ITBO20090073A1

ITBO20090073A1 - HYBRID VEHICLE WITH PNEUMATIC BRAKE SERVO

Info

Publication number: ITBO20090073A1
Application number: IT000073A
Authority: IT
Inventors: Fabrizio Favaretto
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-14

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: of the patent for Industrial Invention entitled:

“VEICOLO IBRIDO CON SERVOFRENO PNEUMATICO” "HYBRID VEHICLE WITH PNEUMATIC POWER BRAKE"

SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR

La presente invenzione è relativa ad un veicolo ibrido. The present invention relates to a hybrid vehicle.

ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART

Un veicolo ibrido comprende un motore termico a combustione a combustione interna, il quale trasmette la coppia motrice alle ruote motrici mediante una trasmissione provvista di un cambio, ed almeno una macchina elettrica che è collegata meccanicamente alle ruote motrici. La macchina elettrica viene pilotata da un azionamento elettrico collegato ad un sistema di accumulo elettrico tipicamente costituito da un pacco di batterie chimiche eventualmente collegate in parallelo ad uno o più supercondensatori. A hybrid vehicle comprises an internal combustion combustion engine, which transmits the driving torque to the driving wheels by means of a transmission equipped with a gearbox, and at least one electric machine which is mechanically connected to the driving wheels. The electric machine is driven by an electric drive connected to an electric storage system typically consisting of a pack of chemical batteries possibly connected in parallel to one or more supercapacitors.

Durante la marcia del veicolo è possibile: una modalità di funzionamento termica, in cui la coppia motrice è generata solo dal motore termico ed eventualmente la macchina elettrica opera come generatore per ricaricare il sistema di accumulo elettrico; una modalità di funzionamento elettrica, in cui il motore termico è spento e la coppia motrice è generata solo dalla macchina elettrica operante come motore; oppure una modalità di funzionamento combinata, in cui la coppia motrice è generata sia dal motore termico, sia dalla macchina elettrica operante come motore. Inoltre, per aumentare l’efficienza energetica complessiva durante tutte le fasi di decelerazione, la macchina elettrica può venire utilizzata come generatore per realizzare una decelerazione rigenerativa in cui l’energia cinetica posseduta dal veicolo invece di venire completamente dissipata in attriti viene in parte convertita in energia elettrica che viene immagazzina nel sistema di accumulo elettrico. While the vehicle is running, it is possible to: a thermal operating mode, in which the engine torque is generated only by the thermal engine and possibly the electric machine operates as a generator to recharge the electric storage system; an electric operating mode, in which the heat engine is off and the engine torque is generated only by the electric machine operating as a motor; or a combined operating mode, in which the driving torque is generated both by the thermal engine and by the electric machine operating as an engine. Furthermore, to increase the overall energy efficiency during all the deceleration phases, the electric car can be used as a generator to realize a regenerative deceleration in which the kinetic energy possessed by the vehicle instead of being completely dissipated in friction is partially converted into electrical energy that is stored in the electrical storage system.

In un veicolo tradizionale a propulsione unicamente termica, la pressione/depressione necessaria al funzionamento di servizi ausiliari, tra i quali un dispositivo di servosterzo ed un dispositivo di servofreno, viene generata dall’azione del motore termico che, normalmente, porta direttamente in rotazione una o più macchine fluidodinamiche. In un veicolo ibrido capace di una modalità di funzionamento elettrica, in cui il motore termico è spento e la coppia motrice è generata solo dalla macchina elettrica operante come motore, è necessario prevedere la possibilità di generare la pressione/depressione necessaria al funzionamento dei servizi ausiliari indipendentemente dal motore termico. In a traditional vehicle with only thermal propulsion, the pressure / depression necessary for the operation of auxiliary services, including a power steering device and a power brake device, is generated by the action of the thermal engine which, normally, directly rotates a or more fluid dynamics machines. In a hybrid vehicle capable of an electric operating mode, in which the thermal engine is off and the engine torque is generated only by the electric machine operating as an engine, it is necessary to provide for the possibility of generating the pressure / depression necessary for the operation of the auxiliary services. regardless of the heat engine.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è di fornire un veicolo ibrido, il quale sia privo degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione. The object of the present invention is to provide a hybrid vehicle which is free from the drawbacks described above and which is at the same time easy and economical to manufacture.

Secondo la presente invenzione viene fornito un veicolo ibrido secondo quanto rivendicato nelle rivendicazioni allegate. According to the present invention, a hybrid vehicle is provided as claimed in the attached claims.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

• la figura 1 è una vista schematica ed in pianta di un veicolo ibrido realizzato secondo la presente invenzione; Figure 1 is a schematic and plan view of a hybrid vehicle made according to the present invention;

• la figura 2 è una vista schematica e con l’asportazione di particolari per chiarezza di un sistema di frenatura e di un sistema di scarico del veicolo ibrido della figura 1. • Figure 2 is a schematic view and with the removal of details for clarity of a braking system and an exhaust system of the hybrid vehicle of Figure 1.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un veicolo ibrido (in particolare una automobile) provvisto di due ruote 2 anteriori e di due ruote 3 posteriori motrici; in posizione anteriore è disposto un motore 4 a combustione interna, il quale è provvisto di un albero 5 motore e produce una coppia motrice che viene trasmessa alle ruote 3 posteriori motrici mediante una trasmissione 6 automatica manuale (denominata comunemente “AMT”). La trasmissione 6 comprende un cambio 7 disposto al retrotreno ed un albero 8 di trasmissione che collega l’albero 5 motore ad un ingresso del cambio 7. In cascata al cambio 7 è collegato un differenziale 9 autobloccante, dal quale partono una coppia di semiassi 10, ciascuno dei quali è solidale ad una ruota 3 posteriore motrice. In figure 1, the number 1 indicates as a whole a hybrid vehicle (in particular a car) provided with two front wheels 2 and two rear driving wheels 3; an internal combustion engine 4 is arranged in the front position, which is provided with a drive shaft 5 and produces a drive torque which is transmitted to the rear driving wheels 3 by means of an automatic manual transmission 6 (commonly referred to as "AMT"). The transmission 6 comprises a gearbox 7 arranged at the rear and a transmission shaft 8 which connects the drive shaft 5 to an input of the gearbox 7. A self-locking differential 9 is connected in cascade to the gearbox 7, from which a pair of drive shafts 10 depart. , each of which is integral with a rear driving wheel 3.

Il veicolo 1 ibrido comprende inoltre una macchina 11 elettrica reversibile (cioè che può funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando un coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica) che è meccanicamente collegata al cambio 7. La macchina 11 elettrica viene alimentata da un convertitore 12 elettronico di potenza che è elettricamente collegato ad un sistema 13 di accumulo elettrico, il quale è atto ad immagazzinare energia elettrica e comprende una serie di dispositivi di accumulo comprendenti a loro volta batterie chimiche e/o supercondensatori. The hybrid vehicle 1 also comprises a reversible electric machine 11 (i.e. which can operate both as an electric motor by absorbing electrical energy and generating a mechanical drive torque, and as an electric generator by absorbing mechanical energy and generating electrical energy) which is mechanically connected to the gearbox 7. The electric machine 11 is powered by an electronic power converter 12 which is electrically connected to an electrical storage system 13, which is suitable for storing electrical energy and comprises a series of storage devices comprising in turn chemical batteries and / or supercapacitors.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il motore 4 termico comprende due collettori 14 di aspirazione, ciascuno dei quali aspira aria fresca dall’atmosfera sfruttando la depressione che si genera all’interno dei cilindri del motore 4 termico in fase di aspirazione. Inoltre, il motore 4 termico comprende un sistema 15 di scarico che ha la funzione di immettere nell’atmosfera i gas prodotti dalla combustione limitando sia il rumore, sia il contenuto di sostanze inquinanti. Il sistema 15 di scarico termina con una coppia di silenziatori 16, ciascuno dei quali presenta una sezione ellittica ed è provvisto di una apertura di ingresso e di una coppia di aperture di uscita. Ciascun silenziatore 16 presenta al proprio interno due percorsi differenziati in funzione del regime del motore 4 termico in modo tale che a bassi regimi (bassa pressione dei gas di scarico) i gas di scarico seguano un primo percorso ad elevata attenuazione acustica (quindi elevata contropressione) mentre ad alti regimi (alta pressione dei gas di scarico) i gas di scarico seguano un secondo percorso a bassa attenuazione acustica (quindi bassa contropressione). Ciascun silenziatore 16 è provvisto di una valvola 17 di regolazione pneumatica (cioè azionata pneumaticamente) per selezionare il percorso dei gas di scarico; in altre parole, ciascuna valvola 17 di regolazione è mobile tra due diverse posizioni per indirizzare alternativamente i gas di scarico lungo il percorso desiderato in funzione del regime del motore 4 termico. As shown in Figure 2, the heat engine 4 includes two intake manifolds 14, each of which sucks in fresh air from the atmosphere by exploiting the depression that is generated inside the cylinders of the heat engine 4 during the intake phase. In addition, the thermal engine 4 includes an exhaust system 15 which has the function of introducing the gases produced by combustion into the atmosphere, limiting both the noise and the content of pollutants. The exhaust system 15 ends with a pair of silencers 16, each of which has an elliptical section and is provided with an inlet opening and a pair of outlet openings. Each silencer 16 has two internal paths differentiated according to the speed of the thermal engine 4 so that at low speeds (low pressure of the exhaust gases) the exhaust gases follow a first path with high acoustic attenuation (therefore high back pressure) while at high engine speeds (high pressure of the exhaust gases) the exhaust gases follow a second path with low acoustic attenuation (therefore low back pressure). Each silencer 16 is provided with a pneumatic adjustment valve 17 (ie pneumatically operated) to select the path of the exhaust gases; in other words, each regulating valve 17 is movable between two different positions to alternatively direct the exhaust gases along the desired path according to the speed of the thermal engine 4.

Il veicolo 1 comprende un impianto 18 frenante comprendente quattro freni 19 a disco (illustrati nella figura 1) azionati idraulicamente sotto il controllo di un pedale del freno (non illustrato); in particolare, premendo sul pedale del freno viene messo in pressione l’olio presente all’interno di un circuito idraulico dei freni collegato alle pinze dei freni 19 a disco. L’azione del pedale del freno viene amplificata da un dispositivo 20 di servofreno pneumatico (cioè azionato pneumaticamente) che è interposto tra il pedale del freno ed il circuito idraulico dei freni. The vehicle 1 comprises a braking system 18 comprising four disc brakes 19 (shown in Figure 1) hydraulically actuated under the control of a brake pedal (not shown); in particular, by pressing the brake pedal, the oil present inside a hydraulic brake circuit connected to the disc brake calipers 19 is put under pressure. The action of the brake pedal is amplified by a pneumatic (i.e. pneumatically operated) brake servo device 20 which is interposed between the brake pedal and the hydraulic brake circuit.

Il veicolo 1 comprende un serbatoio 21 di depressione che in uso presenta una depressione rispetto alla pressione atmosferica e fornisce la depressione alle valvole 17 di regolazione pneumatiche del sistema 15 di scarico ed al dispositivo 20 di servofreno pneumatico dell’impianto 18 frenante. In particolare, il serbatoio 21 di depressione è collegato con le valvole 17 di regolazione mediante un condotto 22 pneumatico che si biforca in corrispondenza delle valvole 17 di regolazione stesse, ed è collegato con il dispositivo 20 di servofreno mediante un condotto 23 pneumatico. The vehicle 1 comprises a depression tank 21 which in use has a depression with respect to the atmospheric pressure and supplies the depression to the pneumatic adjustment valves 17 of the exhaust system 15 and to the pneumatic brake booster device 20 of the braking system 18. In particular, the depression tank 21 is connected to the regulation valves 17 by means of a pneumatic conduit 22 which forks at the regulation valves 17 themselves, and is connected to the brake booster device 20 by means of a pneumatic conduit 23.

E’ previsto un condotto 24 pneumatico che collega il serbatoio 21 di depressione ai collettori 14 di aspirazione ed è provvisto di una valvola 25 di non ritorno che permette un flusso di aria solo dal serbatoio 21 di depressione al collettore 14 di aspirazione. Quando la pressione nei collettori 14 di aspirazione è inferiore alla pressione nel serbatoio 21 di depressione la valvola 25 di non ritorno si apre permettendo una diminuzione della pressione all’interno del serbatoio 21 di depressione per effetto del risucchio generato dai collettori 14 di aspirazione; invece, quando la pressione nei collettori 14 di aspirazione è superiore alla pressione nel serbatoio 21 di depressione la valvola 25 di non ritorno si chiude e non permette alcuna comunicazione tra il serbatoio 21 di depressione ed i collettori 14 di aspirazione. Secondo una preferita forma di attuazione, il condotto 24 pneumatico termina con una quattro di prese d’aria collegate a zone diverse dei collettori 14 di aspirazione. A pneumatic duct 24 is provided which connects the depression tank 21 to the intake manifolds 14 and is provided with a non-return valve 25 which allows a flow of air only from the depression tank 21 to the intake manifold 14. When the pressure in the intake manifolds 14 is lower than the pressure in the depression tank 21, the non-return valve 25 opens allowing a decrease in the pressure inside the depression tank 21 due to the suction generated by the intake manifolds 14; on the other hand, when the pressure in the intake manifolds 14 is higher than the pressure in the depression tank 21, the non-return valve 25 closes and does not allow any communication between the depression tank 21 and the intake manifolds 14. According to a preferred embodiment, the pneumatic duct 24 ends with a four of air intakes connected to different areas of the intake manifolds 14.

Inoltre, il veicolo 1 comprende una pompa 26 di depressione azionata elettricamente (cioè azionata da un motore elettrico) che è atta a generare una depressione all’interno del serbatoio 21 di depressione, è dimensionata per soddisfare le esigenze del solo dispositivo 20 di servofreno pneumatico, e viene utilizzata in caso di trazione elettrica quando il motore 4 termico è spento. La pompa 26 di depressione è collegata al condotto 24 pneumatico mediante un condotto 27 pneumatico che sfocia nel condotto 24 pneumatico stesso. Furthermore, the vehicle 1 comprises an electrically operated (i.e. driven by an electric motor) vacuum pump 26 which is adapted to generate a vacuum inside the vacuum tank 21 and is sized to meet the requirements of the pneumatic brake booster device 20 alone. , and is used in the case of electric traction when the heat engine 4 is off. The vacuum pump 26 is connected to the pneumatic conduit 24 by means of a pneumatic conduit 27 which flows into the pneumatic conduit 24 itself.

Infine, il veicolo 1 comprende un pressostato 28 che legge la depressione all’interno del serbatoio 21 di depressione ed è collegato al condotto 24 pneumatico mediante un condotto 29 pneumatico che sfocia nel condotto 24 pneumatico stesso. Il pressostato 28 è preferibilmente integrato all’interno di una centralina 30 elettronica di controllo, la quale pilota la pompa 26 di depressione in funzione della misura fornita dal pressostato 28; in altre parole la centralina 30 elettronica di controllo accende la pompa 26 di depressione quando la pressione all’interno del serbatoio 21 di depressione supera un valore di soglia predeterminato (cioè quando la depressione all’interno del serbatoio 21 di depressione non è più sufficiente a garantire un funzionamento regolare del dispositivo 20 di servofreno). Finally, the vehicle 1 comprises a pressure switch 28 which reads the depression inside the depression tank 21 and is connected to the pneumatic duct 24 by means of a pneumatic duct 29 that flows into the pneumatic duct 24 itself. The pressure switch 28 is preferably integrated within an electronic control unit 30, which drives the vacuum pump 26 according to the measurement provided by the pressure switch 28; in other words, the electronic control unit 30 turns on the depression pump 26 when the pressure inside the depression tank 21 exceeds a predetermined threshold value (i.e. when the depression inside the depression tank 21 is no longer sufficient to ensure regular operation of the brake booster device 20).

In uso, quando il motore 4 termico è acceso la depressione all’interno del serbatoio 21 di depressione viene mantenuta dalla depressione presente all’interno dei collettori 14 di aspirazione e, se necessario, può venire anche mantenuta dall’azione della pompa 26 di depressione che interviene solo quando la pressione all’interno del serbatoio 21 di depressione supera un valore di soglia predeterminato. Quando il motore 4 termico è spento (cioè in trazione elettrica), la depressione all’interno del serbatoio 21 di depressione viene mantenuta unicamente dalla azione della pompa 26 di depressione; quando il motore 4 termico è spento, la depressione all’interno del serbatoio 21 di depressione viene utilizzata solo dal dispositivo 20 di servofreno, in quanto le valvole 17 di regolazione del sistema 15 di scarico sono ovviamente non attive. In use, when the heat engine 4 is on, the depression inside the depression tank 21 is maintained by the depression present inside the intake manifolds 14 and, if necessary, can also be maintained by the action of the depression pump 26. which intervenes only when the pressure inside the depression tank 21 exceeds a predetermined threshold value. When the heat engine 4 is off (ie in electric traction), the depression inside the depression tank 21 is maintained solely by the action of the depression pump 26; when the thermal engine 4 is off, the depression inside the depression tank 21 is used only by the brake booster device 20, since the valves 17 for regulating the exhaust system 15 are obviously not active.

Appare evidente che è sufficiente dimensionare la pompa 26 di depressione per soddisfare le esigenze del solo dispositivo 20 di servofreno, in quanto quando le valvole 17 di regolazione del sistema 15 di scarico sono attive il motore 4 termico è necessariamente acceso e quindi la funzione della pompa 26 di depressione è unicamente di integrare, quando necessario, la depressione generata dai collettori 14 di aspirazione. It is evident that it is sufficient to size the depression pump 26 to satisfy the requirements of the brake booster device 20 alone, since when the regulation valves 17 of the exhaust system 15 are active, the thermal motor 4 is necessarily on and therefore the function of the pump. 26 of depression is solely to integrate, when necessary, the depression generated by the intake manifolds 14.

Il veicolo 1 ibrido sopra descritto presenta numerosi vantaggi. In primo luogo, il veicolo 1 ibrido sopra descritto è di semplice ed economica realizzazione ed è particolarmente leggero avendo un ridotto numero di componenti. Inoltre, il veicolo 1 ibrido sopra descritto è in grado di garantire una piena operatività del dispositivo 20 di servofreno dell’impianto 18 frenante anche quando il motore 4 termico è spento. The hybrid vehicle 1 described above has numerous advantages. In the first place, the hybrid vehicle 1 described above is simple and inexpensive to manufacture and is particularly light since it has a reduced number of components. Furthermore, the hybrid vehicle 1 described above is able to ensure full operation of the brake booster device 20 of the braking system 18 even when the thermal engine 4 is off.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Hybrid vehicle (1) comprising: an internal combustion thermal engine (4) equipped with at least one intake manifold (14) which sucks in fresh air from the atmosphere and an exhaust system (15) having at least one pneumatic adjustment valve (17) to vary the path of the exhaust gas; a reversible electric machine (11) adapted to function as a motor to generate a driving torque of the vehicle (1); a braking system (18) provided with a pneumatic brake booster device (20); and a vacuum tank (21) which in use has a vacuum with respect to the atmospheric pressure and supplies the vacuum to the pneumatic adjustment valve (17) of the exhaust system (15) and to the pneumatic brake booster device (20) of the system (18) ) braking; the hybrid vehicle (1) is characterized in that it comprises: a first pneumatic duct (24) which connects the vacuum tank (21) to the intake manifold (14) and is provided with a non-return valve (25) which allows a flow of air only from the vacuum tank (21) to the intake manifold (14); and a vacuum pump (26) electrically operated to generate a vacuum inside the vacuum tank (21) and is operated according to a pressure value inside the vacuum tank (21) itself.

2) Hybrid vehicle (1) according to claim 1, in which the first pneumatic duct (24) ends with a plurality of air intakes connected to the intake manifold (14) in different areas of the intake manifold (14) itself.

3) Hybrid vehicle (1) according to claim 1 or 2, in which the vacuum pump (26) is connected to the first pneumatic conduit (24) by means of a second pneumatic conduit (27) which flows into the first pneumatic conduit (24) itself .

4) Hybrid vehicle (1) according to claim 1, 2 or 3, and comprising: a pressure switch (28) which reads the depression inside the depression tank (21); and an electronic control unit (30), which drives the vacuum pump (26) according to the measurement carried out by the pressure switch (28).