CH699712A2 - Sistema di trasmissione per veicoli a motore. - Google Patents

Abstract

Un sistema di trasmissione per veicoli a motore e in particolare per autoveicoli, in cui le ruote motrici comprendono una corona dentata (3) che si sviluppa sul diametro interno, e il moto viene trasmesso a ciascuna ruota motrice tramite un pignone (4) in ingranamento su detta corona dentata (3).

Description

  Campo dell'invenzione

  

[0001]    L'invenzione riguarda un sistema di trasmissione per veicoli a motore, in particolare per autoveicoli. L'invenzione è applicabile a veicoli a due e a quattro ruote, ed è vantaggiosa sia in veicoli leggeri come per esempio automobili, che in veicoli pesanti.

Arte nota

  

[0002]    Nell'arte nota, il sistema di trasmissione di un veicolo a motore, e in particolare di un'automobile, segue sempre uno schema predefinito.

  

[0003]    Facendo riferimento, per semplicità, ad un autoveicolo a due ruote motrici e trazione posteriore, lo schema è il seguente: il motore trascina, tramite una frizione, un cambio manuale o automatico, che permette di variare il rapporto di trasmissione; a valle del cambio vi sono un albero di trasmissione e un differenziale; all'uscita del differenziale vi sono due semiassi che collegano il differenziale stesso alle ruote motrici. Nei veicoli a trazione anteriore non è necessario l'albero di trasmissione, ma lo schema sostanzialmente è il medesimo e prevede, nell'ordine: motore, cambio, differenziale (se presente), e ruote motrici. Ne consegue che le ruote motrici sono trascinate da un albero o semiasse che gira alla velocità imposta dal cambio ed eventualmente dal rapporto al ponte del differenziale.

  

[0004]    Nei motocicli la trasmissione è generalmente a catena o in alcuni casi a cardano, ma sostanzialmente segue lo schema motore-cambio-ruota motrice.

  

[0005]    Vi è un interesse sempre crescente a cercare di migliorare l'efficienza e soprattutto a ridurre i consumi di carburante degli autoveicoli, sia per i noti problemi di inquinamento, sia per l'elevato costo dei carburanti.

  

[0006]    Negli ultimi anni, sono state proposte varie e numerose soluzioni tecniche a questo scopo tra cui la sovralimentazione con turbocompressore, specialmente per i motori diesel, l'adozione di sistemi di alimentazione sempre più complessi e, più recentemente, la realizzazione di veicoli ibridi mossi da un motore termico e da un motore elettrico, oppure veicoli a idrogeno. Tali soluzioni, però, non soddisfano pienamente soprattutto perché comportano una complicazione ed un costo sempre più elevati. Inoltre si rivelano applicabili solo a certe tipologie di veicoli, come ad esempio vetture di categoria medio-alta, mentre non sono assolutamente applicabili ad esempio ai veicoli commerciali e/o pesanti.

  

[0007]    Esistono anche veicoli mossi unicamente da un motore elettrico, i quali però trovano scarsa diffusione a causa delle prestazioni e dell'autonomia limitate, e dei costi troppo alti.

  

[0008]    Per quanto riguarda la trasmissione, si assiste ad una diffusione sempre maggiore dei cambi automatici. E' noto che i cambi automatici tradizionali, con convertitore di coppia, penalizzano il rendimento e comportano un certo aumento dei consumi; di conseguenza si diffondono sempre più i cambi robotizzati e a variazione continua, che tuttavia hanno un certo costo e generalmente non migliorano i consumi, se non in modo trascurabile, rispetto ad un cambio manuale. Tutti i sistemi di trasmissione, sia manuale che automatica, restano comunque fedeli allo schema che è stato descritto più sopra.

Sommario dell'invenzione

  

[0009]    Il problema alla base dell'invenzione è di fornire un sistema costruttivamente semplice ma efficace per migliorare il rendimento, aumentare le prestazioni e ridurre i consumi dei veicoli e autoveicoli a motore.

  

[0010]    L'idea alla base dell'invenzione consiste nel modificare lo schema del sistema di trasmissione, rispetto a quello noto che accomuna sostanzialmente tutti i veicoli attualmente in produzione.

  

[0011]    Il problema è risolto da un sistema di trasmissione per un veicolo a motore, il veicolo comprendente almeno una ruota motrice, detto sistema essendo caratterizzato dal fatto di comprendere una corona dentata sul diametro interno di detta ruota motrice, e almeno un pignone motore in ingranamento su detta corona dentata.

  

[0012]    L'invenzione è applicabile a veicoli di qualsiasi tipo, sia motocicli che autoveicoli leggeri o pesanti. In veicoli aventi una pluralità di ruote motrici, ciascuna ruota motrice è dotata di corona dentata sul diametro interno e di un rispettivo pignone di azionamento.

  

[0013]    In un'applicazione preferita ad un autoveicolo a due ruote motrici, il sistema di trasmissione secondo l'invenzione comprende essenzialmente un cambio di velocità, un differenziale, due semiassi all'uscita dei differenziale; ciascun semiasse è solidale ad un pignone in ingranamento con la corona dentata interna di una rispettiva ruota motrice. Similmente l'invenzione trova applicazione nei veicoli a 4 ruote motrici, con un accoppiamento pignone-corona per ciascuna ruota.

  

[0014]    Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, è provvisto un sistema di sovralimentazione e/o recupero dell'energia cinetica in frenata, azionato da almeno uno dei semiassi. In una realizzazione preferita, detto sistema comprende almeno un compressore d'aria, che accumula aria compressa in un apposito serbatoio, e detta aria compressa è utilizzata per la sovralimentazione del motore. In un'altra realizzazione, il sistema di recupero comprende un alternatore che fornisce energia elettrica ad una batteria; detta energia elettrica può essere utilizzata per gli ausiliari di bordo o per la trazione, disponendo anche di un motore elettrico.

  

[0015]    Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, ai semiassi può essere associato l'impianto frenante dell'autoveicolo, per esempio con dischi frenanti associati direttamente ai semiassi.

  

[0016]    Un vantaggio dell'invenzione consiste nel fatto che il punto di trazione è spostato dal centro delle ruote motrici al margine della ruota stessa, dove avviene l'ingranamento tra il pignone e la corona dentata interna. Il richiedente ha trovato che tale spostamento del punto di trazione è vantaggioso perché diminuisce la coppia richiesta per la trazione e migliora il rendimento di trasmissione. Detto cambio del punto di trazione aumenta la spinta ottenibile a parità di potenza disponibile del motore, con tutti i vantaggi che ne conseguono: possibilità di adottare motori più piccoli e meno inquinanti, a parità di prestazioni, possibilità più ampie di applicazione per i motori elettrici.

  

[0017]    Un altro vantaggio è dato dal fatto che tra il pignone e la corona dentata interna alla ruota motrice vi è una forte demoltiplicazione, tipicamente almeno 10:1. Ne deriva che possono essere utilizzati cambi più semplici e meno costosi, a soli 3 o 4 rapporti invece dei 5-6 rapporti dei cambi attuali.

  

[0018]    Inoltre, per effetto di detta demoltiplicazione, i semiassi girano a velocità molto più elevata che nell'arte nota; ciò favorisce il recupero dell'energia cinetica nei modi che sono stati più sopra descritti. In particolare, nell'arte nota i semiassi delle ruote girano alla stessa velocità delle ruote, poiché si trovano a valle del cambio e del differenziale; tale velocità in genere è insufficiente per trascinare direttamente un compressore d'aria o un alternatore per il recupero energetico. Grazie all'invenzione, invece, i semiassi ruotano a velocità più elevata, dell'ordine di 5.000 giri/min per una media velocità di avanzamento del veicolo, essendovi più a valle la demoltiplicazione tra pignone e corona dentata, e possono utilmente azionare un sistema di sovralimentazione e/o recupero di energia come quelli sopra menzionati.

   Il vantaggio è che si ottiene un recupero energetico efficiente con interventi relativamente semplici alla meccanica, senza modificare il motore o gli organi di trasmissione più a monte.

  

[0019]    La velocità più elevata dei semiassi consente anche di sfruttare più efficacemente i semiassi stessi per la frenatura. Sono noti infatti veicoli con freni a disco entrobordo, cioè montati sui semiassi, ma tale accorgimento sinora si è rivelato poco efficace e non ha trovato larga applicazione. Grazie all'invenzione, la coppia di frenatura richiesta sui semiassi è inferiore, a causa della loro elevata velocità, e quindi la frenatura può essere più efficace e si possono usare dischi e pinze freno più piccoli ed economici, a parità di effetto frenante. Montando i dischi freno e relative pinze in corrispondenza dei semiassi, anziché all'interno delle ruote, si riducono le masse non sospese a vantaggio della tenuta di strada.

  

[0020]    Le caratteristiche e i vantaggi dell'invenzione saranno più chiari con la descrizione dettagliata seguente e con l'ausilio delle annesse figure.

Breve descrizione delle figure

  

[0021]    
<tb>La fig. 1 <sep>mostra schematicamente una ruota motrice di un autoveicolo, azionata in accordo all'invenzione.


  <tb>La fig. 2 <sep>mostra lo schema di trasmissione di un autoveicolo a motore anteriore e trazione posteriore, dotato di un sistema di trasmissione realizzato secondo una versione preferita dell'invenzione.

Descrizione dettagliata di un modo di realizzazione preferito

  

[0022]    In fig. 1 è mostrata schematicamente una ruota motrice 1 di un veicolo a motore, che monta un pneumatico 2 su una opportuna carcassa portante. La ruota 1 è munita di una corona dentata 3 che si sviluppa su tutto il diametro interno della ruota 1 medesima, ed è ingranata da un pignone motore 4. Detto pignone 4, nell'uso, è posto in rotazione dal motore del veicolo, attraverso una opportuna trasmissione comprendente ad esempio una frizione e un cambio di velocità. La ruota 1 è supportata da un asse centrale o mozzo nel punto indicato con 5.

  

[0023]    Per uso automobilistico, il pignone 4 può avere un diametro di ca. 35-40 mm. Considerando per la ruota 1 un diametro esterno di ca. 600 mm (compreso il pneumatico) e un diametro della corona dentata 3 di ca. 400 mm, ciò equivale ad un rapporto di trasmissione di circa 10:1 o 11:1. Si comprende quindi che tra pignone 4 e corona 3 vi è una forte demoltiplicazione.

  

[0024]    Dalla fig. 1 si nota inoltre come, nell'invenzione, il punto di trazione sia decentrato, passando dall'asse per il punto 5, come avviene nell'arte nota, al punto di ingranamento tra pignone 4 e corona 3, che invece si trova prossimo alla circonferenza esterna della ruota stessa, a contatto con il terreno.

  

[0025]    Lo schema di una applicazione preferita è mostrato in fig. 2. Un autoveicolo a trazione posteriore comprende un motore 10 a combustione interna ed un sistema di trasmissione comprendente un cambio 11 e un differenziale 12. Da detto differenziale 12 escono due semiassi 13 che azionano le ruote motrici 14, rispettivamente destra e sinistra, tramite un accoppiamento pignone-corona del tipo di fig. 1. In pratica, ciascuna delle ruote 14 presenta una corona dentata interna 3 ingranata da un pignone 4 (fig. 1), quest'ultimo solidale al rispettivo semiasse 13.

  

[0026]    In accordo ad aspetti ulteriormente preferiti dell'invenzione, i suddetti semiassi 13 azionano ciascuno un compressore 20, che di preferenza è calettato direttamente sul semiasse. I compressori 20 forniscono aria compressa ad un serbatoio 21, e l'aria compressa, tramite una lìnea 22, viene utilizzata per la sovralimentazione del motore 10. I compressori 20 possono essere connessi selettivamente in fase di rilascio e/o frenata, per esempio con una frizione automatica, in modo da recuperare l'energia cinetica del veicolo.

  

[0027]    Il descritto sistema di sovralimentazione è più vantaggioso dei noti turbocompressori azionati dai gas di scarico, che come noto sono affetti da ritardo di risposta e inoltre non consentono un recupero energetico, ma anzi aumentano in genere i consumi.

  

[0028]    È mostrata anche una puleggia 23, calettata su uno dei semiassi, che può essere usata per azionare un alternatore e fornire energia elettrica ai sistemi di bordo o ad un pacco di batterie. Tale sistema può essere previsto in combinazione, o in alternativa, rispetto ai compressori d'aria 20, e consente un ulteriore recupero dell'energia cinetica in frenata.

  

[0029]    Il veicolo quindi può essere equipaggiato con una motorizzazione ibrida, che comprende il motore termico 10 ed un ulteriore motore elettrico (non mostrato); detto motore elettrico essendo azionato da batterie caricate tramite un alternatore trascinato dalla puleggia 23.

  

[0030]    Ai semiassi 13 sono inoltre associati freni a disco 24, di tipo in sé noto, per la frenatura delle ruote 14.

  

[0031]    Il funzionamento è il seguente. Nell'uso, il motore 10, nell'esempio un motore a combustione interna benzina o diesel, trascina il cambio 11 e il differenziale 12. All'uscita del differenziale 12, i semiassi 13 girano ad una velocità dipendente dal regime del motore e dalla marcia inserita, ma comunque più elevata che nei veicoli tradizionali. Ciascuno dei semiassi 13 infatti aziona la rispettiva ruota 14 tramite un pignone che ingrana una corona dentata interna alla ruota, con un accoppiamento analogo a quello tra pignone 4 e corona 3 di fig. 1. Il rapporto di riduzione tra semiasse 13 e ruota 14 pertanto è dell'ordine di 10:1 o anche superiore.

  

[0032]    I compressori 20 alimentano aria compressa al serbatoio 21, e l'aria compressa tramite la condotta 22 viene utilizzata per sovralimentare il motore 10, cioè immessa nei cilindri durante la fase di aspirazione. Se presente, l'alternatore 23 può essere utilizzato per recuperare energia sotto forma di energia elettrica, in particolare in frenata. Se il veicolo ne è dotato, l'energia elettrica recuperata in frenata può essere poi utilizzata per alimentare un motore elettrico (trazione ibrida).

  

[0033]    Si deve notare che il descritto sistema di trasmissione non è limitato all'utilizzo con motori termici, ma può essere utilmente impiegato anche in veicoli elettrici. Esso inoltre è suscettibile di impiego anche in motocicli nonché in veicoli pesanti, come furgoni e camion.

Claims (9)

1. Sistema di trasmissione per un veicolo a motore, il veicolo comprendente almeno una ruota motrice (1), detto sistema essendo caratterizzato dal fatto di comprendere una corona dentata (3) sul diametro interno di detta ruota motrice (1), e almeno un pignone motore (4) in ingranamento su detta corona dentata (3).

2. Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere una corona dentata sul diametro interno di ciascuna ruota motrice di detto veicolo, e un rispettivo pignone motore per ciascuna delle ruote motrici.

3. Sistema secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di comprendere un cambio (11) e un differenziale (12), in cui da detto differenziale (12) escono due semiassi (13) che azionano due rispettive ruote motrici (14), destra e sinistra, tramite un accoppiamento pignone-corona in cui ciascuna di dette ruote (14) presenta una corona dentata interna (3) ingranata da un pignone (4) solidale al rispettivo semiasse (13).

4. Sistema di trasmissione secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto di comprendere un apparato di sovralimentazione e/o recupero dell'energia cinetica in frenata, azionato da almeno uno dei semiassi (13).

5. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui detto apparato comprende almeno un compressore (20) che fornisce aria compressa di sovralimentazione.

6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui una coppia di semiassi (13) azionano ciascuno un compressore (20), che di preferenza è calettato direttamente sul rispettivo semiasse; detti compressori forniscono aria compressa ad un serbatoio (21), e l'aria compressa, tramite una linea (22), viene utilizzata per la sovralimentazione di un motore termico (10).

7. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui detto apparato comprende almeno una puleggia (23) per azionare un alternatore e fornire energia elettrica.

8. Sistema secondo la rivendicazione 7, in cui l'energia elettrica è recuperata in frenata e utilizzata per alimentare un motore elettrico di trazione.

9. Veicolo, in particolare motoveicolo o autoveicolo leggero o pesante, comprendente almeno un motore (10) elettrico o termico, e un sistema di trasmissione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.