ITMI971114A1

ITMI971114A1 - Unita' di avvio ovvero di azionamento per un motore endotermico di un autoveicolo

Info

Publication number: ITMI971114A1
Application number: IT97MI001114A
Authority: IT
Inventors: Klaus Bolenz; Schustek Siegfried; Udo Bondroit
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 1998-11-13
Also published as: JPH1068374A; FR2749352A1; JP4068685B2; FR2749352B1; US6032632A; IT1291361B1; ITMI971114A0

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Stato della tecnica

L'invenzione si riferisce ad un'unità di avviamento ovvero di azionamento per motori endotermici secondo il tipo della rivendicazione principale. Una tale unità d'azionamento è già nota (DE 3048 972 C2).

I nuovi progetti di autoveicoli, i quali sono stati ottimizzati in particolare per quanto riguarda la salvaguardia dell'ambiente ed il consumo di carburante, vengono impostati preferibilmente in modo tale, per cui il motore endotermico si spegne, quando il veicolo è fermo, per esempio ad un semaforo, nonché durante le fasi funzionali, in cui non viene richiesto alcun momento d'azionamento dal motore endotermico. Un tale modo operativo può essere realizzato grazie ad un sistema automatico di avviamento-arresto (SSA) e ad un sistema automatico di sfruttamento d'inerzia (SNA). Nei veicoli con il sistema SSA, il numero degli avviamenti rispetto ai veicoli convenzionali aumenta da 30000 a 200000 e nei veicoli muniti del sistema SNA supera i 400000. Gli avviatori (starter) convenzionali a massa minimizzata sono ripreparabili mediante accorgimenti speciali per un funzionamento SSA. Il problema rimane tuttavia la trasmissione aperta e non lubrificata con il pignone avviatore e la corona dentata, nella quale si deve ingranare il pignone durante l'avviamento. Per un maggiore numero di avviamenti, una tale soluzione non risulta adeguata. Un aiuto potrebbe essere rappresentato da una corona dentata bagnata d'olio. Nello stato della tecnica citato all'inizio, si propone un impianto di avviamento ad impulsi resistente all'usura e poco rumoroso. L'energia d'avviamento necessaria viene raccolta in un volano, supportato liberamente girevole sull'albero a manovelle. Per l'avvio del motore endotermico, mediante la chiusura dell'innesto a frizione lato motore, il motore stesso viene portato ad un numero di giri sufficientemente elevato .

Per il primo avviamento in presenza di temperature estremamente basse, ne derivano dei tempi di caricamento molto lunghi per il volano. Per un nuovo avviamento a motore endotermico caldo, per esempio, ad un semaforo oppure al termine di una fase di spinta, si verificherebbero dei tempi di caricamento ugualmente inaccettabili, qualora si dovesse aspettare che il volano abbia compiuto la sua corsa fino al suo arresto.

Lo stesso problema si presenta anche in un tipo costruttivo descritto nel documento DE 29 17 139. In questa nota unità d'azionamento, una massa volanica dell'albero a manovelle può essere innestata o disinnestata e, durante il rallentamento, la frenata od il funzionamento di spinta, può far correre il motore endotermico ad numero di giri minimo, per esempio il numero di giri durante la marcia in folle, mediante interruzione del treno d'azionamento. Nel caso di arresti molto brevi, come fermate a semafori o simili, il treno d'azionamento viene interrotto, ma nel contempo viene spento il motore endotermico, mentre la massa volanica continua a girare e viene nuovamente accoppiata tramite l'innesto a frizione per il riavvio del motore endotermico. Nel caso di un numero di giri troppo ridotto delle masse volaniche, è inoltre possibile impiegare un motore elettrico per tenere ad un determinato livello di numero di giri il numero dei giri della massa volanica.

Nel complesso, utilizzando un avviatore (starter) convenzionale od un avviamento ad impulsi mediante un volano innestabile, si sono però potute soddisfare solo parzialmente le esigenze di riavvio per quanto riguarda il tempo di avviamento, l'intensità limitata di rumore, l'usura, la durata utile e la capacità elettrica per l'alto numero richiesto di 400000 cicli di avviamento.

Vantaggi dell'invenzione

L'invenzione si pone il compito di evitare questo svantaggio e di realizzare un'unità d'azionamento per un motore endotermico che in tutte le fasi di avviamento scelga automaticamente il metodo di avviamento ottimale. Questo compito viene risolto secondo l'invenzione con le caratteristiche caratterizzanti della rivendicazione principale. Alcuni perfezionamenti vantaggiosi dell'oggetto della rivendicazione 1 risultano dalle caratteristiche delle sottorivendicazioni nonché dalla descrizione e dai disegni.

Infatti, per esempio secondo la caratteristica della rivendicazione 2, risulta vantaggioso il fatto che le condizioni esterne possano essere direttamente intercettate in corrispondenza del motore endotermico, poiché la temperatura del motore endotermico rappresenta il miglior indizio per le rispettive condizioni di avviamento.

Secondo le caratteristiche della rivendicazione 3, risulta vantaggioso il fatto che nella fase di avviamento sono disponibili due macchine per generare la forza di avviamento alla rotazione.

Grazie alla caratteristica della rivendicazione 4 è possibile eseguire più facilmente un avviamento a freddo a basse temperature.

Secondo la caratteristica della rivendicazione 5 è vantaggioso il fatto che nel funzionamento di avviamento-arresto e nel funzionamento di sfruttamento dell'inerzia viene risparmiato il dispositivo d'avviamento convenzionale.

Secondo la caratteristica della rivendicazione 7 risulta vantaggioso il fatto che la rete di bordo non venga sovrasollecitata.

È anche vantaggioso quando, secondo le caratteristiche della rivendicazione 8, l'avviatore./generatore è realizzato quale macchina elettronicamente commutata, poiché esso - in sostituzione del volano - rappresenta un efficacie generatore di corrente che può fornire sufficiente energia alla rete di bordo. In questo modo si risparmia la potenza della batteria. Inoltre, la macchina avviatore/generatore funziona quasi completamente senza usura .

Secondo la caratteristica della rivendicazione 9 risulta vantaggioso anche l'impiego di un rinvio, poiché in questo modo la macchina avviatore/generatore può essere realizzata più piccola e leggera.

Secondo le caratteristiche della rivendicazione 10 è comunque vantaggioso che il generatore sia azionabile anche mediante l'energia del veicolo avanzante. In questo modo si può sfruttare anche l'energia cinetica del veicolo per l'alimentazione supplementare della rete di bordo.

Infine, secondo la rivendicazione 11 risulta vantaggioso il fatto che vengano completamente sfruttate le peculiarità del cambio automatico, poiché si innesta automaticamente la marcia rispettivamente favorevole per generare della corrente.

Disegni

Tre esempi esecutivi dell'invenzione nonché un esempio esecutivo secondo lo stato della tecnica sono illustrati nei disegni e verranno descritti più dettagliatamente nella seguente descrizione. Nei disegni :

- la fig. 1 illustra un esempio esecutivo secondo lo stato della tecnica,

la fig. 2 illustra una prima realizzazione dell'invenzione,

- la fig. 3 illustra una seconda realizzazione dell'invenzione e

la fig. 4 illustra una terza realizzazione dell'invenzione .

Descrizione degli esempi esecutivi La fig. 1 illustra un'unità di azionamento 1 con un motore endotermico 2 ed un cambio automatico (ASG) 3, il quale presenta un albero d'entrata 4 che può essere separato operativamente mediante un innesto 5 dal motore endotermico 2. L'azionamento dell'innesto 5 e la scelta della marcia avviene in modo dipendente dalla velocità ovvero dal numero di giri da parte di un apparecchio di comando elettrico 6 e tramite dei servoazionamenti non illustrati. Si prevede inoltre un generatore 7 che viene azionato tramite un azionamento a catena 8 sul quel lato del motore endotermico 2 che nel disegno è a sinistra. Un avviatore 9, realizzato quale convenzionale dispositivo d'avviamento con pignone a scorrimento rettilineo ed elicoidale si trova sull'altro lato (destro) del motore endotermico 2 ; se desiderato, esso può avviare alla rotazione ovvero accendere il motore endotermico 2 tramite una corona dentata 10. I pilotaggi dell'apparecchio di comando 6 e dell'avviatore 9 non sono illustrati. Inferiormente alla corona dentata 10 è disposto un volano.

Nella fig. 2 è illustrata un'unità d'azionamento 11 per un motore endotermico 12 che presenta anch'esso un convenzionale avviatore 13. Con il numero di riferimento 14 viene indicata una macchina volanica (SRM) commutata elettronicamente che può lavorare sia quale avviatore, che quale generatore. Il pilotaggio del generatore/avviatore 14 viene eseguito da un apparecchio di comando 15. Secondo l'invenzione, il modo operativo dell'unità d'azionamento 11 è stabilito in modo tale, per cui nel caso di temperature del motore endotermico inferiori ai 30° - 40° C, l'avviatore 13 ed il generatore/avviatore 14 azionati quali motore svolgono insieme la funzione di dispositivo d'avviamento. Nel caso di temperature superiori ai 40°C, la funzione di avviamento viene svolta unicamente dal generatore/avviatore 14 privo di usura. Un cambio automatico 16 risulta separato dal generatore/avviatore 14 mediante un innesto aperto 17 durante l'operazione di avvio. Tramite una linea di comando 18 illustrata tratteggiata, viene fornita ad un apparecchio di comando 15 la rispettiva posizione del cambio automatico 16. Inoltre, dall'apparecchio di comando 15 si estende una linea ad un sensore di temperatura 19 in corrispondenza del motore endotermico 12.

La fig. 3 illustra un'unità d'azionamento 21 per un motore endotermico 22 con un avviatore convenzionale 23 ed una macchina generatore/avviatore 24 commutata elettronicamente che è disposta su un albero d'entrata 25 della trasmissione, vale a dire che la macchina 24 generatore/avviatore si trova nel disegno alla destra di un innesto 26. Anche questa macchina 24 con il suo rotore rappresenta un volano del motore endotermico 22.

Un sensore di temperatura è indicato con il numero di riferimento 29.

Nel caso di temperature del motore endotermico inferiori ai 30° - 40°, i convenzionali avviatori 23 e la macchina 24 generatore/avviatore svolgono insieme quale motore la funzione di avviatore. Nel caso di temperature del motore endotermico superiori ai 40° C, la funzione di avviatore viene svolta unicamente dalla macchina 24 generatore/avviatore che lavora quasi completamente senza usura. Affinché ciò sia possibile, l'innesto deve essere chiuso ed il cambio automatico 27 (ASG) deve essere nella posizione neutrale. Un apparecchio di comando è indicato in questo caso con il numero di riferimento 28.

La fig. 4 illustra infine un'unità d'azionamento 31 di un motore endotermico 32, in cui una macchina 33 generatore/avviatore commutata elettronicamente è collegata con il treno d'azionamento tramite un rinvio 34 da un cambio automatico 35 o da un albero intermedio proveniente da una trasmissione. È pensabile anche una disposizione concentrica all'albero d'entrata della trasmissione. Un apparecchio di comando presenta il numero di riferimento 36 ed un sensore di temperatura il numero di riferimento 39. La macchina 33 generatore/avviatore è realizzata proprio come la macchina 24 generatore/avviatore secondo la fig. 3. Nel caso di temperature del motore endotermico inferiori ai 30° - 40°C, un avviatore convenzionale 37 e la macchina 33 generatore/avviatore, azionati quale motore, svolgono insieme la funzione di avviatore. Nel caso di maggiori temperature del motore endotermico, la funzione di avviatore viene svolta unicamente dalla macchina 33 avviatore/generatore che opera quasi completamente senza usura. Affinché ciò sia possibile, un innesto 38 deve essere chiuso ed il cambio automatico 35 deve essere nella posizione neutrale. Nel complesso, con riferimento alle unità di azionamento 11, 21 e 31 secondo le fig. 2, 3 e 4 è degno di nota il fatto che per gli avviamenti a temperature del motore endotermico inferiori ai 30° - 40° C, la macchina a volano SRM deve essere impostata durante il funzionamento del motore per circa la metà del momento di trascinamento<- >dell'avviatore convenzionale (starter) secondo la fig. 1, a parità di una temperatura limite di avviamento a freddo di -25 a -28° C. L'avviatore convenzionale 13, 23 e 36 delle realizzazioni secondo le figg. 2, 3 e 4 svolge a sua volta l'altra metà nel caso dell'avviamento a freddo. In questo modo è possibile ridurre notevolmente la grandezza costruttiva sia dell'avviatore convenzionale (starter), che la grandezza costruttiva della macchina a volano ovvero della macchina generatore/avviatore. Lo stesso vale anche per l'elettronica di potenza nell'apparecchio di comando 15, 28 e 36, poiché.per il completo momento di avviamento si devono commutare delle correnti pari a circa la metà di quelle di un generatore-avviatorevolano. Inoltre viene offerta la possibilità di impostare l'avviatore convenzionale (starter) in modo molto ridotto, cioè perlopiù per le temperature limite di avviamento a freddo da -25° a -28° C, e lasciare svolgere l'assistenza all'aumento dei giri alla macchina 24, 33 generatore/avviatore elettronicamente commutata. Ciò significa un'ulteriore riduzione del convenzionale avviatore. Rispetto all'avviatore convenzionale 9 secondo la fig. 1, il numero di commutazioni per gli avviatori convenzionali 12, 23 3 37 delle figg. 2, 3 e 4 si riduce notevolmente solo agli avviamenti per ogni situazione di marcia, in cui la temperatura del motore si trova ancora sotto ai 30° - 40° C.

Una macchina a volano come risulta illustrata nella fig. 2 non può essere rappresentata con una batteria a 12 volt oggigiorno comunemente impiegata a causa delle elevate differenze di tensione in corrispondenza dei semiconduttori di potenza nel caso di correnti molto elevate. Sarebbe necessario passare ad una rete di bordo da 24 volt.

Negli esempi esecutivi secondo le figg. 3 e 4 sono realizzabili delle soluzioni a 12 volt. La macchina generatore/avviatore secondo la fig. 4 può essere realizzata più piccola e leggera, grazie al rinvio 34. Sfruttando il numero di giri di forza centrifuga oggigiorno controllabile sono possibili delle moltiplicazioni di rinvio di 2,5 fino a 3. Tuttavia si richiederebbe poi una maggiore sincronizzazione della trasmissione rispetto ad oggi. Il motivo risiede nel maggiore momento d'inerzia della macchina 33 generatore/avviatore rispetto ad una realizzazione secondo la fig. 3. Nel caso dei tipi costruttivi secondo le figg. 3 e 4, il volano della macchina 24 ovvero 33 generatore/avviatore deve presentare un sufficiente momento d'inerzia minimo, affinché il motore endotermico 22 ovvero 32 non si blocchi durante i processi di innesto.

Mediante una diseccitazione del generatore durante il processo di commutazione si possono ridurre carichi improvvisi durante il cambio marce nel treno d'azionamento nonché la sollecitazione della sincronizzazione. È pensabile anche una sincronizzazione attiva. Nella realizzazione secondo la fig. 2, il momento d' inerzia del rotore del generatore/avviatore 14 può sostituire completamente quello del volano secondo il tipo costruttivo della fig. 1.

La macchina 24 ovvero 33 generatore/avviatore, a causa della sua dimensione costruttiva, può fornire alla rete di bordo durante l'esercizio del generatore delle correnti maggiori rispetto ai generatori convenzionali a parità di un grado di rendimento comparabilmente buono. Per il funzionamento convenzionale, una macchina a volano impostata per l'intera potenza di avviamento durante l'esercizio del generatore in piccoli veicoli fino alla classe media sarebbe ampiamente sproporzionata. Ciononostante, una tale macchina può provvedere ad un bilancio di caricamento equilibrato durante il funzionamento ad avviamento-arresto (SSA), solo in abbinamento ad una batteria più grande, poiché il consumo d'energia elettrica deve essere coperto dalla batteria per circa 1/3 del tempo di marcia. Durante il funzionamento a sfruttamento d'inerzia, la situazione peggiora ulteriormente, poiché il motore endotermico può rimanere fermo fino a 2/3 del tempo di marcia, considerando in aggiunta 1/3 di rollio senza motore endotermico acceso.

Nell'esempio esecutivo secondo la fig. 2, si prevede, già di per sé per la conformazione stessa, un generatore molto potente, affinché esso sia sufficiente per un funzionamento ad avviamento-arresto. Nel passaggio ad un funzionamento a sfruttamento d'inerzia, solo in abbinamento ad un disinserimento degli utilizzatori e ad una batteria notevolmente più grande si può Ottenere un bilancio di caricamento equilibrato.

Questo problema viene affrontato più vantaggiosamente negli esempi esecutivi secondo le figg. 3 e 4. In questo caso, il generatore che rappresenta il momento d'inerzia del volano viene azionato dall'energia cinetica del veicolo in movimento. Attraverso il cambio automatico (ASG), durante questa fase di movimento in folle, si può provvedere anche ad un numero di giri favorevole dell'albero d'entrata della trasmissione ovvero dell'albero del generatore mediante inserimento automatico della marcia più vantaggiosa, per cui sono raggiungibili dei buoni livelli di rendimento del generatore.

Nel complesso, rispetto ad un impianto a macchina a volano secondo la fig. 2, con le soluzioni secondo le figg. 3 e 4 per l'intera potenza di avviamento, si ottiene un <‘ >impianto di avviamento ibrido comparabilmente leggero, di dimensioni ancora accettabili, ma favorevolmente economico, il quale svolge un'ottima funzione di generatore in abbinamento ad una batteria leggermente più grande.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Unità di azionamento ovvero di avviamento per un motore endotermico (12, 22, 32) di un autoveicolo con almeno due metodi di avvio e con un dispositivo di avviamento, il quale è equipaggiato con un sistema automatico a sfruttamento d'inerzia, e con un innesto (17, 26, 38) fra l'albero attuatore del motore endotermico (12, 22, 32) ed un cambio (16, 27, 35), nonché con un apparecchio di comando elettrico (15, 28, 36) per ricevere ed emettere dei segnali di commutazione per l'unità di azionamento ed il cambio, caratterizzata dal fatto che il cambio (16, 27, 35) è un cambio automatico, che inoltre il dispositivo di avviamento è costituito da un avviatore convenzionale (13, 23, 37) in combinazione con un avviatore/generatore (14, 24, 33) e che il funzionamento dell'unità di azionamento (11, 21, 31) è dipendente da condizioni esterne, in cui, a seconda delle preimpostazioni, è attivabile l'avviatore convenzionale (13, 23, 37) oppure l'avviatore/generatore (14, 24, 33) oppure sono attivabili entrambi insieme.
2. Unità d'azionamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le condizioni esterne sono le temperature del motore endotermico (12, 22, 32) misurate mediante un sensore di temperatura (19, 29, 39).
3. Unità di azionamento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che, a motore endotermico freddo (12, 22, 32), l'avviatore convenzionale (13, 23, 37) ed il generatore/avviatore (14, 24, 33) svolgono insieme la funzione di avviamento.
4. Unità d'azionamento secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che l'avviatore convenzionale (13, 23, 37) è ingentemente ridotto per l'avviamento a freddo.
5. Unità d'azionamento secondo una delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzata dal fatto che nel caso di una temperatura del motore endotermico superiore ai 30° - 40° C, la funzione di avviamento viene svolta solo dal generatore/avviatore (14, 24, 33).
6. Unità di azionamento secondo una delle rivendicazioni 1 a 5, caratterizzata dal fatto che il generatore/avviatore (14) è disposto fra l'innesto (17) ed il motore endotermico (12).
7. Unità di azionamento secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che, a dispositivo automatico di sfruttamento d'inerzia installato, si prevede un disinserimento temporaneo degli utilizzatori.
8. Unità di azionamento secondo una delle rivendicazioni 1 a 5, caratterizzata dal fatto che il generatore/avviatore è realizzato quale macchina (24) generatore/avviatore elettronicamente commutata ed è disposta fra l'innesto (26) ed il cambio automatico (27).
9. Unità di azionamento secondo una delle rivendicazioni 1 a 5, caratterizzata dal fatto che il generatore/avviatore è realizzato quale macchina (33) generatore/avviatore elettronicamente commutata ed è connesso ad un rinvio (34) che è disposto nel treno d'azionamento a monte del cambio automatico (35).
10. Unità di azionamento secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzata dal fatto che il generatore della macchina (24, 33) generatore/avviatore commutata elettronicamente è azionabile sia dal motore endotermico (22,·32), che dall'energia del veicolo in movimento .
11. Unità di azionamento secondo una delle rivendicazioni 8 a 10, caratterizzata dal fatto che il cambio automatico (27, 35) è commutato in modo tale per cui durante la fase di movimento del veicolo inseribile la marcia più favorevole per un vantaggioso grado di rendimento del generatore.