BR112017000948B1 - Conjunto de válvula e sistema de motor - Google Patents

Abstract

CONJUNTO DE VÁLVULA E SISTEMA INCLUINDO UM TURBOCOMPRESSOR ACIONADO PELOS GASES DE EXAUSTÃO. É descrito um conjunto de válvula, e inclui um evacuador e uma válvula de alívio. O evacuador inclui uma porta de sucção que aplica de forma seletiva um vácuo. A válvula de alívio apresenta uma posição aberta e uma posição fechada e, inclui uma entrada, uma saída, um pistão que translada dentro de uma câmara e, uma câmara pressurizada. O pistão inclui uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. A câmara pressurizada é conectada de modo fluido à porta de sucção do evacuador e, é definida em parte pela primeira extremidade do pistão. O pistão translada dentro da câmara pressurizada para a posição aberta caso seja aplicado vácuo à câmara pressurizada.

Description

Pedidos relacionados

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório Norte Americano N° 62/025.548, depositado em 17 de Julho de 2014.

Campo Técnico

[002] A presente invenção se refere, de um modo geral, a uma válvula de alívio, em que um evacuador é utilizado para fornecer um vácuo para acionar a válvula de alívio em uma posição aberta.

Estado da Técnica

[003] Os motores de combustão interna podem ser utilizados em uma variedade de aplicações, tais como, por exemplo, veículos de passageiros e veículos industriais, aplicações marinhas, estacionárias e aeroespaciais. Geralmente, há dois ciclos de ignição dominantes, que são comumente referidos de ciclos de gás e diesel, ou mais formalmente como ciclos de ignição por centelha (SI) e de ignição por compressão (CI), respectivamente.

[004] Os turbo-compressores acionados pelos gases de exaustão podem ser usados para melhorar a potência de saída e eficiência geral de um motor de combustão interna. Especificamente, a energia do gás de exaustão pode ser utilizada para acionar uma turbina. O turbo-compressor inclui um compressor e uma turbina, onde o compressor é montado em um eixo do turbo-compressor, oposto à turbina. A turbina converte a energia do gás de exaustão do motor em energia mecânica, que é usada para acionar o compressor. O compressor aspira e comprime o ar. O ar comprimido é a seguir direcionado para um coletor de admissão do motor de combustão interna.

[005] Uma válvula de alívio, tal como uma válvula de descarga do compressor ou uma válvula de prioridade (blow-off valve), pode ser montada em um tubo de admissão localizado a jusante do turbo-compressor antes de uma borboleta. Especificamente, uma válvula de descarga do compressor pode ser utilizada para descarregar o ar comprimido de volta para uma entrada do compressor. Uma válvula de prioridade é semelhante a uma válvula de recirculação do compressor, mas descarrega para a atmosfera em vez de retornar para a entrada do compressor. A válvula de alívio pode ser usada para aliviar uma subida repentina ou pico na pressão que pode ocorrer quando a borboleta fecha (ou seja, quando um(a) operador(a) ergue subitamente seu pé do pedal do acelerador e a borboleta fecha).

[006] Os sistemas de compressão de ar têm sido utilizados em semi-reboques e outros tipos de veículos comerciais, a fim de acionar freios a ar. O sistema de compressão de ar pode incluir um compressor de ar que é utilizado para fornecer ar comprimido a um tanque de armazenamento. O compressor de ar pode ser alimentado por uma polia do virabrequim ou, por engrenagens de sincronização do motor de combustão interna. O ar comprimido no tanque de armazenamento pode ser usado para os freios a ar. Em adição aos freios a ar, o ar comprimido também pode ser utilizado para acionar a válvula de alívio (ou seja, a válvula de prioridade ou de descarga do compressor). Especificamente, uma bomba de vácuo pode permitir que o ar comprimido no tanque de armazenamento flua de forma seletiva para a válvula de alívio. A bomba de vácuo pode ser acionada por um motor elétrico, ou pelo eixo do virabrequim ou outro eixo rotativo do motor de combustão interna. No entanto, a bomba de vácuo pode adicionar custos significativos e complexidade ao sistema. Conseqüentemente, há uma necessidade na técnica de uma abordagem mais simples e econômica para acionar uma válvula de alívio em um sistema de turbo-compressor, especialmente em semi-reboques e outros tipos de veículos comerciais.

Descrição da Invenção

[007] O conjunto de válvula descrito inclui uma válvula de alívio e um evacuador. O evacuador pode ser utilizado para criar um vácuo dentro de uma câmara pressurizada da válvula de alívio. O vácuo criado pelo evacuador é uma abordagem relativamente simples e de baixo custo para acionar a válvula de alívio a partir de uma posição fechada e para uma posição aberta.

[008] Em um aspecto, o conjunto de válvula descrito inclui um evacuador e uma válvula de alívio. O evacuador inclui uma porta de sucção que aplica de forma seletiva um vácuo. A válvula de alívio apresenta ao menos uma posição aberta e uma posição fechada e, inclui uma entrada, uma saída, um pistão que translada dentro de uma câmara e, uma câmara pressurizada. O pistão inclui uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. A câmara pressurizada é conectada de modo fluido à porta de sucção do evacuador e é definida, em parte, pela primeira extremidade do pistão. O pistão translada dentro da câmara para a posição aberta se for aplicado vácuo à câmara pressurizada.

[009] Em outro aspecto, é descrito um sistema que inclui um turbo-compressor acionado pelos gases de exaustão e inclui um tanque de armazenamento que contém ar comprimido, uma válvula de controle que é aberta de forma seletiva para permitir que o ar comprimido dentro do tanque de armazenamento flua através da mesma, um evacuador e válvula de alívio. O evacuador é conectado de forma fluida à válvula de controle e uma entrada do compressor do turbo-compressor acionado pelos gases de exaustão. O evacuador inclui uma porta de sucção que aplica um vácuo caso a válvula de controle esteja aberta. A válvula de alívio apresenta ao menos uma posição aberta e uma posição fechada. A válvula de alívio está conectada de forma fluida ao evacuador. A válvula de alívio é acionada para a posição aberta caso o vácuo seja aplicado pelo evacuador. Breve descrição dos desenhos - a figura 1 é um diagrama que inclui caminhos de fluxo e direções de fluxo de uma forma de realização de um sistema turbo de motor de combustão interna que inclui uma válvula de alívio e um evacuador. - a figura 2 é um diagrama da válvula de alívio e do evacuador ilustrados na figura 1, onde a válvula de alívio se encontra em uma posição fechada. - a figura 3 é um diagrama da válvula de alívio e do evacuador ilustrados na figura 1, onde a válvula de alívio se encontra em uma posição aberta. - a figura 4 é um diagrama do evacuador ilustrado na figura 1. - a figura 5 é um diagrama de uma forma de realização alternativa de uma válvula de alívio variável e evacuador mostrados na figura 1. - as figuras 6 e 7 são uma ilustração de uma forma de realização de uma válvula de alívio variável em uma posição fechada. - a figura 8 é uma ilustração da válvula de alívio variável ilustrada na figura 6 em uma posição parcialmente aberta. - a figura 9 é uma ilustração da válvula de alívio variável ilustrada na figura 6 em uma posição aberta.

Descrição detalhada

[0010] A descrição detalhada a seguir ilustrará os princípios gerais da invenção, cujos exemplos são ilustrados adicionalmente nos desenhos acompanhantes. Nos desenhos, os números de referência semelhantes indicam elementos idênticos ou funcionalmente semelhantes.

[0011] Com referência agora à figura 1, é ilustrado um diagrama esquemático exemplificativo de um sistema turbo 10 para um motor de combustão interna 12. Em uma forma de realização, o motor de combustão interna 12 é um motor de ignição por compressão (“CI”) ou diesel de um veículo 1, no entanto deve ser entendido que podem ser utilizados outros tipos de motores, tais como os motores de ignição por centelha (SI) ou também a gasolina. O sistema turbo 10 pode incluir um turbo-compressor acionado pelos gases de exaustão (“EDT”) 20, que apresenta uma seção da turbina 22 e uma seção do compressor 24, uma válvula de derivação 26, ou wastegate, da turbina, e uma válvula de alívio 30. Um alojamento da exaustão 18 do EDT 20 contém um rotor da turbina 32. Um rotor da turbina 32 utiliza e converte a energia da exaustão em trabalho mecânico através de um eixo comum 34 para rotacionar o rotor do compressor 35. O rotor do compressor 35 admite, comprime e alimenta ar a elevadas pressões de operação para dentro de um coletor de admissão 36 do motor de combustão interna 12.

[0012] A válvula de derivação 26 é uma válvula de controle utilizada para medir um volume de exaustão 37 que sai de um coletor de exaustão 40 do motor de combustão interna 12 e controla a quantidade de energia disponível para acionar o rotor da turbina 32. A válvula de derivação 26 opera por meio da abertura de uma válvula (não ilustrada) conectada a um tubo de derivação 42. A abertura da válvula de derivação 26 permite que a exaustão flua para além do rotor da turbina 32. Assim, a válvula de derivação 26 pode ter o controle direto sobre a velocidade do EDT 20 e da pressão de operação resultante do coletor de admissão 36 do motor de combustão interna 12. A válvula de derivação 26 pode apresentar qualquer número de formas de realização, incluindo as formas de realização descritas na patente Norte Americana N° 8.469.333 do requerente, a qual é aqui incorporada em sua totalidade por referência.

[0013] A operação do EDT 20 pode ser explicada agora. Deve ser apreciado que existem pressões de operação em uma entrada do compressor do EDT 50, no coletor de admissão 36 do motor de combustão interna 12 e em um tubo do coletor de admissão 52, no coletor de exaustão 40 do motor de combustão interna 12 e em um tubo do coletor de admissão 54, em uma entrada de exaustão 58 do EDT 20 e em uma saída de exaustão 59 do EDT 20. Especificamente, a entrada do compressor do EDT 50 pode ser definida como a passagem de um sistema de admissão de ar 60 para uma entrada 64 da seção do compressor 24. O coletor de admissão 36 do motor de combustão interna 12 pode ser definido como a passagem entre uma descarga do compressor do EDT 66 e uma ou mais válvulas de admissão 68 do motor de combustão interna 12. O coletor de exaustão 40 do motor de combustão interna 12 pode ser definido como a passagem entre uma ou mais válvulas de exaustão 70 e a entrada de exaustão 58 do EDT. A exaustão pode ser qualquer passagem localizada após a saída de exaustão 59 do EDT 20.

[0014] Um tanque de armazenamento 86 pode ser utilizado para armazenar ar de alta pressão ou comprimido. Um compressor de ar secundário (não ilustrado) pode ser usado para fornecer o ar comprimido localizado no tanque de armazenamento 86. Em uma forma de realização, o ar comprimido pode ser usado para acionar os freios a ar (não ilustrados) no veículo 1. Em adição aos freios a ar, o ar comprimido armazenado no tanque de ar 86 também pode ser utilizado para fornecer ar comprimido a um evacuador 88, o qual é descrito em maior detalhe abaixo.

[0015] A válvula de alívio 30 pode ser uma válvula de regulagem localizada no tubo do coletor de admissão 52 entre a descarga do compressor 66 da seção do compressor 24 do EDT 20 e o coletor de admissão 36 do motor de combustão interna 12. Na forma de realização conforme mostrado na figura 1, a válvula de alívio 30 é uma válvula de recirculação do compressor que é conectada de modo fluido e que circula o ar comprimido de volta para a entrada do compressor do EDT 50. No entanto, deve ser observado que, em outra forma de realização, o sistema turbo 10 pode utilizar também uma válvula de prioridade. A válvula de prioridade é semelhante a uma válvula de recirculação do compressor, mas descarrega para a atmosfera em vez de retornar para a entrada do compressor de um EDT. Uma válvula on/off, ou de controle, 38, pode ser conectada de forma fluida a montante do evacuador 88 e, é utilizada para permitir, de forma seletiva, que o ar comprimido no interior do tanque de armazenamento 86 flua através do evacuador 88. Em uma forma de realização, a válvula de controle 38 pode ser uma válvula solenóide. Um silenciador ou atenuador de ruído 89 pode ser localizado a jusante do evacuador 88, entre a válvula de controle 38 e a entrada do compressor do EDT 50.

[0016] Um tubo de alta pressão 90 pode ser utilizado para conectar de forma fluida o tanque de armazenamento 86 ao evacuador 88. O evacuador 88 pode ser localizado entre o tanque de armazenamento 86 e a entrada do compressor do EDT 50. O evacuador 88 pode se encontrar em comunicação fluida com a válvula de controle, a válvula de alívio 30 e a entrada do compressor do EDT 50. O evacuador 88 pode ser uma abordagem relativamente simples e econômica para criar um vácuo na válvula de alívio 30. O vácuo criado pelo evacuador 88 pode ser utilizado para acionar a válvula de alívio 30 para uma posição aberta, que é descrito em maior detalhe abaixo. Em uma forma de realização alternativa, o evacuador 88 pode ser localizado entre o tanque de armazenamento e a atmosfera.

[0017] Na forma de realização de exemplo ilustrada na figura 1, a válvula de alívio 30 pode ser utilizada com uma placa da borboleta 80. Em qualquer dada faixa de funcionamento do motor de combustão interna 12, o eixo 34 do EDT 20 pode estar rotacionando a até 200.000 rotações por minuto (RPM). Um fechamento súbito da borboleta 80 não desacelera imediatamente as RPM do EDT 20. Portanto, este fechamento cria um aumento súbito da pressão nas passagens entre a borboleta 80 fechada e a seção do compressor do EDT 24 (ou seja, o tubo do coletor de admissão 52). A válvula de alívio 30 pode ser utilizada para aliviar ou derivar a pressão de saída do compressor que é maior do que a necessária devido ao fechamento repentino da borboleta 80.

[0018] Quando a válvula de alívio 30 é aberta, o EDT 20 pode rotacionar livremente, conservando assim a inércia do EDT 20. Se a válvula de alívio 30 fosse omitida, o EDT 20 poderia estolar ou parar uma vez que a borboleta 80 fosse fechada. Este estol ou parada pode afetar de forma negativa a vida do EDT e a resposta da borboleta. Os especialistas na arte apreciarão que o EDT 20 deve encontrar-se em rotação e pronto para produzir o boost assim que a placa da borboleta 80 seja aberta. A válvula de alívio 30 pode diminuir o atraso do turbo (turbo lag), permitindo que o EDT 20 rotacione até a velocidade (ou seja, acelerar) sem carga do compressor, uma vez que não existe pressão de retorno presente quando a válvula de alívio 30 é aberta.

[0019] Em uma forma de realização, a válvula de alívio 30 é uma válvula de alívio variável. A válvula de alívio variável é ilustrada na figura 5 e também é descrita em maior detalhe abaixo. Uma válvula de alívio variável pode permitir apenas a quantidade de derivação necessária para impedir substancialmente o pico no compressor. O surto do compressor pode ser definido como quando a pressão de ar após o rotor do compressor 35 for realmente maior do que o rotor do compressor 35 é capaz de manter. Esta condição faz com que o fluxo de ar no rotor do compressor 35 retorne, aumente a pressão ou trave. Assim, o surto do compressor é ruidoso, compromete a vida do EDT e pode reduzir o desempenho do sistema turbo 10.

[0020] As figuras 2-3 são um diagrama esquemático da válvula de alívio 30, da válvula de controle 38, do evacuador 88, do tanque de armazenamento 86, do atenuador de ruído 89 e de um controlador 92. Em uma forma de realização, o controlador 92 pode ser um motor ou um módulo de controle do trem de força. O controlador do motor pode ser utilizado para fornecer o controle de uma ou mais funções do motor de combustão interna 12 (figura 1). O controlador 92 pode se encontrar em comunicação de sinal com a válvula de controle 38. O controlador 92 pode se referir a um circuito integrado específico de aplicação (ASIC), um circuito eletrônico, um processador (compartilhado, dedicado ou grupo) e uma memória que executa um ou mais programas de firmware ou software, um circuito lógico combinacional ou, outros componentes adequados que fornecem a funcionalidade descrita.

[0021] A válvula de alívio 30 pode incluir um corpo da válvula 100 que define uma porta de entrada 102, uma porta de saída 104 e uma câmara pressurizada 106. Na forma de realização não limitativa conforme mostrado nas figuras 2-3, a porta de entrada 102 da válvula de alívio 30 é conectada de modo fluido com a descarga do compressor do EDT 66 (figura 1) e a porta de saída 104 é conectada de modo fluido com a entrada do compressor do EDT 50 (figura 1). A válvula de alívio 30 também pode incluir um pistão 108, um elemento de válvula 110 e, um elemento elástico 112. O corpo da válvula 100 também pode definir uma câmara 120. Em uma forma de realização, a câmara 120 pode apresentar um formato geralmente cilíndrico. O pistão 106 pode incluir uma primeira extremidade 122 e uma segunda extremidade 124 e, pode ser dimensionado para se transladar em uma direção linear dentro da câmara 120 do corpo da válvula 100. A figura 2 ilustra a válvula 30 em uma posição fechada e, a figura 3 ilustra a válvula 30 em uma posição aberta. Especificamente, o pistão 120 pode transladar ou mover-se para cima e para baixo dentro da câmara 120 do corpo da válvula 100 entre a posição fechada e a posição aberta. Apesar da figura 2-3 descrever a câmara 120 como parte integrante do corpo da válvula 100 (ou seja, a câmara 120 e o corpo da válvula 100 são uma peça unitária), deve ser entendido que a câmara 120 também pode ser uma peça separada montada na válvula de alívio 30.

[0022] Na forma de realização não limitativa conforme mostrado, o elemento de válvula 110 é uma válvula conformada em taça que inclui uma haste de válvula 130. A haste de válvula 130 inclui uma primeira extremidade 132 e uma segunda extremidade 134. A primeira extremidade 132 da haste de válvula 130 pode ser conectada à segunda extremidade 124 do pistão 108 e, uma cabeça 138 do elemento de válvula 110 pode ser posicionada na segunda extremidade 134 da haste de válvula 130. Com referência à figura 2, quando a válvula de alívio 30 se encontra na posição fechada, a cabeça 138 do elemento de válvula 110 pode ser utilizada para, em geral, vedar ou bloquear a porta de saída 104. Portanto, a cabeça 138 do elemento de válvula 110 pode, em geral, bloquear ou impedir que um fluido flua a partir da porta de entrada 102 para a porta de saída 104. Conforme utilizado aqui, um fluido pode incluir qualquer líquido, colóide, gás, plasma ou uma combinação dos mesmos.

[0023] Quando é aplicado um vácuo à câmara pressurizada 106 da válvula de alívio 30, o pistão 108 pode mover-se para cima e para a posição aberta conforme mostrado na figura 3. Quando a válvula de alívio 30 se encontra na posição aberta, a cabeça 138 do elemento de válvula 110 pode ser afastada e não mais bloqueia ou veda a porta de saída 104. Assim, um fluido pode fluir a partir da porta de entrada 102 para a porta de saída 104 da válvula de alívio 30 sem qualquer obstrução ou bloqueio substancial pela cabeça 138 do elemento de válvula 110 quando a válvula de alívio 30 se encontrar na posição aberta.

[0024] Retornando à figura 2, o elemento elástico 112 pode incluir uma primeira extremidade 140 e uma segunda extremidade 142. A primeira extremidade 140 do elemento elástico 112 pode encostar contra a primeira extremidade 122 do pistão 108. A segunda extremidade 142 do elemento elástico 112 pode encostar contra uma tampa 146 da válvula de alívio 30. O elemento elástico 112 pode exercer uma força de resistência elástica contra a primeira extremidade 122 do pistão 106. Especificamente, a força de resistência elástica pode ser exercida em uma direção para baixo e, para a porta de saída 104 da válvula de alívio 30. A força de resistência elástica pode ser utilizada para impedir que o pistão 108 translade no interior da câmara 120 da válvula de alívio 30 e para a posição aberta devido à elevada pressão de boost no sistema turbo 10 (figura 1). Em uma forma de realização de exemplo, o elemento elástico pode ser uma mola de compressão.

[0025] Prosseguindo com a referência à figura 2, a tampa 146 pode ser fixada ou de outro modo conectada ao corpo da válvula 100 da válvula de alívio 30. A tampa 146 pode definir uma abertura 150. A abertura 150 da tampa 146 pode ser utilizada para conectar de modo fluido o evacuador 88 com a válvula pressurizada 106 da válvula de alívio 30. A câmara pressurizada 106 pode ser definida pela tampa 146, por uma porção da câmara 120 e pela primeira extremidade 122 do pistão 108. O pistão 108 translada dentro da câmara 120 para cima e em direção à tampa 146 quando uma soma das forças que atuam sobre o pistão 108 pelo elemento elástico 112 e uma diferença de pressão que atua sobre a primeira extremidade 122 e a segunda extremidade 124 do pistão 108 forem maior que uma força aplicada à cabeça 138 do elemento de válvula 110 devido a um diferencial de pressão entre a porta de entrada 102 e a porta de saída 104 da válvula de alívio 30. A válvula de controle 38 pode normalmente se encontrar em uma posição fechada, evitando assim que o ar comprimido vindo do tanque de armazenamento 86 (figura 1) flua através do evacuador 88. No entanto, quando a válvula de controle 38 estiver aberta, o ar comprimido localizado dentro do tanque de armazenamento 86 pode fluir através do evacuador 88. O fluxo de ar comprimido ou de alta pressão através do evacuador 88 pode criar um vácuo. O vácuo gerado pelo evacuador 88 pode ser comunicado à câmara pressurizada 106 da válvula de alívio 30. Quando o vácuo é aplicado à câmara pressurizada 106 da válvula de alívio 30, isto reduz a pressão localizada dentro da câmara pressurizada 106. A redução na pressão dentro da câmara pressurizada 106 cria uma força que é suficiente para superar a força de resistência elástica para baixo exercida pelo elemento elástico 112. Isto por sua vez, impulsiona o pistão 108 para cima dentro da câmara 120 do corpo da válvula 100 e a válvula de alívio 30 se encontra agora na posição aberta, conforme se vê na figura 3.

[0026] Com referência em geral às figuras 1-3, se o motor de combustão interna 12 não estiver operando ou não estiver iniciando a partida, o controlador 92 pode enviar um sinal de controle para a válvula de controle 38 para permanecer na posição fechada, bloqueando assim o ar comprimido do tanque de armazenamento 86 (figura 1) para o evacuador 88. O controlador 92 monitora vários parâmetros de operação do motor de combustão interna 12 e do sistema turbo 10 para determinar se a válvula de alívio 30 necessita ser aberta. O controlador 92 pode enviar um sinal de controle para atuar a válvula de controle 32 para a posição aberta, permitindo assim que o ar comprimido localizado dentro do tanque de armazenamento 86 flua através do evacuador 88 e crie um vácuo. Conforme explicado acima, o vácuo pode ser utilizado para atuar a válvula de alívio 30 para a posição aberta conforme se vê na figura 3.

[0027] Com referência às figuras 2-4, o evacuador 88 cria um vácuo fornecido para a câmara pressurizada 106 da válvula de alívio 30 pelo fluxo de ar de alta pressão a partir do tanque de armazenamento 86 através de uma passagem 160. A passagem 160 do evacuador 88 pode geralmente estender o comprimento do evacuador 88 e, é configurado para criar o efeito Venturi. O evacuador 88 também pode incluir uma porta de alta pressão ou de movimento 162 que se encontra em comunicação fluida com o ar de alta pressão vindo do tanque de armazenamento 86 (figura 1), uma porta de sucção 164 que é conectada à câmara pressurizada 106 da válvula de alívio 30, e uma saída do evacuador ou porta de baixa pressão 166, que é conectada ao atenuador de ruído 89.

[0028] Com referência à figura 4, o evacuador 88 pode ser geralmente “conformado em T” e define a passagem 160 ao longo de um eixo central A-A. A passagem 160 pode incluir uma primeira porção afunilada ou cone de movimento 172 acoplado a uma segunda porção afunilada ou cone de descarga 174. Na forma de realização conforme mostrado, a primeira porção afunilada 172 inclui um perfil convergente afunilado e, a segunda porção afunilada 174 inclui um perfil divergente. A primeira porção afunilada 172 e a segunda porção afunilada 174 podem ser alinhadas extremidade a extremidade, onde uma extremidade de saída de movimento 176 do cone de movimento 172 faceia uma entrada de descarga 178 do cone de descarga 174 para definir uma abertura de Venturi 180 entre os mesmos. A abertura de Venturi 180, tal como aqui utilizado, significa a distância linear entre a extremidade de saída de movimento 176 e a entrada de descarga 178. Algumas configurações de exemplo para o evacuador 88 são apresentadas nas figuras 4-6 do pedido de patente Norte Americano co-pendente N° 14/294.727, depositado em 3 de Junho de 2014, que é aqui incorporado em sua totalidade por referência.

[0029] Com referência à figura 1-4, durante a operação, quando a válvula de controle 38 se encontra aberta, o ar comprimido localizado dentro do tanque de armazenamento 86 pode entrar na porta de alta pressão 162 do evacuador 88. À medida que o ar comprimido flui através da porta de alta pressão 162, que inclui um perfil convergente que diminui em área, a velocidade do ar comprimido pode aumentar. Isso ocorre porque as leis da mecânica dos fluidos afirmam que a pressão estática diminui à medida que a velocidade do fluido aumenta. A extremidade de saída de movimento 176 do cone de movimento 172 pode se projetar na abertura de Venturi 180. A abertura de Venturi 1 pode se encontrar conectada de modo fluido à porta de sucção 164, que expõe o ar comprimido na porta de sucção 164 à mesma pressão estática baixa que existe no ar que passa entre a porta de alta pressão 162 e a porta de baixa pressão 166 e cria o vácuo que é fornecido à câmara pressurizada 106 da válvula de alívio 30.

[0030] Nas formas de realização descritas acima e ilustradas nas figuras 2-3, a válvula de alívio 30 opera como uma válvula de abertura/fechamento que pode ser tanto completamente aberta quanto completamente fechada. No entanto, na forma de realização alternativa, conforme mostrado na figura 5, pode ser fornecida uma válvula de alívio variável 230. A figura 5 é um diagrama esquemático da válvula de alívio 30, da válvula de controle 38, do evacuador 88, do tanque de armazenamento 86, do controlador 92, de um sensor de posição 202 e de uma válvula de respiro 204. O sensor de posição 202 e a válvula de respiro 204 são em comunicação de sinal com o controlador 92. O sensor de posição 202 pode ser fornecido para detectar a posição do pistão 108 dentro da câmara 120 do corpo da válvula 100 quando o pistão 108 for atuado entre a posição fechada e a posição aberta. Em outra forma de realização, a válvula de respiro 204 não pode ser conectada ao controlador 92 e, em vez disso, é uma simples restrição conectada à atmosfera.

[0031] O sensor de posição 202 pode ser qualquer dispositivo que permita a medição da posição. Em uma forma de realização, o sensor de posição 202 é um sensor de posição relativa (um sensor de deslocamento) baseado no movimento do pistão 108 dentro da câmara 120 do corpo da válvula 100. O sensor de posição 202 pode ser um transdutor capacitivo, um sensor de corrente de Foucault, um sensor grating (FBG - FiberBragg Grating), um sensor de efeito Hall, um sensor indutivo de posição sem contato, um vibrômetro Doppler a laser (óptico), um transformador linear diferencial variável (LVDT), um transdutor de deslocamento de múltiplos eixos, uma matriz de fotodiodos, um transdutor piezo-elétrico, um potenciômetro, um sensor de proximidade (óptico), um sensor de deslocamento sísmico, um potenciômetro de filamento (também conhecido como string pot, encoder de filamento (string encoder), transdutor de posição de cabo), ou uma combinação dos mesmos.

[0032] Em uma forma de realização, o sensor de posição 202 é um sensor de efeito Hall que compreende um chip/sensor de posição de efeito Hall 210 que detecta o deslocamento de um ímã 212. O ímã 212 pode ser conectado ao pistão 120 para transladar com o mesmo. Especificamente, o ímã 212 pode ser montado ou colocado no interior do pistão 108. O chip/sensor de posição de efeito de hall 210 pode ser posicionado no interior do corpo da válvula 100 em uma proximidade suficiente para detectar o movimento do ímã 212 localizado no interior do pistão 108 e, determinar a posição específica do pistão 108 dentro da câmara 120 do corpo da válvula 100. Na forma de realização conforme mostrado na figura 5, o chip/sensor de posição de efeito Hall 210 é orientado horizontalmente em uma posição acima do ímã 212 (ou seja, axial em relação ao ímã 212). Em outra forma de realização, o chip/sensor de posição de efeito Hall 210 pode ser orientado verticalmente em uma posição radialmente externa afastada do imã 212.

[0033] A válvula de respiro 204 pode se encontrar em comunicação fluida com a câmara pressurizada 106 do corpo da válvula 100 e, conecta a câmara pressurizada 106 com a atmosfera. A válvula de respiro 204 pode ser utilizada para aliviar ou diminuir a quantidade de vácuo na câmara pressurizada 106. Especificamente, quando a válvula de controle 38 é aberta, o ar comprimido localizado dentro do tanque de armazenamento 86 pode fluir através do evacuador 88 para criar o vácuo. A válvula de respiro 204 pode ser utilizada para variar a quantidade de vácuo localizada na câmara pressurizada 106. A variação da quantidade de vácuo na câmara pressurizada 106 pode controlar a posição do pistão 108 dentro da câmara 120 do corpo da válvula 100. Em outras palavras, o pistão 108 pode ser posicionado em qualquer uma dentre uma pluralidade de posições parcialmente abertas com base em uma quantidade predeterminada de vácuo aplicada à câmara pressurizada 106.

[0034] Em uma forma de realização, a quantidade de vácuo aplicada à câmara pressurizada 106 pode ser variada utilizando o controle de modulação por largura de impulso (PWM). Especificamente, o controlador 92 pode enviar um sinal de corrente para a válvula de respiro 204. O sinal de corrente pode ser utilizado para modular a ativação e desativação da válvula de respiro 204. Um ciclo ativo do sinal de corrente é variado de modo a posicionar o pistão 108 em uma das posições parcialmente abertas dentro da câmara 120 do corpo da válvula 100.

[0035] As figuras 6-9 são uma ilustração alternativa de exemplo de uma válvula de alívio variável 310. Especificamente, as figuras 6 e 7 são uma ilustração da válvula 310 na posição fechada, onde um pistão 312 bloqueia o fluxo entre uma entrada 314 e uma saída 316 da válvula 310. A figura 8 é uma ilustração da válvula 310 em uma posição parcialmente aberta e, a figura 9 é uma ilustração da válvula 310 em uma posição completamente aberta. Nas formas de realização ilustradas nas figuras 2-5, pode ser utilizada uma válvula poppet [também conhecida como válvula direcional] para bloquear o fluxo. Em contraste, a válvula 310 utiliza o pistão 312 para bloquear o fluxo de fluido entre a entrada 314 e a saída 316. Com referência à figura 6, a válvula 310 pode incluir o pistão 312, um alojamento interno 320, um alojamento externo 322, uma bucha 324, um elemento elástico 326, um sensor de posição 328 e uma porta de controle 330. A porta de controle 330 pode estar conectada de modo fluido à porta de sucção 164 do evacuador 88 (ilustrado na figura 4). A válvula 310 pode ser assentada no interior de um alojamento 340 da câmara 332.

[0036] O alojamento interno 320 e o alojamento externo 322 podem cooperar um com o outro para formar um espaço vazio ou vão entre eles. O vão entre o alojamento interno 320 e o alojamento externo 322 pode definir uma câmara pressurizada 342. Na forma de realização, conforme mostrado, um corpo 344 do pistão 312 também pode definir um vão ou câmara 346 que é conectada de modo fluido ao vão localizado entre o alojamento interno 320 e o alojamento externo 322. Em adição, o alojamento interno 320 pode definir uma passagem 346 e uma câmara interna 350. A passagem 346 pode ser utilizada para conectar de modo fluido a câmara interna 350 do alojamento interno 320 com a câmara pressurizada 342 da válvula 310. Na forma de realização ilustrada, a câmara interna 350 do alojamento interno 320 pode ser geralmente cilíndrica e, é configurada para receber uma correspondente protrusão 352 do pistão 312. A protrusão 352 do pistão 312 pode também ser geralmente cilíndrica. A bucha 324 pode ser colocada entre uma superfície interna 360 da câmara interna 350 do alojamento interno 320 e uma superfície externa 362 da protrusão 352 do pistão 312. A protrusão 352 do pistão 312 pode ser oca para definir um vão ou cavidade 364 geralmente cilíndrica no mesmo.

[0037] Na forma de realização, conforme ilustrado, o vão 364 do pistão 312 pode receber um ímã 366 do sensor de posição 328. Um chip/sensor de posição de efeito Hall 368 pode ser colocado ao longo de uma superfície superior 369 do alojamento interno 322. O sensor de posição 368 pode ser usado para detectar o deslocamento do ímã 366 à medida que o pistão 320 se desloca para cima e para baixo dentro do alojamento 340 em relação à superfície superior 369 do alojamento interno 322.

[0038] A porta de controle 330 pode se encontrar em comunicação fluida com a câmara de pressão 342 de tal modo que o vácuo do evacuador 88 (figura 4) pode ser fornecido à câmara pressurizada 342 através da porta de controle 330. Especificamente, à medida que o vácuo é aplicado à câmara de pressão 342 da válvula 310, o pistão 312 pode transladar em uma direção para cima dentro do alojamento 340 e, para a posição parcialmente aberta (ilustrada na figura 8) ou para a posição completamente aberta (ilustrada na figura 9).

[0039] Na forma de realização não limitativa, conforme ilustrado, o elemento elástico 326 é uma mola helicoidal. O elemento elástico 326 pode incluir uma primeira extremidade 370 e uma segunda extremidade 372. A primeira extremidade 370 do elemento elástico 372 pode ser assentada contra um ressalto 374 definido pelo alojamento interno 320. Do mesmo modo, a segunda extremidade 372 do elemento elástico 326 pode ser assentada contra um ressalto 376 definido pelo pistão 312. O elemento elástico 326 pode exercer uma força de resistência elástica contra uma primeira extremidade 378 do pistão 312. Especificamente, a força de resistência elástica pode ser exercida em uma direção para baixo e, para a porta de entrada 314 da válvula de alívio 310. Semelhante à forma de realização, conforme descrito acima e ilustrada nas figuras 2-5, a força de resistência elástica pode ser utilizada para impedir que o pistão 312 translade para dentro do alojamento 340 e para a posição aberta devido às elevadas pressões de boost no sistema turbo 10 (figura 1).

[0040] Uma primeira vedação 380 pode ser recebida por um recesso anular 382 localizado ao longo de uma superfície externa 384 do pistão 312. Especificamente, a primeira vedação 380 pode ser localizada na primeira extremidade 378 do pistão 312. A primeira vedação 380 pode ser, por exemplo, um O-ring. A primeira vedação 380 pode projetar-se contra uma abertura 384 da entrada 314 da válvula 310. A primeira vedação 380 pode ser utilizada para fornecer uma vedação em geral estanque ao fluido entre o pistão 312 e o alojamento 340 quando a válvula 310 estiver na posição fechada. Uma segunda vedação 390 pode ser recebida por um recesso anular 392 localizado ao longo da superfície externa 384 do pistão 312. A segunda vedação 390 também pode ser de tipo O-ring e, é localizada em uma segunda extremidade 394 do pistão 312. A segunda vedação 390 é configurada para fornecer a vedação entre o pistão 312 e uma superfície interna 396 do alojamento externo 320 à medida que o pistão 312 translada no interior do alojamento 340.

[0041] Com referência em geral às figuras, o evacuador descrito pode ser utilizado para fornecer vácuo para uma válvula de alívio. Alguns outros tipos de sistemas que são atualmente disponíveis podem usar uma bomba de vácuo para fornecer o vácuo necessário para atuar uma válvula de alívio. A bomba de vácuo pode ser acionada por um motor elétrico ou pelo virabrequim de um motor de combustão interna. O evacuador fornece uma alternativa mais simples e de baixo custo para fornecer vácuo para uma válvula de alívio.

[0042] As formas de realização desta invenção, ilustradas nos desenhos e descritas acima, são exemplos de numerosas formas de realização que podem ser feitas dentro do escopo das reivindicações anexas. É contemplado que podem ser criadas numerosas outras configurações da descrição tirando proveito da abordagem descrita. Em resumo, é intenção dos requerentes que o escopo da patente a partir da presente invenção seja limitado apenas pelo escopo das reivindicações em anexo.

Claims (13)

1. Conjunto de válvula, compreendendo: - um evacuador (88) apresentando um cone de movimento (172), um cone de descarga (174) e, uma porta de sucção (164), em que a extremidade da saída de movimento (176) do cone de movimento estar de frente para uma entrada de descarga (178) do cone de descarga para definir uma abertura de Venturi (180) em comunicação fluída com a porta de sucção (164); e - uma válvula de alívio variável (230, 310) apresentando uma pluralidade de posições abertas e uma posição fechada, a válvula de alívio compreendendo: o um invólucro (100) que define uma entrada (102) e uma saída (104) em comunicação seletiva fluída uma com a outra controlado pelo movimento de um pistão (108) encerrado no interior do invólucro (100), sendo que o pistão (108) e o invólucro (100) definem uma câmara pressurizada (106) em comunicação fluída com a porta de sucção (164) do evacuador (88) e uma segunda câmara (120) oposta à câmara pressurizada (106), e em comunicação fluída com a entrada (102) e a saída (104) da válvula de alívio (230, 310) variável; o um elemento de válvula (110) conectado a uma extremidade (132) do pistão (108), sendo que o elemento de válvula (110) inclui uma cabeça (138) que bloqueia de forma seletiva o fluxo de fluído da entrada (102) para a saída (104); sendo que o pistão (108) translada dentro da câmara pressurizada (106) em direção à posição aberta caso seja aplicado vácuo na câmara pressurizada (106); em que o conjunto de válvula é caracterizado por uma válvula de respiro (204) conectada de modo fluido à câmara pressurizada (106), em que a válvula de respiro (204) varia uma quantidade de vácuo na câmara pressurizada (106) para controlar uma posição do pistão (108) dentro da câmara pressurizada (106) para estar em qualquer uma da pluralidade de posições abertas mesmo quando o evacuador (88) aplicar vácuo à câmara pressurizada (106).

2. Conjunto de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento de válvula (110) ser uma válvula de tipo poppet.

3. Conjunto de válvula, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo um elemento elástico (112) que apresenta uma primeira extremidade (140) e uma segunda extremidade (142), caracterizado por a primeira extremidade (140) do elemento elástico (112) projetar-se contra uma tampa (2) da válvula de alívio variável (230, 310) e a segunda extremidade (142) do elemento elástico (112) exerce uma força elástica contra o pistão (108).

4. Conjunto de válvula, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a força elástica é exercida na direção da saída (104) da válvula de alívio variável (230, 310).

5. Conjunto de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um sensor de posição (202) posicionada para identificar uma posição do pistão (108) dentro da câmara pressurizada (106).

6. Conjunto de válvula, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o conjunto de válvula compreender ainda uma porta de controle (330) que conecta de modo fluido a porta de sucção (164) do evacuador (88) com a câmara pressurizada (342).

7. Conjunto de válvula, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a válvula de alívio variável (310) incluir um invólucro interno (320) e um invólucro externo (322) que se acoplam um com o outro e com o pistão (312) para definir a câmara pressurizada (342) e, o pistão (312) inclui um corpo que define uma câmara do pistão (346) e, sendo que a câmara do pistão (346) é conectada à câmara pressurizada (342).

8. Sistema de motor, compreendendo um conjunto de válvula conforme definido na reivindicação 1, compreendendo: - um sistema de indução de ar (60); - um turbo-compressor (20) que recebe ar do sistema de indução de ar (60), sendo que o turbo-compressor (20) está em comunicação fluída com uma borboleta (80) e um coletor de admissão (36) de um motor (12) para enviar ar comprimido ao mesmo; - caracterizado por a entrada (102) da válvula de alívio variável (230, 310) estar em comunicação fluída com o ar comprimido do turbo-compressor (20) a montante da borboleta (80) e a saída (104) da válvula de alívio variável (30, 310) está em comunicação fluída com o sistema de indução de ar (60) ou a atmosfera; e compreendendo ainda -um tanque de armazenamento (86) de ar em alta pressão em comunicação fluída com o evacuador (88) para que o ar em alta pressão flua através do evacuador (88) a partir do cone de movimento (172) para o cone de descarga (174), através do que cria o vácuo que atua sobre a câmara pressurizada (106) da válvula de alívio (30, 310) para mover o pistão (108) entre a posição fechada e a posição aberta, sendo que o cone de descarga (174) do evacuador (88) está em comunicação fluída com a atmosfera ou o sistema de indução de ar (60) a montante do turbo-compressor (20).

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a válvula de alívio ser uma válvula de alívio variável (310) ajustável em uma quantidade de derivação entre a posição aberta e a posição fechada para prevenir o surto do compressor do turbo-compressor (20).

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda a válvula de controle (38) conectada de forma fluída ao tanque de armazenamento (86), sendo que a válvula de controle (38) permite seletivamente que o ar em alta pressão do tranque de armazenamento (86) flua através do evacuador (88).

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a válvula de controle (38) estar em uma posição normalmente fechada.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, compreendendo ainda um controlador (92) em comunicação de sinal com a válvula de controle (38), caracterizado por o controlador (92) monitorar os parâmetros de operação do sistema e determinar quando enviar um sinal de controle para abrir ou fechar a válvula de controle (38), e compreendendo um sensor de posição (202, 328) que detecta a posição do pistão (108, 312) dentro do invólucro, o sensor de posição (202, 328) está em comunicação de sinal com o controlador.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda um atenuador de ruído (89) em comunicação fluída com o evacuador (88) a jusante do evacuador (88).