MXPA01013015A - Dispositivo para arrancar y transmitir la potencia del motor propulsor de vehiculos automotrices. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo electromecánico que re°ne las funciones para el arranque del motor térmico propulsor de vehículos automotrices, y por otra parte, transmitir la potencia desarrollada por dicho motor al eje motriz del vehículo. Este dispositivo propulsa al vehículo desde el arranque hasta una velocidad del orden de 40 a 50 KPH por medio de un motor eléctrico que es parte del dispositivo, y a continuacion la propulsion se efect°a por el mismo motor de combustion interna del vehículo, por otra parte, durante esta etapa de propulsion, el motor de combustion interna también recarga continuamente el banco de baterías que energizan al motor eléctrico anteriormente mencionado. Pero el mérito principal que tendrán los vehículos equipados con dicho dispositivo consiste en que su motor térmico permanece totalmente inmovil durante todo el tiempo en que no propulsan su vehículo, o sea que es detenido y arrancado automáticamente cuantas veces sea necesario, lo cual significa una importante reduccion en el consumo de combustible, y por consiguiente, también en la emision de gases de escape altamente dañinos para la salud de las personas.

Description

DISPOSITIVO PARA ARRANCAR Y TRANSMITIR LA POTENCIA DEL MOTOR PROPULSOR DE VEHÍCULOS AUTOMOTRICES ANTECEDENTES Actualmente para arrancar los motores de combustión interna utilizados para la propulsión de vehículos automotrices se requiere de un sistema auxiliar (marcha) consistente de un motor eléctrico energizado por la batería del vehículo que se conecta momentáneamente por medio de un tren de engranes para iniciar la rotación del cigüeñal del motor térmico, el cual se mantendrá girando constantemente durante toda la jornada de operación del vehículo, no obstante que el motor térmico no esté desarrollando potencia para la propulsión del vehículo.

Por otra parte, para poder transmitir la potencia que desarrolla el motor térmico hasta el eje propulsor del vehículo con el par de torsión (torque) más aproximado al esfuerzo de tracción requerido para vencer la resistencia al movimiento que presenta el vehículo y que es debida a: el aumento de velocidad durante el periodo de aceleración, el ascenso de pendientes, etc. se requiere de un tren de engranes con tres o más cambios entre sus relaciones de engranes que se efectúan en forma progresiva y regresiva (caja de velocidades) que puede ser de accionamiento manual o automático.

Por lo anteriormente mencionado, claramente se pone de manifiesto la necesidad de poder disponer de algún dispositivo que sea capaz de detener totalmente (parar) el funcionamiento del motor de combustión interna durante todo el tiempo en que no estén desarrollando potencia para la propulsión de sus vehículos y nuevamente volver a arrancarlos, con lo cual se podrá reducir considerablemente el desmesurando consumo de combustibles derivados del petróleo y por consiguiente disminuir también la fuerte y grave emisión de productos altamente tóxicos a la atmósfera que son consecuencia de la imperfecta combustión que es mayor cuando están funcionando sin desarrollar potencia durante los periodos comprendidos entre la terminación de cada ciclo de trabajo y que permanecen funcionando en vacío en espera de la iniciación del siguiente ciclo, tal como ocurre cuando se circula difícilmente en el tráfico urbano.

Habiendo encontrado la forma de conjuntar armónicamente el proceso de arranque del motor con el de la transmisión de potencia y además poder mantener el motor de combustión interna sin funcionar durante todo el tiempo en que no esta suministrando potencia, se ha desarrollado el dispositivo de arranque y transmisión de potencia que a continuación se describe en esta solicitud con la finalidad de protegerlo mediante patente de invención.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION Los detalles característicos de este novedoso dispositivo para el arranque y transmisión de potencia en vehículos automotrices se muestra claramente en la siguiente descripción con la ayuda de los dibujos que la acompañan como una ilustración de aquella utilizando los mismos signos de referencia para indicar las mismas partes en todas las figuras que son: La figura 1, es un diagrama que muestra el corte longitudinal del ensamble general del dispositivo de arranque y transmisión de potencia que en su extremo delantero está fijado al extremo posterior de la carcaza del embrague de fricción perteneciente al vehículo, en substitución de la carcasa de la caja de cambio de velocidades de operación manual; en este diagrama se muestra con líneas discontinuas el contorno correspondiente a los elementos del vehículo que seguirán utilizándose, tales como son: el motor de combustión interna con su respectivo embrague de fricción, el alternador y rectificador para los circuitos de control, de alumbrado, de carga de baterías, el regulador de voltaje, la batería y el eje articulado (cardan) que conecta la caja de velocidades con el diferencial (no mostrado); de dicho cardán solamente se muestra un tramo de su extremo delantero.

La figura 2, es un diagrama típico del comportamiento en la operación que muestra el esfuerzo de tracción o propulsión que desarrolla un automóvil del tipo compacto con un peso del orden de novecientos cincuenta a mil cien kilogramos, provisto con una caja de velocidades con cuatro cambios; curvas a-b, c-d, e-f y g-h; en este diagrama se ha agregado la curva j-k, que corresponde al esfuerzo de tracción, que dicho automóvil puede desarrollar propulsado por un motor eléctrico de 30 HP desde la velocidad de 0 kph hasta la velocidad en que tanto el esfuerzo de tracción desarrollado por el motor de combustión interna y el eléctrico son iguales, tal como se muestra por la letra "k" en la curva g-h correspondiente al cuarto cambio, que es el único que se utiliza.

La figura 3, es un diagrama típico que muestra la forma de incorporar fácilmente el dispositivo de arranque y transmisión de potencia en vehículos con el motor de combustión interna instalado en el extremo delantero y la propulsión en el eje trasero sin tener necesidad de suprimir la caja de cambio de velocidades.

Con referencia a dichas figuras, en la figura 1 , se puede observar que el ensamble formando por el motor de combustión interna del vehículo (No. 5) con la carcasa del embrague de fricción (No. 6) están fijados al extremo delantero de estator (No. 7) del motor eléctrico (No. 21) correspondiente al dispositivo de arranque y transmisión de potencia, en tanto que el disco de fricción (No. 9) del embrague (No. 12) del vehículo está fijado al extremo delantero del eje de la armadura (No. 22) del motor eléctrico (No. 21) que en su extremo posterior está fijado a la brida (No. 45) para conectarse con la brida (No. 46) del extremo delantero del cardán (No. 38), el cual en su extremo posterior (no mostrado) está conectado con el eje del diferencial del vehículo, o sea que este dispositivo de arranque y transmisión de potencia se instala en el lugar correspondiente a la caja de cambio de velocidades de accionamiento manual que ha sido suprimida.

Por otra parte, el sistema de control de velocidad del vehículo está constituido por el pedal del acelerador (No. 15) que acciona el diafragma de la válvula de aceleración (No. 13) por medio de la barra (No. 37) y el cable (No. 17) que después de pasar por las poleas (No. 18) se conecta y acciona el brazo actuador (No. 16) del diafragma (No. 13) y el mecanismo dosificador del inyector central de combustible no mostrado. La barra (No. 37) también está conectada con la barra auxiliar (No. 37A) para accionar la escobilla giratoria del potenciómetro (No. 30) para variar la velocidad de rotación del motor eléctrico de propulsión (No. 21 ) por medio del control de velocidad electrónico (No. 33), sin embargo la forma de propulsión ya sea por medio del motor eléctrico (No. 21) o por medio del motor de combustión interna (No. 5) o ambos motores simultáneamente está determinada por la velocidad de rotación del rotor del tacómetro o encoder (No. 27) que está propulsado por el tren de engranes (No. 47A) y (No. 47) que es accionado por el eje de la armadura del motor eléctrico (No. 21), o sea que la velocidad de rotación del tacómetro o encoder es proporcional a la velocidad de rotación del eje trasero y de las llantas del vehículo la cual determina la forma de propulsión.

El cambio del sentido de la marcha del vehículo se efectúa por medio del inversor de marcha (No. 34) que consiste de un contactor bipolar de dos cambios (D.P.D.T) que es accionado por el solenoide (No. 35) para marcha hacia adelante y el solenoide (No. 36) para marcha hacia atrás o reversa, los cuales son energizados por el interruptor monopolar de doble tiro (S.P.D.T.) que es operado por la palanca del inversor (No. 32) a voluntad del conductor del vehículo.

Otra característica propia de este dispositivo de arranque y transmisión de potencia es el enfrenamiento dinámico o reostático que consiste en la conversión de la energía cinética producida por la rotación de las llantas traseras del vehículo que es transformada en electricidad por el motor de propulsión (No. 21) convertido en generador durante el proceso de enfrenamiento, dicha energía eléctrica es disipada en forma de calor por la resistencia (No. 39) que se conecta en serie con el motor (No. 21) cuando el conductor del vehículo cierra manualmente el interruptor (No. 44) para energizar el solenoide del contactor de enfrenamiento (No. 40) para cerrar el circuito de enfrenamento dinámico entre elmotor eléctrico (No. 21 ) y la resistencia de enfrenamiento (No. 39) a través de su interconexión de potencia a-b.

SISTEMA ELÉCTRICO El sistema eléctrico está constituido por dos circuitos independientes que son: a) un circuito de baja tensión (12 volts CD) propio del vehículo el cual en la figura 1 , está resumido por el alternador (No. 10) para recargar la batería (No. 14), el regulador de voltaje con el rectificador de corriente (No. 11) y la batería (No. 14); este circuito se utiliza para energizar los dispositivos de control y de alumbrado. b) un circuito flotante de corriente directa con una tensión y capacidad suficientes para mantener funcionado durante por lo menos una hora el motor eléctrico (No. 21); este circuito consiste básicamente de un banco de batería (No. 31) que son constantemente recargadas por el alternador (No. 28) y el rectificador (No. 29) para mantenerlas en estado de flotación cuando el automóvil opera a velocidades superiores a la de propulsión eléctrica; este banco de baterías también suministra energía a través del termostato (No. 42) para alimentar la resistencia de precalentamiento (No. 49) del agua de enfriamiento del motor de combustión interna (No. 5), el motor de la bomba de circulación de agua caliente (No. 50) y la lámpara de aviso por el motor de combustión interna (No. 5) frío, cuando el automóvil no está funcionando y la temperatura del agua ha descendido a menos de la temperatura mínima admisible para el funcionamiento de dicho motor de combustión interna.

SECUENCIA DE OPERACIÓN Y CAMBIOS En la figura 2, que es el diagrama típico de operación de un automóvil compacto con un peso del orden de 950 a 1 ,100 Kg, en el cual se ha agregado la curva J-K que corresponde al esfuerzo de tracción que dicho automóvil puede desarrollar si es propulsado por un motor eléctrico de solamente 30 HP desde el arranque hasta la velocidad en que tanto el esfuerzo de tracción con el motor de combustión interna (No. 5) como por el motor eléctrico (No. 21) son iguales, tal como está indicado por el punto "K" en la curva g-h de esta figura, las maniobras para iniciar la marcha del automóvil son las siguientes: En primer lugar se debe accionar la llave del interruptor maestro de control (No. 24) y mover la palanca de cambio del sentido de marcha del inversor (No. 32) a la posición del sentido de marcha requerido para energizar el solenoide (No. 35), si la marcha va a ser hacia adelante, o el solenoide (No. 36) si la marcha va a ser en reversa, en segundo lugar, se debe oprimir el pedal del acelerador (No. 15) con objeto de que el potenciómetro (No. 30) accione el control de velocidad electrónico (No. 33) para que suministre la corriente eléctrica necesaria al motor (No. 21) y pueda responder al grado de aceleración deseado por el conductor del automóvil; de esta manera la propulsión del automóvil es únicamente eléctrica desde el arranque hasta llegar a la velocidad indicada por el punto "g" de la curva g-h, la cual corresponde al cuarto cambio (cuarta velocidad), al llegar el automóvil a la velocidad indicada por el punto "g", el tacómetro o el encoder (No. 27) emite una señal eléctrica a su tablero de control (No. 27A) para que abra su interconexión a-b y desactive la válvula electro neumática (No. 23) para suspender el flujo de aire comprimido al pistón (No. 20) y el resorte (No. 26) pueda empujar el extremo bifurcado de la palanca (No. 19) y el disco de embrague (No. 9) hasta que sea detenido por el impacto progresivo y modulado contra la cara posterior del volante (No. 8), que esta fijado al cigüeñal del motor de combustión interna (No. 5), y como simultáneamente también se cierra de la interconexión a-b, anteriormente mencionada, se energiza la bobina de ignición (No. 25) y tomando en consideración que con el cierre del disco de fricción (No. 9) contra el volante (No. 8) se inició la rotación del cigüeñal, el motor de combustión interna (No. 5) empieza a funcionar pero solamente entre el punto "g" y el punto "h" que es el rango de velocidad de operación, correspondiente a la operación en el cuarto cambio (cuarta velocidad).

Es conveniente hacer mención a que desde el punto "g" hasta el punto "k" el automóvil es propulsado tanto por el motor de combustión interna (No. 5) como también por el motor eléctrico (No. 21) simultáneamente, pero la potencia suministrada por dicho motor eléctrico no fluye a través del ensamble del embrague de fricción (No. 12).

Cuando el automóvil alcance la velocidad indicada por el punto "k" el tacómetro o el encoder (No. 27) emitirá una nueva señal a su tablero de control (No. 27A) para que abra su interconexión d-e y el panel (No. 33) de control de velocidad del motor eléctrico (No. 21) no continúe suministrando energía eléctrica para la propulsión del automóvil; a partir de esta velocidad y hasta la máxima indicada por la letra "h" la potencia para la propulsión será suministrada únicamente por el motor de combustión interna (No. 5) en exactamente la misma forma que en los actuales automóviles, también el puhto "k" es la velocidad teórica prestablecida a la que se debe hacer el cambio de la tercera a la cuarta velocidad en un automóvil como los que actualmente están en uso. Por otra parte, durante el proceso de desaceleración del automóvil, la secuencia de cambios anteriormente descrita se efectúa en forma inversa.

El mérito principal que se tiene en un vehículo equipado con el dispositivo de arranque y transmisión de potencia anteriormente descrito consiste en que cuando opera a velocidades superiores a la del punto "k" el alternador (No. 28) que es accionado por el motor de combustión interna (No. 5) recarga el banco de baterías (No. 31) lo cual es de gran utilidad debido a que por un lado se reduce su tamaño, peso y capacidad, y por otro lado las baterías del banco de baterías (No. 31) se mantienen en estado de flotación con lo cual se aumenta considerablemente su duración (vida útil).

Hasta aquí se describe únicamente la forma para la instalación de dicho dispositivo de arranque y transmisión de potencia en el sitio que corresponde a la transmisión o caja de velocidades del vehículo, pero también es posible obtener exactamente el mismo resultado sin tener que suprimir la caja de cambios de velocidad como se muestra esquemáticamente en la figura 3.

En este caso, entre las bridas (No. 45 y 46) que conectan la caja de cambios (A) del vehículo con el cardán (No. 38) se debe instalar el engrane (No. 54) que esta permanentemente conectado con el engrane (No. 55) el cual es accionado por el disco (No. 56) cuando el pistón neumático (No. 57) acciona la palanca bifurcada (No. 58) para establecer el contacto entre el disco (No. 56) y el disco (No. 56A) que está fijado al eje del motor eléctrico (No. 21); cuando el automóvil llega a la velocidad correspondiente al punto "k". El tren de engranes constituido por los engranes (No. 45 y 46) actúan y son lubricados dentro de la caja cerrada (No. 59), por otra parte el eje del tacómetro o el encoder (No. 27) está acoplado al eje del engrane (No. 55). Con esta alternativa la única modificación que se debe hacer a la caja de cambio de velocidades del vehículo, consiste en bloquear y dejar permanentemente interconectados los engranes correspondientes al cuarto cambio de velocidad.

Por todo lo mencionado en la descripción anterior de esta solicitud se puede afirmar que en la actualidad no se conoce ningún dispositivo que sea capaz de: Arrancar el motor de combustión interna utilizado para la propulsión de vehículos automotrices y además poder transmitir la potencia desarrollada por dicho motor de combustión interna al eje motriz del vehículo con el par de torsión más aproximado al requerido para vencer la resistencia al movimiento del vehículo. O sea que ambas funciones son realizadas por el mismo dispositivo.

Claims (3)

Habiendo descrito suficientemente dicha invención que considera como una novedad, reclamo como de mi exclusiva propiedad lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. Un dispositivo para arrancar y trasmitir la potencia del motor propulsor de vehículos automotrices que se instala en lugar y en sitio que ocupa la caja de cambios de velocidades, del vehículo, dicho dispositivo está caracterizado por: que incluye un motor eléctrico cuyo rotor tiene un eje que en uno de sus extremos está acoplado con el embrague del vehículo y en el otro extremo está acoplado por un lado con la brida del eje articulado cardán que en su otro extremo está conectado con el diferencial, y por otro lado dicho cardán también está acoplado con un tren de engranes que acciona el eje del rotor de un tacómetro o encoder que eléctricamente está conectado con un tablero de control y con un reóstato que está conectado con un dispositivo para regular la velocidad de rotación de dicho motor eléctrico el cual está conectado y energizado por un banco de baterías independiente de la batería propia del vehículo.

2. Un dispositivo para arrancar y transmitir la potencia del motor propulsor de vehículos automotrices como el descrito en la cláusula 1 , caracterizado por: que se instala adicionalmente a la caja de cambio de velocidades del vehículo y se interconecta con esta caja de cambio de velocidades por medio de un tren de engranes o una cadena de eslabones o una banda dentada; en este caso dicha caja de velocidades se deja permanentemente interconectada con alguna de las relaciones de engranes correspondiente a los cambios de velocidades.

3. Un dispositivo para arrancar y transmitir la potencia del motor propulsor de vehículos automotrices como el descrito en la cláusula 1 , caracterizado por: que dicho motor eléctrico está conectado y energizado por el mismo banco de baterías que energiza todos los otros circuitos de control y de alumbrado del vehículo. Un dispositivo para arrancar y transmitir la potencia del motor propulsor de vehículos automotrices como el descrito en la cláusula 2, caracterizado por: que dicho motor eléctrico está conectado y energizado por el mismo banco de baterías que energiza todos los otros circuitos de control y de alumbrado del vehículo.