ITMI20110555A1 - Veicolo ibrido multimodale e dispositivo di collegamento in un sistema di trazione ibrida - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo:

"Veicolo ibrido multimodale e dispositivo di collegamento in un sistema di trazione ibrida"

DESCRIZIONE

[CAMPO DELL'INVENZIONE]

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di collegamento in un sistema di trazione ibrida, ad un sistema di trazione e ad un relativo veicolo ibrido. La presente invenzione trova applicazione nell'ambito dei veicoli a trazione ibrida, comprendenti un motore termico ed un motore elettrico, entrambi utilizzabili per la propulsione del veicolo stesso. In particolare, la presente invenzione riguarda un dispositivo di collegamento per la trasformazione di un veicolo tradizionale con motore termico, in veicolo elettrico ibrido multimodale.

[ARTE NOTA]

L'uso di veicoli comprendenti un motore termico, alimentati con carburanti quali per esempio benzina o gasolio, comporta l'emissione di gas nocivi nell'atmosfera. Inoltre, tali veicoli consumano un'elevata quantità di carburante durante l'utilizzo, comportando alti costi per l'utente.

Pertanto, nel tentativo di migliorare le performance di questi veicoli riducendo emissioni nocive e consumi, sono stati sviluppati veicoli ibridi elettrici, che comprendono ulteriormente un motore elettrico, il quale è associato al motore termico per la trazione del veicolo, consentendone un utilizzo più efficiente.

Suddetti veicoli ibridi elettrici, o semplicemente "ibridi", possono essere concepiti come tali sin dalle prime fasi di progetto, e prodotti di conseguenza. Tuttavia, al giorno d'oggi, la stragrande maggioranza dei veicoli è di tipo tradizionale, ossia comprende esclusivamente un motore termico. Per migliorare le performance anche di questi veicoli tradizionali, è noto utilizzare dei sistemi di trasformazione, per renderli ibridi. Questa trasformazione del veicolo tradizionale in veicolo ibrido è comunemente anche chiamata "conversione ibrida" o "ibridizzazione".

Per esempio, il brevetto US2009/0223725A1 descrive un kit di conversione ibrida per un veicolo. Il kit di conversione comprende un motore elettrico, una batteria e relativi controlli elettrici ed elettronici, ed un accoppiatore. L'accoppiatore è utilizzato per modificare il veicolo a valle della trasmissione. L'accoppiatore può essere una scatola ingranaggi che accoppia il motore elettrico all'albero di trasmissione; in alternativa l'accoppiatore può accoppiare il motore elettrico direttamente al differenziale delle ruote motrici. Tra il motore elettrico e l'accoppiatore, può essere presente una frizione. La soluzione nota da US2009/0223725A1 consente la conversione ibrida di un veicolo tradizionale, per consentirne l'operazione in svariate modalità (per esempio: ibrida, generatore, motrice, in frenatura, puramente elettrica) .

Tuttavia la soluzione nota da US2009/0223725A1 presenta lo svantaggio di richiedere un ampio spazio per l'alloggiamento dei componenti del kit di conversione. Infatti questa soluzione è prevalentemente indirizzata a veicoli a trazione posteriore o integrale, quali camion o fuoristrada,aventi configurazioni sufficientemente spaziose per alloggiare 1'accoppiatore .

Un'altra soluzione di trasformazione ibrida è nota dall'articolo scientifico di Gilberto Osorio Gòmez e Roberto Viganò, "Proposai of bimodal solution for urban vehicular contamination probiem" , Revista de Ingenierìa e Investigaciòn, Voi. 27, No. 3, Dee. 2007 (143-148) . Questa soluzione è applicabile per la trasformazione di una "city car" a trazione anteriore, mediante un kit elettromeccanico. Essa prevede di affiancare al motore termico un motore elettrico, opportunamente controllato. Il motore elettrico è connesso alla trasmissione meccanica che trasmette il movimento dal motore alle ruote anteriori, connettendosi all'albero secondario del cambio di velocità mediante una trasmissione a cinghia. Il metodo di trasformazione di Gòmez e Viganò prevede la sostituzione degli ingranaggi della quinta marcia, e consente di realizzare la trasformazione ibrida anche negli spazi ridotti disponibili in una "city car" a trazione anteriore .

Tuttavia anche la soluzione nota da Gòmez e Viganò presenta alcuni svantaggi. Per esempio, il veicolo viene privato della quinta marcia. Inoltre, l'utilizzo del veicolo così trasformato non risulta pienamente flessibile, poiché i vincoli cinematici e meccanici imposti alla trasmissione motrice limitano le modalità di operazione realizzabili da un veicolo così trasformato. Per esempio il cambio di velocità non è utilizzabile in una modalità di funzionamento puramente elettrica, ed in generale il regime di rotazione del motore elettrico è imposto dalla velocità di rotazione delle ruote motrici, senza possibilità di controllo o disaccoppiamento.

[OBIETTIVI E SINTESI DELLA INVENZIONE]

Scopo della presente invenzione è quello di presentare un dispositivo di collegamento per un sistema di trazione ibrida che risolva alcuni problemi dell'arte nota.

In particolare, è scopo della presente invenzione quello di presentare un dispositivo di collegamento per un sistema di trazione ibrida che consenta la trasformazione in veicolo ibrido, che sia di semplice implementazione ed applicabile ai veicoli tradizionali più diffusi.

È inoltre scopo della presente invenzione presentare un dispositivo di collegamento per un sistema di trazione ibrida che consenta un utilizzo flessibile e sfrutti efficacemente la sinergia fra il motore elettrico ed il motore termico, in tutte le condizioni di utilizzo del veicolo ibrido.

È inoltre scopo della presente invenzione presentare un dispositivo di collegamento per un sistema di trazione ibrida che non infici le prestazioni del veicolo.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di presentare un dispositivo di collegamento per un sistema di trazione ibrida, che permetta la conversione ibrida di un veicolo con limitati interventi, e che sia facilmente reversibile e consenta di ripristinare le condizioni originali del veicolo tradizionale.

Questi ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un dispositivo di collegamento per un sistema di trazione ibrida, un sistema di trazione ibrida ed un veicolo ibrido incorporanti le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione .

1/ idea generale alla base della presente invenzione è di prevedere un dispositivo di collegamento in un sistema di trazione ibrida. Il sistema di trazione ibrida comprende un motore termico e una trasmissione motrice atta a trasferire potenza meccanica dal motore termico ad un'utenza motrice attraverso un cambio di velocità. Il sistema di trazione ibrida comprende ulteriormente un motore elettrico, ed il dispositivo di collegamento è atto a trasferire potenza motrice dal motore elettrico alla trasmissione motrice. Il cambio di velocità comprende un albero primario collegato ad una prima estremità al motore termico, ed un albero secondario collegato all'utenza meccanica; il cambio di velocità è atto a variare il rapporto di trasmissione tra i due suddetti alberi. Il dispositivo di collegamento collega il motore elettrico ad una seconda estremità dell'albero primario del cambio, opposta alla prima estremità dell'albero primario a cui è collegato il motore termico.

Grazie al dispositivo di collegamento è possibile realizzare un sistema di trazione ibrida, anche trasformando un veicolo tradizionale, in cui il motore elettrico contribuisce alla propulsione del veicolo. Vantaggiosamente, il dispositivo di collegamento così realizzato consente una migliore flessibilità di utilizzo del sistema di trazione ibrida, perché il cambio di velocità può essere attivamente e pienamente utilizzato durante la marcia del veicolo, anche in combinazione con il motore elettrico, senza quindi penalizzare le prestazioni del veicolo stesso.

Il dispositivo di collegamento, vantaggiosamente, semplifica la trasformazione del veicolo tradizionale in un veicolo ibrido, semplicemente grazie ad un motore elettrico addizionale che viene collegato senza richiedere complesse lavorazioni o modifiche al sistema di trazione.

Preferibilmente, il cambio di velocità del sistema di trasmissione è di tipo a ingranaggi, e comprende una scatola del cambio che alloggia una pluralità di coppie di ingranaggi, dove almeno una coppia di ingranaggi è posizionata a sbalzo rispetto alla scatola del cambio. Il dispositivo di collegamento comprende una ruota meccanicamente collegata con l'ingranaggio sull'albero primario della coppia di ingranaggi a sbalzo. In questo modo, vantaggiosamente, si sfruttano efficacemente gli elementi preesistenti del cambio di velocità, limitando gli interventi invasivi sulla trasmissione e consentendo la semplice reversibilità della trasformazione del sistema di trazione ibrida. Inoltre, gli ingombri del dispositivo di collegamento risultano particolarmente ridotti, e quest'ultimo è facilmente accessibile, semplificando la trasformazione anche di veicoli con ridotti spazi per alloggiare componenti aggiuntivi.

In una forma di realizzazione preferita, il dispositivo di collegamento comprende una trasmissione meccanica con rapporto di trasmissione unitario, così che il motore elettrico è attivato vantaggiosamente al medesimo regime di rotazione del motore termico. In questo modo, è possibile migliorare le caratteristiche di coppia e potenza trasmesse dal cambio di velocità sino all'utenza meccanica, per esempio le ruote motrici di un veicolo.

Preferibilmente, il dispositivo di collegamento comprende una coppia di pignoni ed una catena di trasmissione.

Secondo un ulteriore aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un sistema di trazione ibrida comprendente un dispositivo di collegamento secondo la presente invenzione. Preferibilmente, il sistema di trazione ibrida comprende una frizione atta a disaccoppiare meccanicamente il motore termico e la prima estremità dell'albero primario del cambio di velocità. In questo modo, la configurazione del dispositivo di collegamento è tale per cui il motore elettrico è atto a fornire potenza motrice anche quando il motore termico è disaccoppiato mediante l'apertura della frizione. Vantaggiosamente, in questo modo si migliora la flessibilità di utilizzo del veicolo ibrido.

Secondo un ulteriore aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un veicolo ibrido, il cui sistema di trazione può comprendere in origine, o essere trasformato in un secondo momento da, un dispositivo di collegamento secondo la presente invenzione .

Altri scopi e vantaggi della presente invenzione saranno più evidenti dalla descrizione dettagliata contenuta nel seguito.

[BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI]

Alcuni esempi di realizzazione preferiti e vantaggiosi della presente invenzione vengono descritti a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle figure allegate, in cui i medesimi numeri di riferimento sono utilizzati in figure diverse per indicare componenti, materiali o funzioni simili, dove :

- La Figura 1 illustra schematicamente un sistema di trazione ibrida secondo la presente invenzione;

- La Figura 2 illustra schematicamente una trasmissione motrice di un veicolo tradizionale secondo l'arte nota;

- La Figura 3 illustra schematicamente la trasmissione motrice di Figura 2, comprendente una forma di realizzazione di un dispositivo di collegamento secondo la presente invenzione ;

- La Figura 4 illustra un diagramma di flusso della trasformazione ibrida di un veicolo con un dispositivo di collegamento secondo la presente invenzione;

La Figura 5 illustra una forma di realizzazione di una parte di un sistema di trazione ibrida secondo la presente invenzione;

- La Figura 6 illustra un'ulteriore vista della forma di realizzazione di una parte di trazione ibrida di Figura 5;

- La Figura 7 illustre una vista in sezione di una estremità dell'albero primario del cambio della forma di realizzazione di Figura 6;

- La Figura 8 illustra un esempio di modalità di funzionamento di un sistema di trazione ibrida secondo la presente invenzione;

- La Figura 9 illustra un esempio di modalità di funzionamento di un sistema di trazione ibrida secondo la presente invenzione;

- La Figura 10 illustra un esempio di modalità di funzionamento di un sistema di trazione ibrida secondo la presente invenzione;

- La Figura 11 illustra un esempio di modalità di funzionamento di un sistema di trazione ibrida secondo la presente invenzione;

- La Figura 12 illustra un esempio di modalità di funzionamento di un sistema di trazione ibrida secondo la presente invenzione;

- La Figura 13 illustra un esempio di modalità di funzionamento di un sistema di trazione ibrida secondo la presente invenzione.

[DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE]

La Figura 1 esemplifica schematicamente una forma di realizzazione di un sistema di trazione ibrida 1 secondo la presente invenzione. Il sistema di trazione ibrida 1 comprende un motore termico 2 di tipo noto, per esempio un motore alternativo endotermico, alimentato dal serbatoio 3 contenente carburante quale per esempio benzina o gasolio o bioetanolo. Il sistema di trazione ibrida 1 comprende ulteriormente una trasmissione motrice 4 che trasferisce la potenza meccanica all'utenza motrice del veicolo, per esempio alle ruote motrici 5a e 5b mediante il differenziale 6. In questo modo, il sistema di trazione ibrida 1 consente la propulsione del veicolo a cui essa è associata, in una modalità di funzionamento "termica", ossia in cui il solo motore termico 2 fornisce spinta propulsiva.

La trasmissione motrice 4, inoltre, comprende un cambio di velocità 7, di tipo noto, atto a variare il rapporto di trasmissione tra un albero primario 8a ed un albero secondario 8b. La trasmissione motrice 4 comprende ulteriormente una frizione 9 di tipo noto, atta a disaccoppiare l'albero motore del motore termico 2 dai restanti elementi della trasmissione motrice 4. In questo modo, quando la frizione 9 è chiusa si permette la trasmissione di potenza motrice dal motore termico 2 sino alle ruote motrici 5a e 5b; d'altra parte quando la frizione 9 è aperta si disaccoppia il motore termico dalla trasmissione motrice 4, lasciando quest'ultima libera.

Il sistema di trazione ibrida 1 comprende ulteriormente un motore elettrico 10, connesso ad una pluralità di accumulatori elettrici, per esempio un pacco di batterie al litio Ila e llb; il flusso di potenza tra le batterie Ila e llb ed il motore elettrico 10 è regolato da una centralina di controllo 12. La centralina di controllo 12 è preferibilmente associata ad un inverter (non rappresentato) che consente la modulazione dell'energia elettrica fornita dalle batterie per il funzionamento del motore elettrico a diversi regimi di rotazione.

Il sistema di trazione ibrida 1 comprende poi un dispositivo di collegamento 13, atto ad accoppiare il motore elettrico 10 alla trasmissione motrice 4. In questo modo, il sistema di trazione ibrida 1 consente ulteriormente la propulsione del veicolo a cui essa è associata in una modalità di funzionamento "elettrica", ossia in cui il solo motore elettrico 10 fornisce spinta propulsiva alle ruote motrici 5a e 5b.

In particolare, il dispositivo di collegamento 13 è una trasmissione meccanica che collega l'albero motore del motore elettrico 10 all'albero primario 8a del cambio di velocità 7. Il sistema di trazione ibrida 1 sopra descritto comprende ulteriormente una pluralità di componenti accessori, atti a garantire il buon funzionamento del sistema secondo la buona pratica e le soluzioni individuabili dall'esperto del settore. Per esempio, il sistema di trazione ibrida 1 può comprendere ulteriori componenti non rappresentati in figura, esempio tra cui si possono non limitatamente annoverare: collegamenti di tipo "segnale" dal pedale dell'acceleratore e dal blocchetto di accensione, connessioni elettriche diagnostiche, una pompa ausiliaria per il circuito in depressione di un servofreno, un inverter per l'alimentazione del motore elettrico, un convertitore DC/DC per mantenere la carica della batteria del veicolo e alimentare servizi ausiliari, un sistema di raffreddamento aggiuntivo per inverter e motore elettrico preferibilmente comprendente almeno un radiatore, tubazioni di connessione, pompe di circolazione e ventole di raffreddamento, una pluralità di fusibili ed un teleruttore di emergenza, un carica batteria per la ricarica degli accumulatori di trazione dalla rete elettrica quando il veicolo è in rimessaggio.

Mediante il sistema di trazione ibrida 1 descritto, la potenza motrice fornita dal motore elettrico 10 può essere efficacemente e flessibilmente impiegata per la propulsione di un veicolo; per esempio è possibile variare il rapporto di trasmissione del cambio di velocità 7 per adattarlo al funzionamento del veicolo, di volta in volta, anche nella modalità di propulsione mediante il solo motore elettrico 10.

La Figura 2 rappresenta schematicamente una trasmissione motrice 20 di tipo tradizionale, di tipo noto. La trasmissione motrice 20 è in particolare atta ad essere associata ad un sistema di trazione di tipo tradizionale, ossia comprendente esclusivamente un solo motore per esempio di tipo termico. La trasmissione motrice 20 comprende un cambio di velocità 21, a sua volta comprendente un albero primario 22 ed un albero secondario 23. Sull'albero primario 22 e secondario 23 sono montati una pluralità di coppie di ingranaggi 24, che realizzano rapporti di trasmissione diversi, selezionabili a seconda delle condizioni di funzionamento del sistema di trazione a cui la trasmissione motrice 20 è associata. In particolare, il cambio di velocità 21 comprende una scatola del cambio 25, che fornisce supporto agli alberi primario 22 e secondario 23 mediante opportuni appoggi e vincoli, schematizzati in Figura 2 come piccoli triangoli. Questi vincoli individuano due estremità di ciascun albero 22 e 23 del cambio; in particolare, i vincoli sulla scatola del cambio 25 individuano una prima estremità 26 dell'albero primario 22. La prima estremità 26 è rivolta verso un motore, per esempio termico, che fornisce potenza meccanica e che è schematizzato dalla coppia 27 agente sull'estremità 26. Preferibilmente, l'estremità 26 comprende un cuscinetto reggispinta 28, atto ad essere accoppiato ad una frizione meccanica, descritta in precedenza con riferimento alla Figura 1.

Inoltre, vi è una seconda estremità 29 dell'albero primario 22, individuata dai supporti dell'albero primario 22 ricavati nella scatola del cambio 25; la seconda estremità 29 è opposta all'estremità 27 rivolta verso il motore termico.

La seconda estremità 29 dell'albero primario, in questo esempio di realizzazione, alloggia il primo ingranaggio 30 di una coppia di ingranaggi 30a e 30b montati "a sbalzo" rispetto alla scatola del cambio 25, ossia esterni rispetto ai supporti dell'albero, primario o secondario, rispetto ad un punto interno dell'albero compreso tra i supporti. Gli ingranaggi 30a e 30b sono protetti da un coperchio 31, che si innesta sulla scatola del cambio 25, preferibilmente realizzando una camera chiusa al cui interno circola olio lubrificante.

La coppia di ingranaggi 30a e 30b in corrispondenza dell'estremità 29 sono in questo esempio gli ingranaggi che realizzano il rapporto di trasmissione più lungo, relativo alla quinta marcia.

Il cambio di velocità 21 consente di variare il rapporto di trasmissione tra l'albero primario 22 e l'albero secondario 23. Ad un'estremità dell'albero secondario 23 è collegata una trasmissione meccanica finale 32, che trasferisce il moto e la potenza propulsiva, secondo i regimi di rotazione imposti dal cambio di velocità 21 e dal motore 27, all'utenza motrice.

In questo esempio di realizzazione, l'utenza motrice comprende un differenziale 33 atto a distribuire la potenza motrice ad una coppia di assi 34a e 34b. Per esempio, una coniiqurazione di questo tipo è quella descritta con riferimento al differenziale 6 e alle ruote motrici 5a e 5b di Fiqura 1.

Il cambio 21 comprende ulteriormente una pluralità di componenti noti, quali selettori, sincronizzatori, inqranaqqio della retromarcia ed altri, che non sono rappresentanti in Fiqura 2 e non venqono qui descritti per brevità di esposizione, ma che sono da intendersi ai fini della presente invenzione come possibilmente e non limitatamente compresi. In una forma di realizzazione alternativa, il cambio 21 potrebbe essere di tipo automatico, o robotizzato, o attuato meccanicamente .

La Fiqura 3 rappresenta schematicamente una trasmissione motrice 40 secondo la presente invenzione. Numerosi componenti della trasmissione motrice 40 sono in comune rispetto ai componenti di una trasmissione motrice tradizionale, quale quella descritta con riferimento alla Fiqura 2. Pertanto, in Fiqura 3 riferimenti uquali a quelli di componenti qià illustrati identificano analoqhi componenti. Come sarà descritto più in dettaqlio nel sequito, è possibile introdurre, mediante interventi limitati, componenti aqqiuntivi per trasformare un sistema di trazione tradizionale in un sistema di trazione ibrido secondo la presente invenzione, realizzando la trasformazione ibrida di un veicolo.

La trasmissione motrice 40 è accoppiata al motore elettrico 10 mediante il dispositivo di collegamento 13. In questa forma di realizzazione, il motore elettrico 10 comprende un albero motore disposto parallelamente rispetto all'albero primario 22. Il motore 10 è vincolato nella posizione esemplificata in figura, mediante opportuni appoggi e vincoli non illustrati. Il dispositivo di collegamento 13, nella forma di realizzazione preferita, comprende una trasmissione a catena, in cui una catena 41 trasmette il moto rotatorio tra un primo pignone 42, vincolato a ruotare solidalmente con l'albero motore del motore elettrico 10, ed un secondo pignone 43, vincolato a ruotare solidalmente con l'albero primario 22. Pertanto, i due pignoni 42 e 43 sono opportunamente allineati per consentire la trasmissione del moto mediante la catena 41. Alternativamente, il dispositivo di collegamento 13 potrebbe comprendere una coppia di ruote, ed una cinghia di trasmissione, per esempio una cinghia in materiale polimerico con trama interna in Kevlar.

Alternativamente, il dispositivo di collegamento 13 potrebbe comprendere una pluralità di ruote dentate, che realizzino una trasmissione a cascata di ingranaggi.

Preferibilmente, il dispositivo di collegamento 13 è protetto da un coperchio 44, di forma atta a contenere l'intero dispositivo di collegamento 13 ed avente tenuta stagna, per consentire la circolazione di lubrificante all'interno della camera individuata dalla scatola del cambio 25 e dal coperchio 44 stesso.

Il dispositivo di collegamento 13 può ulteriormente comprendere dispostivi noti, non descritti per brevità, che ne migliorino il funzionamento e le performance in esercizio, quale per esempio un tendicatena.

È evidente che il dispositivo di collegamento secondo la presente invenzione è applicabile con semplicità e limitati interventi ad un sistema di trazione tradizionale, ed in particolare ad una trasmissione motrice di tipo noto.

Con riferimento alla Figura 4, si esemplificano ora le operazioni necessarie per la trasformazione di un sistema di trazione tradizionale in sistema di trazione ibrido, mediante l'installazione di un dispositivo di collegamento secondo la presente invenzione.

Al passo 401 si prevede di rimuovere il coperchio 31 del cambio 21.

Al passo 402 si effettua una lavorazione meccanica sull'estremità 29 dell'albero primario 22 e si vincola il pignone 43 su detta estremità 29.

Al passo 403 si posiziona il motore elettrico 10, comprendente il pignone 42, e lo si allinea opportunamente.

Al passo 404 si installa la catena di trasmissione 41 tra i due pignoni.

Al passo 405 si installa il nuovo coperchio 44 a coprire il dispositivo di collegamento 13 così realizzato.

Al passo 406, il dispositivo di collegamento 13 è installato ed operativo.

Da quanto appena descritto, appare evidente che gli interventi da effettuare per la trasformazione e l'installazione di un dispositivo di collegamento secondo la presente invenzione, anche su un sistema di trazione tradizionale, solo limitati in numero e semplici da eseguire. Parimente, detti interventi sono facilmente reversibili, per cui in un secondo momento è possibile ripristinare le condizioni originali del sistema di trazione, rimuovendo il dispositivo di collegamento così installato .

È pertanto chiaro che la presente invenzione trova un'applicazione vantaggiosa per la trasformazione di un veicolo tradizionale in un veicolo a trazione ibrida, convertito mediante l'installazione di un dispositivo di collegamento secondo la presente invenzione, e di tutti i relativi componenti accessori necessari per il funzionamento corretto del veicolo, esemplificati con riferimento alla Figura 1.

La Figura 5 illustra una vista prospettica più dettagliata di una forma di realizzazione del dispositivo di collegamento 13, comprendente una coppia di pignoni 42 e 43 che trasmettono il moto mediante la catena 41, dal motore elettrico 10, all'albero primario del cambio 22 vincolato all'estremità 29 opposta al motore termico.

La Figura 6 illustra una vista laterale del dispositivo di collegamento 13 di Figura 5. In questa vista è possibile apprezzare che il numero di denti dei pignoni 42 e 43 è il medesimo, ossia il dispositivo di collegamento 13 realizza un rapporto di trasmissione 1:1.

In generale, è vantaggioso prevedere un rapporto di trasmissione prossimo, e preferibilmente pari, a 1:1 (per esempio, compreso tra 0.9:1 e 1.1:1) per il dispositivo di collegamento 13. In questo modo il regime di rotazione del motore elettrico 10 corrisponde al regime di rotazione dell'albero primario 22 del cambio, che è proprio pari al regime di rotazione del motore termico. In questo modo, il motore termico ed il motore elettrico sono vincolati, quando accoppiati, al medesimo regime di rotazione, con dei vantaggi per la curva di erogazione di coppia e potenza disponibile a livello dell'utenza motrice.

La Figura 7 illustra la vista secondo la sezione X-X di Figura 6. In questa vista in sezione è illustrato in dettaglio il collegamento del pignone 43 sull'estremità 29 dell'albero primario, nella zona adiacente all'ingranaggio 30a della quinta marcia, ed in particolare esterno ad esso.

Il cambio comprende una forchetta 50a atta ad agire su un manicotto 50b collegato al sincronizzatore 51 della quinta marcia (ovvero la marcia relativa alla ruota dentata 30a) per il suo innesto. In questa forma di realizzazione, il pignone 43 è vincolato a ruotare solidalmente con l'estremità 29 dell'albero primario, ed in particolare è vincolato al mozzo 52 del sincronizzatore 51. Il mozzo 52 è quindi opportunamente sagomato, in fase di produzione o mediante successiva lavorazione meccanica, in maniera tale da alloggiare il pignone 43, che viene mantenuto in sede mediante il dado di serraggio 53, per esempio innestato su di una filettatura.

Da quanto illustrato in Figura 7, è chiaro che le lavorazioni e le modifiche che realizzano il vincolo del pignone 43 sono di limitata entità, e sono eseguibili con relativa semplicità anche su un veicolo tradizionale, in tempi successivi alla produzione dello stesso ossia come trasformazione successiva. In una forma di realizzazione alternativa, è possibile prevedere di collegare l'estremità 29 dell'albero del cambio al pignone 43 mediante una soluzione comprendente un numero maggiore di elementi, per esempio comprendendo un elemento aggiuntivo per vincolare in battuta il pignone 43 sul mozzo 52.

La Figura 8 esemplifica schematicamente una modalità di funzionamento "elettrica" di un sistema di trazione ibrida 1 secondo la presente invenzione.

In questa modalità di funzionamento puramente "elettrica", la frizione 9a è aperta e disaccoppia il motore termico 2 dalla trasmissione motrice 4.

In questa figura e nelle figure successive, le frecce nere di elevato spessore rappresentano alcuni dei flussi di potenza (elettrica o meccanica) che si verificano nelle varie condizioni esemplificate tra i diversi elementi del sistema di trazione ibrida 1.

Gli accumulatori ila e llb forniscono potenza al motore elettrico 10, il quale fornisce potenza meccanica al dispositivo di collegamento 13. Il dispositivo di collegamento 13 trasferisce la potenza meccanica alla trasmissione motrice 4, attraverso il cambio di velocità 7, sino all'utenza motrice 6.

In questa modalità di funzionamento "elettrica", la trazione è garantita dalla potenza fornita dalla batteria di accumulatori ila e llb. Durante la frenatura del veicolo, o in altre condizioni paragonabili quale l'impiego di freno motore elettrico, il sistema di trazione è controllato secondo metodi noti per fornire un recupero dell'energia, secondo cui l'utenza meccanica trascina la trasmissione motrice 4 ed il motore elettrico 10, e si verifica un flusso di potenza inverso a quello sopra descritto, che consente la ricarica degli accumulatori ila e llb sfruttando il motore 10 come generatore elettrico.

La Figura 9 esemplifica schematicamente una modalità di funzionamento "endotermica" di un sistema di trazione ibrida 1 secondo la presente invenzione.

In questa modalità di funzionamento "endotermica", la frizione 9b è in configurazione chiusa, e collega il motore termico 2 alla trasmissione motrice 4, sino all'utenza motrice 6. In questa modalità di funzionamento, il motore termico 2 è alimentato dal carburante del serbatoio 3, e fornisce la potenza motrice analogamente al caso di un veicolo tradizionale. Il motore elettrico 10 è trascinato folle, in modo da opporre la minima resistenza possibile. In una forma di realizzazione alternativa, il motore elettrico 10 potrebbe essere disaccoppiato in questa modalità di funzionamento "endotermica", per esempio mediante una frizione.

La Figura 10 esemplifica schematicamente una modalità di funzionamento "ibrida" di un sistema di trazione ibrida 1 secondo la presente invenzione.

In questa modalità di funzionamento, il sistema di trazione 1 sfrutta la potenza di entrambi i sistemi di propulsione (endotermico ed elettrico, sopra descritti) per minimizzare il consumo di combustibili e le emissioni inquinanti. In particolare, il motore termico 2 fornisce potenza motrice alla trasmissione motrice 4, mentre il motore termico 10, mediante il dispositivo di collegamento 13, può funzionare sia fornendo potenza propulsiva (per esempio, in fase di accelerazione) oppure agendo per il recupero dell'energia (per esempio, in frenata).

La Figura 11 esemplifica schematicamente una modalità di funzionamento denominata "ricarica in marcia" di un sistema di trazione ibrida 1 secondo la presente invenzione.

In questa modalità di funzionamento detta di "ricarica in marcia", il sistema di trazione 1 sfrutta la potenza del motore termico 2 sia per la propulsione del veicolo, sia per la ricarica degli accumulatori Ila e llb sfruttando il motore elettrico 10 come generatore. Inoltre, per esempio nel caso di frenata, è possibile operare addizionalmente un recupero di energia sfruttando il trascinamento del motore elettrico 10 da parte dell'utenza motrice 6.

La Figura 12 esemplifica schematicamente una modalità di funzionamento denominata "ricarica plug-in", di un sistema di trazione ibrida 1 secondo la presente invenzione.

In questa modalità di funzionamento detta "ricarica plug-in", si sfrutta energia elettrica proveniente da una rete elettrica 120 per ricaricare direttamente gli accumulatori Ila e llb, mediante un apposito caricabatterie di tipo noto (non rappresentato) . Tipicamente, questa operazione di "ricarica plug-in" è svolta durante il rimessaggio del veicolo, ovvero tipicamente a veicolo fermo, e consente una miglior efficienza di ricarica rispetto ad altre modalità.

La Figura 13 esemplifica schematicamente una modalità di funzionamento denominata "start & stop", di un sistema di trazione ibrida 1 secondo la presente invenzione.

In questa modalità di funzionamento detta "star & stop", si assiste allo spegnimento del motore termico 2 durante le fermate del veicolo, ed al suo riavvio sfruttando la chiusura controllata della frizione 9 per fornire lo spunto iniziale necessario al riavvio del motore termico 2 stesso. In questa modalità "start & stop", preferibilmente, il sistema di trazione ibrida 1 fornisce la potenza motrice necessaria alla ripartenza del veicolo sfruttando esclusivamente il sistema di propulsione elettrica, ed inoltre si riavvia il motore termico 2 solo in circostanze predeterminate, per esempio al passaggio tra la prima e la seconda marcia del cambio di velocità 7, oppure qualora lo stato di carica degli accumulatori ila e llb sia insufficiente.

La Figura 14 esemplifica schematicamente una modalità di funzionamento denominata "bimodale", di un sistema di trazione ibrida 1 secondo la presente invenzione.

In questa modalità di funzionamento "bimodale", il motore termico 2 è alimentato e acceso per fornire potenza a sistemi ausiliari 140, quali per esempio condizionamento, luci, etc. La marcia del veicolo è delegata al sistema elettrico, che agisce indipendentemente sulla trasmissione motrice 4, disaccoppiata dal motore termico 2 mediante l'apertura permanente della frizione 9a. Per la trazione elettrica, valgono anche in questo caso le considerazioni esposte con riferimento alla Figura 8.

Si deve osservare che le modalità di funzionamento descritte con riferimento alle Figure da 8 a 14 non sono in esclusiva tra loro durante il funzionamento del veicolo: esse possono essere combinate tra loro, anche in intervalli di tempo ravvicinati tra loro, preferibilmente prevedendo opportune transizioni da una modalità ad un'altra.

Da quanto descritto, appare chiaro che il dispositivo di collegamento 13 consente di realizzare un sistema di trazione ibrida 1 che mantiene inalterate le funzionalità del sistema di propulsione termica, implementando ulteriori modalità vantaggiose, elettriche o ibride. Questo dispositivo è particolarmente adatto per la trasformazione, o conversione, ibrida di un veicolo tradizionale. Tale trasformazione è, se si desidera, facilmente reversibile.

Il dispositivo di collegamento consente il riadattamento dei sistemi di trazione di un ampio parco veicoli, per la riduzione dell'impatto ambientale conseguente al loro utilizzo. Parimente, il dispositivo di collegamento consente la realizzazione di sistemi di trazione ibrida su veicoli di prima produzione.

È chiaro che molte varianti sono possibili all'uomo esperto del settore senza per questo fuoriuscire dall'ambito di protezione quale risulta dalle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, sarebbe possibile prevedere una forma di realizzazione alternativa, in cui il dispositivo di collegamento collega l'estremità dell'albero primario opposta all'estremità affacciata verso il motore termico, senza che su questa estremità siano presenti ingranaggi delle marce, ossia senza che vi siano ruote dentate a sbalzo. Inoltre, il numero delle marce disponibili per un cambio di tipo manuale interessato dalla presente invenzione, non è limitato all'esempio descritto di cinque marce, ma potrebbe comprendere soluzioni con più o meno coppie di ingranaggi.

In generale, il collegamento del dispositivo di collegamento con l'estremità "opposta" dell'albero primario potrebbe avvenire in svariate maniere, secondo le soluzioni implementative individuabili dall'esperto del settore.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di collegamento (13) in un sistema di trazione ibrida (1), in cui detto sistema di trazione ibrida (1) comprende un motore termico (2, 27), una trasmissione motrice (4, 40) ed un motore elettrico (10), in cui detta trasmissione motrice (4, 40) comprende un cambio di velocità (7, 24) ed è atta a trasferire potenza meccanica da detto motore termico (2, 27) ad un'utenza motrice (6, 33) attraverso detto cambio di velocità (7, 24), detto cambio di velocità (7, 24) comprendente un albero primario (22) collegato mediante una prima estremità (26) a detto motore termico (2, 27), ed ulteriormente comprendente un albero secondario (23) collegato a detta utenza motrice (6, 33), in cui detto cambio di velocità (7, 24) è atto a variare il rapporto di trasmissione tra detto albero primario (22) e detto albero secondario (23), ed in cui detto dispositivo di collegamento (13) è atto a trasferire potenza motrice da detto motore elettrico (10) a detta trasmissione motrice (4, 40) ed è caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi (41, 42, 43) per collegare detto motore elettrico (10) ad una seconda estremità (29) di detto albero primario (22) opposta a detta prima estremità (26).
2. 2. Dispositivo di collegamento (13) in un sistema di trazione ibrida (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detto cambio di velocità (7, 24) comprende ulteriormente una scatola del cambio (25) ed una pluralità di coppie di ingranaggi (24) rispettivamente montati su detto albero primario (22) e detto albero secondario (23), in cui almeno una coppia esterna (30a, 30b) di ingranaggi è posizionata esternamente rispetto a detta scatola del cambio (25), caratterizzato dal fatto che detta coppia esterna di ingranaggi (30a, 30b) è posizionata a detta seconda estremità (29) di detto albero primario (22), e che detto dispositivo di collegamento (13) comprende una ruota di trasmissione (43) atta a ruotare solidalmente con l'ingranaggio (30a) di detta coppia esterna di ingranaggi (30a, 30b) che è montato su detto albero primario (22).
3. 3. Dispositivo di collegamento (13) in un sistema di trazione ibrida (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente una coppia di pignoni (42, 43) rispettivamente montati su detto albero primario (22) e su un albero motore di detto motore elettrico (10), ed ulteriormente comprendente una catena (41) che collega detta coppia di pignoni (42, 43).
4. 4. Dispositivo di collegamento (13) in un sistema di trazione ibrida (1) secondo la rivendicazione 3, in cui detta coppia di pignoni (42, 43) è atta a realizzare una trasmissione meccanica con rapporto di trasmissione unitario.
5. 5. Sistema di trazione ibrida (1) comprendente un motore termico (2), una trasmissione motrice (4), in cui detta trasmissione motrice (4) comprende un cambio di velocità (7) ed è atta a trasferire potenza meccanica da detto motore termico (2) ad un'utenza motrice (5a, 5b, 6) attraverso detto cambio di velocità (7), ed ulteriormente comprendente un motore elettrico (10) ed un dispositivo di collegamento (13) atto a trasferire potenza motrice da detto motore elettrico (10) a detta trasmissione motrice (4), caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di collegamento (13) è un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4.
6. 6. Sistema di trazione ibrida (1) secondo la rivendicazione 5, ulteriormente comprendente una frizione (9, 9a, 9b) atta a disaccoppiare meccanicamente detto motore termico (2) da detta prima estremità (26, 8a) di detto albero primario (22), in cui detto dispositivo di collegamento (13) è atto a trasferire potenza motrice da detto motore elettrico (10) a detta utenza motrice (5a, 5b, 6) essendo detto motore termico (2) in configurazione disaccoppiata.
7. 7. Sistema di trazione ibrida (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 6, ulteriormente comprendente almeno un accumulatore elettrico (ila, llb) connesso a detto motore elettrico.
8. 8. Sistema di trazione ibrida (1) secondo la rivendicazione 7, ulteriormente comprendente una centralina di controllo elettrico (12) atta a controllare il flusso di potenza elettrica scambiata tra detto motore elettrico (10) e detto almeno un accumulatore elettrico (ila, llb).
9. 9. Veicolo ibrido, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema di trazione ibrida (1) secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8.
10. 10. Veicolo ibrido secondo la rivendicazione 9, in cui detto dispositivo di collegamento (13), atto a trasferire potenza motrice da detto motore elettrico (10) a detta trasmissione motrice (4), è installato su detto veicolo come trasformazione successiva della condizione di fabbrica di detto veicolo.