ES2222151T3 - Unidad de propulsion para maquinas automotrices pequeñas. - Google Patents
Unidad de propulsion para maquinas automotrices pequeñas.Info
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Abstract
Unidad de propulsión para máquinas automotrices, que comprende un motor de combustión interna (1), un generador de corriente (6) conectado al mismo, y una batería recargable (77) conectada a dicho generador, por lo menos un motor eléctrico (130, 150, 160) conectado al generador y dispuesto para accionar por lo menos un elemento de la máquina, caracterizada porque dicho por lo menos un motor eléctrico (130, 150, 160) está conectado alternativamente a la batería (77) o al motor de combustión interna/generador (1, 6), realizándose la conexión a la batería solamente a través de los medios electrónicos de manejo y control (88) en respuesta a la diferencia entre la demanda de energía de dicho por lo menos un motor eléctrico (130, 150, 160) y el suministro instantáneo de energía del motor de combustión interna/generador (1, 6), estando dispuestos dichos medios electrónicos de manejo y control (88) para excluir además el motor de combustión interna en respuesta a una orden del operador.
Description
Unidad de propulsión para máquinas automotrices
pequeñas.
La presente invención se refiere a una unidad de
propulsión denominada híbrida, usada normalmente en máquinas
barredoras y para fregar suelos utilizadas, por ejemplo, en
factorías industriales.
Debido a la necesidad de utilizar tales máquinas
tanto en interiores como en exteriores, las máquinas barredoras y
para fregar suelos de la última generación están dotadas de una
unidad de propulsión que posibilita su uso también en ambientes
cerrados sin crear problemas de contaminación.
Una máquina de este tipo se describe en la
solicitud de patente italiana nº PN97A000036.
Comprende un motor eléctrico conectado a una
batería eléctrica de alimentación recargable y dispuesto para
accionar por lo menos una rueda motriz de la máquina, un motor de
combustión interna dotado de un dispositivo de arranque eléctrico,
y medios de control interpuestos entre dicha batería, dicho
dispositivo de arranque y dicho motor de accionamiento.
En particular, dicho dispositivo de arranque está
ligado permanentemente al motor de combustión interna, y consiste
en una máquina eléctrica de imán permanente que puede conectarse a
la batería para poner en marcha el motor de combustión interna y
girar arrastrada por el mismo motor de combustión interna para
producir energía eléctrica.
La velocidad con la que el motor de combustión
interna acciona dicha máquina eléctrica de imán permanente es mayor
que aquélla con la que esta última hace girar el motor de
combustión interna en el arranque, estando dispuestos dichos medios
de control para detectar, no solamente cuando el nivel de carga de
la batería es máximo, sino también cuando alcanza un predeterminado
nivel, inferior al máximo, alcanzado el cual debe ponerse en marcha
el motor de combustión interna.
La máquina descrita anteriormente funciona del
modo siguiente.
Cuando se utiliza en el interior, se excluye el
motor de combustión interna y el motor eléctrico que acciona por lo
menos una rueda motriz de la máquina es alimentado sólo por la
batería.
Cuando la máquina se utiliza en el exterior,
dicho motor de accionamiento eléctrico sigue siendo alimentado por
la batería, que por tanto constituye la principal fuente de energía
de la máquina, poniéndose en marcha el motor de combustión interna
solamente cuando la carga de la batería cae por debajo de dicho
nivel predeterminado.
Además, cuando el motor de combustión interna
está girando, pueden presentarse las siguientes situaciones, una en
la cual la energía eléctrica producida por la máquina o el motor
eléctrico de imán permanente excede de la que absorbe el motor que
acciona la rueda motriz, como puede suceder, por ejemplo durante el
desplazamiento normal de la máquina, y otra en la que la energía
eléctrica producida por la máquina o motor de imán permanente es
inferior a la absorbida por el motor que acciona la rueda motriz,
como puede suceder por ejemplo, cuando la máquina se desplaza por
una pendiente ascendente.
En el primer caso, el exceso de energía se
utiliza para recargar la batería y el motor de combustión interna
se detiene una vez que aquélla ha alcanzado su nivel de carga
óptimo.
En el segundo caso, el déficit de energía es
compensado por la batería, la cual se comporta en estas condiciones
como una fuente reguladora de electricidad.
La máquina descrita ha demostrado no ser
satisfactoria por al menos las siguientes razones.
En primer lugar, las operaciones implicadas en la
puesta en marcha del motor de combustión interna que son necesarias
por las razones mencionadas, con el tiempo pueden producir
problemas de durabilidad y fiabilidad de los elementos
correspondientes, particularmente si se considera el hecho de que el
motor de imán permanente desempeña una doble función, tal como se
ha descrito. Además, siendo la batería, como se ha indicado, la
principal fuente de energía de la máquina, necesariamente tiene que
ser particularmente potente y, por tanto, también particularmente
pesada (y costosa), representando su peso un lastre que produce una
absorción de potencia inoportuna bajo todas las condiciones de
funcionamiento de la máquina.
El documento DE 19633194 A da a conocer una
unidad de propulsión según el preámbulo de la reivindicación 1,
para un accionamiento híbrido que comprende una unidad
motor/generador de combustión interna, un almacén de energía
acoplado eléctricamente al generador y un motor de accionamiento
eléctrico conectado eléctricamente al generador y al almacén de
energía. El almacén de energía es de poca capacidad de
almacenamiento (100 Wh), pero de alta densidad de potencia,
realizado en forma de un circuito compensador o a modo de un
supercondensador.
El objetivo del accionamiento dado a conocer por
el documento D1 es reducir la contaminación todo lo posible, y
dicho objetivo se consigue basando la característica de
funcionamiento para el control del motor de combustión interna en
la curva de demanda de energía del motor eléctrico suavizada
temporalmente según uno de los procedimientos habituales,
trabajando el motor de combustión interna a plena carga o próximo a
ella.
Cuando la demanda de energía por el motor
eléctrico sube bruscamente, el motor de combustión interna no
responde a la curva real de demanda de potencia, sino a una curva
suavizada, evitando así una brusca variación de potencia en el
motor de combustión interna y cambios bruscos en la válvula de
aceleración, con el resultado de valores máximos en los
contaminantes.
Dicho de otro modo, el almacén de energía permite
compensar las diferencias de potencia que se producen a corto plazo
entre las demandas instantáneas de energía del motor de
accionamiento eléctrico y la energía que produce instantáneamente
el motor de combustión interna, durante el tiempo necesario para
regular suavemente la curva de potencia del motor de combustión
interna.
La posibilidad de que la energía de accionamiento
requerida pueda ser extraída únicamente del almacén de energía, aun
cuando la demanda de energía sea muy baja debería excluirse en
vista de la pequeña capacidad de almacenamiento del almacén.
El objetivo principal de la presente invención es
evitar lo indicado anteriormente manteniendo la idea de una
construcción simple, racional y fiable.
Dicho objetivo se alcanza en virtud de los
elementos característicos que se indican en las
reivindicaciones.
En particular, dentro del contenido de una unidad
de propulsión para máquinas automotrices que comprende un motor de
combustión interna con su correspondiente motor de arranque, una
batería recargable conectada eléctricamente a dicho motor a través
de unos medios de control de la puesta en marcha, un generador de
corriente para la recarga de dicha batería bajo el control de dicho
motor de combustión interna, por lo menos un motor eléctrico
conectado al generador y dispuesto para accionar por lo menos un
elemento de la máquina, tal como una rueda motriz, y medios de
manejo y control para dichos elementos, según la invención dicho
motor de combustión interna está acoplado permanentemente a dicho
generador con objeto de, con la batería normalmente excluida y con
la máquina trabajando en condiciones no particularmente severas,
proporcionar a dicho por lo menos un motor de accionamiento la
energía necesaria para su funcionamiento, más un exceso de
corriente destinado a la carga de la batería, si fuera necesario, a
través de dichos medios.
El generador es preferiblemente de tipo
autorregulable, esto es, dispuesto para proporcionar exactamente la
cantidad de energía necesaria.
Preferiblemente dicho generador de corriente es
capaz de proporcionar una energía igual a la máxima absorbida por
la máquina bajo condiciones de trabajo normales, esto es, con todos
los elementos eléctricos de usuario, tanto principales como
secundarios, activados, más dicho exceso de corriente.
Además, dicha batería, dicho generador y dichos
medios de manejo y control están combinados de tal manera que la
batería trabaja como fuente de energía suplementaria cuando, bajo
condiciones de funcionamiento especialmente severas, la energía
suministrada por el generador es insuficiente.
Todos los objetivos de la invención se alcanzan
mediante la solución anteriormente expuesta.
A este respecto, el motor de arranque y el
generador de corriente constan de los dispositivos usuales
independientes con una función específica, por lo que no vienen
afectados por los problemas de durabilidad y fiabilidad que afectan
al dispositivo eléctrico de arranque de doble función mencionado en
el documento de introducción.
Además, como la batería no constituye la
principal fuente de energía de la máquina sino que, aparte de
cuando la máquina trabaja en ambientes interiores, sólo se utiliza
cuando se presentan condiciones de trabajo severas, por ejemplo al
acometer una pendiente ascendente, puede ser de relativamente baja
potencia, y por tanto de poco peso, con el evidente menor consumo
de energía cualesquiera que sean las condiciones de trabajo de la
máquina.
El motor de combustión interna puede ser de ciclo
diesel o de ciclo otto, y puede ser dimensionado solamente para uso
normal, esto es, para condiciones no particularmente severas.
Preferiblemente es de r.p.m. constantes.
Alternativamente, puede ser de r.p.m. variables,
siendo en este caso preferiblemente controlado por dichos medios de
manejo y control de tal manera que se acelere o desacelere
automáticamente sobre la base de la demanda, con evidente ventaja
en lo referente a consumo, ruido y emisiones.
Las características y detalles constructivos de
la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción siguiente que hace referencia a las figuras de los
dibujos adjuntos, los cuales ilustran una forma de realización
particular preferida de la misma a título de ejemplo no
limitativo.
La Figura 1 es un alzado lateral transparente que
muestra una unidad de propulsión según la invención asociada con un
motor de una barredora.
La Figura 2 es una vista parcial desde arriba de
la figura anterior a escala ampliada.
La Figura 3 es un esquema eléctrico que muestra
las principales conexiones de la invención, en el cual las
conexiones mecánicas se indican con líneas en forma de tres
segmentos llenos situados lateralmente, las conexiones de energía
eléctrica por líneas llenas únicas, y las conexiones de manejo y
control con líneas finas de trazos.
Debe tenerse en cuenta, ante todo, que la
aplicación de la invención a una barredora motorizada 10 tal como
la que se representa, no debe considerarse en modo alguno como
factor limitativo, puesto que la invención es apropiada también
para otras aplicaciones, tales como una máquina para fregar suelos,
una máquina cortacésped o un vehículo para minusválidos.
Expuesto brevemente, la barredora motorizada 10
comprende un bastidor 11, un compartimento del conductor 12, dos
escobas cónicas 13 opuestas a ambos lados en la parte frontal
dotada cada una de ellas de un motor eléctrico 130 y regulable en
altura, una rueda directriz 14 por detrás de las mismas, una escoba
cilíndrica horizontal transversal posterior 15 accionada por un
motor 150, dos ruedas directrices 16 hacia detrás de la misma
accionada por un motor eléctrico 160, y un depósito posterior
colector de barreduras 17 con un filtro correspondiente de
cubrimiento 44 situado dentro del depósito 19.
Dichos motores eléctricos 130, 150 y 160
representan los elementos de usuario que absorben gran parte de la
energía eléctrica en juego durante el uso de la máquina 10,
existiendo otros dispositivos eléctricos de servicio tales como una
unidad de bomba motorizada (no visible) para el accionamiento de la
unidad cilindro-émbolo 18 que abre la capota 19, unidades ópticas,
una unidad de aspiración, una unidad vibratoria del filtro,
cableado completo, un tablero de instrumentos, y medios para el
manejo y control de todo el conjunto de la máquina.
Bajo el asiento 20, que es inclinable por razones
obvias, se encuentra la unidad de propulsión 21 de la invención,
situada en una plataforma soporte 22 dotada de amortiguación.
La unidad de propulsión 21 comprende un motor de
combustión interna 1 que está fijo sobre dicha plataforma 22, y
presenta, enchavetada en su árbol de salida 2, una polea dentada 3
y una corona dentada 4 de dientes exteriores.
Frente a dicho árbol 2 se encuentra un motor de
arranque 5 con el correspondiente piñón deslizante 55 para accionar
la corona dentada 4, y simultáneamente poner en marcha el motor
1.
Dicho motor 5 es de tipo normal, es el sentido de
que una vez que el motor se ha puesto en marcha el piñón dentado 55
retorna a su posición retrasada representada en la Figura 2.
Al costado de dicho motor 5 se encuentra situado
un generador de corriente 6, sobre cuyo árbol giratorio se
encuentra enchavetada una polea dentada 66, pasando una correa sin
fin dentada 7 sobre esta polea 66 y sobre la polea 3 enchavetada
sobre el árbol 2 del motor 1.
En particular, la tensión correcta de la correa 7
se asegura por la oscilación del generador 6 sobre la plataforma 22
mediante un pasador inferior 8, y su oscilación en la parte
superior sobre un brazo 9 con un punto de acoplamiento
regulable.
Se dispone también de una batería recargable y
medios de manejo y control para el conjunto de la máquina 10,
estando situados los mismos, en el ejemplo ilustrado, sobre la
plataforma 22 indicados con las referencias numéricas 77 y 88,
respectivamente.
El generador de corriente 6 está conectado
directamente a la batería 77 por medio de un dispositivo normal de
carga con paro automático 100 (véase Figura 3), y también está
conectado directamente a los servicios (S1, S2, S3 en la Figura 3)
por medio de conmutadores. Igualmente está conectado a los medios de
control electrónicos 88.
La batería 77 está conectada a los servicios o a
los elementos de usuario solamente a través de los medios de manejo
y control 88.
Dichos medios 88 comprenden, en particular, un
sistema de alimentación electrónico, por ejemplo un sistema MOSFET,
un sistema de control electrónico, por ejemplo un sistema
procesador HITACHI HS/3644, un sistema electrónico de
representación, un sistema de control electrónico, y un sistema
periférico electrónico de autodiagnóstico.
El motor de combustión interna 1 puede ser de
ciclo otto o de ciclo diesel.
En el ejemplo ilustrado es de r.p.m. fijas.
Alternativamente puede ser de r.p.m. variables,
para adaptarse automáticamente al aumento o disminución de la
demanda de energía de los elementos de usuario en cada momento,
durante el funcionamiento.
Dicha solución alternativa presenta ventajas
tanto en lo referente a consumo de combustible, puesto que la
cantidad de combustible consumida corresponde exactamente a la
potencia requerida, como en lo referente al ruido por el hecho de
que, a baja velocidad, por ejemplo durante el traslado de la
máquina, el motor 1 gira prácticamente al mínimo de r.p.m.
A continuación se exponen, a título de ejemplo,
las principales características de los principales elementos de
usuario de la barredora motorizada ilustrada 10
- * motor 5: 250 W
- * motor de combustión interna 1: 4100 ó 4900 W
- * generador 6: 2200 ó 2800 W
- * batería 77: 24 V; 80 A, 140 A, 240 A, ó 300 A
- * motor 160: 750 W
- * motor 150: 500 W
- * motor 130: 2 x 90 W
- * unidad de aspiración: 2 x 150 W
- * unidad de vibración del filtro: 2 x 60 W
- * unidad de apertura del depósito: 500 W
La invención funciona de la siguiente manera.
Cuando la máquina se utiliza en interiores, se
excluye el funcionamiento del motor 1 mediante una adecuada señal
enviada desde el compartimento del conductor 12 a los medios 88, y
los elementos de usuario activados son alimentados por la batería
77.
Sin embargo, cuando la máquina se usa en el
exterior, se pone en marcha el motor 1 y el generador 6 produce la
corriente necesaria para alimentar por lo menos los dispositivos
principales de la máquina, más por lo menos un exceso de corriente
para la recarga de la batería 77, en caso necesario.
Cuando la batería 77 ha alcanzado su máximo nivel
normal de carga, se interrumpe la conexión entre la batería y el
generador (para salvaguardar la integridad de la batería) y toda la
corriente producida se aplica en la activación de los elementos de
usuario.
Como se dijo inicialmente, el generador 6 es
capaz, preferiblemente, de generar toda la corriente necesaria para
el funcionamiento de todos los elementos de usuario (tanto
principales como secundarios) de la máquina, además de dicha
corriente en exceso para carga de la batería.
Si las condiciones de trabajo se hacen más
severas de tal manera que el generador no resulte suficiente para
proporcionar la necesaria energía, por ejemplo para acometer una
pendiente bastante empinada, y posiblemente con los elementos de
usuario conectados, el generador 6 (tanto si está acoplado a un
motor de r.p.m. fijas como de r.p.m. variables) proporciona toda la
energía que es capaz de producir, y la batería, como consecuencia
de una orden de los medios electrónicos 88, se conecta al circuito
de alimentación para los elementos de usuario activados, con el fin
de compensar el déficit de energía.
Cuando la expresada situación deja de existir, la
batería se desconecta automáticamente de los elementos de usuario,
y es únicamente el generador el que alimenta dichos elementos de
usuario, activos en aquel momento.
Finalmente, en la Figura 3 el interruptor
automático dispuesto para la puesta en marcha del motor 5 viene
indicado por la referencia numérica 101.
La importancia y las ventajas de la invención han
quedado de manifiesto con la exposición anterior.
Claims (6)
1. Unidad de propulsión para máquinas
automotrices, que comprende un motor de combustión interna (1), un
generador de corriente (6) conectado al mismo, y una batería
recargable (77) conectada a dicho generador, por lo menos un motor
eléctrico (130, 150, 160) conectado al generador y dispuesto para
accionar por lo menos un elemento de la máquina,
caracterizada porque dicho por lo menos un motor eléctrico
(130, 150, 160) está conectado alternativamente a la batería (77) o
al motor de combustión interna/generador (1, 6), realizándose la
conexión a la batería solamente a través de los medios electrónicos
de manejo y control (88) en respuesta a la diferencia entre la
demanda de energía de dicho por lo menos un motor eléctrico (130,
150, 160) y el suministro instantáneo de energía del motor de
combustión interna/generador (1, 6), estando dispuestos dichos
medios electrónicos de manejo y control (88) para excluir además el
motor de combustión interna en respuesta a una orden del
operador.
2. Unidad de propulsión según la reivindicación
1, caracterizada porque dicho generador está dimensionado
para proporcionar corriente en cantidad igual al máximo absorbido
por la máquina en condiciones de activación de todos los elementos
de usuario principales y secundarios, más un exceso de corriente
para la carga de la batería.
3. Unidad de propulsión según la reivindicación
1, caracterizada porque el motor de combustión interna es un
motor de r.p.m. constantes.
4. Unidad de propulsión según la reivindicación
1, caracterizada porque el motor de combustión interna es un
motor de r.p.m. variables.
5. Unidad de propulsión según la reivindicación
4, caracterizada porque la velocidad de giro del motor está
gobernada automáticamente por la absorción de corriente de los
elementos de usuario de los que está dotada la máquina.
6. Máquina automotriz, tal como una barredora
motorizada, caracterizada por estar dotada de una unidad de
propulsión según las reivindicaciones 1 a 5.
Applications Claiming Priority (2)
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