BR112018073375B1 - Arranjo de faseador de temporização de came variável para um motor de combustão interna, método para controlar a temporização de um eixo de cames em um motor de combustão interna, motor de combustão interna e veículo - Google Patents

Abstract

Um arranjo de faseador de temporização de came variável (1) é divulgado, compreendendo: um rotor (3) que tem pelo menos uma palheta (5); um estator (7) que circunda coaxialmente o rotor (3), tendo pelo menos um recesso (9) para receber a pelo menos uma palheta (5) do rotor, em que a pelo menos uma palheta (5) divide o pelo menos um recesso (9) em uma primeira câmara (13) e uma segunda câmara (15); e um conjunto de controle para regular fluxo de fluido hidráulico da primeira câmara (13) para a segunda câmara (15) ou vice-versa. O conjunto de controle compreende uma válvula central pilotada liga/desliga (17) para permitir ou impedir a comunicação fluídica entre a primeira (13) e segunda (15) câmaras, e um acionador localizado de modo remoto controlado por solenoide (25) para controlar a válvula pilotada liga/desliga (25).

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção é relativa a um arranjo de faseador de temporização de carne variável para um motor de combustão interna, bem como um método para controlar a temporização de um eixo de carnes em um motor de combustão interna, utilizando tal faseador de temporização de carne variável. A invenção também é relativa a um motor de combustão interna e a um veículo que compreende um tal arranjo de faseador de temporização de carne variável.

TECNICA FUNDAMENTAL

[0002] As válvulas em motores de combustão interna são usadas para regular o fluxo de admissão e de descarga de gases para os cilindros do motor. A abertura e o fechamento das válvulas de admissão e descarga em um motor de combustão interna são normalmente acionados por uma ou mais eixos de cames. Uma vez que as válvulas controlam o fluxo de ar para os cilindros do motor e descarga dos cilindros do motor, é crucial que elas abram e fechem no momento apropriado durante cada curso do pistão do cilindro. Por este motivo, cada eixo de cames é acionado pelo eixo de manivelas, frequentemente através de uma correia de temporização ou corrente de temporização. No entanto, a temporização ideal da válvula varia dependendo da carga do motor. Em um arranjo tradicional de eixos de cames, a temporização de válvula é determinada de forma fixa pela relação entre o eixo de cames e o eixo de manivelas e, portanto, a temporização não é otimizada em toda a faixa de operação do motor, conduzindo a desempenho prejudicado, economia de combustível mais baixa e/ou maiores emissões. Portanto, métodos para variar a temporização da válvula, que dependem das condições do motor, foram desenvolvidos.

[0003] Um desses métodos é o faseamento hidráulico de came variável (hVCP). O hVCP é uma das estratégias mais eficazes para melhorar o desempenho geral do motor, permitindo ajustes contínuos e amplos para a sobreposição e a temporização de válvula-motor. Tornou-se, portanto, uma técnica comumente usada em modernos motores de ignição por compressão e ignição por centelha.

[0004] Tanto faseadores de came hidráulicos variáveis acionados por pressão de óleo e acionados por torque de came são conhecidos na técnica.

[0005] O projeto hVCP acionado por pressão de óleo compreende um rotor e um estator montado no eixo de cames e na roda dentada de cames, respectivamente. O óleo hidráulico é alimentado ao rotor através de uma válvula de controle de óleo. Quando o faseamento é iniciado, a válvula de controle de óleo é posicionada para direcionar o fluxo de óleo para uma câmara de avanço formada entre o rotor e o estator, ou para uma câmara de retardo formada entre o rotor e o estator. A diferença resultante na pressão do óleo entre a câmara de avanço e a câmara de retardo faz com que o rotor gire em relação ao estator. Isso avança ou retarda a temporização do eixo de cames, dependendo da posição escolhida da válvula de controle de óleo.

[0006] A válvula de controle de óleo é tipicamente uma válvula de carretel de três posições que pode ser posicionada centralmente, isto é, coaxialmente com o eixo de cames, ou remotamente, isto é, como um componente não rotativo da disposição de hVCP. Esta válvula de controle de óleo é tipicamente regulada por um solenoide de força variável (VFS), que é estacionário em relação ao faseador rotativo de came (quando a válvula de controle de óleo é montada centralmente). O solenoide de força variável e a válvula de carretel têm três posições operacionais: uma para fornecer óleo para a câmara de avanço, uma para fornecer óleo para a câmara de retardo e uma para reabastecer óleo em ambas as câmaras (ou seja, uma posição de retenção).

[0007] A tecnologia de hVCP acionada por pressão de óleo estabelecida é eficaz na variação da temporização de válvula, mas tem velocidades de faseamento relativamente lentas e alto consumo de óleo. Portanto, as mais recentes iterações da tecnologia hVCP utilizam uma técnica conhecida como atuação de torque de came (CTA). Uma vez que o eixo de cames gira, o torque no eixo de cames varia periodicamente entre torque positivo e torque negativo de maneira senoidal. O período, a magnitude e o formato exatos da variação do torque de came dependem de vários fatores, incluindo o número de válvulas reguladas pelo eixo de cames e a freqüência de rotação do motor. O torque positivo de came resiste à rotação do came, enquanto o torque negativo de came ajuda na rotação do came. Os faseadores acionados por torque de came utilizam estas variações periódicas de torque para girar o rotor na direção escolhida, com isso avançando ou retardando a temporização do eixo de cames. Em princípio, eles operam como "catracas hidráulicas", permitindo que o fluido flua em uma única direção de uma câmara para a outra câmara, devido ao torque que atua sobre o óleo nas câmaras e causando flutuações periódicas de pressão. A direção inversa do fluxo de fluido é bloqueada pela válvula de retenção. Portanto, o rotor será deslocado rotacionalmente em relação ao estator a cada período em que o torque atua na direção relevante, mas permanecerá estacionário quando o torque atuar periodicamente na direção oposta. Desta maneira, o rotor pode ser girado em relação ao estator, e a temporização do eixo de cames pode ser avançada ou retardada.

[0008] Os sistemas de atuação de torque de came, portanto, exigem que válvulas de retenção sejam colocadas dentro do rotor para obter o efeito de "catraca hidráulica". O direcionamento do fluxo de óleo para a câmara de avanço, a câmara de retardo ou ambas/nenhuma (em uma posição de retenção) é normalmente obtido usando-se uma válvula de carretel de três posições. Esta válvula de carretel pode ser posicionada seja centralmente, isto é, coaxialmente com o eixo de cames, ou remotamente, isto é, como um componente não rotativo do arranjo de faseamento de came. A válvula de carretel de três posições é tipicamente movida para cada uma das três posições operacionais usando um solenoide de força variável.

[0009] O pedido de patente US 5056477 descreve um aparelho para ajustar a relação do ângulo de rotação entre um eixo de cames e o seu elemento de accionamento. O aparelho compreende uma válvula de controle. Por meio da válvula de controle, os picos de pressão podem ser explorados direta e intencionalmente como fonte de fluido de pressão para fins de ajuste, mantendo a válvula de controle aberta ou fechada.

[0010] O pedido de patente US 2008/0135004 descreve um faseador que inclui um alojamento, um rotor, uma válvula de controle de faseador (carretel) e um sistema de controle de pressão regulada (RCPS). O faseador pode ser um faseador acionado por torque de came ou um faseador ativado por pressão de óleo. O RPCS possui um controlador que fornece um ponto de ajuste, um ângulo desejado, e um sinal baseado em parâmetros do motor para uma válvula reguladora de pressão de controle direto. A válvula reguladora de pressão de controle direto regula uma pressão de suprimento para uma pressão de controle. A pressão de controle move o carretel de controle do faseador para uma de três posições, avanço, atraso e nulo, na proporção da pressão fornecida.

[0011] O pedido de patente US 5291860 descreve um sistema de controle hidráulico para controlar a operação de um sistema de temporização variável do eixo de cames ("VCT"). O sistema utiliza força hidráulica em ambas as extremidades de um carretel de controle. A força hidráulica em uma extremidade resulta do fluido hidráulico aplicado diretamente da galeria de óleo do motor à pressão hidráulica total. A força hidráulica na outra extremidade do carretel resulta de um cilindro hidráulico ou outro multiplicador de força que atua sobre ele em resposta ao fluido hidráulico do sistema na pressão reduzida de um solenóide PWM.

[0012] Apesar das soluções da técnica anterior para os faseadores de temporização de came, permanece uma necessidade de disposições melhoradas de faseador de temporização de came. Em particular, permanece uma necessidade de disposições de faseamento de temporização de came que sejam adequados para o uso de veículos comerciais, que estão frequentemente sujeitos a cargas de motor mais pesadas e maior vida útil, em comparação aos carros de passageiros.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0013] Os inventores da presente invenção identificaram um gama de deficiências na técnica anterior, especialmente em relação ao uso de arranjos de faseadores de came existentes em veículos comerciais. Descobriu-se que as válvulas de carretel de três posições da válvula de controle de óleo (OCV) nos sistemas atuais devem ser reguladas de maneira precisa e, portanto, são sensíveis a impurezas que podem obstruir o carretel em uma única posição. Devido à necessidade de regulação de três posições, os solenoides ou reguladores de pressão usados em conjunto com a válvula de controle de óleo devem ser capazes de serem regulados com precisão para fornecer força variável, a fim de atingir três posições. Isso adiciona considerável complexidade mecânica ao sistema, tornando-o mais caro, mais sensível a impurezas e menos robusto. Também faz com que as rotinas para controlar o faseador de came sejam mais complexas. Foi observado que quando a válvula de controle de óleo é acionada por solenoide e montada centralmente, o contato entre o pino do solenoide e a válvula de controle de óleo é não estacionário, uma vez que válvula de controle de óleo gira e o pino de solenoide é estacionário. Esse contato deslizante desgasta as superfícies de contato, e a precisão da posição da válvula de controle de óleo é comprometida em longo prazo, afetando o desempenho do faseador de came. A precisão do próprio solenoide de força variável também deve permanecer alta para garantir um controle preciso sobre o OCV.

[0014] Além disso, o vazamento de óleo dos arranjos existentes do faseador também é um problema. O vazamento de porta transversal dentro da válvula de controle de óleo faz com que o óleo escape do circuito hidráulico e aumente as oscilações do eixo de cames devido à diminuição da rigidez do sistema. Este vazamento também afeta o consumo de óleo do arranjo do faseador de came. Foi observado que as válvulas de carretel de três posições usadas na regulação do fluxo de óleo oferecem muitos trajetos de vazamento diferentes para que o óleo escape das câmaras do faseador. O mais notável é a superfície de contato deslizante mais próxima do solenoide de força variável, onde a válvula é acionada por solenoide, bem como a porta conectada à ventilação. Esse vazamento aumenta com o aumento da pressão dentro das câmaras do faseador, já que todos os picos de pressão no sistema devem ser absorvidos pela válvula de controle de óleo. Esses picos de pressão dependem, por sua vez, do torque do eixo de cames e podem exceder 50 bars para veículos comerciais. Os torques do eixo de cames são maiores em veículos pesados, causando picos de pressão mais altos e ainda mais vazamentos.

[0015] Foi observado que os sistemas de faseamento de came existentes que utilizam válvulas de controle de óleo remotamente montadas sofrem um vazamento do sistema ainda maior, uma vez que os picos de pressão do faseador de came devem ser transmitidos através do mancal do eixo de cames antes de atingir a válvula de controle de óleo, aumentando assim o vazamento do mancal.

[0016] Além disso, verificou-se que o rotor de sistemas de faseamento acionados por torque de came existentes são muito compactos e complexos. Válvulas de retenção especialmente projetadas devem ser montadas no rotor para ajustar em conjunto com a válvula de controle de óleo. Essas válvulas de retenção são menos duráveis que as válvulas de retenção convencionais e somam despesas adicionais. Além disso, o rotor requer um complexo sistema de tubulação hidráulica interna. Devido a esses requisitos, a fabricação de fasedores de came acionados por torque exige ferramentas e montagem especiais.

[0017] Vê-se que válvulas de controle de óleo montadas centralmente acionadas por solenoide exigem espaço axial adicional na parte superior do motor para serem instaladas, devido à necessidade de acomodar o solenoide de força variável estacionário, montado centralmente.

[0018] Assim, é um objetivo da presente invenção fornecer um arranjo de faseador de temporização de came variável utilizando atuação de torque de came que é mecanicamente mais simples, mais robusto e menos propenso a vazamento de óleo do que faseadores de came conhecidos acionados por torque de came.

[0019] Este objetivo é conseguido pelo arranjo de faseador de temporização de came variável de acordo com as reivindicações anexas.

[0020] O arranjo de faseador de temporização de came variável compreende: um rotor que tem pelo menos uma palheta, o rotor disposto para ser conectado a um eixo de cames; um estator que circunda coaxialmente o rotor, tendo pelo menos um recesso para receber a pelo menos uma palheta do rotor e permitindo movimento de rotação do rotor em relação ao estator, o estator tendo uma circunferência externa disposta para aceitar força de acionamento; em que a pelo menos uma palheta divide o pelo menos um recesso em uma primeira câmara e uma segunda câmara, a primeira câmara e a segunda câmara estando dispostas para receber fluido hidráulico sob pressão, em que a introdução de fluido hidráulico na primeira câmara faz com que o rotor se mova em uma primeira direção de rotação em relação ao estator, e a introdução de fluido hidráulico na segunda câmara faz com que o rotor se mova em uma segunda direção de rotação em relação ao estator, sendo a segunda direção de rotação oposta à primeira direção de rotação; e um conjunto de controle para regular o fluxo de fluido hidráulico da primeira câmara para a segunda câmara ou vice-versa.

[0021] O conjunto de controle compreende: uma válvula pilotada liga/desliga localizada centralmente dentro do rotor ou eixo de cames, a válvula pilotada compreendendo uma porta piloto; uma primeira porta de fluxo e uma segunda porta de fluxo, estando a primeira porta de fluxo em comunicação fluídica com a primeira câmara e a segunda porta de fluxo em comunicação fluídica com a segunda câmara, em que a válvula pilotada é comutável entre um estado aberto e um estado fechado por regulação da pressão de um fluido piloto na porta piloto, em que no estado aberto a válvula pilotada permite a comunicação fluídica entre a primeira câmara e a segunda câmara, e no estado fechado a válvula pilotada evita a comunicação fluídica entre a primeira câmara e a segunda câmara; e um atuador controlado por solenoide localizado de modo remoto dos componentes rotativos do arranjo de faseador de came variável e em comunicação fluídica com a porta piloto da válvula pilotada, o atuador controlado por solenoide tendo pelo menos dois estados, um estado primário e um estado secundário, em que o atuador controlado por solenoide está disposto para comutar a válvula pilotada do estado aberto para o estado fechado quando o atuador controlado por solenoide comuta do estado primário para o estado secundário, e em que o atuador controlado por solenoide está disposto para comutar a válvula pilotada do estado fechado para o estado aberto quando o atuador controlado por solenoide comuta do estado secundário para o estado primário, regulando a pressão do fluido piloto na porta piloto.

[0022] O arranjo de faseador de temporização de came variável descrito pode ser usado para fornecer faseamento de came temporizando a abertura e o fechamento das válvulas para permitir o fluxo direcional de fluido de uma das câmaras para a outra na direção desejada, enquanto impedindo o fluxo na direção indesejada oposta.

[0023] Um arranjo de faseador de temporização de came variável construído desta maneira tem várias vantagens. É de construção simples e requer apenas válvulas liga/desliga simples e/ou solenoides para controlar o faseador de came. Desgaste deslizante entre a válvula pilotada e o atuador de solenoide pode ser evitado, uma vez que a válvula pilotada é acionada remotamente, sem contato físico. O faseador de came é mais robusto devido a componentes hidráulicos menos complexos e/ou menos sensíveis em comparação com outros faseadores de came acionados por torque de came. O uso de válvulas liga/desliga robustas em construção, e a prevenção da transferência de picos de pressão através dos mancais do eixo de cames significa que os trajetos de escape do óleo são menores e o consumo de óleo mais baixo. O risco de bloqueio de válvulas é reduzido, uma vez que quaisquer válvulas usadas precisam tomar apenas duas posições, o que significa que uma força de acionamento maior e/ou mecanismos de retorno mais fortes podem ser usados. Solenoides mais robustos podem ser usados, uma vez que a precisão da posição intermediária não é necessária. Da mesma forma, não é necessária nenhuma regulagem fina multipressão para acionar a válvula piloto liga/desliga. Válvulas de retenção podem ser montadas externamente ao faseador de came (ou seja, não no rotor ou estator), permitindo assim o uso de válvulas de retenção mais estabelecidas e robustas. Outras vantagens são que o componente de rotor tem uma maior similaridade com faseadores de came acionados por óleo, que são mais baratos de fabricar do que os faseadores de came acionados por torque de came conhecidos. O espaço do motor, que é um prêmio, é economizado pela construção de várias maneiras. A grande válvula multi-posicional dos faseadores de came CTA conhecidos é substituída por uma válvula liga/desliga menor. O solenoide de força variável montado centralmente, usado em soluções CTA conhecidas, é substituído por um atuador de solenoide liga/desliga remoto, que pode ser colocado mais livremente, tornando todo o subconjunto mais compacto.

[0024] O arranjo de faseador de temporização de came variável pode utilizar óleo hidráulico como o fluido hidráulico e/ou fluido piloto. Os faseadores de came que utilizam o óleo hidráulico estão bem estabelecidos. Utilizando óleo hidráulico como o fluido piloto, a construção do arranjo do faseador de came é simplificada e rotas alternativas para reabastecer o faseador de came com óleo são disponibilizadas.

[0025] O arranjo de faseador de temporização de came variável pode utilizar ar como o fluido piloto. Assim, a válvula pilotada liga/desliga pode ser acionada pneumaticamente. Válvulas hidráulicas acionadas pneumaticamente são componentes robustos e bem estabelecidos, bem adequados para uso prolongado.

[0026] A válvula pilotada pode ser uma válvula liga/desliga de 2/2 vias, preparada para estar normalmente no estado aberto e acionada pelo aumento da pressão do fluido na porta piloto para comutar para o estado fechado. Essas válvulas são facilmente disponíveis, bem estabelecidas e suficientemente robustas para fornecer um serviço confiável em aplicações comerciais e veículos pesados.

[0027] O atuador controlado por solenoide pode ser uma válvula de solenoide liga/desliga de 3/2 vias com uma porta de entrada em comunicação fluídica com uma fonte de pressão de fluido aumentada, uma porta de saída em comunicação fluídica com a porta piloto da válvula pilotada e uma porta de ventilação, em que o estado primário da válvula de solenoide é um estado desenergizado que impede a comunicação fluídica da fonte de pressão de fluido aumentada para a porta piloto da válvula pilotada e que permite a comunicação fluídica da porta piloto da válvula pilotada para a porta de ventilação, e em que o estado secundário da válvula de solenoide é um estado energizado que permite a comunicação fluídica da fonte de pressão de fluido aumentada para a porta piloto da válvula pilotada. Esta pressão de fluido aumentada pode ser usada para acionar a válvula pilotada. Tais válvulas solenoides são facilmente disponíveis, bem estabelecidas e suficientemente robustas para fornecer um serviço confiável em aplicações comerciais e veículos pesados. A válvula de solenoide pode ser do tipo gatilho, o que virtualmente elimina o risco de obstrução da válvula.

[0028] O atuador controlado por solenoide pode compreender um pistão acionado por solenoide disposto em um cilindro, o cilindro sendo disposto em comunicação fluídica com a porta piloto da válvula pilotada, em que o estado primário do pistão acionado por solenoide é um estado desenergizado retraído, e o estado secundário do pistão acionado por solenoide é um estado energizado estendido, o estado estendido aumentando a pressão do fluido na porta piloto da válvula pilotada. Este pressão do fluido aumentada pode ser usada para acionar a válvula pilotada. Assim, a pressão de atuação da válvula pilotada não precisa depender da pressão de óleo do sistema do veículo. Utilizando um atuador cilíndrico, a pressão de atuação pode ser projetada para ser mais alta que a pressão do sistema de óleo, ou menor, se desejado. Isso permite maior robustez do sistema.

[0029] A válvula pilotada pode ser uma válvula liga/desliga de 2/2 vias, disposta para estar normalmente no estado fechado e acionada pela pressão do fluido diminuída na porta piloto para comutar para o estado aberto. Tais válvulas estão novamente facilmente disponíveis, bem estabelecidas e suficientemente robustas para fornecer um serviço confiável em aplicações comerciais e de veículos pesados. Do ponto de vista de falha em segurança, pode ser desejável ter uma válvula pilotada que é normalmente fechada e, portanto, mantém o ângulo de fase quando não acionada.

[0030] O atuador controlado por solenoide pode compreender um pistão acionado por solenoide disposto em um cilindro, sendo o cilindro disposto em comunicação fluídica com a porta piloto da válvula pilotada, em que o estado primário do pistão acionado por solenoide é um estado energizado retraído e o estado secundário do pistão acionado por solenoide é um estado desenergizado estendido, o estado retraído diminuindo a pressão do fluido na porta piloto da válvula pilotada. Esta pressão do fluido diminuída pode ser usada para acionar a válvula pilotada por um efeito "de puxar". O uso de tal cilindro em combinação com a válvula pilotada normalmente fechada descrita acima, significa que a válvula pilotada fechará se o atuador de solenoide for desativado ou estiver funcionando mal, o que significa que o faseador de came irá manter o ângulo de fase em tal caso.

[0031] O atuador controlado por solenoide descrito acima pode ainda compreender uma válvula de solenoide normalmente aberta de 2/2 vias tendo uma porta de entrada em comunicação fluídica com uma fonte de pressão de fluido aumentada, e uma porta de saída em comunicação fluídica com o cilindro, em que o estado primário da válvula de solenoide é um estado energizado fechado e o estado secundário da válvula de solenoide é um estado aberto desenergizado, que permite a comunicação fluídica da fonte de pressão de fluido aumentada para a porta piloto da válvula pilotada. Isso garante pressão suficiente na porta piloto para retornar a válvula pilotada para a posição desativada, sem a necessidade de um mecanismo de retorno por mola. Os mecanismos de retorno por mola podem, em vez disso, ser colocados nos solenoides ou no atuador do solenoide. Uma vez que estes estão localizados remotamente a partir dos componentes rotativos do faseador de came, molas maiores e mais robustas podem ser usadas.

[0032] Uma fonte de pressão de fluido aumentada pode ser disposta em comunicação fluídica com a primeira câmara e a segunda câmara através de um primeiro canal de reabastecimento e um segundo canal de reabastecimento, respectivamente, o primeiro canal de reabastecimento e o segundo canal de reabastecimento tendo cada um deles uma válvula de retenção disposta para impedir o fluxo de fluido da primeira câmara ou segunda câmara para a fonte de pressão de fluido aumentada. Isso garante que o faseador de came seja suficientemente abastecido com óleo para um desempenho ótimo.

[0033] O arranjo de faseador de temporização de came variável pode compreender uma válvula de retenção piloto que tem uma primeira porta de fluxo disposta em comunicação fluídica com a válvula pilotada, uma segunda porta de fluxo disposta em comunicação fluídica com a segunda câmara e uma porta piloto disposta em comunicação fluídica com o segundo canal de reabastecimento, em que a válvula de retenção piloto está disposta para estar em um primeiro estado que permite o fluxo entre a válvula pilotada e a segunda câmara em qualquer direção quando a pressão do fluido no segundo canal de reabastecimento é superior a uma pressão predeterminada, e estar em um segundo estado quando a pressão de fluido no segundo canal de reabastecimento for inferior à pressão predeterminada, em que quando no segundo estado a válvula de retenção piloto permite o fluxo de fluido apenas a partir da segunda câmara através da válvula pilotada para a primeira câmara, e impede o fluxo da primeira câmara para a segunda câmara. Essa válvula de retenção piloto atua como uma "catraca hidráulica" no caso de falha do sistema de óleo, e movimenta o rotor pela atuação do torque do eixo de cames na direção de uma posição de travamento escolhida (seja totalmente avançada ou totalmente retardada). Assim, a necessidade de um mecanismo à prova de falhas de mola de torção que desloque o faseador de came na direção da posição de travamento pode ser evitada. Isto significa que, em vez disso, pode ser colhido mais torque para movimentar o rotor quando se realiza o faseamento de came.

[0034] De acordo com outro aspeto da invenção, um método para controlar a temporização de um eixo de cames em um motor de combustão interna que compreende um arranjo de faseador de temporização de came variável como descrito acima é fornecido. O método compreende as etapas: a. fornecer o atuador controlado por solenoide em um estado secundário, fornecendo desse modo a válvula pilotada em um estado fechado, evitando assim a comunicação fluídica entre a primeira câmara e a segunda câmara; b. temporizar a comutação do atuador controlado por solenoide do estado secundário para o estado primário para coincidir com um torque do eixo de cames atuando em uma direção escolhida, desse modo comutando a válvula pilotada para o estado aberto e permitindo que o fluido flua entre a primeira câmera e a segunda câmara em uma direção de acordo com a direção escolhida para o torque do eixo de cames, girando assim o rotor em relação ao estator em uma direção escolhida; c. comutar o atuador controlado por solenoide do estado primário para o estado secundário antes da troca da direção de torque do eixo de cames, comutando assim a válvula pilotada para o estado fechado e impedindo o fluido de fluir entre a primeira câmera e a segunda câmara em uma direção oposta àquela da etapa ii. d. repetir as etapas ii e iii até obter um ângulo desejado do rotor em relação ao estator; e e. manter o atuador controlado por solenoide em um estado secundário, desse modo fornecendo a válvula pilotada em um estado fechado, evitando assim a comunicação fluídica entre a primeira câmara e a segunda câmara, e desse modo mantendo o ângulo desejado do rotor em relação ao estator.

[0035] Esse método fornece uma maneira simples e confiável de controlar o faseamento de came. Como o torque do eixo de cames flutua em maneira periódica conhecida dependendo das condições do motor e do número de válvulas que o comando de válvulas serve, não são necessários sensores complicados para fornecer a temporização desejada: os meios de temporização já estão presentes no arranjo de temporização, isto é correia dentada de cames e correia/corrente dos veículos atuais.

[0036] A comutação do ativador controlado por solenoide na etapa ii. pode ser temporizada para coincidir com o aumento do torque do eixo de cames ao longo de um valor limite e com a comutação do ativador controlado por solenoide na etapa iii. pode ser temporizado para coincidir com o torque do comando de válvulas diminuindo sob um valor limite. Uma certa diferença de pressão limite pode ser necessária entre ambas as câmaras, a fim de iniciar e manter a rotação do rotor. O limite para inicio e manutenção da rotação pode ou não ser o mesmo. Ao controlar a temporização da comutação da maneira descrita acima, pode ser assegurado que a válvula pilotada só é aberta quando a rotação é alcançável.

[0037] De acordo com um outro aspecto, é fornecido um motor de combustão interna que compreende um arranjo de faseador de temporização de came variável como descrito acima.

[0038] De acordo com ainda outro aspecto, é fornecido um veículo que compreende um arranjo de faseador de temporização de came variável como descrito acima.

[0039] Outros aspectos, objetivos e vantagens são definidos na descrição detalhada abaixo com referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0040] Para a compreensão da presente invenção e outros objetivos e vantagens da mesma, a descrição detalhada apresentada abaixo pode ser lida em conjunto com os desenhos anexos, nos quais as mesmas notações de referência denotam itens semelhantes nos vários diagramas.

[0041] A Fig. 1 ilustra esquematicamente uma modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável de acordo com a presente divulgação.

[0042] A Fig. 2 ilustra esquematicamente outra modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável de acordo com a presente divulgação.

[0043] A Fig. 3 ilustra esquematicamente ainda outra modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável de acordo com a presente divulgação.

[0044] A Fig. 4 ilustra esquematicamente uma outra modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável de acordo com a presente divulgação.

[0045] A Fig. 5 ilustra esquematicamente ainda uma outra modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável de acordo com a presente divulgação.

[0046] A Fig. 6 mostra um gráfico de processo para um método para controlar a temporização de um eixo de cames em um motor de combustão interna de acordo com a presente divulgação.

[0047] A Fig. 7 ilustra esquematicamente a variação periódica em torque de eixo de cames como uma função do ângulo do eixo de cames.

[0048] A Fig.8 ilustra esquematicamente um veículo que compreende um motor de combustão interna compreendendo um arranjo de faseador de temporização de came variável de acordo com a presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0049] A presente invenção baseia-se na realização que faseamento de came atuado por torque de came pode ser conseguido utilizando uma válvula pilotada liga/desliga montada centralmente em vez de uma válvula de carretel multiposicional conhecida na técnica anterior. A válvula liga/desliga controla a passagem de fluido entre uma primeira câmara do faseador de came e uma segunda câmara. A comutação da válvula pilotada pode ser temporizada para permitir o fluxo durante cada período em que o torque do eixo de cames atua na direção desejada e para impedir o fluxo quando o torque do eixo de cames atua na direção oposta. Desta maneira, o rotor é deslocado em rotação na direção desejada em relação ao estator.

[0050] O arranjo de faseador de temporização de came da presente invenção compreende um rotor, um estator que circunda coaxialmente o rotor, e um conjunto de controle.

[0051] O rotor do faseador de came está disposto para ser conectado a um eixo de cames do motor de combustão interna. Este pode ser um eixo de cames de válvula de admissão, eixo de cames de válvula de descarga ou qualquer outro eixo de cames no motor, tal como um eixo de cames combinado de admissão/descarga. O rotor tem pelo menos uma palheta, mas pode preferivelmente ter uma pluralidade de palhetas, tais como três, quatro, cinco ou seis palhetas. Canais de óleo separados para canalizar o óleo para e a partir da válvula pilotada do conjunto de controle são fornecidos em cada lado de pelo menos uma das palhetas, mas de preferência em cada lado de cada uma das palhetas.

[0052] O estator está disposto para aceitar força de acionamento. Isto pode ser, por exemplo, conectando o estator a uma roda dentada, que absorve a força de acionamento do eixo de manivelas através da correia de temporização. O estator também pode ser integrado de forma construtiva com a roda dentada de cames. O estator circunda coaxialmente o rotor e tem pelo menos um recesso para aceitar pelo menos uma palheta do rotor. Na prática, o estator tem o mesmo número de recessos que o número de palhetas do rotor. Os recessos no estator são um pouco maiores do que as palhetas do rotor, o que significa que quando o rotor é posicionado no estator com as palhetas posicionadas centralmente nos recessos, uma câmara é formada em cada lado de cada rotor. Estas câmaras podem ser caracterizadas como primeiras câmaras, girando o rotor em uma primeira direção em relação ao estator quando cheias com óleo hidráulico, e segundas câmaras, girando o rotor em uma segunda direção em relação ao estator quando cheias com óleo hidráulico.

[0053] O conjunto de controle compreende uma válvula pilotada e um atuador controlado por solenoide localizado remotamente para acionar a válvula pilotada.

[0054] Onde as válvulas são referidas como "liga/desliga", isso se refere a uma válvula que possui apenas dois estados: um estado aberto e um estado fechado. Tais válvulas podem, no entanto, ter mais que duas portas. Por exemplo, uma válvula liga/desliga de 3/2 vias tem três portas e dois estados. Tal válvula geralmente conecta duas portas de fluxo quando aberta e conecta uma das portas de fluxo a uma porta de ventilação/exaustão quando fechada.

[0055] Onde as válvulas são referidas como "normalmente fechadas/ abertas/ligadas/desligadas", isso se refere ao estado da válvula quando não acionada. Por exemplo, uma válvula de solenoide normalmente aberta é mantida na posição aberta quando não acionada/energizada, geralmente usando um retorno como um retorno por mola. Quando a válvula de solenoide normalmente aberta é acionada/energizada, o solenoide atua com uma força suficiente para superar a força do retorno, mantendo a válvula aberta, e a válvula, portanto, é fechada. Quando da desativação/desenergização, o retorno retorna a válvula para o estado aberto.

[0056] Onde os componentes são declarados estarem em "comunicação fluídica" ou o fluxo é permitido ou evitado "entre" componentes, este fluxo deve ser interpretado como não necessariamente direcional, ou seja, o fluxo pode prosseguir em qualquer direção. O fluxo direcional em uma única direção é indicado como fluxo "de" um componente "para" outro componente.

[0057] A válvula pilotada pode ser uma válvula liga/desliga de 2/2 vias, ou seja, uma válvula que tem duas portas de fluxo, ou seja, uma primeira e uma segunda porta e duas posições (aberta ou fechada). A válvula pilotada está em comunicação fluídica com os canais de óleo que conduzem às primeiras câmaras na primeira porta e está em comunicação fluídica com os canais de óleo que conduzem às segundas câmaras na segunda porta. Portanto, a comunicação fluídica entre a primeira e a segunda câmaras é estabelecida quando a válvula está aberta. A válvula piloto também tem uma porta piloto conectada à alimentação do fluido piloto. A comutação da válvula pilotada liga/desliga é regulada pela pressão do fluido piloto na porta piloto; a pressão do fluido piloto sendo regulada por um atuador de solenoide colocado remotamente. O fluido piloto pode ser ar, isto é, a válvula pilotada pode ser acionada pneumaticamente. No entanto, é preferível que o fluido piloto seja óleo hidráulico, pois isso simplifica consideravelmente o projeto do sistema, devido ao óleo hidráulico já ser usado no arranjo do faseador de came. A válvula piloto pode estar normalmente fechada, isto é, fechada quando não acionada. No entanto, pode também estar normalmente aberta, isto é, aberta e permitindo a comunicação fluídica entre a primeira câmara e a segunda câmara quando não atuada. A válvula pilotada pode ser qualquer tipo de válvula adequado conhecido na técnica, incluindo, mas não se limitando a, uma válvula de gatilho, uma válvula de carretel deslizante e uma válvula de carretel rotativo. A válvula pode ter uma mola de retorno. A válvula pilotada está localizada centralmente, tal como no rotor ou no eixo de cames.

[0058] O atuador de solenoide está localizado remotamente a partir dos componentes rotativos do arranjo do faseador de came e pode, em vez disso, ser colocado em um componente estacionário do motor de combustão interna, como o suporte do mancal de came. O atuador de solenoide regula a pressão do fluido piloto para atuar a válvula pilotada. Isso pode ser feito aumentando a pressão para acionar a válvula pilotada "empurrando". No entanto, a válvula pilotada também pode ser acionada por um efeito de "puxar" usando a diminuição da pressão do fluido piloto. O atuador de solenoide pode ser uma válvula de solenoide liga/desliga que aumenta a pressão do fluido por conexão a uma fonte de pressão de fluido, como a galeria de óleo principal, se o óleo for usado como o fluido piloto. Pode ser, por exemplo, uma válvula de solenoide liga/desliga de 3 portas e 2 posições, conectada a uma galeria de óleo na porta de entrada, estando a ligação de saída conectada a um canal de óleo que conduz à porta piloto da válvula piloto e ter uma porta de ventilação para liberar a pressão do óleo do canal que leva à porta piloto quando na posição "desligada”. Normalmente, ele pode estar na posição "desligada" quando o solenoide não é acionado e comutar para a posição "desligada" quando da ativação do solenoide. A válvula de solenoide pode ser qualquer tipo de válvula adequado conhecido na técnica, incluindo, mas não limitado a, uma válvula de gatilho, válvula de carretel deslizante e válvula de carretel rotativo. O uso de uma válvula de gatilho praticamente elimina o risco de obstrução da válvula.

[0059] O atuador de solenoide também pode ser um cilindro preenchido com óleo em conexão fluídica com a porta piloto da válvula pilotada. Um pistão acionado por solenoide liga/desliga é fornecido no cilindro. O pistão acionado por solenoide pode empurrar para baixo o volume de óleo no cilindro quando da atuação, levando a uma pressão aumentada na porta piloto. Alternativamente, o pistão acionado por solenoide pode se retrair no cilindro quando da atuação, levando à diminuição da pressão do óleo na válvula piloto e, portanto, um efeito de "puxar".

[0060] A pressão do óleo pode ser mantida no sistema de faseador de came por conexão a uma fonte de pressão de óleo, como a principal galeria de óleo. Por exemplo, tais pontos de conexão podem ser dispostos nos canais de fluido que conduzem desde a primeira e/ou segunda câmaras à válvula pilotada. Tais pontos de conexão também podem ser dispostos em conjunto com o atuador de solenoide, por exemplo, como uma conexão à porta de entrada de uma válvula de solenoide (como mencionado anteriormente), ou em conjunto com um cilindro cheio de óleo. O(s) canal(is) que conectam à fonte de pressão do óleo pode(m) ser dotado(s) de uma válvula(s) de retenção para evitar o refluxo de óleo do conjunto do faseador de came para a fonte de pressão de óleo.

[0061] O conjunto do faseador de came pode também ser dotado de um número de características à prova de falhas. Por exemplo, um pino de travamento acionado por pressão pode ser disposto em pelo menos uma das palhetas do rotor, junto com um recesso correspondente no estator para receber o pino de travamento. O recesso para receber o pino de travamento está localizado em uma posição de base, isto é, seja totalmente avançado ou totalmente retardado. Uma mola de torção pode ser fornecida para deslocar o rotor na direção da posição de base no caso de falha do sistema. O pino de travamento está normalmente na posição desenvolvida (travada) e é acionado para a posição retraída (destravada) quando a pressão em um componente do arranjo do faseador de came excede uma pressão limite. Por exemplo, o pino de travamento pode estar em conexão fluida com um ou mais canais que levam de uma câmara para a válvula pilotada. O pino de travamento pode, alternativamente, estar em conexão fluida com um canal que conduz do atuador de solenoide para a válvula pilotada. Isso significa que o pino de travamento pode desenvolver no caso de falha do solenoide. Nesse caso, uma constrição pode ser fornecida no canal que conduz para o pino de travamento de modo que mergulhos transitórios na pressão do óleo na porta piloto ao realizar faseamento de came não levem o pino de travamento a desenvolver momentaneamente.

[0062] Outro recurso à prova de falhas que pode ser utilizado é uma válvula de retenção piloto disposta em um canal que conduz de uma câmara para a válvula pilotada. Esta válvula de retenção piloto normalmente permite fluxo em qualquer direção sempre que a pressão no canal exceder um nível limite. No entanto, se a pressão no canal for reduzida abaixo do nível limite, por exemplo, em caso de falha do sistema, a válvula de retenção piloto impede fluxo em uma direção. Isso resulta em ser alcançado um efeito de "catraca hidráulica", desde que a válvula pilotada esteja aberta, e o rotor esteja direcionado para a posição de base de travamento pela ação do torque do eixo de cames. Assim, ao usar essa medida de segurança da válvula de retenção piloto, a necessidade de uma medida de segurança de mola de torção no rotor é removida, permitindo assim que o faseador de came use mais do torque do eixo de cames.

[0063] Quando faseamento de eixo de cames é desejado, a comutação do atuador de solenoide é temporizada de modo que a válvula pilotada seja aberta para coincidir com o torque do eixo de cames no sentido desejado, e a válvula pilotada seja fechada para coincidir com o torque do eixo de cames na direção oposta à direção desejada. Assim, por exemplo, o torque positivo do eixo de cames resiste à rotação do came e retarda a temporização variável do came. Se o retardo da temporização do eixo de cames for desejado, o acionamento do atuador do solenoide é temporizado de modo que a válvula pilotada esteja aberta durante períodos de torque positivo e fechada durante períodos de torque negativo. Da mesma forma, se avanço da temporização do eixo de cames for desejado, o acionamento do atuador de solenoide é temporizado de modo que a válvula pilotada seja aberta durante os períodos de torque negativo e fechada durante os períodos de torque positivo. A comutação do atuador de solenoide também pode ser controlada de modo que a válvula pilotada esteja aberta somente quando o torque exceder uma certa magnitude (positiva ou negativa).

[0064] A invenção será agora ilustrada adicionalmente com referência às figuras.

[0065] A Figura 1 mostra uma modalidade do arranjo de faseador de temporização de came variável 1 da invenção. Um rotor 3 compreende pelo menos uma palheta 5. Um estator 7 tendo pelo menos um recesso 9 circunda coaxialmente o rotor 3. O estator está fixado a uma roda dentada de came (não mostrado). A palheta 5 divide o recesso 9 em uma primeira câmara 13 e uma segunda câmara 15. Uma válvula pilotada liga/desliga de 2/2 vias 17 está disposta centralmente no rotor 3. Um primeiro canal de óleo 19 é disposto no lado da palheta 5 e conduz da primeira câmara 13 para uma primeira porta da válvula pilotada 17. Um segundo canal de óleo 21 está disposto no lado da palheta 5 e conduz da segunda câmara 15 a uma segunda porta da válvula pilotada 17. Um canal de óleo piloto 23 conduz da porta piloto da válvula piloto 17 para uma porta de saída de uma válvula de solenoide liga/desliga de 3/2 vias 25. A válvula de solenoide 25 está localizada em um componente estacionário do motor de combustão interna tal como o mancal suporte de came, distante dos componentes rotativos do motor de combustão, tais como o rotor 3, estator 7, roda dentada de came e eixo de cames (não mostrado). A porta de entrada da válvula de solenoide 25 está conectada a uma fonte de pressão de óleo 27, e a porta restante da válvula de solenoide 25 é uma porta de ventilação. Canais de reabastecimento de óleo 29, 31, que conduzem de uma fonte de pressão de óleo 27, juntam-se ao primeiro canal de óleo 19 e ao segundo canal de óleo 21, respectivamente. Cada um dos canais de reabastecimento de óleo 29, 31 está equipado com uma válvula de retenção (30, 32) que evita o refluxo de óleo do primeiro e segundo canais de óleo 19, 21. Um pino de travamento 33 é disposto na palheta 5 do rotor 3. O pino de travamento 33 está em comunicação fluídica com o canal de óleo piloto 23 através de um canal de óleo de travamento 35. Um orifício de restrição 37 é disposto no canal de óleo de travamento 35.

[0066] A válvula pilotada 17 é aberta quando não acionada por pressão de fluido aumentada e a válvula de solenoide 25 é fechada (conduz o canal de óleo piloto 23 para ventilação) quando não atuada. Para ajustar o arranjo de faseador de temporização de came 1 em um estado de espera, isto é, um estado em que não ocorre nenhum faseamento, a válvula pilotada 17 deve ser fechada atuando a válvula de solenoide 25 para aumentar a pressão de óleo no canal de óleo piloto 23. Uma vez no estado de espera, o arranjo de faseador de temporização de came 1 pode ser avançado temporizando a comutação da válvula de solenoide 27 de modo que a válvula pilotada 17 esteja aberta para coincidir com períodos de torque negativo no eixo de cames e fechada para coincidir com períodos de torque positivo. Alternativamente, o arranjo de faseador de temporização de came 1 pode ser retardado temporizando a comutação da válvula de solenoide 27 de modo que a válvula pilotada 17 esteja aberta para coincidir com períodos de torque positivo no eixo de cames e fechada para coincidir com períodos de torque negativo. Quando o grau desejado de avanço ou retardo de temporização é obtido, o faseamento pode ser sustentado (mantido) atuando a válvula de solenoide 25.

[0067] Os canais de reabastecimento 29, 31 asseguram um suprimento constante de óleo para o arranjo de faseador de came 1. O pino de travamento 33 é retraído (desbloqueado) quando a válvula de solenoide 25 fornece pressão de óleo para o canal de óleo piloto 23, o que deve ser feito para manter o faseamento. Durante o faseamento, a pressão irá flutuar no canal de óleo piloto 23, mas devido à alta frequência da comutação e o orifício de restrição 37, o pino de travamento 33 não sofrerá essas flutuações de pressão e não se desenvolverá. No entanto, se a pressão do sistema de óleo ficar muito baixa ou o solenoide for desativado por um período de tempo significativo, o pino de travamento 33 irá desenvolver e o rotor será girado para a posição de base (travamento) por uma mola de torção (não mostrado).

[0068] A modalidade mostrada na Figura 2 é semelhante àquela da Figura 1, exceto que o canal de óleo de travamento 35 está em comunicação fluídica com o canal de reabastecimento de óleo 29 em vez de o canal de óleo piloto 23. Nesta modalidade, o pino de travamento será retraído quando a pressão do sistema for suficientemente alta e será desenvolvido quando a pressão do sistema cair abaixo de um nível limite, independentemente do funcionamento da válvula de solenoide.

[0069] A modalidade mostrada na Figura 3 é semelhante àquela da Figura 2, exceto que uma válvula de retenção piloto 39 está disposta no segundo canal de óleo 21 na proximidade da válvula pilotada 17. Se a pressão de óleo do sistema estiver acima de um nível limite, a válvula de retenção piloto 39 permitirá fluxo de óleo em ambas as direções. Contudo, se a pressão cair abaixo deste limite, a válvula de retenção piloto 39 permitirá apenas fluxo da segunda câmara 15 para a primeira câmara 13. Isto significa que, quando de falha do sistema de óleo, o rotor moverá para a posição de base (travamento) pela atuação de torque de came, sem a necessidade de uma mola de torção. A válvula de retenção piloto pode, em vez disso, ser disposta no primeiro canal de óleo 19 se a posição de travamento na extremidade rotacional oposta for desejada.

[0070] A modalidade mostrada na Figura 4 é similar àquela da Figura 2, exceto que um cilindro 41 com pistão atuado por solenoide 43 substitui a válvula de solenoide 25 como o atuador de solenoide. A fonte de pressão do sistema de óleo 27 é acoplada ao canal de óleo piloto 23 por meio de uma válvula de retenção 44 para impedir refluxo. A pressão é aumentada na porta piloto da válvula pilotada 17 atuando o pistão acionado por solenoide 43, por meio do que ela pressiona para baixo a coluna de óleo no cilindro, aumentando com isso a pressão no cilindro 41 e canal de óleo piloto 23 em comunicação fluídica com o cilindro 41.

[0071] A modalidade mostrada na Figura 5 é semelhante àquela da Figura 2, mas utiliza um conjunto de controle diferente. A disposição do faseador de came é mostrada sem nenhum sistema de pressão de óleo e, portanto, a válvula pilotada 17 está aberta. Durante a operação à pressão normal do sistema, a válvula pilotada 17 é uma válvula normalmente fechada de 2/2 vias. A válvula pilotada 17 pode então ser acionada (aberta) por uma redução de pressão na porta piloto, isto é, a válvula é "puxada" aberta por pressão de óleo reduzida. O atuador de solenoide é um cilindro 41 com um pistão 43 acionado por solenoide. Contudo, em contraste com o cilindro da modalidade da Figura 4, o pistão 43 acionado por solenoide está normalmente em uma posição estendida, pressionando para baixo a coluna de fluido no cilindro 41 devido à presença de um retorno por mola no pistão 43 acionado por solenoide. Quando acionado, o pistão 43 atuado por solenoide retrai, reduzindo a pressão no cilindro 41 e no canal de óleo piloto 23, "puxando" assim aberta a válvula pilotada 17. Uma válvula de solenoide liga/desliga de 2/2 vias 45 separada proporciona uma conexão fluídica de uma fonte de pressão de óleo 27 para o cilindro 41 e canal de óleo piloto 23. Esta válvula de solenoide 45 é aberta quando não atuada, significando que o canal de óleo piloto 23 está sujeito a pressão de óleo quando a válvula de solenoide 45 não é acionada. O pistão atuado por solenoide e a válvula de solenoide 45 trabalham em “tandem” e são comutados simultaneamente. Quando ambos não são acionados, a pressão no canal de óleo piloto é elevada devido à conexão aberta à fonte de pressão do sistema de óleo 27. Quando ambos são acionados, a comunicação fluídica com a fonte de pressão do sistema de óleo 27 é finalizada e a retração do pistão atuado por solenoide 43 diminui a pressão de óleo no canal de óleo piloto 23, atuando assim a válvula pilotada 17. Nesta modalidade, existe uma menor necessidade de um retorno de mola na válvula pilotada 17. Em vez disso, o pistão atuado por solenoide e a válvula de solenoide 45 estão ambos equipados com retornos de mola. Uma vez que estes componentes são posicionados remotamente a partir dos componentes de faseador de came rotativo, molas maiores e mais robustas podem ser utilizadas, aumentando assim a robustez da disposição de faseador.

[0072] A modalidade da Figura 5 está, portanto, em um estado de espera quando não atuada. A fim de obter faseamento, o atuador de solenoide (válvula de solenoide 27 e pistão acionado por solenoide 43) é energizado para abrir a válvula pilotada 17 durante períodos em que o torque do eixo de cames está atuando na direção desejada.

[0073] Os arranjos de faseador de temporização de came variável descritos acima são usados para controlar a temporização de um eixo de cames em um motor de combustão interna. O método de controle compreende as seguintes etapas, como mostrado na Figura 6: a. O método de controlar o faseamento do eixo de cames começa em um estado inicial em que a temporização atual é mantida. Isto é conseguido quando a válvula pilotada é fechada, o que, por sua vez, é conseguido pela comutação do atuador de solenoide para o estado secundário, se ele ainda não estiver no estado secundário. No estado de espera, o fluxo de fluido entre a primeira câmara e a segunda câmara não é permitido e, portanto, rotação do rotor em relação ao estator não é possível. b. Para iniciar o faseamento, a válvula pilotada é aberta, comutando o atuador de solenoide para o estado primário. Esta comutação é realizada para coincidir com o torque do eixo de cames que atua na direção desejada para faseamento. O torque positivo do eixo de cames retarda a temporização e o torque negativo do eixo de cames avança a temporização. A Figura 7 mostra uma representação esquemática de como o torque do eixo de cames (eixo y) pode variar dependendo do ângulo da manivela (eixo x). Por exemplo, para conseguir o retardamento da temporização, a válvula pilotada pode ser aberta para coincidir com os pontos 47 na curva de torque do eixo de cames. c. Para obter um fluxo unidirecional de uma câmara para a outra, a válvula pilotada deve ser fechada quando o torque do eixo de cames atua na direção oposta àquela desejada. Isto é conseguido comutando o atuador de solenoide para o estado secundário. Por exemplo, para conseguir um retardamento de temporização, a válvula pilotada pode ser fechada para coincidir com os pontos 49 na curva de torque do eixo de cames. d. As etapas ii e iii são repetidas até que o grau desejado de avanço ou retardo de temporização seja obtido; isto é, até que o ângulo desejado do rotor em relação ao estator seja obtido. O rotor é girado gradualmente em relação ao estator a cada vez que um ciclo de comutação liga/desliga é executado. e. Uma vez que a temporização desejada foi alcançada, a temporização é mantida, mantendo o atuador de solenoide na posição secundária.

[0074] Deveria ser notado que o estado primário do solenoide pode ser um estado não atuado como mostrado nas modalidades das Figuras 1-4, ou pode ser um estado atuado como mostrado na Figura 5. Isto quer dizer que em algumas modalidades a abertura da válvula pilotada é conseguida energizando o atuador de solenoide, e em algumas modalidades a abertura da válvula pilotada é conseguida desenergizando o atuador de solenoide.

[0075] Podem existir barreiras para iniciar e propagar a rotação do rotor em relação ao estator devido, por exemplo, a efeitos de atrito. Portanto, em alguns casos, pode ser desejável abrir a válvula pilotada somente quando o torque do eixo de cames exceder um valor suficiente para iniciar a rotação, e fechar a válvula pilotada quando o torque do eixo de cames não for mais suficiente para manter a rotação. O torque necessário para a iniciação e propagação de rotação pode ser o mesmo, mas não é necessariamente o mesmo. Por exemplo, para conseguir o retardo da temporização, a válvula pilotada pode ser aberta nos pontos 51 na curva de torque do eixo de cames mostrada na Figura 7, e fechada nos pontos 53.

[0076] A presente invenção também é relativa a um motor de combustão interna e a um veículo que compreende um arranjo de faseador de temporização de came variável como descrito acima. A Figura 8 mostra esquematicamente um veículo pesado de mercadorias 100 que tem um motor de combustão interna 103. O motor de combustão interna tem um eixo de manivelas 105, roda dentada de eixo de manivelas 107, eixo de cames (não mostrado), roda dentada de eixo de cames 109 e corrente de temporização 111. O arranjo de faseador de temporização de came variável 1 está localizado na roda dentada de cames/eixo de cames. Um motor dotado de tal arranjo de faseador de temporização de came variável tem um número de vantagens tais como melhor economia de combustível, emissões mais baixas e desempenho melhor em comparação a um veículo sem faseamento de came.

Claims (15)

1. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) para um motor de combustão interna (103) que compreende: um rotor (3) que tem pelo menos uma palheta (5), o rotor disposto para ser conectado a um eixo de cames; um estator (7) que circunda coaxialmente o rotor (3), tendo pelo menos um recesso (9) para receber a pelo menos uma palheta (5) do rotor e permitindo o movimento de rotação do rotor (3) em relação ao estator (7), o estator (7) tendo uma circunferência externa disposta para aceitar força de acionamento; em que a pelo menos uma palheta (5) divide o pelo menos um recesso (9) em uma primeira câmara (13) e uma segunda câmara (15), a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15) sendo dispostas para receber fluido hidráulico sob pressão, em que a introdução de fluido hidráulico na primeira câmara (13) faz com que o rotor (3) se mova em uma primeira direção de rotação em relação ao estator (7) e a introdução de fluido hidráulico na segunda câmara (15) faz com que o rotor (3) se mova em uma segunda direção de rotação em relação ao estator (7), a segunda direção de rotação sendo oposta à primeira direção de rotação; e um conjunto de controle para regular fluxo de fluido hidráulico da primeira câmara para a segunda câmara ou vice-versa; caracterizado pelo fato de o conjunto de controle compreender: uma válvula pilotada liga/desliga (17) localizada centralmente dentro do rotor (3) ou eixo de cames, a válvula pilotada (17) compreendendo uma porta piloto, uma primeira porta de fluxo e uma segunda porta de fluxo, a primeira porta de fluxo estando em comunicação fluídica com a primeira câmara (13) e a segunda porta de fluxo estando em comunicação fluídica com a segunda câmara (15), em que a válvula pilotada é comutável entre um estado aberto e um estado fechado por regulação da pressão de um fluido piloto na porta piloto, em que no estado aberto a válvula pilotada (17) permite a comunicação fluídica entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15), e no estado fechado a válvula pilotada (17) impede a comunicação fluídica entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15); e um atuador controlado por solenoide (25, 43) localizado remotamente a partir dos componentes rotativos do arranjo de faseador de temporização de came variável (1) e em comunicação fluídica com a porta piloto da válvula pilotada, o atuador controlado por solenoide (25, 43) tendo pelo menos dois estados, um estado primário e um estado secundário, em que o atuador controlado por solenoide (25, 43) está disposto para comutar a válvula pilotada (17) do estado aberto para o estado fechado quando o atuador controlado por solenoide (25, 43) comuta do estado primário para o estado secundário, e em que o atuador controlado por solenoide (25, 43) está disposto para comutar a válvula pilotada (17) do estado fechado para o estado aberto quando o atuador controlado por solenoide (25, 43) comuta do estado secundário para o estado primário, regulando a pressão do fluido piloto na porta piloto.

2. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fluido hidráulico e/ou o fluido piloto ser óleo hidráulico.

3. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o fluido piloto ser ar.

4. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a válvula pilotada (17) ser uma válvula liga/desliga de 2/2 vias, disposta para estar normalmente no estado aberto e acionada por pressão de fluido aumentada na porta piloto para comutar para o estado fechado.

5. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de o atuador controlado por solenoide ser uma válvula de solenoide liga/desliga de 3/2 vias (25) que tem uma porta de entrada em comunicação fluídica com uma fonte de pressão de fluido aumentada (27), uma porta de saída em comunicação fluídica com a porta piloto da válvula pilotada (17) e uma porta de ventilação, em que o estado primário da válvula de solenoide (25) é um estado desenergizado que impede a comunicação fluídica da fonte de pressão de fluido aumentada (27) para a porta piloto da válvula pilotada (17) e que permite a comunicação fluídica da porta piloto da válvula pilotada (17) para a porta de ventilação, e em que o estado secundário da válvula de solenoide (25) é um estado energizado que permite a comunicação fluídica da fonte de pressão de fluido aumentada (27) para a porta piloto da válvula pilotada (17) e atuando a válvula pilotada (17).

6. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de o atuador controlado por solenoide compreender um pistão acionado por solenoide (43) disposto em um cilindro (41), o cilindro (41) estando disposto em comunicação fluídica com a porta piloto da válvula pilotada (17), em que o estado primário do pistão acionado por solenoide (43) é um estado desenergizado retraído e o estado secundário do pistão acionado por solenoide é um estado energizado estendido; o estado estendido aumentando a pressão do fluido na porta piloto da válvula pilotada (17) e acionando a válvula pilotada (17).

7. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a válvula pilotada (17) ser uma válvula liga/desliga de 2/2 vias, disposta para estar normalmente no estado fechado e acionada pela pressão de fluido diminuída na porta piloto para comutar para o estado aberto.

8. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o atuador controlado por solenoide compreender um pistão acionado por solenoide (43) disposto em um cilindro (41), sendo o cilindro (41) disposto em comunicação fluídica com a porta piloto da válvula pilotada (17), em que o estado primário do pistão acionado por solenoide (43) é um estado energizado retraído e o estado secundário do pistão acionado por solenoide (43) é um estado desenergizado estendido, o estado retraído diminuindo a pressão do fluido na porta piloto da válvula pilotada (17) e atuando a válvula pilotada (17).

9. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o acionador controlado por solenoide compreender adicionalmente uma válvula de solenoide de 2/2 vias normalmente aberta (45) tendo uma porta de entrada em comunicação fluida com uma fonte de pressão de fluido aumentada (27) e uma porta de saída em comunicação fluídica com o cilindro (41), em que o estado primário da válvula de solenoide (45) é um estado fechado energizado e o estado secundário da válvula de solenoide é um estado desenergizado aberto, que permite comunicação fluídica da fonte de pressão de fluido aumentada (27) para a porta piloto da válvula pilotada (17).

10. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de uma fonte de pressão de fluido aumentada (27) estar disposta em comunicação fluídica com a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15) através de um primeiro canal de reabastecimento (29) e um segundo canal de reabastecimento (31), respectivamente, o primeiro canal de reabastecimento (29) e o segundo canal de reabastecimento (31) tendo cada um uma válvula de retenção (30, 32) disposta para impedir o fluxo de fluido da primeira câmara (13) ou segunda câmara (15) para a fonte de pressão de fluido aumentada (27).

11. Arranjo de faseador de temporização de came variável (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de uma válvula de retenção piloto (39) que tem uma primeira porta de fluxo disposta em comunicação fluídica com a válvula pilotada (17), uma segunda porta de fluxo disposta em comunicação fluídica com a segunda câmara (15) e uma porta piloto disposta em comunicação fluídica com o segundo canal de recarga (31), em que a válvula de retenção piloto (39) está disposta em um primeiro estado que permite fluxo entre a válvula pilotada (17) e a segunda câmara (15) em qualquer direção, quando a pressão do fluido no segundo canal de reabastecimento (31) é superior a uma pressão predeterminada, e estar em um segundo estado quando a pressão do fluido no segundo canal de reabastecimento (31) é inferior à pressão predeterminada, em que quando no segundo estado a válvula de retenção piloto (39) permite o fluxo de fluido somente da segunda câmara (15) através da válvula pilotada (17) para a primeira câmara (13), e impede o fluxo da primeira câmara (13) para a segunda câmara (15).

12. Método para controlar a temporização de um eixo de cames em um motor de combustão interna (103) que compreende um arranjo de faseador de temporização de came variável (1) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, o método caracterizado por compreender as etapas: i. fornecer o atuador controlado por solenoide (25, 43) em um estado secundário, fornecendo assim a válvula pilotada (17) em um estado fechado, evitando assim comunicação fluídica entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15); ii. temporizar a comutação do atuador controlado por solenoide (25, 43) do estado secundário para o primário para coincidir com um torque do eixo de cames que atua em uma direção escolhida, comutando assim a válvula pilotada (17) para o estado aberto e permitindo que o fluido flua entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15) em uma direção de acordo com a direção escolhida do torque de eixo de cames, girando assim o rotor (3) em relação ao estator (7) em uma direção escolhida; iii. comutar o atuador controlado por solenoide (25, 43) do estado primário para o estado secundário antes da troca da direção de torque do eixo de cames, comutando assim a válvula pilotada (17) para o estado fechado e impedindo que o fluido flua entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15) em uma direção oposta àquela da etapa ii; iv. repetir as etapas ii e iii até se obter um ângulo desejado do rotor (3) em relação ao estator (7); e v. manter o atuador controlado por solenoide (25, 43) em um estado secundário, fornecendo assim a válvula pilotada (17) em um estado fechado, evitando assim comunicação fluídica entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15) e mantendo com isso o ângulo desejado do rotor (3) em relação ao estator (7).

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a comutação do atuador controlado por solenoide (25, 43) na etapa ii ser temporizada para coincidir com o aumento do torque do eixo de cames em um valor limite e a comutação do atuador controlado por solenoide (25, 43) na etapa iii ser temporizada para coincidir com o torque do eixo de cames decrescente diminuindo em um valor limite.

14. Motor de combustão interna (103) caracterizado pelo fato de compreender um arranjo de faseador de temporização de came variável (1) do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.

15. Veículo (100) caracterizado pelo fato de compreender um arranjo de faseador de temporização de came (1) variável do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.