ES2873948T3 - Conjunto de bomba para recircular un fluido refrigerante de un motor térmico - Google Patents

Abstract

Un conjunto de bomba (GP) para la recirculación de un fluido refrigerante de un motor térmico, que comprende: - un cuerpo de bomba (CT), un impulsor (PW) llevado por un árbol accionado (SH), adaptado para asociarse con un circuito de refrigeración del motor térmico; - una polea (PL) adaptada para ser arrastrada a la rotación por el motor térmico, - un primer embrague reversible de fricción (C1), adaptado para conectar/desconectar dicha polea a/de dicho árbol accionado (SH), - un motor eléctrico (EM) asociado con dicho árbol accionado (SH) para guiar el impulsor (PW) en rotación, caracterizado porque este comprende - un tren de engranajes planetarios (EPC) que tiene una primera entrada o salida (R) asociada operativamente con</span> dicho motor eléctrico (EM), una segunda entrada o salida (CR) asociada con dicho árbol accionado (SH) y una tercera salida (RG), y - un segundo embrague reversible de fricción (C2), independiente de dicho primer embrague reversible (C1), adaptado para bloquear dicha tercera salida con respecto a dicho cuerpo de bomba (CT).

Description

DESCRIPCIÓN

Conjunto de bomba para recircular un fluido refrigerante de un motor térmico

Campo de la invención

El objeto de la presente invención es una bomba para recircular el fluido refrigerante de un motor térmico, particularmente de vehículos, con un dispositivo de control de fricción que tiene un accionamiento electromagnético, neumático, hidráulico y un motor eléctrico integrado en el cuerpo de la bomba.

Estado de la técnica

En el campo de la producción de motores térmicos, ya se conoce la necesidad de refrigerarlos mediante la recirculación de un fluido refrigerante, movido por una correspondiente bomba de recirculación cuyo impulsor es girado por un árbol accionado por una polea y por una correa conectada al cigüeñal del mismo motor térmico. También se conoce que la recirculación del fluido refrigerante debe realizarse con un caudal correspondiente a la necesidad real de refrigeración, determinada por las condiciones reales de uso del motor y por la temperatura exterior, con el fin de evitar una constante e innecesaria rotación a toda velocidad de los dispositivos que absorben la potencia útil, aumentando así el desgaste de las distintas partes de los componentes y el consumo del vehículo.

También se conoce que una propuesta para solucionar este problema prevé dispositivos de control para el árbol del impulsor de la bomba cuya rotación depende del acoplamiento de un embrague de fricción para la transmisión de un movimiento de rotación dependiente de las revoluciones del cigüeñal, y en un motor eléctrico que opera con un embrague desacoplado para una rotación con revoluciones controladas independiente del cigüeñal. Por lo tanto, se conoce que el control de la operación de la bomba mediante el motor eléctrico permite una mayor versatilidad en respuesta a los diferentes requerimientos de refrigeración, a la vez que la operación mediante el embrague, con toma de fuerza a partir del árbol del motor térmico, depende del número de giros, rpm, del motor, por lo que no puede proporcionar una refrigeración adecuada, por ejemplo, debido al apagado del motor o con revoluciones bajas del motor.

Se conocen ejemplos de dichos dispositivos, por ejemplo, de DE10214637A1, WO2012142065A2, DE19801160A1, US2015037177A1. De acuerdo con su concepción, estos dispositivos están configurados para conectar al árbol de la bomba de circulación la polea girada por el cigüeñal o el motor eléctrico integrado en la bomba, a través de un embrague en general operado magnéticamente.

En general, otros usuarios también están conectados en la misma revolución de la correa o en diferentes revoluciones de la correa, tal como la bomba de hidroguía, el compresor del sistema de aire acondicionado y el alternador, lo cual permite recargar las baterías del vehículo necesarias para arrancar el motor térmico.

El alternador se ha sometido recientemente a mejoras. BRM es el acrónimo anglosajón de “máquinas de recuperación de refuerzo”, también conocido como “sistema de recuperación de refuerzo” (como lo define Bosch Inc.). De acuerdo con el concepto BRM, una máquina eléctrica con componentes electrónicos integrados de potencia recientemente desarrollados reemplaza al arrancador convencional de motor/alternador. Algunas veces, el BRM se caracteriza por una estructura de voltaje dual con 48 V junto con el sistema eléctrico convencional de bajo voltaje del vehículo de 12 o 24 V. Esta estructura del sistema ha permitido la creación de vehículos denominados “híbridos ligeros”, ya que el motor eléctrico es al menos capaz de mantener activos los servicios a bordo cuando el vehículo está cuesta abajo y el motor térmico está apagado, produciendo cero emisiones, y es capaz de realizar frenadas regenerativas, es decir, en las cuales la energía cinética del vehículo se convierte en energía eléctrica, almacenada en baterías especiales.

El BRM siempre está conectado al cigüeñal mediante una correa.

Se cree que se puede mejorar la situación actual. Si no se excluye específicamente en la siguiente descripción detallada, lo que se describe en el presente párrafo debe considerarse como parte integral de la descripción detallada.

Resumen de la invención

El objeto de la presente invención es mejorar la situación actual introduciendo un conjunto de bomba que permite implementar funciones adicionales con respecto a la refrigeración del motor térmico al cual está asociado el conjunto de bomba.

La idea básica de la presente invención de acuerdo con la reivindicación 1 es implementar un conjunto de bomba equipado con una bomba hidráulica, una polea y un motor eléctrico, adaptados para estar interconectados para tener una primera condición de operación en la cual el motor eléctrico está conectado operativamente a la bomba (o al árbol relativo), a la vez que la polea está desconectada de la bomba y el motor eléctrico controla la refrigeración del motor térmico independientemente de una velocidad relativa de rotación del cigüeñal, y para tener una segunda condición de operación en la cual la polea, la bomba y el motor eléctrico están conectados operativamente entre sí de tal modo que el motor eléctrico genera energía eléctrica absorbiendo energía mecánica de la correa o de tal modo que el motor eléctrico complementa al motor térmico suministrando energía mecánica a la correa.

El motor eléctrico está conectado al árbol de la bomba mediante un tren de engranajes planetarios configurado para realizar una reducción de al menos 3:1 entre el motor eléctrico y el árbol de la bomba. Ventajosamente, durante la generación de energía eléctrica, el motor eléctrico se empuja a una velocidad de rotación tres veces mayor que la velocidad de rotación de la bomba. Esto permite que el motor eléctrico funcione en condiciones de eficiencia más favorables.

Se proporciona un primer embrague electromagnético para permitir la conexión de la polea con la bomba.

Preferiblemente, el conjunto de bomba objeto de la presente invención comprende un segundo embrague electromagnético adaptado para hacer inactivo el engranaje solar o la corona dentada del tren de engranajes planetarios desconectando operativamente el rotor del motor eléctrico de la bomba.

Preferiblemente, el rotor del motor eléctrico está configurado en la forma de un manguito, colocado coaxialmente sobre el árbol de la bomba, sin contacto o mediante un conjunto de cojinetes, y define el piñón/engranaje solar del tren de engranajes planetarios. La jaula del portador planetario del tren de engranajes planetarios está hecha de una sola pieza con el árbol de la bomba y soporta los engranajes planetarios que se engranan en el engranaje solar internamente y en la corona dentada externamente. El segundo embrague hace que la corona dentada sea integral o inactiva con un punto fijo del conjunto de bomba con base en su respectiva condición de acoplamiento o desacoplamiento.

Ventajosamente, cuando se desacopla el segundo embrague electromagnético, la corona dentada está inactiva y, por lo tanto, forma una masa giratoria junto con los engranajes planetarios, a la vez que el rotor del motor eléctrico está desconectado.

Cuando el vehículo avanza cuesta abajo, los embragues pueden ser controlados de tal manera que la refrigeración del motor de combustión interna esté asegurada por el conjunto de bomba objeto de la presente invención, a la vez que el motor térmico se apaga y se desconecta de la transmisión.

Cuando el vehículo realiza un frenado regenerativo, el motor de combustión interna se conecta a la transmisión y el motor eléctrico del conjunto de bomba objeto de la presente invención se conecta operativamente a la polea. Por lo tanto, la energía cinética del vehículo transmitida al motor de combustión interna es convertida en energía eléctrica por el motor eléctrico del conjunto de bomba.

Las reivindicaciones dependientes describen variantes preferidas de la invención, que forman parte integral de la presente descripción.

Breve descripción de las figuras

Otros objetivos y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de una realización de la misma (y de sus variantes) y de los dibujos adjuntos que se dan únicamente a modo de ejemplo explicativo y no limitativo, en los cuales:

- La Figura 1 muestra esquemáticamente un conjunto de bomba de acuerdo con la presente invención; y

- La Figura 2 muestra una variante del conjunto de bomba de acuerdo con la presente invención.

Los mismos números de referencia y las mismas letras de referencia en las figuras identifican los mismos elementos o componentes.

En la presente descripción, el término “segundo” componente no implica necesariamente la presencia de un “primer” componente. De hecho, estos términos se utilizan como etiquetas en aras de la claridad y no deben tener un significado limitativo. Los elementos y características que se muestran en las diversas realizaciones preferidas, que incluyen los dibujos, pueden combinarse entre sí, sin embargo, sin apartarse del alcance de protección de la presente solicitud como se describe a continuación.

Descripción detallada de realizaciones

Con referencia a la Figura 1, el conjunto de bomba GP comprende un cuerpo de bomba CT definido por un cárter que tiene dos cámaras CH1 y CH2 mutuamente separadas.

El impulsor de la bomba PW está alojado en la primera cámara CH1, a la vez que un motor eléctrico EM que comprende un estator S y un rotor R está alojado en la segunda cámara CH2.

La segunda cámara contiene además un tren de engranajes planetarios EPC, preferiblemente con ejes paralelos, los cuales permiten que el rotor R del motor eléctrico EM interactúe con el árbol de la bomba SH con una relación de transmisión predeterminada, la cual es preferiblemente 3:1.

El engranaje EPC tiene ejes paralelos ya que el eje de rotación Y del engranaje planetario es paralelo al eje X de la bomba.

El árbol de la bomba SH está hecho de una sola pieza con el impulsor de la bomba PW y con la jaula o portador CR, el cual porta los engranajes planetarios ST.

El motor eléctrico puede tener un flujo radial como el que se muestra en la Figura 1, y el rotor relativo R define un piñón con dientes de engranajes radiales como un engranaje solar para el tren de engranajes planetarios EPC.

En otras palabras, el rotor R comprende el piñón mencionado anteriormente y una porción de rotor adaptada para cooperar magnéticamente con el estator S. El piñón está fijo y coaxial con respecto a la porción de rotor.

Una corona dentada RG está dispuesta coaxialmente con el engranaje solar y uno o más engranajes planetarios ST se engranan simultáneamente con el engranaje solar y la corona dentada.

Un segundo embrague C2, preferiblemente electromagnético, está adaptado para fijar la corona dentada con el cárter CT del conjunto de bomba.

Cuando la corona dentada está bloqueada, el piñón y el árbol de la bomba están interconectados a través del tren de engranajes planetarios EPC anteriormente mencionado.

Aunque la solución de la Figura 1 es la preferida, también es posible proporcionar una configuración con un motor eléctrico de flujo axial, cuyo rotor está provisto de manera preferible de dientes de engranaje delanteros y el tren de engranajes planetarios tiene ejes perpendiculares, ya que los ejes de rotación de los engranajes planetarios Y son perpendiculares al eje de rotación del engranaje solar.

En cualquier caso, el rotor del motor eléctrico es hueco y está configurado como un manguito montado en el árbol de la bomba SH.

El árbol de la bomba, en un primer extremo, está hecho en una sola pieza con el impulsor de bomba PW, a la vez que en un segundo extremo opuesto al primero soporta una polea PL a través de uno o más cojinetes anulares PRB. La polea PL y el árbol de la bomba pueden conectarse o desconectarse entre sí mediante un primer embrague C1, dependiendo de las condiciones de uso del conjunto de la bomba.

Preferiblemente, el segundo extremo del árbol de la bomba está hecho en una pieza con, o incluye, una placa PTL perpendicular al árbol SH. Un embrague electromagnético define dicho primer embrague C1, haciendo que la polea sea integral o inactiva con respecto a la placa PTL anteriormente mencionada.

La Figura 1 muestra solo una porción del conjunto de bomba GP de la presente invención. Aunque el cárter CT no podría ser simétrico con respecto al eje X identificado por el árbol SH, el tren de engranajes planetarios EPC, la bomba SH/PW, el motor eléctrico EM y la polea están dispuestos coaxialmente y tienen una simetría de rotación de acuerdo con dicho eje X.

Dado que la primera cámara CH1 de la bomba está destinada a comunicarse con el circuito de refrigeración de un motor de combustión interna para el cual está destinado el conjunto de la bomba, se puede enviar algo de agua en el circuito de refrigeración para enfriar el motor eléctrico EM a través de canales WC adecuados formados en el cárter.

Ventajosamente, el motor eléctrico puede soportar importantes flujos de energía, tanto cuando complementa al motor de combustión interna como cuando realiza un frenado regenerativo, ya que se adapta para ser refrigerado directamente por el fluido refrigerante del motor de combustión interna. Por el contrario, los BRMs que reemplazan el generador eléctrico del motor de combustión interna están refrigerados por aire.

La presente invención se refiere además a un vehículo terrestre de acuerdo con la reivindicación 8, tanto de tipo carretera como todoterreno, equipado con un motor de combustión interna y un conjunto de bomba GP asociado operativamente con dicho motor de combustión interna.

Un “punto de motor” es un punto identificado por un torque suministrado y por una velocidad de rotación del motor de combustión interna.

Cuando el punto del motor está en zonas de operación predeterminadas, por ejemplo, la velocidad es alta pero el torque entregado es bajo, el calor a disipar es limitado. Por tanto, la bomba puede accionarse a menor velocidad con respecto a la velocidad de rotación impuesta por el cigüeñal a través de la polea PL anteriormente mencionada.

Por lo tanto, se desconecta el primer embrague y se inserta el segundo embrague, a la vez que el motor eléctrico EM guía la bomba en rotación para obtener un caudal predeterminado de fluido refrigerante.

De manera análoga, cuando el motor de combustión interna se mantiene a baja velocidad pero con una carga alta, la velocidad de rotación de la bomba puede considerarse insuficiente para disipar el calor desarrollado en el motor de combustión interna y por lo tanto se abre el primer embrague y el segundo embrague se inserta de tal modo que el motor eléctrico EM guía la bomba en rotación para obtener un caudal predeterminado de fluido refrigerante.

También puede ocurrir que, debido a la inercia térmica de los componentes del motor, la parada repentina del mismo pueda llevar a la ebullición del agua contenida en el cabezal. Por lo tanto, con el motor de combustión interna apagado, puede ser útil arrancar la bomba para obtener una circulación mínima de líquido refrigerante.

Cuando el motor está frío y se desea un calentamiento rápido, se pueden abrir ambos embragues, obteniendo así la parada de la bomba. Esto es particularmente ventajoso porque permite eliminar la válvula termostática del circuito de refrigeración del motor de combustión interna.

Cuando el vehículo está cuesta abajo y el motor de combustión interna está conectado a la transmisión, se puede controlar el cierre de ambos embragues y el motor eléctrico actúa como generador, ayudando a frenar el vehículo. Por el contrario, cuando el vehículo está cuesta arriba o arranca a plena carga, ambos embragues se pueden cerrar y el motor eléctrico se controla como un motor para complementar el motor de combustión interna.

El control de los embragues puede ser realizado por la unidad de procesamiento del vehículo VHE, la cual supervisa las condiciones de operación del vehículo controlando, por ejemplo, el arranque y parada del motor de combustión interna (Arranque & Parada) y en general las funciones híbridas ligeras conocidas per se.

De acuerdo con una variante adicional preferida de la invención, una válvula solenoide (no se muestra) controla el caudal de fluido refrigerante en los canales de circulación WC anteriormente mencionados formados en el cárter CT para refrigerar el motor eléctrico EM. En particular, cuando ambos embragues están cerrados, superando un flujo eléctrico predeterminado que pasa a través del motor eléctrico, la válvula solenoide se controla para aumentar el flujo de fluido refrigerante dentro de los canales WC anteriormente mencionados.

La Figura 2 muestra un conjunto de bomba GP'. El conjunto de bomba GP' es similar al conjunto de bomba GP y, por lo tanto, se describirá solo por lo que lo distingue del conjunto de bomba GP. Los componentes del conjunto de bomba GP', idénticos a los del conjunto de bomba GP, se indicarán, cuando sea posible, con los mismos símbolos de referencia.

En particular, el conjunto de bomba GP' tiene, en lugar del cuerpo de bomba CT esquemático, un cuerpo de bomba CT' mejor especificado definido por dos semi carcasas conectadas axialmente entre sí a través de elementos roscados, de los cuales solo uno se muestra en la Figura 2.

Además, preferiblemente, el segundo extremo del árbol de la bomba comprende una placa PTL' perpendicular al árbol SH y conectada a este último mediante elementos roscados, de los cuales solo uno se muestra en la Figura 2.

La presente invención se puede realizar ventajosamente mediante un programa informático, el cual incluye medios de codificación para la ejecución de una o más etapas del método, cuando este programa se ejecuta en un ordenador.

Las configuraciones del tren de engranajes planetarios pueden ser diferentes con respecto a la realización que se muestra. En particular, el rotor R podría estar asociado a la corona dentada RG y, al mismo tiempo, el embrague C2 está asociado al piñón o engranaje solar del tren de engranajes planetarios.

A partir de la descripción anterior, el experto en la técnica puede fabricar el objeto de la invención sin introducir detalles constructivos adicionales.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un conjunto de bomba (GP) para la recirculación de un fluido refrigerante de un motor térmico, que comprende: - un cuerpo de bomba (CT), un impulsor (PW) llevado por un árbol accionado (SH), adaptado para asociarse con un circuito de refrigeración del motor térmico;

- una polea (PL) adaptada para ser arrastrada a la rotación por el motor térmico,

- un primer embrague reversible de fricción (C1), adaptado para conectar/desconectar dicha polea a/de dicho árbol accionado (SH),

- un motor eléctrico (EM) asociado con dicho árbol accionado (SH) para guiar el impulsor (PW) en rotación, caracterizado porque este comprende

- un tren de engranajes planetarios (EPC) que tiene una primera entrada o salida (R) asociada operativamente con dicho motor eléctrico (EM), una segunda entrada o salida (CR) asociada con dicho árbol accionado (SH) y una tercera salida (RG), y

- un segundo embrague reversible de fricción (C2), independiente de dicho primer embrague reversible (C1), adaptado para bloquear dicha tercera salida con respecto a dicho cuerpo de bomba (CT).

2. Un conjunto de bomba (GP) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho tren de engranajes planetarios tiene ejes paralelos (X, Y) y dicho motor eléctrico tiene un flujo radial, o dicho tren de engranajes planetarios tiene ejes perpendiculares y dicho motor eléctrico tiene un flujo axial.

3. Un conjunto de bomba (GP) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde cuando el tren de engranajes planetarios tiene ejes paralelos, un engranaje solar y una corona dentada de dicho tren de engranajes planetarios tienen dientes de engranaje radiales; si el tren de engranajes planetarios tiene ejes perpendiculares, dicho engranaje solar y dicha corona dentada tienen dientes de engranaje delanteros.

4. Un conjunto de bomba (GP) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde un rotor (R) de dicho motor eléctrico define un engranaje solar de dicho tren de engranajes planetarios que define dicha primera entrada o salida, dicha tercera salida está definida por una corona dentada (RG) de dicho tren de engranajes planetarios y dicha segunda entrada o salida consiste en una jaula de portador planetario (CR) integral con dicho árbol accionado (SH).

5. Un conjunto de bomba (GP) de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dicho rotor (R) está diseñado como un manguito montado en dicho árbol accionado (SH) en posición coaxial.

6. Un conjunto de bomba (GP) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho cuerpo de bomba comprende uno o más canales de circulación (WC) del fluido refrigerante de dicho motor térmico dispuestos para refrigerar dicho motor eléctrico.

7. Un conjunto de bomba (GP) de acuerdo con la reivindicación 6, comprendiendo además una válvula solenoide adaptada para controlar un flujo de dicho fluido refrigerante en dichos uno o más canales de circulación.

8. Un vehículo terrestre comprendiendo un motor térmico provisto de un cigüeñal, un conjunto de bomba (GP), de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, asociado con un circuito de refrigeración relativo y a una correa que conecta operativamente dicho cigüeñal a dicha polea (PL).

9. El vehículo de acuerdo con la reivindicación 8, provisto con medios de procesamiento configurados para controlar al menos dicho primer y segundo embragues reversibles (C1, C2) con el fin de llevar a cabo al menos:

- una tercera condición de operación, en donde el cierre de ambos dichos embragues está controlado y en donde se controla la generación de energía eléctrica a través de dicho motor eléctrico, y/o

- una cuarta condición de operación, en donde se controla el cierre de ambos embragues y en donde dicho motor térmico se controla para complementar dicho motor eléctrico.

10. El vehículo de acuerdo con la reivindicación 9, en donde dichos medios de procesamiento están configurados para controlar al menos dicho primer y dicho segundo embragues reversibles (C1, C2) con el fin de llevar a cabo - una primera condición de operación, en donde la apertura de ambos dichos embragues es controlada, el motor térmico está activo y frío y puede producirse un calentamiento rápido del motor térmico;

- una segunda condición de operación, en donde se controla la apertura de dicho primer embrague y se controla el cierre de dicho segundo embrague, en donde dicho motor eléctrico está activo y controlado para proporcionar un caudal predeterminado de fluido refrigerante a dicho motor térmico.

11. El vehículo de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en donde dichos medios de procesamiento están configurados además para controlar dicha válvula solenoide con el fin de aumentar un flujo de fluido refrigerante a través de dichos uno o más canales de refrigeración (WC) cuando un flujo eléctrico que pasa a través de dicho motor eléctrico supera un umbral predeterminado.