BR112013021485B1 - Veículo automóvel com três motores: elétrico, hidráulico e térmico, e processo de gestão das energias armazenadas a bordo - Google Patents

Veículo automóvel com três motores: elétrico, hidráulico e térmico, e processo de gestão das energias armazenadas a bordo Download PDF

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Abstract

veículo automóvel com três motores: elétrico, hidráulico e térmico, e processo de gestão das energias armazenadas a bordo veículo automóvel com três motores elétrico, hidráulico e térmico, e processo de gestão das energias armazenadas à bordo. os três motores (19, 25, 15) servem para o acionamento do veículo e são respectivamente associados a meios de armazenagem de energia elétrica (21), de energia hidráulica (28, 29) e de energia fóssil (18). o motor térmico (15) é ajustado para ser montado em série e recarregar os meios (28, 29) de armazenagem de energia hidráulica, com exclusão dos meios (21) de armazenagem de energia elétrica. no decorrer dos deslocamentos, os meios (21) de armazenagem de energia elétrica não são recarregados pelo motor térmico (15) que pode recarregar os meios (28, 29) de armazenagem de energia hidráulica do motor hidráulico.

Description

O campo da invenção é aquele dos veículos automóveis terrestres, de transporte tanto de mercadorias, quanto de pessoas, tanto de veículos particulares, quanto de veículos de transporte público.
Um veículo automóvel, montado sobre rodas comporta, portanto, trens de rodas, cujo acionamento em rotação é assegurado, por intermédio de uma árvore de transmissão e de pontes ou eixos, por um conjunto motor. Diferentes fontes de energia, para fazer funcionar o conjunto motor, são possíveis. O mais comum é a energia fóssil que constitui o combustível gasolina ou óleo combustível, para os motores térmicos à combustão interna. Pode-se também recorrer, para os motores elétricos, à energia elétrica armazenada nas baterias ou « supercapacitores ». Enfim, pode-se explorar, para os motores hidráulicos, um líquido (geralmente o óleo) sob pressão contido em uma garrafa de armazenagem dessa energia hidráulica. As baterias e supercapacitores são dispositivos recarregáveis. Da mesma forma, as garrafas de líquido podem também ser recarregadas, por um motor hidráulico que funciona em bomba ou por uma bomba separada.
É preciso aqui claramente sublinhar que um motor térmico pode também servir para acionar as rodas, quanto para recarregar os recipientes de armazenagem de energia, isto é, as baterias, os supercapacitores ou as garrafas de líquido. No primeiro caso, diz-se que ele é ligado em paralelo, no segundo caso, em série.
Como baterias de armazenagem de energia elétrica, consideram-se frequentemente as baterias a chumbo ou ao cádmio - níquel. Mas elas são muito pesadas e volumosas. Além disso, como a quantidade de energia armazenada é difícil de conhecer, tem-se frequentemente tendência a superavaliar a armazenagem, o que degrada o rendimento energético dos veículos. O todo gera um custo de exploração dos veículos a motor elétrico que é excessivo.
Os supercapacitores são muito mais leves e menores, mas eles se descarregam muito rapidamente e são muito caros. Sem motor térmico (grupo eletrógeno) série, a respectiva exploração dificilmente é considerável.
Em qualquer estado, recarregar um recipiente de armazenagem de energia elétrica não é simples, enquanto que recarregar uma garrafa de líquido é fácil.
Motorizações híbridas foram propostas. Com um motor térmico assistido por um motor elétrico, caso o motor elétrico seja suficientemente potente, pode-se fazer acionar um veículo e acioná-lo à velocidade lenta com o motor elétrico. Esse tipo de motorização híbrida é também interessante, quando das fases de frenagem, durante as quais se pode utilizar o motor elétrico como gerador.
Determinados fabricantes equiparam veículos com um conjunto de um motor térmico e de um motor / bomba hidráulica. O motor hidráulico é de bom desempenho no acionamento, sem falar de sua eficaz recuperação de energia, conforme sublinhado mais acima.
Enfim, uma hibridação térmica / hidráulica pôde também ser considerada, mas certamente de forma que não se pode ser mais discreta.
Os limites da hibridação térmica / elétrica são claras. Os requerentes tiveram a idéia, para ultrapassar esses limites e resolver o problema da recarga dos recipientes de armazenagem elétrica, de combinar a hibridação térmica / elétrica e a hibridação térmica / hidráulica em uma hibridação mais impulsionada que se pode qualificar de tri-hibridação.
Assim, o presente pedido se refere inicialmente a um veiculo automóvel terrestre, comportando um motor elétrico de acionamento do veiculo e meios de armazenagem de energia elétrica ai associados, um motor hidráulico de acionamento do veiculo e meios de armazenagem de energia hidráulica ai associados e um motor térmico, com meios de armazenagem de energia fóssil, e que é ajustado para ser montado em série e recarregar os meios de armazenagem de energia hidráulica e à exclusão dos meios de armazenagem de energia elétrica, associados ao motor elétrico de acionamento.
A invenção é notável a mais de um titulo. Inicialmente, o veiculo comporta um conjunto motor que funciona com três fontes de energia diferentes (fóssil, elétrica e térmica). Em seguida, considerando-se a similitude entre a armazenagem elétrica e a armazenagem hidráulica, não havia razão para querer hibridar as duas. Graças a isto, que é uma aposta de atividade inventiva, pode-se evitar ter de recarregar os meios de armazenagem de energia elétrica, durante os deslocamentos, para reservar a recarga à parada, no posto dedicado ou a garagem, resolvendo assim o problema da dificuldade dessa recarga a bordo do veiculo.
De preferência, o motor térmico é ajustado para ser montado também em paralelo em motor de acionamento do veículo. Nesse caso, o funcionamento do veiculo pode 5 vantajosamente ser o seguinte.
O veículo aciona com o motor hidráulico, perfeitamente adaptado às necessidades e com um rendimento superior à qualquer outra motorização à baixa velocidade.
A partir do instante em que o veículo é lançado, o 10 motor elétrico entra em ação: ele acompanha, depois substitui a tração hidráulica, à medida que a velocidade aumenta.
O funcionamento permanece adaptado e a eficácia do motor elétrico é total com uma dissipação térmica muito 15 fraca.
Em pleno regime, o motor térmico pode, por sua vez, acompanhar o motor elétrico, até mesmo substituí-lo totalmente.
Vantajosamente, o motor hidráulico é um motor-bomba - 20 ele poderia também ser associado a uma bomba - o motor elétrico é um motor-gerador.
A invenção se refere também a um processo de gestão das energias armazenadas a bordo de um veículo automóvel terrestre comportando um motor elétrico de acionamento do 25 veículo e meios de armazenagem de energia elétrica aí associados, um motor hidráulico de acionamento do veículo e meios de armazenagem de energia hidráulico aí associados e um motor térmico, com meios de armazenagem de energia fóssil, processo segundo o qual, no decorrer dos deslocamentos do veículo, os meios de armazenagem de energia elétrica do motor elétrico de acionamento não são recarregados pelo motor térmico que pode recarregar os meios de armazenagem de energia hidráulica do motor hidráulico de acionamento.
Vantajosamente, o motor térmico pode recarregar meios de armazenagem de energia elétrica de um motor elétrico auxiliar de funcionamento do veiculo.
Vantajosamente ainda, quando se diminui a velocidade do veiculo, faz-se funcionar o motor hidráulico, trata-se de um motor-bomba, em bomba que recarrega os meios de armazenagem de energia hidráulica freando o veiculo. Se o motor hidráulico for associado a uma bomba, faz-se funcionar a bomba que recarrega os meios de armazenagem de energia hidráulica, freando o veiculo.
A invenção será melhor compreendida com o auxilio da descrição que se vai seguir do veiculo tri-hibrido e do processo de gestão das energias do veiculo da invenção, com referência ao desenhos anexados, no qual: - a figura 1 representa um esquema funcional do veiculo ; - as figuras 2A-2H são esquemas que ilustram oito funcionamentos do veiculo ; e - a figura 3 representa um diagrama da evolução de um funcionamento clássico possível do veículo.
Com referência à figura 1, representou-se do veículo da invenção uma de suas pontes 1 destinada, por intermédio de uma árvore de transmissão 2, a acionar em rotação um trem de rodas 3. A ponte 1 é ela própria comandada pela árvore de transmissão 2 e um conjunto motor 4 que comporta um subconjunto térmico 5, um subconjunto elétrico 6 e um subconjunto hidráulico 7.
O motor comporta ainda um subconjunto elétrico auxiliar 8 de funcionamento dos diferentes elementos do veiculo, comportando um motor auxiliar 9 e uma bateria auxiliar 10, no caso de 24v.
A tração do veiculo pode ser assegurada pelo subconjunto térmico 5, por intermédio de uma embreagem 11, pelo subconjunto hidráulico 7, por intermédio de uma embreagem 12 e, pelo subconjunto elétrico 6, por intermédio de uma embreagem 13. As embreagens 11, 12 e 13 são alimentadas pelo motor auxiliar 9. A ponte 1 é ligada às embreagens 11, 12 por uma embreagem intermediária 14, também alimentada pelo motor auxiliar 9. A árvore 2 é ligada às emberagens 13, 14 por caixa de mudança de velocidades 23 e às embreagens 11, 12, pela caixa 23, pela embreagem 14 e uma segunda caixa de mudança de velocidades 24 .
O subconjunto motor térmico 5 Ele comporta, de forma clássica, um motor térmico de tração 15 com, na saida de motor, um alternador 16 para recarregar a bateria auxiliar 10, um circuito 17 de resfriamento do motor e um reservatório de combustível fóssil 18.
O subconjunto motor elétrico 6 Ele comporta, de forma clássica, um motor elétrico 19, um bloco de gestão 20, uma bateria de armazenagem de energia elétrica 21, controlada pelo bloco de gestão 20 e um circuito 22 de resfriamento do motor, alimentado pelo motor auxiliar 9.
O subconjunto motor elétrico 7 Ele comporta um motor hidráulico 25 que é, no caso, um motor bomba, um reservatório de óleo 26 com, entre os dois, uma válvula principal 27. São previstas, no caso, duas garrafas 28 e 29 de armazenagem de energia hidráulica, no caso acumuladores hidráulicos, com, entre eles e a válvula 27, um comutador 30.
O conjunto das caixas 23, 24 e das embreagens 11 - 14 constitui uma unidade axial com pistão 31. O conjunto motor do veiculo tendo sido descrito em seus principais elementos, abordaremos agora seu funcionamento.
Com referência à figura 2A, o veiculo aciona com o motor hidráulico 25, cujo rendimento, à baixa velocidade, é o melhor. As embreagens 12 e 14 são embreadas, as embreagens 11 e 13 em repouso. Ao término dessa fase de acionamento, a velocidade do veiculo pode atingir 20 a 25 km/h.
Com referência à figura 2B, o veiculo tendo sido lançado, o motor elétrico 19 entra em ação para acompanhar a tração do motor hidráulico 25. Todas as embreagens (12, 13, 14) estão embreadas, salvo a embreagem 11 do motor térmico. O veiculo pode continuar a rodar a uma velocidade de 20 a 25 km/h.
Com referência à figura 2C, a velocidade tendo aumentado, o motor elétrico 19 substitui o motor hidráulico 25. Todas as embreagens (11, 12, 14) estão em repouso, salvo a embreagem 13 do motor hidráulico. O veiculo pode rodas a uma velocidade de 50 a 55 km/h.
Com referência à figura 2D, o motor 4 está em pleno regime e o motor térmico 15 acompanha o motor elétrico 19. Todas as embreagens (11, 13, 14) são embreadas, salvo a embreagem 12 do motor hidráulico 25. O veiculo pode rodar a uma velocidade de 70 km/h.
Com referência à figura 2E, em caso de redução da velocidade, o motor hidráulico 25 funciona em bomba para recarregar os acumuladores 28, 29, freando o veículo. As embreagens 12 e 14 estão embreadas, as duas outras, 11, 13 em repouso.
Com referência à figura 2F, a tração de veículo é assegurada pelo motor elétrico 19, com a embreagem 13 embreada. O motor térmico 15 é utilizado para recarregar os acumuladores 28, 29; nesse caso, diz-se que o motor térmico é ligado em série. Todas as embreagens (11, 12, 13) estão embreadas, salvo a embreagem intermediária 14.
Anotar-se-á que o motor térmico 15 ligado em série só pode recarregar os acumuladores hidráulicos 28, 29 e não a bateria elétrica 21 do motor elétrico de tração 19.
Com referência à figura 2G, a tração do veículo é tri- híbrida e assegurada pelos três motores hidráulicos 25, elétrico 19 e térmico 15. Todas as embreagens 11-14 estão embreadas.
Enfim, com referência à figura 2H, a tração do veículo é assegurada pelo motor hidráulico 25 e o motor térmico 15. Todas as embreagens (11, 12, 14) estão embreadas, salvo a embreagem 13 do motor elétrico 19.
A figura 3 representa o diagrama da velocidade do veículo, em km/h, em função da distância d percorrida, conforme um funcionamento relativamente clássico.
A fase I (OA) é uma fase de acionamento hidráulico, com o motor 25. No fim dessa fase (CA) , antes que ela termine, lança-se o motor elétrico 19 (BA), enquanto que o veiculo roda a aproximadamente 20 km/h. Quando a velocidade tiver atingido 30 km/h (A), a fração prossegue com o único motor elétrico 19 (AD), até que a velocidade atinja aproximadamente 50 km/h (D) . Caso se queira continuar a aumentar a velocidade, pode-se substituir a tração elétrica pela tração do único motor térmico 15 (DF) . Nesse caso, economiza-se a bateria 21 do motor elétrico 19. Caso contrário, no caso de uma fase III à velocidade constante (DE), assegura-se a tração e pelo motor elétrico 19 e pelo motor térmico 15.
Se a velocidade do patamar DE for suficiente, quando, no curso do deslocamento do veiculo, se reduzirá em fase IV (EG), a recarga dos acumuladores 28, 29 será satisfatória. Mas se essa velocidade de patamar for muito baixa, a recuperação da carga dos acumuladores em redução da velocidade não será mais assegurada e, nesse caso, procede- se à recarga desses acumuladores pelo motor térmico 15.

Claims (8)

1. Veículo automóvel terrestre, caracterizado pelo fato de que compreende: a. um motor elétrico (19) de acionamento do veículo e meios (21) de armazenagem de energia elétrica aí associados, b. um motor hidráulico (25) de acionamento do veículo e meios (28, 29) de armazenagem de energia hidráulica aí associados e c. um motor térmico (15), com meios (18) de estocagem de energia fóssil, d. primeira embreagem (11), uma segunda embreagem (12) e uma terceira embreagem (13), respectivamente, conectando a árvore de transmissão do veículo (2) ao motor térmico (15) e aos motores hidráulico (25) e elétrico (19), e. uma primeira caixa (23) conectando a árvore de transmissão do veículo (2) à terceira embreagem (11), de modo a permitir que a referida árvore de transmissão (2) seja acionada pelo motor elétrico (19), f. uma segunda caixa (24) conectando a primeira embreagem (11) e a segunda embreagem (12), de modo a permitir que o motor térmico (15) seja montado em série com os meios (28, 29) de armazenagem de energia hidráulica para recarregar eles, g. uma quarta embreagem (14), conectando a primeira caixa (23) e a segunda caixa (24), configurada de modo que, no estado desmontado, para permitir que os meios (28, 29) de armazenagem de energia hidráulica sejam recarregados pelo motor de combustão (15), no decorrer dos deslocamentos do veículo, sem recarregar os meios (21) de armazenagem de energia elétrica.
2. Veículo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o motor térmico (15) ser ajustado para ser montado também em paralelo em motor de acionamento do veículo.
3. Veículo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as três embreagens (11-13) formarem, com uma quarta embreagem intermediária (14) e duas caixas de mudança de velocidades (23, 24), uma unidade axial com pistão (31).
4. Veículo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de o motor hidráulico (25) ser um motor-bomba.
5. Veículo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de o motor elétrico (19) ser um motor gerador.
6. Processo de gestão das energias armazenadas a bordo de um veículo automóvel terrestre comportando um motor elétrico (19) de acionamento do veículo e meios (21) de armazenagem de energia elétrica aí associados, um motor hidráulico (25) de acionamento do veículo e meios (28, 29) de armazenagem de energia hidráulica aí associados e um motor térmico (15), com meios (18) de armazenagem de energia fóssil, o processo caracterizado pelo fato de que, no decorrer dos deslocamentos do veículo, os meios (21) de armazenagem de energia elétrica do motor elétrico (19) de acionamento não são recarregados pelo motor térmico (15), a fim de reservar a recarga dos meios de armazenamento de energia elétrica do motor elétrico quando parado, na estação dedicada ou na garagem, o motor térmico (15) que pode recarregar os meios (28, 29) de armazenagem de energia hidráulica do motor hidráulico de acionamento (25).
7. Processo, De Acordo Com A Reivindicação 6, Caracterizado Pelo Fato De, O Motor Hidráulico (25) Sendo Um Motor-bomba, Quando Se Reduz A Velocidade Do Veículo, Se Fazer Funcionar O Motor Hidráulico (25) Em Bomba Que Recarrega Os Meios (28, 29) De Armazenagem De Energia Hidráulica, Freando O Veículo (8).
8. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de, o motor hidráulico sendo associado a uma bomba, se fazer funcionar a bomba que recarrega os meios de armazenagem de energia hidráulica (28, 29), freando o veículo.
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