso consistindo de um sistema de ' condicionamento de ar incluindo um compressor, o compressor Bgiratoriamente suportando uma quarta polia e em que uma terceira correia se estende entre a terceira polia e a quarta polia de modo que o motor é configurado para impelir O compressor.
  9. 9) Um sistema de propulsão híbrido para um veículo tendo um motor de combustão interna, uma transmissão, um alternador e uma bateria, o sistema de propulsão híbrido consistindo de: um motor elétrico tendo um eixo de saída | configurado para acoplamento em um eixo de manivelas do motor de | combustão interna num lado do motor de combustão oposto a um acoplamento de transmissão, o motor elétrico configurado para fornecer assistência ao motor * de combustão interna girando o eixo de manivelas; um elemento de 15º armazenamento de energia configurado para fornecer energia elétrica ao motor, em que o elemento de armazenamento de energia está separado da bateria do veículo; e uma unidade de controle de motor configurada para controlar a quantidade de energia elétrica fornecida do elemento de armazenamento de energia ao motor elétrico.
  10. 10) O sistema de propulsão híbrido da reivindicação 9 em que o motor elétrico consiste de pelo menos um motor de indução trifásico e um motor sem escovas CC.
  11. 11) O sistema de propulsão híbrido da reivindicação 9 em que o elemento de armazenamento de energia consiste de uma pluralidade de baterias de —chumbo-ácido de 12 volts conectadas em um arranjo em série,
  12. 12) O sistema de propulsão híbrido da reivindicação 1 em que o motor elétrico é | configurado para acoplamento ao motor de combustão interna através de .um -— sistema de polia. | i . 3/4
  13. 13) O sistema de propulsão híbrido da reivindicação 12 em que o sistema de | ! polia consiste de uma primeira polia configurada para ser giratoriamente | acoplada ao eixo de manivelas, uma segunda polia configurada para ser | giratoriamente acoplada ao alternador, uma terceira polia configurada para ser | giratoriamente acoplada ao motor elétrico, uma primeira correia configurada | para se estender entre a primeira polia e a segunda polia e uma segunda correia configurada para se estender entre a primeira polia e a terceira polia.
  14. 14) Um veículo híbrido consistindo de: um propulsor tendo um primeiro eixo de saída, o primeiro eixo de saída tendo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta; uma transmissão acoplada à primeira extremidade do eixo de saída; um motor tendo um segundo eixo de saída, o segundo eixo de saída acoplado à segunda extremidade do primeiro eixo de saída tal que o segundo eixo de saída esteja substancialmente coaxial com o primeiro eixo de saída, o motor configurado para auxiliar seletivamente o propulsor a girar o eixo de 15º saída; um primeiro dispositivo de armazenamento de energia; um alternador acoplado à segunda extremidade do eixo de saída do propulsor e configurado para alimentar um ou mais sistemas elétricos do veículo e carregar o primeiro dispositivo de armazenamento de energia; um segundo dispositivo de armazenamento de energia configurado para fornecer energia elétrica ao motor; e uma unidade de controle de motor configurada para controlar a quantidade de energia elétrica fornecida do segundo dispositivo de armazenamento de energia ao motor.
  15. 15) O veículo da reivindicação 14 em que o propulsor consiste de um motor de combustão interna.
  16. 16) O veículo da reivindicação 14 em que o motor consiste de um motor de indução trifásico.
  17. 17) O veículo da reivindicação 14 em que o motor consiste de um motor sem escovas CC.
  18. 18) O veículo da reivindicação 14 em que o primeiro dispositivo de armazenamento de energia consiste de uma bateria de chumbo-ácido de 12 volts.
  19. 19) O veículo da reivindicação 14 em que o primeiro dispositivo de armazenamento de energia consiste de pelo menos uma bateria de íon-lítio e uma bateria de níquel-hidreto metálico. |
  20. 20) O veículo da reivindicação 18 em que o segundo dispositivo de armazenamento de energia consiste de uma pluralidade de baterias de chumbo-ácido de 12 volts conectadas em um arranjo em série.
  21. 21) O veículo da reivindicação 14 em que o segundo eixo de saída é acoplado ao primeiro eixo de saída através de um acoplamento de eixos.
  22. 22) O veículo da reivindicação 21 em que o acoplamento de eixos é um acoplamento universal articulado.
  23. 23) O veículo da reivindicação 22 além disso consistindo do acoplamento de 15º polia para a segunda extremidade do segundo eixo de saída, a polia suportando uma correia.
  24. 24) O veículo da reivindicação 23 em que a correia é acoplada a pelo menos uma polia de um compressor do sistema de ar condicionado e uma polia do alternador.
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