ITPC20070047A1

ITPC20070047A1 - HYBRID PROPULSION SYSTEM FOR BOATS

Info

Publication number: ITPC20070047A1
Application number: IT000047A
Authority: IT
Inventors: Alberto Amici
Original assignee: R T N S R L
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-04-30

Description

SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDO PER IMBARCAZIONI HYBRID PROPULSION SYSTEM FOR BOATS

La presente invenzione propone un sistema di propulsione ibrido, in particolare un sistema di propulsione diesel-elettrica, idoneo sia per imbarcazioni da diporto, sia per imbarcazioni commerciali. The present invention proposes a hybrid propulsion system, in particular a diesel-electric propulsion system, suitable for both pleasure boats and commercial boats.

Un motore principale (generalmente diesel) è collegato ad una trasmissione del tipo a piede poppiero che comprende un invertitore di moto sul cui albero principale, direttamente collegato all’albero del motore, sono montate una coppia di ruote coniche folli, contrapposte, che ingranano con una ruota dentata conica solidale all'albero di trasmissione, all'interno di ciascuna ruota conica essendo previste frizioni in grado di rendere solidali a detto albero l'una o l'altra di dette ruote coniche, per comandare la rotazione in un senso o in senso opposto, dell'albero diretto alle eliche. A main engine (generally diesel) is connected to a stern drive type transmission which includes a motion inverter on whose main shaft, directly connected to the engine shaft, a pair of idle, opposed bevel wheels are mounted, which mesh with a bevel gear wheel integral with the transmission shaft, clutches being provided inside each bevel wheel capable of making one or the other of said bevel wheels integral with said shaft, to control rotation in one direction or in opposite direction, of the shaft directed to the propellers.

Alla seconda estremità dell’albero principale dell’invertitore è collegato un secondo motore, ad esempio un motore elettrico, di potenza inferiore al motore principale e atto a far avanzare l’imbarcazione a velocità ridotta. In questo modo è possibile viaggiare a bassa andatura senza mettere a repentaglio il motore principale che è stato progettato per velocità più elevate e che viaggiando ad un numero di giri più basso di quello previsto rischierebbe di danneggiarsi. A second motor is connected to the second end of the main shaft of the inverter, for example an electric motor, with a lower power than the main motor and able to move the boat forward at reduced speed. In this way it is possible to travel at low speed without jeopardizing the main engine which has been designed for higher speeds and which, traveling at a lower number of revolutions than expected, could be damaged.

La velocità delle imbarcazioni, soprattutto nel diporto ma anche nelle imbarcazioni per trasporto di passeggeri, negli ultimi decenni è aumentata considerevolmente portando la maggior parte delle imbarcazioni a velocità superiori a 30 nodi, spesso oltre 40 nodi. The speed of boats, especially in pleasure craft but also in passenger boats, has increased considerably in recent decades, bringing most boats to speeds above 30 knots, often over 40 knots.

Questo ha comportato un notevole aumento della potenza installata a bordo, con aumento dei pesi, dei costi di gestione (consumi di gasolio) dei motori. This has led to a significant increase in installed power on board, with an increase in the weights, management costs (diesel consumption) of the engines.

Le caratteristiche di un impianto di propulsione navale, costituito normalmente da una coppia di motori diesel sovralimentati, da due trasmissioni con riduttori di giri e da due eliche, sono necessariamente calcolate nel punto di massima velocità della nave. Per questo motivo, questo tipo di propulsione nella quale vengono fissate, in fase di progetto, le caratteristiche dell’elica (diametro, passo, area espansa) ed il rapporto di riduzione fra motore ed elica, male si adatta ad andature con velocità ridotte rispetto a quelle di progetto (il motore sovralimentato, lavorando a bassi regimi, ha maggiore usura, è più soggetto a rotture, intasamenti delle turbine che non girano più, e richiede maggiore manutenzione) Gli armatori che apprezzano l’emozione delle alte velocità sul mare, si accorgono che queste si ottengono a scapito del comfort (rumorosità e vibrazioni) e con altissimi consumi. Contemporaneamente si rendono conto che andando a bassa andatura spesso peggiorano le vibrazioni provenienti dai motori e mettono a repentaglio l’affidabilità del motore stesso. The characteristics of a ship propulsion system, usually consisting of a pair of supercharged diesel engines, two transmissions with gearboxes and two propellers, are necessarily calculated at the point of maximum speed of the ship. For this reason, this type of propulsion in which the characteristics of the propeller (diameter, pitch, expanded area) and the reduction ratio between engine and propeller are fixed, in the design phase, poorly adapts to speeds with reduced speeds compared to to those of the project (the supercharged engine, working at low revs, has more wear, is more subject to breakage, clogging of the turbines that no longer turn, and requires more maintenance) Owners who appreciate the thrill of high speeds on the sea, they realize that these are obtained at the expense of comfort (noise and vibrations) and with very high consumption. At the same time, they realize that going at a low speed often worsens the vibrations from the engines and jeopardizes the reliability of the engine itself.

Si presenta, perciò, il problema di realizzare un sistema di propulsione che permetta ad un’imbarcazione di viaggiare ad una velocità inferiore a quella di crociera, senza il rischio di danneggiare il motore. Therefore, the problem arises of creating a propulsion system that allows a boat to travel at a lower speed than cruising speed, without the risk of damaging the engine.

Per ottenere questo scopo, allo stato attuale della tecnica si ricorre a sistemi di propulsione alternativa costituiti da motori elettrici o idraulici, di potenza ridotta rispetto al propulsore diesel principale (spesso il 30%), che vengono collegati alternativamente alla stessa linea d’assi del motore diesel principale. To achieve this purpose, in the current state of the art alternative propulsion systems are used consisting of electric or hydraulic motors, of reduced power compared to the main diesel engine (often 30%), which are connected alternatively to the same shaft line of the main diesel engine.

E’ possibile perciò decidere se utilizzare un’andatura con un motore diesel al 100% della potenza (motore principale) o in alternativa scegliere un motore più piccolo per un’andatura più “tranquilla” (motore alternativo). Questo permette una riduzione dei consumi e la possibilità di andature prolungate senza rischiare il danneggiamento del motore principale. It is therefore possible to decide whether to use a pace with a diesel engine at 100% power (main engine) or alternatively choose a smaller engine for a more "quiet" pace (alternative engine). This allows a reduction in fuel consumption and the possibility of prolonged gaits without risking damage to the main engine.

Nel caso in cui poi il motore alternativo è elettrico, vi è inoltre un’importantissima riduzione della rumorosità a bordo con notevole aumento del confort. In the event that the reciprocating motor is electric, there is also a very important reduction in noise on board with a significant increase in comfort.

Il gruppo elettrogeno, infatti, può essere cofanato ed insonorizzato, sorretto da supporti elastici, così da essere quasi insignificante fra le sorgenti di vibrazioni e rumorosità a bordo. The generating set, in fact, can be enclosed and soundproofed, supported by elastic supports, so as to be almost insignificant among the sources of vibrations and noise on board.

Con questa soluzione, l’armatore che desidera viaggiare ad elevata velocità per alcune ore al giorno, può viaggiare nel silenzio e con il massimo confort durante la notte. With this solution, the owner who wishes to travel at high speed for a few hours a day, can travel in silence and with maximum comfort during the night.

L’adozione di questa soluzione nei sistemi di propulsione attualmente noti comporta però un aumento dei costi che non si limita a quelli del secondo motore e relativi collegamenti, ma comporta costi enormemente più elevati del gruppo riduttore-invertitore. The adoption of this solution in currently known propulsion systems, however, entails an increase in costs that is not limited to those of the second motor and related connections, but involves enormously higher costs of the gearbox-inverter unit.

Occorre infatti realizzare un riduttore-invertitore con un secondo ingresso e relativi cinematismi, cosa che ne aumenta enormemente il costo, specie se si considera che si tratta di dispositivi che devono trasmettere potenze di diverse migliaia di cavalli. In fact, it is necessary to create a reducer-inverter with a second input and related kinematic mechanisms, which enormously increases the cost, especially if we consider that these are devices that have to transmit powers of several thousand horsepower.

In questo settore si inserisce ora la presente invenzione, che propone un sistema di propulsione ibrido per imbarcazioni nel quale è possibile collegare un secondo motore, in particolare ma non esclusivamente un motore elettrico, al gruppo riduttore-invertitore, senza la necessità di riprogettarlo o di intervenire con modifiche pesanti ed onerose. The present invention now fits into this sector, which proposes a hybrid propulsion system for boats in which it is possible to connect a second engine, in particular but not exclusively an electric motor, to the gearbox-inverter unit, without the need to redesign it or to intervene with heavy and costly changes.

La presente invenzione sarà ora descritta dettagliatamente, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate in cui: The present invention will now be described in detail, by way of non-limiting example, with reference to the attached figures in which:

• La figura 1 illustra schematicamente un sistema di propulsione secondo l'invenzione; Figure 1 schematically illustrates a propulsion system according to the invention;

· La figura 2 è la sezione, lungo l’asse motore, del riduttore-invertitore del sistema di propulsione secondo l’invenzione. Figure 2 is the section, along the motor axis, of the reducer-inverter of the propulsion system according to the invention.

Con riferimento alla figura 1, il sistema di propulsione secondo l’invenzione comprende un motore principale 1 con un albero motore 2, motore dimensionato per fornire la potenza massima richiesta, un gruppo riduttore/ invertitore 3 che trasmette il moto al gruppo elica 4, ed un secondo motore 5, di potenza inferiore, preferibilmente un motore elettrico. With reference to Figure 1, the propulsion system according to the invention comprises a main motor 1 with a drive shaft 2, a motor sized to provide the maximum power required, a reducer / inverter unit 3 which transmits motion to the propeller unit 4, and a second motor 5, of lower power, preferably an electric motor.

Nel seguito della descrizione si farà riferimento ad un motore elettrico, ma l’invenzione si riferisce anche all’uso di differenti tipi di motore, quali ad esempio un motore a combustione interna, un motore idraulico o latro tipo di motore. In the following description, reference will be made to an electric motor, but the invention also refers to the use of different types of engine, such as an internal combustion engine, a hydraulic motor or other type of engine.

Si faccia ora riferimento alla figura 2. Refer now to figure 2.

All’albero motore 2 è collegato, con l’interposizione di una frizione 6, l’albero principale 7 o albero di ingresso del riduttore-invertitore. The main shaft 7 or input shaft of the reducer-inverter is connected to the drive shaft 2, with the interposition of a clutch 6.

L'albero 7 è montato, per mezzo di cuscinetti 8, in una scatola 9 che presenta una struttura rigida. The shaft 7 is mounted, by means of bearings 8, in a box 9 which has a rigid structure.

Sull'albero 7 sono montate, folli, una coppia di ruote dentate coniche 10 e 11 , coassiali e contrapposte, che ingranano entrambe con una ruota dentata 12 calettata su un albero 13 che trasmette il moto all’elica 4. On the shaft 7 there are mounted, idle, a pair of bevel gear wheels 10 and 11, coaxial and opposed, which both mesh with a gear wheel 12 keyed on a shaft 13 which transmits the motion to the propeller 4.

All'interno di ciascuna delle ruote dentate 10 e 11, sono presenti frizioni 14 che rendono solidale l’albero 7 rispettivamente con l’una o con l’altra delle ruote dentate 10 e 11. Inside each of the toothed wheels 10 and 11, there are clutches 14 which make the shaft 7 integral with one or the other of the toothed wheels 10 and 11 respectively.

Una descrizione più dettagliata di questo riduttore-invertitore è contenuta nel brevetto italiano N. 1.332.819 della stessa richiedente. A more detailed description of this reducer-inverter is contained in the Italian patent No. 1,332,819 of the same applicant.

Dalla parte opposta rispetto al motore 1 , l’albero principale 7 sporge dalla scatola 9 e a questa estremità viene collegato, con l’interposizione di un opportuno riduttore 15, il motore elettrico 5. On the opposite side with respect to the motor 1, the main shaft 7 protrudes from the box 9 and the electric motor 5 is connected to this end with the interposition of a suitable reducer 15.

Il riduttore 15 è di tipo noto ad esempio costituito da una coppia di ruote dentate come in figura, oppure da una coppia conica o altro. The reducer 15 is of a known type, for example constituted by a pair of toothed wheels as shown in the figure, or by a bevel pair or other.

II funzionamento avviene come segue. Operation occurs as follows.

Quando l’imbarcazione viaggia alla velocità di crociera, si innesta la frizione 6 rendendo così solidale l’albero motore 2 all’albero principale 7 del gruppo riduttore-invertitore. When the boat travels at cruising speed, the clutch 6 is engaged thus making the crankshaft 2 integral with the main shaft 7 of the gearbox-inverter unit.

Per comandare la rotazione in un senso dell'elica, ad esempio per fare avanzare l'imbarcazione, si aziona la frizione 14 alloggiata all'interno di una delle ruote dentate 10 e 11 , ad esempio la frizione alloggiata nella ruota conica 10. To control the rotation of the propeller in one direction, for example to make the boat move forward, the clutch 14 housed inside one of the toothed wheels 10 and 11 is actuated, for example the clutch housed in the bevel gear 10.

Questa viene allora resa solidale all'albero 7 che la trascina in rotazione. Il moto viene trasmesso alla ruota 12, all'albero 13 e da questo alle eliche. Per invertire il moto, è sufficiente disinnestare la frizione contenuta nella ruota dentata 10 che potrà così ruotare liberamente rispetto all'albero 7, e rendere solidale la ruota 11 all'albero 7 tramite la rispettiva frizione. This is then made integral with the shaft 7 which drives it in rotation. The motion is transmitted to the wheel 12, to the shaft 13 and from this to the propellers. To reverse the motion, it is sufficient to disengage the clutch contained in the toothed wheel 10 which can thus rotate freely with respect to the shaft 7, and make the wheel 11 integral with the shaft 7 by means of the respective clutch.

Essendo montata in senso opposto alla ruota 10, la ruota 11 trascina in rotazione la ruota dentata 12 ma in senso opposto al precedente, invertendo così il moto dell'elica e quindi il senso di avanzamento del natante. Being mounted in the opposite direction to the wheel 10, the wheel 11 rotates the toothed wheel 12 but in the opposite direction to the previous one, thus reversing the motion of the propeller and therefore the direction of advancement of the vessel.

Quando invece si desidera far avanzare l’imbarcazione a velocità ridotta, sarà sufficiente disinnestare la frizione 6 svincolando così la trasmissione dal motore principale 1, ed azionare il motore elettrico 5 di potenza inferiore, collegato all’albero 7. On the other hand, when it is desired to move the boat forward at reduced speed, it will be sufficient to disengage the clutch 6 thus releasing the transmission from the main motor 1, and to operate the electric motor 5 of lower power, connected to the shaft 7.

Grazie quindi all’adozione del particolare gruppo riduttore /invertitore descritto è possibile, semplicemente prolungandone l’albero principale 7, collegare ad esso un secondo motore, in particolare un motore elettrico, da utilizzare per muovere l’imbarcazione a velocità differente da quella di crociera, senza la necessità di riprogettare la trasmissione o di intervenire con modifiche onerose. Therefore, thanks to the adoption of the particular reduction gear / inverter unit described, it is possible, simply by extending the main shaft 7, to connect to it a second motor, in particular an electric motor, to be used to move the boat at a speed different from the cruising speed. , without the need to redesign the transmission or to intervene with costly changes.

Inoltre, se necessario, sarà anche possibile utilizzare il motore elettrico 5 come “booster”, vale a dire come fonte di ulteriore potenza da inviare alle eliche, semplicemente facendolo funzionare assieme al motore principale 1. Furthermore, if necessary, it will also be possible to use the electric motor 5 as a "booster", that is to say as a source of additional power to be sent to the propellers, simply by making it work together with the main motor 1.

Un esperto del ramo potrà poi prevedere numerose modifiche e varianti, che dovranno però ritenersi tutte comprese neN’ambito del presente trovato. An expert in the art can then provide for numerous modifications and variations, which must however be considered all included within the scope of the present invention.

Claims

CLAIMS 1) Hybrid propulsion system for boats of the type comprising: a main engine (1) with a drive shaft (2), designed to move the boat at maximum speed; a transmission (3) connected to the crankshaft (2); a second engine (5) adapted to advance the boat at reduced speed connected to said transmission; characterized by the fact that said transmission consists of a reducer-inverter unit which has a main shaft (7), connected to the drive shaft (2) with the interposition of a clutch (6), on which a pair of coaxial and opposed bevel gear wheels (10, 11) which mesh with a 90 ° gear wheel (12), which transmits motion to the propeller, called opposed bevel gear wheels (10, 11) housing as many clutches (14 ) adapted to make one or the other of them integral with the main shaft (7), said second motor being connected to the second end of said main shaft (7).

2) Hybrid propulsion system for boats according to claim 1, characterized in that said second motor (5) is an electric motor, 3) Hybrid propulsion system for boats according to claim 2, characterized by the fact that said second motor (5) is connected to said main shaft (7) with the interposition of a reducer (15). 4) Hybrid propulsion system for boats according to any one of the preceding claims, characterized in that it provides means (6, 15) suitable for using said electric motor (5) simultaneously with the main motor (1).