BRPI0709780A2 - sistema de conjunto de propulsão hìbrido hidráulico para utilização com uma máquina de terraplanagem, sistema de conjunto de propulsão hìbrido hidráulico para operação de equipamentos de construção, e sistema de conjunto de propulsão hìbrido hidráulico para utilização com um veìculo - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE CONJUNTO DE PROPULSAO HìBRIDO HIDRAULICO PARA UTILIZAçAO COM UMA MáQUINA DE TERRAPLANAGEM, SISTEMA DE CONJUNTO DE PROPULSãO HìBRIDO HIDRAULICO PARA OPERAçAO DE EQUIPAMENTOS DE CONSTRUçAO, E SISTEMA DE CONJUNTO DE PROPULSAO HìBRIDO HIDRAULICO PARA UTILIZAçAO COM UM VEìCULO Um sistema de conjunto de propulsão híbrido hidráulico 300 para uso com uma máquina de terraplanagern de acordo com a presente invenção compreende uma unidade motriz 310 que gera um fluido de alta pressão em uma saída incluindo uma bomba de deslocamento variável 316 e uma unidade de controle automatizado de aceleração 318; um sistema de armazenagem de energia 322; e um sistema de acionamento 326, 328. A unidade motriz 310 inclui um motor que aciona um motor/bomba hidráulica 316 para gerar o fluido de alta pressão. A bomba hidráulica é preferencíalmente uma bomba de deslocamento variável 316 e o sistema 300 inclui uma unidade de controle automatizado de aceleração 318. Conjuntamente, estes elementos mantêm a pressão de fluido no sistema. Um cilindro 330 é provido dentro do sistema de acionamento 314 para retardar a quantidade do deslocamento em uma bomba de deslocamento para manter a pressão do sistema. O sistema de armazenagem de energia 312 é um acumulador 322.

Description

SISTEMA DE CONJUNTO DE PROPULSÃO HÍBRIDO HIDRÁULICO PARAUTILIZAÇÃO COM UMA MÁQUINA DE TERRAPLANAGEM, SISTEMA DECONJUNTO DE PROPULSÃO HÍBRIDO HIDRÁULICO PARA OPERAÇÃO DEEQUIPAMENTOS DE CONSTRUÇÃO, E SISTEMA DE CONJUNTO DEPROPULSÃO HÍBRIDO HIDRÁULICO PARA UTILIZAÇÃO COM UM VEÍCULO

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se na generalidade asistemas de conjunto de propulsão de veículos, e refere-seem particular a um sistema de conjunto de propulsão híbridohidráulico. Mais especificamente, a presente invençãorefere-se a um sistema de conjunto de propulsão híbridohidráulico para uma máquina de terraplanagem.

É bem conhecida a provisão de uma bomba dedeslocamento variável em um sistema hidráulico tal comoutilizado em uma máquina de terraplanagem. Uma bomba dedeslocamento variável é mais eficiente que uma bomba deengrenagens na medida em que só bombeia a quantidade deóleo requerida pelo sistema hidráulico. Quando nenhum dosêmbolos hidráulicos se encontra era operação, a bombasimplesmente pára de bombear óleo. Isto reduzsignificativamente o consumo de combustível de uma retro-escavadeira.

Uma vantagem deste sistema reside no fato deotimizar a utilização da potência disponível do motor. Amaioria das retro-escavadeiras possuem várias opçõesdiferentes de velocidades de motor. Quando o motor seencontra na velocidade máxima, a retro-escavadeira tem amaior quantidade de potência para trabalhar. Quando o motorse encontra em velocidade reduzida, a retro-escavadeira temmenos potência disponível.

Uma desvantagem deste sistema reside no fato de quese a bomba tentar captar mais energia que aquela que omotor pode produzir a uma determinada velocidade, o motorirá "engasgar". Para evitar que isto ocorra, o sistemamonitora a pressão de todos os êmbolos hidráulicos econtrola o ângulo de prato oscilante ("swash plate") paraatender as demandas do êmbolo com nível mais elevado depressão. Se não for necessária pressão total, a bomba dedeslocamento variável aumentará seu deslocamento, dessaforma aumentando a taxa de fluxo de fluido, fazendo asferramentas movimentarem-se com mais rapidez. Quando osistema demanda pressão total, a bomba reduzirá seudeslocamento de forma a poder fornecer a pressão semexceder a potência disponível do motor. 0 sistema élimitado a uma potência de motor fixa e definida.

Os conjuntos de propulsão designados como híbridos,tais como aqueles utilizados em veículos automotivos,referem-se na generalidade a um conjunto de propulsão emque um motor de combustão interna é utilizado em combinaçãocom um motor auxiliar, tal como um motor elétrico ou ummotor hidráulico, para acionamento do veículo. Os sistemasde conjunto de propulsão híbrido, conhecidos como híbridos paralelos., incluem um conjunto de acionamento mecânicotípico (acoplado ao motor de combustão interna) juntamentecom o conjunto de acionamento auxiliar (acoplado ao motorauxiliar). Estes sistemas têm um peso desvantajosamenteelevado devido à necessidade de duplicação de peças. Ossistemas de acionamento híbridos conhecidos como híbridosseriais eliminam o conjunto de propulsão mecânico e acionamo veículo unicamente com um motor ou motores hidráulico(s)simultaneamente utilizando um motor para provisão dapressão hidráulica necessária para o motor hidráulico.Estes sistemas são mais atraentes devido à potencialredução de peso e resultantes ganhos de eficiência. Muitoembora tenha sido reconhecido o caráter atraente de um talconjunto de propulsão híbrido hidráulico, subsistem muitosproblemas de eficiência relativamente à operação e aocontrole do motor relativamente ao motor de acionamentohidráulico.

É portanto desejável a provisão de um sistema deconjunto de propulsão híbrido hidráulico que proporcione umaumento de eficiência do sistema inteiro de conjunto depropulsão híbrido hidráulico. É igualmente desejávelaplicar este eficiente sistema de conjunto de propulsãohíbrido hidráulico a uma máquina de terraplanagem.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As máquinas de terraplanagem existentes até apresente data proporcionam um rápido desenvolvimento derodovias, edifícios e obras civis, mas no entanto consomemgrandes quantidades de combustível para a quantidade detrabalho que realizam. A solução preferencial seria tornarpossível que estes veículos adquirissem uma maiorefic iência e fossem menos poluentes mantendosimultaneamente o nível atual de desempenho..

A presente invenção proporciona um sistema deconjunto de propulsão híbrido serial que obtém estenecessário aperfeiçoamento de eficiência dividindo oconjunto de propulsão em três partes distintas: a primeiraseção proporciona uma unidade motriz, consistindo em ummotor e uma bomba de deslocamento variável; a segunda seçãoproporciona a armazenagem da energia obtida neste conjuntohíbrido utilizando um acumulador; e a terceira seçãoproporciona um sistema de acionamento compreendendopreferencialmente dois sistemas de acionamento separados jáque cada lado desta configuração preferencial é controladaindependentemente para permitir orientar a condução doveículo sem alteração da relação das rodas.

Em uma configuração preferencial, o sistema deconjunto de propulsão híbrido hidráulico para utilizaçãocom uma máquina de terraplanagem de acordo com a presenteinvenção compreende uma unidade motriz que gera um fluidode alta pressão em uma saída incluindo uma bomba dedeslocamento variável e uma unidade automatizada decontrole de aceleração; um sistema de armazenagem deenergia; e um sistema de acionamento incluindo pelo menosum motor de acionamento acionado pelo fluido de altapressão para gerar um movimento de rotação em uma saída; umdispositivo de seleção de modo ligado ã saída da unidademotriz e a um motor de acionamento para seleção de um modode operação de entre uma pluralidade de modos de operaçãodo motor de acionamento; um dispositivo controlador ligadoà unidade motriz e ao motor de acionamento para controlar aoperação de uma máquina de terraplanagem na pluralidade demodos de operação.

A unidade motriz inclui um motor que aciona ummotor/bomba hidráulica para gerar o fluido de alta pressão.

Ά bomba hidráulica é preferencialmente uma bomba dedeslocamento variável e o sistema inclui uma unidadeautomatizada de controle de aceleração. Em conjunto, esteselementos mantêm a pressão de fluido no sistema. É providoum cilindro no sistema de acionamento para retardar aquantidade de deslocamento em uma bomba de deslocamentopara manter a pressão do sistema. O sistema de armazenagemde energia é um acumulador..

O sistema de conjunto de propulsão híbridohidráulico de acordo com a presente invenção inclui umaunidade motriz que gera um fluido de alta pressão em umasaída, pelo menos um motor de acionamento acionado pelofluido de alta pressão para geração de movimento rotativoem uma saída, e um dispositivo de seleção de modo ligado àsaída da unidade motriz e ao pelo menos um motor deacionamento para selecionar um modo de operação de entreuma pluralidade de modos de operação do pelo menos umcontrole de acionamento incluindo pelo menos um modo demarcha ("drive"), um modo de ponto-morto ("neutral"), ummodo de marcha-à-ré ("reverse") e um modo de estacionamento("park"). 0 sistema também inclui um dispositivo decontrole ligado à unidade motriz e ao pelo menos um motorde acionamento para controlar a operação do pelo menos ummotor de acionamento na pluralidade de modos de operação,um dispositivo de freio atuado seletivamente parainterrupção de um fluxo do fluido hidráulico de altapressão para o pelo menos um motor de acionamento, e umcircuito de ponte de válvula de retenção para ligação do pelo menos um motor de acionamento a uma fonte de fluido debaixa pressão quando o dispositivo de freio é atuado.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

As vantagens acima bem como outras vantagens dapresente invenção irão tornar-se prontamente aparentes paraaqueles que são versados na técnica com base na descriçãodetalhada que se encontra a seguir de uma configuraçãopreferencial quando considerada à luz dos desenhos emanexo, nos quais:

A Fig. Ia é uma vista esquemátiea de um sistema deconjunto de ρrepulsão híbrido hidráulico de acordo com apresente invenção com uma válvula de seleção de modo em umaposição de "Marcha" ou acionamento;

a Fig. Ib é uma vista do sistema de conjunto depropulsão híbrido hidráulico da Fig. Ia com a válvula deseleção de modo em uma posição de "Ponto-morto" ou neutra;

a Fig. Ic é uma vista do sistema de conjunto depropulsão híbrido hidráulico da Fig. Ia com a válvula deseleção de modo em uma posição de "Marcha-à-ré" ou reversa;

a Fig. Id é uma vista do sistema de conjunto depropulsão híbrido hidráulico da Fig. Ia com a válvula deseleção de modo em uma posição de "Estacionamento";

a Fig. Ie é uma vista do sistema de conjunto depropulsão híbrido hidráulico da Fig. Ia com um dispositivode anulação de freio em uma posição de anulação;

a Fig. 2 é uma vista esquemática em escala ampliadados motores de acionamento e dispositivo de controle dedeslocamento ilustrados nas Figs. la-ld;

a Fig. 3 é uma vista esquemática em escala ampliadado dispositivo de anulação de freio e do circuito de pontede válvula de retenção ilustrado nas Figs. la-ld.;

a Fig. 4 é uma vista em perspectiva desintegrada deum motor/bomba de engrenagens internas de acordo com apresente invenção;

a Fig. 5 é uma vista em perspectiva parcialdesintegrada de um motor/bomba de engrenagens externas deacordo com a presente invenção; e

a Fig. 6 é um diagrama do sistema de máquina deterraplanagem híbrida preferencial de acordo com a presenteinvenção.

DESCRIÇÃO DA CONFIGURAÇÃO PREFERENCIAL

Os seguintes pedidos de patente são aquiincorporados a título de referência: pedido de patenteprovisório norte-americano de número de série US60/560.897; pedido de patente norte-americano de número desérie US 11/101.837, atualmente a patente norte-americanan° US 7.179.070; pedido de patente provisório norte-americano de número de série US 60/655.221; pedido depatente norte-americano de número de série US 11/359.728; epedido de patente provisório norte-americano de número desérie US 60/787.944.

Fazendo agora referência à Fig. Ia, um sistema deconjunto de propulsão híbrido hidráulico de acordo com apresente invenção encontra-se indicado na generalidade como numerai 10. O sistema de conjunto de propulsão 10 podeser utilizado em uma variedade de instalações tais como,sem limitações, um veículo automotivo, um barco, umsubmarino, ura helicóptero, uma máquina de terraplanagem ousimilares conforme poderá ser apreciado por aqueles que sãoversados na técnica, porém por uma questão de clareza seráreferido como instalado em um veículo automotivo nadescrição a seguir da presente invenção. O sistema deconjunto de propulsão 10 inclui uma seção de unidade motriz11, um módulo seletor de modo 43, uma seção de controle 59,e uma seção de fornecimento de energia 76.

A seção de unidade motriz 11 do sistema de conjuntode propulsão 10 inclui um motor 12 em comunicação com umafonte de combustível 14. O motor 12 pode ser um motorconvencional de combustão interna, um motor de turbina, ummotor elétrico alimentado por uma bateria, uma célula decombustível, ou similar. O motor 12 proporcionaseletivamente torque preferencialmente para um motor/bombahidráulica de deslocamento variável 16, que é abastecidopor uma fonte de baixa pressão 18 de fluido hidráulico emum lado de entrada do mesmo e possui um conduto de altapressão 20 em um lado de saída do mesmo. O fluidohidráulico pode ser um líquido tal como, sem limitações,água, fluido hidráulico, fluido de transmissão ou similar,ou qualquer gás passível de compressão, sem afastamento doescopo da presente invenção. 0 motor/bomba 16 é descritocomo tal devido ao fato de que, dependendo do modo dosistema 10, o dispositivo funciona alternativamente comouma bomba ou um motor, conforme é discutido maisdetalhadamente abaixo.

A seção de unidade motriz 11 do sistema 10 incluiuma pluralidade de dispositivos de acionamento auxiliaresincluindo, sem limitações, um conjunto motor gerador 22, umcompressor de condicionamento de ar 24, e uma bomba decalor 26. 0 conjunto motor gerador 22 é ligado a um módulode manutenção de energia 28,, que por sua vez é ligado a umconjunto de bateria 30. A bomba de calor 26 encontra-se emcomunicação com um núcleo de aquecimento 32 e tanto a bombade calor 26 quanto o núcleo de aquecimento 32 encontram-seem comunicação fluida com uma fonte de água de refrigeração34 para o motor 12. O compressor de condicionamento de ar24 encontra-se em comunicação com um trocador de calor 36.Os dispositivos de acionamento auxiliares 22, 24, e 2 6 sãopreferencialmente acionados por respectivos motoreselétricos ou hidráulicos. Alternativamente, os dispositivosauxiliares 22, 24, e 26 são seletivamente acopladosmecanicamente por embreagens ao motor 12. Um acumulador 38encontra-se em comunicação fluida com o conduto de altapressão 20 na saida do motor/bomba 16. O acumulador 38serve como reservatório para fluido hidráulico de altapressão e não tem uma alta pressão no sistema 10, tal comosendo carregado com um gás de alta pressão ou similar (nãoexibido), conforme poderá ser apreciado por aqueles que sãoversados na técnica.

Um módulo de controle de aceleração 40 recebe urasinal de entrada do compressor de condicionamento de ar 24através de um sinal em uma linha 24a, do módulo demanutenção de energia 28 através de um sinal em uma linha28a, e do acumulador 38 através de um sinal em uma linha38a. Com base nos sinais de entrada nas linhas 24a, 28a, e38a, o módulo de controle de aceleração 4 0 fornece um sinalde saida em uma linha 42 para controlar qualquer um ouambos do motor 12 e do motor/bomba 16, conforme é discutidomais detalhadamente abaixo. Os sinais nas linhas 24a, 28a,3.8a, e 42 podem ser sinais eletrônicos ou retorno mecânicoentre os diversos componentes e o módulo de controle deaceleração 40. O módulo de controle de aceleração 40 podeser qualquer dispositivo mecânico ou elétrico adequadopassível de operação para controlar a operação do motor 12e do motor/bomba 16 com base em uma ou mais entradas.

O módulo seletor de modo 4 3 inclui uma válvulaseletora de modo 44 que se encontra em comunicação fluidacom o conduto de alta pressão 20 por um conduto de admissãode alta pressão 46. A válvula seletora de modo 44 épreferencialmente acoplada a uma alavanca de câmbio do tipode transmissão (não ilustrada) ou similar para moverseletivamente a válvula 4 4 para uma de uma posição "D" oude marcha (observada preferencialmente na Fig. Ia) , umaposição "N" ou de ponto-morto (observada preferencialmentena Fig. Ib)., uma posição "R" ou de marcha-à-ré (observadapreferencialmente na Fig. lc) , e uma posição "P" ou deestacionamento (observada preferencialmente na Fig. ld) . Aválvula seletora de modo 4 4 inclui um conduto de admissãode baixa pressão 48 ligado à mesma e adjacente ao condutode admissão de alta pressão 46. A válvula seletora de modo44 também inclui um conduto de descarga de alta pressão 50e um conduto de descarga de baixa pressão 52 ligados àmesma e em um lado oposto da válvula seletora de modo 44.Cada posição P, R, N, D da válvula seletora de modo 44alinha seletivamente a parte interna da posição com oscondutos 46, 48, 50, e 52 e controla a distribuição dofluxo de fluido hidráulico no sistema .10, conforme édiscutido mais detalhadamente abaixo. Muito embora sendodescritos como de "admissão" e de "descarga" acima, durantea operação cada um dos condutos 4 6, 48, 50, e 52 podefuncionar como admissão ou como descarga dependendo dacondição de operação do sistema 10, conforme é discutidomais detalhadamente abaixo.

Os condutos 50 e 52 são por sua vez ligados a umdispositivo de anulação de freio 54. 0 dispositivo deanulação de freio 54 inclui igualmente um conduto dedescarga de alta pressão 56 e um conduto de descarga debaixa pressão 58 ligados ao mesmo em um lado oposto dodispositivo de anulação de freio 54. 0 dispositivo deanulação de freio 54 tem uma primeira posição ou posiçãonormal 54a e uma segunda posição ou posição de anulação54b, discutida mais detalhadamente abaixo.

A seção de controle 59 inclui uma válvula decontrole de deslocamento 60 que se encontra em comunicaçãofluida com o conduto de alta pressão 20 através de umconduto de admissão de alta pressão 62. A válvula decontrole de deslocamento 60 inclui um conduto de admissãode baixa pressão 64 ligado à mesma na adjacência do condutode admissão de alta pressão 62. A válvula de controle dedeslocamento 60 inclui também um conduto de descarga dealta pressão 66 e um conduto de descarga de baixa pressão68 ligados à mesma em um lado oposto da válvula de controlede deslocamento 60. A válvula de controle de deslocamento60 é uma válvula de posicionamento flutuante e inclui umacelerador 70 e um freio 72 ligados à mesma para orientaçãodo fluxo da válvula de controle de deslocamento 60 para umapluralidade de cilindros 74a, 74b, 74c, e 74d. 0 acelerador70 e o freio 72 são preferencialmente ligados mecanicamentea um respectivo pedal de acelerador e um respectivo pedalde freio (não exibidos). 0 freio 72 é ligado ao dispositivode anulação de freio 54 através de um conector 73. Aválvula de controle de deslocamento 60 tem uma primeiraposição ou posição de aceleração 60a, uma segunda posiçãoou posição de espera 60b, e uma terceira posição ou posiçãode desaceleração 60c. Cada posição 60a, 60b, e 60c daválvula de controle de deslocamento 60 alinha seletivamentea parte interna de cada posição 60a, 60b, e 60c com oscondutos 62, 64, 66, e 68 e controla a orientação do fluxode fluido hidráulico para os cilindros 74a, 74b, 74c, e74d, observados preferencialmente na Fig. 2.

Cada um dos cilindros 74a, 74b, 74c, e 74d é ligadomecanicamente através de um conector 75a, 75b, 75c, e 75d,a um respectivo motor de acionamento ou tração 76a, 76b,76c, e 76d (na seção de fornecimento de energia 76) , emcada uma das rodas do veiculo. Os motores 7 6a-7 6d sãopreferencialmente motores de deslocamento variável. Aposição dos conectores 75a-75d determina o deslocamento dosmotores 76a-7 6d, conforme poderá ser apreciado por aquelesque são versados na técnica, tal como através de umaconexão de prato oscilante ("swash plate") ou similar. 0conduto de descarga de alta pressão 66 encontra-se emcomunicação fluida com um lado de um pistão (não exibido)em cada um dos cilindros 74a-74d e o conduto de descarga debaixa pressão 68 encontra-se em comunicação fluida com umlado oposto do pistão nos cilindros 74a-74d. Muito embora osistema 10 seja ilustrado com uma pluralidade de motores detração 7 6a, 7 6b, 7 6c, e 7 6d, aqueles que são versados natécnica poderão apreciar que pode ser utilizado tão somenteum único motor sem afastamento do escopo da presenteinvenção. Por exemplo, em uma instalação de motor único emum veiculo automotivo, a saída do motor único é ligada auma engrenagem de diferencial que é por sua vez ligadamecanicamente a um par de rodas de acionamento. Cada um dosmotores de tração 76a, 7 6b, 76c, e 7 6d possui uma aberturade acesso superior 77a, 77b, 77c, e Ild e uma abertura deacesso inferior 78a, 78b, 78c, e 78d. A direção do fluxo defluido através das aberturas de acesso superiores 7 7a-7 7d edas aberturas de acesso inferiores 78a-78d determina adireção dos motores 76a-76d. Um conector de retorno 80estende-se entre a válvula de controle de deslocamento 60 eos pistões dos cilindros 74a-74d.

Um circuito de ponte de válvula de retenção 82inclui uma pluralidade de válvulas de retenção 84, 86, 88,e 90 e é configurado de uma forma similar a um retificadorde ponte de onda plena, conforme pode ser observadopreferencialmente na Fig. 3. Um conduto 92 encontra-se emcomunicação fluida com uma porta de admissão da válvula deretenção 84 e uma porta de descarga da válvula de retenção86. 0 conduto 92 encontra-se igualmente em comunicaçãofluida com o conduto de descarga de alta pressão 56. Umconduto 94 encontra-se em comunicação fluida com uma portade admissão da válvula de retenção e uma porta de admissãoda válvula de retenção 88. 0 conduto 94 encontra-seigualmente em comunicação fluida com a fonte de baixapressão de fluido hidráulico 18. Um conduto 96 encontra-seem comunicação fluida com uma porta de descarga da válvulade retenção 88 e uma porta de admissão da válvula deretenção 90. O conduto 96 encontra-se igualmente emcomunicação fluida com o conduto de descarga de baixapressão 56. Um conduto 98 encontra-se em comunicação fluidacom uma porta de descarga da válvula de retenção 84 e umaporta de descarga da válvula de retenção 90. O conduto 98encontra-se igualmente em comunicação fluida com o condutode alta pressão 20.

O motor/bomba 16 e os motores 7 6a-7 6d sãopreferencialmente motores/bombas de deslocamento variável,tais como aqueles ilustrados no pedido de patente co-pendente e sob cessão ao cessionário do presente pedido, denúmero de série 11/101.837, depositado em 8 de abril de2005, cuja divulgação se encontra aqui incorporada a titulode referência e ilustrada nas Figs. 4 e 5.Alternativamente, o motor/bomba 16 e os motores 7 6a-7 6b sãomotores/bombas de deslocamento variável do tipo de palhetasou do tipo de pistões ou são motores/bombas de deslocamentofixo.

Fazendo agora referência à Fig. 4, um aparelho deengrenagem interna de acordo com a presente invençãoencontra-se indicado na generalidade com o numerai 100. Oaparelho 100 pode ser configurado para operar como um motorou como uma bomba conforme poderá ser apreciado por aquelesque são versados na técnica, porém será referido como ummotor na descrição a seguir da presente invenção. O motorde engrenagem interna 100 inclui uma carcaça oca 102possuindo uma parte de base 104 e uma tampa de extremidade106. A parte de base 104 define um rebaixo ou cavidade 108na mesma dimensionada para acolhimento de um primeiromandril 110 e um primeiro elemento de pistão 112. A tampade extremidade 106 inclui pelo menos duas aberturas deacesso 107 (somente uma das mesmas se encontra ilustrada)que se estendem individualmente entre uma superfícieinterna e uma superfície externa da mesma,preferencialmente em lados opostos da tampa de extremidade106. Urna das aberturas de acesso 107 é ligada a um segmentode alta pressão de um sistema de fluido tal como o condutode alta pressão 20 das Figs. l.a-.le, e outra das aberturasde acesso 107 é ligada a uma linha de retorno ou fonte defluido tal como a fonte de fluido 18 das Figs. Ia-Ie.

O primeiro mandril 110 define uma abertura 114 quese estende através de uma parte de base 111 do mesmo einclui uma primeira flange externa 116 e uma pluralidade desegundas flanges externas 118 espaçadas entre siestendendo-se no sentido ascendente a partir de umasuperfície superior 113 da parte de base 111. Uma f langeinterna 120 estende-se no sentido ascendente a partir daparte de base 111 do primeiro mandril 110 e fica localizadaadjacente à abertura 114. A primeira flange externa 116fica localizada adjacente à abertura 114. As segundasflanges externas 118 ficam espaçadas tanto da abertura 114quanto da flange interna 120. Uma primeira bucha de vedação122 é dimensionada para se encaixar de forma passível derotação na abertura 114 e tem uma altura preferencialmentesubstancialmente igual à altura da parte de base 111 doprimeiro mandril 110 de tal forma que quando a bucha 122 édisposta na abertura 114, uma superfície superior da bucha122 fica substancialmente co-nivelada com a superfíciesuperior 113 da parte de base 111.

Uma engrenagem externa 124 com seção transversalsubstancialmente circular é adaptada para ser dispostasobre o topo da superfície superior 113 da parte de base111 em que uma superfície externa curva da engrenagem 124fica adjacente às respectivas superfícies internas curvasdas flanges externas 116 e 118. A engrenagem externa 124inclui uma pluralidade de dentes 126 formados sobre umasuperfície interna da mesma. Quando é disposta sobre asuperfície superior 113, a engrenagem 124 é fixadaaxialmente entre as flanges externas 118 e a flange interna 120.

Uma engrenagem interna 128 com seção transversalsubstancialmente circular inclui uma pluralidade de dentes130 formados sobre uma superfície externa da mesma e defineuma abertura 132 estendendo-se através da mesma. Os dentes130 são operáveis para se encaixarem com os dentes 126formados sobre a superfície interna da engrenagem externa124. Uma superfície inferior da engrenagem 128 estende-separa o interior da bucha 122 e roda com a mesma, em que osdentes 130 cooperam com dentes correspondentes na bucha 122quando o motor 100 é montado e operado, conforme édiscutido mais detalhadamente abaixo. As respectivassuperfícies externas dos dentes 130 da engrenagem interna128 são adjacentes à superfície interna da flange interna120. A abertura 132 é adaptada para acolher uma extremidadelivre de um eixo de acionamento ou transmissão 134 quando omotor 100 é montado. A engrenagem interna 128 é móvelaxialmente ao longo do eixo 134. O eixo de acionamento 134é suportado de forma passível de rotação na tampa deextremidade 106 por um rolamento 135, tal como um rolamentode esferas, um rolamento de roletes ou similar. Aextremidade livre do eixo de acionamento 134 estende-se emuma distância previamente determinada além da superfíciesuperior da tampa de extremidade 106 e atua como eixo detransmissão para o motor 100.

Um segundo elemento de pistão 136 define umaabertura 138 em uma parte interna do mesmo e é adaptadopara ser montado sobre respectivas superfícies superioresdas flanges externas 116 e 118 do primeiro mandril 110. Osegundo pistão 136 e o primeiro pistão 112, portanto, sãomontados sobre a superfície superior e a superfícieinferior, respectivamente, do mandril inferior 110.

Um segundo mandril 140 é adaptado para ser dispostona abertura 138 do segundo elemento de pistão 136 e defineuma abertura 142 em uma parte interna do mesmo paraacolhimento do eixo de acionamento 134. O segundo mandril140 inclui uma flange 144 estendendo-se no sentidodescendente que coopera com a flange interna 120estendendo-se no sentido ascendente do primeiro mandril 110quando o motor 100 é montado. O mandril superior 140 incluium par de furos 14 6 estendendo-se através do mesmo paracomunicação fluida com as engrenagens 122 e 124 durante aoperação do motor 100.

Uma segunda bucha de vedação 14 8 inclui umapluralidade de dentes 150 formados sobre uma superfícieexterna da mesma e define uma abertura 152 estendendo-seatravés da mesma. A segunda bucha de vedação 14 8 é adaptadapara acolher o mandril superior 140 na abertura 152 e seracolhida na engrenagem externa 124 e rodar com a mesma, emque os dentes 126 cooperam com os dentes 150 na bucha 148quando o motor 100 é montado e operado, conforme édiscutido mais detalhadamente abaixo.

Quando o motor 100 é montado, o primeiro mandril110 e o primeiro pistão 112 são dispostos na parte de base104 da carcaça 102., a primeira bucha de vedação 122 édisposta no mandril 110, e a engrenagem externa 124 édisposta no mandril 110. A engrenagem interna 132 e osegundo mandril 138 são montados no eixo de acionamento 134e são montados de tal forma que os respectivos dentes 126 e130 das engrenagens 132 e 124 se encaixam em rotação e aengrenagem interna 132 se encaixa com a primeira bucha devedação 1.22. O segundo pistão 136 é acoplado à superfíciesuperior do mandril 110, e a segunda bucha de vedação 14 8 édisposta no segundo mandril 138 e encaixa-se com aengrenagem externa 124. A flange 14 4 estendendo-se nosentido descendente coopera com a flange interna 120estendendo-se no sentido ascendente para dividir o interiorda engrenagem externa em uma câmara de admissão e umacâmara de descarga do motor 100 e a tampa de extremidadesuperior 106 é acoplada à parte de base 104 para fechamentoda carcaça 102. As flanges 120 e 144 estendem radialmenteentre os dentes 126 e os dentes 130 formando a câmara deadmissão de um lado das flanges e a câmara de descarga dooutro lado das flanges.

Em operação, o eixo 134 é acoplado a uma carga (nãoexibida), tal como uma roda de um veiculo ou similar. Umfluido pressurizado é introduzido do sistema de fluido talcomo do conduto de alta pressão 20 das Figs. Ia-Ie7 atravésde uma das aberturas de acesso 107, é orientado para o ladoda câmara de admissão das engrenagens 12 4 e 128 através dosfuros 14 6, atua contra os dentes encaixados 126 e 130 parafazer rodar as engrenagens e o eixo, flui entre os dentespara a câmara de descarga e é descarregado através do outrodos furos 14 6 para a outra das aberturas de acesso 107. Aprimeira bucha de vedação 122 proporciona uma vedaçãorotativa entre a engrenagem interna 128 e o primeiromandril 110 e a segunda bucha de vedação 148 proporcionauma vedação rotativa entre a engrenagem externa 124 e osegundo mandril 14 0 para assegurar integridade das câmarasde admissão e de descarga. 0 motor 100 de acordo com apresente invenção requer somente as vedações 122 e 148 paramanter uma vedação fluida e permitir uma operação eficientedo motor 100.

A relação espacial normal ou padrão entre os dentes126 e 130 das engrenagens 124 e 128 permite que os dentes126 e 130 encaixem substancialmente toda a área axial dosdentes. Em uma tal relação, o motor 100 produz seu fluxovolumétrico máximo ou potência máxima de saida. O motor 100de acordo com a presente invenção pode vantajosamentevariar de seu deslocamento máximo devido ao fato de aengrenagem interna 128 ser axialmente móvel ao longo doeixo 134. Quando a engrenagem interna 128 se desloca nadireção do primeiro mandril 110, uma quantidade menor daárea axial dos dentes 126 e 130 encaixa-se, o que reduz ofluxo volumétrico ou deslocamento do motor 100.

Quando a unidade 100 é configurada como um motor,uma fonte de pressão externa, tal como um fluido hidráulicoproveniente de uma bomba hidráulica externa, ar comprimidoproveniente de um compressor de ar ou similar, fornece umfluxo de volume para as aberturas de acesso 107 para rodaras engrenagens 124 e 128 e produzir um torque de saida noeixo 134. Quando a pressão é variada, a engrenagem interna128 irá mover-se ao longo do eixo geométrico do eixo 134para fazer variar a potência de saida do motor 100. O motor100 pode ser vantajosamente utilizado para controlar a taxade rotação de saida sob cargas de saida amplamentevariáveis incluindo, sem limitações, veículos automotivos,torres, máquinas de grande porte, máquinas deterraplanagem, sondas de perfuração de poços de grandeporte, navios, equipamentos agrícolas, ou similares.

Quando a unidade 100 é configurada como uma bomba eum motor principal, tal como o motor 12 das Figs. la-le,faz rodar o eixo 134 a uma velocidade mais baixa ou commenor torque, a bomba 100 irá reagir à redução develocidade de entrada ou de torque de entrada variando suasaída com base nas pressões internas na carcaça 102 dabomba. Nesta condição, a abertura de acesso de saída 107irá criar uma pressão de retorno mais elevada na câmara dedescarga, e a engrenagem interna 128 irá mover-se ao longodo eixo geométrico do eixo 134 para um ponto ao longo doeixo geométrico em que a engrenagem 128 fica em equilíbrioou próxima de equilíbrio para continuar a operação. A bomba100 pode portanto variar de uma saída máxima oudeslocamento em que a engrenagem interna 128 ficasubstancialmente adjacente ao mandril superior 14 0 até umdeslocamento mínimo em que a engrenagem interna 128 ficasubstancialmente adjacente ao mandril inferior 110.

Fazendo agora referência à Fig. 5, um aparelho deengrenagem externa de acordo com a presente invenção éindicado na generalidade com o numerai 200. 0 aparelho 200pode ser configurado para operar como uma bomba ou um motorconforme poderá ser apreciado por aqueles que são versadosna técnica, porém será referido como uma bomba parasimplificar a descrição da presente invenção. A bomba deengrenagem externa 200 inclui uma carcaça oca 202 possuindouma primeira tampa de extremidade 204 e uma segunda tampade extremidade 206 acopladas por uma parte de corpo 208.Preferencialmente, a primeira tampa de extremidade 204 e asegunda tampa de extremidade 206 são acopladas à parte decorpo 208 por uma pluralidade de meios de fixação 210, taiscomo parafusos de alta resistência ou similares. A parte decorpo 208 define um rebaixo 212 na mesma.

Uma primeira engrenagem 214 possuindo umapluralidade de dentes 216 formados sobre uma superfícieexterna da mesma e uma segunda engrenagem 218 possuindo umapluralidade de dentes 220 formados sobre uma superfícieexterna da mesma são adaptadas para serem dispostas norebaixo 212 da carcaça 202. Os dentes 216 e 220 dasrespectivas engrenagens 214 e 218 são operáveis para seencaixarem em rotação no rebaixo ou cavidade 212 da bombadurante a operação da bomba 200. A primeira engrenagem 214tem um eixo 222 estendendo-se da mesma e a segundaengrenagem 216 tem um eixo escalonado 224 estendendo-se damesma. A primeira engrenagem 214 é fixada sobre o eixo 222e a segunda engrenagem 218 é axialmente móvel ao longo doeixo 224. Os eixos 222 e 224 estendem-se em direções axiaisopostas e o eixo 224 tem uma extensão maior que o eixo 222.Uma primeira luva de vedação 226 possuindo dentes internosacolhe a primeira engrenagem 214 e urna segunda luva devedação 228 possuindo dentes internos acolhe umaextremidade da segunda engrenagem 218.

Um acessório de placa 230 inclui uma flange 232estendendo-se no sentido descendente a partir do mesmo e éacoplado a uma primeira placa de impulsão 234 sobre umasuperfície superior planar da mesma. Preferencialmente, aplaca de impulsão 234 é acoplada ao acessório 230 por umapluralidade de meios de fixação 236, tais como parafusos dealta resistência ou similares. Uma extremidade livre doeixo 222 estende-se através de uma abertura formada noacessório 230 e na placa de impulsão 234. A extremidadelivre do eixo 222 é presa de forma passível de rotação noacessório 230 e na placa de impulsão 234 por um par deporcas 238 e é suportada de forma passível de rotação porum rolamento 24 0, tal como um rolamento de esferas, umrolamento de roletes ou similar. A segunda luva de vedação228 é operável para ser acolhida em um rebaixo no acessório230 na adjacência da f lange 232. Quando o eixo 222 émontado no acessório 230 e na placa de impulsão 234, aengrenagem 214 é fixada axialmente com relação à carcaça202.

Uma segunda placa de impulsão 242 é acoplada a umasuperfície superior 205 da primeira tampa de extremidade204 por uma pluralidade de meios de fixação 24 4, tais comoparafusos de alta resistência ou similares. A placa 242inclui uma abertura para acolhimento de uma extremidadelivre do eixo 224 e uma abertura maior para acolhimento elocalização da primeira luva de vedação 226 na adjacênciada superfície superior da primeira tampa de extremidade204. A extremidade livre do eixo 224 estende-se através daabertura na placa 242, encaixa por meio de roscas um par deporcas 246 na seção escalonada e é suportada de formapassível de rotação por um rolamento 248, tal como umrolamento de esferas, um rolamento de roletes ou similar. 0rolamento 248 é preferencialmente disposto em uma cavidade250 formada na superfície superior 205 da primeira tampa deextremidade 204 ao passo que as porcas 24 6 acoplam o eixo224 à tampa de extremidade sobre uma superfície inferioroposta à superfície superior 205. A extremidade livre doeixo 224 estende-se em uma distância previamentedeterminada além da superfície inferior da tampa deextremidade 204 e atua como um eixo de acionamento ou eixode transmissão para a bomba 200.

A parte de corpo 208 define uma primeira aberturade acesso 252 e uma segunda abertura de acesso 254 que seestendem individualmente entre uma superfície interna e umasuperfície externa da mesma. Uma das aberturas de acesso252 e 254 é ligada a um segmento de baixa pressão de umsistema de fluido tal como a fonte de fluido hidráulico 18das Figs. Ia-Ie ou similar, e outra das aberturas de acesso252 e 254 é ligada a um segmento de alta pressão oupressurizado de um sistema de fluido tal como o conduto dealta pressão 20 das Figs. Ia-Ie.

Em operação, o eixo 224 é acoplado a um motorprincipal, tal como o motor 12 das Figs. Ia-Ie ou similar.Quando o motor principal faz rodar o eixo 224, a engrenagem218 roda e faz rodar a engrenagem 214. Um fluido éIntroduzido a partir do sistema de fluido através de umadas aberturas de acesso 252 ou 254, é aprisionado entre osdentes encaixados 216 e 220 de uma forma bem conhecida natécnica e é descarregado através da outra das aberturas deacesso 252 ou 254. São formadas passagens adequadas nacarcaça 202 para assegurar um direcionamento correto dofluido durante a operação da bomba 200. A primeira luva devedação 22 6 forma uma vedação rotativa entre a primeiraengrenagem 214 e a superfície superior 205 e a segunda luvade vedação 228 forma uma vedação rotativa entre a segundaengrenagem 218 e o acessório 230 para assegurar aintegridade da cavidade 212 da bomba. A bomba 200 de acordocom a presente invenção requer somente as luvas de vedação22 6 e 228 para manter uma vedação e permitir uma operaçãoeficiente da bomba 200.

A relação espacial padrão ou normal entre os dentes216 e 220 das engrenagens 214 e 218 permite que os dentes216 e 220 encaixem substancialmente toda a área axial dosdentes. Em uma tal relação, a bomba 200 produz seu máximofluxo volumétrico ou máximo deslocamento. A bomba 200 deacordo com a presente invenção pode vantajosamente variarde seu deslocamento máximo visto que a segunda engrenagem218 é axialmente móvel ao longo do eixo 224. Quando asegunda engrenagem 218 se move na direção da placa deimpulsão inferior 242, uma menor quantidade da área axialdos dentes 216 e 220 realiza o contato de encaixe, o quereduz o fluxo volumétrico ou deslocamento da bomba 200.Tipicamente isto irá ocorrer quando o motor principal rodaro eixo 224 a uma velocidade menor ou cora menor torque e abomba 200 irá reagir à menor velocidade de entrada outorque de entrada variando sua saída com base nas pressõesinternas na carcaça 202 da bomba. Nesta condição, aabertura de acesso de saída 252 ou 254 irá criar umapressão de retorno mais elevada no rebaixo 212, e a segundaengrenagem 218 irá deslocar-se ao longo do eixo geométricodo eixo 224 para um ponto ao longo do eixo geométrico emque a engrenagem 218 fica em equilíbrio ou próximo deequilíbrio para continuar a operar. A bomba 200 podeportanto variar de uma saída máxima ou deslocamento máximoem que a engrenagem 218 fica substancialmente adjacente aoacessório 230 até um deslocamento mínimo em que aengrenagem 218 fica substancialmente adjacente à placa deimpulsão inferior 242.

Quando o aparelho 200 é configurado como um motor,uma fonte de pressão externa, tal como um fluido hidráulicoproveniente de uma bomba hidráulica externa, ar comprimidoproveniente de um compressor de ar ou similar, fornece umfluxo de volume para as aberturas de acesso 252 e 254 parafazer rodar as engrenagens 214 e 218 e produzir um torquede saída no eixo 224. Quando a pressão é variada, a segundaengrenagem 218 irá mover-se ao longo do eixo geométrico doeixo 224 para fazer variar a potência de saída do motor200. O motor 200 pode ser vantajosamente utilizado paracontrolar a taxa de rotação de saída sob cargas de saídaamplamente variáveis incluindo, sem limitações, veículosautomotivos, torres, máquinas de grande porte, máquinas deterraplanagem, sondas de perfuração de poços de grandeporte, navios, equipamentos agrícolas, ou similares

Na operação do sistema 10, é dada partida ao motor12 e o motor fornece torque para o motor/bomba 16, que porsua vez fornece fluido hidráulico pressurizado para oconduto de alta pressão 20. O acumulador 38 assegura que apressão hidráulica dentro do conduto 20 permaneçarelativamente estável e proporciona armazenagem de energiade uma forma bem conhecida daqueles que são versados natécnica. A pressão no conduto 20 é transmitida para oscondutos 46, 62, e 98.

Fazendo referência à Fig. Ia, quando a válvula deseleção de modo 44 se encontra na posição D ou de marcha eo dispositivo de anulação de freio 54 se encontra naposição 54a, um fluido hidráulico irá fluir através doconduto 4 6, através da válvula de seleção de modo 44 esairá do conduto 50 na direção indicada pela seta naposição D, através do dispositivo de anulação de freio 54 esaindo do conduto 56 na direção indicada pela seta naposição 54a, e para as respectivas aberturas de acessosuperiores 77a-77d dos motores 76a-7 6d, através dos motores76a-76d e para as respectivas aberturas de acessoinferiores 78a-78d, sofrendo queda de pressão eproporcionando um torque de saída em uma direção de avançopara cada um dos motores 76a-7 6d de uma forma conhecidadaqueles que são versados na técnica. 0 fluido hidráulicode pressão mais baixa nas aberturas de acesso inferiores78a-78d realiza um percurso através do conduto 58, atravésdo dispositivo de anulação de freio e saindo do conduto 52na direção indicada pela seta na posição 54a, e através daválvula de seleção de modo 44 e saindo do conduto 48 nadireção indicada pela seta na posição D para a fonte defluido hidráulico 18.

Fazendo referência à Fig. 1b, quando a válvula deseleção de modo 44 se encontra na posição N ou de ponto-raorto, e o dispositivo de anulação de freio 54 se encontrana posição 54a, o fluido hidráulico irá fluir através doconduto 4 6 mas será impedido de fluir através da válvula deseleção de modo 44 pela tampa adjacente ao conduto 4 6 naposição N. Os condutos de descarga 50 e 52 encontram-se emcomunicação fluida com o fluido hidráulico de pressão maisbaixa no conduto 48, e portanto não existe fluxo de fluidoatravés do dispositivo de anulação de freio 54 ou para osmotores 7 6a-7 6d, já que a pressão nos condutos 50 e 56 iráequilibrar-se com a pressão nos condutos 5.2 e 58. Quando naposição Ν, o óleo do reservatório 18 fica disponível parafluir para os motores 76a-7 6d caso qualquer um dos motores76a-7 6d requeira fluxo de óleo.

Fazendo referência à .Fig.. lc, quando a válvula deseleção de modo 44 se encontra na posição R ou de marcha-ã-ré, e o dispositivo de anulação de freio 54 se encontra naposição 54a, o fluido hidráulico irá fluir através doconduto 4 6, através da válvula de seleção de modo 44 e irásair do conduto 52 na direção indicada pela seta na posiçãoR, através do dispositivo de anulação de freio 54 e saindodo conduto 58 na direção indicada pela seta na posição 54a,e para as respectivas aberturas de acesso inferiores 7 8a-7 8d dos motores 7 6a-7 6d, através dos motores 7 6a-7 6d e paraas respectivas aberturas de acesso superiores 77a-77d,sofrendo queda de pressão e fornecendo um torque de saídaem uma direção reversa para cada um dos motores 7 6a-7 6d deuma forma conhecida daqueles que são versados na técnica. Ofluido hidráulico de pressão mais baixa nas aberturas deacesso inferiores 77a-77d realiza um percurso através doconduto 56, através do dispositivo de anulação de freio esaindo do conduto 50 na direção indicada pela seta naposição 54a, e através da válvula de seleção de modo 44 esaindo do conduto 4 8 na direção Indicada pela seta naposição D para a fonte de fluido hidráulico 18.

Fazendo referência à Fig. ld, quando a válvula deseleção de modo 44 se encontra na posição P ou deestacionamento, e o dispositivo de anulação de freio 54 seencontra na posição 54a, o fluido hidráulico não irá fluiratravés de nenhum dos condutos 46, 48, 50, e 52 na medidaem que as tampas adjacentes a cada um dos condutos 4 6, 48,50, e 5.2 na posição P impedem qualquer fluxo de passagempara os motores 7 6a-7 6d.

Conforme foi descrito acima, na primeira posição54a, o dispositivo de anulação de freio 54 permite o fluxode fluido hidráulico (dependendo da posição da válvula deseleção de modo 44) entre os condutos 50 e 56, e entre oscondutos 52 e 58. Na segunda posição 54b, entretanto,conforme pode ser preferencialmente observado na Fig. le, ofluido hidráulico não irá fluir através de nenhum doscondutos 50, 52, 56, e 58 já que as tampas adjacentes acada um dos condutos 50, 52, 56, e 58 na segunda posição54b impedem qualquer fluxo através do dispositivo deanulação de freio 54. O dispositivo de anulação de freio 54é deslocado de sua primeira posição normal 54a para asegunda posição 54b por atuação do freio 72 e a transmissãode um sinal ao longo do conector 73 e impede o fluxo defluido hidráulico da válvula de controle de deslocamento 44para os motores 7 6a-7 6d.

Em operação, se o freio 72 for acionado quando aválvula de seleção de modo 44 se encontra na posição D oude marcha, e o dispositivo de anulação 54 for deslocadopara a segunda posição 54b, a única fonte de fluidohidráulico para os motores 76a-76d é através do circuito deponte de válvula de retenção 82, e portanto todo o fluxo defluido é orientado através do circuito de ponte de válvulade retenção 82. Durante a frenagem, os motores 76a-7 6dcomeçarão a funcionar como bombas, recapturandovantajosamente energia da rotação das rodas do veiculodurante a frenagem. Durante a frenagem na posição D., ofluido hidráulico irá fluir da fonte de fluido hidráulico18, através do conduto 94, através da válvula de retenção8 6, através do conduto 92, para as aberturas de acessosuperiores 77-7 7-d e para os motores 76a-76d, onde a pressãodo fluido hidráulico é aumentada. Um fluido hidráulico comalta pressão irá então fluir dos motores 76a-76d, atravésdas aberturas de acesso inferiores 78a-78d, através doconduto 96, e se a pressão no conduto 96 for maior que noconduto 98, através da válvula de retenção 90 e para oconduto 98, onde o fluido hidráulico de alta pressão fluipara o conduto 20 e recarrega o acumulador 38.

Durante a frenagem com a válvula de seleção de modo44 na posição R, o fluido hidráulico irá fluir da fonte defluido hidráulico 18, através do conduto 94, através daválvula de retenção 88, através do conduto 96, para asaberturas de acesso inferiores 7 8a-7 8d e para os motores76a-76d, onde a pressão do fluido hidráulico aumenta. Umfluido hidráulico com alta pressão irá então fluir dosmotores 76a-76d, através das aberturas de acesso superiores77a-77d, através do conduto 92, e se a pressão no conduto92 for maior que no conduto 98, através da válvula deretenção 84 e para o conduto 98, onde o fluido hidráulicode alta pressão flui para o conduto 20 e recarrega oacumulador 38.

O circuito de ponte de válvula de retenção 82funciona impedindo o fluxo de fluido hidráulico para osmotores 7 6a-7 6d em uma direção reversa quando o veiculotiver parado completamente. Durante a frenagem e quando aválvula de seleção de modo 44 se encontra na posição D, odispositivo de anulação de freio 54 move-se para a posição54b e impede fluxo da válvula de seleção de modo 44 para osmotores 7 6a-7 6d. O fluxo do conduto de alta pressão 20tentará alcançar os motores 7 6a-7 6d através do conduto 98mas será impedido de fluir para os motores através dasválvulas de retenção 84 e 90. O circuito de ponte deválvula de retenção 82 permitirá fluxo para o conduto 98somente do conduto 92 através da válvula de retenção 84 oudo conduto 96 através da válvula de retenção 90, o quesomente ocorrerá quando a pressão nos condutos 56 e 92 ounos condutos 58 e 96 for maior que a pressão no conduto 98.Se a pressão no conduto 92 for menor que a pressão noconduto 98 e no conduto 94, a válvula de retenção 86 iráabrir-se mas devido ao fato de o conduto 94 se encontrar embaixa pressão, não poderá ocorrer nenhum fluxo doreservatório 18 para o conduto 92. Similarmente, se apressão no conduto 96 for inferior à pressão no conduto 98e no conduto 94, a válvula de retenção 88 irá abrir-se masdevido ao fato de o conduto 94 se encontrar em baixapressão, nenhum fluxo poderá ocorrer do reservatório 18para o conduto 96, vantajosamente impedindo que um fluidohidráulico com alta pressão faça os motores 7 6a-7 6d seremacionados em uma direção reversa após o veiculo ter paradoc omp1e t ameηt e.

Em operação, o fluxo do fluido hidráulico atravésdo sistema 10 é controlado pelo operador através doacelerador 70 e do freio 72 em acoplamento com a válvula decontrole de deslocamento 60. O conector 80 e as conexões75a-75d são ligados entre si através de interligações ousimilares de tipo adequado, o que permite que os motores76a-76d forneçam informações de retorno para a válvula decontrole de deslocamento 60 através das conexões 75a-75d deuma forma similar àquela utilizada pelo conector 80 parafornecer controle para os motores 7 6a-76d através dasconexões 75a-75d.

Por exemplo, se um usuário (não ilustrado) doveiculo pressionar o acelerador 70., este fará o conector deretorno de informação 80 deslocar-se em uma direção deaceleração e fará a válvula de controle de deslocamento 60mover-se para a posição 60a. Um fluido de alta pressão doconduto 62 irá fluir através das aberturas de acesso naválvula de controle de deslocamento 60, aumentando apressão no conduto 66 e fluindo para os cilindros 74a-74d.Na medida em que a pressão no conduto 66 será maior que apressão no conduto 68, os conectores 75a-75d serãodeslocados em uma direção de aceleração, aumentando odeslocamento e portanto o torque de saida dos motores 76a-7 6d.

Quando tiver sido alcançado um torque de saidadesejado dos motores 7 6a-76d, os motores 7 6a-76d irãodesacelerar, deslocando os conectores 75a-75d em umadireção de desaceleração, reduzindo a pressão no conduto 66e aumentando a pressão no conduto 68. Este movimento étransmitido de volta para a válvula de controle dedeslocamento 60 pelo conector de retorno de informação 80,que desloca a válvula de controle de deslocamento nadireção da posição 60b. Na posição 60b não existe fluxoatravés da válvula de controle de deslocamento 60 eportanto os conectores 7Sa-75b permanecem estacionários, eo deslocamento, e portanto o torque de saida, dos motores7 6a-7 6d permanece constante.

Se o usuário remover seu pé do acelerador 70, estaação fará o conector de retorno de informação 80 deslocar-se em uma direção de desaceleração e fará a válvula decontrole de deslocamento 60 mover-se para a posição 60c. Umfluido de alta pressão do conduto 62 irá fluir através dasaberturas de acesso na válvula de controle de deslocamento60, aumentando a pressão no conduto 68 e fluindo para oscilindros 74a—74d. Devido ao fato de a pressão no conduto68 ser superior à pressão no conduto 66, os conectores 75a-75d serão deslocados em uma direção de desaceleração,reduzindo o deslocamento, e portanto o torque de saida, dosmotores 7 6a-7 6d.

Vantajosamente, não existe nenhuma ligação diretaentre o acelerador 70 e o motor 12. Ao invés disso, o motor12 é operado e controlado com base em uma combinação develocidade de motor (baseada no sinal na linha 42), torque(baseado na posição da válvula de controle de deslocamento60, que é afetada pela posição do acelerador 70), e pressãodo sistema (baseada no ,sinaj. na linha 38a). Esta combinaçãode entradas permite que o módulo de controle de aceleração40 do sistema 10 faça sempre funcionar o motor 12 em seuponto máximo de eficiência, com base em parâmetros deefi ciência de motor conhecidos, proporcionando dessa formaum controle proporcional do motor 12 e sistema 10. Emmomentos em que o sistema 10 se encontra com carga plena, omotor 12 pode ser vantajosamente desligado, reduzindo azero o consumo instantâneo de combustível. Quando a pressãodo sistema cai, o motor 12 é reativado para fornecernovamente pressão para o conduto 20.

Com base na condição ou estado de operação docompressor de condicionamento de ar 24, do módulo demanutenção de energia 28, e do acumulador 38 (conformedeterminados por seus respectivos sinais nas linhas 24a,28a, e 38a), o módulo de controle de aceleração 4 0 envia umsinal através da linha 42 para dar partida ou desligar omotor 12 e/ou variar o deslocamento do motor/bomba 16.

À medida que a pressão do sistema no conduto 20aumenta, o acumulador 38 é preenchido e a taxa de fluxo domotor/bomba 16 é reduzida. O fluxo do motor/bomba 16continua a ser reduzido até a pressão do sistema cairdevido a uma saída para os motores 7 6a-7 6d. Se em qualquermomento o fluxo do motor/bomba 16 alcançar um fluxo zero, omotor 12 poderá ser desligado até ser novamente necessáriofluxo. O fluxo do motor/bomba 16 pode igualmente serreduzido se um acessório requerer energia para impedir queo motor 12 "engasgue" (supondo-se que o acessório estejaacoplado por meio de uma embreagem ao motor 12). O sistemade conjunto de propulsão 10 obtém sua eficiência medianteponderação de média da taxa de consumo de energia. Aenergia necessária para rajadas intermitentes é fornecidapela energia armazenada no acumulador 38. G motor/bomba 16proporciona um fluxo superior à média de fluxo necessáriapara propulsão do veiculo. O fluxo suplementar criado pelabomba 16 é então armazenado no acumulador 38.

O conjunto de propulsão híbrido hidráulico 10 deacordo com a presente invenção proporciona vantajosamenteuma metodologia de controle sem complicações e um meio decontrole muito eficiente para o sistema 10 em virtude dofato de a resposta do torque de saída dos motores 7 6a-7 6dser muito rápida quando seu deslocamento é aumentado.

Fazendo referência à Figura 6, encontra-seilustrado na mesma um diagrama do sistema hidráulicohíbrido serial preferencial conforme descrito acimaimplementado para utilização com uma máquina deterraplanagem. O sistema 300 é dividido em três partesdistintas em comunicação fluida: a unidade motriz 310, aunidade de armazenagem de energia 312, e o sistema deacionamento 314.

A unidade motriz 310 é geralmente compreendida porum motor (não ilustrado), uma bomba de deslocamentovariável 316., um dispositivo de controle automatizado deaceleração 318, e uma válvula de uma via 320. Esta seção dosistema 300 tem duas funções principais. A primeira funçãoconsiste em manter a pressão do sistema. Isto é realizado.mediante provisão de uma bomba de deslocamento variável 316em combinação com um dispositivo de controle automatizadode aceleração 318. A combinação destes dois meios decontrole permite que o motor funcione com eficiência emtodos os momentos, e permite que em alguns modos deoperação o motor seja desligado e o veiculo continuepodendo ser operado com utilização de energia armazenada.

A unidade de armazenagem de energia 312 compreendeum a cumula dor 322. Toda a salda da bomba 316 realiza umpercurso através de uma válvula de uma via 320 para osistema de acionamento 314 e acessórios 324. A energia nãonecessária para uso imediato é armazenada no acumulador322. O acumulador 32,2 suplementa temporariamente o fluxo deóleo quando as necessidades do veiculo superam a capacidadeda unidade motriz.

O sistema de acionamento 314 é a única parte delocomoção do sistema que é controlada pelo operador. Oscontroles para cada motor 326, 328 podem ter simplesmente aforma de duas alavancas, uma para cada mão. Empurrando-seambos os controles na mesma direção, o deslocamento dosmotores aumenta até o torque dos motores 326, 328 exceder oatrito que mantém o veiculo estacionário e ser obtidomovimento na direção desejada. Se as alavancas foremmantidas em uma posição em que a unidade motriz é incapazde manter a pressão do sistema, o cilindro 330, 332 começaa retardar a quantidade de deslocamento disponível para ooperador, mantendo a pressão do sistema. 0 cilindro 330,-332 atua de uma forma similar à de um governador de motorpara os motores 3.2 6, 328, com a vantagem de ter ajusteautomático ao invés de ajuste manual de uma seqüência degoverno.

A operação de giro da máquina de terraplanagem érealizada simplesmente deslocando-se uma alavanca oudeslocando-se alternativamente as alavancas em direçõesopostas. A energia hidráulica é também preferencialmenteacionada para operar o dispositivo de içamento e pácarregadeira 324 ou quaisquer outros meios acoplados. 0sistema de centro fechado permite que o dispositivo deiçamento opere de forma muito mais eficiente que aquelapossível era um sistema de centro aberto.

Aqueles que são versados na técnica poderãoapreciar que o sistema 10 de acordo com a presente invençãopode ser utilizado para fornecer energia hidráulica paraqualquer número de sistemas incluindo, sem limitações, umsistema de propulsão para urna embarcação flutuante ousubmersível tal como um navio, um barco, ou um submarino,um sistema de propulsão para um helicóptero, entre outros.Em resumo, a saída do motor/bomba 16 pode ser utilizada como sistema de propulsão 10 para acionar qualquer número demotores hidráulicos., tais como os motores 7 6a-7 6d paraquaisquer propósitos, sem afastamento do escopo da presenteinvenção.

Os conectores 73, 75a-75d, e 80, e os sinais naslinhas 24a, 28a, 38a, e 42 podem consistir em qualquer tipode conector mecânico, tal como uma linha hidráulica, umcabo, uma barra de metal ou similar, ou um sinal elétricocomunicando com válvulas de solenóide ou similares, semafastamento do escopo da presente invenção.

De acordo com as normas das leis de patentes, apresente invenção foi descrita naquela considerada comosendo sua configuração preferencial. Entretanto, deverá serobservado que a invenção pode ser praticada de formadiferente daquela aqui especificamente ilustrada e descritasem afastamento de seu espirito ou escopo.

Claims (22)

1. SISTEMA DE CONJUNTO DE PROPULSÃO HÍBRIDOHIDRÁULICO PARA UTILIZAÇÃO COM UMA MÁQUINA DETERRAPLANAGEM, caracterizado por compreender:uma unidade motriz 310 que gera um fluido de altapressão era uma saida 320 incluindo uma bomba dedeslocamento variável 316 e uma unidade automatizada decontrole de aceleração 318;um sistema de armazenagem de energia 312; eum sistema de acionamento 3.14 compreendendo:pelo menos um motor de acionamento 7 6 acionado peloreferido fluido de alta pressão para gerar um movimento derotação em uma saída;um meio de seleção de modo ligado à saída dareferida unidade motriz e ao referido pelo menos um motorde acionamento 32 6, 32 8 para selecionar um modo de operação-324 de uma pluralidade de modos de operação do referidopelo menos um motor de acionamento 326, 328;um meio de controle ligado à referida unidademotriz 310 e ao referido pelo menos um motor de acionamento-32 6, 328 para controlar a operação de uma máquina deterraplanagem na referida pluralidade de modos de operação.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por a referida unidade motriz 310 incluir ummotor que aciona um motor/bomba hidráulica 316 para gerar oreferido fluido de alta pressão, e a referida bomba dedeslocamento variável 316 e unidade de controleautomatizado de aceleração 318 manterem a pressão de fluidono sistema.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado por o referido sistema de acionamento 314incluir um cilindro 330 para retardar a quantidade dodeslocamento em uma bomba de deslocamento para manter apressão no sistema.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por o referido sistema de armazenagem deenergia 312 consistir em um a-cumulador 322.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado por o referido sistema de armazenagem deenergia 312 consistir em um acumulador 322.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado por o referido acumulador 322 suplementar ofluxo de fluido pressurizado quando a referida seleção demodo 324 exceder a capacidade da referida unidade motriz-310.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por o referido pelo menos um motor deacionamento 326, 328 ser um motor/bomba de deslocamentovariável e o referido meio de controle variar seletivamenteum deslocamento do referido motor/bomba.

8. SISTEMA DE CONJUNTO DE PROPULSÃO HÍBRIDOHIDRÁULICO PARA OPERAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE CONSTRUÇÃO,caracterizado por compreender:uma unidade motriz 310 que gera um fluido de altapressão em uma saída incluindo um sistema de centro fechado- 316 possuindo uma bomba de deslocamento variável 316 e umaunidade de controle automatizado de aceleração 318;um sistema de armazenagem de energia 312; eum sistema de acionamento 314 compreendendo:pelo menos um motor de acionamento 326, 328acionado pelo referido fluido de alta pressão para gerar ummovimento de rotação em uma saída.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado por compreender adicionalmente um sistemaacessório de centro fechado 324 interligado com o referidosistema de conjunto de propulsão.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado por a referida unidade motriz 310 incluir ummotor que aciona um motor/bomba hidráulica 316 para gerar oreferido fluido de alta pressão, e as referidas bomba dedeslocamento variável 316 e unidade de controleautomatizado de aceleração 318 manterem a pressão de fluidono sistema.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado por o referido sistema de acionamento 314incluir um cilindro 330 para retardar a quantidade dodeslocamento em uma bomba de deslocamento para manter apressão no sistema.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado por o referido sistema de armazenagem deenergia 312 consistir em ura acumulador 322.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado por o referido sistema de armazenagem deenergia 312 consistir em um acumulador 322.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado por o referido acumulador 322 suplementar ofluxo de fluido pressurizado quando a referida seleção demodo 324 exceder a capacidade da referida unidade motriz-310.

15. Sistema., de acordo com a reivindicação 8,caracterizado por o referido pelo menos um motor deacionamento 32 6, 328 ser um motor/bomba de deslocamentovariável e o referido meio de controle variar seletivamenteum deslocamento do referido motor/bomba.

16. SISTEMA DE CONJUNTO DE PROPULSÃO HÍBRIDOHIDRÁULICO PARA UTILIZAÇÃO COM UM VEÍCULO, caracterizadopor compreender:uma unidade motriz 310 que gera um fluido de altapressão em uma saída incluindo uma bomba de deslocamentovariável 316 e uma unidade de controle automatizado deaceleração 318;um sistema de armazenagem de energia 312; eum sistema de acionamento 314 compreendendo:pelo menos um motor de acionamento 32 6, 328acionado pelo referido fluido de alta pressão para gerar ummovimento de rotação em uma saída;um meio de seleção de modo ligado à saída dareferida unidade motriz 310 e ao referido pelo menos ummotor de acionamento 326, 328 para selecionar um modo deoperação 324 de uma pluralidade de modos de operação 324 doreferido pelo menos um motor de acionamento 326, 328;um meio de controle ligado à referida unidademotriz 310 e ao referido pelo menos um motor de acionamento-326, 328 para controlar a operação de uma máquina deterraplanagem 300 na referida pluralidade de modos deoperação 324; eum meio mecânico 33 para retardar o deslocamento doreferido motor de acionamento 326, 328.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado por a referida unidade motriz 310 incluir ummotor que aciona um motor/bomba hidráulica 316 para gerar oreferido fluido de alta pressão, e as referidas bomba dedeslocamento variável 316 e unidade de controleautomatizado de aceleração 318 manterem a pressão de fluidono sistema.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado por o referido meio mecânico 314 incluir umcilindro 330 para retardar a quantidade do deslocamento emuma bomba de deslocamento para manter a pressão no sistema.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado por o referido sistema de armazenagem deenergia 312 consistir em um acumulador 322.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado por o referido sistema de armazenagem deenergia 312 consistir em um acumulador 322.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado por o referido acumulador 322 suplementar ofluxo de fluido pressurizado quando a referida seleção demodo 324 exceder a capacidade da referida unidade motriz-310.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado por o referido pelo menos um motor deacionamento 326, 328 ser um motor/bomba de deslocamentovariável e o referido meio de controle variar seletivamenteum deslocamento do referido motor/bomba.