ITRM960436A1

ITRM960436A1 - Sistema di propulsione marino a piu' velocita' con meccanismo di cam= bio automatico.

Info

Publication number: ITRM960436A1
Application number: IT96RM000436A
Authority: IT
Inventors: Brian M Leinonen; Philip T Scott; Robert F Novotny
Original assignee: Brunswick Corp
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1997-12-21
Also published as: IT1284173B1; SE9602446L; JPH09104396A; ITRM960436A0; DE19624913A1; SE509725C2; US5711742A; SE9602446D0

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "SISTEMA DI PROPULSIONE MARINO A PIU' VELOCITA' CON MECCANISMO DI CAMBIO AUTOMATICO"

DESCRIZIONE

Fondamento e sommario dell'invenzione L'invenzione è nata durante gli sforzi di·· sviluppo diretti verso il perfezionamento della prestazione complessiva di trasmissioni marine. L'invenzione è costituita da un sistema di propulsione marino a più velocità avente un meccanismo di cambio automatico.

In convenzionali trasmissioni marine ad unica velocità, un motore è collegato meccanicamente direttamente all'elica tramite una scatola ingranaggi, e la velocità dell'elica è, generalmente parlando, proporzionale alla velocità del motore. Tale trasmissione usa un'elica a pale fisse, ed è normalmente progettata per una prestazione ottimale in un campo desiderato. Per esempio, sistemi di trasmissione progettati per una velocità massima sacrificano l'accelerazione a bassa velocità, ed analogamente sistemi di trasmissione progettati per una accelerazione massima a bassa velocità sacrificano la prestazione ad alta velocità.

Si può impiegare una trasmissione a più velocità per attenuare questo problema con i sistemi di trasmissione marini ad unica velocità. Una trasmissione a più velocità con un ingranaggio di bassa velocità (per esempio 1,33:1) migliora l'accelerazione alle basse velocità, mantenendo nel contempo l'alta velocità massima mediante cambio ad un ingranaggio di alta velocità (per esempio, 1,0:1). La cavitazione dell'elica può, tuttavia, dar luogo ad una marcia a bassa velocità a causa della coppia aumentata sull'elica.

L'invenzione fornisce un sistema di propulsione marino con un meccanismo di cambio automatico a più velocità, preferibilmente una trasmissione automatica a più velocità. I problemi della cavitazione dell'elica possono venire ridotti con l'invenzione mediante l'impiego di due eliche controrotanti in quanto le due eliche forniscono un'area superficiale sufficiente a impedire la cavitazione anche a potenze elevate. Se viene usata un'unica elica, si possono ridurre i problemi della cavitazione limitando la potenza. La trasmissione automatica preferita ha almeno un ingranaggio di alta velocità e un ingranaggio di bassa velocità, e viene controllata usando un dispositivo di controllo elettronico programmabile. Il dispositivo di controllo elettronico controlla il carico e il regime di rotazione del motore, e genera un segnale di controllo che controlla il cambio della trasmissione. Può anche essere previsto un interruttore di intervento manuale per effettuare a mano, con esclusione del meccanismo automatico, il cambio di marcia della trasmissione. Il dispositivo di controllo elettronico ha preferibilmente una matrice di parametri di cambio memorizzata in una memoria per confrontare dati di regime di rotazione del motore e di carico del motore onde generare il segnale di controllo.

Breve descrizione del disegno

La figura 1 è un disegno schematico che mostra un sistema di propulsione marino a più velocità con un meccanismo automatico di cambio secondo l'invenzione.

Descrizione battagliata dalla realizzazione preferita

La figura 1 mostra un sistema di propulsione marino a più velocità 10 avente un motore 12, una unità di trasmissione 14 e un cambio automatico 16 che è la realizzazione preferita dell'invenzione. Il sistema di propulsione 10 mostrato nella figura 1 è un sistema entrobordo/fuoribordo di trasmissione poppiera.

Il motore 12 è situato all'interno dell'imbarcazione. Supporti di motore 18 fissano il motore 12 all'imbarcazione. Il motore 12 può essere un motore a gas quale un General Motors 5,7 litri V-8, o un motore diesel quale un VM 4,2 litri. Il motore 12 fornisce la potenza tramite un albero a gomiti rotante ad un regime di giri del motore.

Il meccanismo di cambio preferito è un cambio automatico 16, preferibilmente un cambio a due velocità, sebbene possano venire usati nello spirito dell'invenzione altri tipi di meccanismi di cambio. Il cambio automatico 16 riceve la potenza dall'albero a gomiti del motore, tramite qualche tipo di dispositivo di smorzamento di torsione, ed eroga potenza ad un albero di entrata 20 dell'unità di trasmissione 14. L'albero di entrata 20 si estende attraverso o è accoppiato attraverso uno specchio di poppa 22 dell'imbarcazione. Una scatola ingranaggi 24 è montata all'esterno dello specchio di poppa 22. La scatola ingranaggi 24 ruota orizzontalmente e verticalmente per adattarsi ad un giunto universale collegato all'albero di entrata 20. Ingranaggi e alberi di trasmissione nella scatola ingranaggi 24 trasmettono la potenza dall'albero di entrata 20 agli alberi delle eliche controrotanti concentriche situate in un involucro a siluro 26 della scatola ingranaggi 24. Nell'involucro a siluro 26, la scatola ingranaggi 24 ha ingranaggi verso prua e verso poppa per azionare contemporaneamente gli alberi delle eliche controrotanti. Gli alberi delle eliche controrotanti trasmettono la potenza dell'albero motore ad eliche controrotanti 30 e 32. Le eliche controrotanti 30 e 32 fanno muovere l'imbarcazione. Le eliche 30 e 32 sono innestate oppostamente così che la rotazione di ciascuna elica fornisce una spinta in avanti all'imbarcazione. I brevetti U.S. N. 5.230.644; 5.009.621; 5.344.349; 4.932.907 e 4.887.983 si riferiscono a trasmissioni marine con due eliche controrotanti e sono qui incorporati per riferimento. Sono preferite le due eliche controrotanti 30 e 32, ma l'invenzione contempla anche l'uso di una singola elica per far muovere l'imbarcazione. Il rotismo nella scatola ingranaggi 24 è normalmente nel campo di 1,36:1 fino 2,2:1, il che significa che ciascuna elica fa proporzionalmente un numero minore di giri dell'albero di entrata 20 durante un dato periodo di tempo. Un complesso a innesto di cambio situato nella parte superiore 2Θ della scatola ingranaggi 24 fa ruotare l'albero di trasmissione nella scatola ingranaggi 24 in una direzione di marcia avanti, in una direzione di marcia indietro, o rimane in posizione folle come è descritto nei brevetti incorporati citati. In alternativa, il complesso ad innesto di cambio può essere situato all'interno del cambio automatico 16 o di qualche altro meccanismo di cambio automatico.

Se il motore 12 è un motore a benzina, il rapporto di trasmissione preferito per l'ingranaggio di alta velocità nel cambio 16 è 1:1, ed il rapporto di trasmissione preferito per l'ingranaggio di bassa velocità è 4:3. L'ingranaggio di bassa velocità fornisce una accelerazione migliorata a basse velocità. Ciò migliora la prestazione di marcia, ma può anche consentire ad imbarcazioni insufficientemente motorizzate di planare più velocemente e consentire a sciatori su acqua di alzarsi in maniera più rapida. L'accelerazione viene migliorata a basse velocità usando l'ingranaggio di bassa velocità poiché il regime di giri del motore 12 viene fatto salire più rapidamente in regioni in cui il motore 12 sarà atto a conseguire una prestazione ottimale. L'ingranaggio di bassa velocità nel cambio 16 può essere anche utile per operazioni a bassa velocità quali pesca con la lenza o attracco. L'ingranaggio di bassa velocità consente velocità al minimo più basse e consente inoltre un controllo migliore dell'imbarcazione per manovre di attracco ed un migliore controllo delle velocità per la pesca con la lenza che può eliminare la necessità di dispositivi a freno di controllo o simili.

Se il motore 12 è un motore diesel, il rapporto di trasmissione preferito per l'ingranaggio di bassa velocità nel cambio è 1:1, e il rapporto di trasmissione preferito per l'ingranaggio di alta velocità è 3:4. L'ingranaggio di alta velocità di 3:4 per un motore diesel 12 è un ingranaggio di overdrive che consente all'unità di trasmissione 14 di funzionare nei campi appropriati di coppia e di giri al minuto (RPM) per i modelli convenzionali di unità di trasmissione 14, migliorando così la durata.

Il cambio automatico 16 riceve potenza dall'albero a gomiti del motore tramite qualche tipo di dispositivo di smorzamento di torsione, e trasmette tale potenza all'albero di entrata 20 dell'unità di trasmissione 14 tramite l'ingranaggio di alta velocità o l'ingranaggio di bassa velocità. Il cambio automatico 16 ha preferibilmente un meccanismo elettronico di cambio quale un solenoide per il cambio di marcia del cambio o simile. Il meccanismo elettronico di cambio riceve un segnale di controllo che viene trasmesso attraverso la linea 34 da un dispositivo di controllo elettronico 36. Il segnale di controllo nella linea 34 può assumere molte forme, ma una forma potrebbe essere un segnale di 12 volt nella linea 34 al solenoide di cambio di marcia per attuare e mantenere un cambio di marcia da un ingranaggio a un altro ingranaggio (per esempio dall'ingranaggio di bassa velocità a quello di alta velocità, o dall'ingranaggio di alta velocità a quello di bassa velocità) . Il segnale di 12 volt viene controllato preferibilmente dal dispositivo di controllo elettronico 36. Può anche essere previsto un interruttore di intervento manuale 42 con esclusione del meccanismo automatico. L'attivazione dell'interruttore di intervento manuale 42 con esclusione del meccanismo automatico può tenere il cambio 16 nella marcia a bassa velocità o ad alta velocità indipendentemente dal segnale di controllo dal dispositivo di controllo elettronico 36.

Il dispositivo di controllo elettronico 36 è preferibilmente un dispositivo di controllo logico programmabile che controlla uno o più dei parametri del motore e genera il segnale di controllo in risposta al monitoraggio. Nel sistema preferito 10, il dispositivo di controllo elettronico 36 riceve un segnale di RPM nella linea 38 che è proporzionale al regime dei giri dell'albero a gomiti del motore 12. Il dispositivo di controllo elettronico 36 riceve anche preferibilmente un segnale di carico del motore nella linea 40 che è proporzionale al carico del motore 12. Un metodo particolarmente efficace per controllare il carico del motore è di controllare la pressione dell'aria nel collettore del motore usando un trasduttore di pressione per misurare la depressione nel collettore di aspirazione. Se viene usata la pressione dell'aria nel collettore per controllare il carico del motore, il segnale di carico del motore sarebbe un segnale di depressione nel collettore (MVS) che è proporzionale alla pressione dell'aria nel collettore del motore. Un metodo alternativo per controllare il carico del motore è di controllare la posizione della valvola a farfalla usando un sensore di posizione di valvola a farfalla. Se viene usato il segnale di posizione di valvola a farfalla per controllare il carico del motore, il segnale di carico è proporzionale alla posizione della valvola a farfalla.

In generale, il dispositivo di controllo elettronico 36 dovrebbe generare un segnale di controllo per spostare il cambio 16 all'ingranaggio di alta velocità quando sia il regime di giri del motore che il carico del motore sono relativamente alti. Si preferisce che il regime dei giri del motore nel punto di cambio di marcia aumenti quando aumenta il carico del motore. Il dispositivo di controllo elettronico 36 del cambio dovrebbe generare un segnale di controllo nella linea 34 per spostare il cambio 16 all'ingranaggio di bassa velocità per un funzionamento a bassa velocità, cioè quando sia il regime dei giri del motore che il carico del motore sono relativamente bassi. Si preferisce che il punto di cambio di marcia all'ingranaggio di bassa velocità sia sostanzialmente minore del punto di cambio di marcia all'ingranaggio di alta velocità. Inoltre può essere desiderabile che il dispositivo di controllo elettronico 36 generi un segnale di controllo nella linea 34 in modo da spostare il cambio 16 all'ingranaggio di bassa velocità per una rapida accelerazione quando il regime dei giri del motore è in un campo medio ma il carico del motore è alto. Ciò è utile per una accelerazione migliorata nel campo medio. In tale modo, sarebbe preferibile che il dispositivo di controllo elettronico 36 generi un altro segnale di controllo per spostare il cambio 16 all'ingranaggio di alta velocità dopo che è stata raggiunta una accelerazione sufficiente.

In un sistema 10 avente un motore a benzina 12 in cui viene usata la pressione dell'aria nel collettore per controllare il carico del motore, il dispositivo di controllo elettronico 36 può usare un algoritmo di controllo per generare segnali di controllo in risposta al segnale di RPM e al segnale di carico del motore. In alternativa, il dispositivo di controllo elettronico 36 può memorizzare in una memoria una matrice di parametri di cambio come quella mostrata nella tabella 1.

Matrice di parametri di cambio 1. Cambio a ingranaggio di alta velocità se RPM >2000 e MVS è tra 35 e 47

2 . Cambio a ingranaggio di alta velocità se RMP >2600 e MVS è tra 48 e 60

3 . Cambio a ingranaggio di alta velocità se RPM >3200 e MVS è tra 61 e 73

4. Cambio a ingranaggio di alta velocità se RPM >3900 e MVS è tra 74 e 86

5. Cambio a ingranaggio di alta velocità se RPM >4600 e MVS è tra 87 e 89

6 . Cambio a ingranaggio di bassa velocità se RPM <1800 e MVS è tra 1 e 34

7. Cambio a ingranaggio di bassa velocità se RPM <2500 e MVS è tra 80 e 99

Il dispositivo di controllo elettronico 36 immette il segnale di RPM nella linea 38 e il segnale di depressione nel collettore nella linea 40 dal motore 12. Il segnale di RPM si ottiene preferibilmente da un sistema elettronico di accensione per il motore 12, tuttavia si possono usare altri dispositivi per misurare il regime dei giri del motore 12. In un motore diesel, il regime dei giri del motore viene misurato tipicamente mediante un sensore di RPM avente un pick-up magnetico. La matrice di parametri di cambio nella tabella 1 usa preferibilmente il regime effettivo dei giri del motore 12 in RPM. Il segnale di depressione nel collettore nella linea 40 viene generato preferibilmente mediante un sensore di pressione di aria nel collettore di aspirazione quale un trasduttore di pressione che è in comunicazione di fluido con il collettore di aspirazione del motore. Il segnale di depressione nel collettore nella linea 40 entra nel dispositivo di controllo elettronico 36 come un segnale di 0 fino 5 volt e viene convertito ad una scala numerica da 1 a 99 per gli scopi della matrice di parametri di cambio nella tabella 1. La matrice di parametri di cambio nella tabella 1 viene memorizzata in una memoria nel dispositivo di controllo elettronico 36. Se i valori del segnale di RPM nella linea 38 e del segnale di depressione nel collettore nella linea 40 corrispondono ai valori nella matrice di parametri di cambio nella tabella 1, il dispositivo di controllo elettronico 36 genererà un segnale di controllo nella linea 34 per cambiare la marcia del cambio automatico 16.

I parametri 1-7 nella matrice dei parametri di cambio della tabella 1 vengono scelti preferibilmente in modo da aumentare la prestazione, l'accelerazione e la capacità di trasmissione complessiva. I parametri 1-5 sono per cambiare marcia dall'ingranaggio di bassa velocità a quello di alta velocità durante l'accelerazione. Se la valvola a farfalla nel motore 12 viene impiegata lentamente, il cambio 16 si sposta dall'ingranaggio di bassa velocità a quello di alta velocità ad un regime minore di giri del motore rispetto al caso in cui la valvola a farfalla nel motore 12 sia stata impiegata rapidamente. Il parametro 6 è per cambiare dall'ingranaggio di alta velocità all'ingranaggio di bassa velocità durante la decelerazione. Cioè, quando il regime dei giri del motore e il carico diminuiscono in un funzionamento a bassa velocità o all'arresto, il cambio 16 si sposta dall'ingranaggio di alta velocità all'ingranaggio di bassa velocità. Il parametro 7 nella tabella 1 può essere riferito come un modo di passaggio in cui il cambio 16 si sposterà dall'ingranaggio di alta velocità all'ingranaggio di bassa velocità fornendo una rapida accelerazione anche a carichi elevati del motore se il regime dei giri del motore non è troppo alto. Dopo che è stato effettuato il cambio di passaggio all'ingranaggio di bassa velocità, il dispositivo di controllo elettronico 36 dovrebbe usare i parametri di cambio 1-5 per riportare il cambio all'ingranaggio di alta velocità.

Benché la realizzazione preferita dell'invenzione sia stata illustrata con riguardo ad un sistema di propulsione marino entrobordo/fuoribordo 10, va notato che il meccanismo di cambio automatico a più velocità qui descritto non è limitato all'impiego su sistemi entrobordo/fuoribordo. Tale meccanismo di cambio automatico a più velocità può venire adattato agevolmente a sistemi di propulsione marini entrobordo o sistemi di propulsione fuoribordo. Come su menzionato, l'invenzione non è inoltre limitata a sistemi in cui il meccanismo di cambio automatico a più velocità è una trasmissione a più velocità. Nè l'invenzione è limita a sistemi aventi due eliche controrotanti.

Va riconosciuto che sono possibili vari equivalenti, alternative e modifiche che dovrebbero essere considerate rientranti nel campo delle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1.Sistema di propulsione marino comprendente: un motore che fornisce potenza tramite un albero a gomiti rotante ad un regime di giri del motore; un meccanismo di cambio, avente almeno un ingranaggio di alta velocità e un ingranaggio di bassa densità, che riceve potenza dall'albero a gomiti del motore e trasmette potenza per azionare almeno un'elica per far muovere un'imbarcazione ; un dispositivo di controllo elettronico che pone in entrata un segnale di RPM che è proporzionale al regime dei giri del motore e uno o più segnali di carico del motore che danno un'indicazione del carico del motore, e pone in uscita un segnale di controllo per controllare il cambio di marcia del meccanismo di cambio.
2. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di controllo elettronico ha una matrice di parametri di cambio, ed il segnale di controllo viene generato in risposta al segnale di RPM e ad uno o più segnali di carico del motore secondo la matrice di parametri di cambio.
3. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di controllo elettronico impiega un algoritmo di controllo per generare il segnale di controllo in risposta al segnale di RPM e a uno o più segnali di carico del motore.
4 . Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di controllo elettronico genera il segnale di controllo per spostare il meccanismo di cambio all'ingranaggio di alta velocità in corrispondenza di un regime di giri del motore di punto di cambio che aumenta quando aumenta il carico del motore.
5. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 4, in cui il dispositivo di controllo elettronico genera inoltre il segnale di controllo in modo da spostare il meccanismo di cambio all'ingranaggio di bassa velocità per una accelerazione quando il carico del motore è alto, e il regime di giri del motore è sostanzialmente minore del regime di giri del motore nel punto di cambio.
6. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione l, in cui il dispositivo di controllo elettronico genera il segnale di controllo per spostare il meccanismo di cambio all'ingranaggio di bassa velocità quando il regime di giri del motore è basso.
7. Sistema di propulsione marino secondo al rivendicazione 1 in cui il segnale di RPM viene generato da un sistema elettronico di accensione del motore.
8. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 1, in cui il motore è un motore diesel, e il segnale di RPM viene generato da un sensore di RPM avente un pick-up magnetico.
9. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 1, in cui uno dei segnali di carico del motore è un segnale di depressione nel collettore che è proporzionale alla pressione dell'aria in un collettore del motore.
10. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 1, in cui uno dei segnali di carico del motore è un segnale di posizione di valvola a farfalla che è proporzionale alla posizione di una valvola a farfalla del motore.
11. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 1, in cui il meccanismo di cambio produce potenza per azionare almeno due eliche controrotanti .
12. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un interruttore di intervento manuale che può escludere il segnale di controllo dal dispositivo di controllo elettronico per controllare il cambio di marcia del meccanismo di cambio.
13 . Sistema di propulsione marino comprendente : un motore che fornisce potenza tramite un albero a gomiti rotante ad un regime di giri del motore; una unità di trasmissione che riceve potenza tramite l'albero di trasmissione di entrata e trasmette la potenza ad almeno un'elica che fa muovere una imbarcazione; un cambio, avente almeno un ingranaggio di alta velocità e un ingranaggio di bassa velocità, che riceve potenza dall'albero a gomiti del motore e trasmette potenza all'albero di entrata dell'unità di trasmissione; e un dispositivo di controllo elettronico che riceve un segnale di RPM che è proporzionale al regime di giri del motore e uno o più segnali di carico del motore che danno un'indicazione del carico del motore, e emette un segnale di controllo per controllare il cambio di marcia del cambio, in cui il segnale di controllo viene generato in risposta al segnale di RPM e a uno o più segnali di carico del motore.
14 . Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 13, in cui il dispositivo di controllo elettronico ha una matrice di parametri di cambio ed il segnale di controllo viene generato in risposta al segnale di RPM e ad uno o più segnali di carico del motore secondo la matrice di parametri di cambio.
15. Sistema di propulsione marino secondo al rivendicazione 13, in cui l'unità di trasmissione è una unità di trasmissione poppiera avente un ingranaggio di marcia avanti, un ingranaggio di folle, ed un ingranaggio di marcia indietro.
16. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 15, in cui l'ingranaggio di bassa velocità nel cambio ha un rapporto di trasmissione di circa 4:3 e l'ingranaggio di alta velocità nel cambio ha un rapporto di trasmissione di circa 1:1.
17. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 13, in cui il cambiò può venire spostato in marcia avanti, folle e marcia indietro.
18. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 13, in cui il motore è un motore diesel e l'ingranaggio di bassa velocità nel cambio ha un rapporto di trasmissione di circa 1:1 e l'ingranaggio di alta velocità nel cambio è un ingranaggio di overdrive con un rapporto di trasmissione di circa 3:4.
19. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 13, in cui il segnale di carico del motore è un segnale di depressione nel collettore che è proporzionale alla pressione dell'aria in un collettore del motore.
20. Sistema di propulsione marino secondo la rivendicazione 13, in cui l'unità di trasmissione trasmette potenza ad almeno due eliche controrotanti che fanno muovere l'imbarcazione.