Adaptación a un sistema eléctrico hídrido de la planta propulsora de un automóvil con motor de combustión interna

Abstract

En el presente trabajo de grado se propone un diseño donde en un vehículo del mercado nacional coexistirán dos plantas propulsoras, un motor de combustión interna y uno eléctrico. Dichas plantas operarán alternativamente según los requerimientos y características de eficiencia de cada una. Se escogió un vehículo marca Toyota modelo Terios para efectuar la adaptación. Para la selección del mismo se consideraron los siguientes criterios: disponibilidad, accesibilidad, características físicas y costo. Mediante la aplicación del método de los criterios ponderados se seleccionó un diseño que resultó en la ubicación de un motor eléctrico en el portaequipaje del automóvil, el cual accionará una de las ruedas traseras a través de un sistema de transmisión de cadenas y bandas. El dimensionamiento de los componentes mecánicos se realizó utilizando tanto los métodos tradicionales de la mecánica de sólidos como programas especializados en el cálculo de esfuerzos numéricamente. Fue necesario, dada la forma de operación del vehículo adaptado, modificar los sistemas de dirección hidráulica y de reforzador de frenos por vacío. Se plantea en el trabajo asistir a la dirección mediante una bomba electro-hidráulica que sustituirá a la existente. También se propone la incorporación de una bomba eléctrica de vacío conectada al reforzador de frenos de manera paralela al sistema de succión proveniente de la admisión del motor de combustión. Se diseñó un sistema control automático para operar los diferentes elementos incorporados al vehículo. El mismo está conformado principalmente por un circuito electrónico inversor que permite variar la velocidad del motor y un controlador lógico programable que accionará la bomba electro-hidráulica y la eléctrica de vacío. Finalmente para proporcionar energía a todos los elementos eléctricos se seleccionaron acumuladores eléctricos de Litio- Ion.

In this dissertation is proposed a design where in a vehicle from the national market will coexist two power plants, a combustion engine and an electric motor. These plants will operate alternately according to the requirements and efficient characteristics of each one. A car manufactured by Toyota, Terios model, was chosen to do the adaptation. For the selection of the car the following criteria were considered: availability, accessibility, physical characteristics and cost. By means of the application of the weighted criteria’s method was selected a design that resulted in the location of an electric motor at the car’s trunk, which will drive one of the rear wheels through a system of chains and bands. The sizings of the mechanical components were made using traditional methods of solid mechanics and specialized programs in the calculation of stresses numerically. It was necessary, given the form of operation of the adapted vehicle to modify the power steering system and the brake vacuum booster. It’s suggested, in the dissertation, to assist the wheel steering by means of a hydraulic-electric pump that will replace the existing one. Also it’s suggested the incorporation of an electric vacuum pump connected to the brake booster in parallel to the suction from the combustion engine intake. It was designed an automatic control system for operating the various components incorporated into the vehicle. It consists mainly of an inverter electronic circuit that allows to vary the motor speed and a programmable logic controller to actuate the electro-hydraulic pump and the electric vacuum pump. Finally, to provide power to all electrical components Lithium-Ion batteries were selected.