ITBO20120039A1 - Sistema di motopropulsione con motore a combustione interna per una vettura stradale - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“SISTEMA DI MOTOPROPULSIONE CON MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA PER UNA VETTURA STRADALEâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un sistema di motopropulsione con motore a combustione interna per una vettura stradale.

ARTE ANTERIORE

Sulla quasi totalità delle vetture stradali con motore a combustione interna, il sistema di motopropulsione comprende almeno una frizione collegata tra un albero motore del motore a combustione interna ed un albero primario del cambio ed ha la funzione di separare meccanicamente l’albero motore dall’albero primario durante i cambi di marcia. Inoltre, sulla quasi totalità delle vetture stradali con motore a combustione interna il sistema di motopropulsione comprende un differenziale che à ̈ posizionato sul ponte, riceve in ingresso il moto da un albero secondario del cambio e trasmette il moto a due corrispondenti ruote motrici mediante una coppia di semiassi, ed ha la funzione di permettere alle due ruote motrici di ruotare a velocità diverse (durante la percorrenza di una curva). Nelle vetture stradali più moderne, nel differenziale possono venire incorporati meccanismi, sia passivi che attivi (in quest’ultimo caso, abbinati ad un sistema di controllo), che gestiscono la coppia motrice sulle due ruote motrici limitando lo slittamento relativo tra le due ruote motrici ai fini di ottimizzare il comportamento della vettura stradale. Nei casi più evoluti, questo controllo della coppia motrice à ̈ gestito singolarmente per ciascuna ruota motrice ed à ̈ denominato “torque vectoring†.

Questo schema generale di trasmissione à ̈ consolidato da anni e può assumere configurazioni geometriche e di posizionamento diverse, ma comporta in maniera costante:

• uno o più innesti a frizione;

• a seconda dei casi, una trasmissione di rinvio a monte del cambio (sia per variare la velocità di rotazione, sia per posizionare l’albero di ingresso del cambio non in asse con l’asse motore) e nel caso di alberi del cambio perpendicolari rispetto all’albero motore, anche un rinvio conico;

• un cambio di velocità costituito da ingranaggi su alberi affacciati, e dotati di dispositivi di innesto chiamati sincronizzatori;

• un rapporto finale di rinvio tra l’albero secondario del cambio (o gli alberi secondari del cambio) ed il ponte, che nel caso si trovi perpendicolare agli alberi secondari del cambio, à ̈ costituito da ingranaggi conici;

• il differenziale; e

• le flange di uscita verso le ruote motrici.

Su questo schema generale di trasmissione, si sono nel tempo applicati dei dispositivi servocomandati di attuazione della frizione e di selezione dei rapporti del cambio.

Tuttavia, questo schema generale di trasmissione comporta alcuni svantaggi, soprattutto nel caso in cui frizione, cambio e differenziale siano azionati con servocomandi:

• la duplicazione di sistemi di controllo tra l’attuazione di frizione e cambio e l’attuazione del differenziale;

• il dimensionamento dei sincronizzatori del cambio, i quali, ruotando a velocità spesso inferiori a quella di oggetti tra motore e sincronizzatore (soprattutto le frizioni, che sono gli elementi a diametro maggiore), devono essere surdimensionati per gestire le inerzie equivalenti che sono proporzionali al quadrato delle velocità di rotazione;

• nel caso di alberi del cambio perpendicolari rispetto all’asse motore, l’obbligo di un ingranamento in più; e

• nel caso di necessità di schemi di trasmissione compatti, l’aumento del numero di alberi e di ingranamenti per non dover gestire alberi primari e secondari del cambio di lunghezza pari al numero di rapporti, con un conseguente aumento di peso complessivo e calo del rendimento di trasmissione.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un sistema di motopropulsione con motore a combustione interna per una vettura stradale, il quale sistema di motopropulsione sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e, in particolare sia di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un sistema di motopropulsione con motore a combustione interna per una vettura stradale, 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 à ̈ una vista schematica ed in pianta di una vettura provvista di un sistema di motopropulsione con motore a combustione interna realizzato in accordo con la presente invenzione;

• la figura 2 à ̈ una vista schematica del sistema di motopropulsione della figura 1;

• la figura 3 à ̈ una vista schematica di una variante del sistema di motopropulsione della figura 2;

• la figura 4 à ̈ una vista schematica di una alternativa forma di attuazione del sistema di motopropulsione della figura 1; e

• la figura 5 à ̈ una vista schematica di una ulteriore forma di attuazione del sistema di motopropulsione della figura 1.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicata nel suo complesso una vettura stradale provvista di due ruote 2 anteriori e di due ruote 3 motrici posteriori, che ricevono la coppia motrice da un sistema 4 di motopropulsione.

Il sistema 4 di motopropulsione comprende un motore 5 termico a combustione interna, il quale à ̈ disposto in posizione anteriore ed à ̈ provvisto di un albero 6 motore, ed una trasmissione 7 manuale automatica (denominata comunemente “AMT†), la quale trasmette la coppia motrice generata dal motore 5 a combustione interna alle ruote 3 motrici posteriori. La trasmissione 7 comprende un albero 8 di trasmissione che à ̈ da un lato à ̈ angolarmente solidale all’albero 6 motore e dall’altro lato à ̈ meccanicamente collegato ad un cambio 9, il quale à ̈ disposto in posizione posteriore, e trasmette il moto alle ruote 3 motrici posteriori mediante due semiassi 10.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il cambio 9 comprende un albero 11 primario, un albero 12 secondario disposto parallelamente e di fianco all’albero 11 primario, ed pluralità di coppie di ingranaggi 13 e 14, ciascuna delle quali definisce una rispettiva marcia e comprende un ingranaggio 13 primario montato sull’albero 11 primario ed un ingranaggio 14 secondario montato sull’albero 12 secondario. Inoltre, il cambio 9 comprende una pluralità di sincronizzatori, ciascuno dei quali à ̈ montato coassiale all’albero 11 primario (o all’albero 12 secondario) ed à ̈ atto a venire attuato per innestare almeno un ingranaggio 13 primario all’albero 11 primario (oppure almeno un ingranaggio 14 secondario all’albero 12 secondario).

L’albero 11 primario del cambio 9 à ̈ permanentemente collegato all’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna in modo non separabile; ovvero tra l’albero 11 primario e l’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna non à ̈ presente alcuna frizione (o altro equivalente dispositivo meccanico che à ̈ in grado di realizzare una separazione meccanica) e quindi l’albero 11 primario à ̈ sempre angolarmente solidale all’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna. Tipicamente, l’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna à ̈ provvisto di un volano 15 fissato alla estremità dell’albero 6 motore rivolta verso il cambio 9; in questo caso, l’albero 11 primario del cambio 9 à ̈ meccanicamente fissato al volano 15 che à ̈ sostanzialmente parte integrante dell’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna. Essendo l’albero 11 primario del cambio permanentemente collegato con l’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna (eventualmente con l’interposizione dell’albero 8 di trasmissione), la massa complessiva del volano 15 può essere più piccola del normale.

Secondo una preferita forma di attuazione, tra l’albero 6 motore e l’albero 11 primario del cambio 9 à ̈ interposto un dispositivo di disaccoppiamento che filtra meccanicamente le vibrazioni, ovvero che blocca (impedisce) la trasmissione di vibrazioni. Preferibilmente, ma non obbligatoriamente, il dispositivo di disaccoppiamento à ̈ integrato nel volano 15 che à ̈ costituito da un doppio volano ammortizzato (ad esempio con uno smorzatore centrifugo integrato); in altre parole, nel volano 15 la massa à ̈ suddivisa tra due dischi collegati tra loro mediante delle molle che smorzano la rotazione relativa tra i due dischi stessi. Il motore 5 a combustione interna produce una serie di vibrazioni sull'albero 6 motore in particolare di tipo torsionale; in assenza di filtri, queste vibrazioni si trasmettono fino al cambio 9 e provocano forti vibrazioni degli ingranaggi con conseguenti rumori di "ferraglia". Per questo, tra il motore 5 a combustione interna ed il cambio 9 à ̈ utile inserire un ammortizzatore torsionale, ossia un dispositivo in grado di smorzare queste vibrazioni e far arrivare una coppia costante e pulita all’albero 11 primario del cambio 9.

Sono previste due frizioni 16, ciascuna delle quali à ̈ disposta (ovvero meccanicamente collegata) tra l’albero 12 secondario del cambio 9 ed un corrispondente semiasse 10. Ciascuna frizione 16 à ̈, preferibilmente, di tipo multidisco e comprende una campana 17 angolarmente solidale all’albero 12 secondario del cambio 9, una pluralità di dischi 18 conduttori alloggiati all’interno della campana 17 ed angolarmente solidali alla campana 17, ed una pluralità di dischi 19 condotti alloggiati all’interno della campana 17, intercalati ai dischi 18 conduttori, ed angolarmente solidali al corrispondente semiasse 10.

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 2, i semiassi 10 sono disposti perpendicolarmente agli alberi 11 e 12 del cambio 9, ed à ̈ previsto un rinvio 20 conico che collega l’albero 12 secondario del cambio 9 alle due frizioni 16. Preferibilmente, à ̈ prevista un'unica campana 17 che à ̈ comune ad entrambe le frizioni 16, à ̈ disposta tra i due semiassi 10, ed à ̈ direttamente collegata al rinvio 20 conico; ovvero il rinvio 20 conico à ̈ direttamente collegato ad una unica campana 20 che porta i dischi 18 conduttori di entrambe le frizioni 16.

Infine, come illustrato nella figura 1, il sistema 4 di motopropulsione comprende una unità 21 di controllo elettronica (“ECU†) che sovraintende al funzionamento del sistema 4 di motopropulsione e, tra le altre cose, pilota le due frizioni 16 come sotto descritto.

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 2, il motore 5 a combustione interna à ̈ disposto in posizione anteriore e quindi ad una certa distanza dal cambio 9 che à ̈ disposto in posizione posteriore; di conseguenza, l’albero 11 primario del cambio 9 à ̈ meccanicamente collegato all’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna con l’interposizione dell’albero 8 di trasmissione. Nella variante illustrata nella figura 3, il motore 5 a combustione interna à ̈ disposto in prossimità del cambio 9 (ovvero il motore 5 a combustione interna ed il cambio 9 sono entrambi in posizione anteriore oppure in posizione posteriore/centrale) e l’albero 11 primario del cambio 9 à ̈ direttamente fissato all’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna con l’interposizione del volano 15 (ovvero non à ̈ presente l’albero 8 di trasmissione).

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 4, i semiassi 10 sono disposti parallelamente agli alberi 11 e 12 del cambio 9 che, a loro volta, sono disposti perpendicolarmente all’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna. In questa forma di attuazione, il rinvio 20 conico collega l’albero 6 motore (con l’interposizione, se necessario, dell’albero 8 di trasmissione) con l’albero 11 primario del cambio 9.

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 4, preferibilmente (ma non obbligatoriamente) il rinvio 20 conico à ̈ disposto in una posizione intermedia dell’albero 11 primario del cambio 9 e divide gli ingranaggi 13 e 14 del cambio 9 in due metà tra loro separate dal rinvio 20 conico stesso. In alternativa, il rinvio 20 conico potrebbe essere disposto in corrispondenza di una estremità dell’albero 11 primario del cambio 9.

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 4, ciascuna frizione 16 comprende una propria campana 17 e le campane 17 delle due frizioni 16 sono tra loro lontane e collegate ad estremità opposte dell’albero 12 secondario del cambio 9.

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 4, à ̈ completamente assente il rinvio finale potendo far coincidere l’asse di un singolo albero 12 secondario del cambio 9 con l’asse del ponte sul quale sono posizionate le due frizioni 16.

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 5, il motore 5 a combustione interna à ̈ disposto in prossimità del cambio 9 e l’albero 11 primario del cambio 9 à ̈ direttamente fissato all’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna con l’interposizione del volano 15 (ovvero non à ̈ presente l’albero 8 di trasmissione).

Inoltre, nella forma di attuazione illustrata nella figura 5 i semiassi 10 sono disposti parallelamente agli alberi 11 e 12 del cambio 9 che, a loro volta, sono disposti parallelamente all’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna; quindi, in questa forma di attuazione à ̈ assente il rinvio 20 conico.

La forma di attuazione illustrata nella figura 5 à ̈ tipica di una moderna vettura stradale a trazione anteriore in cui il motore 5 a combustione interna à ̈ disposto in posizione anteriore trasversale, il cambio 9 à ̈ disposto in posizione anteriore trasversale, ed il ponte à ̈ coincidente con l’albero 12 secondario del cambio 9.

Le due frizioni 16 presentano una doppia funzione, in quanto vengono utilizzate sia per separare le ruote 3 motrici posteriori dall’albero 6 motore del motore 5 a combustione interna durante un cambio marcia, sia come dispositivo differenziale che permette alle due ruote 3 motrici posteriori di ruotare a velocità diverse (durante la percorrenza di una curva). In altre parole, le due frizioni 16 svolgono la funzione del differenziale compensando una eventuale differenza di velocità di rotazione tra le due ruote 3 motrici posteriori mediante uno slittamento di una frizione 16 o di entrambe le frizioni 16 stesse.

Durante un cambio di marcia le due frizioni 16 vengono inizialmente completamente aperte (più velocemente) per disinnestare la marcia corrente e successivamente innestare la marcia successiva, e quindi le due frizioni 16 vengono richiuse (più lentamente) per permette un graduale adattamento della velocità di rotazione dell’albero 6 motore al nuovo rapporto di trasmissione.

Durante la percorrenza di una curva, almeno una delle due frizioni 16 viene parzialmente aperta per permettere uno slittamento tra il corrispondente semiasse 10 (ovvero la corrispondente ruota 3 motrice posteriore) e l’albero 12 secondario del cambio 9. In altre parole, almeno una frizione 16 viene posta in una posizione intermedia (o di apertura parziale) tra la completa chiusura (in cui l’albero 12 secondario del cambio 9 à ̈ rigidamente collegato al corrispondente semiasse 10 senza alcun possibilità di slittamento reciproco) e la completa apertura (in cui l’albero 12 secondario del cambio 9 à ̈ completamente separato dal corrispondente semiasse 10); in questa posizione intermedia (o di apertura parziale), la frizione 16 continua a trasmette coppia tra l’albero 12 secondario del cambio 9 ed il corrispondente semiasse 10 ma permette anche uno slittamento ovvero uno scorrimento angolare tra l’albero 12 secondario del cambio 9 ed il corrispondente semiasse 10.

In particolare, durante la percorrenza di una curva à ̈ possibile aprire parzialmente solo la frizione 16 della ruota 3 motrice posteriore interna alla curva per permette alla ruota 3 motrice posteriore interna alla curva di ruotare più lentamente rispetto all’albero 12 secondario del cambio 9, à ̈ possibile aprire solo la frizione 16 della ruota 3 motrice posteriore esterna alla curva per permette alla ruota 3 motrice posteriore esterna alla curva di ruotare più velocemente rispetto all’albero 12 secondario del cambio 9, oppure à ̈ possibile aprire entrambe le frizioni 16 per permette nello stesso tempo alla ruota 3 motrice posteriore interna alla curva di ruotare più lentamente rispetto all’albero 12 secondario del cambio 9 ed alla ruota 3 motrice posteriore esterna alla curva di ruotare più velocemente rispetto all’albero 12 secondario del cambio 9.

Inoltre, in condizioni particolare à ̈ possibile pilotare in modo differenziato le due frizioni 16 per differenziare la coppia motrice applicata alle due ruote 3 motrici posteriori, cioà ̈ à ̈ possibile realizzare un controllo “torque vectoring†che prevede di applicare una coppia motrice non simmetrica per aumentare la trazione e la stabilità della vettura 1 stradale. A titolo di esempio, durante la percorrenza di un curva la ruota 3 motrice posteriore interna à ̈ più caricata della ruota 2 motrice posteriore esterna e quindi à ̈ in grado di scaricare al suolo una coppia motrice superiore rispetto alla ruota 2 motrice posteriore esterna.

Il sistema 4 di motopropulsione sopra descritto presenta numerosi vantaggi, in quanto permette un accorpamento di funzioni con conseguenti riduzione del numero di elementi, riduzione del peso complessivo, ed aumento del rendimento di trasmissione.

In particolare, come illustrato nella figura 4, il sistema 4 di motopropulsione sopra descritto consente di realizzare anche un cambio 9 con assi trasversali all’albero 6 motore con due soli ingranamenti tra il motore 5 a combustione interna e le ruote 3 motrice.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema (4) di motopropulsione con motore (5) a combustione interna per una vettura (1); il sistema (4) di motopropulsione comprende: un motore (5) a combustione interna provvista di un albero (6) motore; un cambio (9) provvisto di almeno un albero (11) primario e di almeno un albero (12) secondario tra loro paralleli; e di una coppia di semiassi (10), ciascuno dei quali à ̈ angolarmente solidale ad una corrispondente ruota (3) motrice; il sistema (4) di motopropulsione à ̈ caratterizzato dal fatto che: l’albero (11) primario del cambio (9) à ̈ permanentemente collegato all’albero (6) motore in modo non separabile; e sono previste una coppia di frizioni (16), ciascuna delle quali à ̈ disposta tra l’albero (12) secondario del cambio (9) ed un corrispondente semiasse (10).
2. 2) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna frizione (16) à ̈ di tipo multidisco e comprende: una campana (17) angolarmente solidale all’albero (12) secondario del cambio (9); una pluralità di dischi (18) conduttori alloggiati all’interno della campana (17) ed angolarmente solidali alla campana (17); ed una pluralità di dischi (19) condotti alloggiati all’interno della campana (17), intercalati ai dischi (18) conduttori, ed angolarmente solidali al corrispondente semiasse (10).
3. 3) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui: i semiassi (10) sono disposti perpendicolarmente agli alberi (11, 12) del cambio (9); ed à ̈ previsto un rinvio (20) conico che collega l’albero (12) secondario del cambio (9) alle due frizioni (16).
4. 4) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 3, in cui ciascuna frizione (16) à ̈ di tipo multidisco e comprende: una campana (17) angolarmente solidale all’albero (12) secondario del cambio (9); una pluralità di dischi (18) conduttori alloggiati all’interno della campana (17) ed angolarmente solidali alla campana (17); ed una pluralità di dischi (19) condotti alloggiati all’interno della campana (17), intercalati ai dischi (18) conduttori, ed angolarmente solidali al corrispondente semiasse (10).
5. 5) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 4, in cui à ̈ prevista un'unica campana (17) che à ̈ comune ad entrambe le frizioni (16), à ̈ disposta tra i due semiassi (10), ed à ̈ direttamente collegata al rinvio (20) conico.
6. 6) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i semiassi (10) sono disposti parallelamente agli alberi (11, 12) del cambio (9).
7. 7) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 6, in cui: l’albero (6) motore à ̈ disposto perpendicolarmente agli alberi (11, 12) del cambio (9); ed à ̈ previsto un rinvio (20) conico che collega l’albero (6) motore con l’albero (11) primario del cambio (9).
8. 8) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 7, in cui il rinvio (20) conico à ̈ disposto in una posizione intermedia dell’albero (11) primario del cambio (9) e divide gli ingranaggi (13, 14) del cambio (9) in due metà tra loro separate dal rinvio (20) conico stesso.
9. 9) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 6, 7 o 8, in cui ciascuna frizione (16) à ̈ di tipo multidisco e comprende: una campana (17) angolarmente solidale all’albero (12) secondario del cambio (9); una pluralità di dischi (18) conduttori alloggiati all’interno della campana (17) ed angolarmente solidali alla campana (17); ed una pluralità di dischi (19) condotti alloggiati all’interno della campana (17), intercalati ai dischi (18) conduttori, ed angolarmente solidali al corrispondente semiasse (10).
10. 10) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 9, in cui ciascuna frizione (16) comprende una propria campana (17), e le campane (17) delle due frizioni (16) sono collegate ad estremità opposte dell’albero (12) secondario del cambio (9).
11. 11) Sistema (4) di motopropulsione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui il motore (5) a combustione interna à ̈ disposto in prossimità del cambio (9), e l’albero (11) primario del cambio (9) à ̈ direttamente collegato all’albero (6) motore del motore (5) a combustione interna.
12. 12) Sistema (4) di motopropulsione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui il motore (5) a combustione interna à ̈ disposto ad una certa distanza dal cambio (9) e l’albero (11) primario del cambio (9) à ̈ meccanicamente collegato all’albero (6) motore del motore (5) a combustione interna mediante l’interposizione di un albero (8) di trasmissione.
13. 13) Sistema (4) di motopropulsione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12 e comprendente una unità (21) di controllo che durante la percorrenza di una curva apre parzialmente almeno una delle due frizioni (16) per permettere uno slittamento tra il corrispondente semiasse (10), ovvero la corrispondente ruota (3) motrice, e l’albero (12) secondario del cambio (9).
14. 14) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 13, in cui l’unità (21) di controllo apre parzialmente solo una delle due frizioni (16) durante la percorrenza di una curva.
15. 15) Sistema (4) di motopropulsione secondo la rivendicazione 13, in cui l’unità (21) di controllo apre parzialmente entrambe le due frizioni (16) durante la percorrenza di una curva.