IT9067822A1

IT9067822A1 - Sistema di avviamento per un motore a combustione interna per autoveicoli

Info

Publication number: IT9067822A1
Application number: IT067822A
Authority: IT
Inventors: Guido Clerici
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1990-10-25
Publication date: 1992-04-25
Also published as: FR2668865A1; ES2050577A2; IT1247766B; ES2050577B1; IT9067822A0; ES2050577R; GB9122582D0; FR2668865B1; US5207194A; DE4135025A1; GB2249885A; GB2249885B

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Sistema di avviamento per un motore a combustione interna per autoveicoli"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema di avviamento per un motore a combustione interna per autoveicoli.

Più specificamente l'invenzione è diretta ad un sistema di avviamento comprendente

una batteria di accumulatori,e

un motore elettrico di avviamento destinato ad essere attivato per trascinare in rotazione il motore a combustione interna.

Nei sistemi di tale tipo attualmente in uso per azionare il motore elettrico di avviamento occorre fornire a quest’ultimo una corrente elettrica dell'ordine di centinaia di ampere per tempi che possono variare ad esempio da uno e trenta secondi. Tipicamente nei sistemi di avviamento tradizionali tale corrente viene erogata da una batteria di accumulatori, generalmente al piombo-acido, la quale è inoltre destinata ad accumulare ed erogare l'energia elettrica necessaria per il funzionamento degli apparecchi elettrici di bordo dell'autoveicolo. Le batterie tradizionalmente utilizzate risultano piuttosto ingombranti e pesanti. Inoltre, fra una tale batteria ed un motore elettrico di avviamento occorrono conduttori di collegamento di sezione adeguata, e dunque di peso e costo elevato.

Le prestazioni delle batterie di accumulatori tradizionali sono inoltre fortemente sensibili alla temperatura di funzionamento.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un sistema di avviamento per un motore a combustione interna che presenti in generale un rendimento elettrico più elevato e consenta di ovviare agli inconvenienti sopra evidenziati dei sistemi tradizionali.

Tale scopo viene realizzato secondo l'invenzione mediante un sistema di avviamento del tipo sopra specificato, la caratteristica principale del quale risiede nel fatto che esso comprende

mezzi capacitivi ad elevata capacità statica disposti nelle immediate adiacenze del motore elettrico di avviamento, ed atti ad immagazzinare un'energia elettrica sufficiente per l'alimentazione di detto motore elettrico nella fase di avviamento del motore a combustione interna; e

mezzi di accoppiamento atti in una prima condizione ad accoppiare i mezzi capacitivi alla batteria per consentire la ricarica di detti mezzi capacitivi, e in una seconda condizione ad accoppiare i mezzi capacitivi al motore elettrico per consentire il trasferimento di energia elettrica dai mezzi capacitivi a detto motore elettrico di avviamento.

In tempi recenti sono divenuti disponibili condensatori elettrici di capacità molto superiore rispetto a quelli tradizionali. Tali condensatori, detti condensatori molecolari od a doppio strato o ancora supercondensatori, consentono l'accumulo di quantità estremamente elevate di elettricità o carica,e sono caricabili e scaricabili in tempi brevissimi, cioè con potenze specifiche assai più elevate di quelle possibili con gli accumulatori elettrochimici tradizionali.

La capacità dei tali supercondensatori rimane pressoché invariata anche dopo un numero di cicli di carica e scarica assai elevato (maggiore di 10 ), ed è poco influenzata dalla temperatura di esercizio che può variare entro ampi limiti, ad esempio fra —40° e 70°C.

L'utilizzo di tali condensatori, ad esempio del tipo a carbone attivo ed elettrolito acquoso, materiali ecologicamente compatibili, disposti, secondo l'invenzione, nelle immediate vicinanze del motore elettrico di avviamento consente di usare conduttori di collegamento di sezione ridotta per la connessione alla batteria. Si riducono pertanto peso e costo del sistema, e migliora il rendimento in quanto si riducono le cadute sui cavi di collegamento Nel sistema secondo l'invenzione, la batteria di bordo dell'autoveicolo può essere sottodimensionata rispetto a quella necessaria nei sistemi tradizionali, in quanto è sufficiente che essa sia adeguata ad alimentare i soli apparecchi utilizzatori a scarica lenta. Tale batteria essendo meno sollecitata che nei sistemi tradizionali, può raggiungere una vita di esercizio pari a quella dell'intero autoveicolo.

In un sistema secondo l'invenzione la batteria può essere ad esempio una batteria al piombo del tipo a ricombinazione di gas, da allocare a distanza rispetto al motore termico. Infatti tale tipo di batterie è piuttosto sensibile alle temperature elevate che possono essere sviluppate nel vano motore. Esse peraltro risultano più convenienti in quanto presentano un ridotto numero di elettrodi, reofori interni ed esterni di peso relativamente inferiore, e sono atte a sopportare scariche profonde di durata maggiore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata con riferimento ai disegni allegati, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali:

la figura 1 mostra uno schema elettrico generale di un sistema di avviamento secondo l'invenzione, e

le figure 2 e 3 sono una vista frontale ed una vista laterale di un motore elettrico di avviamento con annessa batteria di condensatori per un sistema secondo l'invenzione.

Con riferimento alla figura 1, un sistema di avviamento secondo l'invenzione comprende una batteria di accumulatori 1, che, come si è detto in precedenza, può essere costituita ad esempio da una batteria al piombo a ricombinazione di gas. In modo tradizionale alla batteria 1 è associato un generatore elettrico 2, azionato dal motore a combustione interna, per consentirne la ricarica.

Con 3 è complessivamente indicato un gruppo di avviamento che comprende un motore elettrico a corrente continua 4, una batteria di supercondensatori 5, ed un doppio interruttore a comando elettromagnetico 6. Il gruppo di avviamento 3 è mostrato in una sua realizzazione costruttiva nelle figure 2 e 3.

Il doppio interruttore a comando elettromagnetico 6 nella realizzazione esemplificativa illustrata comprende un solenoide di eccitazione 7 con un capo collegato alla massa e l'altro capo collegabile alla batteria 1 attraverso un interruttore 8 ad azionamento manuale, azionabile ad esempio mediante il commutatore di accensione e di avviamento dell'autoveicolo. Il solenoide 7 controlla la posizione di due interruttori 9 ed 11, disposti come è mostrato nella figura 1, suscettibili nella loro condizione di chiusura di accoppiare la batteria di condensatori 5 al motore elettrico di avviamento 4. Nella condizione chiusa l'interruttore 9 corto-circuita un resistore 10, disposto fra la batteria di condensatori 5 e la batteria di accumulatori 1.

Quando gli interruttori 9 ed 11 sono aperti, il motore elettrico 4 è disaccoppiato sia dalla batteria di condensatori 5 sia dalla batteria di accumulatori 1, mentre la batteria di condensatori 5 è accoppiata alla batteria di accumulatori 1 attraverso il resistore 10. In tale condizione i condensatori possono essere opportunamente caricati.

Per comandare l'avviamento del motore a combustione interna l'interruttore 8 viene chiuso, determinando l'eccitazione del solenoide di comando 7, che provoca la chiusura degli interruttori 9 ed 11. Conseguentemente la batteria di condensatori 5 si scarica rapidamente nel motore elettrico di avviamento 4, determinandone l'attivazione.

Per il collegamento del gruppo di avviamento 3 alla batteria di accumulatori 1 sono sufficienti conduttori elettrici di modesto diametro, in quanto destinati ad essere percorsi da correnti di intensità relativamente modeste.

I condensatori di avviamento 5 possono essere convenientemente allocati in un contenitore connesso alla carcassa del motore elettrico di avviamento 4, oppure la carcassa del motore elettrico 4 può essere realizzata in modo tale da poter alloggiare al suo interno anche detti condensatori.

Dovendo ad esempio realizzare un sistema di avviamento in grado di erogare 200A, ad una tensione di circa 9V per circa 10 secondi, occorre poter erogare un’energia di circa 18K Joule. Ora, l'energia immagazzinabile in un condensatori è pari a 0.5 C V , ove C è la capacità e V è la tensione ai capi del condensatore. Tenendo conto che la tensione V ai capi del condensatore decresce esponenzialmente in funzione del tempo di scarica, si può calcolare che per poter erogare un'energia di 18 K Joule, occorre una capacità di circa 600 F. Tale capacità può essere ottenuta con condensatori del tipo a carbone attivo ed elettrolito acquoso, con tensione normale di circa 0.9 V. Di tali condensatori ne occorre ad esempio una serie di tredici, ciascuno da 7800 F. Una siffatta batteria di condensatori può essere realizzata occupando un volume di circa 0.3 dm , e con un peso di 0.6 kg.

La batteria di accumulatori 1 del sistema di avviamento secondo l'invenzione è destinata a costituire la riserva di energia per gli utilizzatori elettrici a scarica lenta ed a mantenere carica la batteria di supercondensatori. Essa può essere allora costituita da una serie di sei accumulatori al piombo da circa 20 Ah che può essere realizzata in modo tale che il suo peso sia dell'ordine di circa 6 kg, e dunque circa il 50% del peso di un’attuale batteria per avviamento per autovetture. Se tale batteria è del tipo a ricombinazione di gas ad elettrolito immobilizzato, anche il volume della batteria può essere circa la metà di quello di una batteria attuale

Un siffatto sistema secondo l’invenzione consente di risparmiare rame (cavi di collegamento) in una misura di circa 1 kg, ed oltre, se si prevede di allocare la batteria dell'autoveicolo fuori dal vano motore.

Il sistema nel suo complesso può presentare un costo globale minore, in vista del minor costo della batteria di accumulatori e dei cavi di collegamento.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. - Sistema di avviamento per un motore a combustione interna per autoveicoli, comprendente una batteria di accumulatori (1), ed un motore elettrico di avviamento (4) destinato ad essere attivato per trascinare in rotazione il motore a combustione interna, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi capacitivi ad elevata capacità (5) disposti nelle immediate adiacenze di detto motore elettrico (4) ed atti ad immagazzinare un'energia elettrica sufficiente per l'alimentazione di detto motore elettrico (4) nella fase di avviamento del motore a combustione interna; e mezzi di accoppiamento (10, 9, 11) atti, in una prima condizione, ad accoppiare i mezzi capacitivi (5) alla batteria (1) per consentire la ricarica di detti mezzi capacitivi (5), e in una seconda condizione ad accoppiare i mezzi capacitivi (5) al motore elettrico (4) per consentire un trasferimento di energia elettrica da detti mezzi capacitivi (5) a tale motore elettrico (4). 2. - Sistema di avviamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi capacitivi (5) comprendono una pluralità di condensatori (5) del tipo molecolare o a doppio strato. 3. - Sistema di avviamento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti condensatori (5) sono del tipo a carbone attivo ed elettrolito acquoso. 4. - Sistema di avviamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la batteria (1) è del tipo al piombo a ricombinazione di gas. 5. - Sistema di avviamento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi capacitivi sono alloggiati in un ricettacolo predisposto in adiacenza o nella carcassa del motore elettrico di avviamento (4). 6. - Sistema di avviamento per un motore a combustione interna per autoveicoli, sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato nei disegni allegati, e per gli scopi specificati.