ITBO20080698A1 - Veicolo con motore anteriore - Google Patents

Veicolo con motore anteriore

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ITBO20080698A1 IT000698A ITBO20080698A ITBO20080698A1 IT BO20080698 A1 ITBO20080698 A1 IT BO20080698A1 IT 000698 A IT000698 A IT 000698A IT BO20080698 A ITBO20080698 A IT BO20080698A IT BO20080698 A1 ITBO20080698 A1 IT BO20080698A1
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Franco Cimatti
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Ferrari Spa
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Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:
“VEICOLO CON MOTORE ANTERIORE”
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un veicolo con motore anteriore.
ARTE ANTERIORE
Nei veicoli con motore anteriore attualmente in commercio, il tubo di scarico (o i tubi di scarico in caso di tubi di scarico gemellati) è disposto in una zona centrale del veicolo ed è inserito nello spazio delimitato dal tunnel centrale. Tuttavia, questa disposizione del tubo di scarico presenta diversi inconvenienti.
In primo luogo, il calore sviluppato dal tubo di scarico si concentra tutto nella zona centrale del veicolo e non ha alcuno sfogo laterale; l’unica via di uscita del calore sviluppato dal tubo di scarico è lungo il tunnel centrale che non può quindi essere chiuso e deve essere coibentato. In questo modo si preclude la possibilità di chiudere completamente il fondo per ottimizzare l’aerodinamica del veicolo; inoltre l’aria nel tunnel centrale è già riscaldata dal calore sviluppato dal tubo di scarico e non può raffreddare in modo efficace eventuali componenti disposti nella porzione posteriore del veicolo (ad esempio il cambio se disposto posteriormente).
Inoltre, il passaggio che rimane libero per il tubo di scarico è tortuoso e di conseguenza le prestazioni, il costo ed il peso del tubo di scarico non sono ottimali; in particolare, il tubo di scarico presenta più curve brusche e lo spazio disponibile per i catalizzatori è limitato quindi i catalizzatori devono presentare un volume ridotto e, di conseguenza, una contropressione elevata.
Infine, nel caso di un motore anteriore disposto longitudinalmente e presentante una disposizione a “V” dei cilindri difficilmente è possibile ottenere una stessa lunghezza dei singoli tubi primari dei collettori di scarico con una conseguente penalizzazione delle prestazioni del motore.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è di fornire un veicolo con motore anteriore, il quale sia privo degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione.
Secondo la presente invenzione viene realizzato un veicolo con motore anteriore secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:
• la figura 1 è una vista schematica, in pianta e con parti asportate per chiarezza di un veicolo con motore anteriore longitudinale realizzato in accordo con la presente invenzione;
• la figura 2 è una vista laterale e schematica del veicolo della figura 1;
• la figura 3 è una sezione trasversale, schematica e con parti asportate per chiarezza di una porzione laterale del veicolo della figura 1;
• la figura 4 è una sezione trasversale, schematica e con parti asportate per chiarezza di una variante della porzione laterale della figura 3;
• la figura 5 mostra due viste schematiche di due alternative varianti di una parte terminale posteriore di un impianto di scarico del veicolo della figura 1; • figura 6 è una vista schematica, in pianta e con parti asportate per chiarezza di una variante del veicolo della figura 1;
• la figura 7 è una vista schematica, in pianta e con parti asportate per chiarezza di un veicolo con motore anteriore trasversale realizzato in accordo con la presente invenzione; e
• figura 8 è una vista schematica, in pianta e con parti asportate per chiarezza di una variante del veicolo della figura 7.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un veicolo stradale provvisto di un telaio 2 che appoggia su due ruote 3 anteriori e sue due ruote 4 posteriori mediante l’interposizione di rispettive sospensioni 5 anteriori e di rispettive sospensioni 6 posteriori. Le sospensioni 5 e 6 comprendono rispettive leve 7 (solo alcune delle quali sono schematicamente illustrate nella figura 1) che sono incernierate ad una estremità al telaio 2 ed all’altra estremità ad un mozzo della ruota 2 o 3.
Il veicolo 1 comprende un motore 8 termico a combustione interna, il quale è montato sul telaio 2, è disposto in posizione anteriore longitudinale (cioè con l’albero motore parallelo alla direzione di avanzamento) e presenta due bancate di cilindri disposte a “V”. Ciascuna bancata di cilindri presenta un collettore 9 di scarico, il quale raccoglie i gas di scarico espulsi dai cilindri della bancata e convoglia il gas di scarico stessi verso un sistema 10 di scarico che immette i gas di scarico in atmosfera.
Secondo una possibile forma di attuazione illustrata con linea tratteggiata nella figura 1, è previsto un tubo 11 di collegamento regolato da una valvola (non illustrata), il quale collega tra loro di due collettori 9 di scarico per effettuare delle compensazioni acustiche e/o per permettere la disattivazione temporanea di una bancata per ridurre consumi ed emissioni inquinanti a bassa velocità.
Il sistema 10 di scarico comprende due tubi 12 di scarico, i quali si originano dai collettori 9 di scarico del motore 8 termico a combustione interna e terminano in due silenziatori 13 disposti in posizione posteriore. Ciascun tubo 12 di scarico è suddiviso in una porzione 14 centrale, la quale è sostanzialmente rettilinea ed è disposta in corrispondenza di un bordo laterale del telaio 2, in una porzione 15 iniziale, la quale collega una prima estremità della porzione 14 centrale ad un collettore 9 di scarico del motore 8 termico a combustione interna, ed in una porzione 16 terminale, la quale collega una seconda estremità della porzione 14 centrale opposta alla prima estremità al silenziatore 13.
Il sistema 10 di scarico comprende una coppia di catalizzatori 17, ciascuno dei quali è interposto tra la porzione 15 iniziale e la porzione 14 centrale di un rispettivo tubo 12 di scarico e quindi risulta disposto in prossimità di un bordo laterale del telaio 2 immediatamente dietro ad una ruota 3 anteriore. In questo modo, ciascun catalizzatore 17 trova collocazione in uno spazio del veicolo 1 stradale che consente di ottimizzare il flusso interno dei gas di scarico e di sfogare il calore prodotto sul fianco, sull’anteriore e sul basso del vano dove è inserito; inoltre il moto rotatorio delle ruote 3 anteriore induce un flusso di aria che contribuisce a raffreddare i catalizzatori 17.
Preferibilmente, immediatamente a monte di ciascun catalizzatore 17, la porzione 15 iniziale di ciascun tubo 12 di scarico presenta un giunto 18 flessibile (cioè un tratto presentante una elevata elasticità). Ciascun giunto 18 flessibile rende indipendenti i movimenti del motore 8 termico a combustione interna dai movimenti del sistema 10 di scarico riducendo le vibrazioni e le conseguenti rotture a carico del sistema 10 di scarico. Inoltre, ciascun giunto 18 flessibile svincola le dilatazioni termiche del collettore 9 di scarico dalla rimanente parte del sistema 10 di scarico: i due sistemi possono venire progettati per la dilatazione termica come se fossero due entità distinte ottimizzando le prestazioni complessive.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, il veicolo 1 comprende una carrozzeria 19 che riveste il telaio 2, definisce un abitacolo e presenta almeno due portiere 20 di accesso all’abitacolo stesso. Al di sotto di ciascuna portiera 20, è definito un rispettivo brancardo 21 (cioè la parte inferiore del sottoporta che si estende dalla fine dell'arco passaruota anteriore fino all'inizio dell'arco passaruota posteriore), in cui è disposto un longherone 22 longitudinale del telaio 2 (che quindi è disposto in corrispondenza di un bordo laterale del telaio 2 al di sotto di una portiera 20).
Secondo quanto illustrato nella figura 3, ciascun longherone 22 longitudinale del telaio 2 presenta una sezione rettangolare, è internamente cavo ed è realizzato mediante estrusione, profilati oppure lamiere stampate. La porzione 14 centrale di ciascun tubo 12 di scarico è disposta in corrispondenza di un bordo laterale del telaio 2 al di sotto di una rispettiva portiera 20 ed all’interno del corrispondente brancardo 21. Preferibilmente, la porzione 14 centrale di ciascun tubo 12 di scarico è inserita all’interno di un longherone 22 longitudinale del telaio 2. Per evitare un eccessivo riscaldamento dei longheroni 22 longitudinali del telaio 2, la porzione 14 centrale di ciascun tubo 12 di scarico disposta all’interno di un longherone 22 longitudinale del telaio 2 è isolata termicamente mediante un rivestimento 23 in materiale termicamente isolante. Il rivestimento 23 in materiale termicamente isolante comprende un contenitore 24 esterno in materiale termicamente isolante rigido che definisce una cavità interna, la quale alloggia con gioco la porzione 14 centrale del tubo 12 di scarico e può essere lasciato vuoto (cioè utilizzando come isolante termico l’aria) oppure può venire riempito con una materiale 25 termicamente isolante flessibile e comprimibile (quale, ad esempio, la lana di vetro).
Secondo una preferita forma di attuazione, per permettere un sfogo del calore generato dai tubi 12 di scarico, una porzione inferiore del telaio 2 disposto al di sotto della porzione 14 centrale di ciascun tubo 12 di scarico è costituita da una grata 26 presentante dei fori di aerazione passanti. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 3, la parete inferiore di ciascun longherone 22 longitudinale del telaio 2 è costituita da una grata 26 presentante dei fori di aerazione passanti.
Nella figura 3 sono schematicamente illustrati la posizione di una finizione 27 esterna della carrozzeria 19 in corrispondenza del brancardo 21, un sedile 28, due strutture 29 di supporto del sedile 28 stesso, ed una porzione di un tunnel 30 centrale. Il tunnel 30 centrale è sostanzialmente vuoto e non riscaldato non alloggiando alcuna componente del sistema 10 di scarico; di conseguenza, nel tunnel 30 centrale può venire alloggiato un pacco 31 di batterie elettriche utilizzate da una macchina elettrica nel caso di propulsione ibrida.
Il pacco 31 di batterie elettriche deve essere posizionato in modo da non essere coinvolto negli urti, in modo da non subire un eccessivo riscaldamento, ed in modo da non sbilanciare con la propria massa rilevante l’equilibrio del veicolo 1 (in altre parole, il pacco 31 di batterie elettriche deve venire collocato il più vicino possibile al baricentro ed al terreno per ottenere un buon comportamento dinamico del veicolo 1); una posizione ottimale del pacco 31 di batterie è all’interno del tunnel 30 centrale e tale posizionamento è permesso dal fatto che i tubi 12 di scarico vengono convogliati verso i lati del veicolo 1. Al contrario, quando i tubi 12 di scarico corrono all’interno del tunnel 30 centrale non è più possibile disporre il pacco 31 di batterie elettriche nel tunnel 30 centrale stesso sia per l’assenza di spazio libero, sia per le temperature troppo elevate che non sono compatibili con le batterie elettriche. Inoltre, il pacco 31 di batterie elettriche richiede la possibilità di sfogo di gas verso l’esterno in caso di avaria e tale sfogo è facilmente ricavabile nel tunnel 30 centrale con limitate aperture della chiusura strutturale del tunnel 30 centrale stesso.
Secondo la variante illustrata nella figura 4, ciascun longherone 22 longitudinale del telaio 2 integra un supporto 29 di un sedile 28; in questo modo, si ottiene una dimensione della sezione dei longheroni 22 longitudinali che utilizza spazi normalmente non dedicati alla funzione strutturale.
Nella forma di attuazione illustrata nella figura 1, sono previsti due silenziatori 13 tra loro non collegati. Nella alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 5a, i due silenziatori 13 sono tra loro collegati medianti un tubo 32 di collegamento regolato da una valvola (non illustrata) per permettere delle compensazioni acustiche; in alternativa il tubo 32 di collegamento può collegare direttamente i due silenziatori 13 oppure può collegare i due tubi 12 di scarico immediatamente a monte dei due silenziatori 13. Nella alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 5b, è previsto un unico silenziatore 13 che riceve i gas di scarico da entrambi i tubi 12 di scarico.
Per cercare di ottimizzare ulteriormente lo sfruttamento dello spazio, nella variante illustrata nella figura 6 la porzione 16 terminale di ciascun tubo 12 di scarico passa al di sotto di leve 7 di una corrispondente sospensione 6 posteriore. In questo modo si rendere ancora più efficiente la soluzione dei tubi 12 di scarico disposti lateralmente riducendo la tortuosità dei tubi 12 di scarico stessi.
Nelle figure 1-6 è illustrato un motore 8 termico a combustione interna, il quale è disposto in posizione anteriore longitudinale (cioè con l’albero motore parallelo alla direzione di avanzamento) e presenta due bancate di cilindri disposte a “V”. Nelle figure 7 e 8 è illustrato un motore 8 termico a combustione interna, il quale è disposto in posizione anteriore trasversale (cioè con l’albero motore perpendicolare alla direzione di avanzamento) e presenta una unica bancata di cilindri disposti in linea.
Per riassumere quanto sopra descritto, i tubi 12 di scarico vengono convogliati verso i lati del veicolo 1 e vengono inseriti nel volume occupato dai brancardi 21. Il calore sviluppato dai tubi 12 di scarico non si concentra nella zona centrale del veicolo 1 ma si ripartisce equamente ai due lati del veicolo 1 usufruendo anche della possibilità di avere sfoghi laterali.
Il fatto di non disporre elementi del sistema 10 di scarico all’interno del tunnel 30 centrale presenta numerosi vantaggi; in primo luogo, riducendo i componenti alloggiati all’interno del tunnel 30 centrale è possibile ridurre la dimensione del tunnel 30 centrale stesso (che nelle vetture a trazione posteriore alloggia anche un albero di trasmissione) e quindi è possibile aumentare il volume dell’abitacolo oppure, a parità di dimensioni dell’abitacolo, è possibile ridurre le dimensioni del veicolo (in particolare la larghezza totale del veicolo). Inoltre, non essendo necessario raffreddare mediante ventilazione il tunnel 30 centrale, il tunnel 30 centrale stesso può venire chiuso con un fondo (costituito da una piastra piana o sostanzialmente piana) per ottimizzare l’aerodinamica del veicolo 1; se il fondo di chiusura del tunnel 30 centrale viene reso strutturale è possibile creare in corrispondenza del tunnel 30 centrale stesso una sezione chiusa di grandi dimensioni che contribuisce efficientemente alla rigidezza complessiva del telaio 2. Inoltre l’aria che si infila sotto al tunnel 30 centrale non è riscaldata dal sistema 10 di scarico e quindi può raffreddare efficacemente i componenti della parte posteriore (per esempio il cambio se disposto posteriormente) o comunque evitare di riscaldare i componenti della parte posteriore stessi; in questo modo è possibile sia l’utilizzo di materiali compositi (più leggeri e meno resistenti al calore dei metalli) per la linea di trasmissione sia la collocazione di impianti termicamente sensibili (ad esempio il serbatoio carburante o i cavi elettrici) in posizione posteriore, cioè nella posizione più protetta del veicolo 1 stradale.
La conformazione dei tubi 12 di scarico presenta una geometria semplice e lineare, quindi: le sue prestazioni, il suo costo ed il suo peso sono ottimali. I tubi 12 di scarico presentano poche curve brusche e lo spazio disponibile per i catalizzatori 17 è così elevato da permettere di usare i più grandi catalizzatori esistenti in commercio che presentano una contropressione particolarmente ridotta. Grazie alla elevata simmetria complessiva, la lunghezza dei collettori 9 di scarico può essere identica permettendo quindi di massimizzare le prestazioni del motore 8 termico a combustione interna.
Un ulteriore vantaggio della architettura sopra descritta è la possibilità di ridurre la struttura necessaria per l’urto laterale, soprattutto per l’urto palo; ciascun tubo 12 di scarico infatti è in acciaio ed abbraccia l’intera parte laterale dell’abitacolo. Nell’architettura con i tubi 12 di scarico disposti nel tunnel 30 centrale i tubi 12 di scarico stessi non hanno alcuna valenza strutturale ma servono unicamente per convogliare i gas di scarico dai collettori 9 di scarico del motore 8 termico a combustione interna ai silenziatori 13; portando i tubi 12 di scarico nei brancardi 21 i tubi 12 di scarico stessi assumono anche una valenza strutturale che può venire sfruttata per alleggerire la scocca e/o le parti strutturali aggiunte per gli urti laterali.

Claims (14)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Veicolo (1) con motore anteriore comprendente: un telaio (2); quattro ruote (3, 4) supportanti il telaio (2); quattro sospensioni (5, 6), ciascuna delle quali è interposta tra il telaio (2) ed una ruota (3, 4); un motore (8) termico a combustione interna, il quale è montato sul telaio (2) ed è disposto in posizione anteriore; un sistema (10) di scarico provvisto di due tubi (12) di scarico, i quali si originano dal motore (8) termico a combustione interna e terminano in almeno un silenziatore (13) disposto in posizione posteriore; ed una carrozzeria (19) che riveste il telaio (2), definisce un abitacolo e presenta almeno due portiere (20) di accesso all’abitacolo stesso; il veicolo (1) è caratterizzato dal fatto che ciascun tubo (12) di scarico presenta: una porzione (14) centrale, la quale è disposta in corrispondenza di un bordo laterale del telaio (2) al di sotto di una rispettiva portiera (20); una porzione (15) iniziale, la quale collega una prima estremità della porzione (14) centrale ad un collettore (9) di scarico del motore (8) termico a combustione interna; ed una porzione (16) terminale, la quale collega una seconda estremità della porzione (14) centrale opposta alla prima estremità al silenziatore (13).
  2. 2) Veicolo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui la porzione (14) centrale di ciascun tubo (12) di scarico è alloggiato all’interno di un brancardo (21) che è disposto al di sotto della rispettiva portiera (20).
  3. 3) Veicolo (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la porzione (16) terminale di ciascun tubo (12) di scarico passa al di sotto di leve (7) di una corrispondente sospensione (6) posteriore.
  4. 4) Veicolo (1) secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui il telaio (2) comprende una coppia di longheroni longitudinali, i quali sono internamente cavi e sono disposti in corrispondenza dei bordi laterali del telaio (2) al di sotto delle portiere (20); la porzione (14) centrale di ciascun tubo (12) di scarico è inserita all’interno di un longherone (22) longitudinale del telaio (2).
  5. 5) Veicolo (1) secondo la rivendicazione 4, in cui la porzione (14) centrale di ciascun tubo (12) di scarico disposta all’interno di un longherone (22) longitudinale del telaio (2) è isolata termicamente mediante un rivestimento (23) in materiale termicamente isolante.
  6. 6) Veicolo (1) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui ciascun longherone (22) longitudinale del telaio (2) integra un supporto (29) di un sedile (28).
  7. 7) Veicolo (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui una porzione inferiore del telaio (2) disposto al di sotto della porzione (14) centrale di ciascun tubo (12) di scarico presenta dei fori di aerazione passanti.
  8. 8) Veicolo (1) secondo la rivendicazione 7, in cui la porzione inferiore del telaio (2) disposto al di sotto della porzione (14) centrale di ciascun tubo (12) di scarico è costituita da una grata (26).
  9. 9) Veicolo (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il sistema (10) di scarico comprende una coppia di catalizzatori (17), ciascuno dei quali è interposto tra la porzione (15) iniziale e la porzione (14) centrale di un rispettivo tubo (12) di scarico.
  10. 10) Veicolo (1) secondo la rivendicazione 9, in cui ciascun catalizzatore (17) è disposto in prossimità di un bordo laterale del telaio (2) immediatamente dietro ad una ruota (3) anteriore.
  11. 11) Veicolo (1) secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui immediatamente a monte di ciascun catalizzatore (17), la porzione (15) iniziale di ciascun tubo (12) di scarico presenta un giunto (18) flessibile.
  12. 12) Veicolo (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui è definito un tunnel (30) centrale che alloggia un pacco (31) di batterie elettriche.
  13. 13) Veicolo (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12, in cui è definito un tunnel (30) centrale che è inferiormente chiuso da un fondo per ottimizzare l’aerodinamica del veicolo (1) stradale.
  14. 14) Veicolo (1) secondo la rivendicazione 13, in cui il fondo di chiusura del tunnel (30) centrale viene reso strutturale per creare in corrispondenza del tunnel (30) centrale stesso una sezione chiusa di grandi dimensioni che contribuisce alla rigidezza complessiva del telaio (2).
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