BR112012006728B1

BR112012006728B1 - conjunto de bomba hidráulica

Info

Publication number: BR112012006728B1
Application number: BR112012006728-1A
Authority: BR
Inventors: Johan Nilsson; Daniel Herven; Peter Dahlström; Lars Severinsson
Original assignee: Borgwarner Sweden Ab
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2021-02-09
Also published as: CN102575666B; CN102575666A; KR101689175B1; WO2011043722A1; SE534209C2; EP2486279A1; EP2486279A4; ES2719603T3; US20120244023A1; KR20120089666A; SE0950735A1; BR112012006728A2; US8708123B2; RU2544027C2; EP2486279B1; JP2013506601A; JP5567679B2; RU2012116633A

Abstract

CONJUNTO DE BOMBA HIDRÁULICA, trata-se a presente invenção de um sistema para distribuição de torque entre os eixos dianteiro e traseiro de um veículo com tração em todas as rodas e/ou entre as rodas esquerdas e direitas de um veículo com tração em duas ou quatro rodas, o sistema compreendendo pelo menos um acoplamento de deslizamento limitado (7) tendo um pacote de discos (15) e um pistão (13) atuando no mesmo, o pistão (13) sendo acionado pelo conjunto de bomba hidráulica. Este conjunto compreende um motor elétrico (16), uma bomba hidráulica (17) acionada pelo mesmo e um regulador centrifugo (19) também acionado pelo mesmo, o regulador centrífugo (19) controlando uma válvula de descarga de pressão (20) conectada na saída de óleo (23) da bomba hidráulica (17). O conjunto compreende especificamente uma bomba de pistões axiais tendo um tambor de pistões (30) rotacionável em uma carcaça de bomba (31) e contendo um número de pistões axiais reciprocantes (35), pelo menos uma alavanca centrífuga (40) acoplada pivotalmente ao tambor de pistões (30), e um membro de válvula (44) conectado à alavanca centrífuga (40) e arranjado para cooperar com a boca de um orifício de saída de óIeo (45) do tambor de pistões (30) para formar a válvula de descarga de pressão (20).

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção se refere a um conjunto de bomba hidráulica de um sistema para distribuição de torque entre os eixos dianteiro e traseiro de um veículo com tração em todas as rodas e/ou entre as rodas esquerdas e direitas de um veículo com tração em duas ou quatro rodas, o sistema compreendendo pelo menos um acoplamento de deslizamento limitado tendo um pacote de discos e um pistão atuando no mesmo, o pistão sendo acionado pelo conjunto de bomba hidráulica, sendo que o conjunto de bomba hidráulica compreende um motor elétrico, uma bomba hidráulica acionada pelo mesmo e um regulador centrífugo também acionado pelo mesmo, o regulador centrífugo controlando uma válvula de descarga de pressão conectada na saída de óleo da bomba hidráulica.

Fundamentos da Invenção

[002] Um conjunto de bomba hidráulica do tipo acima referenciado encontra-se revelado na Aplicação Pendente de Patente Sueca No. 0801794-9 do mesmo requerente. Os objetivos do conjunto nela divulgados são em princípio os mesmos da presente invenção, ou seja, de reduzir o número de componentes, de simplificar a montagem, de reduzir o peso e os requerimentos de espaço para o conjunto e de manter os custos de produção e montagem tão baixos quanto possíveis. Além disso, existe a necessidade da criação de um sistema de atuação simples, mas altamente confiável, para um acoplamento de deslizamento limitado de um sistema de distribuição de torque, por exemplo, para veículos com tração em todas as rodas, tendo o menor tempo de reação possível em resposta aos sinais de controle.

[003] A mencionada aplicação representou um estágio inicial de desenvolvimento de um conjunto significativamente melhorado, porém o trabalho de desenvolvimento continuou e resultou em um conjunto verdadeiramente integrado que atende de maneira ainda melhor os objetivos do conjunto anterior. Descrição da Invenção 1. Para atender os objetivos acima mencionados e outros, o conjunto de bomba hidráulica de acordo com a invenção compreende: - uma bomba de pistões axiais tendo um tambor de pistões rotacionável em uma carcaça de bomba e contendo um número de pistões axiais reciprocantes, - pelo menos uma alavanca centrífuga acoplada pivotalmente ao tambor de pistões e um membro de válvula conectado à alavanca centrífuga arranjado para cooperar com a boca de um orifício de saída de óleo do tambor de pistões para formar a válvula de descarga de pressão.

[004] Um aspecto importante da presente invenção consiste da integração da alavanca centrífuga e da válvula de descarga com o tambor de pistões.

[005] Em uma modalidade prática de execução, um número de alavancas centrífugas - preferencialmente de três alavancas - encontra-se uniformemente distribuído em torno do tambor de pistões, cada alavanca sendo equipada com uma esfera para acoplar com o orifício do tambor de pistões sob a ação da força centrífuga.

[006] Meios de mola são preferencialmente providenciados para polarizar as alavancas centrífugas na direção oposta da força centrífuga. Na prática, uma mola de anel pode ser arranjada em torno do tambor de pistões e das alavancas centrífugas.

[007] A esfera pode ser preferencialmente conectada à sua alavanca centrífuga através de um grampo de mola, permitindo certos ajustes de posição da esfera em relação ao orifício.

[008] Meios podem ser providenciados para calibrar ocasionalmente o conjunto durante o funcionamento, com a utilização da função I=f(U), porque uma curva de pressão em um gráfico I/U mostra dois pontos distintos ou cotovelos de calibração.

Breve Descrição dos Desenhos

[009] A invenção será descrita com mais detalhes abaixo, com referência aos desenhos que a acompanham, nos quais: - as Figuras 1 a 5 mostram contornos de diferentes sistemas de acionamento para veículos com acoplamentos de deslizamento limitado, - a Figura 6 ilustra um esquema hidráulico de um sistema de acionamento hidráulico, no qual um conjunto de bomba hidráulica de acordo com a invenção encontra-se incluído, - a Figura 7 mostra uma vista lateral, parcialmente em corte, de um conjunto de bomba hidráulica de acordo com a invenção, - a Figura 8 mostra uma vista em corte transversal em escala maior ao longo da linha AA da Figura 7, - a Figura 9 ilustra uma vista isométrica em escala ainda maior de detalhes das partes do conjunto mostrado nas Figuras 7 e 8, e - a Figura 10 mostra um gráfico I/U de um motor elétrico do conjunto.

Descrição Detalhada da Invenção

[010] Cinco exemplos gerais de diferentes sistemas de acionamento para veículos, normalmente automóveis, são mostrados nas Figuras 1 a 5. Em todos os exemplos, o veículo é acionado através de um motor 1 e de uma transmissão 2. O veículo de todos os exemplos possui um eixo dianteiro 3, um eixo traseiro 5, um ou mais diferenciais 1, e um ou mais acoplamentos de deslizamento limitado 7. Um acoplamento de deslizamento limitado pode ser utilizado como um meio para a distribuição do torque entre os eixos dianteiros e traseiros de um veículo com tração em todas as rodas e/ou para a distribuição do torque entre as rodas esquerdas e direitas de um veículo de tração em duas ou quatro rodas.

[011] O acoplamento de deslizamento limitado 7 compreende, como ilustrado esquematicamente na Figura 6, um pacote de discos 15 ativado através de um pistão 13 acomodado em um cilindro 14. Quando o pistão 13 é ativado através da pressão hidráulica, os discos do pacote de discos 15 entram em contato uns com os outros e estabelecem o contato de acionamento entre os dois eixos aos quais se encontram conectados.

[012] A Figura 1 mostra um exemplo de um veículo comum com tração nas quatro rodas, e o exemplo da Figura 2 mostra a possibilidade adicional da distribuição do torque entre as rodas traseiras. A Figura 3 ilustra um acionamento de rodas traseiras com a possibilidade de também acionar as rodas dianteiras. Na Figura 4 encontra-se ilustrado um exemplo de um veículo com um diferencial central. Finalmente, a Figura 5 ilustra um exemplo de um acionamento de rodas dianteiras com distribuição de torque entre as rodas dianteiras. Uma pessoa habilitada na arte irá entender que também existem outros exemplos de sistemas de acionamento com os quais a presente invenção, relacionada ao controle do acoplamento de deslizamento limitado 7, pode ser utilizada.

[013] No exemplo da Figura 1, um eixo intermediário 4 é conectado entre o eixo dianteiro 3 e o eixo traseiro 5. Um acoplamento de deslizamento limitado 7 encontra-se localizado entre o eixo intermediário 4 e um diferencial 6 do eixo traseiro 5. O exemplo da Figura 2 difere do exemplo da Figura 1 apenas pelo fato de que um acoplamento de deslizamento limitado 7 adicional encontra-se localizado no eixo traseiro 5.

[014] No exemplo da Figura 3 um acoplamento de deslizamento limitado 7 encontra-se localizado entre a transmissão 2 do motor 1 e um eixo intermediário 8, sendo que a outra extremidade do mesmo é conectada a um diferencial 6 do eixo traseiro 5. A transmissão 9 encontra-se localizada entre o acoplamento de deslizamento limitado 7 e um eixo intermediário 10 adicional, e a outra extremidade do mesmo é conectada a um diferencial 6 do eixo dianteiro 3.

[015] No exemplo da Figura 4, a transmissão 2 do motor 1 é conectada a um diferencial 6, que é conectado a um primeiro eixo intermediário 11 e a um segundo eixo intermediário 12. Um acoplamento de deslizamento limitado 7 conecta o diferencial 6 com o segundo eixo intermediário 12. A outra extremidade do primeiro eixo intermediário 11 é conectada a um diferencial 6 do eixo traseiro 5. Uma extremidade do segundo eixo intermediário 12 é conectada a um diferencial do eixo dianteiro 3.

[016] No exemplo da Figura 5, um diferencial 6 é conectado ao eixo dianteiro 3. O diferencial 6 é conectado a dois semieixos formando o eixo dianteiro 3. Um acoplamento de deslizamento limitado 7 é arranjado para conectar o diferencial 6 com um dos semieixos do eixo dianteiro 3. Neste exemplo, o eixo traseiro 5 não é acionado.

[017] A Figura 6 ilustra um esquema hidráulico de um sistema de acionamento hidráulico, no qual o conjunto de bomba hidráulica de acordo com a presente invenção se encontra incluído.

[018] Este sistema compreende um motor elétrico 16 acionando uma bomba 17 através de um eixo de acionamento 18, que também aciona um regulador centrífugo 19. A posição do regulador centrífugo 19 controla a posição e o fluxo através de uma válvula de descarga de pressão 20.

[019] O óleo hidráulico para o sistema de acionamento hidráulico encontra-se armazenado no reservatório 21. O óleo é sugado para o interior da bomba 17 através da linha hidráulica 22, sendo fornecido a partir dela na direção do cilindro 14 através da linha hidráulica 23. Dependendo da posição do regulador centrífugo 19 e portanto da válvula de descarga de pressão 20, uma parte e algumas vezes todo o fluxo hidráulico é desviado através da linha hidráulica 24 e da válvula de descarga de pressão 20, retornando ao reservatório 21. Consequentemente, a pressão hidráulica fornecida ao cilindro 14 é controlada pelo regulador centrífugo 19.

[020] Uma válvula de alívio 25 encontra-se conectada ao cilindro 14 através da linha hidráulica 26. A mencionada válvula de alívio 25 tem a função de desviar o óleo hidráulico do cilindro 14 para o reservatório 21, quando a pressão do óleo hidráulico excede um determinado valor, pode exemplo, de 40 bar.

[021] A Figura 7 ilustra uma vista geral de um conjunto de bomba hidráulica de acordo com a presente invenção, com determinadas partes importantes mostradas em corte. Geralmente, o mencionado conjunto compreende um motor elétrico 16, uma bomba e uma unidade de válvula 26 que será descrita com mais detalhes abaixo. No entanto, já pode ter sido aqui mencionado que esta unidade 26 contém a bomba 17, o regulador centrífugo 19 e a válvula de descarga de pressão 20, descritos com referência à Figura 6. O conjunto de bomba hidráulica pode ser instalado em uma cobertura de um reservatório hidráulico (21 na Figura 6), com sua bomba e unidade de válvula 26 se estendendo parcialmente para baixo dentro do óleo hidráulico.

[022] O motor elétrico 16 pode consistir preferencialmente de um motor DC com escovas. Com a instalação da válvula de descarga de pressão 20, que cria uma descarga de excesso de óleo de volta ao interior do reservatório, o motor 16 pode funcionar de modo contínuo sem provocar a queima de suas escovas. Operando desta maneira o motor 16 apresenta um tempo de reação extremamente curto para a geração da pressão no sistema quando necessário, pois o motor já estará rodando e consequentemente menor quantidade de energia será utilizada para a aceleração das partes rotativas.

[023] O eixo de acionamento 18 do motor elétrico 16 se estende com sua extremidade em um tambor de pistões 30 de uma bomba de pistões axiais. O tambor de pistões 30 é arranjado de modo rotativo em uma carcaça de bomba 31. O eixo de acionamento 18 é conectado ao tambor de pistões através de um acionador, que permite determinados movimentos relativos.

[024] O tambor de pistões 30 encosta contra uma tampa de bomba 33 acoplada à carcaça 31 da bomba.

[025] Uma placa oscilante inclinada 34 (na forma de um rolamento axial de esferas) encontra-se localizada na carcaça 31 da bomba. Pistões axiais 35 (seis pistões na modalidade mostrada) axialmente móveis encontram-se localizados em orifícios axiais ou cilindros correspondentes do tambor de pistões 30 e estão polarizados para engatar com a placa oscilante 34 através de molas individuais de compressão 36. Durante a rotação do tambor de pistões 30 ativada pelo eixo de acionamento 18, os pistões axiais 35 são induzidos a executar um movimento de bombeamento reciprocante no tambor de pistões 30 pela placa oscilante 34.

[026] O regulador centrífugo 19 com a válvula de descarga de pressão 20, mostrado na Figura 6, é conectado integralmente ao tambor de pistões 30. Referindo-nos agora principalmente à Figura 8, um componente importante do regulador 19 consiste de pelo menos uma, e na presente modalidade de execução, de três alavancas centrífugas 40. Cada uma destas alavancas 40 encontra-se relativamente próxima de uma de suas primeiras extremidades conectadas pivotalmente ao tambor de pistões 30 através de um pino de alavanca 41. Durante a rotação do tambor de pistões 30, a outra ou a segunda extremidade de cada alavanca 40 é levada a se movimentar para fora do tambor de pistões 30 pela ação da força centrífuga. Esta tendência é neutralizada por um meio de mola na forma de uma mola de anel 42, colocada em torno dos pinos de mola 43 das alavancas 40.

[027] Na mencionada primeira extremidade de cada alavanca 40 é providenciado um membro de válvula na forma de uma esfera 44, que coopera com a extremidade aberta de um orifício radial 45 localizado no tambor de pistões 30. A esfera 44 está conectada à extremidade da alavanca através de um grampo de mola 46, que é mostrado na Figura 9, e que permite que a esfera 44 encaixe de modo estanque na extremidade do orifício ou na boca do orifício com determinados ajustes de posição.

[028] Na Figura 8, as alavancas 40 encontram-se impulsionadas para fora sob a ação da força centrífuga, e as esferas 44 estão fechando os orifícios radiais 45.

[029] Em condição normal de funcionamento, com o motor 16 girando a uma velocidade constante, as esferas atingem uma posição semiaberta e estável em relação aos orifícios 45.

[030] O óleo hidráulico é transportado no interior dabomba e da unidade de válvula 26 como segue:

[031] O óleo hidráulico é sugado do reservatório 21através de um orifício axial de entrada 50 localizado na tampa 33 da bomba. O orifício de entrada 50 abre-se em uma fenda rasa circunferencial na superfície da tampa da bomba, localizada de frente para o tambor 30 da bomba, de tal maneira que o óleo hidráulico possa entrar em cada um dos cilindros contendo um pistão 35 no tambor 30 da bomba durante a rotação do mesmo.

[032] O óleo hidráulico pressurizado pelo pistão 35 é então enviado, através de outra fenda rasa circunferencial na mencionada superfície da tampa da bomba diametralmente oposta à primeira fenda de abertura, a um orifício radial 51 da tampa 33 da bomba e também a um canal de saída 52 da carcaça da bomba 31, o canal de saída estando em contato com a linha hidráulica 23 que conduz ao cilindro 14 (Figura 6).

[033] O orifício radial 51 também se encontra em contato com um furo central cego 53, a partir do qual os orifícios radiais 45 se estendem para fora na direção das esferas 44. Finalmente, a partir de um espaço circunferencial 54 na carcaça da bomba 31 em torno do tambor de pistões 30 e das alavancas 40 do regulador centrífugo 1, se encontra um orifício axial 55 na tampa da bomba 51 que tem a função de devolver e retornar o excesso de óleo hidráulico da válvula de descarga de pressão 20, constituída pelas esferas 44 polarizadas pela mola.

[034] Como mencionado anteriormente, o motor DC 16 está sempre em funcionamento quando o veículo se encontra em operação. Em condições normais de operação, quando não existe a necessidade do acoplamento de deslizamento limitado 7 estar na condição acoplada, o motor funciona em uma velocidade rotacional abaixo da qual a válvula de descarga de pressão 20 se fecha. Quando existe uma demanda para o engate do acoplamento 7, isto é, para o acionamento do pistão 13, uma alta corrente/voltagem é aplicada ao motor DC 16. Com isto a velocidade do eixo de acionamento 18 aumenta, fazendo com que a válvula de descarga 20 seja fechada pelo regulador centrífugo 19, isto é, as alavancas 40 são impulsionadas para fora pressionando as esferas 44 de modo estanque contra as extremidades dos orifícios radiais 45. Inversamente, se a velocidade de rotação do eixo de acionamento 18 do motor diminui, a ação da força centrífuga sobre as alavancas 40 também diminui, permitindo que a mola de anel 42 retorne as alavancas 40 contra o tambor 30 da bomba, de tal maneira que as esferas 44 sejam levantadas abrindo os orifícios radiais 45.

[035] A função da válvula de alívio 25 é a de controlar a pressão máxima do sistema, permitir a calibração do sistema a qualquer momento e eliminar o ar do sistema, em conexão com a montagem e também em conexão com a partida do motor do veículo.

[036] A Figura 10 ilustra um gráfico que mostra a relação existente entre a corrente I e a voltagem U do motor 16 durante o aumento da pressão hidráulica P gerada pelo conjunto de bomba hidráulica. O nível da pressão hidráulica é determinado, essencialmente, pela corrente I. Em um determinado intervalo de temperatura a corrente é, em princípio, proporcional à pressão. Cada conjunto de bomba hidráulica fabricado apresenta uma constante individual entre a pressão e a corrente, sendo, consequentemente, prática normal realizar a calibração de cada conjunto de bomba no final do processo de fabricação.

[037] No entanto, esta constante normalmente sofre alterações, por exemplo, em função do alisamento das superfícies das diferentes partes durante o funcionamento do conjunto da bomba. Consequentemente, pode ser vantajoso proporcionar meios para renovar a calibração em intervalos, por exemplo, toda vez que o motor do veículo for acionado com a chave de ignição.

[038] Dois pontos de referência ou cotovelos podem ser identificados e utilizados para esta calibração:

[039] Um primeiro ponto 56, quando as alavancas centrífugas 40 superam a força da mola de anel 42 e fecham as válvulas, que consiste das esferas 44 assentando contra os orifícios radiais 45. A pressão sobe acima de uma pressão básica, dependendo das perdas hidráulicas nos tubos e também nas válvulas abertas.

[040] Um segundo ponto 57, quando a válvula mecânica de alívio de 25 é aberta, fazendo com que a pressão não possa ser aumentada ainda mais pelo conjunto da bomba.

[041] Em ambos os casos é utilizada a relação entre a voltagem U e a corrente I. Ao executar a função I=f(U), os dois cotovelos ou pontos de calibração podem ser identificados e utilizados.

[042] Modificações são possíveis de serem realizadas dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. CONJUNTO DE BOMBA HIDRÁULICA para um sistema para distribuição de torque entre os eixos dianteiro e traseiro de um veículo com tração em todas as rodas e/ou entre as rodas esquerdas e direitas de um veículo de tração em duas ou quatro rodas, o sistema compreendendo pelo menos um acoplamento de deslizamento limitado (7) tendo um pacote de discos (15) e um pistão (13) atuando no mesmo, o pistão (13) sendo acionado pelo conjunto de bomba hidráulica, sendo que o conjunto de bomba hidráulica compreende um motor elétrico (16), uma bomba hidráulica (17) acionada pelo mesmo e um regulador centrífugo (19) também acionado pelo mesmo, o regulador centrífugo (19) controlando uma válvula de descarga de pressão (20) conectada na saída de óleo (23) da bomba hidráulica (17), caracterizado pelo fato de que o conjunto de bomba hidráulica compreende uma bomba de pistões axiais tendo um tambor de pistões (30) rotacionável em uma carcaça de bomba (31) e contendo um número de pistões axiais reciprocantes (35), pelo menos uma alavanca centrífuga (40) acoplada pivotalmente ao tambor de pistões (30) e um membro de válvula (44) conectado à alavanca centrífuga (40) e arranjado para cooperar com a boca de um orifício de saída de óleo (45) no tambor de pistões (30) para formar a válvula de descarga de pressão (20).

2. CONJUNTO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um número de alavancas centrífugas (40) - preferencialmente de três alavancas - encontra-se uniformemente distribuído em torno do tambor de pistões (30), cada alavanca sendo equipada com uma esfera (44) para acoplar com o orifício (45) do tambor de pistões sob a ação da força centrífuga.

3. CONJUNTO de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que meios de mola (42) são providenciados para a polarização das alavancas centrífugas (40) na direção oposta da força centrífuga.

4. CONJUNTO de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que uma mola de anel (42) encontra-se arranjadaem torno do tambor de pistões (30) e das alavancas centrífugas (40).

5. CONJUNTO de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a esfera (44) é conectada à sua alavanca centrífuga (40) através de um grampo de mola (46) permitindo certos ajustes de posição da esfera (44) em relação ao orifício (45).