IT201600111193A1 - Sistema di raffreddamento del motore di un motoveicolo - Google Patents

Description

Sistema di raffreddamento del motore di un motoveicolo

Descrizione

La presente invenzione ha come oggetto un sistema di raffreddamento di un motore a combustione interna di un motoveicolo, in particolare uno scooter, in cui è prevista una ventola di raffreddamento e una griglia disposta su un lato del motoveicolo e che riceve un flusso d'aria sostanzialmente tangenziale derivante dal moto in avanti del motoveicolo, aspirato da detta ventola attraverso la griglia stessa.

In particolare, la ventola può essere calettata direttamente su un’estensione dell’albero motore oppure può essere trascinata dall’albero motore grazie a un collegamento cinematico con una cinghia o un pignone.

Sebbene il suo impiego non sia limitato a quest’esempio, questo sistema di raffreddamento è altresì efficacemente impiegabile nei motori per motoveicolo raffreddati ad acqua in cui, sull'asse motore, sono montati sia la ventola, che provvede ad aspirare aria attraverso un radiatore, sia un motore generatore elettrico, che provvede alla carica di una batteria elettrica, all'accensione del motore a combustione interna e, eventualmente, a erogare forza motrice quando il motoveicolo è del tipo a propulsione cosiddetta ibrida.

L'asse del motore a combustione interna è trasversale rispetto allo sviluppo longitudinale del motoveicolo ed è quindi orizzontale rispetto a un piano di marcia, nonché perpendicolare a un piano verticale che viene sostanzialmente definito dal piano di rotazione della ruota posteriore fissa, cioè non sterzante, quando il motoveicolo marcia secondo una linea dritta. Motore elettrico, ventola, radiatore e relativa griglia sono quindi accolti sul medesimo lato del motore, per esempio il lato destro opposto al lato della trasmissione del veicolo, in corrispondenza di un'estremità dell'albero motore che è comandato in rotazione da uno o più pistoni; l'estremità opposta dell'albero motore è pertanto connessa agli organi di trasmissione del moto alla ruota posteriore motrice. Nel motoveicolo, potrebbe anche essere prevista una doppia ruota anteriore e/o posteriore in una soluzione che non è qui descritta ma che può comprendere il sistema di raffreddamento qui descritto.

Il posizionamento della griglia del radiatore sopra descritto fa sì che essa sia predisposta con un duplice scopo: da una parte deve prevenire che il radiatore sia sporcato da detriti e particolato aspirati dalla ventola insieme al flusso d’aria e, d’altra parte, esso deve nascondere alla vista il radiatore in quanto questo non è un componente esteticamente gradevole da osservare.

In relazione a quest’ultimo aspetto, si deve notare che il radiatore, e quindi la griglia, sono disposti nella parte bassa dal veicolo e quindi vengono osservati, da una persona che si trova in prossimità del veicolo e che quindi è in grado di osservarne i dettagli, dall’alto verso il basso.

A tale proposito pertanto, è desiderabile che la griglia, oltre ad assolvere il suo compito principale di schermo senza introdurre nel sistema perdite di carico eccessive, produca il massimo effetto coprente possibile per nascondere alla vista ciò che essa ricopre, ovvero il radiatore nel caso di motori raffreddati ad acqua, o altri organi dell’unità di propulsione o la ventola stessa.

In arte, sono noti molti esempi di griglia per radiatori in motoveicoli, che hanno una struttura sostanzialmente a lamelle. La visibilità del radiatore aumenta con l’impiego di lamelle inclinate che lasciano libera la vista guardando la griglia da direzioni non perpendicolari a essa, in particolare dall’alto e dai lati.

Il brevetto USA No. 6,971,438 descrive un sistema di raffreddamento come sopra delineato, in cui la griglia è sostanzialmente parallela al radiatore, in una configurazione in cui l'inconveniente sopra evidenziato potrebbe manifestarsi.

Alla luce di quest'esigenza, la domanda di brevetto europeo No. 2,474,723 descrive un sistema di raffreddamento in cui la griglia è inclinata in modo che una sua proiezione trasversale di dimensioni aumentate è rivolta verso la direzione di moto, in modo da intercettare in parte il flusso d'aria derivante dal moto del veicolo.

Tuttavia, questa disposizione potrebbe diminuire l'efficienza aerodinamica del veicolo, e infatti tale griglia presenta lamelle trasversali disposte a formare una superficie piana sulla griglia, di fatto ostruendo il passaggio dell'aria, anche per impedire che sporcizia, acqua o polvere penetri all'interno del vano del radiatore chiuso dalla stessa griglia.

La domanda di brevetto europeo No. 2,022,658 descrive invece un sistema di raffreddamento del tipo sopra descritto, in cui la griglia è separata in due porzioni da una nervatura verticale, sollevata rispetto ai bordi anteriore e posteriore della griglia. In questo modo, sotto la griglia viene a formarsi uno spazio vuoto dove l'aria ha la possibilità di cambiare direzione per effetto della forza di aspirazione della ventola, e una parte della griglia presenta una sua proiezione trasversale rivolta verso la direzione di moto, in modo da intercettare in parte il flusso d'aria derivante dal moto del veicolo.

Anche in questo caso però, potrebbero esserci sia problemi di tipo aerodinamico sia il rischio che sporcizia o polvere possa infiltrasi nell'area del radiatore sotto la griglia di protezione.

Il problema tecnico che è alla base della presente invenzione è di fornire un sistema di raffreddamento per un motore a combustione interna di un motoveicolo che consenta di ovviare agli inconvenienti menzionati con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema viene risolto da un sistema di raffreddamento come sopra specificato, in cui:

• detta griglia, che presenta un bordo inferiore, un bordo superiore, un bordo anteriore e un bordo posteriore rispetto a una direzione di marcia in avanti del veicolo, presenta una struttura a maglie di rete a nido d'ape, e si estende su un piano in modo da determinare dietro la griglia uno spazio di deviazione del moto dell'aria aspirata dalla ventola; e

• detta struttura a maglie di rete a nido d'ape presenta un rapporto tra superficie complessiva e superficie forata compreso tra 1,8 e 1,2, e uno spessore maggiore o uguale a 1,5 mm.

Il principale vantaggio del sistema di raffreddamento secondo la presente invenzione risiede nel consentire un'efficace schermatura della porzione di unità di propulsione coperta dalla griglia stessa guardandola da direzioni non perpendicolari a essa, in particolare dall'alto verso il basso.

La presente invenzione verrà qui di seguito descritta secondo un suo esempio di realizzazione preferita, fornito a scopo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:

* la figura 1 mostra una vista laterale di un'unità di propulsione di un motoveicolo, limitatamente al suo sistema di raffreddamento del motore di un motoveicolo secondo la presente invenzione;

* la figura 2 mostra una vista in sezione del gruppo griglia - radiatore - scatola della ventola, secondo il piano verticale A-A di figura 1;

* la figura 3 mostra una vista in sezione del gruppo griglia - radiatore - scatola della ventola, secondo il piano orizzontale B-B di figura 1; e

* le figure 4A e 4B mostrano frontalmente due differenti versioni realizzative della griglia del sistema di raffreddamento secondo l'invenzione, con un rispettivo ingrandimento della loro maglia di rete; e

* la figura 5 mostra una vista laterale di un motoveicolo, in particolare uno scooter, che incorpora l'unità di propulsione di figura 1 con la griglia delle figure precedenti

Con riferimento alla figura 5, un motoveicolo, e in particolare uno scooter, è indicato nel suo complesso con 100. L'invenzione riguarda il settore dei veicoli a sella in generale, a due, tre o quattro ruote, con particolare riferimento agli scooter che presentano un'unità di propulsione disposta sotto una sella 101, interna a uno chassis 102 che qui è rappresentato lateralmente, che si estende da una ruota anteriore 103, pilotata da un manubrio 104 a una ruota posteriore 105 motrice.

L'unità di propulsione 106 è del tipo che presenta uno o più cilindri disposti in una posizione inclinata approssimativamente sul piano mediano del veicolo che corrisponde al piano di rotazione delle due ruote durante la marcia rettilinea in avanti. Nelle figure è evidenziata una direzione di moto in avanti F del motoveicolo.

II motore dell'unità di propulsione presenta un blocco motore in un unico pezzo che accoglie, nel presente esempio di realizzazione, un cilindro e un relativo pistone.

Il pistone agente in detto cilindro è connesso a un albero motore posizionato trasversalmente e perpendicolarmente a detto piano mediano. Su un lato non rappresentato dello scooter 100 sono previsti dispositivi di trasmissione del moto dall’albero motore al mozzo della ruota posteriore 105.

Sul lato rappresentato, lo scooter 100 presenta un sistema di raffreddamento, indicata nel suo complesso con 1 (figura 1) dell’unità di propulsione che a sua volta comprende il motore a combustione interna che potrà essere del tipo raffreddato ad aria o ad acqua, nel presente esempio realizzazione ad acqua, in cui una ventola di raffreddamento è comandata dall'albero motore affacciata a un radiatore che protetto da una griglia disposta su un lato del motoveicolo e che riceve un flusso d'aria sostanzialmente tangenziale derivante dal moto in avanti del motoveicolo.

Nel presente esempio di sistema di raffreddamento, una ventola di raffreddamento (non rappresentata) è calettata direttamente sull'albero motore, affacciata a un radiatore 3 che è protetto da una griglia 4 che riceve un flusso d'aria sostanzialmente tangenziale derivante dal moto in avanti del motoveicolo.

Il calettamento diretto della ventola riveste un caso particolare di ventola che è comandata in rotazione dall'albero motore, in modo non autonomo dal regime di rotazione del motore stesso.

In particolare, nel presente esempio di realizzazione, su detto albero motore sono montati sia la ventola, che provvede ad aspirare aria attraverso il radiatore 3, sia un motore-generatore elettrico (non rappresentato), che provvede alla carica di una batteria elettrica, all'accensione del motore a combustione interna e, eventualmente, a erogare forza motrice quando il motoveicolo è del tipo a propulsione cosiddetta ibrida.

Motore elettrico, ventola, radiatore e relativa griglia sono quindi accolti sul medesimo lato del motore in corrispondenza di un'estremità dell'albero motore; l'estremità opposta dell'albero motore è pertanto connessa agli organi di trasmissione precedentemente menzionati.

Il radiatore 3 ha una struttura scatolare compresa tra due piani paralleli tra loro e al piano mediano del veicolo, e anche la ventola giace e ruota su un piano sostanzialmente parallelo a essi, cosicché il flusso d’aria aspirato deve essere deviato di circa 90° rispetto al flusso tangenziale che investe il veicolo per effetto del suo moto in avanti.

La ventola è racchiusa in un involucro 5 che è disposto tra radiatore 3 e motore elettrico: questo involucro ha un'ampia apertura centrale che corrisponde alla faccia del radiatore 3 opposta a quella rivolta verso la griglia 4 (Figura 1). Esso comprende inoltre pareti laterali che definiscono un canale di aspirazione, che si interrompono in corrispondenza di un varco che presenta una pluralità di alette 20 e che realizza l’uscita di scarico radiale dell’aria, essendo la ventola di tipo centrifugo.

Si noti che quanto fin qui descritto può riguardare sia uno scooter con una ruota anteriore sterzante e con una ruota posteriore fissa sia uno scooter del tipo a tre ruote, con una coppia di ruote anteriori basculanti e una ruota posteriore fissa. Tuttavia, nel motoveicolo potrebbe anche essere prevista una doppia ruota posteriore in una soluzione che non è qui descritta ma che può comprendere il sistema di raffreddamento qui descritto.

Focalizzando sul sistema di raffreddamento, detta griglia 4 presenta un bordo di fissaggio inferiore 6, un bordo di fissaggio di sommità 7, un bordo di fissaggio anteriore 8 e un bordo di fissaggio posteriore 9; essi presentano rispettivi fori di fissaggio 10 destinati a essere impegnati da viti. I bordi sopra menzionati sono piegati a formare, con la faccia esposta della griglia, un contenitore aperto che viene fissato in corrispondenza del radiatore 3 a cui la concavità della griglia 4 è rivolta.

Nella presente descrizione, anteriore, posteriore, inferiore e di sommità sono termini che si riferiscono alla posizione dei bordi rispetto al motoveicolo, cioè rispetto alla suddetta direzione di marcia in avanti F.

Nel sistema di raffreddamento secondo l’invenzione, la griglia 4 comprende maglie di rete, distribuite regolarmente secondo un pattern prestabilito. In particolare, tale pattern è del tipo a nido d’ape, ovvero composta da una matrice a esagoni regolari, con vertici opposti rivolti verso il basso e verso l’alto e lati paralleli disposti a destra e a sinistra di ciascun esagono, che riempiono completamente la superficie della griglia 4.

Si intende che gli esagoni potrebbero essere ruotati di 90° rispetto a quanto descritto, o avere ancora un’altra diversa inclinazione; essi possono essere irregolari, ovvero in particolare schiacciati nel senso dell’altezza per diminuire l’altezza di ciascuna maglia.

Inoltre, gli esagoni potrebbero essere sostituiti da diverse figure geometriche (quadrati, rombi ecc.).

Le suddette maglie a rete sono definite da una rete fornita in un pezzo unico, con barre 11 di griglia che hanno una sezione trasversale uniforme, con una faccia esterna arrotondata.

Tali barre 11 di griglia presentano uno spessore finito, tale da impedire la vista del radiatore per angolazioni di visuale inclinate, che è maggiore di 1,5 mm, preferibilmente maggiore di 2 mm.

La struttura a maglie di rete a nido d’ape presenta inoltre un rapporto tra superficie complessiva e superficie forata compreso tra 1,8 e 1,2, preferibilmente 1,65 e 1,4.

Inoltre, la distanza tra due lati opposti e affacciati dell’esagono è compreso tra 7 e 12 mm.

Con riferimento alle figure 4A e 4B sono mostrate due diverse versioni di griglia a nido d’ape.

Nella prima versione (Fig. 4A), ciascuna maglia ha complessivamente una superficie X di 89,2 mm<2>, mentre l’effettiva area di passaggio dell’aria Y è di 54,8 mm<2>. Ciò determina un rapporto tra superficie complessiva e superficie forata della griglia X/Y di 1,63. La chiave di ciascun esagono, ovvero la distanza tra due lati opposti e affacciati dell’esagono, è di 8 mm.

L’effetto coprente di questa griglia è inoltre determinato dal suo spessore che è, in questa versione, di 2,25 mm.

Nella seconda versione (Fig. 4B), ciascuna maglia ha complessivamente una superficie X di 156,6 mm<2>, mentre l’effettiva area di passaggio dell’aria Y è di 109,4 mm<2>. Ciò determina un rapporto tra superficie complessiva e superficie forata della griglia di 1,43. La chiave di ciascun esagono, ovvero la distanza tra due lati opposti e affacciati dell’esagono, è di 11,5 mm.

L’effetto coprente di questa griglia è inoltre determinato dal suo spessore che è, come nella versione precedente, di 2,25 mm.

La griglia 4 si estende su un piano inclinato in modo tale che il bordo anteriore 8 sia ribassato rispetto al bordo posteriore 9, in modo da determinare tra griglia e radiatore uno spazio di deviazione 12 del moto dell'aria aspirata dalla ventola.

Questo spazio di deviazione è delimitato da pareti 16 che sporgono internamente dalla griglia 4, e che si raccordano con il radiatore 4 affinché detto spazio di deviazione 12 sia chiuso da esso, e l’aria sia così costretta a passare attraverso il radiatore 4.

Inoltre, la griglia 4 è circondata da una nervatura 13 che presenta, in corrispondenza del bordo anteriore 8, un’altezza inferiore rispetto a quella in corrispondenza del bordo posteriore 9. Comunque, l’altezza della nervatura in corrispondenza del bordo anteriore 8 supera il piano su cui si estende la griglia 4. Questa nervatura 13 deflette la sporcizia e le impurità che potrebbero essere sollevate dalla ruota anteriore del motoveicolo o da altri veicoli che si muovono davanti al motoveicolo.

In questo modo, sulla superficie della griglia, si crea una limitata zona di calma da cui la sporcizia e le impurità non sono presenti, da cui l’aria viene aspirata.

Il radiatore 3 presenta un collettore inferiore 41, che corrisponde sostanzialmente a detto bordo di fissaggio inferiore 6, e un collettore di sommità 42 fornito di un tappo 43.

Nel presente esempio, la griglia 4 presenta una porzione di sommità chiusa 14 che si sovrappone al collettore superiore 42 e al tappo 43 del radiatore 3 nascondendoli completamente.

Questa disposizione previene l'apertura accidentale del tappo 43, così come eventuali effrazioni, e impedisce che queste parti, che sono metalliche e hanno in esercizio un'elevata temperatura, di scottare conducente o passeggero.

Come già evidenziato, il radiatore 3 ha una forma scatolare che presenta una superficie esposta al flusso di aria indirizzato attraverso detta griglia 4, superficie che è sostanzialmente verticale e inclinata rispetto alla direzione di moto in avanti F del motoveicolo.

Al sopra descritto sistema di raffreddamento un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare ulteriori e contingenti esigenze, potrà apportare numerose ulteriori modifiche e varianti, tutte peraltro comprese nell'ambito di protezione della presente invenzione, quale definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di raffreddamento (1) di un motore a combustione interna di un motoveicolo, che presenta una griglia (4) disposta su un lato del motoveicolo e che riceve un flusso d'aria sostanzialmente tangenziale, derivante dal moto in avanti del motoveicolo, aspirato da una ventola, in cui: • detta griglia (4), che presenta un bordo inferiore (6), un bordo superiore (7), un bordo anteriore (8) e un bordo posteriore (9) rispetto a una direzione di marcia in avanti del veicolo, presenta una struttura a maglie di rete a nido d'ape, e si estende su un piano in modo da determinare dietro la griglia (4) uno spazio di deviazione (12) del moto dell'aria aspirata dalla ventola; e • detta struttura a maglie di rete a nido d'ape presenta un rapporto tra superficie complessiva e superficie forata compreso tra 1,8 e 1,2, e uno spessore maggiore o uguale a 1,5 mm.
2. 2. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, in cui struttura a maglie di rete a nido d'ape è composta da matrice a esagoni regolari, con vertici opposti rivolti verso il basso e verso l'alto e lati paralleli disposti a destra e a sinistra di ciascun esagono, che riempiono completamente la superficie della griglia (4)
3. 3. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, in cui detto spessore è maggiore di 2 mm.
4. 4. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, in cui il rapporto tra superficie complessiva e superficie forata è compreso tra 1,65 e 1,4.
5. 5. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, in cui detta griglia (4) è circondata da una nervatura (13) che presenta, in corrispondenza del bordo anteriore (8), un’altezza inferiore rispetto a quella in corrispondenza del bordo posteriore (9).
6. 6. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 1, in cui le maglie di rete sono formate in una rete fornita in un pezzo unico, con barre (11) di griglia che hanno una sezione trasversale uniforme.
7. 7. Sistema di raffreddamento (1) secondo la rivendicazione 1, che è operante ad acqua circolante in un radiatore (3) interposto tra la griglia (4) e la ventola rotante su un piano parallelo all’estensione del radiatore, detto spazio di deviazione (12) essendo compreso tra la griglia (4) e il radiatore (3).
8. 8. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 5, in cui detta griglia (4) si estende su un piano inclinato in modo tale che il bordo anteriore (8) sia ribassato rispetto al bordo posteriore (9).
9. 9. Sistema di raffreddamento secondo la rivendicazione 8, in cui l’altezza della nervatura (13) in corrispondenza del bordo anteriore (8) supera il piano su cui si estende la griglia (4). p.p. PIAGGIO S.p.A.