ITBO20000648A1 - Apparecchiatura di comando del regime di un mezzo semovente - Google Patents

Description

La presente invenzione è relativa ad una apparecchiatura di comando del regime di un mezzo semovente .

Come è noto, un mezzo semovente, in particolare un mezzo semovente ibrido, è dotato di un unico dispositivo, a pedale, a leva, o ad entrambi, che regola la velocità di avanzamento del mezzo semovente stesso, secondo il rapporto impostato alla trasmissione.

In particolare, nel caso in cui il motore a combustione interna è un motore Diesel la logica di iniezione del combustibile può esser scelta in funzione delle condizioni ottimali per quanto riguarda i consumi specifici, la rumorosità ecc.

Tutto ciò però non tiene conto dell'inserimento della PTO, il dispositivo attraverso il quale il veicolo può fornire potenza all'esterno tramite un albero rotante. Difatti, quando l'operatore inserisce la PTO deve scegliere contestualmente un valore della velocità di rotazione della stessa, velocità che deve essere scelta, di norma, tra 540 giri/min., 750 giri/min. oppure 1000 giri/min. a seconda del tipo e delle dimensioni dell'attrezzo che deve essere attaccato alla PTO.

Pertanto, poiché la PTO è collegata meccanicamente all'albero di uscita del motore a combustione interna, una variazione della velocità angolare dell'albero motore per adeguarlo alle condizioni ottimali della PTO comporterebbe anche una variazione della velocità di marcia dell'autoveicolo, cosa che è evidentemente non auspicabile.

Quindi, in maniera inventiva si è pensato di slegare la velocità dell'autoveicolo da quella dell'albero motore collegato direttamente alla PTO. Evidentemente ciò è realizzabile con un gruppo di propulsione dotato di regolazione interna del rapporto di trasmissione, in modo tale da slegare la velocità del motore a combustione interna dalle condizioni cinematiche dell'autoveicolo, e quindi poter ottemperare contemporaneamente alle condizioni di velocità richieste sia alla PTO che all'autoveicolo. ;

In questo caso il sistema continua a dare lo stesso la velocità richiesta sulle ruote dell'autoveicolo, ma, rinunciando, questa volta, alla logica del minimo consumo, di bassa rumorosità ecc.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di realizzare una apparecchiatura di comando del regime di un mezzo semovente come definito nelle rivendicazioni indipendenti .

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento al disegno annesso, che ne illustra un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

la figura unica allegata mostra uno schema generale semplificato del gruppo di propulsione per un mezzo semovente comprendente l'apparecchiatura oggetto della presente invenzione.

Nella figura unica allegata con 1 si è indicato nel suo complesso il gruppo di propulsione oggetto della presente invenzione.

Tale gruppo 1 comprende un motore a combustione interna 2, in particolare un motore diesel, atto a fornire potenza meccanica ad un primo albero 3 di trasmissione, quest'ultimo essendo accoppiato meccanicamente ad un secondo albero 4 di trasmissione tramite un dispositivo 5 limicatore di coppia e di connessione/disconnessione meccanica dell'albero 3 all'albero 4.

Il secondo albero 4 termina, in corrispondenza con l'estremità più distante dal dispositivo 5, con un portasatelliti 6 di un rotismo epicicloidale 7 ed è in grado di inviare una parte della potenza ad una frizione 8 di una PTO (non rappresentata).

Il rotismo epicicloidale 7 comprende, oltre al già citato portasatelliti 6, un solare 9, una corona 10 ed una serie di satelliti 11. In maniera tradizionale il portasatelliti 6 è messo in rotazione dal motore 2 a combustione interna intorno ad un asse XI, mentre i satelliti 11 possono ruotare intorno ad assi X2 con modalità che vedremo meglio in secfuito.

Solidale al solare 9 è prevista una ruota dentata 12 che è utilizzata per inviare il moto a, o ricevere il moto da, una macchina elettrica 13, per il tramite di una ruota dentata 14 ingranata, per l'appunto, con la ruota dentata 12. Tale macchina elettrica 13, secondo il regime di funzionamento del gruppo motore 1, funziona o da generatore o da motore (vedi oltre).

Inoltre la macchina elettrica 13 è collegata elettricamente ad un convertitore di potenza 15 per mezzo di una linea elettrica 16.

Ritornando al rotismo 7 possiamo notare che solidale alla corona 13 è prevista una ruota dentata 17 che ingrana con una ruota oziosa 18 su un albero 19 di una macchina elettrica 20 anch'essa collegata elettricamente al convertitore 15 per il tramite di una linea elettrica 21. Anche la macchina elettrica 20 in funzione del regime del gruppo 1, può funzionare o da generatore o da motore (vedi oltre).

Sull'albero 19 è calettata inoltre una ruota dentata 22 in presa con una ruota dentata 23, a sua volta calettata su un albero 24.

Questo albero 24 supporta una ruota dentata 25 ingranata con la citata ruota oziosa 18.

Inoltre l'albero 24 prevede ad una sua estremità un freno 26, mentre all'altra può allocare, convenientemente, ma non necessariamente, un cambio di velocità 27 a due rapporti per mezzo del quale viene inviato il moto ad un differenziale 28 associato alle ruote posteriori dell'autoveicolo,.

Tra il cambio di velocità 27 ed il differenziale 28 si trova un albero 29 su cui è calettata una ruota dentata 30 in presa con una ruota dentata 31 appartenente ad un dispositivo 32 di rinvio del moto all'assale anteriore dell'autoveicolo.

Al convertitore 15 è collegato elettricamente un dispositivo 33 di accumulazione di energia elettrica tramite una linea elettrica 34.

Tutte le operazioni effettuate dal gruppo 1 sono comandate e controllate da una centralina elettronica 35 collegata elettricamente, tramite rispettive linee elettriche 36, 37, al convertitore 15 ed al motore 2. La velocità in uscita dal gruppo 1 è selezionata da un operatore per mezzo di un pedale 38a di comando, oppure di una leva 38b. In altre parole, l'operatore seleziona la velocità dell'autoveicolo scegliendo un angolo a di inclinazione del pedale 38a, o della leva 38b.

In generale, in condizione di potenza prelevata dal solo motore 2 e quando la macchina 13 funziona da motore, la macchina 20 si comporta da generatore, e viceversa. A decidere quale macchina 13, 20 deve comportarsi da motore e quale da generatore è la centralina 35 che agisce opportunamente sul convertitore 15. Nella sola situazione di "overboosting" entrambe le macchine elettriche 13, 20 si comportano da motori, oppure la macchina elettrica 13 si comporta da motore, mentre l'altra macchina elettrica 20 non assorbe potenza.

Il rotismo 7 e le ruote dentate 12, 14, 17, 18, 22, 23, 25 costituiscono un dispositivo 39 di suddivisione/ricombinazione delle potenze erogate/assorbite dal motore 2 e dalle macchine 13, 20.

Riassumendo, si divide dapprima il flusso di potenza meccanica in due flussi. Un flusso di potenza viene convertito da meccanico ad elettrico. Tale flusso di potenza elettrica si può facilmente manipolare controllando i fattori di coppia ed il numero di giri. Evidentemente, a parità di potenza, se si aumenta la coppia si diminuisce contestualmente il numero di giri, e viceversa, in modo da mantenere costante il loro prodotto. Manipolando però un flusso di potenza si viene ad influenzare automaticamente anche l'altro flusso di potenza. Le coppie fornite nel flusso di potenza meccanica e nel flusso di potenza elettrica sono interconnesse fra di loro; difatti, se si abbassa il fattore di coppia di un flusso si cambia anche la coppia dell'altro flusso. In ogni caso la somma delle due coppie è proprio il valore della coppia che si deve dare alle ruote per far marciare l'autoveicolo.

In altre parole, se si indica con PI la potenza che viene dapprima trasformata in elettrica per poi essere riconvertita in meccanica e con P2 la potenza che rimane sempre meccanica, la somma di PI con P2 risulta essere la potenza trasmessa a terra. Pertanto, se si manipola la potenza PI è come se si agisse anche sulla potenza P2. Cioè tramite la regolazione elettrica della potenza PI è possibile recjolare anche la potenza P2 che è rimasta sempre meccanica.

Per la descrizione dettagliata del funzionamento del gruppo 1 si rimanda alla domanda di brevetto italiano BO2000A000607 della stessa Richiedente il cui contenuto deve essere considerato parte integrante del presente documento .

In definitiva il gruppo 1 è atto ad eseguire il seguente trattamento della potenza meccanica:

- si divide la potenza in due flussi;

- un primo flusso meccanico si converte in un flusso elettrico e si manipola secondo il regime che deve avere il gruppo;

- la potenza elettrica si riconverte in meccanica e si ricombina con il secondo flusso meccanico che però è stato condizionato per equilibrio dal primo flusso in modo che si possa coniugare con il primo flusso stesso.

Oggetto della presente invenzione è una apparecchiatura di comando AC del regime del gruppo 1. Tale apparecchiatura AC comprende due dispositivi separati. Il primo dispositivo DI, a sua volta comprendente il pedale 38a e la leva 38b, è atto a comandare unicamente le condizioni cinematiche dell'avanzamento dell'autoveicolo mosso dal gruppo 1, mentre il secondo dispositivo D2, comprendente, a sua volta, una leva 38c di comando, è atto ad impostare la velocità di rotazione dell'albero 3, e quindi la velocità di rotazione della PTO, attraverso un comando inserito nella centralina 35 e da essa rielaborato.

Difatti i comandi impartiti dal primo dispositivo DI, per mezzo del pedale 38a o della leva 38b, servono a comandare unicamente la velocità di avanzamento dell'autoveicolo. Tale dispositivo DI comprende un trasduttore elettrico (non rappresentato) di angolo ed agisce direttamente sul controllo di velocità delle macchine elettriche 13, 20 le quali, in combinazione con la velocità di rotazione dell'albero 3, assicurano l'attesa velocità al suolo dell'autoveicolo secondo quanto descritto dettagliatamente nella domanda di brevetto italiano B02000A000607 della stessa Richiedente. Pertanto il dispositivo DI è tarato in Km/h.

Come è stato già accennato in precedenza, in parallelo elettrico con il pedale 38a si trova una leva 38b appartenente allo stesso dispositivo DI. Alla leva 38b è associata una memoria meccanica di posizione, in modo da poter preimpostare la velocità di avanzamento dell'autoveicolo, che è costante per ogni posizione della leva 38b, senza dover richiedere il controllo continuo di posizione del pedale 38a, il quale è del tipo a ritorno spontaneo mediante molla, per assicurare all'operatore un migliore comfort di guida.

La priorità tra un segnale inviato dal pedale 38a ed uno inviato dalla leva 38b viene assegnata tramite il programma elettronico processato dalla centralina 35 con una logica che può privilegiare, per esempio, il maggiore dei due valori impostati.

Un aspetto della presente invenzione che va messo in debito risalto è che non esiste alcuna relazione diretta tra segnale impartito dal dispositivo DI e la velocità di rotazione dell'albero 3 in uscita dal motore 2.

Il secondo dispositivo D2 comprende, a sua volta, una leva 38c e serve ad impostare la velocità di rotazione dell'albero 3 e dunque della PTO.

Come è stato già accennato in precedenza, la velocità di rotazione della PTO deve essere scelta intorno a valori di riferimento unificati, quali 540 giri/min., 750 giri/min. e 1000 giri/min., a seconda dei tipi e dimensioni degli attrezzi a cui l'autoveicolo, in particolare il trattore , deve fornire potenza, e questo affinché gli attrezzi lavorino correttamente.

Pertanto, scopo principale della presente invenzione è quello di adottare un controllo diretto dei giri del motore 2 quando è inserita la PTO con priorità sul controllo elettronico della velocità di rotazione del motore diesel dell'autoveicolo tramite il dispositivo DI.

A questo scopo si è pensato di adottare in maniera inventiva un secondo comando tramite la leva 38c del dispositivo D2 che genera un segnale di tipo elettrico proporzionale, abilitato solo quando la PTO risulta meccanicamente innestata e quindi risulta attivata la frizione 8 della PTO. Tale comando agisce contestualmente su un attuatore (non illustrato) ai controllo della pompa di iniezione del motore 2, in modo da stabilire una relazione diretta tra escursione angolare della leva 38c ed i giri del motore 2 determinando nel contempo la velocità di rotazione della PTO.

Pertanto, con la PTO inserita il dispositivo D2 si comporta come un convenzionale comando meccanico dell'acceleratore. Convenzionalmente, il controllo elettronico dell'attuatore della pompa di iniezione del motore 2, con PTO inserita, ha la capacità di agire da regolatore. In altre parole il controllo elettronico provvede all'adeguamento della regolazione della pompa di iniezione per compensare i giri del motore 2 al variare del carico resistente sulla PTO, in modo da assicurare il valore determinato della velocità della PTO (540 giri/min, 750 giri/min oppure 1000 giri/min).

La escursione della leva 38c del dispositivo D2 può essere tarata in fasce di velocità della PTO, per esempio potrebbe essere tarata sui tre valori di velocità precedentemente indicati.

Poiché l'azionamento della PTO comporta, in generale, un aumento della velocità angolare dell'albero 3, le macchine elettriche 13, 20 si incaricheranno della ridistribuzione delle velocità, per eseguire il comando proveniente da DI.

E' evidente, comunque, che il comando impartito dal dispositivo D2 deve essere prioritario rispetto a quello originato dal sistema a seguito del comando fornito dal dispositivo DI.

La priorità di questo secondo comando impartito tramite D2 su quello impartito per mezzo di DI potrebbe far insorgere situazioni di superpotenza oppure di sottopotenza erogata del motore 2, rispetto alla somma delle potenze effettivamente richiesta dalle ruote dell'autoveicolo e dalla PTO.

Nel primo caso il motore 2 lavorerebbe al di sotto della sua massima coppia, con conseguente aumento dei consumi e della rumorosità, analogamente a quanto accade per i veicoli realizzati con tecnologie convenzionali, nel secondo caso, in conseguenza, appunto, del vincolo esistente sui giri del motore 2, l'autoveicolo dovrà marciare ad una velocità inferiore al valore impostato con il comando DI fino all'equilibrio tra la somma delle potenze trasmesse, trazione e PTO, e quella erogabile dal motore Diesel in relazione al comando proveniente da D2.

Bisogna osservare incidentalmente che con gli attuali autoveicoli si assisterebbe, invece, alla progressiva perdita di giri del motore a combustione interna fino all'eventuale arresto dello stesso, a meno di scalare una o più marce.

Risulta infine chiaro che al dispositivo qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Per esempio, in una forma di attuazione non rappresentata il dispositivo D2 può essere eliminato e la leva 38b stessa può essere selettivamente inibita al comando di velocità dell'autoveicolo ed adibita al comando della velocità di rotazione del motore Diesel. A tal fine la leva 38b può essere provvista di un pulsante {non rappresentato), il quale è in grado di escludere il comando della velocità dell'autoveicolo dato dalla leva 38b stessa, quando la frizione della PTO è inserita.

Inoltre, anche se 1'apparecchiatura AC oggetto principale della presente invenzione è stata descritta in relazione alla forma particolare ci attuazione del gruppo di trasmissione mostrato nella figura unica allegata, resta inteso che gli insegnamenti dell'invenzione possono essere applicati vantaggiosamente a qualsiasi gruppo ibrido, quindi anche ad un gruppo ibrido in serie, il quale prevede che almeno una parte della potenza meccanica viene trasformata in potenza elettrica. In altre parole, è possibile applicare gli insegnamenti della presente invenzione in presenza di un gruppo di propulsione in cui almeno una parte dell'energia viene manipolata elettricamente e funge da "polmone" in modo che si possa slegare la velocità delle ruote dell'autoveicolo da quella di uscita dal motore a combustione interna.

Claims (9)

1. R IV E N D I CA Z IO N I 1. Apparecchiatura (AC) di comando del regime di un mezzo semovente caratterizzata dal fatto di comprendere un primo dispositivo (DI) di comando dell'avanzamento del mezzo semovente ed un secondo dispositivo (D2) di comando della velocità di uscita da un motore (2) a combustione interna, detti dispositivi (DI, D2) di comando essendo separati tra di loro.
2. 2. Apparecchiatura (AC) come rivendicato alla rivendicazione 1, in cui detto secondo dispositivo (D2) e atto a comandare inoltre la velocità di rotazione di una Pio.
3. 3. Apparecchiatura (AC) come rivendicato m una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il regime di funzionamento di detto secondo dispositivo (D2) influenza il regime di funzionamento di detto primo dispositivo (DI).
4. 4. Apparecchiatura (AC) come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 2, 3, in cui l'inserimento di un comando tramite detto secondo dispositivo (D2) prevale sui comandi di velocità di detto motore (2), come originati dal controllo di sistema, sulla base dei comandi impartiti da un operatore tramite detto primo dispositivo (DI).
5. 5. Apparecchiatura (AC) come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di essere compresa in un gruppo (1) di propulsione per un mezzo semovente, gruppo (1) comprendente un motore (2) a combustione interna ed almeno due macchine elettriche (13, 20); gruppo (1) in cui detto motore (2) a combustione interna e dette due macchine elettriche (13, 20) sono collegati meccanicamente con un dispositivo (39) di suddivisione/ricombinazione delle potenze erogate assorbite da detto motore (2) a combustione interna e da dette macchine elettriche (13, 20)
6. 6. Apparecchiatura (AC) come rivendicato alla rivendicazione 5, in cui dette macchine elettriche (13, 20) sono atte a funzionare sia da generatori che da motori.
7. 7. Apparecchiatura (AC) come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni 5, 6, in cui detto gruppo (1) prevede inoltre una frizione (8) di detta PTO.
8. 8. Apparecchiatura (AC) come rivendicato alla rivendicazione 7, in cui l'azionamento di detta frizione (8) disabilita automaticamente qualsiasi comando originato dal controllo elettronico del sistema sulla velocità di detto motore (2), sulla base del segnale proveniente da detto primo dispositivo (DI).
9. 9. Apparecchiatura (AC) di comando del regime di un mezzo semovente, caratterizzata dal fatto di comprendere primi mezzi (38a) di comando della velocità di avanzamento del mezzo semovente e: secondi mezzi (38b) di comando della velocità di avanzamento del mezzo semovente, oppure in alternativa, di comando di una PTO.