BR102015001454B1 - Sistema e método para o acoplamento e/ou desacoplamento eletromecânico seletivos de alternador automotivo - Google Patents

Abstract

Sistema e método para o acoplamento e/ou o desacoplamento eletromecânico seletivos de alternador automotivo. É descrito um sistema, e um respectivo método, para realizar o acoplamento e o desacoplamento seletivos de um alternador (1) em relação a polia (6) do virabrequim (7) de um motor. O alternador é mantido acoplado ou desacoplado em função da carga detectada na bateria (20), enquanto que tanto o acoplamento quanto o desacoplamento são realizados em duas etapas distintas e defasadas no tempo, uma prevendo o acoplamento ou desacoplamento elétrico e outra prevendo o acoplamento ou desacoplamento mecânico.

Description

[001] A presente invenção se refere a um sistema e a um método para acoplar e/ou desacoplar elétrica e mecanicamente o alternador de veículos automotivos. Mais em particular, a presente invenção é destinada ao acoplamento ou desacoplamento seletivos do alternador em função das condições da bateria do veículo.

Estado da Arte

[002] Os sistemas para geração de energia elétrica veicular, como conhecidos pela técnica, via de regra compreendem uma máquina elétrica que é responsável pela produção de energia elétrica, acionada pelo motor do veículo no momento da ignição, através de uma correia sincronizadora. O alternador alimenta todos os dispositivos elétricos durante o funcionamento do veículo e recarrega a bateria, sendo que o seu nome é uma referência ao tipo de corrente produzida. Esse produto funciona de acordo com o fundamento da indução eletromagnética: a corrente elétrica flui através do rotor criando um campo magnético que induz a movimentação dos elétrons nas bobinas do estator, resultando em uma corrente alternada. Como os automóveis operam com corrente contínua, os alternadores automotivos incluem ainda dois componentes fundamentais: a placa retificadora (retificador), que transforma a corrente alternada em contínua, e o regulador de tensão, responsável pelo controle da tensão produzida.

[003] Entretanto, e a despeito do amplo emprego destas máquinas elétricas nos veículos, estas contribuem para o consumo de combustível e emissões de dióxido de carbono (CO2), uma vez que elas representam uma fonte consumidora de energia mecânica do eixo virabrequim. Como a energia mecânica do motor é obtida a partir da energia térmica oriunda da queima do combustível, 0 alternador atua como uma carga ao sistema, que quando em situação de carregamento da bateria, induz 0 aumento de consumo de combustível a fim de compensar a energia utilizada pelo alternador. Além disso, mesmo com a bateria com um nível de carga adequado, 0 alternador continua consumindo energia mecânica do eixo virabrequim em função de sua massa inercial que continua girando na mesma rotação do motor.

[004] O consumo de combustível e as emissões de dióxido de carbono representam de forma direta indicadores que compõem a determinação do nível da eficiência energética do veículo. A queima de combustível, em especial o fóssil, produz concentrações elevadas de dióxido de carbono (CO2) provenientes da combustão. Os elevados níveis das emissões de dióxido de carbono expelidos para a atmosfera promovem efeitos nocivos ao meio ambiente, como 0 efeito estufa e 0 conseqüente aquecimento global. Implicando em possibilidades de catástrofes naturais (ex. Tsunami) e modificações climáticas que influenciam na produção agrícola. Além disso, 0 consumo de combustível está relacionado com as emissões de monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos (HC) que são com provada mente nocivos à saúde humana.

[005] Para minimizar 0 efeito negativo dos alternadores sobre 0 consumo de combustível do veículo, foram idealizados e implementados alguns artifícios e melhoramentos. Normalmente, os projetos se baseiam no aumento da eficiência do alternador (elétrica e mecanicamente) e na possibilidade de um funcionamento estratégico do alternador em função da demanda de energia elétrica para a bateria.

[006] O invento descrito no documento US 20090176608 utiliza uma polia para reduzir a tensão da correia do alternador, reduzindo 0 impacto durante 0 acoplamento. Para tanto, a mola de torção e a mola da embreagem são enrolados em sentidos opostos, permitindo assim a mola da embreagem expandir, acoplando com superfície interna durante a aceleração da polia em relação ao coxim.

[007] O sistema descrito no documento US 5139463 utiliza a correia do alternador com serpentina com uma mola para permitir a rotação instantânea na direção da polia do alternador, permitindo ao alternador realizar rotações instantâneas em sentidos opostos.

[008] O sistema descrito no documento US 7712592 utiliza um curso de mola limitador para 0 sobre-desacoplamento do alternador. Este conjunto de desacoplamento é utilizado para a transferência do movimento rotacional entre 0 eixo do motor e a correia. O cursor de mola limitador impede a entrada de contaminantes no conjunto de desacoplamento mantendo 0 lubrificante dentro do conjunto.

[009] O sistema descrito no documento CN 1668859 utiliza uma mola de fio desencapado e lubrificação com graxa na polia do alternador com desacoplamento. A mola de torção e a mola de embreagem são enroladas em sentidos opostos, permitindo assim que a mola de embreagem se expanda para um acoplamento, aderindo com a superfície interior durante a aceleração da polia em relação ao coxim e desacoplando durante desaceleração em relação à polia do coxim.

[0010] O sistema descrito no documento US 6870350 utiliza um controlador para medir a tensão no enrolamento do secundário. É utilizado no controle de campo magnético de máquinas síncronas e pode resistir a variações de parâmetros do ponto de funcionamento, sendo insensíveis às não linearidades e adaptando às modificações de projeto.

[0011] Entretanto, apesar de todos os inventos descritos reduzirem o efeito do carregamento mecânico do alternador sobre o eixo virabrequim, nenhum deles promove um completo desacoplamento mecânico do alternador em relação ao eixo virabrequim.

[0012] Já o sistema descrito no documento US 6798094 utiliza uma máquina elétrica rotativa, e em particular, o alternador do veículo, que compreende um estator montado elasticamente em uma resina condutiva de calor. Este artifício produz o desacoplamento mecânico radial entre o estator e a resina de revestimento, de forma a dissipar a energia térmica do estator em direção à resina. Este sistema depende intensamente das melhorias das propriedades de dissipação de calor e de vibração de todo o sistema envolvido.

[0013] Para minimizar o efeito do carregamento mecânico do alternador sobre o eixo virabrequim, os documentos DE 19638872 e US 7816893 relativos à linha de alternadores LIN da empresa Bosch se utilizam da estratégia de, sob condições específicas, desacoplar eletricamente o alternador em relação às cargas elétricas do veículo. Este desacoplamento elétrico ocorre quando a bateria possui um nível suficiente de carga para alimentar o sistema elétrico do veículo, ou quando as condições de funcionamento do alternador são inadequadas, entre outras situações. O acoplamento elétrico é promovido quando a bateria atinge um nível mínimo de carga elétrica e necessita de uma recarga. Desta forma, durante os períodos de desacoplamento elétrico do alternador, o carregamento mecânico sobre o eixo virabrequim é minimizado. Entretanto, parte do carregamento mecânico ainda permanece em função da massa inercial rotativa presente no eixo do alternador. Não apenas o giro do rotor consome uma parcela da energia produzida pelo motor a combustão, como também o giro do rotor, em relação ao estator, leva a geração de um campo magnético e ao aparecimento de uma tensão elétrica (mesmo com o alternador desacoplado eletricamente), sem que haja uma produção de energia elétrica útil, ou seja, trabalho. Tal situação incrementa desnecessariamente o consumo da energia produzida pelo motor a combustão. Desta forma, mesmo que com menor intensidade, o eixo virabrequim continua com o efeito de um carregamento mecânico, impactando na eficiência energética do motor a combustão interna.

[0014] O documento DE 20 2013 100868 UI ensina um motor compreendendo um virabrequim para o acionamento de uma polia e uma embreagem interposta entre o virabrequim e a polia. A polia é mecanicamente conectada em rotação por uma correia com as máquinas do motor, como a do sistema de ar condicionado, a bomba d'água e o alternador. A abertura ou fechamento da embreagem é comandado por um controlador em função da carga da bateria durante a partida do motor. Contudo, a solução proposta não prevê um sistema de controle no qual o alternador seja conectado ou desconectado em momentos distintos.

[0015] O documento US 2012318213 Al ensina um dispositivo de controle para uma embreagem de modo a transmitir rotação do virabrequim do motor para uma bomba d'água para a circulação de refrigerante no motor. O engate ou desengate é determinado em função da partida do motor de forma a causar o desengate antes de qualquer rotação do virabrequim. Apesar da solução ensinar um método para o des/engate da bomba d'água durante a partida do motor, este é absolutamente omisso em relação ao engate ou desengate do alternador.

Objetivos da Invenção

[0016] Desta forma constitui um primeiro objetivo da presente invenção um sistema destinado a promover o acoplamento e o desacoplamento seletivos do alternador em relação ao eixo do virabrequim, de modo a reduzir a sua carga e o nível de emissão de dióxido de carbono (CO2) e, portanto, 0 consumo de combustível, além das demais emissões de gases poluentes como monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOX).

[0017] Constitui outro objetivo da presente invenção um sistema destinado a promover ao acoplamento e ao desacoplamento seletivos do alternador, a partir de acoplamentos/desacoplamentos elétrico e mecânico não simultâneos.

[0018] Constitui um objetivo complementar da presente invenção um sistema destinado a promover o acoplamento e o desacoplamento seletivos do alternador de modo a superar a técnica conhecida.

Síntese da Invenção

[0019] Os objetivos supra são alcançados e satisfeitos a partir de um sistema de desacoplamento do alternador em relação ao eixo virabrequim que permite a total liberação de carga mecânica sobre o eixo virabrequim, nos períodos em que a bateria se encontra em condições de carga elétrica suficiente para manter o sistema elétrico do veículo em funcionamento. Este artifício possibilita de forma estratégica e automática a redução do consumo de combustível, e das emissões de dióxido de carbono (CO2), além das emissões de gases poluentes como monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOX).

[0020] Em outras palavras, a presente invenção se refere a um sistema inteligente para 0 acoplamento e/ou desacoplamento eletromecânico seletivos do alternador automotivo, do tipo a ser aplicado em um veículo dotado de um motor a combustão interna, dito motor apresentando um virabrequim que se projeta para além do bloco do motor e no qual é acoplada uma polia para 0 acionamento mecânico, em rotação, de um alternador, entre outros dispositivos veiculares, 0 dito alternador compreendendo: um rotor e um estator, dito rotor apresentando um eixo projetante para além da carcaça; uma embreagem eletromagnética, acoplada no eixo do rotor do alternador e fixa em relação a carcaça do alternador, dita embreagem suportando externamente a polia a qual é acoplada, em rotação pela correia, na polia do virabrequim; um regulador de tensão que controla a tensão de saída do alternador, 0 dito regulador de tensão recebendo sinais de comando pelo conector, via uma linha de dados, provenientes de uma ECU; e uma saída de tensão, eletricamente acoplada às cargas elétricas do veículo, bem como a uma bateria, em dita bateria sendo conectada um sensor do estado de carga da bateria, e sendo que dito sensor fornece os sinais indicativos do estado de carga da bateria para a ECU via linha de dados, sendo que a ECU comanda o acoplamento e/ou o desacoplamento do alternador em função do estado de carga da bateria. Mais em particular a ECU comanda o acoplamento e/ou o desacoplamento do alternador em função da comparação do sinal recebido do sensor com valores LCi e LCs de carga pré-estabelecidos, respectiva mente. Além disto, a ECU comanda o acoplamento e/ou o desacoplamento do alternador através de uma linha de dados, a qual interliga uma saída da ECU com uma entrada de alimentação e acionamento da embreagem, intermediada por um relé.

[0021] Em particular, a embreagem compreende uma bobina, eletricamente conectada com a dita entrada de alimentação e acionamento, dita bobina sendo suportada por um flange e atuando de forma a transladar magneticamente um disco, sendo dito disco acoplado na extremidade de um eixo, a extremidade oposta de dito eixo sendo conformada para acoplar a extremidade projetante do eixo do alternador; e sendo que o eixo da embreagem é mecanicamente acoplado a polia, por meio de uma estrutura de suporte. O flange é mantido em posição por pilares que se projetam de um flange fixado na porção frontal da carcaça do alternador, e sendo que a polia é disposta na região internamente delimitada pelos ditos flanges. Preferencialmente, o acoplamento e/ou o desacoplamento do alternador é realizado por meio de duas ações distintas e sucessivas, sendo a primeira ação a de acoplamento e/ou desacoplamento mecânico e a outra ação a de acoplamento e/ou desacoplamento elétrico.

[0022] Por outro lado, a presente invenção compreende um método para o acoplamento e/ou desacoplamento eletromecânico seletivos do alternador automotivo, compreendendo as etapas de: detectar a condição de carga da bateria; comparar a carga da bateria com um valor de carga pré-estabelecido; e realizar o acoplamento do alternador quando a carga for menor que o valor de carga pré-estabelecido; ou realizar o desacoplamento do alternador quando a carga for maior que um valor pré-estabelecido. Especificamente, a etapa de realizar o acoplamento compreende as etapas de: acoplar mecanicamente o alternador; e conectar eletricamente o alternador; sendo que é previsto um tempo de atraso entre as etapas de acoplamento mecânico e de conexão elétrica. Da mesma forma, a etapa de realizar o desacoplamento compreende as etapas de: desconectar eletricamente o alternador; e desacoplar mecanicamente o alternador; sendo que é previsto um tempo de atraso entre as etapas de desconexão elétrica de desacoplamento mecânico.

Breve Descrição dos Desenhos

[0023] O presente invento será melhor compreendido à luz da descrição detalhada de uma forma preferencial de realização da invenção, a qual é suportada e ilustrada a partir das figuras em anexo, trazidas a mero título de ilustração e orientação, mas não limitando o escopo da invenção, nas quais: - a figura 1 é uma vista esquemática do acoplamento mecânico entre a polia do alternador e a polia do virabrequim; - a figura 2 é uma vista em perspectiva do alternador, dotado de uma embreagem, de acordo com a invenção; - a figura 3 é uma vista em secção transversal do alternador acoplado à embreagem; - a figura 4 é uma vista esquemática das conexões elétricas do sistema da invenção; - as figuras 5A e 5B são diagramas de bloco relativos às etapas dos métodos, de acordo com presente invenção.

Descrição de uma Forma Preferencial de Realização

[0024] De conformidade com as figuras 1 e 2 em anexo, com 1 é genericamente indicado um alternador, de acordo com a presente invenção, o qual compreende, de forma conhecida, uma carcaça 2, no interior da qual estão alojados um rotor (não visível) e um estator (não visível) cujo movimento rotativo relativo leva à geração de um campo eletromagnético para a produção de energia elétrica.

[0025] Enquanto o estator é montado de modo fixo em relação à dita carcaça 2, o rotor ocupa uma posição central do alternador 1 e é suportado, com giro livre, em torno de um eixo 3 (vide a figura 2), eixo este que se projeta para além do volume delimitado pela referida carcaça 2 e que é destinado a receber as rotações necessárias para prover ao movimento relativo entre rotor e estator.

[0026] Nesta porção projetante do eixo 3 é disposta uma polia 4, destinada a acoplar uma correia 5 a qual vincula, em rotação, a polia 4 do alternador 1 com a polia 6 do virabrequim 7. Ainda de forma conhecida, a dita correia 5 pode interagir com outros dispositivos mecânicos quais, por exemplo, um tensionador 8 destinado a manter a correia 5 tensionada dentro de parâmetros específicos de uso, bem como polias direcionadoras, na forma de polias loucas (não ilustradas). Da mesma forma, a polia 6 do virabrequim 7 também é engrenada a outros dispositivos do veículo como, por exemplo, a polia 28 da bomba da direção hidráulica, através da correia 29 ou a polia 9 do ar condicionado.

[0027] Por fim, o acoplamento mecânico entre o eixo 3 e a polia 4 é realizado e intermediado por meio de uma embreagem 10, de tipo eletromagnética, e apta a acoplar e desacoplar o eixo 3 em relação a polia 4.

[0028] Mais em particular, em com relação a figura 3, na extremidade frontal do alternador 1, ou seja, na extremidade longitudinal a partir da qual se projeta o eixo 3, é fixado um flange 11 na forma de um anel. A partir de tal flange 11 projetam-se os pilares 12 (vide a figura 2) em cujas extremidades opostas é fixada uma segunda flange 13 de sustentação da embreagem 10. Na região interna às primeira 11 e segunda 13 flanges é disposta a polia 4. Desta forma, a estrutura em ponte definida pelos flanges 11 e 13 e pelos pilares 12 habilita a disposição da polia 4 entre a embreagem 10 e o alternador. Não obstante, e de forma alternativa, a embreagem 10 pode estar dispostas entre a polia 4 e o alternador 1, sem que tal disposição altere o funcionamento e as vantagens resultantes da presente invenção.

[0029] Já em relação especifica mente à embreagem 10, a mesma possui um eixo 17 mecânico cujo eixo geométrico é coincidente com o eixo geométrico do eixo 3 do alternador. Dito eixo 17 é móvel na direção longitudinal e está apto a acoplar ou desacoplar o eixo 3 do alternador em função da sua posição relativa. Mais especificamente, uma primeira extremidade do eixo 17 penetra, ou é penetrada, pela extremidade projetante do eixo 3 do alternador. Desta forma, quando o eixo 17 é posicionado em acoplamento, a dita primeira extremidade do eixo 17 é posta em contato de acoplamento com a respectiva extremidade projetante do eixo 3 do alternador, de modo a que os ditos eixos 17, 3 possam girar de forma vinculada, um em relação ao outro.

[0030] Além disto, o eixo 17 é mecanicamente ligado, em rotação, com a estrutura de suporte 15, sobre a qual é montada a polia 4. Desta forma, o eixo 17, a estrutura de suporte 15 e a polia 4 são mecanicamente vinculadas em rotação.

[0031] Ademais, a extremidade 14 do eixo 17, oposta a dita primeira extremidade, é vinculada, em translação, com o disco metálico 16, o qual define o fechamento posterior da embreagem 10, bem como atua como um primeiro polo magnético. Por fim, na porção interna da flange 13 é fixada uma bobina 18, destinada a interagir, de forma magnética, com o disco metálico 16. Desta forma, quando a bobina 18 é energizada, a mesma atrai o disco metálico 16, fazendo com que este se desloque para uma posição mais próxima do alternador 1. Nesta situação, o disco metálico 16 translada o eixo 17 no mesmo sentido, causando o acoplamento mecânico, em rotação, da primeira extremidade do eixo 17 com a extremidade projetante e conformada do eixo 3 do alternador 1. Desta forma, a polia 4 fica vinculada, em rotação, com o eixo 3 do alternador, via eixo 17, e a estrutura de suporte 15.

[0032] Já o desacoplamento entre a polia 4 e o eixo 3 do alternador é realizado de forma inversa, ou seja, a partir da interrupção da energização da bobina 18. Assim, o disco metálico 16 retorna à sua posição de repouso (afastado em relação à bobina 18), assim retraindo o eixo 17 que é desacoplado do eixo 3 do alternador. Nesta condição, a polia 4 continua vinculada mecanicamente com a estrutura de suporte 15, porém não mais com o eixo 3 do alternador 1, o que permite o giro livre deste conjunto 4, 15 de forma totalmente independente em relação ao alternador 1.

[0033] Há de se ressaltar ainda que, a despeito da descrição supra, a embreagem 10 poderia atuar segundo uma energização contrária, ou seja, com o desacoplamento sendo realizado a partir da energização da bobina 18. Tal construção é inerente à embreagem 10, tal como supra descrita, e pode ser implementada por qualquer técnico no setor de forma simples e direta.

[0034] No tocante às conexões elétricas do sistema da presente invenção (vide a figura 4), o alternador 1 é eletricamente ligado, em paralelo, com a bateria 20 e ambos estão ligados de modo a alimentar as cargas elétricas 21 do veículo, tais como ar condicionado, rádio, luzes internas e externas e etc.

[0035] Por sua vez, a bateria 20 é ainda conectada a um sensor 22 do estado de carga da bateria, o qual tem a capacidade de avaliar a carga elétrica armazenada nas células da bateria e fornecer um sinal indicativo desta carga para a Centralina ou ECU 23, através de uma linha de dados 24. Alternativa mente, a unidade eletrônica de controle pode ser outra que não a ECU, tal como em veículos dotados de uma pluralidade de centrais eletrônicas dedicadas e genéricas.

[0036] Por fim, a ECU 23 é ainda conectada ao alternador 1, através da linha de dados 25A, e à embreagem 10 através da linha de dados 25B, de modo a poder comandar o comportamento (acoplamento ou desacoplamento) elétrico do alternador 1 e mecânico da polia 4, respectivamente. Mais em particular, o alternador 1 compreende, além da conexão elétrica com a bateria 20 e as cargas elétricas 21 do veículo, também uma conexão lógica 26 (vide figura 2) a qual interliga o regulador de tensão (não ilustrado) do alternador 1 com a ECU 23, através da linha 25A. Note-se que, de acordo com a infra- estrutura lógica de comunicação do veículo no qual o sistema é instalado, as linhas 24 e/ou 25A, 25B podem ser linhas independentes, bem como podem fazer parte de uma rede CAN, ou de uma rede Ethernet, previamente montada.

[0037] Além disto, uma linha de dados 25B interliga a ECU 23 com a embreagem 10, em particular com o conector de alimentação (não ilustrado) da bobina 18, através de um relé 27. Há de se notar que as conexões elétricas do alternador 1 podem estar dispostas exclusiva mente na sua porção posterior (vide a figura 2), ou podem incluir uma entrada de alimentação e acionamento exclusiva, na forma de um conector elétrico, para a alimentação da bobina 18, diretamente acoplado, por exemplo, na porção interna do flange 13, o qual não gira qualquer que seja a condição de acoplamento da polia 4.

[0038] Em funcionamento, o sistema da presente invenção inicialmente avalia a carga da bateria 20 por meio do sensor 22, o qual informa à ECU 23, via linha 24, o percentual de carga remanescente nas células da dita bateria. Em existindo um percentual de carga suficiente, ou seja, acima de um dado limite LCs pré-estabelecido, a ECU processa tal dado e assim envia sinais, através das linhas 25A e 25B, para que ocorra o desacoplamento da polia 4, ou seja, o desacoplamento do alternador 1 em relação ao virabrequim 7.

[0039] Especifica mente, tal desacoplamento é realizado em duas etapas distintas. Em uma primeira etapa, a ECU 23, através da linha 25A, comanda o regulador de tensão do alternador 1 a condição de desacoplamento elétrico em relação ao sistema elétrico do veículo. Neste ponto, o alternador deixa de alimentar eletricamente o veículo, o que passa a ser realizado exclusivamente pela bateria 20. Já na segunda etapa, a ECU 23, através da linha 25B, comanda o relé 27 (ou dispositivo eletromecânico equivalente), a interromper a alimentação da bobina 18, e assim causar o desacoplamento mecânico entre o eixo 17 da embreagem 10 e o eixo 3 do alternador 1. Neste ponto, a polia 4 é desacoplada do alternador 1 e pode, assim, girar livre e independentemente do alternador.

[0040] Uma vez que o alternador 1 se encontra desacoplado (elétrica e mecanicamente) do veículo, e em particular da rede de alimentação de 12V e do virabrequim 7, respectiva mente, o alternador deixa de ser uma carga mecânica a ser posta em rotação pelo dito virabrequim 7, posto que a polia 4 do alternador gira livremente por não estar mecanicamente acoplada, em rotação, com o eixo 3 do rotor. Desta forma, o trabalho requisitado ao motor do veículo é reduzido, assim se reduzindo igualmente o consumo de combustível e as emissões de gases do motor do veículo. Durante este estágio de funcionamento, as cargas elétricas 21 do veículo passam a ser alimentadas exclusivamente pela bateria 20, pelo que a carga elétrica armazenada em suas células vai sendo consumida. Tal situação permanece até que a ECU detecte que o sensor 22 indica que a carga da bateria 20 atingiu um segundo limite pré-estabelecido LCi, inferior ao primeiro limite LCs.

[0041] Neste instante, a ECU processa a informação proveniente do sensor 22 e assim comanda o acoplamento (mecânico e elétrico) de dito alternador nos demais sistemas veiculares. Em particular, e de acordo com a presente invenção, o acoplamento do alternador ocorre de forma mecânica e elétrica, seqüencialmente. Primeiramente ocorre o acoplamento mecânico com o acionamento da embreagem eletromagnética 10, para minimizar o efeito de carga mecânica excessiva (elevados torques no conjunto), o acoplamento elétrico sendo realizado em seguida. Esta estratégia é importante para preservar a vida útil dos componentes envolvidos e não comprometer a dirigibilidade do veículo.

[0042] Em particular, e de forma inversa em relação ao procedimento de desacoplamento supra descrito, a ECU 23 envia um primeiro sinal, via linha 25B, para que o relé TJ volte a energizar a bobina 18, assim fazendo com que o eixo 17 da embreagem 10 seja mecanicamente acoplado, em rotação, com o eixo 3 do rotor do alternador 1. Nesta condição, o rotor do alternador volta a girar em relação ao estator. Posteriormente, a ECU 23 comanda o regulador de tensão do alternador 1, via linha 25A, para que se reestabeleça a conexão elétrica do alternador com o sistema elétrico do veículo, em particular com a bateria 20 e com as cargas 21.

[0043] Ademais, há de se ressaltar que, dependendo do estado de carga da bateria, a Unidade de Controle Eletrônico comanda a embreagem eletromagnética 10 para realizar o desacoplamento do eixo do alternador em relação ao eixo virabrequim. O estado de carga elétrica da bateria adequado ao desacoplamento depende da especificação da bateria e do sistema elétrico do veículo que é conectado à saída de carga elétrica (21) do alternador 1, ou seja, das condições de trabalho contempladas no projeto elétrico.

[0044] Tanto o acoplamento quanto o desacoplamento do eixo 3 do alternador 1 ao eixo virabrequim 7, comandados pela Unidade de Controle Eletrônico 23, ocorrem quando o estado de carga da bateria, identificado pelo sensor 22, atinge um valor mínimo LCi ou um valor máximo LCs, especificados no projeto elétrico. Em particular, tais valores LCi e LCs dependem também do tipo de bateria empregada (chumbo, íon lítio, etc.), da respectiva vida útil, em termos de ciclos de carga/descarga e de eventuais características particulares do veículo.

[0045] Por exemplo, nos veículos dotados do sistema conhecido como start & stop, o valor de carga LCi não pode ser pré-definido com um percentual de carga muito reduzido, posto que uma eventual redução excessiva da carga da bateria 20 poderia comprometer a partida do motor do veículo. O assim chamado sistema start & stop pode ser definido como um sistema que desativa o motor a combustão interna, em situações de parada total do veículo, porém mantendo os sistemas eletrônicos em funcionamento. Assim, ocorrendo uma parada temporária do veículo, o motor a combustão é temporariamente desligado, pelo que são completamente eliminadas as emissões de poluentes e o consumo de combustível. Uma vez que o condutor sinaliza ao veículo a sua intenção de retomar o movimento, por exemplo, através do engate de uma marcha, do acionamento de um dos pedais, ou outro, este sistema automaticamente da partida no motor a combustão.

[0046] O acoplamento do eixo do alternador 1 ao eixo 6 do virabrequim 7 também pode estrategicamente ocorrer em condições de desaceleração do motor de combustão interna (por exemplo, veículo descendo uma serra com freio motor), onde a bateria pode possuir carga elétrica acima do mínimo especificado em projeto. Esta estratégia serve para regenerar a energia proveniente da frenagem motora do veículo (desaceleração com motor acoplado à transmissão).

[0047] Este novo sistema se diferencia dos demais pela possibilidade de neutralizar os carregamentos mecânico e elétrico do alternador sobre o eixo virabrequim, enquanto a bateria possuir níveis adequados de carga elétrica para manter o sistema elétrico do veículo em condições de funcionamento. Outra grande diferença deste novo sistema em relação aos demais é que existe a combinação do desacoplamento elétrico com o mecânico para minimizar esforços excessivos no instante do acoplamento, ou seja, o acoplamento elétrico somente ocorre após o acoplamento mecânico do alternador ao eixo virabrequim.

[0048] Por outro lado, a presente invenção também se refere a métodos para o acoplamento e o desacoplamento eletromecânico do alternador automotivo, tal como esquematicamente ilustrado nas figuras 5A e 5B.

[0049] Com relação especificamente a figura 5A, relativa ao método de desacoplamento do alternador, parte-se obviamente de uma situação do veículo na qual o seu alternador está mecanicamente acoplado com o virabrequim e eletricamente conectado com os sistemas elétricos do veículo (bateria, cargas elétricas, etc.) e, assim, inicialmente (etapa 110) um processador recebe um sinal BC (carga da bateria) indicativo da carga da bateria e em seguida o compara (etapa 120) com um valor LCs (limite superior de carga da bateria) de carga pré-estabelecido. Caso o valor da carga da bateria BC seja inferior ao valor LCs, a rotina passa a executar um loop de teste (enquanto o alternador continua a carregar a bateria) até que o processador detecte que a carga da bateria BC é maior que o valor LCs limite. Neste ponto (etapa 130), o processador sinaliza a instrução de desacoplamento elétrico do alternador e inicia a contagem de um tempo de referência tl. Quando tal tempo tl de referência é alcançado, o processador (etapa 140) sinaliza a instrução de desacoplamento mecânico do alternador e em seguida gera um set lógico (etapa 150) internamente residente para indicar que o alternador se encontra na condição desacoplada (elétrica e mecanicamente) em relação ao veículo.

[0050] Já com relação especifica mente a figura 5B, relativa ao método de acoplamento (ou re-acoplamento) do alternador, a rotina tem início (etapa 200) apenas quando o set do alternador indica a condição desacoplada. Tal qual no caso anterior, o processador recebe um sinal BC indicativo da carga da bateria e em seguida o compara (etapa 220) com um valor LCi (limite de carga inferior da bateria) de carga preestabelecido, o qual representa a carga mínima com a qual a bateria deve operar na condição desacoplada, por medida de segurança. Caso o valor da carga da bateria BC seja superior ao valor LCi, a rotina passa a executar um loop de teste (enquanto o veículo continua a utilizar exclusivamente a carga da bateria) até que o processador detecte que a carga da bateria BC é menor que o valor LCi limite. Neste ponto (etapa 230), o processador sinaliza a instrução de acoplamento mecânico do alternador e inicia a contagem de um tempo de referência t2. Quando o tal tempo t2 de referência é alcançado, o processador (etapa 240) sinaliza a instrução de acoplamento elétrico do alternador e em seguida (etapa 250) gera um set lógico internamente residente para indicar que o alternador se encontra na condição acoplada (elétrica e mecanicamente) em relação ao veículo.

[0051] Como dito, o método de acoplamento supra vislumbra, principalmente, resguardar os componentes do sistema, evitando o surgimento de torques extremos durante as etapas de desacoplamento e, principalmente, de acoplamento. Para tanto, e durante o acoplamento do alternador, o acoplamento mecânico da polia 4 precede a conexão elétrica do alternador com o sistema elétrico do veículo, de modo a que o acoplamento mecânico ocorra apenas afrontando a inércia rotacional do rotor e uma pequena resistência rotacional do alternador em razão do campo interativo entre rotor e estator. Para tanto, é previsto um tempo t2 de atraso entre uma etapa e outra. Da mesma forma, no desacoplamento também é previsto um tempo de atraso tl, sendo que t2 é maior ou igual a tl.

[0052] Por fim, e como fica claro a um técnico no setor, o valor LCs é maior que o valor LCi, estes dois valores, ou parâmetros, sendo escolhidos em função do tipo da bateria empregada, das cargas 21 elétricas suportadas pelo sistema elétrico do veículo, da previsão do dito sistema start & stop, bem como de características outras e particulares do veículo. Ademais, o processador à cargo das etapas de comparação e de envio dos sinais de atuação pode ser a própria ECU 23 do veículo, uma unidade de controle outra que não a ECU, ou uma unidade de processamento especifica mente destinada a fim específico.

[0053] De qualquer forma, e nos testes preliminares realizados, observa-se uma economia no consumo de combustível do veículo e, portanto, uma redução nas emissões do dióxido de carbono (CO2), além das emissões de gases poluentes como monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos (HC) e óxidos de nitrogênio (NOx).

Claims (9)

1. Sistema inteligente para o acoplamento e/ou desacoplamento eletromecânico seletivos do alternador automotivo, do tipo a ser aplicado em um veículo dotado de um motor a combustão interna, dito motor apresentando um virabrequim (7) que se projeta para além do bloco do motor e no qual é acoplada uma polia (6) para o acionamento mecânico, em rotação, de um alternador (1), entre outros dispositivos veiculares (9, 28, 29, etc.), o dito alternador compreendendo: - um rotor e um estator, dito rotor apresentando um eixo (3) projetante para além da carcaça (2); - uma embreagem (10) eletromagnética, acoplada no eixo (3) do rotor do alternador e fixa em relação a carcaça (2) do alternador, dita embreagem suportando externamente a polia (4) a qual é acoplada, em rotação pela correia (5), na polia (6) do virabrequim (7); - um regulador de tensão que controla a tensão de saída do alternador (1), o dito regulador de tensão recebendo sinais de comando pelo conector (26), via uma linha de dados (25A), provenientes de uma ECU (23); e - uma saída de tensão, eletricamente acoplada às cargas elétricas (21) do veículo, bem como a uma bateria (20), à dita bateria sendo conectada um sensor (22) do estado de carga da bateria, e sendo que dito sensor (22) fornece os sinais indicativos do estado de carga da bateria para a ECU (23) via linha de dados (24), caracterizado pelo fato de que a ECU (23) comanda o acoplamento e/ou o desacoplamento do alternador (1) em função do estado de carga da bateria (20), o acoplamento e/ou o desacoplamento do alternador (1) é comandado pela ECU por meio de duas ações distintas e sucessivas, sendo a primeira ação a de acoplamento e/ou desacoplamento mecânico e a outra ação a de acoplamento e/ou desacoplamento elétrico.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ECU (23) comanda o acoplamento e/ou o desacoplamento do alternador (1) em função da comparação do sinal recebido do sensor (22) com valores LCi e LCs de carga preestabelecidos, respectivamente.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ECU (23) comanda o acoplamento e/ou o desacoplamento do alternador (1) através de uma linha de dados (25B), a qual interliga uma saída da ECU (23) com uma entrada de alimentação e acionamento da embreagem (10), intermediada por um relé (27).

4. Sistema, de acordo com as reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a embreagem (10) compreende uma bobina (18), eletricamente conectada com a dita entrada de alimentação e acionamento, dita bobina sendo suportada por um flange (13) e atuando de forma a transladar magneticamente um disco (16), sendo dito disco acoplado na extremidade (14) de um eixo (17), a extremidade oposta de dito eixo (17) sendo conformada para acoplar a extremidade projetante do eixo (3) do alternador (1); e sendo que o eixo (17) da embreagem (10) é mecanicamente acoplado a polia (4), por meio de uma estrutura de suporte (15).

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o flange (13) é mantido em posição por pilares (12) que se projetam de um flange (11) fixado na porção frontal da carcaça (2) do alternador (1), e sendo que a polia (4) é disposta na região internamente delimitada pelos flanges (11,13).

6. Método para o acoplamento eletromecânico seletivo do alternador automotivo, conforme definido na reivindicação 1, compreendendo as etapas de: - detectar a condição de carga (BC) da bateria (110; 210); - comparar a carga da bateria com um valor (LCi, LCs) de carga pré-estabelecidos (120; 220); e - realizar o acoplamento do alternador (1) quando a carga (BC) da bateria for menor que o valor LCi; caracterizado pelo fato de que a etapa de realizar o acoplamento compreende as etapas de: - acoplar mecanicamente o alternador (230); e - conectar eletricamente o alternador (240).

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que é previsto um tempo de atraso (T2) entre as etapas de acoplamento mecânico (230) e de conexão elétrica (240).

8. Método para o desacoplamento eletromecânico seletivo do alternador automotivo, conforme definido na reivindicação 1, compreendendo as etapas de: - detectar a condição de carga (BC) da bateria (110; 210); - comparar a carga da bateria com um valor (LCi, LCs) de carga pré-estabelecidos (120; 220); e - realizar o desacoplamento do alternador (1) quando a carga (BC) da bateria for maior que o valor LCs caracterizado pelo fato de que a etapa de realizar o desacoplamento compreende as etapas de: - desconectar eletricamente o alternador (130); e - desacoplar mecanicamente o alternador (140).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que é previsto um tempo de atraso (Tl) entre as etapas de desconexão elétrica (130) de desacoplamento mecânico (140).

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