ITMI20001223A1 - Albero motore a momento d'inerzia variabile, particolarmente per motore endotermico alternativo di autoveicoli. - Google Patents

Description

STATO DELLA TECNICA

Il "volano" è quell'organo del motore solidale al suo albero che, grazie al suo notevole momento d'inerzia, riduce 1' "irregolarità" di rotazione del motore stesso. Durante il funzionamento al "minimo", l'irregolarità potrebbe fermare il motore ovvero fargli trasmettere all'abitacolo noiose vibrazioni. Ma, non appena la velocità di rotazione cresce, l'irregolarità si riduce a valori insignificanti, specialmente se il veicolo è in marcia, perché il veicolo stesso funge da regolarizzatore.

Per questo motivo sono stati inventati e sviluppati dei "volani disinnestabili" dall'albero del motore non appena la velocità aumenti oltre un certo valore. In tal modo si realizzano vantaggi sia prestazionali (aumento dell'accelerazione) sia energetici (riduzione del consumo di carburante), sia ambientali (riduzione dell'inquinamento dei gas di scarico).

Inoltre, se il collegamento del volano disinnestabile all'albero motore è realizzato ad attrito, tale collegamento rende solidale il volano all'albero finché la coppia di attrito non venga superata. Allorché ciò avviene, il volano slitta agendo da "smorzatore" delle oscillazioni dell'albero condotto della "frizione".

La "frizione" è quell'organo della trasmissione del moto dal motore alle ruote degli autoveicoli dotati di "cambio" manuale che opera il disinnesto della trasmissione stessa, sostanzialmente in due circostanze:

- all'avviamento (e all'arresto) del veicolo

- durante il cambiamento di marcia.

Poiché la frizione e il volano sono gli elementi di interfaccia della trasmissione e del motore, essi sono riuniti in un sol gruppo, e in parte si integrano fra loro. Il volano. che assume la forma di un anello toroidale in asse con l'albero motore, reca sulla faccia posteriore una superficie piana normale all'asse stesso, a forma di corona circolare, sulla quale appoggia il disco della frizione. costituendone quindi una parte del cosiddetto meccanismo.

La frizione è d'uso suddividerla in tre parti distinte. Con rif. alla Fig. 1 esse sono:

1) - il meccanismo. ME, costituito dallo "spingidisco" (S) avente forma toroidale con superficie anteriore normale all'asse identica a quella del volano (V). Una molla opportuna (M) provvede a serrare il "disco", DI, fra le predette superiici anulari con una forza sufficiente a trasmettere per attrito la coppia del motore alla trasmissione del moto alle ruote.

2) - il "disco" DI, già citato in 1), rotante con l'albero conduttore del cambio CO.

3) - il "reggispinta", RE, del comando di innesto/disinnesto, che provvede a liberare il "disco" dalla pressione con cui viene serrato fra volano (V) e spingidisco (S).

Tale manovra viene effettuata dal guidatore tramite un leveraggio che fa' capo al pedale PE della frizione.

Si noti che la parte 1) gira sempre alla stessa velocità del motore. Pertanto, con la sua massa contribuisce alla funzione del volano. Di conseguenza, la sua costruzione non è necessario che sia leggera.

Al contrario, il disco è invece realizzato in modo estremamente leggero per ridurre il lavoro richiesto ai sincronizzatori del cambio.

L'invenzione si riferisce ad una soluzione di volano disinnestabile dall'albero motore nella quale si cerca di ridurre-al massimo il momento d'inerzia delle masse che rimangono sempre rotanti con l'albero motore.

Lo scopo principale è dunque quello di ridurre al massimo il momento d'inerzia delle masse rotanti con l'albero motore a volano disinnestato.

A tal fine si adottano tutta una serie di soluzioni particolari finalizzate, oltre che ad ottenere al meglio lo scopo principale, anche ad ottenere altri vantaggi di vario ordine. Ulteriori vantaggi sono l'effetto smorzante delle oscillazioni dell'albero motore ai bassi regimi di rotazione, la bassa resistenza aerodinamica e il basso costo.

Ci riferiamo alla Fig. 2 in cui a) è una sezione per l'asse e b) una vista parziale normale all'asse del gruppo frizione/volano disinnestabile .

L'albero motore (AM) reca vincolato mediante bulloni 1 un disco a coppa (DP) dotato di faccia anulare piana 2 coniugata con la guarnizione anteriore 3 del disco della frizione, (F). Per motivi di leggerezza (ovvero piccolo momento d'inerzia polare) il disco DP, conformato a coppa 4, è preferibilmente realizzato in lega leggera (d'alluminio). Alla sua estremità periferica è calettata con forzamento la corona dentata d'avviamento (CA), costruita in materiale adatto alla resistenza della dentatura..

In alternativa, il supporto della corona dentata di avviamento può essere realizzato, come nel particolare in Fig. 3, con un anello 4', preferibilmente in lamiera, al quale si accoppiano sia la corona dentata sia il disco. In tal caso, il disco (DP) assume una forma piatta. meno costosa di quella a coppa.

All'interno della coppa 4 è alloggiato il volano disinnestabile (V), in modo da ridurre al massimo il suo ingombro assiale. Detto volano (V) è realizzato come un disco in lamiera stampata recante alla periferia un vano 5 per l'alloggiamento di un anello 6 in materiale pesante (ad es. piombo).

Dove il volano (V) si affaccia al disco (DP) tramite una guarnizione di attrito (G), premuta fra i due da una molla (m), tale molla, preferibilmente del tipo a "tazza" o a "diaframma", esercita una forza tale da assicurare la trasmissione di una coppia di attrito di valore almeno pari alla media della coppia che il motore gli trasmette in un ciclo, ma inferiore alle "punte" di coppia del ciclo stesso. Così risulta che, durante tali "punte" di coppia, il volano striscia sulla guarnizione (incollata al disco DP) realizzando una dissipazione di energia, e quindi uno smorzamento. Pertanto, si consegue un effetto regolarizzatore del moto dell'albero condotto (CO) della "frizione" a beneficio della regolarità e silenziosità della trasmissione (effetto capace di eliminare il fastidioso sbattimento dei "sincronizzatori" del "cambio", il cosiddetto "wrestling") .

Il mozzo 7 del volano reca un cuscinetto a sfere 8 su gole leggermente oblique 9 e 10. La gola esterna 9 è saldata al disco in lamiera mentre la gola 10 è parte integrale del cannotto (C), già rivendicato nel brevetto di cui alla domanda TO 98 A 000971 depositata in data 19.11.1999 .

I bilancieri (BI), preferibilmente in numero di quattro disposti a 90 gradi, possono oscillare attorno a perni 11 dotati di flange 12 forate per il loro vincolo al disco piatto mediante bulloncini 13. Un dito 14 di ogni bilanciere si impegna nel cannotto C scorrevole assialmente sulla superficie cilindrica del mozzo 15 del disco a coppa DP. La massa centrifuga dei bilancieri è costituita da un profilato a "L" ricurvo 16 ed estendentesi per ± 45° rispetto al corpo centrale 17 dei bilancieri (BI). Tali profilati quando il volano V è disinnestato formano un anello circolare interrotto soltanto da piccole fessure 18 necessarie solo per lasciare un gioco fra un bilanciere e i suoi due contigui. In tal modo, il contributo_ alla_ resistenza_ aerodinamica del complesso "piatto a coppa"/bilancieri si riduce a valori minimi. Tale accorgimento è importante in quanto il complesso gira sempre alla velocità del motore, e quindi anche molto velocemente assorbendo una potenza proporzionale al cubo della velocità angolare.

D'altra parte, l'insieme dei quattro elementi 16 dei bilancieri può essere ricavato da una coppa toroidale con sezione ad "L" stampata in lamiera e tagliata in quattro settori uguali, e quindi poco costosi.

Il corpo 17 di infulcramento dei bilancieri recante i diti 14 è vincolato alle masse centrifughe predette mediante un incastro costituito dal "dente" 19 e dalla feritoia 20 praticata sul profilato ad "L". Tale incastro sopporta la spìnta centrifuga trasmessa dalla massa 16 al corpo 17 con il contributo del bulloncino 21 che assicura la solidarietà delle parti. Tale solidarietà può naturalmente essere ottenuta anche in altri modi come la saldatura a pressione a caldo o con elettrodi.

Al fine di realizzare una buona tenuta del grasso di lubrificazione del cuscinetto, un labbro di tenuta 22 è inserito all'interno del cannotto fra i due anelli 9 e 10.

Ad evitare che la porzione disinnestabile (V) del complesso possa raggiungere, una volta disinnestata, una velocità di rotazione elevata per trascinamento delle parti rotanti con il motore, oltre alle soluzioni previste a tal fine nel brevetto già citato TO 98 A 000971, può essere adottato una sorta di fine corsa elastico (FC) della corsa di disinnesto del volano V, costituita da alcuni tasselli (T) (v. fig. 3, particolare II) rivestiti di materiale di frizione·23 scorrevoli in cilindretti 24 con ritegno a molla 25, preferibilmente del tipo a rigidezza variabile (ad es. a spirale); tali tasselli T entrano in contatto con la superficie coniugata (SC) del volano V subito dopo l'inizio del disinnesto e vengono premuti contro SC con spinta tanto maggiore quanto più elevata la velocità di rotazione del motore. In tal modo arrestano il volano il quale, al successivo reinnesto provocherà un'azione di frenatura del motore riportandolo rapidamente dalla sua velocità di reinnesto (poniamo 1400 giri/min.) alla velocità di "minimo" (poniamo 650 giri/min.). I tasselli di fine corsa possono utilmente essere alloggiati nel corpo dell'elemento di tenuta (TE) del supporto di banco dell'albero motore AM, e montati prima del serraggio del corpo stesso al basamento (BS) del motore. Il piccolo spallamento 26 del pistoncino 27 di supporto del tassello ne assicura la posizione distaccata dal volano V quando innestato.

Un ulteriore contributo alla riduzione del momento d'inerzia delle masse rotanti con il motore riguarda la costruzione del precitato meccanismo della frizione.

A tale fine sono previsti i seguenti accorgimenti .

- In modo simile al disco a coppa (DP), anche lo "spingidisco" (S) viene realizzato con lega leggera avente opportune qualità termiche e tribologiche nell'accoppiamento con le guarnizioni di frizione del disco. Frizioni con spingidisco in lega leggera sono peraltro già note, ma utilizzate per motivi diversi da quelli di cui agli scopi del presente trovato.

- La "campana" (CP), che in Fig. 2 è del tipo con comando tramite "reggispinta", è conformabile, in alternativa, con fulcro FU esterno della molla a diaframma - cioè con comando cosiddetto "a tiro", come indicato in Fig. 4. In questa versione, la "campana" viene realizzata con due lamiere sottili 28 e 29 accoppiate, stampate e assemblate (ad es. con punti di saldatura, indicati con trattini trasversali come 30 in Fig. 4) in modo da realizzare un elemento "scatolato", quindi rigido, e di piccolo momento d'inerzia rispetto all'asse. Tale soluzione è, naturalmente adottabile anche nella versione a "reggispinta".

Un altro modo di realizzare la "campana", CP, è illustrato in Fig. 5, in cui si è mantenuto il classico comando a "reggispinta". Qui si è curata particolarmente la forma aerodinamica conformando CP in forma il più possibile toroidale e racchiudendo al suo interno per la maggior parte anche le tre classiche "biellette" (BL) di vincolo dello spingidisco alla campana. Tali biellette fuoriescono dalle feritoie previste per la circolazione dell'aria di raffreddamento del complesso, particolarmente del disco. Inoltre, per ridurre il diametro esterno della campana, ne è stata soppressa la flangia di attacco, come FL in Fig. 2. I bulloni BU di vincolo sono sei equispaziati ma con stelo, 31, lungo (per un miglior serraggio antisvitamento) e testa cilindrica, 32, che si accoppia nella sede apposita realizzata con lavorazione sul fianco, 33, della campana. Ne risulta così un contributo alla rigidezza dell'infulcramento, IN, molla/campana, un fattore questo notoriamente importante ai fini della riduzione dello sforzo del comando di innesto/disinnesto della Frizione. Poiché i punti di infulcramento irrigiditi dai bulloni sono sei, anche le lamelle LA, della molla a tazza, M, sono preferibilmente ridotte a sei con semplificazioni costruttive e di montaggio del meccanismo .

Si noti che al serraggio dei bulloni BU, fa reazione il rigido bordo circolare esterno, 34, della campana che preme sul disco a coppa, DP. Tale bordo risulta alleggerito soltanto dalle tre strette feritoie, FE, già menzionate.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Albero (AM) di motore endotermico alternativo con momento d'inerzia attorno al suo asse di rotazione variabile tramite il disinnesto del volano (V), nel quale gli elementi che sempre ruotano con l'albero sono caratterizzati dal fatto che: a) il disco (DP) costituente una delle due sedi anulari di appoggio del "disco" della "frizione" conformato a flangia sottile e piatta è preferibilmente realizzato in lega leggera; b) tale disco (DP) reca alla estremità la corona dentata di avviamento (CA) calettata su un cilindro cavo (4) ricavato di un sol pezzo dal disco (DP) che assume così una conformazione a coppa all'interno della quale è alloggiato il volano disinnestabile (V).
2. 2. Albero secondo la rivendicazione 1 in cui il disco (DP) reca l'attacco della corona dentata di avviamento (CA) realizzato tramite un anello di lamiera (4).
3. 3. Albero secondo le rivendicazioni 1 e 2 in cui i bilancieri (BI) sono dotati di schermatura aerodinamica (16).
4. 4. Albero secondo le rivendicazioni 1, 2 e 3 in cui i bilancieri (BI) hanno un corpo centrale con perno flangiato (11) fissato al disco (DP) con bulloncini (13).
5. 5. Albero secondo le rivendicazioni 1, 2 e 3 in cui la schermatura dei bilancieri è vincolata al corpo centrale (17) mediante un dente (19) accoppiato ad una fessura (20) e bulloncino di fissaggio (21).
6. 6. Albero secondo la rivendicazione 5 in cui il bulloncino di fissaggio dei bilancieri (21) è sostituito da saldatura.
7. 7. Albero secondo le rivendicazioni da 1 a 6 in cui il cuscinetto a sfere su gole oblique (7) è integrato nel cannotto (C) e dotato di labbro di tenuta del grasso (22).
8. 8. Albero secondo le rivendicazioni 1 e 2 nel quale il volano disinnestabile (V) è costruito in lamiera stampata che realizza le superiici anulari per le guarnizioni di frizione di innesto del volano e le guarnizioni di frenatura del volano disinnestato.
9. 9. Albero secondo le rivendicazioni 1 e 2 in cui la forza con cui la molla (m) preme il volano (V) contro il disco (DP) è commisurata, ai bassi regimi di rotazione che vanno dal "minimo" al regime di disinnesto del volano (cioè quando il volano è innestato), ad un valore superiore al valore medio che il volano richiede per la rotazione ma comunque inferiore al valore delle "punte" di coppia ai regimi predetti.
10. 10. Albero secondo le rivendicazioni 1 e 2 in cui il fine corsa (FC) di frenatura è costituito da tasselli (T) supportati sul basamento motore dal corpo del "paraolio" del cuscinetto di banco posteriore .
11. 11. Volano disinnestabile secondo la rivendicazione 8 in cui il canale esterno (5) racchiude un anello in materiale pesante (ad esempio piombo) (6).
12. 12. Albero secondo le rivendicazioni da 1 a 11 in cui l'anello spingidisco (S) della frizione (F) è realizzato in lega leggera.
13. 13. Albero secondo la rivendicazione 1 in cui la "campana" (CP) della frizione (F) é costruita con lamierini sottili assemblati in modo da formare uno "scatolato".
14. 14. Albero secondo la rivendicazione 1 in cui la "campana" della frizione ha forma toroidale senza flangia esterna di vincolo (FL) ma con anello periferico cilindrico (34) entro il quale è alloggiato il vincolo dello "spingidìsco" alle bielette (BL) le quali ne fuoriescono attraverso le feritoie di ventilazione per vincolarsi alla "campana" (CA).
15. 15. Albero secondo la rivendicazione 14 in cui la "campana" è fissata al disco (DP) mediante bulloni lunghi (BU) a testa cilindrica (32) il cui alloggiamento è realizzato con preciso combaciamento alla "campana" (CA) al fine di irrigidire maggiormente 1'infulcramento della "molla a tazza" (M) a detta "campana".
16. 16. Albero secondo la rivendicazione 14 in cui le lamelle (LA) della molla a tazza (M) sono in numero ridotto (preferibilmente 6) e disposte a cavallo della zona della "campana" irrobustita dai bulloni (BU).
17. 17. Albero secondo la rivendicazione 14 in cui le feritoie di ventilazione della "campana" (CA) non interrompono il bordo, di appoggio e reazione al serraggio dei bulloni (BU), dell'anello periferico cilindrico (34) al disco flangiato (DP) sull'alber