WO2013128055A1 - Conjunto neumático recuperador de energía cinética - Google Patents

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WO2013128055A1
WO2013128055A1 PCT/ES2013/070118 ES2013070118W WO2013128055A1 WO 2013128055 A1 WO2013128055 A1 WO 2013128055A1 ES 2013070118 W ES2013070118 W ES 2013070118W WO 2013128055 A1 WO2013128055 A1 WO 2013128055A1
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Javier Ortiz De Urbina Angoso
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Javier Ortiz De Urbina Angoso
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Definitions

  • the invention refers to a pneumatic assembly recovering kinetic energy, contributing to the function to which several advantages and novelty characteristics are destined, which will be described in detail below and which suppose a notable improvement over other similar systems currently known for the same purpose.
  • the object of the invention focuses on a set of mechanical elements that constitute a system intended to be applicable in a motorized vehicle, particularly a motor vehicle driven by internal combustion thermal engine, in order to recover and take advantage of the kinetic energy thereof, which, being of the pneumatic type, has the particularity of using a modified air compressor to be reversible and serve, at the same time, as a pneumatic motor, such that in the braking phase of the vehicle said compressor I work as an air compressor, accumulating energy in the form of compressed gas, and in the drive phase of the vehicle, work as a pneumatic motor, returning the accumulated pneumatic energy as a mechanical impulse.
  • the scope of the present invention falls within the technical sector of the mechanical, covering the field of industry dedicated to the manufacture of kinetic energy recovery systems in vehicles, and particularly focused on those using pneumatic compressed gas systems.
  • Electric accumulation systems require the generation and accumulation of electrical energy. However, as this accumulation has to be done in short periods, high voltages are necessary and, consequently, the yields decrease. In addition, the elements that compose it are of high cost, low reliability in batteries and high risks due to the high voltage.
  • Mechanical systems of accumulation of kinetic energy in flywheel at 80,000 o 200,000 rpm have the disadvantage that they have mechanical fragility, undesirable moments of inertia in curves, limitation in the cumulative energy and in the accumulation time of this.
  • those of known pneumatic type normally carry a mechanism that connects a gas compressor system in the braking phases, accumulating the compressed gas in one or more tanks for later use in pneumatic engines that will serve to drive the vehicle.
  • the set proposed here is constructed, basically, with very proven mechanical and / or electrical-electronic elements. All elements of great reliability, reduced cost and proven efficiency. It is also simple to manufacture, simple to attach to vehicles equipped with a thermal motor, it has an acceptable weight, an operation without risks and reduced moments of inertia. The accumulation of energy remains stable over time and can be expanded by simply increasing the size of the compressed air reservoir. The performance is very high as well as the fuel savings obtained, especially in urban vehicles and frequent stops and starts.
  • the recommended set consists essentially of the following elements or groups of elements:
  • connection group is formed by the different elements that link the pneumatic system to the transmission of the vehicle, comprising pinions or pulleys connecting to the transmission of the vehicle, generally from the output of the change to the differential, that is, the parts that move with the rotation of the drive shaft.
  • This group also includes a connection and disconnection clutch for the system to act or not, as well as an output shaft that couples the rest of the system, that is, with the speed variator or with the reversible compressor, since said variator is an optional element.
  • the speed variator as noted, is an optional element of the recommended recovery set, and it is considered interesting to regulate the speed of the reversible compressor since this regulates the power consumed in braking or delivered in accelerations. In each case one of the existing variable speed drives in the market that best suits will be used. This drive connects the output shaft of the connection group to the vehicle transmission with the reversible compressor.
  • said reversible compressor is the novel part of the pneumatic assembly of the invention and, although the invention contemplates that said compressor may be one of the existing rotary compressors, preferably it will be a piston compressor, which is where it is best appreciate and better yields are obtained.
  • said compressor preferably consists of a compressor with one or several cylinders, each with its piston and connecting rod coupled to a common crankshaft.
  • Each cylinder has one or more valves in the cylinder head to control the flow of gases in aspiration and expulsion. The opening and closing of said valves is controlled by a camshaft or electric command. At each turn of the crankshaft the cylinder performs a complete cycle.
  • This compressor is reversible, that is, it can work as a compressor or it can work as a pneumatic motor, so that in the braking phase of the vehicle it acts as an air compressor, accumulating energy in the form of compressed gas, and in the drive phase of the vehicle, it acts as a pneumatic motor, returning the pneumatic energy accumulated as mechanical impulse.
  • the accumulator tank of compressed air is a tank that will have a suitable design to withstand the working pressures, capacity and shape adaptable to the vehicle and the intended use, and that will be equipped with the necessary safety, monitoring and control elements to such use.
  • the distribution and control system is responsible for controlling the intake and exhaust valves as well as the rest of auxiliary elements to ensure operation in compressor mode or in reverse-motor mode of the pneumatic assembly of the invention, which It is carried out by means of an electronic control center for proper operation.
  • the pneumatic recovery assembly of the invention has a mode of operation as a compressor, transforming the kinetic energy of the vehicle into compressed air, another mode of operation as a motor transforming the energy of compressed air into mechanical thrust and a mode of repose.
  • the electronic control unit switches between the idle state and the motor or compressor, always going through rest. To this end, it has the auxiliary elements in proper position as well as the position of the intake camshaft or the electro-pneumatic valve controls. It also acts on the position of the speed variator, in case of having it, increasing or decreasing the revolutions of the motor equipment compressor, which achieves a regulation of the power absorbed in compressor mode, or delivered in motor mode, with the consequent regulation of the braking torque or the thrust torque. This also compensates for the different pressure states of the accumulator tank.
  • the pneumatic recovery assembly or recovery system After a few seconds after fully raising the foot of the accelerator, the pneumatic recovery assembly or recovery system must disconnect the clutch from the combustion engine, so that the engine brake does not act, and at the same time connect the clutch of the Inertia recovery system connection group and place this in compressor mode. If the driver depresses the brake pedal, the control unit of the recovery system must increase its revs in proportion to the braking intensity. Once the system is at maximum speed, if the driver continues to press the brake pedal, the vehicle's braking system must act. The recovery system control unit must have information on the vehicle's ABS system and reduce the braking torque of the recovery system in the event of a wheel lock. With the total stop of the vehicle or the acceleration by the driver, the recovery system will be disconnected by going to rest.
  • the above-described model of the recovery set corresponds to the use in a vehicle driven by an internal combustion engine and with a recovery system provided with a single-stage piston-compressor-engine.
  • the invention can be applied, by extension, to other different uses where there are recoverable inertia. Also using other types of compressors, such as multi-stage piston compressors.
  • the high pressure accumulator tank connects to the admission of the high pressure stage.
  • the use of multi-stage compressor-motor systems will allow greater performance and greater capacity to accumulate pneumatic energy for a given volume of accumulator tank.
  • Figure number 1. Shows a very schematic representation of an example of embodiment of the pneumatic kinetic energy recovery assembly object of the invention, the main parts and elements comprising it being appreciated, as well as their disposition.
  • the pneumatic recovery assembly in question essentially comprises a reversible compressor (3) which, coupled to an air accumulator tank (4), can work as a compressor, accumulating compressed gas in said tank (4), or as a pneumatic motor, returning the pneumatic energy of said compressed gas in the tank (4) as a mechanical impulse towards the driving axis of the vehicle, for which it is linked to said driving axis of the vehicle by means of a connection group ( 1), there being, optionally, between both a speed variator (2), as well as a distribution and control system (not shown) that, by means of an electronic exchange, controls the intake (5) and exhaust valves (6) of the compressor as well as the rest of auxiliary elements.
  • connection group (1) to the vehicle transmission comprises pinions or pulleys (11) connecting to the vehicle transmission, a clutch (12) of connection and disconnection of the system act or not, and an axis of output (13) with which it is coupled to the variable speed drive (2) or, where appropriate, directly to the reversible compressor (3).
  • Said speed variator (2) allows to regulate the speed of the reversible compressor (3) and with it, advantageously, the power consumed in braking or delivered in accelerations.
  • the reversible compressor (3) is preferably a piston compressor, so that It comprises one or several cylinders (31), with its corresponding piston (32) and connecting rod (33) coupled to a common crankshaft.
  • Each cylinder (31) has one or more intake (5) and exhaust (6) valves in the cylinder head to control, respectively, the flow of gases in the aspiration and in the expulsion, and whose opening and closing of said valves is controlled by a camshaft or by an electro pneumatic command. At each turn of the crankshaft the cylinder performs a complete cycle.
  • the duty cycle of the reverse compressor (3), as a pneumatic motor is:
  • the piston (32) starts its descent, it opens the intake valve (5), allowing the entry of compressed air from the tank (4).
  • the intake valve (5) closes when the piston is, approximately, at 1/3 of its downward stroke, this being an adjustable value in each case depending on the intended performance.
  • the compressed gas continues to drive the piston (32) until it reaches the PMI.
  • the exhaust valve (6) opens the exhaust valve (6) allowing the flow of gases into the outside atmosphere.
  • the exhaust valve (6) closes when the piston reaches the PMS, which completes the cycle.
  • valves (5, 6) can be done by mechanical means (camshafts) or with electro-pneumatic control, in which case the opening and closing points will be controlled by the electronic control unit. control, according to the program and degrees of position of the crankshaft.
  • the exhaust valve (6) will be controlled with a normal camshaft, since its opening and closing points are the same for the duty cycle as a compressor or as an engine.
  • the inlet valve (5) the closing points change depending on whether it works as a compressor or as an engine. This is achieved by designing said camshaft with double cam for each valve, one for the cycle as a compressor next to another for the motor cycle. When the compressor motor is at rest, a small axial displacement of the intake camshaft places it in the compressor or engine position.
  • the pneumatic recovery assembly of the invention also has various elements auxiliary, among which the ducts (7) by which the intake valves (5) and exhaust (6) are connected to the tank (4) air accumulator.
  • this first valve or three-way valve (8) In compressor mode, this first three-way valve (8) allows the flow of compressed gas from the cylinder (31) to the tank (4); and in engine mode, the three-way valve (8) switches and the exhaust gases exit into the outside atmosphere.
  • This three-way valve (8) can be common for the entire exhaust manifold.
  • a second valve or three-way valves (9) are arranged.
  • this second three-way valve (9) allows the flow of compressed gas from the accumulator tank (4) to the cylinder (31).
  • the second three-way valve (9) switches and allows air from the outside atmosphere to enter the cylinder (31).
  • This second three-way valve (9) can be common for the entire intake manifold.
  • the compressed gas inlet duct from the accumulator tank (4) to the compressor (3) will have a flow control valve (10) adjustable by the control unit.

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Abstract

Conjunto neumático recuperador de energía cinética que comprende un compresor reversible (3) depósito (4) acumulador de aire y grupo de conexión (1) vinculado al eje motriz del vehículo, y un sistema de distribución y mando con central electrónica que controla el flujo de gases. El compresor trabaja acumulando gas comprimido en el depósito (4), o devolviendo el gas del depósito (4) para usarlo como impulso mecánico. El grupo de conexión (1) comprende piñones o poleas (11) embrague (12) y eje de salida (13). El compresor, si es de pistones, tiene cilindros (31) con válvulas de admisión (5) y escape (6) cuya apertura y cierre está controlada por un árbol de levas o por comando electro neumático controlado por el sistema de distribución y mando. Opcionalmente, incorpora un variador de velocidad (2) entre el grupo de conexión (1) y el compresor reversible (3).

Description

CONJUNTO NEUMÁTICO RECUPERADOR DE ENERGÍA CINÉTICA
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un conjunto neumático recuperador de energía cinética, aportando a la función a que se destina varias ventajas y características de novedad, que se describirán en detalle más adelante y que suponen una notable mejora frente a otros sistemas similares actualmente conocidos para el mismo fin.
Más en particular, el objeto de la invención se centra en un conjunto de elementos mecánicos que constituyen un sistema destinado a ser aplicable en un vehículo motorizado, particularmente un vehículo automóvil movido por motor térmico de combustión interna, con la finalidad de recuperar y aprovechar la energía cinética del mismo, el cual, siendo de tipo neumático, presenta la particularidad de utilizar un compresor de aire modificado para que sea reversible y sirva a la vez, como motor neumático, de tal forma que en la fase de frenado del vehículo dicho compresor trabajo como compresor de aire, acumulando energía en forma de gas comprimido, y en la fase de impulsión del vehículo, trabaje como motor neumático, devolviendo la energía neumática acumulada como impulso mecánico.
CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector técnico de la mecánica, abarcando el ámbito de la industria dedicada a la fabricación de sistemas recuperadores de energía cinética en vehículos, y particularmente centrado en los que utilizan sistemas neumáticos de gas comprimido.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Como referencia al estado de la técnica actual, cabe señalar que existen multitud de invenciones relacionadas con la recuperación de la energía cinética que tienen los vehículos en movimiento y que, generalmente, se desperdicia con sistemas mecánicos de frenada.
En la descripción de dichas invenciones encontramos sistemas mecánicos del tipo que aquí concierne y que se basan: o bien en sistemas eléctricos, que recuperan la energía de frenada acumulando electricidad en baterías; o en sistemas hidráulicos, que acumulan la energía cinética en sistemas hidráulicos; o en sistemas mecánicos con volante de inercia; o bien en sistemas neumáticos, como el que aquí concierne.
Los sistema de acumulación eléctricos, requieren de generación y acumulación de energía eléctrica. Sin embargo, al tenerse que hacer dicha acumulación en periodos breves, son necesarios altos voltajes y, en consecuencia, los rendimientos bajan. Además, los elementos que lo componen son de coste elevado, fiabilidad baja en baterías y riesgos elevados por el alto voltaje. Los sistemas mecánicos de acumulación de energía cinética en volante de inercia a 80.000 o 200.000 rpm presentan el inconveniente de que tienen fragilidad mecánica, momentos de inercia no deseables en curvas, limitación en la energía acumulable y en el tiempo de acumulación de esta.
Por su parte, los sistemas actuales de recuperación hidráulica y/o neumática son más complejos que el que aquí se propone o tienen menos capacidad para el almacenamiento.
Además, los de tipo neumático conocidos, normalmente llevan un mecanismo que conecta un sistema compresor de gas en las fases de frenada, acumulando el gas comprimido en uno o más depósitos para su posterior utilización en motores neumáticos que servirán para impulsar el vehículo.
A diferencia de todo ello, y como se verá más adelante en la descripción detallada de las partes, y funcionamiento, el conjunto que aquí se propone se construye, básicamente, con elementos mecánicos y/o eléctrico-electrónicos muy probados. Elementos todos de gran fiabilidad, coste reducido y probada eficiencia. Además es sencillo de fabricar, sencillo de acoplar a vehículos dotados de motor térmico, tiene un peso aceptable, una operativa carente de riesgos y momentos de inercia reducidos. La acumulación de energía permanece estable en el tiempo y se puede ampliar con solo aumentar el tamaño del depósito de aire comprimido. El rendimiento es muy elevado así como el ahorro de combustible obtenido, sobre todo en vehículos de uso urbano y frecuentes paradas y arranques.
Cabe señalar, asimismo, que, al menos por parte del solicitante, se desconoce la existencia de ningún otro conjunto neumático recuperador de energía cinética que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presenta el que aquí se preconiza y según se reivindica .
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
De forma concreta, lo que la invención propone, como ya se ha apuntado anteriormente, es un conjunto neumático recuperador de energía cinética aplicable para ser implementado en vehículos movidos por motor térmico de combustión interna, de configuración habitual, si bien, con modificaciones ligeras, puede adaptarse a cualquier otro.
De forma concreta, el conjunto preconizado se compone, esencialmente, de los siguientes elementos o grupos de elementos:
- Grupo de conexión.
- Variador de velocidad (opcional) .
- Compresor reversible.
- Depósito acumulador de aire comprimido - Y sistema de distribución y mando.
El grupo de conexión está forma por los diferentes elementos que vinculan el sistema neumático a la transmisión del vehículo, comprendiendo piñones o poleas de conexión a la transmisión del vehículo, generalmente desde la salida del cambio al diferencial, es decir, las partes que se mueven con el giro del eje motriz. En este grupo se contempla, además, un embrague de conexión y desconexión para que el sistema actúe o no, así como un eje de salida que acopla el resto del sistema, es decir, con el variador de velocidad o con el compresor reversible, ya que dicho variador es un elemento opcional. El variador de velocidad, como se ha señalado, es un elemento opcional del conjunto recuperador preconizado, y que se considera interesante para regular la velocidad del compresor reversible ya que con ello regula la potencia consumida en las frenadas o la entregada en las aceleraciones. En cada caso se utilizará uno de los variadores de velocidad existentes en el mercado que mejor se adapte. Este variador conecta el eje de salida del grupo de conexión a la transmisión del vehículo con el compresor reversible.
Por su parte, dicho compresor reversible es la parte novedosa del conjunto neumático de la invención y, si bien la invención contempla que dicho compresor pueda ser alguno de los compresores rotativos existentes, preferentemente se tratará de un compresor de pistones, que es donde mejor se aprecia y mejores rendimientos se obtienen. Así, dicho compresor consiste, preferentemente en un compresor con uno o varios cilindros, cada cual con su pistón y biela acoplados a un cigüeñal común. Cada cilindro tiene una o más válvulas en la culata para controlar el flujo de gases en la aspiración y en la expulsión. La apertura y cierre de dichas válvulas está controlada por un árbol de levas o comando eléctrico. En cada vuelta del cigüeñal el cilindro realiza un ciclo completo. Este compresor, como se ha señalado, es reversible, es decir, que puede trabajar como compresor o puede trabajar como motor neumático, de tal forma que en la fase de frenado del vehículo actúa como compresor de aire, acumulando energía en forma de gas comprimido, y en la fase de impulsión del vehículo, actúa como motor neumático, devolviendo la energía neumática acumulada como impulso mecánico.
El depósito acumulador de aire comprimido es un depósito que tendrá un diseño adecuado para soportar las presiones de trabajo, de capacidad y forma adaptable al vehículo y al uso que se pretenda, y que estará dotado de los elementos de seguridad, monitorización y control necesarios para dicho uso.
Por último el sistema de distribución y mando es el encargado del control de las válvulas de admisión y escape así como del resto de elementos auxiliares para asegurar el funcionamiento en modo compresor o en modo inverso -motor- del conjunto neumático de la invención, el cual se lleva a cabo mediante una central electrónica de control para su funcionamiento adecuado.
Con todo ello, pues, el conjunto neumático recuperador de la invención tiene un modo de operación como compresor, transformando la energía cinética del vehículo en aire comprimido, otro modo de operación como motor transformando la energía de aire comprimido en empuje mecánico y un modo de reposo. La central electrónica de control conmuta entre el estado reposo y motor o compresor, siempre pasando por reposo. Para ello dispone los elementos auxiliares en posición adecuada así como la posición del árbol de levas de admisión o los controles electro neumáticos de válvulas. Así mismo actúa sobre la posición del variador de velocidad, en caso de tenerlo, aumentando o disminuyendo las revoluciones del equipo motor compresor, con lo que se consigue una regulación de la potencia absorbida en modo compresor, o entregada en modo motor, con la consiguiente regulación del par de frenada o el par de empuje. Ello compensa también los diferentes estados de presión del depósito acumulador.
Operación del conjunto neumático en modo compresor: Transcurridos unos segundos tras levantar totalmente el pie del acelerador, el conjunto neumático recuperador o sistema recuperador debe desconectar el embrague del motor de combustión, para que no actúe el freno motor, y al tiempo conectar el embrague del grupo de conexión del sistema recuperador de inercia y situar este en modo compresor. Si el conductor pisa el pedal de freno, la unidad de control del sistema recuperador debe aumentar las revoluciones de este en proporción a la intensidad de frenada. Una vez el sistema está al máximo de revoluciones, si el conductor sigue presionando el pedal de freno, debe actuar el sistema de frenado del vehículo. La unidad de control del sistema recuperador debe tener información del sistema ABS del vehículo y reducir el par de frenada del sistema recuperador en caso de bloqueo de ruedas. Con la detención total del vehículo o la aceleración por el conductor, el sistema recuperador se desconectará pasando a reposo.
Operación del conjunto o sistema recuperador en modo motor: Tras el arranque del vehículo con su sistema habitual, cuando el conductor lleva unos segundos pulsando el pedal acelerador, el sistema recuperador pasará de reposo a posición motor, empujando de forma continua tanto si el vehículo es automático como si el cambio de marchas es manual. El par de empuje se regulará por la posición del variador de velocidad del sistema recuperador y la válvula que regula el flujo de gas comprimido al sistema recuperador. El algoritmo que controla la posición de ambos elementos tendrá en cuenta la presión del conductor sobre el pedal del acelerador, la velocidad del vehículo y la presión del depósito acumulador para un óptimo rendimiento.
Finalmente, conviene tener en cuenta que el modelo descrito anteriormente de conjunto recuperador se corresponde con el uso en un vehículo impulsado por un motor de combustión interna y con un sistema recuperador provisto de un compresor-motor de pistones de una sola etapa. Sin embargo la invención puede aplicarse, por extensión, a otros usos diferentes donde existan inercias recuperables. También usando otros tipos de compresores, como por ejemplo compresores de pistones de varias etapas.
Así, en el caso de usar un compresor-motor de dos etapas, en cascada, el funcionamiento será similar, con la diferencia de que se añadirá un pequeño depósito de media presión intercalado entre ambas etapas. Las válvulas de tres vías se dispondrían de forma que: En modo compresor, el gas de escape de la etapa de baja presión pase al depósito intermedio y de este a la admisión de la etapa de alta presión. El escape de la etapa de alta presión irá al depósito acumulador de alta presión.
En modo motor, el depósito acumulador de alta presión conecta con la admisión de la etapa de alta presión. El escape de esta con el depósito intermedio y esta con la admisión de la etapa de baja presión. El escape de esta a la atmósfera. El uso de sistemas compresor-motor de varias etapas permitirá un mayor rendimiento y mayor capacidad de acumulación de energía neumática para un volumen determinado de depósito acumulador.
Visto lo que antecede, se constata que el descrito conjunto neumático recuperador de energía cinética representa una innovación de características desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando de la invención, y para ayudar a una mejor comprensión de las características que la distinguen, se acompaña la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente: La figura número 1.- Muestra una representación muy esquemática de un ejemplo de realización del conjunto neumático recuperador de energía cinética objeto de la invención, apreciándose en ella las principales partes y elementos que comprende, así como la disposición de las mismas.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de la descrita figura 1 y única, y de acuerdo con la numeración adoptada en ella, se puede apreciar en un ejemplo de realización preferida de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se describen en detalle a continuación. Asi, tal como se observa en dichas figuras, el conjunto neumático recuperador en cuestión comprende, esencialmente, un compresor reversible (3) que, acoplado a un depósito (4) acumulador de aire, puede trabajar como compresor, acumulando gas comprimido en dicho depósito (4), o como motor neumático, devolviendo la energía neumática de dicho gas comprimido en el depósito (4) como impulso mecánico hacia el eje motriz del vehículo, para lo cual se vincula a dicho eje motriz del vehículo mediante un grupo de conexión (1), existiendo, opcionalmente, entre ambos un variador de velocidad (2), así como un sistema de distribución y mando (no representado) que, mediante una central electrónica, controla las válvulas de admisión (5) y escape (6) del compresor así como el resto de elementos auxiliares.
Para ello, el grupo de conexión (1) a la transmisión del vehículo, comprende piñones o poleas (11) de conexión a la transmisión del vehículo, un embrague (12) de conexión y desconexión del sistema actúe o no, y un eje de salida (13) con el que se acopla al variador de velocidad (2) o, en su caso, directamente al compresor reversible (3) . Dicho variador de velocidad (2), permite regular la velocidad del compresor reversible (3) y con ello, ventajosamente, la potencia consumida en las frenadas o la entregada en las aceleraciones. Por su parte, el compresor reversible (3) es, preferentemente, un compresor de pistones, de forma que comprende uno o varios cilindros (31), con su correspondiente pistón (32) y biela (33) acoplados a un cigüeñal común. Cada cilindro (31) tiene una o más válvulas de admisión (5) y escape (6) en la culata para controlar, respectivamente, el flujo de gases en la aspiración y en la expulsión, y cuya apertura y cierre de dichas válvulas está controlada por un árbol de levas o mediante un comando electro neumático. En cada vuelta del cigüeñal el cilindro realiza un ciclo completo.
Asi, dicho ciclo, cuando el compresor reversible (3) trabajo como compresor de aire, es el siguiente:
Partiendo del punto muerto superior (PMS) , cuando el pistón (32) inicia su bajada, abre la válvula de admisión (5), permitiendo la entrada de aire atmosférico, previo paso por filtro. La válvula de admisión (5) se cierra cuando el pistón llega al punto muerto inferior (PMI) . Cuando el pistón rebasa el PMI e inicia la carrera de compresión abre la válvula de escape (6), permitiendo el flujo de gases comprimidos hacia el depósito (4) acumulador. La válvula de escape (6) se cierra al llegar el pistón al PMS, lo que completa el ciclo.
Por su parte, el ciclo de trabajo del compresor inverso (3), como motor neumático es:
Partiendo del punto muerto superior (PMS), cuando el pistón (32) inicia su bajada, abre la válvula de admisión (5), permitiendo la entrada de aire comprimido desde el depósito (4) . La válvula de admisión (5) se cierra cuando el pistón está, aproximadamente, a 1/3 de su carrera de descenso, siendo este un valor ajustable en cada caso en función del rendimiento que se pretenda. El gas comprimido sigue impulsando al pistón (32) hasta que este llega al PMI . Cuando el pistón rebasa el PMI e inicia la carrera de ascenso, abre la válvula de escape (6) permitiendo el flujo de gases a la atmósfera exterior. La válvula de escape (6) se cierra al llegar el pistón al PMS, lo que completa el ciclo.
Como se ha apuntado anteriormente, la apertura y cierre de estas válvulas (5, 6) se puede hacer por medios mecánicos (árboles de levas) o con comando electro neumático, en cuyo caso los puntos de apertura y cierre los controlará la unidad electrónica de control, conforme al programa y grados de posición del cigüeñal .
Para el caso de apertura y cierre por medios mecánicos, la válvula de escape (6) se controlará con un árbol de levas normal, pues sus puntos de apertura y cierre son los mismos para el ciclo de trabajo como compresor o como motor. Sin embargo, para la válvula de admisión (5) los puntos de cierre cambian según se funcione como compresor o como motor. Esto se consigue diseñando dicho árbol de levas con doble leva para cada válvula, una para el ciclo como compresor junto a otra para el ciclo motor. Cuando el motor compresor está en reposo, un pequeño desplazamiento axial del árbol de levas de admisión lo sitúa en la posición de compresor o en la de motor. El conjunto neumático recuperador de la invención cuenta asimismo con diversos elementos auxiliares, entre los que cabe destacar los conductos (7) mediante los que las válvulas de admisión (5) y escape (6) están conectadas al depósito (4) acumulador de aire.
Además, entre la válvula o válvulas de escape
(6) y el depósito (4), lo más próximo posible a dicha válvula de escape, se dispone de una primera válvula o válvulas de tres vías (8) . En modo compresor, esta primera válvula de tres vías (8) permite el flujo de gas comprimido del cilindro (31) al depósito (4) ; y en modo motor, la válvula de tres vías (8) conmuta y los gases de escape salen a la atmósfera exterior. Esta válvula de tres vías (8) puede ser común para todo el colector de escape.
Paralelamente, entre la válvula o válvulas de admisión (5) y el depósito (4), lo más próximo posible a la válvula de admisión (5) posible, se dispone una segunda válvula o válvulas de tres vías (9) . En modo motor, esta segunda válvula de tres vías (9) permite el flujo de gas comprimido del depósito acumulador (4) al cilindro (31) . En modo compresor, la segunda válvula de tres vías (9) conmuta y permite la entrada del aire de la atmósfera exterior al cilindro (31) . Esta segunda válvula de tres vías (9) puede ser común para todo el colector de admisión. El conducto de entrada de gas comprimido desde el depósito (4) acumulador al compresor (3) llevará una válvula de control de flujo (10) regulable por la unidad de control.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, asi como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a titulo de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. - CONJUNTO NEUMATICO RECUPERADOR DE ENERGIA CINÉTICA que, siendo del tipo aplicable en vehículos movidos a motor para recuperar la energía cinética que adquieren con el movimiento para no desperdiciarla en la frenada, y que siendo de los que para ello utilizan un sistema neumático con compresor de aire, está caracterizado porque dicho compresor es un compresor reversible (3) que está acoplado a un depósito (4) acumulador de aire y a un grupo de conexión (1) que lo vincula al eje motriz del vehículo, contando con un sistema de distribución y mando con una central electrónica que, entre otros elementos, controla el flujo de gases en la aspiración y en la expulsión de aire de dicho compresor reversible (3) para que trabaje en un modo como compresor, acumulando gas comprimido en el depósito (4) , o para que trabajo en un modo como motor neumático, devolviendo el gas comprimido en el depósito (4) para usarlo como impulso mecánico hacia el eje motriz del vehículo.
2. - CONJUNTO NEUMÁTICO RECUPERADOR DE ENERGÍA CINÉTICA, según la reivindicación 1, caracterizado porque el grupo de conexión (1) a la transmisión del vehículo, comprende piñones o poleas (11) de conexión a la transmisión del vehículo, un embrague (12) de conexión y desconexión del sistema y un eje de salida (13) .
3. - CONJUNTO NEUMÁTICO RECUPERADOR DE ENERGÍA CINÉTICA, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el compresor reversible (3) es un compresor de pistones, con uno o varios cilindros (31) con una o más válvulas de admisión (5) y escape (6) cada uno que controlan, respectivamente, el flujo de gases en la aspiración y en la expulsión del compresor reversible (3) .
4. - CONJUNTO NEUMÁTICO RECUPERADOR DE ENERGÍA CINÉTICA, según la reivindicación 3, caracterizado porque la apertura y cierre de las válvulas de admisión (5) y escape (6) está controlada por un árbol de levas.
5. - CONJUNTO NEUMÁTICO RECUPERADOR DE ENERGÍA CINÉTICA, según la reivindicación 3, caracterizado porque la apertura y cierre de las válvulas de admisión (5) y escape (6) está controlada por comando electro neumático que, a su vez, está controlado por la central electrónica de control del sistema de distribución y mando.
6. - CONJUNTO NEUMÁTICO RECUPERADOR DE ENERGÍA CINÉTICA, según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque incorpora un variador de velocidad (2) acoplado entre el grupo de conexión (1) y el compresor reversible (3) para regular la velocidad de dicho compresor reversible (3) .
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