ITMI20131312A1 - Veicolo terrestre con motore a combustione interna e dispositivi ausiliari - Google Patents

Veicolo terrestre con motore a combustione interna e dispositivi ausiliari

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ITMI20131312A1
ITMI20131312A1 IT001312A ITMI20131312A ITMI20131312A1 IT MI20131312 A1 ITMI20131312 A1 IT MI20131312A1 IT 001312 A IT001312 A IT 001312A IT MI20131312 A ITMI20131312 A IT MI20131312A IT MI20131312 A1 ITMI20131312 A1 IT MI20131312A1
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IT
Italy
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joint
internal combustion
combustion engine
controllable
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Inventor
Armando Barbieri
Alessandro Bernardini
Giorgio Mantovani
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Altra S P A
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K25/00Auxiliary drives
    • B60K2025/005Auxiliary drives driven by electric motors forming part of the propulsion unit
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/06Combustion engines, Gas turbines
    • B60W2510/0638Engine speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N2200/022Engine speed

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Description

5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A.
Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:
VEICOLO TERRESTRE CON MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA E DISPOSITIVI AUSILIARI
***** ***** *****
DESCRIZIONE
Campo di applicazione dell’invenzione
La presente invenzione si riferisce al campo dei veicoli terrestri dotati di motore a combustione interna dotato di un motogeneratore elettrico per produrre almeno l’energia necessaria all’avviamento del motore a combustione interna e per avviare lo stesso motore a combustione interna.
Stato della tecnica
Secondo la tecnica nota un motore a combustione interna è accoppiato a un generatore per produrre l’energia elettrica necessaria all’avviamento del motore a combustione interna ed è accoppiato anche ad un motore elettrico di avviamento. Secondo le note tecniche di gestione dello spegnimento del motore a combustione interna del motore in condizioni di intenso traffico, note con l’espressione Stop&Start, avviene che i servizi di bordo, comandati direttamente dal motore a combustione interna si arrestano con l’arresto di questo.
Si ritiene però che vi sia spazio per migliorare le configurazioni note.
Sommario dell’invenzione
Scopo della presente invenzione è quello di fornire un veicolo dotato di un sistema di avviamento del motore a combustione interna e di generazione dell’energia elettrica in relazione alle condizioni operative del veicolo in modo da 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A.
ottimizzare le funzionalità del veicolo stesso, con particolare riferimento ai servizi di bordo.
E’ oggetto della presente invenzione un veicolo conformemente alla rivendicazione 1.
La presente invenzione si riferisce non soltanto al sistema di “avviamento”/”generazione”/”gestione dei dispositivi ausiliari”, ma anche a un metodo di gestione del sistema stesso.
Le rivendicazioni formano parte integrante della presente descrizione, definendo varianti preferite dell’invenzione.
Breve descrizione delle figure
Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:
nella figura 1 è indicato uno schema di massima del sistema di trazione del veicolo oggetto della presente invenzione;
nella figura 2 sono mostrati diagrammi di flusso delle modalità operativa del sistema.
Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.
Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione
Con riferimento alla figura 1, in cui è schematizzata una implementazione preferita della presente invenzione, un motore a combustione interna MCI è provvisto di 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A.
una presa di forza PTO al quale è collegato un primo motogeneratore elettrico MG1 mediante un giunto di trasmissione comandabile J1.
La presa di forza può essere qualunque, ad esempio quella frontale, quella cioè a cui sono collegati, generalmente mediante pulegge, i dispositivi ausiliari che assorbono bassi livelli di coppia.
La presa di forza posteriore, invece, è quella a cui vengono collegati generalmente carichi rilevanti, pompe dell’olio, compressore dell’aria necessaria al controllo delle sospensioni e/o del sistema frenante e dispositivi addizioni in relazioni all’allestimento del veicolo. In questo caso la coppia/potenza assorbita dai servizi ausiliari può essere anche superiore al 50% di quella erogabile dal motore.
Col segno FSS si indicano indifferentemente sia servizi ausiliari ad alto assorbimento di coppia/potenza che a basso assorbimento di coppia/potenza. In altri termini, la configurazione qui descritta può essere realizzata sia attraverso la presa di forza frontale che posteriore del motore a combustione interna.
Il motogeneratore elettrico MG1 può essere direttamente collegato per guidare i dispositivi ausiliari di bordo oppure le succitate pompe dell’olio, per esempio attraverso un giunto fisso o comandabile (non rappresentato). Pertanto esso può avere un albero con due estremi opposti di cui almeno uno accessibile, di cui un primo estremo collegabile alla PTO del motore a combustione interna e, per esempio, un secondo estremo collegato o collegabile ai servizi ausiliari (o alle pompe dell’olio generalmente collegate alla presa di forza posteriore).
Secondo un’altra variante preferita dell’invenzione, l’albero del motogeneratore 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A.
MG1 è per un primo estremo collegato alla PTO del motore a combustione interna e per un secondo estremo ad un secondo motogeneratore elettrico MG2 mediante un secondo giunto comandabile J2.
Pertanto, l’albero del secondo motogeneratore MG2 comprende un primo estremo collegabile con l’albero del primo motogeneratore ed un secondo estremo collegato o collegabile ai servizi ausiliari. Dunque, il secondo estremo ha un giunto fisso o comandabile J3 per il collegamento ai dispositivi ausiliari di bordo.
Tra i servizi ausiliari vi possono essere, ad esempio, il compressore aria condizionata, pompa idroguida, ventilatore radiatore, pompa acqua, compressore aria, depressore, etc..
I giunti J1, J2 e J3 possono essere realizzati mediante sistemi di trasmissione del tipo cinghia/puleggia, sia mediante frizioni idrauliche o elettromagnetiche o pneumatiche, giunti a innesto idraulico o elettromagnetico o pneumatico sia mediante trasmissioni ad ingranaggi.
Una o più batterie BAT o dispositivi similari sono predisposti per immagazzinare energia elettrica e ugualmente uno o più convertitori dell’energia elettrica possono essere previsti sia per generare energia elettrica da immagazzinare, sia per guidare i motori elettrici MG1 ed MG2 usando l’energia immagazzinata.
Vengono descritti di seguito modalità di funzionamento del sistema oggetto della presente invenzione in relazione al controllo del/dei giunti e del/dei motogeneratori:
1) Modo 1.1, detto “avviamento a freddo”: con veicolo inizialmente spento e motore a combustione interna MCI inizialmente fermo,
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- i giunti J1 e J2 se presente il secondo motogeneratore MG2 è/sono chiusi o mantenuti chiusi e J3, se comandabile è aperto o mantenuto aperto, per ridurre la coppia resistente offerta al/ai motogeneratore/i
- i due motogeneratori MG1 ed MG2 (se presente anche il secondo motogeneratore MG2) sono attivati assieme come motori elettrici per avviare il motore a combustione interna;
Vale la pena chiarire che laddove si indichi che il giunto J3 è assente si intende che il giunto J3 è presente, ma fisso, cioè non comandabile. Ciò implica che quando a freddo entrambi i motori elettrici sono adoperati per avviare il motore a combustione interna, non risulta possibile scollegare i servizi di bordo.
Con riferimento alla figura 2:
- passo 111: acquisizione delle condizioni operative del veicolo, in particolare, condizione del motore MCI e temperatura, per esempio, liquido refrigerante, se il motore é spento, freddo e deve essere avviato,
- passo 112: chiusura di J1 e J2,
- passo 113: verifica se J3 é controllabile,
- se J3 é controllabile: passo 114 apertura di J3,
- altrimenti: passo 115 utilizzo di entrambi I motori MG1, MG2 come motori per avviare MCI.
2) Modo 1.2, detto “normale con motogeneratori intelligenti”: con motore a combustione interna MCI attivo,
- i giunti J1, J2, J3 sono chiusi
- i due motogeneratori MG1 ed MG2 (se presente anche il secondo 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A.
motogeneratore MG2) funzionano da generatore offrendo coppia resistente, al motore termico, variabile in funzione dei carichi elettrici attuali o anche in relazione alla coppia motrice residua del motore termico stesso oppure anche in relazione al verificarsi di una condizione di frenatura con frenomotore, realizzando una cosiddetta frenata rigenerativa. In queste condizioni operative, anche gli ausiliari sono trascinati dal motore a combustione interna proporzionalmente ai giri motore. Con riferimento alla figura 2:
- passo 121: acquisizione delle condizioni operative del veicolo, in particolare, condizione del motore MCI e temperatura, per esempio, liquido refrigerante, se il motore é avviato e, per esempio, il veicolo é in frenata,
- passo 122: chiusura di J1 e J2,
- passo 123: verifica se J3 é controllabile,
- se J3 é controllabile: passo 124 chiusura di J3,
- altrimenti: passo 125 utilizzo di entrambi I motori MG1, MG2 come generatori elettrici con controllo della coppia resistente offerta in funzione delle condizioni di funzionamento del MCI
3) Modo 2.1, detto “ausiliari elettrici”: con motore a combustione interna MCI disattivato, e veicolo (VH) é in condizioni operative (ON),
- il primo J1 giunto e/o il secondo giunto J2 è aperto o mantenuto aperto, in modo che almeno un motore elettrico possa guidare i servizi ausiliari stando disconnesso dal motore MCI: se un solo motogeneratore è presente, allora J1 è aperto e i mezzi di collegamento con i servizi sono chiusi, cioè il motore elettrico guida i servizi ausiliari; se invece due motogeneratori sono presenti J2 può essere 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A.
aperto o chiuso in relazione al fatto che il primo motogeneratore possa collaborare o meno nel trascinare i servizi ausiliari e J3, se comandabile, è chiuso per guidare i servizi ausiliari;
- il motogeneratore (MG1 se è l’unico motogeneratore o) MG2 oppure entrambi i motogeneratori sono attivi per condurre, tramite il giunto J3 ed eventualmente anche J2, gli ausiliari. Dunque, J2 è generalmente aperto a meno che la coppia resiste offerta dai servizi non è tale da richiedere l’intervento anche del primo motogeneratore MG1, in ausilio al secondo MG2.
Questa modalità operativa risulta particolarmente vantaggiosa nei veicoli dotati di funzionalità Stop & Start (S&S), ibrida o bimodale, in cui cioè un motore elettrico aiuta o sostituisce temporaneamente il motore a combustione interna, in cui i servizi ausiliari vengono disabilitati a causa dello spegnimento del motore a combustione interna per periodi più o meno lunghi.
Con riferimento alla figura 2:
- passo 211: acquisizione delle condizioni operative del veicolo, in particolare, condizione del motore MCI se il motore é spento, se il veicolo è attivo, e se é necessario il funzionamento dei servizi ausiliari,
- passo 212: apertura di J1 e J2,
- passo 213: verifica se J3 é controllabile,
- se J3 é controllabile: passo 214 chiusura di J3,
- altrimenti: passo 215 utilizzo di almeno MG2 come motore per guidare i servizi ausiliari, oppure, se la coppia richiesta é eccessiva, chiudi anche J2 ed usa entrambi i motogeneratori MG1 ed MG2 come motori per guidare i servizi ausiliari.
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4) Modo 2.2, detto “avviamento a caldo o attività ibrida minima”: il motore a combustione interna MCI é inizialmente fermo e caldo, cioè arrestato da poco tempo ed é necessario riavviarlo, oppure é acceso ed é necessario aiutarlo: funzionamento ibrido minimo:
- il primo giunto J1 chiuso, mentre il secondo giunto J2 è aperto, le condizioni del terzo giunto non rilevano, a meno che il modo 2.1 non fosse operativo, in tal caso, se il terzo giunto è comandabile, allora esso è chiuso;
- il motogeneratore MG1 tramite il primo giunto J1 provvede all’avviamento del motore a combustione interna.
Le modalità operative 2.1 e 2.2 possono essere concomitanti. Ciò implica che mentre il secondo motogeneratore MG2 continua a guidare i servizi ausiliari, il primo motogeneratore MG1 provvede all’avviamento del motore a combustione interna, pertanto J1 e J3 sono chiusi, mentre J2 è aperto.
Con riferimento alla figura 2:
- passo 221: acquisizione delle condizioni operative del veicolo, in particolare, condizione del motore MCI e temperatura, per esempio, liquido refrigerante, se il motore é spento, caldo ed é necessario avviarlo, oppure é acceso ed é necessario aiutarlo,
- passo 222: chiusura di J1 e apertura di J2,
- passo 223: utilizzo di MG1 per avviare o aiutare il motore a combustione interna MCI.
5) Modo 2.3, detto “ausiliari elettrici efficienti (smart) & motogeneratore efficiente (smart)”, con motore a combustione interna MCI acceso
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- primo giunto J1 chiuso, il secondo giunto è aperto ed il terzo J3 giunto è chiuso; - il primo motogeneratore MG1 funziona da generatore ricevendo coppia dal motore a combustione interna tramite il primo giunto J1 oppure funziona da motore aiutando il motore a combustione interna in modalità ibrida minima, mentre il secondo motogeneratore MG2 provvede a condurre tramite il terzo giunto J3 gli ausiliari a velocità indipendente dal motore a combustione interna offrendo un ottimizzato trasferimento di energia meccanica agli ausiliari che possono operare ad una velocità ottimale.
Questa modalità operativa risulta particolarmente vantaggiosa quando ad esempio, il motore a combustione interna gira a minimo ed i servizi necessitano di una velocità di rotazione maggiore. Analogamente, tale modalità operativa risulta particolarmente vantaggiosa anche quando il motore a combustione interna gira ad un numero di giri elevato ed i servizi necessitano di una velocità di rotazione minore, con conseguente risparmio di potenza utilizzata.
Il giunto J2 può essere chiuso, in queste modalità operative, solo quando la velocità di rotazione del motore a combustione interna corrisponde a detta velocità ottimale necessaria a detti dispositivi ausiliari di bordo.
Se il giunto J2 è aperto, il secondo motogeneratore funge da motore, altrimenti da generatore.
Grazie alla configurazione con due motogeneratori e con almeno i giunti J1 e J2 comandabili risulta possibile de correlare la velocità di rotazione dei servizi ausiliari rispetto alla velocità di rotazione del motore a combustione interna. In particolare, quando la velocità di rotazione del motore è ottimale per i servizi 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A.
ausiliari, allora il giunto J2 viene chiuso ed entrambi i motogeneratori funzionano da generatori.
Con riferimento alla figura 2:
- passo 231 acquisizione delle condizioni operative del veicolo, in particolare, condizione del motore MCI e la velocità di rotazione del motore,
- passo 232: chiusura di J1,
- passo 233: verifica se J3 é controllabile,
- se J3 é controllabile: passo 234 chiusura di J3,
- altrimenti: passo 235: verifica se la velocità di rotazione del motore é ottimale per i servizi ausiliari,
- se é ottimale:
- passo 236: chiusura di J2 e
- passo 237: utilizzo di MG1 e/o MG2 come motori per aiutare il motore a combustione interna o come generatori per generare energia elettrica in relazione alle condizioni operative del motore a combustione interna,
- se non é ottimale:
- passo 238: apertura di J2,
- passo 239: uso di MG2 come motore per guidare I servizi ausiliari ed MG1 come motore per aiutare il motore a combustione interna o come generatore per generare energia elettrica in relazione alle condizioni operative del motore a combustione interna.
Si può ulteriormente notare che il modo 2.3 incorpora il modo 1.2.
Le diverse modalità operative descritte sopra possono essere gestite da una delle 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A.
centraline di bordo del veicolo, quale, ad esempio, una centralina veicolare CPU, per selezionare opportunamente, la modalità 1.1 o 2.1 o 2.2. o 2.3 comandando coerentemente a quanto sopra descritto i giunti J1, J2 e J3 e il modo di funzionamento di MG1 e MG2
Preferibilmente, la medesima centralina veicolare che gestisce il sistema S&S, ibrido o bimodale è configurata per gestire le suddette modalità operative e i relativi stati del sistema.
Preferibilmente, il motogeneratore MG1 oppure i motogeneratori MG1 ed MG2 sono le uniche macchine elettriche collegate al motore a combustione interna.
Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo.
Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi. Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda. Quanto descritto nella descrizione dello stato della tecnica, se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio, deve essere considerato in combinazione con le caratteristiche della presente invenzione, formando parte integrante della presente invenzione.

Claims (12)

  1. 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A. RIVENDICAZIONI 1. Veicolo terrestre comprendente - un motore a combustione interna (MCI) provvisto di una presa di forza (PTO), - mezzi di accumulo di energia elettrica (BAT), - un primo motogeneratore elettrico (MG1) avente un albero collegato, mediante un primo giunto comandabile (J1), a detta presa di forza (PTO), e mediante ulteriori mezzi di connessione (J2, MG2, J3) a dispositivi ausiliari di bordo (FSS), - mezzi di controllo (CPU) di detto primo giunto comandabile (J1), di detto motogeneratore elettrico (MG1) e di detti mezzi di connessione(J2, MG2, J3).
  2. 2. Veicolo secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di controllo (CPU) sono configurati per gestire il motore a combustione interna in modalità Stop&Start e/o ibrida e/o bimodale e, quando il motore è in Stop, configurati per - aprire detto primo giunto (J1), - chiudere o mantenere chiusi detti ulteriori mezzi di connessione (J2, MG2, J3), - attivare detto primo motogeneratore elettrico (MG1) come motore elettrico per guidare detti dispositivi ausiliari di bordo.
  3. 3. Veicolo secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi di controllo (CPU) sono ulteriormente configurati per, preliminarmente ad un avviamento del motore a combustione interna, - chiudere detto primo giunto (J1), - opzionalmente aprire detti ulteriori mezzi di connessione(J2, MG2, J3), - attivare detto motogeneratore elettrico (MG1) come motore elettrico.
  4. 4. Veicolo secondo la rivendicazione 1, in cui detti ulteriori mezzi di connessione 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A. (J2, MG2, J3) comprendono, - un secondo giunto comandabile (J2), - un terzo giunto fisso o comandabile (J3), - un secondo motogeneratore (MG2) avente un proprio rispettivo albero .collegato a detto albero di detto primo motogeneratore (MG1) mediante detto secondo giunto comandabile, . collegato a detti dispositivi ausiliari di bordo mediante detto terzo giunto (J3).
  5. 5. Veicolo secondo la rivendicazione 4, in cui detti mezzi di controllo (CPU) sono configurati per - aprire detto secondo giunto (J2), - attivare detto secondo motogeneratore elettrico (MG2) come motore elettrico per guidare detti dispositivi ausiliari di bordo (Modo 2.1).
  6. 6. Veicolo secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detti mezzi di controllo (CPU) sono configurati per gestire il motore a combustione interna in modalità Stop&Start e/o ibrida e/o bimodale ed ulteriormente configurati per, preliminarmente ad un avviamento a caldo del motore a combustione interna, - chiudere o mantenere chiuso detto primo giunto (J1), - aprire o mantenere aperto detto secondo giunto (J2) - attivare detto primo motogeneratore elettrico (MG1) come motore elettrico (Modo 2.2).
  7. 7. Veicolo secondo le rivendicazioni 4 o 5, in cui, quando il motore a combustione interna (MCI) è attivo, detti mezzi di controllo (CPU) sono configurati per 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A. - acquisire una velocità di rotazione del motore a combustione interna e verificare se detta velocità è una velocità ottimale per detti servizi ausiliari, allora se detta velocità non è ottimale i mezzi di controllo sono configurati per - chiudere o mantenere chiusi detti primo e terzo giunto (J1,J3) se detto terzo giunto è comandabile, - aprire o mantenere aperto detto secondo giunto (J2), - comandare il primo motogeneratore (MG1) perché funzioni come motore per aiutare il motore a combustione interna (MCI) o come generatore, - comandare il secondo motogeneratore (MG2) perché funzioni come motore (Modo 2.3), se invece detta velocità del motore (MCI) è ottimale per i servizi ausiliari, allora i mezzi di controllo sono configurati per - chiudere o mantenere chiusi detti primo, secondo e terzo giunto (J1,J2,J3) se detto terzo giunto è comandabile, - comandare il primo ed il secondo motogeneratore (MG1, MG2) perché funzionino come motori per aiutare il motore a combustione interna (MCI) o come generatori (Modo 1.2).
  8. 8. Veicolo secondo la rivendicazione 4, in cui, quando il motore a combustione interna (MCI) è spento e freddo, detti mezzi di controllo (CPU) sono configurati per - chiudere o mantenere chiusi detti primo e secondo giunto (J1, J2) - opzionalmente aprire o mantenere aperto detto terzo giunto (J3), se controllabile, - comandare detti primo e secondo motogeneratore (MG1, MG2) perché funzionino come motori per avviare detto motore a combustione interna (Modo 5913PTIT Notarbartolo & Gervasi S.p.A. 1.1).
  9. 9. Veicolo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui uno di detti giunti (J1, J2, J3) è - una frizione idraulica,elettromagnetica o pneumatica e/o - un giunto idraulico elettromagnetico o pneumatico e/o - un sistema a cinghia/puleggia, e/o - una trasmissione ad ingranaggi.
  10. 10. Veicolo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui uno di detti motogeneratori (MG1) ha entrambi gli estremi del rispettivo albero accessibili, avendo un primo estremo collegato ad un giunto comandabile (J1, J2) ed un secondo estremo collegato ad un altro giunto fisso o comandabile (J2,J3).
  11. 11. Veicolo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9, in cui un primo di detti motogeneratori (MG1) ha entrambi gli estremi del rispettivo albero accessibili, avendo un primo estremo collegato ad un giunto comandabile (J1) ed un secondo estremo collegato ad un altro giunto comandabile (J2) ed un secondo motogeneratore (MG2), ha entrambi gli estremi di un rispettivo albero accessibili, avendo un primo estremo collegato a detto giunto comandabile (J2) ed un secondo estremo collegato ad un altro giunto fisso o comandabile (J3).
  12. 12. Veicolo secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detto primo motogeneratore (MG1) è collegato ad una presa di forza (PTO) frontale o posteriore del motore a combustione interna (MCI). (Fiu/lm)
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Citations (6)

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