IT201900013350A1 - Trasmissione accessori per un gruppo motopropulsore di un autoveicolo e gruppo motopropulsore comprendente tale trasmissione - Google Patents

Trasmissione accessori per un gruppo motopropulsore di un autoveicolo e gruppo motopropulsore comprendente tale trasmissione Download PDF

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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“TRASMISSIONE ACCESSORI PER UN GRUPPO MOTOPROPULSORE DI UN AUTOVEICOLO E GRUPPO MOTOPROPULSORE COMPRENDENTE TALE TRASMISSIONE”
La presente invenzione è relativa ad una trasmissione accessori per gruppo motopropulsore di un autoveicolo e ad un gruppo motopropulsore comprendente tale trasmissione. La presente invenzione trova una sua applicazione preferita, ma non esclusiva, in un gruppo motopropulsore ibrido, a cui nel seguito si farà riferimento senza per questo perdere di generalità.
Come è noto, i veicoli a trazione ibrida comprendono un motore a combustione interna ed almeno una macchina elettrica che può essere utilizzata come generatore o come motore per erogare coppia motrice in combinazione con (o in alternativa al) motore a combustione interna, a seconda delle condizioni operative del veicolo.
Una configurazione in cui viene utilizzata una macchina elettrica collegata tra il motore a combustione interna e la trasmissione del veicolo viene convenzionalmente denominata “P2”. Sono note unità modulari atte ad essere interposte tra il motore a combustione interna e la trasmissione di un veicolo (e pertanto correntemente denominati “moduli P2”), le quali comprendono, oltre alla macchina elettrica, una o più frizioni per collegare selettivamente alla trasmissione il motore a combustione interna e/o la macchina elettrica, nonché i relativi attuatori ed elementi di trasmissione.
Sono inoltre noti gruppi motopropulsori per autoveicoli provvisti di una trasmissione accessori disposta su un’estremità del motore a combustione interna opposta alla trasmissione (normalmente indicata con “front end”, o “P0”). La trasmissione accessori, generalmente a cinghia, collega uno o più accessori all’albero motore. Tali accessori comprendono, tipicamente, una macchina elettrica con funzione di alternatore e/o motore ed un compressore per l’impianto di condizionamento dell’aria, e la trasmissione accessori comprende rispettive pulegge collegate all’albero motore e a ciascuno degli accessori, una cinghia cooperante con le suddette pulegge ed un tenditore atto ad assicurare una tensione minima della cinghia.
Qualora la macchina elettrica sia impiegata esclusivamente come alternatore (generatore), è noto interporre tra la stessa e la relativa puleggia un giunto unidirezionale o ruota libera, avente lo scopo di trasmettere la coppia dalla puleggia alla macchina elettrica quando quest’ultima è trascinata dal motore, ma consentire alla macchina elettrica di sopravanzare la puleggia nelle condizioni operative transitorie in cui ciò può accadere (ad esempio in caso di brusca decelerazione dell’albero motore). In questo modo, si evita che l’inerzia elevata della macchina elettrica sottoponga la cinghia a picchi di tensione indesiderati.
Qualora invece, come avviene sempre più frequentemente, la macchina elettrica sia impiegata anche come motore, l’impiego di una ruota libera come sopra descritto non è possibile, poiché la macchina elettrica deve essere in grado di ricevere o trasmettere coppia alla relativa puleggia a seconda delle condizioni operative.
In questo caso, per assicurare una tensione minima della cinghia in ogni condizione operativa, viene utilizzato un tenditore doppio avente una prima puleggia tenditrice agente sul ramo della cinghia a monte della macchina elettrica e una seconda puleggia tenditrice agente sul ramo della cinghia a valle della macchina elettrica, in quanto entrambi i rami possono essere il ramo lasco a seconda delle condizioni operative.
Le soluzioni note sopra descritte possono essere combinate tra loro in modo da realizzare un gruppo motopropulsore ibrido avente una macchina elettrica in posizione P0 (nel seguito: la macchina elettrica P0) ed una macchina elettrica in posizione P2 (nel seguito: la macchina elettrica P2); le due macchine possono essere utilizzate con strategie di controllo diverse (ad esempio una solo come motore, l’altra in modo reversibile).
Inoltre, l’avviamento del motore a combustione interna può essere effettuato tramite la macchina elettrica P0, la macchina elettrica P2 o ancora tramite una terza macchina elettrica (un tradizionale motore di avviamento) associato al volano del motore.
Ad esempio, nel caso in cui la macchina elettrica P0 sia utilizzata soltanto come motore e l’avviamento del motore a combustione interna sia effettuato tramite la macchina elettrica P2 o il motore di avviamento, la tensione della cinghia della trasmissione accessori può raggiungere valori minimi inaccettabili, come è visibile in figura 4, che possono determinare rumorosità ed usura precoce della cinghia.
Scopo della presente invenzione è la realizzazione di una trasmissione accessori che risolva il suddetto problema.
Il suddetto scopo è raggiunto da una trasmissione accessori secondo la rivendicazione 1.
La presente invenzione è altresì relativa ad un gruppo motopropulsore secondo la rivendicazione 4.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene descritta una forma preferita di attuazione, a titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la figura 1 è una vista in pianta schematica di un gruppo motopropulsore ibrido comprendente una trasmissione accessori secondo la presente invenzione;
la figura 2 è una vista frontale schematica della trasmissione accessori secondo la presente invenzione;
la figura 3 è una sezione schematica secondo la linea III-III di figura 2;
la figura 4 è un grafico che mostra le variazioni di tensione della cinghia in una trasmissione accessori di tipo convenzionale; e
la figura 5 è un grafico che mostra le variazioni di tensione della cinghia in una trasmissione accessori secondo la presente invenzione.
Con riferimento alla figura 1, è indicato nel suo complesso con 1 un gruppo motopropulsore per un autoveicolo.
Il gruppo motopropulsore 1 comprende un motore a combustione interna 2 (nel seguito, per brevità, “motore termico 2”) avente un albero motore 3, ed un modulo ibrido 4.
Il modulo ibrido 4 è interposto, in uso, tra il motore termico 2 ed una trasmissione T del veicolo, ed è collegato ad un’estremità 5 dell’albero motore 3 rivolta verso la trasmissione T.
Il modulo ibrido 4 comprende una macchina elettrica 6 ed una frizione 7 di disaccoppiamento atta a collegare selettivamente la macchina elettrica 6 all’albero motore 3 ed alla trasmissione T.
La frizione 7 comprende almeno un disco 8 di frizione assialmente fisso e rotazionalmente solidale ad un volano 9 collegato all’estremità 5 dell’albero motore 3, ed un disco 10 assialmente mobile e rotazionalmente solidale ad un albero intermedio 11 del modulo 4. La frizione 7 comprende infine un attuatore idraulico 12 agente sul disco 10 per il controllo della frizione stessa.
L’albero intermedio 11 è collegato ad una puleggia 14 tramite uno smorzatore di vibrazioni torsionali di tipo noto e non illustrato, alloggiato all’interno della puleggia stessa.
La puleggia 14 è collegata da una cinghia 15 ad una puleggia 16 collegata alla macchina elettrica 6.
Alla puleggia 14 è fissato un disco flessibile 17 o “flex plate”, il quale costituisce un organo di uscita del modulo 4 atto ad essere collegato ad un convertitore di coppia 18 costituente un organo di ingresso della trasmissione T.
Il gruppo motopropulsore 1 comprende infine una trasmissione accessori 19 collegata ad un’estremità 20 dell’albero motore opposta all’estremità.
La trasmissione accessori 19 (fig. 2) comprende una prima puleggia 21 fissata all’estremità 20 dell’albero motore 3, una seconda puleggia 22 associata ad una seconda macchina elettrica 23 ed un terza puleggia 24 per il trascinamento di un compressore 25 di un impianto di condizionamento. Le tre pulegge 21, 22 e 24 sono collegate tra loro da una cinghia 26. Su un ramo 26a della cinghia 26 compreso tra la seconda puleggia 22 e la terza puleggia 24 agisce un tenditore 28 di tipo convenzionale. Le pulegge 21, 22 e 24 ruotano concordemente in un verso di rotazione R indicato da una freccia in figura 3 e coincidente con il verso di rotazione dell’albero motore 3.
Secondo la presente invenzione, tra un albero 33 della seconda macchina elettrica 23 e la seconda puleggia 22 è interposto un giunto unidirezionale 29 (fig. 3) atto a permettere la trasmissione di coppia dalla macchina elettrica 23 alla seconda puleggia 22 ma non viceversa. In altre parole, il giunto unidirezionale 29 consente alla macchina elettrica 23 di trascinare la seconda puleggia 22 nel verso di rotazione R della trasmissione 19, ma disaccoppia la seconda puleggia 22 dalla macchina elettrica 23 quando la seconda puleggia 22 tende a sopravanzare la macchina elettrica 23 nel verso di rotazione R. Il giunto unidirezionale 29 può essere costituito da una frizione unidirezionale a nastro, oppure da un giunto di sopravanzo ad arpionismo, a corpi volventi o di qualsiasi altro tipo noto.
Il gruppo motopropulsore 1 comprende infine una terza macchina elettrica 30 con funzione di motore di avviamento, provvista di un pignone di uscita 31 che ingrana con una dentatura del volano. Convenientemente, la terza macchina elettrica 30 è un motore brushless in grado di realizzare un rapido avviamento del motore termico 2.
Il funzionamento del gruppo motopropulsore 1 è il seguente.
Quando la frizione 7 è chiusa, l’albero intermedio 11 è collegato sia al motore termico 2, sia alla macchina elettrica 6 ed alla trasmissione T del veicolo.
In questa condizione, la macchina elettrica 6 può essere utilizzata come sia come generatore (per la ricarica della batteria durante la trazione termica, oppure come freno rigenerativo), sia come motore per l’erogazione di una coppia addizionale (boosting) in combinazione con la macchina elettrica 23.
Quando la frizione 7 è aperta, la macchina elettrica 6 può essere utilizzato per la trazione elettrica, la frenatura elettrica ed il “coasting” a motore termico spento.
L’avviamento del motore termico 2 (sia a freddo che a partire da una condizione di trazione elettrica) viene realizzato tramite la terza macchina elettrica 30. Durante questa fase, la frizione 7 è aperta.
Durante la fase di avviamento, nella trasmissione accessori 19, la cinghia 26 è condotta dalla puleggia 21 associata all’albero motore 3 e trasmette il moto alle pulegge 22, 24. Poiché la puleggia 22 tende a sopravanzare la macchina elettrica 23, il giunto unidirezionale 29 disaccoppia quest’ultima dalla puleggia 22.
Per una migliore comprensione dell’effetto del giunto unidirezionale 29 secondo la presente invenzione, nelle figure 4 e 5 è illustrato l’andamento della tensione della cinghia 26 in una trasmissione accessori convenzionale priva del giunto unidirezionale 29 (figura 4) ed in una trasmissione accessori secondo l’invenzione provvista del giunto unidirezionale 29. In particolare, le tensioni sono misurate nei tre tratti 26a, 26b e 26c disposti rispettivamente tra le pulegge 22 e 24, tra le pulegge 24 e 21, e tra le pulegge 22 e 21, e riportate nei grafici in funzione del tempo. Nell’intervallo di tempo compreso tra 0 e 2s si osserva l’andamento delle tensioni a motore elettrico spento (trascinato dalla macchina elettrica 6); a partire da 2s si osserva l’andamento delle tensioni in fase di avviamento del motore termico 2 tramite il motore elettrico 30.
Come è agevole vedere in figura 4, a fronte di un valore medio della tensione della cinghia in condizioni di motore trascinato dell’ordine di circa 250 N, all’avviamento nel tratto 26c si verificano oscillazioni di tensione di ampiezza notevole, dell’ordine di circa 300 N, con valori di picco minimi dell’ordine di 20 N. Valori così bassi, essenzialmente dovuti all’inerzia della macchina elettrica 23 in presenza delle vibrazioni torsionali indotte dalla combustione all’avviamento, possono determinare slittamenti e rumore.
In figura 5 è illustrato l’andamento delle stesse tensioni in presenza del giunto unidirezionale 29 secondo la presente invenzione, grazie al quale la macchina elettrica 23 viene disaccoppiata dalla trasmissione accessori 19 in avviamento del motore termico 2, condizione in cui tenderebbe ad essere trascinata dalla cinghia 26. E’ evidente l’effetto di miglioramento del comportamento dinamico della trasmissione, con riduzione dell’ampiezza delle oscillazioni di tensione nel tratto 26c della cinghia 26 a circa 40 N, e con valori di picco minimi dell’ordine di 225 N (sempre a fronte di un valore medio della tensione della cinghia in condizioni di motore termico trascinato dell’ordine di circa 250 N).
Risulta infine chiaro che alla trasmissione 19 ed al gruppo motopropulsore 1 descritti possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall’ambito di tutela definito dalle rivendicazioni.

Claims (5)

  1. RIVENDICAZIONI 1.- Trasmissione accessori (19) per un motore (2) di un autoveicolo, comprendente: una prima puleggia (21) atta ad essere collegata ad un albero motore (3) del motore (2); almeno una seconda puleggia (22) atta ad essere collegata ad un albero (33) di una macchina elettrica (23) tramite un giunto unidirezionale (29); una cinghia (27) collegante la prima e l’almeno una seconda puleggia tra loro per ruotare concordemente in un verso di rotazione (R); caratterizzata dal fatto che il giunto unidirezionale (29) è configurato in modo da accoppiare la seconda puleggia (22) all’albero (24) della macchina elettrica (23) quando la macchina elettrica (23) trascina la seconda puleggia (22) nel detto verso di rotazione, e da disaccoppiare la seconda puleggia (22) dall’albero della macchina elettrica (23) quando la seconda puleggia (22) tende a sopravanzare la macchina elettrica (23) nel detto verso di rotazione.
  2. 2.- Trasmissione accessori secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una terza puleggia (24) collegata ad un accessorio (25) del motore (2), la cinghia (26) collegando la prima, la seconda e la terza puleggia (21, 22, 24) tra loro per ruotare concordemente nel detto verso di rotazione.
  3. 3.- Trasmissione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto di comprendere un tenditore (28) agente su un ramo (26a) della cinghia (26) compreso tra la seconda puleggia (22) e la terza puleggia (24).
  4. 4.- Gruppo motopropulsore comprendente: un motore (2) a combustione interna provvisto di un albero motore (3) avente una prima estremità (5) rivolta verso una trasmissione (T) del veicolo ed una seconda estremità (20); un modulo ibrido (4) collegato alla prima estremità (5) dell’albero motore (3), il modulo ibrido (4)comprendendo una prima macchina elettrica (6) ed una frizione (7) per collegare selettivamente la prima macchina elettrica (6) all’albero motore (3) ed alla trasmissione (T) del veicolo; almeno un seconda macchina elettrica (23) provvista di un albero (33); una terza macchina elettrica (30) con funzione di motore di avviamento per il motore (2); e una trasmissione accessori (19) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima puleggia (21) della trasmissione accessori (19) è collegata alla seconda estremità (20) dell’albero motore (2) e la seconda puleggia (22) della trasmissione accessori (19) è selettivamente collegabile all’albero (33) della seconda macchina elettrica (23) mediante il giunto unidirezionale (29), il giunto unidirezionale (29) essendo atto a disaccoppiare la seconda puleggia (22) dall’albero (33) della seconda macchina elettrica (23) quando l’albero motore è trascinato dalla terza macchina elettrica (30)
  5. 5. Metodo di controllo di un gruppo motopropulsore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la prima macchina elettrica (6) è reversibile ed è azionabile come motore o come generatore a seconda delle condizioni operative, e dal fatto che la seconda macchina elettrica (23) è utilizzata come motore.
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