ES2699784T3 - Sistema de tracción para vehículos híbridos - Google Patents

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ES2699784T3 ES14790053T ES14790053T ES2699784T3 ES 2699784 T3 ES2699784 T3 ES 2699784T3 ES 14790053 T ES14790053 T ES 14790053T ES 14790053 T ES14790053 T ES 14790053T ES 2699784 T3 ES2699784 T3 ES 2699784T3
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Abstract

Un sistema (10) de tracción para vehículos, que comprende: - una primera fuente (22) de alimentación de tipo no reversible; - una segunda fuente (18) de alimentación de tipo reversible; - una transmisión (100) que está conectada a la primera fuente (22) de alimentación y a la segunda fuente (18) de alimentación y que incluye un primer dispositivo (34) diferencial conectado o conectable a la primera fuente (22) de alimentación y a la segunda fuente (18) de alimentación y a un eje (30) de un vehículo; en el que la transmisión (100) comprende un variador (56) de velocidad, interpuesto entre la primera fuente (22) de alimentación y el primer dispositivo (34) diferencial, que comprende: - un dispositivo (246) de variación continua de velocidad; - un segundo dispositivo (42) diferencial conectado al dispositivo (246) de variación continua de velocidad, a la primera fuente (18) de alimentación, y al primer dispositivo (34) diferencial; mediante el que el dispositivo (246) de variación continua de velocidad es de tipo rueda de fricción toroidal y comprende: - un disco (266) de fricción de entrada conectado a la primera fuente (18) de alimentación, - un disco (270) de fricción de salida conectado al segundo dispositivo (42) diferencial, y - al menos dos miembros (268) de rodillo de fricción que oscilan libremente; teniendo los discos (266, 270) de fricción de entrada y de salida una superficie de fricción de forma toroidal y teniendo los miembros (268) de rodillo de fricción que oscilan libremente una superficie de fricción conformada en la forma de una cúpula esférica; caracterizado porque al menos uno de los discos (266, 270) de fricción es capaz de desplazarse a lo largo de una dirección radial del disco de fricción y porque comprende además un par de discos (266', 266") intermedios, siendo cada uno de los discos (266', 266") intermedios capaz de moverse a lo largo de una dirección radial del disco intermedio, siendo un disco (266') intermedio capaz de moverse a lo largo de una dirección que es perpendicular a la del otro disco (266") intermedio, con lo que el disco (266) de fricción está soportado por los discos (266', 266") intermedios.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema detracción para vehículos híbridos
La presente invención se refiere a un sistema de tracción para vehículos híbridos, que incluye al menos una transmisión continuamente variable de tipo de relación toroidal, del tipo descrito en el preámbulo de la reivindicación principal y un procedimiento para el accionamiento de un sistema de tracción para vehículos híbridos.
En el sector de la automoción y el sector de la maquinaria industrial, se sabe de una pluralidad de sistemas de tracción híbridos, que comprenden un motor de combustión interna, un motor eléctrico, una transmisión para conectar los motores a las ruedas de un vehículo y un dispositivo de control para controlar los motores y la transmisión.
Entre los sistemas híbridos conocidos, algunos utilizan una transmisión continuamente variable (CVT) de tipo toroidal. Por lo general, en estos sistemas, la CVT toroidal es del tipo con un rodillo oscilantes, cuya dirección de carga en el lugar de contacto oscila de forma integral con el propio rodillo. Esto representa una enorme desventaja porque el par que se puede transmitir a partir de esa CVT toroidal disminuye progresivamente de forma asintótica con un aumento en la velocidad del eje de accionamiento y, por lo tanto, se adapta mal a las tensiones que se introducen desde el vehículo, desde el motor endotérmica o desde el motor eléctrico. Para compensar esa deficiencia convencional de la CVT toroidal existente antes mencionada, algunos constructores de han visto obligados a poner en práctica algunos sistemas auxiliares, que son muy caros y no muy fiables, para limitar el par que se introduce en la CVT toroidal, y otros sistemas para variar la fuerza normal entre los elementos giratorios de esas CVT toroidales. En particular, el sistema para variar la carga entre los elementos de esas CVT toroidales proporcionan el uso de una bomba de aceite, una válvula proporcional y una pieza compleja de software de gestión. El uso de la bomba hidráulica es enormemente desfavorable, puesto que conlleva un consumo continuo de energía. Normalmente, en los sistemas de tracción híbridos existentes, el motor eléctrico se conecta a las ruedas por medio de una relación de transmisión fija, siendo por tanto imposible para el sistema de control controlar la velocidad del motor eléctrico independientemente de la velocidad dl vehículo. Esto es una desventaja para la eficacia global del vehículo puesto que la velocidad del motor eléctrico depende de la velocidad del vehículo y no puede, por tanto, mantenerse en el valor correspondiente a la salida máxima del motor eléctrico.
Además, en los mismos sistemas de tracción híbridos conocidos, el motor endotérmico se conecta a las ruedas con una serie de relaciones de transmisión fijas siendo, en consecuencia, necesario utilizar un sistema complejo para controlar el motor endotérmico que es capaz de controlar tanto la velocidad como el par entregado. Puesto que el par suministrado por el motor endotérmico podría dañar la CVT toroidal inmediatamente corriente abajo, esto da como resultado que ambos sistemas de control, el sistema del motor y el sistema para limitar el momento que se introduce en la CVT, tengan que interactuar y comunicarse entre sí. La complejidad de estos sistemas de control auxiliares es, inevitablemente, una fuente de altos costes y falta de fiabilidad.
Los sistemas de tracción híbridos conocidos que no utilizan un CVT, traen consigo otra desventaja de que se aplica al motor de combustión interna una caja de cambios con relaciones de transmisión discretas que provoca una disipación significativa de energía durante las etapas de cambio. Además, el motor de combustión interna tiene que variar continuamente su velocidad para adaptarse a las condiciones de marcha del vehículo, operando de ese modo a la velocidad correspondiente al consumo mínimo específico de combustible solo durante períodos limitados. Esto implica otra reducción en la eficacia global del vehículo.
Además, en los sistemas de tracción híbridos conocidos, se proporcionan condiciones de operación, normalmente a baja velocidad, en los que el motor de combustión interna está en funcionamiento neutro, o se desconecta de la transmisión. En esas condiciones, las ruedas del vehículo reciben energía exclusivamente del motor eléctrico, que tiene por tanto que estar adecuadamente sobre-dimensionado, con un aumento resultante en las dimensiones y los costos.
Para resolver el problema, algunos sistemas de tracción híbridos proporcionan un dispositivo para frenar la salida del motor de combustión interna para evitar condiciones de operación de funcionamiento neutro. Sin embargo, ese dispositivo tiene la desventaja de disipar energía cinética cada vez que se acciona; con una reducción resultante en la eficacia global del vehículo.
En otros sistemas de tracción híbridos en los que el motor de combustión está siempre conectado a la transmisión, en las condiciones de operación antes mencionadas a baja velocidad siempre que complete la parada completa del vehículo, el miembro de la transmisión conectado al motor de combustión no incluye la condición de operación en la que la relación de transmisión del miembro antes mencionado es tal como para determinar un valor de cero de la velocidad de ese miembro. En esos sistemas, se aplica fricción para desconectar el motor endotérmico del resto de la transmisión y un freno para detener el miembro antes mencionado en las operaciones de parada antes mencionadas. El uso de la fricción y un freno da como resultado un aumento significativo en los costes, los requisitos espaciales de transmisión y potencia se han disipado sin realizar un trabajo útil para la tracción del vehículo.
En esos sistemas, si se utiliza un dispositivo de frenado adicional, que se conecta a las ruedas del vehículo, cuando el vehículo está apagado, es ventajosamente posible arrancar el motor de combustión mediante el accionamiento y el giro del motor eléctrico. De hecho, puesto que la relación de transmisión antes mencionada del miembro conectado al motor de combustión no siempre asume el valor de cero en todas las condiciones de operación y la velocidad del miembro no es cero, el movimiento del motor eléctrico se transmite directamente al motor de combustión para ponerlo en marcha. Esos sistemas de tracción híbridos tienen, sin embargo, la desventaja de que, durante las etapas de desaceleración del vehículo, una porción de la energía cinética del vehículo se transmite inevitablemente de las ruedas al motor de combustión por medio del miembro conectado a las mismas debido a que el miembro no siempre asume un valor de cero para la velocidad de giro. Como es conocido, el motor de combustión no es reversible y por lo tanto la energía transmitida al mismo durante las etapas de desaceleración del vehículo se dispersa completamente por medio de la disipación y la eficacia global del vehículo no es satisfactoria.
Entre las CVT toroidales que tienen algunas de las desventajas expuestas anteriormente, se exponen, en particular, entre aquellas en las que la dirección de giro del eje secundario y del eje de accionamiento se oponen, aquella descrita en la patente EP1061286 A1 de Torotrak Dev LTD, titulada "Mecanismo de accionamiento para transmisión infinitamente variable". En esa CVT toroidal, la dirección de la carga entre los elementos giratorios oscila junto con la oscilación del rodillo. Esa geometría produce un valor del par en el eje secundario que disminuye progresivamente asintóticamente con el aumento en la velocidad de giro del eje secundario y, por consiguiente, se adapta mal a las tensiones que surgen desde el vehículo, el motor eléctrico y el propio motor endotérmico.
Otro ejemplo de un motor híbrido provisto de una CVT toroidal se describe también en la solicitud de patente internacional WO 2008/095116.
El documento WO2011092643 describe un sistema de tracción para vehículos híbridos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
El problema técnico abordado por la presente invención es proporcionar un sistema de tracción para vehículos híbridos que incluyen al menos una nueva CVT que no tiene una caja de cambios con relaciones de transmisión discretas, fricción o frenos y que se configura estructuralmente para superar todos las desventajas establecidas con referencia a la técnica anterior conocida, asegurando un aumento de la eficacia global del vehículo en todas las condiciones de uso.
Otro problema abordado por la presente invención es proporcionar un procedimiento para el accionamiento de un sistema de tracción para vehículos híbridos que se configura funcionalmente para garantizar la eficacia global óptima del vehículo en todas las condiciones de uso.
Estos problemas y otros problemas que se expondrán más claramente a continuación son resueltos por la invención con un sistema de tracción del tipo que incluye al menos una CVT toroidal que se construye de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
Las características y ventajas de la invención se apreciarán más claramente a partir de la descripción detallada de algunas realizaciones que se ilustran a modo de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la Figura 1 es un diagrama funcional de un sistema de tracción para vehículos híbridos, que incluye al menos una CVT toroidal de acuerdo con la presente invención;
- la Figura 2 es una vista esquemática de una variante de construcción de un sistema de tracción para vehículos híbridos, que incluye al menos una CVT toroidal, en la que algunas funciones se han omitido con respecto a la Figura 1;
- la Figura 3 es una vista esquemática de un sistema de tracción para vehículos híbridos, que incluye al menos una CVT toroidal, de acuerdo con la presente invención, que comprende todas las funciones de la Figura 1; - la Figura 4 es una vista frontal esquemática de la geometría de la CVT toroidal de acuerdo con la presente invención;
- las Figuras 5A a 5E son vistas esquemáticas de acuerdo con una vista lateral de la geometría de la CVT toroidal de la Figura 3 en diversas relaciones de transmisión;
las Figuras 6A y 6B son dos gráficos que ilustran la correlación entre el par transmitido y la relación de transmisión y entre la potencia transmitida y la relación de transmisión en la CVT toroidal de acuerdo con la presente invención, respectivamente;
las Figuras 7A y 7B son una vista frontal esquemática y una vista lateral esquemática, respectivamente, de la geometría de la CVT toroidal de la presente invención;
las Figuras 8A y 8B son una vista frontal esquemática y una vista lateral esquemática, respectivamente, de la geometría de la CVT toroidal de la presente invención de acuerdo con una realización adicional;
las Figuras 9A y 9B son dos vistas frontales esquemáticas parciales de la CVT toroidal de la Figura 8A que muestran la CVT en un estado liberado y con par aplicado, respectivamente.; y
la Figura 10 es un gráfico que ilustra la correlación entre el par aplicado en un primer y segundo discos de fricción toroidales y la relación de transmisión de acuerdo con la presente invención.
En las Figuras 1, 2 y 3, se designa en general con el número de referencia 10 un sistema de tracción para vehículos.
El sistema 10 de tracción comprende una primera fuente 22 de alimentación, una segunda fuente 18 de alimentación y una transmisión 100 que se conecta a la primera y segunda fuentes 22, 18 de alimentación.
La primera fuente 22 de alimentación es de tipo no reversible y se constituye, por ejemplo, en las variantes de construcción de las Figuras 2 y 3, por un motor de combustión interna que se conecta a un eje 81 de transmisión para el movimiento proporcionado en la transmisión 100.
En otras variantes de construcción posibles de la invención, la primera fuente 22 de alimentación se constituye por una turbina de gas, una turbina de vapor u otra fuente de alimentación no reversible.
La segunda fuente 18 de alimentación es del tipo reversible y se constituye, por ejemplo, en las variantes de construcción de las Figuras 2 y 3, por un motor eléctrico de corriente alterna que se conecta a la transmisión 100 por medio de un eje 14 de salida de movimiento. En otras variantes de construcción posible, la segunda fuente 18 de alimentación se constituye por un motor eléctrico de corriente continua, o mediante un compresor de aire o un conjunto de motor y bomba de fluido dinámico o cualquier otra fuente de alimentación reversible. Hay opcionalmente interpuesto entre la segunda fuente 18 de alimentación y el eje 14 una serie de engranajes 26 (ilustrados solo esquemáticamente en la Figura 1).
La segunda fuente 18 se puede operar tanto para transmitir potencia a la transmisión 100 como para recibir energía de la misma, a través del eje 14. En este segundo procedimiento de operación, la potencia transmitida de la transmisión 100 a la segunda fuente 18 se utiliza para recargar un acumulador 54 con energía.
En las variantes de las Figuras 2 y 3, el acumulador 54 se constituye por una batería que se conecta eléctricamente al motor 18 eléctrico por medio de un inversor 20 que se interpone entre los mismos. En la práctica, el motor 18 eléctrico se alimenta con la batería 54 a través del inversor 20 cuando se transmite la potencia a la transmisión 100 y opera como un generador eléctrico cuando se recibe energía de la transmisión 100, recargando la batería 54.
En las otras variantes de construcción posibles, el acumulador 54 se selecciona de manera que sea compatible con la segunda fuente 18 de alimentación. Por ejemplo, si la segunda fuente 18 de alimentación es un compresor de aire o un conjunto de un motor y bomba de fluido dinámico, se utilizará un acumulador de fluido dinámico.
La transmisión 100 incluye un primer dispositivo diferencial 34 con un primer miembro 50 que se conecta a la primera fuente 22 de alimentación a través de un variador 56 de velocidad, un segundo miembro 118 que se conecta a la segunda fuente 18 de alimentación y un tercer miembro 130 que se conecta a un eje 30 de un vehículo terrestre (no ilustrado).
En otras variantes de construcción posibles, el primer miembro 50 se conecta a la segunda fuente 18 de alimentación mientras que el segundo miembro 118 se conecta a la primera fuente 22 de alimentación.
El eje 30 se conecta a una o más ruedas 38 de accionamiento.
Cada uno de los miembros 50, 118 y 130 del diferencial 34 se pueden utilizar tanto como una entrada como, como una salida de movimiento para la recepción o transmisión de potencia de/a el eje al que se conecta, respectivamente.
La transmisión 100 comprende un variador 56 de velocidad que se interpone entre el primer miembro 50 del diferencial 34 y la primera fuente 22 de alimentación. Por medio del variador 56 de velocidad, es posible variar de manera continua la relación de transmisión entre el eje 81 y el primer miembro 50 del diferencial 34. El variador 56 de velocidad en su configuración más completa comprende al menos dos transmisiones 44 y 48 que se conectan paralelas entre sí, una transmisión 246 con variación continua toroidal (indicada a continuación como CVT toroidal en aras de brevedad) que se conecta en serie a la transmisión 44 y en consecuencia paralela a la transmisión 48 y un segundo diferencial 42.
El segundo miembro 118 se conecta directamente al eje 14.
El tercer miembro 130 comprende un dentado 32 exterior que engrana con una rueda 132 dentada que se une fijamente al eje 30.
En el ejemplo de construcción de las Figuras 2 y 3, el diferencial 34 es de tipo epicíclico, en el que el primer miembro 50 se constituye por una corona dentada que está provista de un dentado 122 interior, el segundo miembro 118 se constituye por un piñón sol y el tercer miembro 130 se constituye por un engranaje planetario portasatélites, en el que se soporta de forma giratoria una pluralidad de engranajes 126 planetarios dentados. Los engranajes 126 planetarios se acoplan tanto con el dentado 122 interior como con el piñón 118.
El diferencial 34 mencionado se forma además por el primer miembro 50 de conexión entre el anillo 122 epicicloidal y el motor 22 de combustión, por el segundo miembro 118 de conexión entre el piñón sol y el motor 18 eléctrico y por el tercer miembro 130 de conexión entre el engranaje planetario portasatélites del propio diferencial y el eje 30, como se ilustra en las Figuras 2 y 3.
En una posible variante de construcción del diferencial 34 (no presente en las Figuras 2 y 3), el primer miembro 50 se conecta al piñón sol, el segundo miembro 118 se conecta al anillo 122 epicicloidal y el tercer miembro 130 se conecta al engranaje planetario portasatélites del propio diferencial.
En ambas posibles variantes de construcción, el tercer miembro 130 conecta el engranaje planetario portasatélites del diferencial 34 en el eje 30.
En otras variantes de construcción posibles de la invención, el diferencial 34 es de otro tipo de construcción, por ejemplo, con engranajes cónicos o engranajes epicicloidales que tienen más de una etapa.
Para las propiedades conocidas de los diferenciales epicicloidales, las magnitudes características del diferencial 34 se conectan por las relaciones A, B, C, D y E, que se exponen a continuación:
A) Z u g N i i s Z 122N50 — ( Zi 118 + Z i 22 ) N i 30 , donde:
Z118 es el número de dientes del piñón 118,
Z122 es el número de dientes del dentado 122 interior,
N118 es la velocidad de giro del piñón 118 sol y el eje 14,
N50 es la velocidad de giro de la corona 50 dentada,
N130 es la velocidad de giro del engranaje 130 planetario portasatélites.
B) T130 - T u s (Z118 Z122) / Z 118 1
C) T50 = Ti3G - T 11 8 /
D) T 50 = T u s ( Z 12 2 / Z 118 ) r E) P5O P l l 8 = P l 30
donde:
T130 es el par del engranaje 130 planetario portasatélites,
T50 es el par de la corona 50 dentada epicicloidal,
T 118 es el par del piñón 118 sol,
P50 es la potencia transmitida por el miembro 50,
P118 es la potencia transmitida por el miembro 118,
P130 es la potencia transmitida por el miembro 130.
En las relaciones A, B, C y D, la dirección de la velocidad de giro y el par de cada miembro se consideran convencionalmente como positivos en sentido horario para un observador situado a lo largo de los ejes de giro del miembro 50 y el miembro 118 que se dirige hacia el diferencial 34. La velocidad de giro y el par del miembro 130 se consideran convencionalmente como positivos en el sentido horario para un observador que se coloca a lo largo del eje de giro 130 y que está observando lejos del diferencial 34 hacia el elemento 130. Se considera que la potencia es positivo cuando se transmite del miembro 50 y del miembro 118 al diferencial 34 y de allí al miembro 130.
El valor de la potencia transmitida desde cada miembro es positivo cuando la velocidad de giro y el par tienen la misma dirección. Por ejemplo, cuando N130 y T130 son ambos en sentido horario o ambos en sentido antihorario, la potencia transmitida por el diferencial 34 con el miembro 130 es positiva. Cuando, sin embargo, N130 está en la dirección opuesta con respecto a T130, la potencia transmitida por el miembro 130 al diferencial 34 es negativa, o se transmite del eje 30 al diferencial 34. Se sabe que el primer procedimiento de operación se realiza normalmente aproximadamente cuando las fuentes 18 y 22 de alimentación descargan todas potencias al vehículo para la aceleración del mismo, mientras que el segundo procedimiento de operación es provocado cuando el vehículo, durante una operación de reducción de velocidad, descarga la energía cinética del mismo, recargando el acumulador 54.
Consideraciones similares pueden aplicarse a los miembros 50 y 118 o cuando la velocidad de giro y el par tienen el mismo signo, la potencia transmitida por el miembro único en el diferencial 34 se introduce, y, por otra parte, cuando la velocidad de giro y el par tienen direcciones opuestas, la potencia transmitida por cada miembro se descarga del diferencial y se desplaza hacia las fuentes 22 y 18 de alimentación.
Como puede verse en la Figura 2, la CVT 246 toroidal se conecta al eje 81 que actúa con respecto a la CVT 246 como un eje de entrada o de salida para el movimiento.
El variador 56 de velocidad comprende, además, una transmisión 44 que se conecta en serie a la CVT 246 toroidal. Esa transmisión 44 es preferentemente del tipo que tiene una sola relación de transmisión discreta.
El variador 56 de velocidad comprende una transmisión 48 que se conecta en paralelo al miembro que se constituye por la conexión en serie entre la transmisión 44 y el dispositivo 246. Esa transmisión 48 es del tipo con una sola relación de transmisión discreta.
La CVT toroidal comprende al menos un primer disco 266 de fricción toroidal que se conecta mecánicamente al eje 81 y que, en consecuencia, se indicará también a continuación como el disco de fricción toroidal de entrada, y un segundo disco 270 de fricción toroidal que se conecta al primer disco 266 de fricción toroidal por medio de al menos dos miembros 268 de rodillo que tienen una superficie esférica del tipo con una posición oscilante. El segundo disco 270 de fricción toroidal se conecta a un eje 272 para transmitir la potencia que se introduce o sale, de acuerdo con los procedimientos de operación del variador 56. En consecuencia, se ha indicado también el segundo disco de fricción toroidal a continuación como un disco e salida fricción toroidal. Los discos 266 y 270 de fricción toroidales se disponen coaxialmente y tienen una dirección de giro opuesta uno con respecto al otro. Cabe señalar que de acuerdo con una realización preferida, la CVT de la presente invención comprende al menos tres miembros 268 de rodillo.
Esto es particularmente ventajoso puesto que mejora la estabilidad del sistema.
De hecho, el uso de tres o más rodillos en contacto con el disco de fricción permite crear una restricción dinámica para evitar que el disco de fricción se mueva en una dirección perpendicular referida a la carga radial de rodillo. En este caso, el disco de fricción se verá obligado a permanecer en su posición central de giro y ningún movimiento perpendicular será posible.
De acuerdo con otra realización preferida, los tres rodillos se disponen a 120 grados entre sí.
Con referencia de nuevo a las Figuras 4 y 5, el dispositivo 246 es capaz de variar la relación de transmisión entre los ejes 81 y 272 de una manera continua con las oscilaciones de los miembros 268 de rodillo que tienen una superficie esférica. El dispositivo 246 es reversible o capaz de transmitir potencia tanto del eje 81 al eje 272 como, viceversa, del eje 272 al eje 81.
En la variante de construcción más completa de la Figura 3, el variador 56 de velocidad comprende una transmisión 44 con una relación de transmisión discreta, que se dispone en serie con el dispositivo 246, incluyendo al menos una primera rueda 90 dentada, un eje 92 y una segunda rueda 94 dentada, que se conectan en serie con el eje 272 y que son capaces de transmitir la potencia que se recibe o se emite desde el eje 272 de acuerdo con los procedimientos de operación del variador 56.
Como ya se ha indicado anteriormente, la Figura 1 ilustra de manera esquemática el dispositivo que ilustra esquemáticamente el sistema de acuerdo con la presente invención en la variante más completa, en la que la transmisión 48 que es siempre del tipo que tiene una relación de transmisión discreta se dispone en paralelo con los dispositivos 246 y 44, se conecta al eje 81 y es capaz de transmitir la potencia que se recibe o emite desde el eje 81 de acuerdo con los procedimientos de operación del variador 56.
Las transmisiones 44 y 48 se pueden invertir o son capaces de transmitir potencia tanto del dispositivo 246 o el eje 81 al diferencial 42 y, viceversa, del diferencial 42 al dispositivo 246 o el eje 81.
Como ya se ha indicado, la variante de la Figura 3 es un caso particular de la Figura 1 de la presente invención en la que se omiten los dispositivos 26 y 48.
Sin embargo, la variante de la Figura 2 es un caso particular de la Figura 1 de la presente invención en la que los dispositivos 26, 44 y 48 se omiten.
De manera similar a la convención adoptada para el diferencial 34, la transmisión de la potencia de la CVT 246 toroidal al diferencial 42 se realiza cuando las direcciones de la velocidad de giro y del par del eje 272 son síncronas, y viceversa, del diferencial 42 a la CVT 246 toroidal cuando las direcciones antes mencionadas se oponen.
Con referencia a las relaciones B, C y D expuestas anteriormente, el par sobre el miembro 112 del diferencial 42 es en consecuencia positivo cuando el vehículo está acelerando o se encuentra a velocidad constante, y es negativo cuando está desacelerando. De la misma manera, el par en el eje 272 es positivo en las dos primeras condiciones de operación y negativo en la tercera condición de operación del vehículo.
En las variantes de construcción de las Figuras 2 y 3, la dirección de giro del eje 272 es siempre en oposición a la del eje 81 y el disco 266 de fricción toroidal. Como resultado, la dirección de giro del miembro 98 es siempre opuesta a la del miembro 102.
En los ejemplos de todas las Figuras 1, 2, 3, 4 y 5, la CVT 246 toroidal invierte la dirección del movimiento del disco 270 de fricción toroidal con respecto al disco 266 de fricción toroidal.
En los ejemplos de las Figuras 2 y 3, el segundo diferencial 42 es de tipo epicicloidal y está provisto de tres miembros 98, 102, 112 que se conectan a la transmisión 44 (en el eje 272 en el ejemplo de la Figura 2 ), al eje 81 y al primer miembro 50 del diferencial 34, respectivamente. La transmisión 44 comprende dos ruedas 90, 94 dentadas que se unen fijamente a los extremos axiales opuestos de un eje 92 donde se acoplan con una rueda 272 dentada que se une fijamente al disco 270 de fricción toroidal y con un dentado 97 que se proporciona sobre el miembro 98 del diferencial epicicloidal, respectivamente.
En los ejemplos de las Figuras 2 y 3, el variador 246 se conecta al engranaje de anillo epicicloidal del diferencial 42 y el engranaje planetario portasatélites es el elemento de conexión entre el segundo diferencial 42 y el primer diferencial 34.
En otras variantes de construcción posibles (no ilustradas) de los ejemplos de las Figuras 2 y 3, el miembro 98 del diferencial 42 se conecta al eje 81, mientras que el miembro 102 se conecta a la transmisión 44 (en el eje 272 en el ejemplo de la Figura 2).
En aquellas otras variantes de construcción posibles (no ilustradas) de los ejemplos de las Figuras 2 y 3, el variador 246 se conecta al piñón sol del diferencial 42, mientras que el engranaje planetario portasatélites sigue siendo el elemento de conexión entre el diferencial 42 y el diferencial 34.
En los ejemplos de las Figuras 2 y 3, el miembro 98 del segunda diferencial 42 epicicloidal se constituye por una corona dentada coaxial en el eje 272 que comprende en un extremo axial del mismo una superficie cilíndrica exterior, en la que se produce el dentado 97 exterior y una superficie cilíndrica interior y, en el lado axialmente opuesto al dentado 97 exterior, un dentado 106 interior. El miembro 102 se constituye por un piñón sol que se une fijamente al eje 81 y el miembro 112 se constituye por un engranaje planetario portasatélites, al que se conectan de forma giratoria una pluralidad de engranajes 110 planetarios. Los engranajes 110 planetarios engranan tanto con el piñón 102 y con el dentado 106 interior.
En otras variantes de construcción posibles (no ilustradas), el diferencial 42 epicicloidal pueden ser de un tipo de construcción diferente, como, por ejemplo, con engranajes que son cónica, o de tipo epicicloidal con una pluralidad de etapas.
Para las propiedades cinemáticas conocidas de los diferenciales epicicloidales, las magnitudes características del diferencial 42 se conectan con la relación F, que se expone a continuación:
F) Z102N102 Z106N98 = (Z102 Z 1 o 6 ) N i 12 / donde:
Z102 es el número de dientes del piñón 102 sol,
Z106 es el número de dientes del dentado 106 interior,
N102 es la velocidad de giro del piñón 102 sol,
N98 es la velocidad de giro de la corona 98 dentada,
N112 es la velocidad de giro del engranaje 112 planetario portasatélites.
El primer miembro 50 del diferencial 34 comprende un dentado 124 exterior que se acopla con un dentado 114 exterior que se dispone en el engranaje 112 planetario portasatélites del diferencial 42. Por medio de los engranajes que comprenden los dentados 114, 124, el primer miembro 50 recibe o transmite el movimiento de/al variador 56 por medio del diferencial 42, respectivamente.
Las Figuras 4 y 5A-E ilustran la CVT 246 toroidal en mayor detalle.
La CVT 246 toroidal es capaz de variar la relación de transmisión entre los ejes 81 y 272 de manera continua por medio de las oscilaciones de los miembros 268 de rodillo con una superficie esférica.
En las Figuras 5A a 5E, se designan 301 y 303 dos radios principales de curvatura de la superficie esférica de los miembros 268 de rodillo en la posición de contacto con el disco 266 y 270 de fricción toroidal, respectivamente. Puesto que la superficie de fricción de los miembros 268 de rodillo es de tipo esférica, los dos radios 301 y 303 principales son de iguales dimensiones. En las mismas Figuras, se designan 302 y 304 los dos radios principales de curvatura de la superficie de contacto del disco 266 de fricción toroidal (también correspondientes a los del disco 270) en el lugar de contacto con los miembros 268 de rodillo. El radio 302 es de tipo convexa mientras que el radio 304 puede ser cóncavo (como se indica en las Figuras) o convexo, o puede asumir un valor infinito cuando la superficie del no o más discos 266 y/o 270 de fricción toroidales es de tipo cónica.
En el ejemplo de las Figuras 4 y 5, los discos 266 y 270 de fricción toroidales tienen superficies de fricción simétricas, para las que los radios 302 y 304 tienen las mismas dimensiones y concavidad para ambos discos 266 y 270 de fricción toroidales. En otras variantes posibles de la CVT 246 toroidal (no ilustradas en las Figuras), los radios 302 y 304 pueden tener diferentes valores si los discos 266 y 270 de fricción toroidales tienen una superficie de fricción con diferente geometría.
En la Figura 4, se designa 306 el ángulo si entre la línea que es tangente a la superficie de fricción en la posición de contacto y el eje de giro del disco 266 de fricción toroidal. Se designa 308 el ángulo s2 entre la línea tangente a la superficie de fricción en la posición de contacto y el eje de giro del miembro 268 de rodillo.
Para un observador que se coloca a lo largo del eje de giro del disco 266 de fricción toroidal y que está mirando a la CVT 246 toroidal, el giro del disco 266 antes mencionado se considera convencionalmente como positivo si el disco 266 gira en sentido horario. Para un segundo observador que se coloca en el vértice del ángulo 308, porque no hay ningún deslizamiento entre las superficies de contacto del disco 266 y el miembro 268 de rodillo, una dirección positiva corresponde a una dirección de giro positiva del disco 266, es decir, una dirección de giro en sentido horario del miembro 268 de rodillo. Para el mismo primer observador a lo largo del eje de giro del disco 266 de fricción toroidal que está mirando la CVT 246 toroidal, porque no hay ningún deslizamiento entre las superficies de contacto del miembro 268 de rodillo y el disco 270, una dirección negativa corresponde a una dirección de giro positiva del miembro 268 de rodillo, es decir, una dirección de giro en sentido antihorario del disco 270. Puesto que los discos 266 y 270 se disponen coaxialmente, existe una característica funcional de la CVT 246 toroidal presente en que los discos mencionados tienen direcciones de giro opuestas entre sí.
En las Figuras 5A-E, la fuerza aplicada a la ubicación de contacto entre el disco 266 y el miembro 268 de rodillo se designa con el número 310. En la CVT 246 toroidal de la presente invención, la fuerza 310 se supone que es una entidad constante independientemente de la variación en la relación de transmisión del dispositivo 246.
Debe además observarse que en la CVT 246 toroidal del sistema de acuerdo con la presente invención, el ángulo 306 entre la línea tangente a la superficie de fricción en la posición de contacto y el eje de giro del disco 266 de fricción toroidal se mantiene constante para cada relación de transmisión de la CVT, mientras que el ángulo 308 entre la línea antes mencionada y el eje de giro del miembro 268 de rodillo varía de acuerdo con la variación de la relación de transmisión de la CVT.
En las Figuras 5A-5E, se designa 312 el diámetro de contacto entre el miembro 268 de rodillo y el disco 266 o 270 toroidal que se coloca en el propio disco, que no varía de acuerdo con la variación de la relación de transmisión de la CVT toroidal.
Puesto que los radios 301, 302, 303 y 304 principal para la fuerza de contacto en el lugar de contacto de las superficies 310 de fricción permanecen sin cambios, de acuerdo con la variación de la relación de transmisión de la CVT 246 toroidal, como se ha descrito anteriormente, es evidente que la tensión hertziana (presión específica en el lugar de contacto) en el lugar de contacto se mantendrá constante a cualquier valor de la relación de transmisión que la CVT 246 toroidal asuma. Como resultado, de manera ventajosa, a un valor constante de la fuerza de contacto 310, corresponderá a una tensión hertziana constante que es de dimensiones adecuadas por encima del límite de fatiga del material del miembro 268 de rodillo y los discos 266 de fricción toroidal y 270; distribuyendo, como se ha explicado anteriormente, con el uso de dispositivos auxiliares complejos y costosos la variación de la fuerza 310. En las CVT toroidales conocidas y también en la presente invención 246, hay un coeficiente de fricción admisible entre las superficies de contacto que permanecen fundamentalmente sin cambios. El coeficiente de fricción mencionado anteriormente establece la carga tangencial máxima y el par que se puede transmitir por los discos 266 y 270 de fricción toroidales. Como resultado de lo anterior, ese valor máximo del par que se puede transmitir por los discos 266 y 270 de fricción toroidales permanece constante independientemente de la relación de transmisión de la CVT 246 toroidal.
En el ejemplo de las Figuras 5A-5E, las relaciones de transmisión indicadas entre R = 0,38693 y R = 1,0 indican una reducción en la velocidad de giro del disco 270 de fricción toroidal con respecto al disco 266. Como resultado de la ley de conservación de potencia, el par transmitido por el disco 270, con respecto al par transmitido por el disco 266, es inversamente proporcional a la relación de transmisión establecida anteriormente, para la que es más alta como un valor absoluto. Como resultado, el momento máximo que se puede transmitir por la CVT 246 toroidal, medido en el disco 270, se corresponde con el par máximo que se puede transmitir por el mismo disco 270 toroidal. En el ejemplo de la gráfica de la Figura 6A, donde el par está indicado en Nm en el disco 270 como una función de la relación de transmisión de la CVT 246 toroidal de la presente invención, para la reducción de los valores de la relación de transmisión (de R = 0.38 a R = 1.0), el valor del par es constante e igual al máximo permitido en el propio disco 270.
Consideraciones similares pueden aplicarse para las relaciones de transmisión entre R = 1,0 y R = 2,5844, que por lo tanto indican un múltiplo de la velocidad de giro del disco 270 de fricción toroidal con respecto al disco 266. Como resultado de la ley de conservación de energía, el par transmitido por el disco 270, con respecto al par transmitido por el disco 266, es inversamente proporcional a la relación de transmisión establecida anteriormente, para lo que es inferior como un valor absoluto. Como resultado, el momento máximo que se puede transmitir por la CVT 246 toroidal, medido en el disco 270, se corresponde con el par máximo que se puede transmitir por el disco toroidal 266 dividido entre la relación de transmisión R anteriormente. En el ejemplo de la gráfica de la Figura 6A, para reducir los valores de la relación de transmisión (de R = 1,0 a R = 2,59), el valor del par en el disco 270 disminuye en proporción inversa a la relación R de transmisión.
En otras posibles variantes de la CVT 246 toroidal (no ilustrada), las relaciones de transmisión R pueden asumir diferentes valores numéricos.
Como se ilustra en la Figura 6A, el par que se puede transmitir por la CVT toroidal de la presente invención tiene una primera porción de valor constante, referenciada como una relación de reducción, y una segunda porción de potencia constante, es decir , con un par de giro decreciente, referenciada como una relación de transmisión ascendente.
Una ventaja significativa de la presente invención se constituye por el hecho de que la forma del gráfico del par permitido de la CVT 246 toroidal que se indica en la Figura 6 es ventajosamente del mismo tipo a medida que las fuerzas convencionales que se introducen del par que es entrega por el motor 18 eléctrico de CA y desde el mismo procedimiento típico de uso de un vehículo híbrido, es decir, con una primera porción con par constante y una segunda porción con potencia constante. Como resultado, la CVT 246 toroidal de la presente invención tiene una línea de par permitido con un coeficiente de seguridad constante con respecto a las fuerzas que se introducen. Una ventaja adicional conectada a la utilización de una CTV de acuerdo con la presente invención es que el uso de discos de fricción con superficie de fricción en forma toroidal, que es una superficie convexa, mejora la estabilidad del sistema.
A este respecto, cabe señalar que el disco de fricción en la sección transversal del punto de contacto entre el disco y el rodillo puede ser de dos tipos diferentes: cóncavo o convexo.
De acuerdo con la tensión de contacto de acuerdo con la teoría de Hertz, la superficie cóncava es favorable para conseguir un patrón de contacto más amplio. Sin embargo, mientras más amplio es el patrón de contacto más grande será distancia que el punto central de contacto se puede mover en una dirección y en la dirección opuesta. En consecuencia, si la superficie de rodadura del disco fricción es una forma cóncava, la posición del punto central del contacto es más inestable. Contrariamente a la presente invención, los tipos conocidos de CVT toroidales tienen disco de fricción con la superficie cóncava. Debido a esa geometría particular, la inestabilidad operativa se produce hasta que el acoplamiento de gran vibración y ruptura completa de la propia CVT toroidal.
En cambio, la cVt toroidal de acuerdo con la presente invención tiene solamente una superficie convexa del disco de fricción en la sección transversal en el punto de contacto. La superficie del disco se mantendrá convexa en cualquier condición de operación y la relación de transmisión de la presente CVT toroidal, logrando así la ventaja antes mencionada.
Haciendo referencia a las Figuras 7A y 7B de acuerdo con una realización de la invención, los miembros 268 de rodillo están flotando y en auto-alineación entre sí.
Las CVT toroidales de acuerdo con la técnica anterior tienen los elementos de rodadura en una posición fija. Cualquiera del miembro de rodillo y del disco de fricción se soportan de tal manera que no capaces de satisfacer la mejor posición relativa entre los mismos. La mayoría de los mismos se soporta por unos cojinetes muy precisos y costosos.
En aquellas CVT toroidales existentes, alguna precisión extrema y mecanizado costoso se requieren para limitar tanto como sea posible las tolerancias de los elementos de rodadura de su posición geométrica.
Además, cualquier desplazamiento geométrico de estos elementos va a adquirir una carga de contacto diferente entre los elementos de rodadura y una velocidad diferente del punto de contacto (debido a un radio de rodadura diferente). El desgaste y la alta tensión alta de contacto se producirán.
Por el contrario en la CVT toroidal de acuerdo con la realización de las Figuras 7A y 7B, al menos uno de los miembro de rodillo es radialmente flotante y está en auto-alineación con respecto al otro.
Esto se logra mediante el uso de un par de discos 266' y 266” intermedios y, opcionalmente, un par adicional de discos 270' y 270” intermedios. Cada uno de los discos 266' y 266" intermedio (y análogamente los discos 270' y 270" para los que se aplican conceptos similares) es capaz de moverse a lo largo de una dirección radial. Preferentemente, el disco 266' es capaz de moverse a lo largo de una dirección que es perpendicular a la de otro disco 266” intermedio. De esta manera el disco 266 de fricción, que está soportado por los discos 266' y 266” intermedios es capaz de moverse a lo largo un plano perpendicular a su eje.
De acuerdo con una realización preferida, la capacidad de movimiento se puede lograr proporcionando una conexión con el juego entre los discos intermedios y entre el disco 266' intermedio más exterior y el disco 266 de fricción y que proporcionar también una proyección 266A alojada en un asiento 266B respectivo para transmitir el par entre los discos sucesivos. En cualquier caso, es evidente que la solución adicional se puede utilizar para lograr este resultado.
El disco 266 de fricción, que se proporciona en consecuencia con capacidad de flotación, reunirá inmediatamente la posición óptima referida a los otros elementos.
Como consecuencia de esta realización, la CVT toroidal de acuerdo con la presente invención no requiere ningún soporte costoso.
Haciendo referencia a continuación a las Figuras 8A y 8B, de acuerdo con una realización, que se puede utilizar en conexión con la presente realización de la invención, una leva axial mecánica se aplica sobre al menos uno de los discos de fricción.
Para este fin, el disco de fricción se acopla a un disco complementario que está realmente en contacto con los miembros 268 de rodillo.
El par entre el disco de fricción y el disco complementario se consigue por medio de un miembro esférico o cilindrico, que se encuentra entre dos asientos formados en las superficies opuestas del disco de fricción y del disco complementario, respectivamente. De acuerdo con la presente invención, el miembro esférico o cilíndrico, junto con los asientos forma la leva axial.
Cuando se transmite el par la forma del asiento es tal que el disco complementario se desplaza en una dirección tal que se proporciona una pre-carga en los miembros de rodillo.
Las Figuras 9Ay 9B representan un ejemplo (pero no exclusivo) de la leva axial mecánica aplicada sobre el disco de fricción de la CVT toroidal de la presente invención.
Cabe señalar que una leva axial mecánica de este tipo aplica una precarga axial para el sistema CVT como una función lineal del par transmitido como se muestra en la Figura 9B.
Cabe señalar también, sin embargo, que una leva axial mecánica de este tipo es adecuada para utilizarse solo en esas CVT toroidales en las que el par transmitido en el disco lateral no está variando con la relación de transmisión de la CVT en sí como en la CVT de acuerdo con la presente invención.
También es apropiado que el disco lateral mantenga un par transmitido constante para toda la relación de transmisión de la CVT, para obtener un rendimiento óptimo de un dispositivo de control de este tipo.
En una realización preferida de la CVT toroidal de la presente invención, ambos discos de fricción (entrada y salida) se accionan por una leva axial mecánica.
Por lo tanto, es una ventaja significativa de la CVT toroidal, el hecho de que su geometría sea tal que el par transmitido tiene un par plano y constante toda la relación de transmisión de la CVT, como se muestra en la Figura 10.
Las ventajas de la presente realización se pueden entender considerando que cada CVT toroidal está transmitiendo el par a través de la presión de contacto entre las superficies de rodadura. Sin embargo, una alta presión de contacto provoca pérdidas de potencia elevadas (pérdidas por rodadura) y una baja presión de contacto no es capaz de evitar el deslizamiento en el punto de contacto si se produce un par máximo inesperado.
Por otro lado, en algunas aplicaciones, es decir, en los tractores agrícolas, a veces el vehículo puede suministrar potencia solo para la P.T.O. y ninguna potencia de tracción. En ese caso, sería deseable no precargar y no aplicar ninguna presión sobre las superficies de rodadura de la CVT de tracción. En consecuencia, se requiere un dispositivo especial que es capaz de controlar la presión entre las superficies de rodadura como una función lineal del par transmitido, podría ser adecuado ajustar la precarga adecuada de todo el sistema de CVT.
Muchas hipótesis de un dispositivo de este tipo se han realizado en la técnica anterior. Ciertamente, un dispositivo electrónico, neumático o hidráulico no puede cumplir todos los requisitos de las aplicaciones anteriores. Se sabe que todos estos dispositivos tienen un cierto retraso para controlar la precarga adecuada del sistema de CVT. En caso de vibraciones de torsión (y par máximo) del cigüeñal del motor, el accionamiento del dispositivo electrónico, neumático o hidráulico ocurriría demasiado tarde. Por otra parte, son demasiado costosos.
La leva axial de acuerdo con la presente realización garantiza en cambio el accionamiento pronto e instantáneo, puesto que las presiones del sistema como una función inmediata del par transmitido necesario.
Por lo tanto, las principales ventajas de una aplicabilidad del dispositivo de leva axial mecánica de este tipo en nuestra CVT toroidal son: accionamiento instantáneo, accionamiento automático, fabricación barata y fácil, no hay pérdidas de potencia debido a la precarga excesiva cuando no se requiere par para la tracción, sin riesgo de deslizamiento al punto de contacto y sin desgaste de las superficies de rodadura.
Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, el sistema 10 de tracción comprende un dispositivo 62 de control para la transmisión 100 y las fuentes 18, 22 de alimentación.
El dispositivo 62 de control actúa sobre los parámetros de operación de la segunda fuente 18 de alimentación por medio del inversor 20 y la primera fuente 22 de alimentación, estableciendo solamente la velocidad de giro del mismo. El dispositivo 62 de control actúa sobre los parámetros de la segunda fuente 18 de alimentación reversible, estableciendo la velocidad de giro, el par y también la dirección de la velocidad de giro del mismo.
Para las propiedades conocidas de los diferenciales 34 y 42 utilizados en la transmisión 100, una vez que el valor del par de la segunda fuente 18 de alimentación reversible se establece por el dispositivo 62 de control, el valor del par que actúa sobre la CVT 246 toroidal y en el motor 22 endotérmico se define automáticamente. Del mismo modo, la misma forma de la característica gráfica del motor 18 de CA eléctrico, es decir, una primera porción con un par constante y una segunda porción con una potencia constante, se reproduce proporcionalmente como un gráfico de la fuerza en la CVT 246 toroidal y en el motor 22 endotérmico. Lo que se describe da como resultado otras dos ventajas de la presente transmisión 100 para los vehículos híbridos: no es necesario controlar el par suministrado por el motor 22 endotérmico y se prescinde completamente del uso de cualquier dispositivo molesto y poco confiable para limitar el par que se introduce en la CVT 246 toroidal.
El dispositivo 62 de control es además activo sobre el variador 56 para el establecimiento de la relación de transmisión entre la primera fuente 22 de alimentación y el primer miembro 50 del primer diferencial 34 epicicloidal. En el ejemplo de las Figuras 2 y 3, el dispositivo 62 de control actúa sobre el par de miembros 268 de rodillo para variar la posición y la ubicación de contacto del mismo con los discos 266 y 270 de fricción toroidales. La velocidad del eje 272 conectado al mismo varía como resultado.
Por tanto, es posible, por medio del dispositivo 62 de control, actuar sobre el variador 56 para establecer un valor de la velocidad del eje 272 con independencia del valor de la velocidad del eje 81 conectado a la primera fuente 22 de alimentación.
El dispositivo 62 de control recibe como señales de entrada:
- la posición de un pedal acelerador 138 que se puede operar por el usuario;
- la posición de un pedal 58 de freno que se puede operar por el usuario;
- la posición o la relación de transmisión del variador 246 de velocidad;
- la carga de energía del acumulador 54;
- los parámetros de operación del inversor 20;
- la velocidad de giro de la fuente 22 de alimentación no reversible.
El pedal acelerador 138, por medio del que el conductor comunica la intención de acelerar, ralentizar o mantener el vehículo en un estado de velocidad constante, se conecta al dispositivo 62 de control por medio de una conexión que es eléctrica, mecánica, hidráulica o de algún otro tipo.
El pedal 58 de freno, a través del que el conductor se comunica la intención de frenar o para mantener el vehículo en un estado de velocidad constante, se conecta al dispositivo 62 de control por medio de una conexión que es eléctrica, mecánica, hidráulica o de algún otro tipo.
En otras variantes de construcción posibles, el control 62 recibe también como una entrada complementaria una señal de la velocidad de giro de los ejes y miembros.
De acuerdo con un procedimiento de control para el sistema 10 de tracción, es posible accionar el variador 56 por medio del dispositivo 62 de control para establecer un valor de la velocidad del engranaje 102 solar igual a:
G) N 102 = - ( Z i o 6 / Z 102 )Ng8 Ese valor que solo depende de la velocidad de la corona Ngs dentada establece un valor de la velocidad N112 del engranaje 112 planetario portasatélites de cero, como es evidente a partir de la sustitución de la relación G en la relación F.
Cuando el engranaje 112 planetario portasatélites es estacionario, el primer miembro 50 del diferencial 34 que se acopla directamente con el mismo tiene también una velocidad de cero y por consiguiente no transmite potencia. La relación que H que se establece a continuación es evidente a partir de la sustitución del valor de cero de la potencia transmitida por el miembro 50 en la relación E:
H) P1I 8 = P l 30 En esta situación en el diferencial 34, la potencia se transmite por el segundo miembro 118 al tercer miembro 130, o viceversa. En particular, en el caso en que el vehículo está decelerando, la potencia de frenado transmitida por las ruedas 38 en el eje 30 se transmite por completo, neto de las pérdidas mecánicas, al eje 14 y de allí a la segunda fuente 18 reversible y al acumulador 54. En la etapa de desaceleración del vehículo es, por tanto, posible utilizar toda la potencia de frenado para recargar el acumulador 54.
Para que el engranaje 112 planetario portasatélites pueda permanecer estacionario, independientemente de la velocidad de giro de la fuente 22 no reversible, es necesario que el piñón 102 sol situado en el mismo miembro 102 sea capaz de asumir una dirección de giro opuesta a la de la corona 106 dentada epicicloidal situada en el miembro 98, como se ha establecido claramente por la relación G.
Ventajosamente, el sistema de acuerdo con la presente invención permite la producción de esa característica porque las características de la CVT 246 toroidal descrita anteriormente hacen que sea capaz de invertir la dirección de giro del disco 270 con respecto al disco 266. La dirección de giro opuesta de los miembros 102 y 98 de entrada del diferencial 42, que establece una velocidad de cero del engranaje 112 planetario portasatélites, se trae para un valor discreto predeterminado de una relación de transmisión del variador 246 continuo. Los miembros 102 y 98 toman también, por tanto, direcciones de giro opuestas para los valores de una relación de transmisión del variador 246 continuo que son diferentes de aquellos en los que el engranaje 112 planetario portasatélites permanece estacionario. En ese último estado de operación, es evidente a partir de los análisis de las relaciones de A a F aplicadas al diferencial 42, puesto que los pares en los miembros 102 y 98 son síncronos, que los valores de las potencias de los miembros tienen también direcciones opuestas. Se deduce de la relación E aplicada al diferencial 42 que al menos uno de los dos miembros 102 y 98 de entrada transmite un valor de potencia mayor que el transmitido por el miembro 112 de salida. La potencia de salida del miembro 112 sigue, por tanto, siendo de la misma entidad que la potencia suministrada por la fuente 22 no reversible, a la que al menos uno de los dos miembros 102 y 98 transmite, en consecuencia, un valor de potencia mayor que la suministrada por la fuente 22. En el caso de las Figuras 2 y 3, independientemente de la construcción de varias variantes del mismo, el variador 246 continuo colocado en conexión con el miembro 98 transmite un valor de potencia mayor que el suministrado por la fuente 22.
En consecuencia, para que el miembro 112 de salida del diferencial 42 pueda permanecer estacionario en un estado de operación predeterminado correspondiente a una relación de transmisión del variador 246 continuo, que es una condición necesaria en la que la geometría del variador 56 permite la dirección de giro opuesta de los miembros 102 y 98 y en la que el variador 246 continuo transmite un valor de potencia mayor que el suministrado por la fuente 22. En el estado en el que el primer miembro 50 es estacionario, la primera fuente 22 de alimentación, conectada al mismo a través del variador 56, puede desactivarse sin que el vehículo se vea sometido a las variaciones de las condiciones de movimiento del mismo.
De acuerdo con otro procedimiento de control del sistema 10 de tracción, la velocidad del eje 14 y el primer miembro 50 se establecen de modo que el motor 18 eléctrico opera cerca de la velocidad máxima de salida del motor 18 eléctrico, el inversor 20 y la batería 54 en la mayor medida posible, con beneficios obvios para la eficacia global del sistema 10.
De acuerdo con otro procedimiento de control del sistema 10 de tracción, cuando el acumulador 54 tiene un alto nivel de carga, el dispositivo 62 de control actúa para aumentar la potencia suministrada por la segunda fuente 18 de alimentación. A la inversa, cuando el acumulador 54 tiene un nivel de carga baja, el dispositivo 62 de control actúa para aumentar la potencia suministrada por la primera fuente 22 de alimentación y disminuye la potencia suministrada por la segunda fuente 18. En particular, la primera fuente 22 de alimentación, se puede ser desactivar cuando el acumulador 54 tiene un alto nivel de carga. Ese procedimiento de control promueve la reducción al mínimo de las oscilaciones de carga del acumulador 54 con el consiguiente aumento de la vida útil del mismo.
El sistema 10 de tracción tiene éxito en garantizar la deceleración del vehículo sin tener que utilizar mecanismos de disipación, tales como, por ejemplo, los frenos.
El sistema de tracción de la presente invención resuelve, por tanto, los problemas expuestos con referencia a la técnica anterior conocida, que tiene un gran número de ventajas al mismo tiempo.
Estos incluyen la posibilidad de controlar la velocidad del primer miembro 50 del diferencial 34 independientemente del motor endotérmico, que se utiliza generalmente como la primera fuente 22 de alimentación no reversible, de modo que opera cerca del nivel máximo de eficacia y el nivel de consumo de combustible más bajo en la mayor medida posible. Esa característica, combinada con el uso de una CVT toroidal capaz de invertir el movimiento, permite el control de la tracción del vehículo de forma óptima.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (10) de tracción para vehículos, que comprende:
- una primera fuente (22) de alimentación de tipo no reversible;
- una segunda fuente (18) de alimentación de tipo reversible;
- una transmisión (100) que está conectada a la primera fuente (22) de alimentación y a la segunda fuente (18) de alimentación y que incluye un primer dispositivo (34) diferencial conectado o conectable a la primera fuente (22) de alimentación ya la segunda fuente (18) de alimentación y a un eje (30) de un vehículo;
en el que la transmisión (100) comprende un variador (56) de velocidad, interpuesto entre la primera fuente (22) de alimentación y el primer dispositivo (34) diferencial, que comprende:
- un dispositivo (246) de variación continua de velocidad;
- un segundo dispositivo (42) diferencial conectado al dispositivo (246) de variación continua de velocidad, a la primera fuente (18) de alimentación, y al primer dispositivo (34) diferencial; mediante el que el dispositivo (246) de variación continua de velocidad es de tipo rueda de fricción toroidal y comprende:
- un disco (266) de fricción de entrada conectado a la primera fuente (18) de alimentación,
- un disco (270) de fricción de salida conectado al segundo dispositivo (42) diferencial, y
- al menos dos miembros (268) de rodillo de fricción que oscilan libremente;
teniendo los discos (266, 270) de fricción de entrada y de salida una superficie de fricción de forma toroidal y teniendo los miembros (268) de rodillo de fricción que oscilan libremente una superficie de fricción conformada en la forma de una cúpula esférica;
caracterizado porque al menos uno de los discos (266, 270) de fricción es capaz de desplazarse a lo largo de una dirección radial del disco de fricción y porque comprende además un par de discos (266', 266”) intermedios, siendo cada uno de los discos (266', 266”) intermedios capaz de moverse a lo largo de una dirección radial del disco intermedio, siendo un disco (266') intermedio capaz de moverse a lo largo de una dirección que es perpendicular a la del otro disco (266”) intermedio, con lo que el disco (266) de fricción está soportado por los discos (266', 266”) intermedios.
2. Un sistema (10) de tracción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el disco (266) de fricción de entrada y el disco (270) de salida de movimiento lateral tienen una superficie de fricción en forma toroidal.
3. Un sistema (10) de tracción de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que los miembros (268) de rodillo loco están en contacto con el disco (266) de fricción de entrada y el disco (270) de fricción de salida en lugares de contacto situados en posiciones opuestas entre sí con respecto al eje de giro del miembro (268) de rodillo loco.
4. Un sistema (10) de tracción de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el eje de giro de los miembros (268) de rodillo loco es sustancialmente perpendicular al eje de giro de los discos (266, 270) de fricción de entrada y salida cuando el dispositivo (246) de variación continua de velocidad tiene una relación de transmisión de 1.
5. Un sistema (10) de tracción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los discos (266, 270) de fricción de entrada y salida están conectados a un miembro (102, 110) respectivo del segundo dispositivo (42) diferencial.
6. Un sistema (10) de tracción de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el primer dispositivo (34) diferencial tiene un primer miembro (50) conectado al segundo dispositivo (42) diferencial, un segundo miembro (118) conectado a la segunda fuente (18), y un tercer miembro (130) conectado al eje (30) del vehículo.
7. Un sistema (10) de tracción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un dispositivo (62) de control, asociado para su operación con el dispositivo (246) de variación continua de velocidad, de tal manera que la relación de transmisión entre los discos (266, 270) de fricción de entrada y salida varía como una función de las condiciones de movimiento del vehículo.
8. Un sistema (10) de tracción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos tres miembros (268) de rodillo.
9. Un sistema (10) de tracción de acuerdo con la reivindicación 8, en el que los tres rodillos (268) están dispuestos a 120 grados entre ellos.
10. Un sistema (10) de tracción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un disco (269, 271) complementario, interpuesto entre el disco (266, 270) de fricción y los miembros de rodillo (268) y una leva (280) axial que transmite un par entre el disco (266, 270) de fricción y el disco (269, 271) complementario y conformado de tal manera que se proporciona una precarga a los miembros (268) de rodillo cuando se transmite el par.
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