BRPI0611951A2

BRPI0611951A2 - transmissão modular adaptável e método de controle de potência

Info

Publication number: BRPI0611951A2
Application number: BRPI0611951-4A
Authority: BR
Inventors: Keith E Gleasman; Matthew R Wrona
Original assignee: Torvec Inc
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2010-10-13
Also published as: AU2006259387A1; KR20080016862A; AU2006259315A1; EP1891356A4; WO2006138447A3; MX2007015941A; KR100943016B1; CA2609902A1; CA2609901C; KR20080016861A; JP2008546958A; WO2006138474A3; EP1891356A2; MX2007015507A; WO2006138474A2; WO2006138447A2; EP1890898A2; CA2609901A1; CN101253351A; BRPI0611908A2

Abstract

TRANSMISSãO MODULAR ADAPTáVEL E MéTODO DE CONTROLE DE POTêNCIA. A presente invenção refere-se a transmissão modular que usa apenas um par de máquinas hidráulicas pequenas e leves (110, 110', 210, 310, 400, 406, 410, 412, 468) de eficiência volumétrica notadamente melhorada com pistóes(1 16,116', 216, 316) tendo porções de corpo (122) substancialmente tão longas quanto o comprimento axial dos respectivos cilindros (114, 214, 314) nos quais eles alternam. As duas máquinas hidráulicas operam em um laço fechado, uma sendo usada como uma bomba acionada pelo motor do veículo, e a outra usada como um motor. Cada máquina tem uma placa oscilante plenamente articulável (126, 226, 326, 404, 414, 464a- b). Pelo controle em computador, os ângulos das placas oscilantes das duas máquinas são infinitamente variados para a provisão de uma relação ótima de velocidade de motor/roda para todas as condições a partir da partida, da condução urbana, da subida de ladeira variada de acordo com carga e inclinação, e sobremarcha para auto-estrada. Esta operação completa de veículo é obtida, enquanto o motor do veículo continua a operar a velocidades relativamente constantes e rotações por minuto (RPM) relativamente baixas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "TRANSMIS-SÃO MODULAR ADAPTÁVEL E MÉTODO DE CONTROLE DE POTÊNCIA".

Referência a Pedidos Relacionados

Este pedido reivindica prioridade para o pedido co-pendente U.S.número de série 11/153.111, depositado em 15 de junho de 2005, intitulado"DUAL HYDRAULIC MACHINE TRANSMISSION", o qual é um pedido de pa-tente de continuação em parte da Patente U.S. N9. 6.983.680, emitida em 10de janeiro de 2006 para Gleasman et al., intitulada "LONG-PISTON HY-DRAULIC MACHINES", a qual é uma continuação em parte do pedido núme-ro de série 10/647.557, depositado em 25 de agosto de 2003, intitulado"LONG-PISTON HYDRAULIC MACHINES", agora abandonado, o qual é umacontinuação em parte do pedido de patente de origem número de série10/229.407, depositado em 28 de agosto de 2002, intitulado "LONG-PISTONHYDRAULIC MACHINES", agora abandonado. A patente e os pedidos men-cionados anteriormente, desse modo, são incorporados aqui como referência.

Este pedido também reivindica prioridade para o pedido U.S. co-pendente número de série 11/153.112, depositado em 15 de junho de 2005,intitulado "ORBITAL TRANSMISSION WITH GEARED OVERDRIVE". Estepedido é incorporado aqui como referência.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a transmissões hidráulicas usa-das para locomoção de veículo e a máquinas de bomba/motor hidráulicas delíquido apropriadas para uso automotivo de "trabalho relativamente pesado".

Mais particularmente, a invenção se refere a qualquer transmissão comple-tamente hidráulica para um automóvel.

Antecedentes da Invenção

As transmissões completamente hidráulicas são conhecidas natécnica anterior. Na Patente U.S. N5 3.199.286, "HYDROSTATIC DRIVE"para Anderson, emitida em 10 de agosto de 1965, um acionamento hidráuli-co modular usa uma bomba única acionando motores separados para cadauma das quatro rodas para a provisão de uma aceleração sem incrementos.O acionamento hidráulico inclui válvulas de controle em cada roda e o recar-regamento de fluidos baixos. Na Patente U.S. N5 3.641.765, "HYDROSTA-TIC VEHICLE TRANSMISSION" para Hancock et al, emitida em 15 de feve-reiro de 1975, o acionamento hidrostático de quatro rodas tem conjuntos es-peciais de válvulas de uma via e conexões restritivas para se permitir umadiferenciação e prover um controle de tração entre os eixos dianteiro e tra-seiro.

Há uma necessidade na técnica de uma transmissão que permi-ta um retorno para os motores comprovados, mas de velocidade considera-velmente mais baixa com perda de torque reduzida, de modo a se aumentara eficiência do veículo motor à gasolina e reduzir o peso e o custo de fabri-cação de carros. Também há uma necessidade na técnica de uma transmis-são que permita que um carro mude de velocidades, enquanto o motor ope-ra a uma velocidade mais constante. Embora as transmissões em uso atualna maioria dos automóveis requeiram que o motor trabalhe em ciclos entrevelocidades baixas e velocidades muito altas, durante uma aceleração, ummotor é muito mais eficiente em termos de combustível quando funcionandoa uma velocidade constante.

Todas transmissões completamente hidráulicas têm sido usadasefetivamente em maquinário pesado de movimento lento, tais como tratorese veículos de peso leve, tais como carrinhos de golfe e veículos para qual-quer terreno (ATVs). Embora as transmissões completamente hidráulicastenham sido contempladas para automóveis, a ineficiência de transmissõeshidráulicas na técnica anterior tornou-as impraticáveis para uso em automó-veis. Um escalonamento de uma transmissão hidráulica da técnica anteriorpara uso em um automóvel produzirá uma transmissão inaceitavelmentegrande, pesada e ruidosa, e essas transmissões seriam maiores, mais pe-sadas e mais ruidosas do que as transmissões atualmente usadas em auto-móveis.

Embora um motor de combustão interna seja o padrão da indús-tria para automóveis nos Estados Unidos, vários fabricantes principais deautomóveis estão pesquisando um motor de ignição por compressão de car-ga homogênea (HCCI). Em um motor a gasolina convencional, a mistura dear - combustível é inflamada por uma vide de ignição para a criação de po-tência. Em um motor de HCCI, similar a em um motor a diesel, um pistãocomprime a mistura de ar - combustível para aumentar sua temperatura atéela inflamar. É estimado que um motor de HCCI seja capaz de um aumentode 30% na economia de combustível em relação a um motor de combustãointerna à gasolina padrão. Contudo, um grande obstáculo para implementa-ção da tecnologia de HCCI em automóveis é uma dificuldade no controle dacombustão em velocidades baixas e altas do motor.

Há uma necessidade na técnica de uma transmissão, a qualproveja a potência necessária para funcionamento de um automóvel, en-quanto permite que sua velocidade de motor permaneça em uma faixa es-treita de baixa a moderada, onde a combustão em motores de HCCI é con-trolada mais facilmente. Uma transmissão como essa permite uma imple-mentação de motores de HCCI mais eficientes em termos de combustívelem veículos movidos à gasolina.

As bombas e motores hidráulicos também são bem-conhecidose amplamente usados, tendo pistões alternativos montados em respectivoscilindros formados em um bloco de cilindro e posicionados circunferencial-mente em uma primeira distância radial em torno do eixo geométrico de ro-tação de um elemento de acionamento. Muitas destas máquinas de bom-ba/motor têm capacidades de deslocamento variáveis, e elas geralmentesão de dois projetos básicos. No primeiro projeto básico, os pistões alternamem um bloco de cilindro rotativo contra uma placa oscilante inclinada de for-ma variável, mas de outro modo fixa. No segundo projeto básico, os pistõesalternam em um bloco de cilindro fixo contra uma placa oscilante inclinadade forma variável e rotativa que freqüentemente é dividida para incluir umoscilador não de rotação, apenas de nutação, que desliza sobre a superfíciede um rotor de rotação e nutação. Embora a invenção aqui seja aplicável aambos estes projetos, é particularmente apropriada para e é descrita aquicomo um melhoramento no último tipo de máquina, na qual os pistões alter-nam em um bloco de cilindro fixo.As bombas e os motores utilizados na invenção e descritos aquisão máquinas hidráulicas do tipo de líquido e deve ser compreendido que ostermos fluido e fluido pressurizado, conforme usado aqui em todo lugar, sãopretendidos para a identificação de líquidos incompressíveis, ao invés degases compressíveis. Devido à incompressibilidade de líquidos, a pressão eos ciclos de trabalho de carga destes dois tipos diferentes de máquinas hi-dráulicas são impróprios para uso nas máquinas do tipo de líquido e vice-versa. Portanto, as notas a seguir devem ser todas compreendidas comosendo dirigidas e aplicáveis a máquinas hidráulicas do tipo de líquido e, pri-mariamente, a aplicações automotivas de trabalho pesado, conforme aque-las identificadas acima.

As máquinas hidráulicas com blocos de cilindro fixos podem serconstruídas muito mais leves e menores do que as máquinas que devemsuportar e proteger blocos de cilindro rotativos pesados. Contudo, estas má-quinas mais leves requerem conjuntos de placa oscilante de rotação e nuta-ção que são difíceis de montar e suportar. Para um serviço de alta pres-são/alta velocidade, o conjunto de placa oscilante deve ser suportado deuma maneira que permite um movimento relativo entre os cabeçotes dospistões não rotativos e uma superfície de combinação da placa oscilante derotação e nutação. Essas placas oscilantes da técnica anterior freqüente-mente têm sido divididas em uma porção de rotor de rotação/nutação e umaporção de oscilador apenas de nutação, a última incluindo receptáculos quecombinam com os cabeçotes de pistões não rotativos através de "dogbones"de conexão.

Isto é, essas máquinas de bloco de cilindro fixo, até agora, usa-vam uma haste de extensão de "dogbone" (isto é, uma haste com duas ex-tremidades esférica) para a interconexão de uma extremidade de cada pis-tão à superfície do oscilador de nutação, mas não de rotação. Uma extremi-dade esférica do dogbone é montada de forma pivotante na extremidade decabeçote do pistão, enquanto a outra extremidade esférica é usualmentemantida em todos os momentos em um receptáculo do oscilador de placaoscilante, durante todos os movimentos relativos entre os cabeçotes dospistões não rotativos e os receptáculos da placa oscilante de nutação. Con-forme é bem-conhecido na técnica, estes movimentos relativos seguem per-cursos não circulares variáveis que ocorrem em todas as inclinações da pla-ca oscilante a partir de 0o. Estes dogbones aumentam grandemente a com-plexidade e o custo de construção de placas oscilantes rotativas destas má-quinas mais leves.

As hastes de dogbone às vezes também são usadas para a in-terconexão de uma extremidade de cada pistão às placas oscilantes inclina-das (mas não de rotação) de máquinas hidráulicas com blocos de cilindrorotativos. Contudo, mais freqüentemente, este último tipo de máquina omitetais dogbones, usando, ao invés disso, pistões alongados, cada um tendoum cabeçote esférico em uma extremidade (de novo, usualmente cobertospor um elemento de calço convencional montado de forma pivotante) queefetivamente contata a superfície plana não rotativa da placa oscilante. Es-ses pistões alongados são projetados de modo que uma porção significativado corpo cilíndrico axial de cada pistão permaneça suportada pela parede deseu respectivo cilindro em todos os momentos, mesmo durante o curso má-ximo do pistão. Este suporte adicional para esses pistões alongados é proje-tado para garantir um deslocamento lateral mínimo de cada cabeçote de pis-tão esférico, conforme ele deslizar sobre a placa oscilante inclinada, masnão de rotação, quando os pistões rodarem com seu bloco de cilindro.

Geralmente, estes pistões alongados são primeiramente Iubrifi-cados por "escape de combustão", isto é, aquela porção do fluido à altapressão que é forçada entre as paredes de cada cilindro e a circunferênciaexterna de cada corpo de pistão, conforme o pistão alternativo acionar ou foracionado pelo fluido à alta pressão. Esse escape de combustão provê boalubrificação apenas se as tolerâncias permitirem o fluxo de um fluido sufici-ente entre as paredes do cilindro e o corpo cilíndrico longo do pistão, e umescape de combustão suficiente para assegurar uma boa lubrificação comfreqüência afeta negativamente a eficiência volumétrica da máquina debomba ou motor. Por exemplo, uma máquina de 163,87 cm3 (10 pol3) podeusar tanto quanto 15,14 litros (4 galões) de fluido por minuto para escape decombustão. Embora tolerâncias menores freqüentemente possam ser usa-das para redução de escape de combustão, a redução dessas tolerâncias élimitada pelas necessidades de uma lubrificação adequada que aumentecom o tamanho da pressão e das cargas de trabalho da máquina. Obvia-mente, esse escape de combustão é realizado pelo uso de um fluido que, deoutra forma, seria usado para acionar ou ser acionado pelos pistões para arealização de um trabalho. Portanto, no exemplo recém dado acima, os15,14 litros (4 galões) de fluido por minuto usados para lubrificação de esca-pe de combustão reduzem a eficiência volumétrica da máquina.

A invenção descrita abaixo é dirigida ao melhoramento da efici-ência volumétrica dessas máquinas de pistão alongado enquanto, ao mesmotempo, se asseguram uma lubrificação apropriada dos pistões e uma simpli-ficação do aparelho usado para a manutenção de um contato entre os pis-tões e a placa oscilante.

Sumário da Invenção

A transmissão modular usa apenas um par de máquinas hidráu-licas pequenas e leves de eficiência volumétrica notadamente melhoradacom pistões tendo porções de corpo substancialmente tão longas quanto ocomprimento axial dos respectivos cilindros nos quais eles alternam. As du-as máquinas hidráulicas operam em um laço fechado, uma sendo usadacomo uma bomba acionada pelo motor do veículo e a outra usada como ummotor. Cada máquina tem uma placa oscilante plenamente articulável. Porum controle em computador, os ângulos das placas oscilantes das duas má-quinas são variados infinitamente para a provisão de uma relação ótima a-propriada de velocidade de motor/roda para todas as condições na partida,marcha urbana, subindo uma ladeira variada de acordo com a carga e a in-clinação, e sobremarcha para auto-estrada. Esta operação completa de veí-culo é obtida enquanto o motor do veículo continua a operar a velocidadesrelativamente constantes e a uma rpm relativamente baixa.

As transmissões modulares são descritas usando-se várias mo-dalidades de máquinas hidráulicas, todas as quais compartilhando uma novacombinação de recursos estruturais simples incluindo pistões alongados al-ternando em um bloco de cilindro fixo, cilindros providos com recessos delubrificação únicos, e calços diretamente afixados a cada pistão (sem dog-bones) que fazem um contato deslizante com uma placa oscilante de rota-ção e nutação ou, preferencialmente, com a porção de oscilador apenas denutação de uma placa oscilante dividida. Testes verificaram que estes recur-sos estruturais simples resultaram de forma sinérgica em uma eficiência vo-lumétrica notadamente aumentada e uma eficiência mecânica aumentada talque, mesmo os eixos de acionamento das máquinas tão grandes quanto de196,64 cm3 (12 pol3) podem ser facilmente virados com a mão, quando amáquina estiver plenamente montada. Cada máquina mostrada pode operarcomo uma bomba ou um motor.

Estas máquinas hidráulicas de bloco de cilindro fixo podem serconstruídas menores e mais leves do que as máquinas hidráulicas de blocorotativo convencionais tendo especificações similares. Com a lubrificaçãomelhorada de seus pistões alongados, é possível usar estas máquinas hi-dráulicas menores e mais leves para adequação às especificações de altavelocidade/alta pressão requeridas para uso automotivo como uma trans-missão automática infinitamente variável.

Cada máquina tem uma placa oscilante plenamente articulávele, por meio de um programa de computador, variações nos ângulos das pla-cas oscilantes das duas máquinas são infinitamente variadas para a provi-são de uma relação ótima de velocidade de motor/roda para a provisão derelações de transmissão infinitamente variáveis para todas as condições apartir da partida, marcha urbana, subida de ladeira variada de acordo com acarga e inclinação, e sobremarcha para auto-estrada.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 mostra uma vista parcialmente esquemática e em se-ção transversal de uma máquina hidráulica com um ângulo variável de placaoscilante.

A figura 2 mostra uma vista parcialmente esquemática e em se-ção transversal da máquina hidráulica da figura 1 tomada ao longo do plano2-2 com partes sendo omitidas, por clareza.A figura 3A mostra uma vista parcialmente esquemática de umaplaca de sujeição, onde a placa oscilante é inclinada a +25°, conforme vistoa partir do plano 3A-3A da figura 1.

A figura 3B mostra uma vista parcialmente em seção transversalde uma placa de sujeição e do conjunto de sujeição de pistão, a vista sendotomada no plano 3B-3B da figura 1.

A figura 4 mostra uma vista em seção transversal de um cilindroúnico com uma mola longa.

A figura 5 mostra uma vista parcialmente esquemática e em se-ção transversal de uma máquina hidráulica com uma placa oscilante dividida.

A figura 6 mostra uma vista de um arranjo de "laço fechado" deduas máquinas hidráulicas, conforme conhecido na técnica anterior.

A figura 7A mostra uma vista esquemática de uma bomba e ummotor combinados em uma modalidade de extremidade com extremidade deum módulo hidráulico da transmissão inventiva.

A figura 7B mostra uma vista esquemática dos mesmos bomba emotor combinados em uma modalidade lado a lado para a formação de umoutro módulo hidráulico da transmissão inventiva.

A figura 8A mostra uma representação esquemática e relativa-mente em escala do módulo hidráulico da figura 7A, mostrando-o sendo u-sado como uma transmissão em um veículo de tração dianteira.

A figura 8B mostra uma representação esquemática e relativa-mente em escala do módulo hidráulico da figura 7A, mostrando-o sendo u-sado como uma transmissão em um veículo de tração traseira.

A figura 9A é uma vista de topo esquemática e relativamente emescala do módulo hidráulico da figura 7B, mostrando-o sendo usado comouma transmissão em um veículo de tração traseira mais convencional.

A figura 9B é uma vista final esquemática e relativamente emescala do módulo hidráulico da figura 9A.

A figura 10 é um diagrama de blocos das entradas e saídas pre-feridas do controlador por computador em uma modalidade da presente in-venção.

Descrição Detalhada da Invenção

Inicialmente, os recursos chaves a seguir da invenção são descritos:

para adequação às necessidades mundiais de conservação depetróleo, enquanto, ao mesmo tempo, não se requerem mudanças que cau-sarão uma perturbação significativa na alocação presente mundial de com-bustíveis, a invenção provê uma transmissão infinitamente variável, sem en-grenagens, completamente hidráulica, que usa componentes hidráulicos eeletrônicos conhecidos e testados.

Uma vez que a hidráulica de uma transmissão da presente in-venção provê torque de trabalho a RPMS muito baixas do motor, um veículocom motor à gasolina incorporando a presente invenção, no lugar de umatransmissão de conversor de torque original de veículo, opera a velocidadesde motor muito mais baixas. Este recurso é devido às eficiências notáveisque são obtidas pelo uso de máquinas hidráulicas tendo blocos de cilindroestacionários e placas oscilantes rotativas que variam através de um contí-nuo amplo de ângulos, preferencialmente de -25° a +25°.

Uma transmissão da presente invenção é diretamente acopladasem redução de velocidade ao motor de um veículo movido à gasolina. Umatransmissão da presente invenção substitui completamente a transmissãoexistente do veículo, adaptando-se ao mesmo espaço, mas tendo substanci-almente menos volume e menos peso do que a transmissão original. Ne-nhuma embreagem e nenhum conversor de torque são requeridos entre omotor do veículo e a presente invenção, a qual inclui duas máquinas hidráu-licas operadas respectivamente como uma bomba e um motor conectadosem um fluxo hidráulico de "laço fechado". A bomba, acionada diretamentepelo motor do veículo, produz um fluxo controlado por placa oscilante defluido hidráulico que é enviado diretamente para o motor associado. O motoré diretamente acoplado ao eixo motor para as rodas do veículo e, pelo posi-cionamento seletivo de sua respectiva placa oscilante, produz o torque pedi-do pelo motorista em reação ao torque de resistência de roda motriz.Isto é, a transmissão inventiva fundamentalmente muda a formacomo um automóvel responde a entradas do motorista. Em um automóvelcom transmissão com câmbio manual ou automático, quando o motoristapede uma aceleração ao pressionar o pedal do acelerador, a potência é au-mentada para o eixo motor de roda pelo aumento da velocidade do motor.Mediante uma aceleração continuada, quando o motor atinge uma certa ve-locidade alta, a transmissão muda para uma marcha mais alta, automatica-mente ou através da embreagem por uma entrada de motorista, e a veloci-dade do motor cai. Com a transmissão sem engrenagens inventiva, quandoo motorista pede uma aceleração ao pressionar o pedal de acelerador, apotência é aumentada pela mudança da relação de placa oscilante natransmissão, e a velocidade do motor permanece relativamente constante.Mediante uma aceleração continuada, apenas quando a relação de placaoscilante atinge um certo valor, a velocidade do motor é aumentada para umnovo nível ligeiramente mais alto, para a provisão da potência adicional re-querida.

Os controles eletrônicos de transmissão são notadamente sim-ples. A velocidade do motor e a velocidade de eixo motor de saída são moni-toradas juntamente com o consumo de combustível e as indicações de es-trangulamento e frenagem do motorista, e as únicas variáveis que são con-troladas são o ângulo das placas oscilantes na bomba/nos motores hidráuli-cos e, menos freqüentemente, a rpm do motor.

Com um protótipo da presente invenção, a transmissão hidráuli-ca proveu potência suficiente para o eixo motor de roda de um veículo utilitá-rio esportivo pesando 2528,78 Kg (5575 libras) para aceleração do automó-vel rapidamente em uma estrada plana simulada em dinamômetro para 30mph (48,3 km/h), enquanto se mantinha a velocidade do motor de 860 rpm.Este teste preliminar operou o veículo através de limites de relação detransmissão infinitamente variável de 25:1 a mais de 0,67:1. Conforme o au-tomóvel acelera para velocidades mais altas, é possível fazer aumentos emincrementos graduais na velocidade do motor, de modo a se maximizar otempo em que o motor é mantido a velocidades constantes e melhorar a efi-ciência de combustível. A transmissão hidráulica de protótipo foi capaz deprover potência suficiente para acelerar o automóvel para velocidades deauto-estrada, enquanto nunca se aumentava a velocidade do motor além de2200 rpm. Também, a transmissão inventiva foi capaz de dar a partida emanter uma velocidade de veículo estável a 2 rpm (isto é, uma velocidadede apenas 4,88 m/min (16 ft/min), e obteve taxas de aceleração com picomaior do que 10 mph/s (16,1 km/h/s) com uma redução de consumo decombustível durante essa aceleração, conforme medido por medidores defluxo de deslocamento positivo. Ainda, uma desaceleração satisfatória foiobtida a 20 mph/s (32,2 km/h/s), para se levar o veículo a uma parada com-pleta, sem o uso dos freios do veículo.

Uma transmissão da presente invenção é capaz de variar a ve-locidade do eixo motor com mudanças mínimas na velocidade do motor. As-sim, a presente invenção permite que a velocidade do motor permaneça emuma faixa relativamente estreita de baixa a moderada, onde a combustãoem motores de HCCI recentemente propostos é predita como sendo maisfacilmente controlada. Uma transmissão da presente invenção é altamentecompatível com uma implementação de motores de HCCI mais eficientes emtermos de combustível em veículos movidos à gasolina.

Ainda, a presente invenção abre a possibilidade de a indústriaautomotiva ser capaz de retornar para motores de velocidade mais bai-xa/torque mais alto comprovados, permitindo que melhoramentos de eficiên-cia ainda maiores sejam obtidos com motores mais leves e de custo maisbaixo.

Embora a operação de máquinas hidráulicas do tipo que podeser usado para a criação da porção hidráulica da transmissão inventiva sejabem-conhecida, um par preferido dessas máquinas hidráulicas em seguidaserá descrito, em algum detalhe. Conforme indicado acima, pode ser assu-mido que cada máquina mostrada seja conectada em um sistema hidráulicode "laço fechado" bem-conhecido, com uma bomba ou um motor combinadoapropriadamente. Ambas as máquinas hidráulicas na transmissão da pre-sente invenção preferencialmente são de estrutura idêntica, uma sendo usa-da como uma bomba e a outra como um motor.

Em uma modalidade preferida, uma transmissão da presenteinvenção é usada em combinação com um acumulador para a melhoria daeconomia de combustível.

Máquina Hidráulica de Pistão Longo

Com referência à figura 1, uma máquina hidráulica variável 110inclui um bloco de cilindro fixo modular 112. O bloco de cilindro 112 tem umapluralidade de cilindros 114 (apenas um sendo mostrado), no qual uma res-pectiva pluralidade de pistões de combinação 116 alterna entre a posiçãoretraída de pistão 116 e as posições estendidas variáveis (a extensão máxi-ma sendo mostrada na posição de pistão 116'). Cada pistão tem um cabeço-te esférico 118 que é montado em um estreitamento 120 em uma extremida-de da porção de corpo cilíndrico axial alongada 122 que é substancialmentetão longa quanto o comprimento de cada respectivo cilindro 114. Cada ca-beçote de pistão esférico 118 se adapta em um respectivo calço 124 quedesliza sobre uma face plana 126 formada na superfície de um rotor 128 queé afixado de forma pivotante a um elemento de acionamento, especificamen-te, um eixo 130 que é suportado em mancais com um orifício no centro debloco de cilindro 112.

A máquina hidráulica 110 é provida com um conjunto de válvulamodular 133 que é aparafusado como um tampão na extremidade esquerdado bloco de cilindro modular 112 e inclui uma pluralidade de válvulas de car-retei 134 (apenas uma sendo mostrada) que regulam o envio de fluido paradentro e para fora dos cilindros 114.

A máquina 110 pode ser operada como uma bomba ou como ummotor. Para operação como um motor, durante a primeira metade de cadarevolução de eixo motor 130, um fluido à alta pressão a partir de uma entra-da 136 entra pela extremidade de válvula de cada respectivo cilindro 114através de uma janela 137 para cada respectivo pistão a partir de sua posi-ção retraída para sua posição plenamente estendida. Durante a segundametade de cada revolução, um fluido a uma pressão mais baixa é retirado decada respectivo cilindro através da janela 137 e da saída de fluido 139, con-forme cada pistão retornar para sua posição plenamente retraída.

Para operação como uma bomba, durante uma metade de cadarevolução de eixo motor 130, um fluido a uma pressão mais baixa é aspiradopara cada respectivo cilindro 114 entrando por uma janela 137 a partir de um"laço fechado" de fluido hidráulico de circulação através da entrada 136, con-forme cada pistão 116 for movido para uma posição estendida. Durante apróxima metade de cada revolução, o acionamento de cada respectivo pis-tão 116 de volta para sua posição plenamente retraída dirige um fluido à altapressão a partir da janela 137 para o laço hidráulico fechado através da saí-da 139. O fluido à alta pressão então é enviado através de uma tubulação delaço fechado apropriada (não mostrada) para uma máquina hidráulica decombinação, por exemplo, a máquina hidráulica 110 discutida acima, fazen-do com que os pistões da máquina de combinação se movam a uma veloci-dade que varia com o volume (galões por minuto - 3,785 l/min (1 gal/min) defluido à alta pressão sendo enviado de uma maneira bem-conhecida na téc-nica.

A parede cilíndrica de cada cilindro 114 no bloco de cilindro mo-dular 112 é cortada transversalmente de forma radial por um respectivo ca-nal de lubrificação 140 formado circunferencialmente ali. Uma pluralidade depassagens 142 interconecta todos os canais de lubrificação 140, para a for-mação de uma passagem de lubrificação contínua no bloco de cilindro 112.

Cada respectivo canal de lubrificação 140 é substancialmentefechado pelo corpo cilíndrico axial 122 de cada respectivo pistão 116, duran-te o curso inteiro de cada pistão. Isto é, a circunferência externa de cadacorpo cilíndrico 122 atua como uma parede que envolve cada respectivo ca-nal de lubrificação 140 em todos os momentos. Assim, mesmo quando ospistões 116 estão alternando através de cursos máximos, a passagem delubrificação contínua interconectando todos os canais de lubrificação 140permanece substancialmente fechada. A passagem de lubrificação contínua140, 142 é formada de modo simples e econômica dentro do bloco de cilin-dro 112.

Durante uma operação da máquina hidráulica 110, todos os ca-nais de lubrificação interconectados 140 são preenchidos quase instantane-amente por um fluxo mínimo de fluido à alta pressão a partir da entrada 136entrando em cada cilindro 114 através da janela 137 e sendo forçado entreas paredes dos cilindros e a circunferência externa de cada pistão 116. Umaperda de fluido de lubrificação a partir de cada canal de lubrificação 140 érestrita por um selo circundante 144 localizado próximo da extremidade a-berta de cada cilindro 114. Não obstante, o fluido de lubrificação nesta pas-sagem de lubrificação contínua fechada de canais de lubrificação 140 flui deforma moderada, mas contínua, como resultado de um fluxo mínimo contí-nuo de fluido entre cada uma das respectivas paredes cilíndricas de cadacilindro e o corpo cilíndrico axial de cada respectivo pistão, em resposta aum movimento de pistão e às pressões mudando em cada meio ciclo de ro-tação de eixo motor 130, conforme os pistões alternarem. Conforme a pres-são em cada cilindro 114 é reduzida para uma pressão baixa, no curso deretorno de cada pistão 116, o fluido a uma pressão mais alta na passagemde lubrificação de outra forma fechada 140, 142 novamente é dirigido entreas paredes de cada cilindro 114 e a circunferência externa de corpo cilíndri-co 122 de cada pistão 116 para a extremidade de válvula de cada cilindro114 experimentando essa redução de pressão.

O fluxo de fluido de lubrificação na passagem de lubrificaçãocontínua fechada 140, 142 é moderado, mas contínuo, como resultado deum fluxo de fluido mínimo secundário, em resposta a um movimento de pis-tão e às pressões mudando em cada meio ciclo de rotação de eixo motor130, conforme os pistões alternarem.

O rotor 128 de bomba 110 é montado de forma pivotante no eixomotor 130 em torno de um eixo (geométrico) 129 que é perpendicular aoeixo (geométrico) 132. Portanto, enquanto o rotor 128 gira com o eixo motor130, seu ângulo de inclinação em relação ao eixo geométrico 132 preferen-cialmente é variável a partir de 0- (isto é, perpendicular) a + 25°. Na figura 1,o rotor 128 está inclinado a +25°. Esta inclinação variável é controlada con-forme se segue: o pivotamento do rotor 128 em torno do eixo geométrico129 é determinado pela posição de um colar corrediço 180 que circunda oeixo motor 130, e é axialmente móvel em relação a ele. Uma ligação de con-trole 182 conecta o colar 180 ao rotor 128, de modo que um movimento docolar 180 axialmente sobre a superfície do eixo motor 130 faça com que orotor 128 pivote em torno do eixo geométrico 129. Por exemplo, conforme ocolar 180 é movido para a direita na figura 1, a inclinação de rotor 128 variapor todo um contínuo a partir da inclinação de +25° mostrada de volta para(isto é, perpendicular) e, então, para -25°.

O movimento axial do colar 180 é controlado pelas garras 184de um garfo 186, conforme o garfo 186 for girado em torno do eixo geométri-co de um eixo de garfo 190 pela articulação de um braço de controle de gar-fo 180. O garfo 186 é atuado por um servomecanismo linear convencional(não mostrado) conectado ao fundo do braço de garfo 188. Enquanto os e-Iementos remanescentes do garfo 186 estão todos envolvidos em um aloja-mento de placa oscilante modular 192, e o eixo de garfo 190 é suportado emmancais fixados ao alojamento 192, o braço de controle de garfo 188 é posi-cionado externo ao alojamento 192. O rotor 128 de placa oscilante é equili-brado por uma ligação paralela 194 que é substancialmente idêntica à liga-ção de controle 182 e é conectada, de forma similar, ao colar 180, mas emuma localização exatamente no lado oposto do colar 180.

Com referência a ambas a figura 1 e a figura 2, a parede cilíndri-ca de cada cilindro 114 é cortada transversalmente de forma radial por umrespectivo canal de lubrificação 140 formado circunferencialmente ali. Umapluralidade de passagens 142 interconecta todos os canais de lubrificação140, para a formação de uma passagem de lubrificação contínua no blocode cilindro 112. Cada respectivo canal de lubrificação 140 é substancialmen-te fechado pelo corpo cilíndrico axial 122 de cada respectivo pistão 116, du-rante o curso inteiro de cada pistão. Isto é, a circunferência externa de cadacorpo cilíndrico 122 atua como uma parede que envolve cada respectivo ca-nal de lubrificação 140 em todos os momentos. Assim, mesmo quando ospistões 116 estão alternando através de cursos máximos, a passagem delubrificação contínua interconectando todos os canais de lubrificação 140permanece substancialmente fechada. A passagem de lubrificação contínua140, 142 é formada de modo simples e econômica dentro do bloco de cilin-dro 112, conforme pode ser mais bem apreciado a partir da ilustração es-quemática na figura 2, na qual o tamanho relativo dos canais de fluido e daspassagens de conexão foi exagerado, para esclarecimento.

Durante uma operação da máquina hidráulica 110, todos os ca-nais de lubrificação interconectados 40 são preenchidos quase instantanea-mente por um fluxo mínimo de fluido à alta pressão a partir da entrada 36entrando em cada cilindro 114 através da janela 137 e sendo forçado entreas paredes dos cilindros e a circunferência externa de cada pistão 116. Umaperda de fluido de lubrificação a partir de cada canal de lubrificação 140 érestrita por um selo circundante 144 localizado próximo da extremidade a-berta de cada cilindro 114. Não obstante, o fluido de lubrificação nesta pas-sagem de lubrificação contínua fechada de canais de lubrificação 140 flui deforma moderada, mas contínua, como resultado de um fluxo mínimo contí-nuo de fluido entre cada uma das respectivas paredes cilíndricas de cadacilindro e o corpo cilíndrico axial de cada respectivo pistão, em resposta aum movimento de pistão e às pressões mudando em cada meio ciclo de ro-tação de eixo motor 130, conforme os pistões alternarem. Conforme a pres-são em cada cilindro 114 é reduzida para uma pressão baixa, no curso deretorno de cada pistão 116, o fluido a uma pressão mais alta na passagemde lubrificação de outra forma fechada 140, 142 novamente é dirigido entreas paredes de cada cilindro 114 e a circunferência externa de corpo cilíndri-co 122 de cada pistão 116 para a extremidade de válvula de cada cilindro114 experimentando essa redução de pressão.

Com referência à figura 3A e à figura 3B, um conjunto de sujei-ção para uma máquina hidráulica inclui um elemento de sujeição 154 comuma pluralidade de aberturas circulares 160, cada uma das quais circundan-do o estreitamento 120 de um respectivo pistão 116. A placa oscilante estáem um ângulo de +25° na figura 3A e na figura 3B. A figura 3A mostra a e-lemento de sujeição 154 da perspectiva de se olhar para baixo pelo eixo dorotor 128, ou a partir de um plano 3A-3A da figura 1. Uma pluralidade de ar-ruelas especiais 156 é posicionada, respectivamente, entre o elemento desujeição 154 e cada calço de pistão 124. Cada arruela 156 tem uma exten-são 158 que contata a circunferência externa de um respectivo calço 124para manutenção do calço em contato com a face plana 126 de rotor 128 emtodos os momentos. Cada respectiva cavidade de calço é conectada atravésde um canal de calço 162 e de um canal de pistão 164, para se garantir quea pressão de fluido presente na interface de calço - rotor seja equivalente emtodos os momentos a uma pressão de fluido no cabeçote de cada pistão 116.

Uma pressão de fluido constantemente orienta os pistões 116 nadireção do rotor 128, e o conjunto de placa de encosto ilustrado é providopara portar aquela carga. Contudo, nas velocidades de operação requeridaspara uso automotivo (por exemplo, 4000 rpm), um carregamento de orienta-ção adicional é necessário, para se garantir um contato constante entre oscalços de pistão 124 e a face plana 126 de rotor 128. As máquinas hidráuli-cas variáveis provêem essa orientação adicional pelo uso de três conjuntosde sujeição orientados por mola simples.

O primeiro conjunto de sujeição, para a máquina hidráulica 110,inclui uma mola em espiral 150 que é posicionada em torno do eixo 130 erecebida em uma fenda apropriada 152 formada no bloco de cilindro 112circunferencialmente em torno do eixo geométrico 132. A mola em espiral150 orienta um elemento de sujeição 154 que também é posicionado circun-ferencialmente em torno do eixo 130 e do eixo geométrico 132. O elementode sujeição 154 é provido com uma pluralidade de aberturas circulares 160,cada uma das quais circundando o estreitamento 120 de um respectivo pis-tão 116. Uma pluralidade de arruelas especiais 156 é posicionada, respecti-vamente, entre o elemento de sujeição 154 e cada calço de pistão 124. Ca-da arruela 156 tem uma extensão 158 que contata a circunferência externade um respectivo calço 124 para manutenção do calço em contato com aface plana 126 de rotor 128 em todos os momentos.

As posições da placa oscilante e do conjunto de sujeição de cal-ço de pistão mudam umas em relação às outras, conforme a inclinação dorotor 128 for alterada, durante uma operação de máquina. Com escoamentode fluido à posição relativa destas partes na inclinação de 0o, cada canal depistão 164 tem a mesma posição radial em relação a cada respectiva abertu-ra circular 160 no elemento de sujeição 154. Em todas as outras inclinaçõesalém de 0o, a posição radial relativa de cada canal de pistão 164 é diferentepara cada abertura 160, e as posições relativas de cada arruela especial 156também é diferente. As diferentes posições relativas em cada uma das noveaberturas 160 em si estão mudando constantemente conforme o rotor 128rodar e nutar através de uma revolução completa em cada inclinação. Porexemplo, na inclinação de 25° mostrada na figura 3A, se durante cada revo-lução de rotor 128 alguém fosse olhar para o movimento ocorrendo atravésapenas da abertura 160 no topo (isto é, uma posição de relógio de 12 horas)de elemento de sujeição 154, a posição relativa das partes vistas na abertu-ra de topo 160 mudaria serialmente para combinar com as posições relativasmostradas em cada uma das outras oito aberturas 160.

Em outras inclinações além de 0o, durante cada revolução derotor 128, cada arruela especial 156 desliza sobre a superfície de elementode sujeição 154, conforme, simultaneamente, cada calço 124 desliza sobre aface plana 126 de rotor 128. Cada uma estas partes muda em relação a suaprópria abertura 160 através de cada uma das várias posições que podemser vistas em cada uma das outras oito aberturas 160. Cada uma segue umpercurso cíclico (que parece traçar uma lemniscata, isto é, um "número oi-to"), que varia de tamanho com a inclinação angular de rotor de placa osci-lante 128 e a posição horizontal de cada pistão 116 no bloco de cilindro fixo112. Para garantir um contato apropriado entre cada respectivo calço 124 ea face plana 126 de rotor 128, um tamanho preferencialmente é selecionadopara as fronteiras de cada abertura 160, de modo que as bordas de abertura160 permaneçam em contato com mais de metade da superfície de cadaarruela especial 156 em todos os momentos, durante cada revolução paratodas as inclinações de rotor 128.

Um segundo conjunto de sujeição é mostrado esquematicamen-te na figura 4 em uma vista aumentada, parcial e em seção transversal deum pistão único de uma máquina hidráulica 210. Cada pistão 216 é posicio-nado no bloco de cilindro fixo modular 212 em um cilindro 214, o último sen-do cortado transversalmente de forma radial por um respectivo canal de Iu-brificação 240 formado circunferencialmente ali. Da mesma maneira confor-me descrito em relação às outras máquinas hidráulicas já detalhadas acima,cada canal de lubrificação 240 é interconectado com canais similares nosoutros cilindros de máquina para a formação de uma passagem de lubrifica-ção contínua no bloco de cilindro 212. Um selo circundante opcional 244 po-de estar localizado próximo da extremidade aberta de cada cilindro 214 paraminimização adicional da perda de fluido de cada canal de lubrificação 240.

O bloco de cilindro fixo 212 não inclui uma mola em espiral axi-almente circunferência! nenhuma fenda axialmente circunferencial para ma-nutenção do mesmo. O bloco de cilindro fixo modular 212 de máquina hi-dráulica 210 pode ser conectado a um conjunto de placa oscilante de ângulofixo modular ou a um conjunto de placa oscilante de ângulo variável modular,mas, em qualquer caso, a máquina hidráulica 210 provê um conjunto de su-jeição muito mais simples. Especificamente, o conjunto de sujeição destamodalidade inclui apenas um respectivo calço de pistão convencional 224para cada pistão 216 em combinação com apenas uma respectiva mola emespiral 250, a última também sendo associada a cada respectivo pistão 216.

Cada calço de pistão 224 é similar aos calços convencionaismostrados no primeiro conjunto de sujeição e é montado no cabeçote esféri-co 218 de pistão 216 para deslizar sobre a face plana 226 formada na super-fície do rotor de placa oscilante de máquina 228. Cada mola em espiral 250é respectivamente assentada circunferencialmente em torno da janela deválvula hidráulica 237 na extremidade de válvula de cada respectivo cilindro214 e posicionada dentro da porção de corpo de cada respectivo pistão 216.

Cada calço 224 desliza sobre a face plana 226 de rotor 228 comum movimento de Iemniscata que varia de tamanho com a posição horizon-tal de cada pistão 216 e a inclinação de rotor 228 em relação ao eixo geomé-tricô 232. Durante uma operação normal de máquina hidráulica 210, os cal-ços 224 são mantidos em contato com a face plana 226 da placa oscilantepor uma pressão hidráulica. Portanto, a orientação de mola provida pelasmolas em espiral 250 é mínima, mas suficiente para manter um contato des-lizante efetivo entre cada calço 224 e a face plana 226, na ausência de umapressão hidráulica na extremidade de válvula de cada respectivo cilindro214. A orientação mínima de molas 250 não apenas facilita a montagem,mas também impede um aprisionamento de sujeira mínima e detritos de me-tal encontrados durante a montagem e ocasionados por desgaste.

Com referência à figura 5, um terceiro conjunto de sujeição parauma máquina hidráulica 310 inclui um arranjo de placa oscilante divididaconvencional melhorado. Uma pluralidade de pistões 316, cada um incluindoum respectivo calço corrediço 324, alterna em respectivos cilindros 314 for-mados no bloco de cilindro 312 que é idêntico ao bloco de cilindro 112. Cadacalço 324 desliza sobre a face plana 326 formada em um oscilador 327 queé montado em um rotor de combinação 328 por mancais apropriados 372,374 que permitem que o oscilador 327 nute sem uma rotação, enquanto orotor 328 nuta e roda de uma maneira bem-conhecida na técnica. A inclina-ção de oscilador 327 e de rotor 328 em torno de um eixo geométrico 329 écontrolada pela posição de um colar corrediço 180, uma ligação de controle382 e uma ligação paralela de equilíbrio 394.

Os calços 324 são sujeitados por um conjunto de sujeição subs-tancialmente idêntico ao primeiro conjunto de sujeição, embora a grandemola em espiral única 150 seja substituída por uma pluralidade de molas emespiral individuais menores.

Uma placa de sujeição 354 é fixada o oscilador 327. Cada calço324 recebe a extensão circunferencial de uma respectiva arruela especial356, e o estreitamento de cada pistão 316 é posicionado em uma de umapluralidade de correspondente de respectivas aberturas 360 formadas atra-vés da placa de sujeição 354. Enquanto o oscilador 327 não roda com o ro-tor 328, o movimento de nutação de oscilador 327 é idêntico ao movimentode nutação de rotor 328 e, portanto, os movimentos relativos entre os calços324 e a superfície plana 326 de oscilador 327 também são idênticos àquelesno primeiro conjunto de sujeição.

Uma pluralidade de molas em espiral individuais 350 provê aorientação de mola mínima para manutenção do contato deslizante efetivoentre cada calço 324 e a face plana 326 de oscilador 327, na ausência deuma pressão hidráulica na extremidade de válvula de cada cilindro 314. Ca-da mola em espiral 350 é posicionada circunferencialmente em torno de ca-da calço 324, sendo capturada entre cada arruela especial 356 e um colarformado imediatamente acima do fundo de cada calço 324.

Com referência à figura 6, cada máquina hidráulica, seja um mo-tor ou uma bomba, é preferencialmente emparelhada com uma outra máqui-na hidráulica, uma bomba ou um motor de combinação, em um arranjo bem-conhecido de "laço fechado". Por exemplo, o fluido à alta pressão que sai apartir da saída 139 de máquina hidráulica 110 é diretamente enviado para aentrada 136' de uma máquina hidráulica de combinação 110', enquanto ofluido à baixa pressão que sai a partir da saída 139' de máquina hidráulica110' é diretamente enviado para a entrada 136 de máquina hidráulica decombinação 110. A máquina hidráulica 110 e a máquina hidráulica 110' po-dem ser idênticas na estrutura, exceto pelo fato de a máquina hidráulica 110ser usada como uma bomba e a máquina hidráulica 110' ser usada como ummotor. Uma porção do fluido neste sistema de laço fechado é continuamenteperdida para um "escape de combustão" e é coletado em um reservatório, eo fluido é automaticamente enviado a partir do reservatório de volta para olaço fechado, para manutenção de um volume predeterminado de fluido nosistema de laço fechado em todos os momentos.

Transmissão Hidráulica

Em uma modalidade, as máquinas hidráulicas duplas são dis-postas extremidade com extremidade, conforme mostrado na figura 7A, e,em uma outra modalidade, as máquinas hidráulicas duplas são dispostaslado a lado, conforme mostrado na figura 7B. Na modalidade de extremidadecom extremidade, a bomba 400 inclui um eixo de bomba 402 que aciona aplaca oscilante de bomba 404, a qual aciona os pistões longos no bloco decilindro de bomba 406. Um circuito hidráulico 408 conecta a bomba 400 aomotor 410. O circuito hidráulico 408 provê uma comunicação de fluido entreo bloco de cilindro de bomba 406 e o bloco de cilindro de motor 412. Umfluido hidráulico pressurizado a partir da bomba 400 aciona os pistões demotor, os quais acionam a placa oscilante de motor 414 para virar o eixomotor de motor 416. Na modalidade lado a lado, o circuito hidráulico 418 éreconfigurado para conexão dos dois blocos de cilindro 406, 412, os quais seassentam próximos um do outro. Nesta modalidade, a bomba 400 e o motor410 podem ser estruturalmente conectados ao longo de seu lado comumpara a provisão de estabilidade à unidade de bomba - motor.

Embora o arranjo de extremidade com extremidade seja maissimples e mais leve, requerendo menos partes para a conexão da bomba aomotor, o arranjo lado a lado é significativamente mais curto no comprimento.Um protótipo de extremidade a extremidade de 196,64 cm3 (12 in3) tem 63,5cm (25") de comprimento e 25,4 cm (10") de diâmetro e pesa 68,04 kg (150libras). Um protótipo de lado a lado de 196,64 cm3 (12 in3) tem 43,18 cm(17") de comprimento e 50,8 cm (20") transversalmente. Ambos os protóti-pos bombeiam 196,64 cm3 (12 in3) de líquido pressurizado por revolução auma oscilação de bomba plena. Ambos os protótipos são tão eficientes quemuito pouca energia é perdida como calor. Por toda a operação, o bloco decilindro permanece comparativamente frio em relação às máquinas hidráuli-cas da técnica anterior. Ambos os protótipos são notadamente silenciososdurante uma operação também.

Conforme indicado anteriormente, os controles eletrônicos detransmissão são notadamente simples. Velocidade de motor, pressão defluido de trabalho e velocidade de eixo motor de saída são monitorados jun-tamente com o consumo de combustível e as indicações de estrangulamentoe freio de motorista, e as únicas variáveis que são controladas são a rpm domotor e os ângulos das placas oscilantes na bomba hidráulica e no motorhidráulico. Ainda, após atingir as velocidades de auto-estrada, a placa osci-lante de motor é variada para a provisão de uma sobremarcha continuamen-te variável de 1:1 até em torno de 0,5:1.

Em uma modalidade da presente invenção, a transmissão hi-dráulica é modular. O termo "modular", conforme usado aqui, é especifica-mente pretendido para descrever uma unidade que pode ser usada "confor-me estiver" para a substituição da transmissão existente de um veículo pre-sentemente operando ou projetado. Uma transmissão modular de acordocom a presente invenção torna possível permitir que um veículo motor à ga-solina presente opere com um aumento na eficiência de combustível compa-rável àquela que poderia ser obtida por um veículo motor a diesel dimensio-nado de forma similar.

A figura 8A é uma ilustração esquemática e relativamente emescala de um automóvel de tração dianteira, mostrando o motor "leste - oes-te" 401 localizado entre os pneus dianteiros 405a, 405b e na frente dospneus traseiros 405c, 405d. A transmissão de veículo foi removida e substi-tuída pela modalidade modular de extremidade a extremidade da invenção,ilustrada na figura 7A, especificamente, a bomba hidráulica 400 é conectadaao motor 410 através do circuito hidráulico 408. Este módulo é mostrado emuma posição possível em relação ao motor 401, com o eixo de bomba 402sendo conectado por uma cinta 411 ao eixo motor de componente auxiliar403a do motor 401. Um mecanismo de conexão 424 conecta a saída do mó-dulo hidráulico a partir do eixo motor de motor 416 ao eixo motor de rodadianteira 422.

Preferencialmente, a saída é conectada às rodas dianteiras deveículo através do mesmo mecanismo que recebia a saída da transmissãooriginal de veículo. Em uma modalidade, o mecanismo de conexão 424 é umacoplamento mecânico de apenas eixo motor de motor 416 para eixo motorde roda dianteira 422. Em uma outra modalidade, o mecanismo de conexão424 envolve a combinação mecânica de saída de motor 416 com saída demotor 403b para a provisão de potência para o eixo motor de roda dianteira422. Em ambas as modalidades, a potência suprida para o eixo motor deroda 422 pode ser variada de forma secundária pela variação da velocidadedo motor 401. Na segunda modalidade, o mecanismo de conexão 424 podeincluir um orbitador único para combinação da saída de potência do eixo demotor 416 com a saída do eixo motor de motor 403b.

A figura 8B é uma ilustração esquemática e relativamente emescala de um automóvel de tração traseira, mostrando o motor "norte - sul"401a localizado entre os pneus dianteiros 405a, 405b. A transmissão de veí-culo foi removida e substituída pela modalidade modular de extremidade aextremidade da invenção ilustrada na figura 7A, especificamente, a bombahidráulica 400 é conectada ao motor hidráulico 410 através do circuito hi-dráulico 408. Este módulo é mostrado em uma posição possível em relaçãoao motor 401, com o eixo de bomba 402 sendo conectado por uma cinta 411ao eixo motor de componente auxiliar 403a de motor 401. Um mecanismo deconexão 428 conecta a saída do módulo hidráulico a partir do eixo motor demotor 416 ao eixo motor de roda traseira 426.

Preferencialmente, a saída é conectada às rodas traseiras deveículo através do mesmo mecanismo que recebia a saída da transmissãooriginal do veículo. Em uma modalidade, o mecanismo de conexão 428 é umacoplamento mecânico de apenas eixo motor de motor 416 para eixo motorde roda traseira 426. Em uma outra modalidade, o mecanismo de conexão428 envolve uma combinação mecânica de saída de motor 416 com saídade motor 403b para a provisão de potência para o eixo motor de roda trasei-ra 426. Em ambas as modalidades, a potência suprida para o eixo motor deroda 426 pode ser variada de forma secundária pela variação da velocidadedo motor 401. Na segunda modalidade, o mecanismo de conexão 428 podeincluir um orbitador único para combinação da saída de potência do eixo demotor 416 com a saída do eixo motor de motor 403b.

De modo similar, a figura 9A e a figura 9B são ilustração esque-mática e relativamente em escala de vista de topo e final da extremidadedianteira de um veículo de tração traseira convencional mostrando um motor"norte - sul" convencional 401a localizado entre os pneus dianteiros 405a,405b e na frente dos pneus traseiros 405c, 405d. Novamente, a transmissãode veículo foi removida e substituída pela modalidade modular de lado a la-do da invenção ilustrada na figura 7B. Enquanto a bomba hidráulica 400 ain-da está conectada ao motor hidráulico 410 através do circuito hidráulico 408na traseira do módulo, a dianteira do módulo inclui uma caixa de conexão407 com uma placa de montagem 419. O módulo é aparafusado ao invólu-cro de volante 409 na traseira do motor 401a. O eixo de bomba de bombahidráulica 400 é conectado por meios convencionais ao eixo motor principalde motor 401a (não mostrado); e a saída do módulo hidráulico também éconectada por meios convencionais (não mostrados) dentro da caixa de co-nexão 407 a um eixo de saída 417 que se conecta às rodas de veículo atra-vés do mesmo mecanismo que recebia a saída da transmissão original doveículo. Na segunda modalidade, a caixa de conexão 407 pode incluir umorbitador único para combinação da saída de potência do eixo de motor 402(vide a figura 7B) à saída do eixo motor de motor.

Operação do Veículo

A operação do motor do veículo é começada de uma maneiraconvencional, com a alavanca de mudança de marcha do veículo em "Park"("Estacionado"). (NOTA: a alavanca de mudança de marcha do veículo éreferida, a partir deste ponto, como um "seletor de modo de condução".)

Quando o motor está funcionando normalmente em marcha lenta, por exem-pio, a aproximadamente 750 rpm, e o veículo ainda está em "Park", a trans-missão e seu controlador por computador estão em modo de espera. O mo-tor pode ser passado para neutro pela operação do pedal de acelerador. As-sim que o seletor de modo de condução é movido para fora de "Park", o con-trolador por computador começa a controlar a velocidade do motor e a velo-cidade do veículo com base nas entradas em tempo real a seguir:

a) posição do seletor de modo de condução

b) posição do pedal de acelerador

c) posição do pedal de freio

d) velocidade do veículo com base nas velocidades de eixo desaída de motor e de eixo motor de roda

e) vazão de combustível para o motor

f) posições das placas oscilantes na bomba - motores

g) pressão de circuito hidráulico.

O controlador por computador usa estas entradas para a produ-ção de saídas em tempo real para os componentes a seguir:

a) válvulas de segurança hidráulicas de alta pressão na bomba -motoresb) servoválvulas de posição de placa oscilante na bomba - moto-res

c) estrangulamento de motor para ajuste da velocidade ótima demotor.

As comunicações entre o controlador por computador e os várioscomponentes do automóvel são mostradas esquematicamente na figura 10.Sempre que o motor do veículo for ligado, o controlador por computador 450continuamente monitora as entradas a partir do motorista, especificamente,a posição do seletor de modo de condução 452, a posição do pedal de freio454 e a posição do pedal de acelerador 456. O controlador por computadortambém monitora a velocidade do eixo motor de motor 458 para determinarse ajustes precisam ser feitos para mudança da velocidade do eixo motor458. Quando as entradas de motorista 452, 454, 456 indicam uma mudançadesejada na velocidade de eixo motor 458, o controlador por computadordetermina (a) a vazão de combustível para o motor 460 como uma medidaindireta de velocidade do motor, (b) o valor de pressão hidráulica 462 nabomba e no motor e as posições de (c) a placa oscilante de bomba 464a e(d) da placa oscilante de motor 464b.

O controlador por computador 450 então usa um algoritmo pre-determinado para a obtenção da mudança desejada na velocidade de eixomotor 458 mais eficientemente. Isto é realizado ao se fazerem uma ou maisdas mudanças a seguir: o controlador por computador 450 pode ajustar oestrangulamento de motor 466 para mudança da vazão de combustível parao motor 460, e/ou pode ajustar as servoválvulas de placa oscilante 470 paraajuste das posições de uma ou ambas as placas oscilantes de bomba e demotor 464a, 464b.

Um veículo que incorpora uma transmissão da presente inven-ção preferencialmente tem os recursos a seguir:

1. Quando o seletor de modo de condução é movido de "Park"para "Drive" ("Condução") ou "Neutral" ("Ponto Morto"), mas o freio aindaestá sendo aplicado, o sistema evita qualquer acúmulo de pressão hidráulicano sistema de laço fechado ao manter a placa oscilante de bomba na posi-ção a 0o.

2. Quando o seletor de modo de condução é movido de "Park"para "Drive" ou "Neutral" e a pressão é removida do pedal de freio, a placaoscilante de bomba ainda permanece em 0o, e a placa oscilante de motorpermanece em +25°. Desde que a placa oscilante de bomba permaneça em 0°, todo o fluido no laço fechado permanece na condição de "nenhum fluxo".Isto mantém o eixo motor de roda em uma posição "travada", provendo umrecurso de "manter em ladeira". Caso o veículo esteja em uma subida deladeira ou de descida de ladeira extrema, onde o veículo é movido por gravi-dade, apesar do eixo motor traseiro travado, a placa oscilante de bomba écomandada para aumentar o fluxo de fluido ligeiramente para uma direção +ou - para manter a velocidade do veículo em 0 MPH (0 km/h).

3. Quando o seletor de modo de condução está em "Drive" e ofreio não está sendo aplicado, desde que o acelerador esteja sendo pressio-nado, pedindo mais pressão hidráulica/torque do que é requerido para ven-cer o torque de resistência trator, o ângulo da placa oscilante de bomba éaumentado de forma permanente na direção +, movendo-se o fluido para omotor e aumentando-se sua rotação e a rotação do eixo motor de veículo,acelerando-se o veículo. Sob estas condições, o veículo continua a aceleraraté a pressão hidráulica/o torque ser igual ao torque de resistência trator dasrodas do veículo sobre o terreno. Se a pressão no acelerador for diminuída,pedindo um ponto de regulagem de pressão mais baixo, o ângulo da placaoscilante de bomba será reduzido para diminuição da aceleração do veículo,até o ponto de regulagem ser atingido.

Uma transmissão da presente invenção fundamentalmente mu-da a forma como um automóvel responde a entradas de motorista. Em umautomóvel com uma transmissão padrão ou automática por engrenagens,quando o motorista pede uma aceleração ao pressionar o acelerador, a po-tência é aumentada para o eixo motor de roda pelo aumento da velocidadedo motor. Mediante uma aceleração continuada, quando o motor atinge umacerta velocidade alta, a transmissão muda para uma marcha mais alta, au-tomaticamente ou através da embreagem pela entrada de motorista, e a ve-Iocidade do motor cai. Em um automóvel com uma transmissão sem engre-nagens da presente invenção, quando o motorista pede uma aceleração aopressionar o pedal de acelerador, a potência é aumentada pela mudança darelação de placa oscilante na transmissão, e a velocidade do motor perma-nece constante. Mediante uma aceleração continuada, apenas quando arelação de placa oscilante atinge um certo valor, a velocidade do motor éaumentada para a provisão de mais potência.

Uma vez que a hidráulica de uma transmissão da presente in-venção provê um torque de trabalho a rpms de motor muito baixas, um veí-culo de motor à gasolina incorporando a presente invenção no lugar datransmissão de conversor de torque original de veículo opera a velocidadesde motor muito mais baixas. Este recurso é devido às eficiências notáveisque são obtidas pelo uso de máquinas hidráulicas tendo blocos de cilindroestacionários e placas oscilantes rotativas que variam através de um contí-nuo preferível de pelo menos -25° a +25°.

Uma transmissão da presente invenção é capaz de variar a ve-locidade do eixo motor com mudanças mínimas na velocidade do motor. As-sim, a presente invenção permite que a velocidade do motor permaneça emuma faixa relativamente estreita de baixa a moderada, onde a combustãoem motores de HCCI é controlada mais facilmente. Uma transmissão dapresente invenção é altamente compatível com uma implementação de mo-tores de HCCI mais eficientes em termos de combustível em veículos movi-dos à gasolina.

A bomba - motores da presente invenção preferencialmente nãousam "dogbones". Eles preferencialmente têm um "escape de combustão"mínimo, o qual preferencialmente é de menos de 3,785 l/min (1 galão porminuto). Preferencialmente eles são conectados em um "laço fechado". Abomba - motores preferencialmente têm uma placa oscilante dividida tradi-cional, modificada pela adição de mancais para suporte da porção de oscila-dor apenas de nutação no membro de rotor de nutação/rotação. Em umamodalidade da presente invenção, estes mancais são mancais de agulha.Preferencialmente eles têm um sistema de válvula mecânico. Cada bomba -motor preferencialmente inclui uma placa de sujeição orientada por uma plu-ralidade de molas, cada mola sendo posicionada, respectivamente, de formacircunferencial em torno do calço deslizante associado ao cabeçote de cadapistão. Esta combinação de uma placa oscilante dividida e um elemento desujeição reduz significativamente a velocidade superficial do movimento rela-tivo entre os calços e a placa oscilante e, desse modo, resulta em um des-gaste reduzido e custos e em um aumento significativo na eficiência de má-quina.

Exemplo: Instalação e Avaliação de Transmissão Completamente Hidráulicaem Chevy Tahoe 2004.

Para demonstração da natureza modular e para quantificação daeficiência de combustível de uma transmissão completamente hidráulica dapresente invenção, a transmissão automática de um Chevrolet Tahoe 2004foi removida e uma transmissão da presente invenção foi instalada em seulugar.

O conjunto motopropulsor do veículo consistia em um motor V8GM 5.3L diretamente acoplado através de uma engrenagem não de reduçãoa uma transmissão variável infinitamente. A transmissão consistia em umabomba hidráulica e um motor acoplados apenas pelo fluxo hidráulico. Abomba, acionada pelo motor, produzia o fluxo controlado de placa oscilantenecessário que foi dirigido para o motor hidráulico. O motor, pela posição desua placa oscilante e ao ser diretamente acoplado ao eixo motor para asrodas motoras do veículo, produziu o torque necessário em reação ao torquede resistência da roda motora.

As entradas a seguir dos módulos de controle de veículo para ocontrolador de transmissão infinitamente variável foram usadas:

1. O seletor de modo de condução com Park1 Reverse (Ré),Neutral, Drive e Park Lock (Estacionado Travado).

2. O sensor de posição de pedal de acelerador para indicaçãodo motorista da potência desejada.

3. Comutadores de marcha lenta desligada para controle redun-dante com o pedal de motorista em uma posição plenamente desligada.4. Sensor de pedal de freio para indicação de motorista de redu-ção acelerada de velocidade.

Os componentes de transmissão a seguir foram instalados paraentradas para o controlador por computador:

1. Três transdutores de pressão hidráulica para monitoração dapressão alta de bomba, motor e pressão de circuito de carga.

2. Dois sensores de velocidade para monitoração da entrada detransmissão a partir do motor e velocidades de saída para o eixo motor tra-seiro.

3. Dois medidores de fluxo de combustível para suprimento eretorno do motor.

4. Um LVDT de duas posições de placa oscilante de bomba e demotor.

5. Um medidor de fluxo de circuito de carga hidráulico.As saídas do controlador por computador:

6. Válvula solenóide de segurança hidráulica de alta pressão.

7. Duas servoválvulas de placa oscilante de bomba e de motorde alta pressão.

As várias regulagens de ângulo de pedal de acelerador/placaoscilante calculadas pelo controlador por computador são todas inicialmentecalculadas e, depois disso, testadas com dados de dinamômetro. Para o pro-tótipo, os cálculos iniciais regularam a pressão em 1,379 MPa (200 psi) paracondições de marcha lenta de motor, acumulando até um máximo de 26,2MPa (3.800 psi), com um torque de 226,42 N-m (167 Ib-pés) por cada varia-ção de 6,895 MPa (1.000 psi) de pressão diferencial. Para o veículo Tahoede protótipo, os cálculos preliminares indicam limites de faixa de rpm de mo-tor de 750 a 2.200, com limites de relação de transmissão de 25:1 (baixa -baixa) para 0,67:1 (sobremarcha). A intenção deste projeto de protótipo émanter o motor operando em sua rpm mais baixa, enquanto se mantém umtorque adequado para todos os testes da EPA. Uma vez que, para uma dadaquantidade de torque desejada, o motor pode produzir aquela quantidadepor uma faixa de rpm e valores de envio de combustível, os algoritmos decontrolador por computador são selecionados para a obtenção de uma eco-nomia de combustível mais alta.

Deve ser indicado que, embora se pretenda que esta invençãoseja usada de forma modular para a substituição de transmissões existentesem veículos com motor à gasolina, ela é usável como uma unidade instaladade fábrica e em veículos com motor a diesel também.

Nesse sentido, caso a invenção seja usada com um veículo quejá tenha ou possa substituir de forma modular, seu motor à gasolina de altavelocidade pelo motor de velocidade mais baixa/torque mais alto, tal comoaquele prevalecente nos anos 60 e 70, o aumento na eficiência de gasolinaserá notadamente maior.

Assim, uma transmissão da presente invenção não apenas é depeso mais leve, mais simples e menos dispendiosa de se construir, mastambém permite que o mundo retenha sua imensa infra-estrutura de motor agasolina, enquanto melhora o consumo de combustível comparável àquele oqual poderia ser obtido com motores a diesel, desse modo se obtendo muitaconservação necessária de energia, sem uma perturbação concomitante naalocação de combustível mundial.

A presente invenção abre a possibilidade de a indústria automo-tiva retornar para motores de velocidade mais baixa/torque mais alto com-provados, permitindo que os melhoramentos resultantes de eficiência sejamobtidos com motores mais leves e de custo menor.

Assim sendo, é para ser compreendido que as modalidades dainvenção aqui descritas são meramente ilustrativas da aplicação dos princí-pios da invenção. Não se pretende que uma referência aqui aos detalhesdas modalidades ilustradas limite o escopo das reivindicações, as quais emsi recitam aqueles recursos considerados como essenciais para a invenção.

Claims

1. Transmissão modular adaptável para uso em um veículo quetem um motor (401, 401a, 460), um acelerador (456) para indicar variaçõesdesejadas na velocidade de veículo, um freio (454) para indicar reduçõesdesejadas na velocidade de veículo, e um acionamento de saída (417, 422, 426, 458) para acionamento das rodas do veículo (405a-d), a referida transmissão compreendendo:- uma pluralidade de máquinas hidráulicas (110, 110', 210, 310,-400, 406, 410, 412, 468), cada uma tendo um eixo de rotação (130, 402,-416), pistões alongados (116, 116', 216, 316) que alternam no interior doscilindros (114, 214, 314) formados em um bloco de cilindro estacionário (112,-212, 312), e uma placa oscilante ajustável angularmente (126, 226, 326,-404, 414, 464a-b), os referidos pistões tendo um curso que é variável até ummáximo predeterminado por um ajuste angular da referida placa oscilante;- as referidas máquinas hidráulicas respectivamente sendo (a)operáveis como uma bomba hidráulica com o referido respectivo eixo dabomba hidráulica sendo rotacionado pelo motor do referido veículo; (b) ope-rável como um motor hidráulico com o referido respectivo eixo de motor hi-dráulico sendo operativamente conectado para rotacionar o referido aciona-mento de saída do veículo, e (c) interconectadas em um laço fechado hi-dráulico;caracterizada pelo fato de que a transmissão ainda compreende:- um controlador (450) para determinação da velocidade relativado referido acionamento de saída do veículo, o referido controlador sendooperável seguindo-se à iniciação de operação do referido motor de veículo erespondendo a:- a velocidade do referido eixo de bomba hidráulica;- a velocidade do referido eixo de motor hidráulico; e- as variações desejadas na velocidade do veículo, conformeindicado pela operação do referido acelerador e do referido freio; eo referido controlador determinando:- o referido ajuste angular da placa oscilante da referida bombahidráulica;- o referido ajuste angular da referida placa oscilante do referi-do motor hidráulico; e- a velocidade do referido motor;- o referido controlador modificando a operação do referido veí-culo de acordo com as referidas variações desejadas na velocidade do veí-culo, conforme indicado pela operação do referido acelerador e do referidofreio, enquanto se compensam mudanças na carga de veículo e variaçõesno terreno sendo atravessado pelo veículo e automaticamente ajustar a ve-Iocidade do referido motor para maximização de parâmetros predetermina-dos relacionados à economia de combustível.

2. Transmissão modular, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que o referido controlador varia:um aumento infinitamente variável na velocidade do referido a-cionamento de saída do veículo em relação ao referido eixo de bomba hi-dráulica, até a referida relação atingir a unidade; eum aumento infinitamente variável na velocidade do referido a-cionamento de saída do veículo em relação ao referido eixo de bomba hi-dráulica, após a referida relação atingir a unidade;desse modo se maximizando os referidos parâmetros predeter-minados relacionados à economia de combustível por toda a operação doveículo, incluindo durante condições de sobremarcha após a referida relaçãoatingir a unidade.

3. Transmissão modular, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que quando o referido controlador é operável se-guindo-se à iniciação de operação do referido motor de veículo, as referidasvariações desejadas de velocidade de veículo, conforme indicado pela ope-ração do referido acelerador e do referido freio, resultam em variações navelocidade do referido veículo que não estão diretamente relacionadas amudanças na velocidade do referido motor e a referida velocidade de motoré determinada pela referida transmissão modular.

4. Transmissão modular, de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que o motor é um motor do tipo de ignição por com-pressão de carga homogênea.

5. Transmissão modular , de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que:o referido veículo é um automóvel compreendendo um eixo mo-tor do motor acionado pelo motor e um eixo de acionamento de roda paraacionar uma pluralidade de rodas para deslocar o automóvel;elemento de acionamento da referida bomba hidráulica é acio-nado pelo referido eixo motor de motor;elemento de acionamento da referido motor hidráulico transmitetorque e potência para o referido eixo motor de roda; equando o referido motor é operado a uma velocidade relativa-mente constante, e relativamente em baixas rotações por minuto (RPM), areferida bomba hidráulica e o referido motor hidráulico fornece torque sufici-ente e potência ao referido eixo motor de roda do automóvel para deslocar oautomóvel de uma parada estacionária para velocidades de auto-estradaem uma sinalização de aceleração contínua sem alteração de nenhum tipode engrenagem intermediária.

6. Método de controle de potência para um eixo motor de rodacaracterizado pelo fato de que um automóvel que tem um motor, um seletorde modo de condução, um pedal de acelerador, um pedal de freio e umatransmissão compreendendo bomba que tem um ângulo ajustável de placaoscilante de bomba e um motor hidráulico que tem um ângulo ajustável deplaca oscilante de motor, o método compreendendo as etapas de:a) medição de uma posição de seletor de modo de condução, deuma posição de pedal de acelerador e uma posição de pedal de freio;b) medição de uma velocidade de motor e de uma velocidade deautomóvel; ec) controle do ângulo de placa oscilante de bomba e do ângulode placa oscilante de motor com base na posição de seletor de modo decondução, na posição de pedal de acelerador, na posição de pedal de freio,na velocidade de motor e na velocidade de automóvel, enquanto se mantémuma velocidade de motor constante dentro de valores predeterminados doângulo de placa oscilante de bomba e do ângulo de placa oscilante de mo-tor.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que ainda compreende as etapas de:d) aumento da velocidade do motor, apenas quando o ângulo deplaca oscilante de bomba e o ângulo de placa oscilante de motor atingiremvalores predeterminados e mais potência para o eixo motor de roda for re-querida; ee) diminuição da velocidade do motor apenas quando a veloci-dade do motor estiver acima de ponto morto e menos potência para o eixomotor de roda for requerida.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que o motor tem um eixo motor auxiliar que se estende a partir dadianteira do e acionado pelo motor e um eixo motor principal que se estendea partir da traseira e é acionado pelo motor, o método compreendendo aindaas etapas de:f) acionamento da bomba hidráulica em um laço fechado com omotor hidráulico, usando-se o eixo motor auxiliar para a produção de umasaída hidráulica a partir do motor hidráulico;g) acoplamento mecânico da saída hidráulica ao eixo motor deroda para a provisão de potência para o eixo motor de roda; eh) variação infinita da potência para o eixo motor de roda peloajuste de um ângulo de placa oscilante de bomba e do ângulo de placa osci-lante de motor.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que ainda compreende a etapa de acoplamento mecânico do eixomotor principal ao eixo motor de roda, onde a saída hidráulica e a saída doeixo motor principal são mecanicamente combinadas para a produção deuma saída de transmissão para a provisão de potência para o eixo motor deroda.