ES2322706T3 - Metodo para recuperar la energia de frenado en un motor hibrido y aparato asociado. - Google Patents

Metodo para recuperar la energia de frenado en un motor hibrido y aparato asociado. Download PDF

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Abstract

Método para recuperar la energía eléctrica generada por el generador eléctrico de un aparato de motor híbrido que comprende un motor de combustión interna, un generador eléctrico y un dispositivo (4) para el tratamiento de los gases de escape de dicho motor de combustión, el cual comprende la generación de energía eléctrica por medio de dicho generador eléctrico, la conversión de dicha energía en calor y la transmisión de dicho calor a dicho dispositivo para el tratamiento de gases de escape, caracterizado por el hecho de que el calor es transferido a un gas que se introduce a continuación en un conducto a través del cual circulan los gases de escape.

Description

Método para recuperar la energía de frenado en un motor híbrido y aparato asociado.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a un método para recuperar la energía generada por un motor eléctrico en un aparato motor híbrido durante el frenado.
Estado de la técnica
Los llamados aparatos motores híbridos, que son una combinación de un motor de combustión interna y un motor eléctrico, han sido desarrollados como un medio para aumentar el rendimiento de los vehículos con motor de combustión interna. El motor eléctrico proporciona energía cuando se necesita efectuar una aceleración adicional o en una escala de bajas revoluciones por minuto, cuando el motor de combustión trabajaría a baja velocidad y altas condiciones de carga, con una eficiencia lejos de ser óptima. Esto hace posible reducir las emisiones.
El motor eléctrico también puede ser usado como generador para generar el momento de torsión de frenado que es útil durante las fases de deceleración y frenado. Sin embargo, durante la fase de frenado se genera y concentra una considerable cantidad de energía eléctrica en un período de tiempo muy reducido; las baterías disponibles, en especial las del tamaño usado en los vehículos, por lo general no son capaces de absorber tales picos de corriente sin sufrir daños. Exponer una de estas baterías a una carga como la producida por un ciclo de frenado regenerativo podría incluso causar una explosión.
Por lo tanto, la energía generada por el frenado normalmente es disipada en forma de calor y no puede ser utilizada.
La patente US 6,363,535 que muestra las características del preámbulo de reivindicación 1 y la EP 603 907 describen vehículos híbridos en los que el exceso de energía eléctrica generado durante el frenado es utilizado, respectivamente, para calentar un convertidor catalítico o para regenerar un filtro de partículas. Un calentador eléctrico situado en la línea de escape de un motor diésel calienta los gases que circulan por el mismo.
Existe aún la necesidad de un mejor control de la temperatura de los gases introducidos en el dispositivo después de tratamiento.
Resumen de la invención
El problema descrito anteriormente ha sido resuelto ahora con un método de acuerdo con la reivindicación 1, en concreto con un método para recuperar la energía eléctrica generada por un generador eléctrico en un aparato motor híbrido, que comprende un motor de combustión interna, un generador eléctrico y un dispositivo para tratar los gases de escape de dicho motor de combustión, método que comprende la generación de energía eléctrica por medio de dicho generador eléctrico, la conversión de dicha energía en calor y la transmisión de dicho calor a dicho dispositivo de tratamiento de los gases de escape.
Dicho dispositivo de tratamiento puede ser, por ejemplo, un filtro de partículas o un convertidor catalítico.
La energía puede ser convertida en calor por medio de un calentador eléctrico específico que puede ser un resistor, un calentador de inducción, un calentador microondas u otro tipo de calentador. El método puede consistir en calentar un gas que circula por el sistema de tratamiento que transfiere el calor allí. Dicho gas es un gas introducido en la línea de gases de escape y que puede mezclarse opcionalmente con el gas de escape.
Según una realización preferida de la invención, la energía eléctrica que se genera por medio del generador eléctrico es suministrada directamente a dicho calentador, en donde es inmediatamente convertida en calor sin ser almacenada en baterías o acumuladores.
Los gases de escape del motor de combustión incluyen también el gas (aire) descargado por el motor durante un posible frenado por descompresión.
La invención se refiere también a un aparato motor híbrido de acuerdo con la reivindicación 6, que comprende:
un motor de combustión;
un generador eléctrico;
un dispositivo para tratar los gases de escape de este motor de combustión;
un calentador eléctrico conectado a dicho generador eléctrico;
un conducto para los gases de escape de dicho motor de combustión;
un tubo (2) para introducir un gas en dicho conducto del gas de escape, dicho calentador eléctrico siendo capaz de calentar un gas en tal tubo de control.
El generador eléctrico puede ser un motor eléctrico que actúa como generador durante el frenado, o, en cualquier caso, un dispositivo capaz de suministrar energía a través de la generación de energía eléctrica (tal como por ejemplo un retardador).
El objeto particular de la invención es lo que se reivindica en las reivindicaciones adjuntas.
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Descripción de las figuras
La invención se ilustrará a continuación mediante una descripción detallada de las realizaciones preferidas pero no exclusivas, facilitadas meramente a modo de ejemplo, en colaboración con la figura 1 adjunta, la cual es un esquema de un aparato adaptado para realizar el método de la presente invención.
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Descripción detallada
Con referencia a la figura 1, en ella se ilustra un esquema de un sistema que completa un aparato motor híbrido, preferiblemente perteneciente a un vehículo y, de más preferencia, a un vehículo industrial, provisto de dispositivos de purificación de gas de combustión. Hay un conducto 1 para los gases de escape procedentes de un motor de combustión interna (por ejemplo, de un motor diésel) a través del cual los gases de escape fluyen en el sentido indicado por las flechas A en una sección que está por encima de los dispositivos de purificación de gas (preferiblemente un filtro de partículas o un convertidor catalítico, que pueden ser, ambos, de tipo convencional).
Dentro del tubo 2 se encuentra el resistor 3 que recibe corriente a partir de un generador eléctrico. Por el tubo 2 se puede hacer circular un gas (por ejemplo, aire) en el sentido mostrado por la flecha B. Tal gas es suministrado de forma apropiada y puede ser introducido a través del tubo 2.
De acuerdo con un aspecto particular de esta invención, el gas, preferiblemente aire, que puede tomarse del exterior, es introducido en el tubo 2 con medios apropiados, como un compresor, por ejemplo, un compresor eléctrico, que puede, por ejemplo, recibir energía de la batería del vehículo o de otra fuente.
Al frenar, el resistor 3 recibe la corriente generada por el generador eléctrico, calentándola. Dicho aire fluye entonces hacia el conducto 1 y después pasa por el dispositivo de tratamiento de gas de combustión 4. Así, el calor generado con el frenado es transferido a dicho dispositivo de tratamiento. Con este método dicho calor puede ser utilizado para regenerar un filtro de partículas, usando por ejemplo, aire caliente.
En este último caso, los gases de escape se pueden mantener a una temperatura elevada para que el calor sea transferido al convertidor catalítico, si lo hubiera, con el objetivo de poder mantener su temperatura lo suficientemente alta para que se pueda asegurar un funcionamiento continuo del mismo, incluso a bajas revoluciones por minuto o en situaciones en las que a menudo se precisa detener el vehículo.
Según otro aspecto de esta invención, el resistor puede ser remplazado con un calentador eléctrico apropiado, tal como por ejemplo un calentador de inducción o microondas, instalado en el tubo 2. El calentador, de cualquier tipo que sea, puede instalarse también fuera o alrededor del conducto 1 o del tubo 2, siempre y cuando sea capaz de calentar el gas de dentro.
A modo de ejemplo, unas temperaturas de al menos 250ºC, y preferiblemente de al menos 300ºC son útiles para limpiar los filtros de partículas. Por ejemplo, estos filtros pueden ser regenerados a 350ºC.
El método según esta invención proporciona un medio válido y económico para regenerar filtros de partículas y/o mantener la temperatura de éstos y otros sistemas de purificación con una mayor continuidad que los ciclos de regeneración (que se llevan generalmente a cabo cuando la caída de presión a través del filtro sobrepasa un determinado nivel), eliminando o reduciendo la necesidad de ejecutar tales ciclos, los cuales consisten en calentar los gases de escape mediante operaciones en la parte de encima del motor (como por ejemplo válvulas bypass del intercambiador, regulación de la proporción de aire/combustible en el turbo de geometría variable) o el uso de aditivos especiales que son normalmente introducidos con el combustible.
Durante el frenado el vehículo normalmente puede generar una considerable cantidad de energía, básicamente en función del peso del vehículo y la velocidad. A modo de ejemplo, un vehículo industrial de 3,5 toneladas puede generar 50 kW y un vehículo de 44 toneladas puede generar 600 kW. Una parte de esta energía puede ser absorbida por el generador eléctrico y usarse como se ha descrito anteriormente. El generador eléctrico y el calentador deben tener, por tanto, las dimensiones apropiadas. De acuerdo con la invención, es posible incrementar la proporción de energía de frenado absorbida por el generador eléctrico, con respecto a otros sistemas (frenos, freno motor, freno por descompresión) que operan en paralelo, ya que esta invención soluciona los problemas de eliminación de dicha energía que no podía ser almacenada en forma de energía eléctrica, como se ha indicado arriba, salvo en una cantidad muy pequeña. Si el método prevé el calentamiento del aire del motor de combustión durante el frenado por descompresión, por ejemplo, la energía de frenado suministrada por los dos sistemas puede equilibrarse, para asegurar unos índices de flujo de aire apropiados en relación al calor generado por el calentador.
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Referencias citadas en la descripción
Este listado de referencias citadas por el solicitante tiene como único fin la conveniencia del lector. No forma parte del documento de la Patente Europea. Aunque se ha puesto gran cuidado en la compilación de las referencias, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza cualquier responsabilidad en este sentido.
Documentos de patentes citados en la descripción
\bullet US 6362535 B
\bullet EP 603907 A

Claims (8)

1. Método para recuperar la energía eléctrica generada por el generador eléctrico de un aparato de motor híbrido que comprende un motor de combustión interna, un generador eléctrico y un dispositivo (4) para el tratamiento de los gases de escape de dicho motor de combustión, el cual comprende la generación de energía eléctrica por medio de dicho generador eléctrico, la conversión de dicha energía en calor y la transmisión de dicho calor a dicho dispositivo para el tratamiento de gases de escape, caracterizado por el hecho de que el calor es transferido a un gas que se introduce a continuación en un conducto a través del cual circulan los gases de escape.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por el hecho de que la energía eléctrica es convertida en calor por medio de un resistor.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por el hecho de que la energía eléctrica es convertida en calor por medio de un calentador de inducción eléctrica o microondas.
4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por el hecho de que dicho dispositivo para el tratamiento de los gases de escape es un filtro de partículas.
5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 4 caracterizado por el hecho de que dicho dispositivo para el tratamiento de los gases de escape es un convertidor catalítico.
6. Aparato motor híbrido que comprende:
un motor de combustión;
un generador eléctrico;
un dispositivo (4) para el tratamiento de los gases de escape de dicho motor de combustión;
un calentador eléctrico (3) conectado a dicho generador eléctrico, caracterizado por el hecho de que comprende un conducto (1) para los gases de escape de dicho motor de combustión, un tubo (2) para introducir un gas en dicho conducto para los gases de escape, y de que dicho calentador eléctrico es capaz de calentar un gas en dicho tubo.
7. Aparato motor de acuerdo con la reivindicación 6 caracterizado por el hecho de que comprende medios para suministrar aire tomado del exterior al conducto para los gases de escape a través de dicho tubo.
8. Aparato motor de acuerdo con la reivindicación 6 diseñado para implementar el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 5.
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