BR112018074677B1 - Disposição de faseador de temporização de came variável utilizando elemento lógico hidráulico, método para controlar a temporização de um eixo de came em um motor de combustão interna, motor de combustão interna e veículo - Google Patents

Abstract

Uma disposição de faseador de temporização de came variável (201) é revelada, compreendendo: um rotor (3) que tem pelo menos uma pá (5); um estator (7) que circunda coaxialmente o rotor (3), que tem pelo menos uma reentrância (9) para receber a pelo menos uma pá (5) do rotor, em que a pelo menos uma pá (5) divide a pelo menos uma reentrância em uma primeira câmara (13) e uma segunda câmara (15); e uma montagem de controle para regular o fluxo de fluido hidráulico a partir da primeira câmara (13) para a segunda câmara (15) ou vice-versa. A montagem de controle compreende uma válvula de controle de atuação de torque de came (17) que compreende um corpo de válvula (22) e um elemento de obturação hidráulico (HSE) (25). O HSE abre e fecha entre duas posições em resposta à sobrepressão na primeira ou na segunda câmara. Cada uma dessas duas posições previne o fluxo entre as câmaras. Implantar um dispositivo de bloqueio (37) impede que o HSE (25) alcance uma dentre as duas posições, permitindo, assim, o fluxo unidirecional entre as duas câmaras (13, 15). Temporizando-se a implantação do dispositivo de bloqueio (37), a direção de fluxo pode ser controlada. Um método para controlar a temporização de eixo de came também é revelado, assim como um motor (...).

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] A presente invenção se refere a uma disposição de faseador de temporização de came variável para um motor de combustão interna, assim como um método para controlar a temporização de um eixo de came em um motor de combustão interna com o uso de tal faseador de temporização de came variável. A invenção também se refere a um motor de combustão interna e um veículo que compreende tal disposição de faseador de temporização de came variável.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[0002] As válvulas em motores de combustão interna são usadas para regular o fluxo de gases de admissão e de escape para os cilindros do motor. A abertura e o fechamento das válvulas de admissão e de escape em um motor de combustão interna são normalmente acionados por um ou mais eixos de came. Visto que as válvulas controlam o fluxo de ar para dentro dos cilindros do motor e escape para fora dos cilindros do motor, é crucial que as mesmas se abrem e fechem no momento adequado durante cada curso do pistão de cilindro. Por esse motivo, cada eixo de came é acionado pelo virabrequim, frequentemente por meio de uma correia sincronizadora ou corrente sincronizadora. Entretanto, a temporização de válvula ideal varia dependendo em diversos fatores, como carga de motor. Em uma disposição de eixo de came tradicional, a temporização de válvula é determinada de modo fixo pela relação do eixo de came e o virabrequim e, portanto, a temporização não é otimizada ao longo de toda a faixa de operação do motor, levando a um desempenho danificado, baixa economia de combustível e/ou emissões maiores. Portanto, os métodos de variar a temporização de válvula dependendo das condições de motor foram desenvolvidos.

[0003] Um desses métodos é o faseamento de came variável hidráulico (hVCP). hVCP é uma das estratégicas mais eficazes para aprimorar o desempenho geral de motor permitindo-se definições contínuas e amplas para a sobreposição e temporização de válvula de motor. Portanto, se tornou uma técnica comumente usada na técnica de ignição por compressão moderna e motores de ignição por faísca.

[0004] Tanto os faseadores atuados por pressão de óleo quanto de came variável hidráulico atuados por torque de came são conhecidos na técnica. O modelo de hVCP atuado por pressão de óleo compreende um rotor e um estator montados ao eixo de came e à roda dentada de came, respectivamente. O óleo hidráulico é alimentado ao rotor por meio 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 estator, ou uma câmara de retardamento formada entre o rotor e estator. A diferença resultante na pressão de óleo entre a câmara de avanço e a câmara de retardamento faz com que o rotor gire em relação ao estator. Isso avança ou retarda a temporização do eixo de came, dependendo da posição escolhida da válvula de controle de óleo.

[0005] A válvula de controle de óleo é uma válvula de bobina de três posições que pode ser posicionada centralizadamente, isto é, coaxialmente com o eixo de came, ou remotamente, isto é, como um componente não giratório da disposição de hVCP. Essa válvula de controle de óleo é regulada por um solenoide de força variável (VFS), que é estacionário em relação ao faseador de came giratório (quando a válvula de controle de óleo é montada centralizadamente). O solenoide de força variável e a válvula de bobina tem três posições operacionais: uma para fornecer óleo para a câmara de avanço, uma para fornecer óleo para a câmara de retardamento e uma para reabastecer óleo a ambas as câmaras (isto é, uma posição de retenção).

[0006] A tecnologia estabelecida de hVCP atuado por pressão de óleo é eficaz na variação de temporização de válvula, porém, tem velocidades de faseamento relativamente baixas e alto consumo de óleo. Portanto, as últimas iterações de tecnologia de hVCP utilizam uma técnica conhecida como atuação de torque de came (CTA). À medida em que o eixo de came gira, o torque no eixo de came varia periodicamente entre torque positivo e torque negativo de uma maneira sinusoidal. O período, a magnitude e o formato exatos da variação de torque de came depende de inúmeros fatores incluindo o número de válvulas reguladas pelo eixo de came e a frequência de rotação do motor. O torque positivo resiste à rotação de came, ao passo que o torque de came negativo auxilia a rotação de came. Os faseadores atuados de torque de came utilizam essas variações de torque periódicas para girar o rotor na direção escolhida, avançando ou retardando, assim, a temporização de eixo de came. Em princípio, os mesmos 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 de pressão periódicas. A direção inversa de fluxo de fluido é impedida por válvula de registro. Portanto, o rotor será deslocado de modo giratório em relação ao estator todo período que o torque atua na direção relevante, porém, irá permanecer estacionário quando o torque atuar periodicamente na direção oposta. Dessa maneira, o rotor pode ser girado em relação ao estator, e a temporização do eixo de came pode ser avançada ou retardada. Os sistemas de atuação de torque de came, portanto, exigem que válvulas de registro sejam colocadas dentro do rotor para alcançar o efeito de "catraca hidráulica". O direcionamento de fluxo de óleo para a câmara de avanço, a câmara de retardamento, ou ambas/nenhuma (em uma posição de retenção) é tipicamente alcançado com o uso de uma válvula de bobina de três posições. Essa válvula de bobina pode ser posicionada tanto centralizadamente, isto é, coaxialmente com o eixo de came, quanto remotamente, isto é, como um componente não giratório da disposição de faseamento de came. A válvula de bobina de três posições é tipicamente movida para cada uma das três posições operacionais com o uso de um solenoide de força variável.

[0007] O pedido de patente n° U.S. 2008/0135004 descreve um faseador que inclui um alojamento, um rotor, uma válvula de controle de faseador (bobina) e um sistema de controle de pressão regulada (RCPS). O faseador pode ser um faseador atuado por torque de came ou um faseador ativado por pressão de óleo. O RPCS tem um controlador que fornece bases de um ponto de definição, um ângulo desejado e um sinal nos parâmetros de motor para uma válvula reguladora de pressão de controle direto. A válvula reguladora de pressão de controle direto regula uma pressão de abastecimento a uma pressão de controle. A pressão de controle move a bobina de controle de faseador para uma dentre três posições, avanço, retardamento e nula, em proporção com a pressão abastecida. Permanece uma necessidade de disposições aprimoradas de faseador de temporização de came. Em particular, permanece uma necessidade de disposições de faseador de temporização de came que são adequadas para uso em veículos comerciais, que estão frequentemente sujeitos a cargas de motor mais pesadas e vidas de serviço mais longas em comparação com carros de passeio.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] Os inventores da presente invenção identificaram uma gama de desvantagens na técnica anterior, especialmente em relação ao uso de disposições de faseador de came existentes em veículos comerciais. Constatou-se que as válvulas de bobina de três posições da válvula de controle de óleo (OCV) em sistemas atuais deve ser precisamente regulada e, portanto, são sensíveis a impurezas que podem emperrar a bobina 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 ser precisamente regulados para fornecer força variável para alcançar três posições. Isso adiciona uma complexidade mecânica considerável ao sistema, tornando o mesmo mais dispendioso, mais sensível às impurezas e menos robusto. Isso também torna mais complexas as rotinas para controlar o faseador de came. Foi observado que, quando a válvula de controle de óleo é atuada por solenoide e montada centralizadamente, o contato entre o pino de solenoide e a válvula de controle de óleo é não estacionário, visto que a válvula de controle de óleo gira e o pino de solenoide é estacionário. Esse contato deslizante desgasta as superfícies de contato e a precisão de posição da válvula de controle de óleo é comprometida a longo prazo, o que afeta o desempenho de faseador de came. A precisão do solenoide de força variável em si também deve permanecer alta para assegurar o controle preciso sobre a OCV.

[0009] Adicionalmente, o vazamento de óleo de disposições de faseador de came existentes também é um problema. O vazamento através da porta dentro da válvula de controle de óleo faz com que o óleo escape para o circuito hidráulico e aumente as oscilações de eixo de came devido à rigidez de sistema diminuída. Esse vazamento também afeta o consumo de óleo da disposição de faseador de came. Foi observado que as válvulas de bobina de três posições usadas na regulação do fluxo de óleo oferecem muitas trajetórias de vazamento diferentes para que o óleo escape das câmaras de faseador de came. O mais notável é a superfície de contato deslizante mais próxima do solenoide de força variável, em que a válvula é atuada por solenoide, assim como a porta conectada à ventilação. Esse vazamento aumenta com a pressão aumentada dentro das câmaras de faseador de came, visto que todos os surtos de pressão no sistema devem ser absorvidos pela válvula de controle de óleo. Esses surtos de pressão são, por sua vez, dependentes do torque de eixo de came e podem exceder 5 MPa (50 bar) para veículos comerciais.

[0010] Os torques de eixo de came são superiores em veículos de serviço pesado, causando surtos de pressão superiores e, até mesmo, mais vazamento.

[0011] Foi observado que os sistemas de faseamento de came existentes que utilizam válvulas de controle de óleo montadas remotamente sofrem com vazamento de sistema ainda maior, visto que os surtos de pressão do faseador de came devem ser transmitidos através do mancal de rolamento de eixo de came antes de alcançar a válvula de controle de óleo, aumentando, portanto, o vazamento de mancal.

[0012] Adicionalmente, constatou-se que o rotor de sistemas existentes de faseamento atuado por torque de came é muito compacto e complexo. Válvulas de registro projetadas especialmente devem ser montadas no rotor para o encaixe em conjunto com a válvula de controle de óleo. Tais válvulas de registro são menos duráveis do que as válvulas de registro convencionais e adicionam dispêndio adicional. Ademais, o rotor exige um sistema de cano hidráulico interno complexo. Devido a essas exigências, a fabricação de faseadores de came atuados por torque de came exige ferramentas e montagem especiais. Dessa forma, é um objetivo da presente invenção fornecer uma disposição de faseador de temporização de came variável que utiliza a atuação de torque de came que é mecanicamente mais simples, mais robusta e menos propensa ao vazamento de óleo do que os faseadores de came atuados por torque de came conhecidos.

[0013] Esse objetivo é alcançado pela disposição de faseador de temporização de came variável de acordo com as reivindicações anexas.

[0014] A disposição de faseador de temporização de came variável compreende: um rotor que tem pelo menos uma pá, em que o rotor é disposto para ser conectado a um eixo de came; um estator que circunda coaxialmente o rotor, que tem pelo menos uma reentrância para receber a pelo menos uma pá do rotor e permitir o movimento giratório do rotor em relação ao estator, em que o estator tem uma circunferência externa disposta para aceitar a força de acionamento; em que a pelo menos uma pá divide a pelo menos uma reentrância em uma primeira câmara e uma segunda câmara, em que a primeira câmara e a segunda câmara são dispostas para receber o 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, em que a segunda direção de rotação é oposta à primeira direção de rotação; e uma montagem de controle para regular o fluxo de fluido hidráulico da primeira câmara para a segunda câmara ou vice-versa; caracterizada pelo fato de que a montagem de controle compreende: uma válvula de controle de atuação de torque de came (CTA) localizada centralizadamente dentro do rotor e/ou eixo de came, em que a válvula de controle de CTA compreende um corpo de válvula que tem uma primeira porta disposta em comunicação fluida com a primeira câmara, uma segunda porta disposta em comunicação fluida com a segunda câmara e um elemento de obturação hidráulico disposto no corpo de válvula; e um dispositivo de bloqueio disposto em conjunto com o corpo de válvula; em que o elemento de obturação hidráulico é configurado para ser movido em uma primeira direção para uma primeira posição fechada por sobrepressão na primeira câmara e movida na segunda direção para uma segunda posição fechada por sobrepressão na segunda câmara; por meio do qual, na primeira posição fechada, o elemento de obturação hidráulico forma uma vedação juntamente com uma parede interna do corpo de válvula ou uma sede de válvula localizada no corpo de válvula, prevenindo, assim, o fluxo de fluido da primeira câmara para a segunda câmara; e por meio do qual, na segunda posição fechada, o elemento de obturação hidráulico forma uma vedação juntamente com a parede interna do corpo de válvula ou uma sede de válvula localizada no corpo de válvula, impedindo, assim, que o fluxo de fluido da segunda câmara para a primeira câmara; e em que o dispositivo de bloqueio compreende pelo menos um elemento de bloqueio que é implantável entre uma posição desengatada e uma posição engatada, em que o pelo menos um elemento de bloqueio está na posição engatada, configurado para impedir que o obturador hidráulico se mova para a primeira posição fechada ou a segunda posição fechada dependendo da posição do elemento de obturação hidráulico quando o dispositivo de bloqueio é implantado, por meio do qual, o elemento de obturação hidráulico é configurado para se mover entre a primeira posição fechada em resposta à sobrepressão na primeira câmara e a segunda posição aberta em resposta à sobrepressão na segunda câmara, ou entre a segunda posição fechada em resposta à sobrepressão na segunda câmara e uma primeira posição aberta em resposta à sobrepressão na primeira câmara; por meio do qual, na segunda posição aberta, o elemento de obturação hidráulico permite o fluxo de fluido da segunda câmara para a primeira câmara; e por meio de qual, na primeira posição aberta, o elemento de obturação hidráulico permite o fluxo de fluido da primeira câmara para a segunda câmara.

[0015] A disposição de faseador de temporização de came variável descrita pode ser usada para fornecer o faseamento de came através da temporização da implantação do dispositivo de bloqueio para permitir o fluxo de fluido direcional de uma das câmaras para a outra, na direção desejada, enquanto previne o fluxo na direção não desejada oposta.

[0016] Uma disposição de faseador de temporização de came variável construída dessa maneira tem inúmeras vantagens. A mesma tem uma construção simples, que exige apenas uma única válvula simples de ligar/desligar ou solenoide para controlar o faseador de came. O faseador de came é mais robusto devido aos componentes hidráulicos menos complexos e/ou menos sensíveis em comparação com outros faseadores de came atuados por torque de came. O uso apenas de atuação de ligar/desligar de construção robusta e a evitação de transferência de surtos de pressão através dos mancais de eixo de came significa que as trajetórias de escape de óleo são menos e o consumo de óleo é inferior. O risco de válvulas ou solenoides emperrarem é reduzido visto que quaisquer solenoides ou válvulas de atuação usadas precisam assumir apenas duas posições, isto é, ligar/desligar, o que significa que uma força de atuação maior e/ou mecanismos de retorno mais fortes podem ser usados. Os solenoides mais robustos podem ser usados visto que a precisão de posição intermediária não é necessária. De modo similar, nenhuma regulação fina de múltiplas pressões é necessária para atuar o dispositivo de bloqueio. As válvulas de registro podem ser montadas externamente ao faseador de came (isto é, não nas pás de rotor), permitindo, assim, o uso de válvulas de registro mais estabelecidas e robustas. Uma vantagem adicional é que o componente de rotor porta uma similaridade maior aos faseadores de came atuados por óleo, os quais são menos dispendiosos para fabricar do que os faseadores de came atuados por torque de came conhecidos.

[0017] O elemento de obturação hidráulico é disposto para se mover através de movimento de translação ao longo de um eixo geométrico longitudinal do corpo de válvula em resposta às diferenças de pressão entre a primeira câmara e a segunda câmara. Isso permite que a válvula de controle de CTA seja construída a partir de elementos de válvula convencionais, como membros de válvula de disco ou esfera e sedes de válvula correspondentes. Portanto, componentes robustos bem estabelecidos podem ser usados.

[0018] A válvula de controle de CTA pode compreender um corpo de válvula que tem a primeira porta disposta em uma primeira extremidade do corpo de válvula e a segunda porta disposta em uma segunda extremidade do corpo de válvula, em que uma primeira sede de válvula é disposta no corpo de válvula entre a primeira extremidade e uma porção intermediária do corpo, e uma segunda sede de válvula é disposta no corpo de válvula entre a porção intermediária do corpo e a segunda extremidade. Tal válvula de controle de CTA pode compreender um elemento de obturação hidráulico que compreende uma primeiro membro de válvula disposto entre a primeira extremidade e a primeira sede de válvula, e disposto para que possa formar uma vedação com a primeira sede de válvula, um segundo membro de válvula disposto entre a segunda sede de válvula e a segunda extremidade e disposto para que possa formar uma vedação com a segunda sede de válvula, e uma haste de válvula que passa através da primeira sede de válvula e da segunda sede de válvula e disposta para fixar o primeiro membro de válvula ao segundo membro de válvula, em que a haste de válvula tem um comprimento, de modo que, quando o primeiro membro de válvula forma uma vedação com a primeira sede de válvula, o segundo membro de válvula não possa ser assentado na segunda sede de válvula, e vice- versa, quando o segundo membro de válvula forma uma vedação com a segunda sede de válvula, o primeiro membro de válvula não possa ser assentado na primeira sede de válvula. Uma válvula de controle de CTA formada dessa maneira se assemelha a duas válvulas de registro acopladas em série e voltadas em direções opostas, em que o membro de válvula de uma válvula de registro é fixado ao outro, de modo que a ação de um membro de válvula afete o outro membro de válvula. Visto que as válvulas de registro são uma tecnologia confiável bem estabelecida, uma válvula de controle de CTA com base em tais válvulas de registro também deve se provar robusta e confiável.

[0019] O dispositivo de bloqueio pode ser um dispositivo de bloqueio que compreende: um cilindro que tem uma primeira extremidade em comunicação fluida com a primeira câmara e uma segunda extremidade em comunicação fluida com a segunda câmara; um membro de cilindro disposto no cilindro e disposto para ser móvel em uma direção ao longo de um eixo geométrico longitudinal do cilindro entre uma primeira posição de cilindro por pressão de fluido sempre que o elemento de obturação hidráulico estiver em uma primeira posição fechada, e uma segunda posição de cilindro por pressão de fluido sempre que o elemento de obturação hidráulico estiver em uma segunda posição fechada, em que o membro de cilindro é disposto para que seja móvel em uma direção radial em relação ao eixo geométrico longitudinal do cilindro quando na primeira posição de cilindro ou na segunda posição de cilindro, sempre que o dispositivo de bloqueio for implantado; um primeiro elemento de bloqueio disposto para ser móvel para uma posição engatada pelo movimento radial do membro de cilindro sempre que o dispositivo de bloqueio for implantado com o membro de cilindro na segunda posição, em que a posição engatada impede que o elemento de obturação hidráulico atinja a primeira posição fechada; e um segundo elemento de bloqueio disposto para ser móvel para uma posição engatada pelo movimento radial do membro de cilindro sempre que o dispositivo de bloqueio for implantado com o membro de cilindro na primeira posição, em que a posição engatada impede que o elemento de obturação hidráulico atinja a segunda posição fechada.

[0020] Tal dispositivo de bloqueio opera através do movimento de um membro de cilindro, como um pistão ou esfera, ao longo do comprimento de um cilindro com o uso de pressão de fluido. Isso fornece um modo eficaz de bloquear seletivamente uma única posição fechada do elemento de obturação hidráulico enquanto possibilita a outra posição fechada, obtendo, assim, o fluxo unidirecional na direção desejada.

[0021] O elemento de obturação hidráulico pode ser disposto para se mover através do movimento de rotação ao redor de um eixo geométrico giratório central do corpo de válvula em resposta às diferenças de pressão entre a primeira câmara e a segunda câmara. Portanto, a válvula de controle de CTA pode se assemelhar a uma disposição de rotor-estator de faseador de came em miniatura, permitindo que muitos dos mesmos princípios e técnicas de fabricação sejam aplicados.

[0022] O elemento de obturação hidráulico pode compreender duas ou mais partes ocas dispostas para receber o pelo menos um elemento de bloqueio quando engatado. Portanto, através da formação do elemento de obturador dessa maneira, apenas um único elemento de bloqueio é necessário e, portanto, não há necessidade de uma disposição para implantar seletivamente um dentre os dois elementos de bloqueio. Portanto, o projeto geral da válvula de controle de CTA é simplificado e menos partes móveis são usadas.

[0023] O pelo menos um elemento de bloqueio pode ser implantado por pressão hidráulica externa aumentada, por pressão pneumática externa aumentada, ou por energização de um solenoide. Portanto, uma ampla variedade de técnicas, incluindo atuação remota, pode ser usada na atuação da válvula de controle de CTA.

[0024] O pelo menos um elemento de bloqueio pode ser implementado por pressão hidráulica externa aumentada e a pressão hidráulica externa pode ser regulada por um atuador controlado por solenoide localizado remotamente em relação a quaisquer componentes giratórios da disposição de faseador de temporização de came. Portanto, o uso de um solenoide central volumoso é evitado e o espaço pode ser economizado em localizações adequadas dentro do motor de combustão interna relocalizando-se o atuador para onde o espaço é disponível. O atuador controlado por solenoide pode ser uma válvula de solenoide de ligar/desligar de 3/2 vias, que tem uma porta de entrada em comunicação fluida com uma fonte de pressão de fluido aumentada, uma porta de saída em comunicação fluida com o dispositivo de bloqueio, e uma porta de ventilação, em que o estado primário da válvula de solenoide está em um estado desenergizado, prevenindo a comunicação fluida da fonte de pressão de fluido aumentada com o dispositivo de bloqueio e permitindo a comunicação fluida do dispositivo de bloqueio com a porta de ventilação, e em que o estado secundário da válvula de solenoide está em um estado energizado, permitindo a comunicação fluida da fonte de pressão de fluido aumentada com o dispositivo de bloqueio e implantando o pelo menos um elemento de bloqueio. Essas válvulas de solenoide são prontamente disponíveis, bem estabelecidas e suficientemente robustas para fornecer um serviço confiável em aplicações de veículo comercial e pesado. A válvula de solenoide pode ser tipo gatilho, o que elimina virtualmente o risco para emperramento de válvula.

[0025] O atuador controlado por solenoide pode compreender um êmbolo acionado por solenoide disposto em um tambor, em que o tambor é disposto em comunicação fluida com o dispositivo de bloqueio, em que o estado primário do êmbolo acionado por solenoide é um estado desenergizado retraído e o estado secundário do êmbolo acionado por solenoide é um estado energizado estendido, em que o estado estendido aumenta a pressão do fluido no dispositivo de bloqueio e implanta o pelo menos um elemento de bloqueio. Portanto, a pressão de atuação da válvula pilotada não precisa ser dependente da pressão de óleo de sistema do veículo. O a utilização de um atuador de cilindro, a pressão de atuação pode ser projetada para que seja superior à pressão de sistema de óleo, ou inferior, se for desejado. Isso permite uma maior robustez de sistema.

[0026] Uma fonte de pressão de fluido aumentada pode ser disposta em comunicação fluida com a primeira câmara e/ou a segunda câmara por meio de um canal de reabastecimento. Portanto, a pressão de fluido na disposição de faseador de came pode ser mantida em um nível adequado, a rigidez adequada é alcançada, e a vibração de eixo de came pode ser minimizada.

[0027] O fluido hidráulico pode ser óleo hidráulico. O use de óleo hidráulico nas disposições de faseador de eixo de came é bem estabelecida e confiável.

[0028] De acordo com outro aspecto da invenção, um método para controlar a temporização de um eixo de came em um motor de combustão interna que compreende uma disposição de faseador de temporização de came variável como descrito acima é fornecido. O método compreende as etapas: i. Fornecer a disposição de faseador de temporização de came variável que tem o dispositivo de bloqueio em uma posição desengatada, impedindo, assim, a comunicação fluida entre a primeira câmara e a segunda câmara; ii. Implantar o dispositivo de bloqueio em um momento para coincidir com o elemento de obturação hidráulico que está na primeira posição, engatando, assim, o pelo menos um elemento de bloqueio para bloquear a segunda posição; ou implantar o dispositivo de bloqueio em um momento para coincidir com o elemento de obturação hidráulico que está na segunda posição, engatando, assim, o pelo menos um elemento de bloqueio para bloquear a primeira posição; iii Manter a implantação do dispositivo de bloqueio, permitindo, assim, que o fluido flua periodicamente em uma única direção entre a primeira câmara e a segunda câmara devido ao torque de eixo de came, e prevenindo o fluxo de fluido na direção oposta, girando, assim, o rotor em relação ao estator em uma direção escolhida; iv. Uma vez que a rotação desejada do rotor em relação ao estator for obtida, desengatar o dispositivo de bloqueio, prevenindo, assim, a comunicação fluida adicional entre a primeira câmara e a segunda câmara.

[0029] Esse método fornece uma forma simples e confiável para controlar o faseamento de eixo de came, exigindo o controle de apenas um único atuador de ligar/desligar e exigindo apenas uma única temporização simples da atuação ao iniciar o faseamento em uma direção desejada.

[0030] De acordo com um aspecto adicional, um motor de combustão interna que compreende uma disposição de faseador de temporização de came variável como descrito acima é fornecido.

[0031] De acordo com ainda outro aspecto, um veículo que compreende uma disposição de faseador de temporização de came variável como descrito acima é fornecido.

[0032] Os aspectos, objetivos e vantagens são definidos na descrição detalhada abaixo com referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0033] Para o entendimento da presente invenção e objetivos e vantagens adicionais da mesma, a descrição detalhada apresentada abaixo pode ser lida juntamente com os desenhos anexos, nos quais as mesmas notações de referência denotam itens similares nos vários diagramas, e em que:

[0034] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável de acordo com a presente revelação.

[0035] A Figura 2a ilustra esquematicamente uma modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável em um primeiro estado fechado.

[0036] A Figura 2b ilustra esquematicamente uma modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável em um segundo estado fechado. A Figura 2c ilustra esquematicamente uma modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável quando um dispositivo de bloqueio é ativado durante um segundo estado fechado. A Figura 2d ilustra esquematicamente uma modalidade de uma disposição de faseador de temporização de came variável em um primeiro estado aberto.

[0037] A Figura 3 mostra um fluxograma de processo para um método para controlar a temporização de um eixo de came em um motor de combustão interna de acordo com a presente revelação. A Figura 4 ilustra esquematicamente um veículo que compreende um motor de combustão interna que compreende uma disposição de faseador de temporização de came variável de acordo com a presente revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0038] A presente invenção é baseada na percepção de que uma válvula que compreende um membro de válvula ("elemento de obturação hidráulico") que é passivamente movido em resposta a uma diferença de pressão através da primeira e da segunda câmaras de um faseador de came pode ser usada para controlar o faseamento de came atuado por torque de came em ambas as direções.

[0039] O torque experimentado por um eixo de came alterna periodicamente entre um torque positivo, o que retarda a rotação de eixo de came, e um torque negativo, que incentiva a rotação de eixo de came. Esse torque de alternação periódica, por sua vez, leva a uma diferença de pressão de alternação periódica entre a primeira câmara e a segunda câmara, de modo que, inicialmente, haja sobrepressão na primeira câmara, então, na segunda câmara, então, na primeira câmara, então, na segunda câmara, e assim sucessivamente. Se as duas câmaras estiverem em comunicação fluida, o fluido irá fluir da câmara com pressão mais alta para a câmara com pressão mais baixa, isto é, a direção de fluxo será alterada periodicamente. Os faseadores de came atuados por torque de came (CTA) convencional utilizam essa pressão alternada fornecendo-se duas trajetórias unidirecionais de fluxo separadas entre a primeira câmara e a segunda câmara: uma primeira trajetória que permite apenas o fluxo da primeira câmara para a segunda câmara, e uma segunda trajetória que permite apenas o fluxo na direção oposta, isto é, da segunda câmara para a primeira câmara. Abrindo-se uma dessas trajetórias de fluxo, enquanto fecha a outra, a diferença de pressão alternada resulta em fluxo unidirecional de uma câmara para a outra através de um efeito de "catraca hidráulica".

[0040] A disposição de faseador de temporização de came da presente invenção compreende um rotor, um estator que circunda coaxialmente o rotor e uma montagem de controle. O rotor de faseador de came é disposto para ser conectado a um eixo de came do motor de combustão interna. Esse pode ser um eixo de came de válvula de admissão, eixo de came de válvula de escape ou qualquer outro eixo de came no motor como um eixo de came de admissão/escape combinado. O rotor tem pelo menos uma pá, porém, pode ter, de preferência, uma pluralidade de pás, como três, quatro, cinco ou seis pás. Os canais de óleo separados para canalizar o óleo para e a partir da válvula pilotada da montagem de controle são fornecidos em cada lado de pelo menos uma das pás, porém, de preferência, em cada lado de cada uma das pás.

[0041] O estator é disposto para aceitar a força de acionamento. Isso, por exemplo, pode ser através da conexão do estator a uma roda dentada de came, que coleta força de acionamento do virabrequim por meio da correia sincronizadora. O estator também pode ter construção integrada com a roda dentada de came. O estator circunda coaxialmente o rotor e tem pelo menos uma reentrância para aceitar a pelo menos uma pá do rotor. Na prática, o estator tem o mesmo número de reentrâncias que o número de pás de rotor. As reentrâncias no estator são consideravelmente maiores do que a pás de rotor, o que significa que, quando o rotor é posicionado no estator com as pás posicionadas centralizadamente nas reentrâncias, uma câmara é formada em cada lado de cada rotor. Essas câmaras podem ser caracterizadas como primeiras câmaras, que giram o rotor em uma primeira direção em relação ao estator quando preenchidas com óleo hidráulico, e segundas câmaras, que giram o rotor em uma segunda direção em relação ao estator quando preenchidas com óleo hidráulico.

[0042] A montagem de controle da presente revelação compreende uma válvula de controle de atuação de torque de came (CTA) e um dispositivo de bloqueio disposto em conjunto com o corpo de válvula. Onde as válvulas são chamadas de "ligar/desligar", isso se refere a uma válvula que tem apenas dois estágios: um estágio aberto e um estado fechado. Tais válvulas, entretanto, podem ter mais de duas portas. Por exemplo, uma válvula de ligar/desligar de 3/2 vias tem três portas e dois estados. Tal válvula conecta frequentemente duas portas de fluxo quando aberta e conecta uma das portas de fluxo a uma porta de ventilação/escape quando fechada.

[0043] Onde as válvulas são chamadas de "normalmente fechada/aberta/ligada/desligada", isso se refere ao estado da válvula quando não atuada. Por exemplo, uma válvula de solenoide normalmente aberta é retida na posição aberta quando não atuada/energizada, comumente com o uso de um retorno, como um retorno de mola. Quando a válvula de solenoide normalmente aberta é atuada/energizada o solenoide atua com uma força suficiente para superar a força do retorno que retém a válvula aberta, e a válvula é, portanto, fechada. Mediante a desatuação/desenergização, o retorno retorna a válvula para o estágio aberto. Onde é declarado que os componentes estão em "comunicação fluida" ou o fluxo é permitido ou impedido "entre" componentes, esse fluxo deve ser interpretado como, não necessariamente direcional, isto é, o fluxo pode prosseguir em qualquer direção. O fluxo direcional em uma única direção é denotado como fluxo "de" um componente "para" outro componente. Onde a dita câmara é mencionada como tendo sobrepressão, isso significa que a pressão de fluido na dita câmara é superior à pressão de fluido na outra câmara. Por exemplo, se for declarado que a primeira câmara tem sobrepressão, isso significa que a pressão na primeira câmara é maior do que na segunda câmara.

[0044] A válvula de controle de CTA é localizada centralizadamente dentro do rotor e/ou eixo de came da disposição de faseador de came e compreende um corpo de válvula que tem uma primeira porta disposta em comunicação fluida com a primeira câmara, uma segunda porta disposta em comunicação fluida com a segunda câmara e um elemento de obturação hidráulico disposto no corpo de válvula.

[0045] A válvula de controle de CTA opera mediante o princípio de que o elemento de obturação hidráulico, ao se mover desimpedido no corpo de válvula, é pressionado para trás e para frente entre duas posições fechadas pela diferença de pressão de alternação periódica. Ao mesmo tempo, o elemento de obturação hidráulico atua como um membro de válvula de registro quando em cada posição fechada, prevenindo o fluxo na direção em que a diferença de pressão atua. Portanto, quando desimpedido, o elemento de obturação hidráulico percebe as flutuações de pressão e é movido pelas mesmas para trás e para frente entre duas posições fechadas, porém, não permite a comunicação fluida entre as duas câmaras, visto que atua como uma válvula de registro em ambas as direções de fluxo.

[0046] O elemento de obturação hidráulico pode ser posicionado coaxialmente ao alojamento de válvula e girar em torno do eixo geométrico comum. Um elemento de obturação hidráulico que opera dessa maneira pode, por exemplo, ser um disco de rotação, por meio do qual o elemento de obturador e o corpo de válvula, em conjunto, formam uma disposição tipo rotor-estator. O obturador hidráulico pode se mover de uma maneira linear ao longo de um eixo geométrico longitudinal do alojamento de válvula ou um eixo geométrico transversal ao eixo geométrico longitudinal. Um elemento de obturador que opera dessa maneira, por exemplo, pode compreender dois membros de válvula conectados por uma haste de válvula em uma disposição de "halteres". Esses membros de válvula, por exemplo, podem ser membros de válvula de esfera de membros de válvula de disco. A função de válvula de registro da válvula de CTA pode ser obtida de diversas formas. Se o elemento de obturação hidráulico se move de uma maneira linear, o fluxo pode ser prevenido por um membro de válvula do elemento de obturador que é pressionado em engate vedante contra uma sede de válvula ou parede de válvula por pressão de fluido no lado da câmara com sobrepressão. Se o elemento de obturação hidráulico utilizar o movimento de rotação, o fluxo pode ser prevenido pelo elemento de obturador que gira para fechar um canal de fluxo no corpo de válvula.

[0047] Para permitir o faseamento de came, o movimento desimpedido do elemento de obturação hidráulico é bloqueado para prevenir que o elemento de obturação hidráulico alcance uma das posições fechadas; isto é, em uma direção de movimento, o elemento de obturação hidráulico é limitado a uma posição intermediária, enquanto, na outra direção, o mesmo ainda pode alcançar a posição fechada. O elemento de obturação hidráulico ainda é responsivo à diferença de pressão entre a primeira e a segunda câmaras, porém, agora é movido entre uma posição fechada e uma posição aberta. Na posição aberta, o elemento de obturação hidráulico não pode atuar como um membro de válvula de registro e, portanto, permite a comunicação fluida entre a primeira câmara e a segunda câmara. Portanto, quando a diferença de pressão atua em uma direção, o fluxo de fluido é permitido pelo elemento de obturação hidráulico, enquanto, na outra direção o fluxo de fluido é prevenido pelo elemento de obturação hidráulico. Portanto, a válvula de CTA que tem um elemento de obturação hidráulico bloqueado atua como uma "catraca hidráulica" em uma única direção.

[0048] A direção que a válvula de CTA permite o fluxo e, portanto, a direção de faseamento de came, é determinada pela posição do elemento de obturação hidráulico quando o mesmo é inicialmente bloqueado. Se estiver na primeira posição fechada quando bloqueado, o mesmo irá alternar entre a primeira posição fechada e a segunda posição aberta; isto é, a segunda posição fechada é bloqueada. Alternativamente, se estiver na segunda posição fechada quando bloqueado, o mesmo irá alternar entre a segunda posição fechada e a primeira posição aberta; isto é, a primeira posição fechada é bloqueada. Portanto, a direção de faseamento de came pode ser escolhida através da temporização do bloqueio do elemento de obturação hidráulico para coincidir com o elemento de obturação hidráulico que está na primeira posição fechada ou na segunda posição fechada. Observa-se que é a posição fechada oposta à posição atual do elemento de obturação hidráulico que é bloqueada. Isso significa que o início do bloqueio deve ser temporizado para coincidir com uma diferença de pressão que atua na direção oposta à direção de faseamento de came desejada. As pressões geradas pelo torque de eixo de came são grandes e o obturador hidráulico é facilmente móvel e, portanto, a obturação entre as posições é momentânea. Visto que o torque de eixo de came varia periodicamente com o ângulo de manivela e a obturação é rápida, a posição de obturador também varia com o ângulo de manivela e o bloqueio do elemento de obturação hidráulico, portanto, é simples para temporizar como desejado. Uma vez que o bloqueio é iniciado, o elemento de obturação hidráulico é continuamente bloqueado, até que o bloqueio seja finalizado e, portanto, a temporização da implantação do dispositivo de bloqueio deve ser realizada apenas uma vez para cada operação de faseamento.

[0049] Dependendo do modelo da válvula de controle de CTA, a primeira posição aberta e a segunda posição aberta do elemento de obturação hidráulico podem ser posições diferentes, ou as mesmas podem ser a mesma posição, que é alcançada pelo movimento do elemento de obturação hidráulico na primeira direção ou na segunda direção. O bloqueio do elemento de obturação hidráulico é realizado implantando-se um dispositivo de bloqueio que compreende pelo menos um elemento de bloqueio. O dispositivo de bloqueio é disposto em conjunto com o corpo de válvula de controle de CTA. Isso significa que pelo menos o elemento de bloqueio do dispositivo de bloqueio deve estar presente dentro do corpo de válvula quando engatado para restringir o movimento do elemento de obturação hidráulico. Outros componentes do dispositivo de bloqueio podem ser externos ao corpo de válvula ou internos ao corpo de válvula. O dispositivo de bloqueio pode ser fabricado como um dispositivo separado da válvula de controle de CTA ou pode ser parcial ou completamente integrado com a válvula de controle de CTA. Por exemplo, o elemento de bloqueio e componentes proximamente associados podem ser integrados com a válvula de controle de CTA, enquanto os componentes exigidos para atuar o elemento de bloqueio podem ser remotamente localizados. Mediante a implantação, o elemento de bloqueio é movido de uma posição em que o mesmo não bloqueia a faixa de movimento do elemento de obturação hidráulico para uma posição em que o mesmo se engata com o elemento de obturador em algum ponto em sua trajetória de movimento e, portanto, bloqueia a faixa de movimento do elemento de obturação hidráulico. O elemento de bloqueio pode ser atuado por pressão ou diretamente atuado por solenoide e, portanto, o dispositivo de bloqueio pode ser um dispositivo hidráulico, dispositivo pneumático ou dispositivo solenoide.

[0050] Por exemplo, se o elemento de bloqueio for implantado por pressão de fluido elevada, como pressão de ar ou pressão de óleo, os componentes do dispositivo de bloqueio que controlam a pressão de fluido podem ser localizados remotamente em relação aos componentes giratórios da disposição de faseador de came e podem, em vez disso, ser colocados em um componente estacionário do motor de combustão interna como o retentor de mancal de came. A pressão de fluido para o elemento de bloqueio, por exemplo, pode ser regulada por uma válvula de ligar/desligar de solenoide que aumenta a pressão de fluido através da conexão a uma fonte de pressão de fluido, como a galeria de óleo principal se o óleo for usado como o fluido de atuação. Essa válvula de solenoide, por exemplo, pode ser uma válvula de solenoide de ligar/desligar de 3 portas e 2 posições que é conectada a uma galeria de óleo na porta de entrada, na porta de saída que é conectada a um canal de óleo que leva ao elemento de bloqueio, e que tem uma porta de ventilação para liberação de pressão de óleo do canal, que leva ao elemento de bloqueio quando na posição "desligada". A válvula de solenoide pode estar normalmente na posição "desligada" quando o solenoide não é atuado, e comutar para a posição "ligada" mediante a ativação do solenoide. A válvula de solenoide pode ser qualquer tipo de válvula adequado conhecido na técnica, incluindo, mas sem limitações, uma válvula de gatilho, válvula de bobina de deslize e válvula de bobina de giratória. O uso de uma válvula de gatilho elimina virtualmente o risco de emperramento de válvula.

[0051] Um tambor preenchido com óleo em conexão fluida com o elemento de bloqueio pode ser usado como a fonte de pressão de fluido. Um êmbolo atuado por solenoide de ligar/desligar é fornecido no tambor. O pistão atuado por solenoide pode impulsionar de modo descendente o volume de óleo no cilindro mediante a atuação, levando à pressão aumentada no elemento de bloqueio. O dispositivo de bloqueio deve ser capaz de permitir que o elemento de obturação hidráulico tenha duas faixas diferentes de movimento quando bloqueado, dependendo da posição do elemento de obturação hidráulico quando o dispositivo de bloqueio é implantado. Portanto, o dispositivo de bloqueio deve ser capaz de se engatar com pelo menos duas posições diferentes do elemento de obturação hidráulico. Isso pode ser disposto de diversas formas. O dispositivo de bloqueio pode ter dois elementos de bloqueio separados, em que o dispositivo de bloqueio é configurado para implantar seletivamente um ou o outro elemento de bloqueio, dependendo da posição do elemento de obturação hidráulico durante a implantação. Por exemplo, o dispositivo de bloqueio pode compreender dois pinos de trava separados juntamente com um interpretador de pressão diferencial que auxilia na ativação seletiva de um ou do outro pino de trava dependendo da posição do elemento de obturação hidráulico. Um exemplo de tal modalidade é mostrado nas Figuras 1 a 2.

[0052] O dispositivo de bloqueio pode ter um único elemento de bloqueio que pode assumir uma dentre duas posições de bloqueio separadas dependendo da posição do elemento de obturação hidráulico durante a implantação. Por exemplo, um elemento pivotante de bloqueio pode ser usado, o qual entra no alojamento de válvula em posições diferentes dependendo da direção de pivô. O dispositivo de bloqueio pode compreender um único elemento de bloqueio que assume uma única posição de bloqueio, por meio da qual o elemento de obturação hidráulico deve compreender duas posições de engate separadas para receber o elemento de bloqueio. Por exemplo, o elemento de bloqueio pode compreender um pino de trava, por meio do qual o elemento de obturação hidráulico compreende duas partes ocas configuradas para receber o pino de trava: uma primeira parte oca que permite a obturação entre a primeira posição fechada e a segunda posição aberta; e uma segunda parte oca que permite a obturação entre a segunda posição fechada e a primeira posição aberta. O termo parte oca significa um furo, reentrância ou fenda adequada para receber um elemento de bloqueio.

[0053] A pressão de óleo pode ser mantida no sistema de faseador de came através da conexão a uma fonte de pressão de óleo, como a galeria de óleo principal. A válvula de CTA pode ser configurada para ser conectada a uma fonte de pressão de óleo. Uma válvula de CTA conectada a uma fonte de pressão de óleo pode ser configurada para distribuir óleo entre as duas câmaras através do movimento de obturação do elemento de obturação hidráulico. O canal (ou canais) que se conectam à fonte de pressão de óleo podem ser dotados de uma válvula (ou válvulas) de registro para prevenir o refluxo de óleo do conjunto de faseador de came para a fonte de pressão de óleo. O conjunto de faseador de came também pode ser dotado de inúmeros recursos à prova de falha. Por exemplo, um pino de trava atuado por pressão pode ser disposto em pelo menos uma dentre as pás do rotor, juntamente com uma reentrância correspondente no estator para receber o pino de trava. A reentrância para receber o pino de travamento é localizada em uma posição-base, isto é, tanto completamente avançada quanto completamente retardada. Uma mola de torção pode ser fornecida para inclinar o rotor em direção à posição-base no caso de falha de sistema. O pino de trava está normalmente na posição implantada (travamento), e é atuado para a posição retraída (destravada) quando a pressão em um componente da disposição de faseador de came excede uma pressão de limiar. Por exemplo, o pino de trava pode estar em conexão fluida com um ou mais canais que levam de uma câmara para a válvula de controle de CTA. O pino de trava pode estar alternativamente em conexão fluida com um canal de reabastecimento de óleo. Uma implantação de pino de trava quando a pressão sofre uma queda abaixo de um valor de limiar também pode ser disposta na válvula de CTA para travar a posição do elemento de obturação hidráulico em relação ao alojamento de válvula. Esse pino de trava, por exemplo, pode ser implantado quando a pressão em um canal de fluido que leva ao elemento de bloqueio sofre uma queda abaixo de um nível de limiar, ou quando a pressão da fonte de abastecimento de óleo sofre uma queda abaixo de um nível de limiar. Quando esse pino de trava é implantado, a válvula de controle de CTA pode ser travada em uma posição que fornece faseamento atuado por torque de came em uma única direção através de um efeito de "catraca hidráulica", retornando, assim, o rotor para a posição-base através da atuação de torque de came. Dessa maneira, o uso de uma mola de torção que inclina o rotor para a posição-base pode ser evitado e uma proporção maior do torque de eixo de came produzido pode ser usada para girar o rotor em relação ao estator. Durante a operação normal sem faseamento de came, o dispositivo de bloqueio não é implantado e nenhum fluido flui entre a primeira câmara e a segunda câmara devido à válvula de controle de CTA que atua como uma válvula de registro dupla. Quando o faseamento de eixo de came é desejado, a implantação do elemento de bloqueio é temporizada para coincidir com o torque de eixo de came que atua na direção oposta à direção desejada de faseamento. Por exemplo, se a primeira câmara tiver sobrepressão, o obturador hidráulico está na primeira posição fechada. Se o bloqueio agora for iniciado pela implantação do elemento de bloqueio, o elemento de obturação hidráulico irá obturar entre a primeira posição fechada (durante períodos quando a primeira câmara tem sobrepressão) e a segunda posição aberta (durante períodos quando a segunda câmara tem sobrepressão). A primeira posição fechada não permite o fluxo da primeira câmara para a segunda câmara devido ao obturador hidráulico que atua como um membro de válvula de registro. O obturador hidráulico é, entretanto, impedido de atuar como um membro de válvula de registro na segunda posição aberta e, portanto, o fluido pode fluir a partir da segunda câmara para a primeira. Dessa maneira, o rotor é girado em relação ao estator e o faseamento de came é obtido.

[0054] A invenção agora será adicionalmente ilustrada com referência às Figuras.

[0055] A Figura 1 mostra uma modalidade da disposição de faseador de temporização de came variável revelada. Um rotor 3 compreende pelo menos uma pá 5. O rotor é fixado a um eixo de came (não mostrado). Um estator 7 que tem pelo menos uma reentrância 9 circunda coaxialmente o rotor 3. O estator é fixado a uma roda dentada de came (não mostrado). A pá 5 divide a reentrância 9 em uma primeira câmara 13 e uma segunda câmara 15. Uma válvula de controle de CTA 17 é disposta centralizadamente no rotor 3. Um primeiro canal de óleo 19 é disposto no lado da pá 5 e leva da primeira câmara 13 para a primeira porta da válvula de controle de CTA 17. Um segundo canal de óleo 21 é disposto no lado da pá 5 e leva da segunda câmara 15 para a segunda porta da válvula de controle de CTA 17.

[0056] A válvula de controle de CTA compreende um corpo de válvula 22 que tem uma primeira porta 23 disposta em uma primeira extremidade do corpo de válvula 22 e uma segunda porta 24 disposta em uma segunda extremidade do corpo de válvula 22. Um elemento de obturação hidráulico 25 é configurado dentro do corpo de válvula 22. Uma primeira sede de válvula 27 é disposta no corpo de válvula 22 entre a primeira porta 23 e uma porção intermediária do corpo, e uma segunda sede de válvula 29 disposta no corpo de válvula 22 entre a porção intermediária do corpo e a segunda porta 24.

[0057] O elemento de obturação hidráulico 25 compreende um primeiro membro de válvula de disco 31 disposto entre a primeira porta 23 e a primeira sede de válvula 27. O primeiro membro de válvula 31 é disposto para que possa formar uma vedação com a primeira sede de válvula 27. Um segundo membro de válvula de disco 33 é disposto entre a segunda sede de válvula 29 e a segunda porta 24. O segundo membro de válvula 33 é disposto para que possa formar uma vedação com a segunda sede de válvula 29. Uma haste de válvula 34 fixa o primeiro membro de válvula de disco 31 ao segundo membro de válvula de disco 33. A haste de válvula 34 passa através da primeira sede de válvula 27 e da segunda sede de válvula 29 e é de um comprimento que permite que o primeiro membro de válvula 31 e o segundo membro de válvula 33 sejam individualmente assentados em suas respectivas sedes de válvula, embora não ao mesmo tempo; isto é, a haste 34 é suficientemente curta para permitir que os membros de válvula 31, 33 sejam assentados e suficientemente longa para assegurar que ambos os membros de válvula 31, 33 não possam ser assentados simultaneamente. O elemento de obturação hidráulico 25 é móvel por pressão de óleo entre uma primeira posição fechada, por meio da qual o primeiro membro de válvula 31 é assentado na primeira sede de válvula 27, e uma segunda posição fechada por meio da qual o segundo membro de válvula 33 é assentado na segunda sede de válvula 29.

[0058] Dois orifícios 35, 36 são fornecidos através da parede do corpo de válvula 22 para receber os elementos de bloqueio de um dispositivo de bloqueio 37. Os orifícios 35, 36 são fornecidos em um lado do corpo de válvula 22 que está em proximidade com o dispositivo de bloqueio 37. Um primeiro orifício 35 é disposto através da parede do corpo de válvula em uma posição imediatamente adjacente a uma face da primeira sede de válvula 27 voltada para a primeira extremidade do corpo de válvula 22. Um segundo orifício 36 é disposto através da parede do corpo de válvula em uma posição imediatamente adjacente a uma face da segunda sede de válvula 29 voltada para a segunda extremidade do corpo de válvula 22.

[0059] Um dispositivo de bloqueio 37 é fornecido em grande proximidade com uma parede lateral da válvula de controle de CTA 17. O dispositivo de bloqueio compreende um cilindro 39 que tem uma primeira extremidade em conexão fluida com uma primeira extremidade do corpo de válvula 22 por um terceiro canal de óleo 47, e uma segunda extremidade em conexão fluida com a segunda extremidade do corpo de válvula 22 por um quarto canal de óleo 49. O cilindro 39 e o corpo de válvula 22 são alinhados de modo que a primeira extremidade do cilindro seja posicionada fora e em linha com o primeiro orifício 35 do corpo de válvula, e a segunda extremidade do cilindro seja posicionada fora e em linha com o segundo orifício 36 do corpo de válvula. O cilindro 39 tem um primeiro orifício 40, localizado na primeira extremidade em um lado do cilindro 39 voltado para o corpo de válvula 22, e que corresponde de modo posicional ao primeiro orifício 35 do corpo de válvula 22. Um primeiro pino de bloqueio 43 percorre entre o primeiro orifício 40 do cilindro 39 e o primeiro orifício 35 do corpo de válvula 22. O primeiro pino de bloqueio 43 é dimensionado de modo adequado para que possa deslizar através do primeiro orifício 35 do corpo de válvula 22. Uma extremidade do pino de bloqueio 43 forma um engate vedante com o primeiro orifício 40 do cilindro 39, e uma segunda extremidade forma um engate vedante com o primeiro orifício 35 do corpo de válvula 22.

[0060] O cilindro 39 tem um segundo orifício 41, localizado na segunda extremidade em um lado do cilindro 39 voltado para o corpo de válvula 22, e que corresponde de modo posicional ao segundo orifício 36 do corpo de válvula 22. Um segundo pino de bloqueio 45 percorre entre o segundo orifício 41 do cilindro 39 e o segundo orifício 36 do corpo de válvula 22. O segundo pino de bloqueio 45 é dimensionado de modo adequado para que possa deslizar através do segundo orifício 36 do corpo de válvula 22. Uma extremidade do segundo pino de bloqueio 45 forma um engate vedante com o segundo orifício 41 do cilindro 39, e uma segunda extremidade forma um engate vedante com o segundo orifício 36 do corpo de válvula 22. Portanto, o primeiro e o segundo pinos de bloqueio previnem o vazamento de óleo e a perda de pressão de fluido através dos orifícios 35, 35, 40 e 41.

[0061] O cilindro tem um terceiro orifício 53 localizado na primeira extremidade do cilindro 39, radialmente oposto ao primeiro orifício 40. Uma primeira extremidade de um primeiro pino de atuação 48 forma um engate vedante com o terceiro orifício 53. O primeiro pino de atuação 48 é dimensionado de modo adequado para que possa deslizar através do terceiro orifício 53. O corpo do primeiro pino de atuação 48 está fora do cilindro 39 quando o dispositivo de bloqueio 37 não é atuado.

[0062] O cilindro tem um quarto orifício 55 localizado na segunda extremidade do cilindro 39, radialmente oposto ao segundo orifício 41. Uma primeira extremidade de um segundo pino de atuação 50 forma um engate vedante com o quarto orifício 55. O segundo pino de atuação 50 é dimensionado de modo adequado para que possa deslizar através do quarto orifício 55. O corpo do segundo pino de atuação 50 está fora do cilindro 39 quando o dispositivo de bloqueio 37 não é atuado.

[0063] Um pistão 51 é disposto no cilindro 39 e é móvel por pressão de fluido entre uma primeira posição e uma segunda posição em resposta à pressão de fluido. A primeira posição está em uma segunda extremidade do cilindro 39, entre o segundo pino de bloqueio 45 e o segundo pino de atuação 50. A segunda posição está em uma primeira extremidade do cilindro 39, entre o primeiro pino de bloqueio 43 e o primeiro pino de atuação 48. O pistão 51 é dimensionado para que possa ser encaixado através dos orifícios 40 e 41 para deslocar os pinos de bloqueio 43 e 45 para dentro do corpo de válvula 22 sempre que o dispositivo de bloqueio 37 for atuado.

[0064] A disposição de faseador de temporização de came funciona da seguinte forma. Sempre que a pressão de óleo for maior na primeira câmara 13 do que na segunda câmara 15, o elemento de obturação hidráulico 25 é movido por pressão de fluido para a primeira posição fechada, por meio do qual o primeiro membro de válvula 31 é assentado na primeira sede de válvula 27 e o fluxo é impedido da primeira câmara 13 para a segunda câmara 15. Ao mesmo tempo, o pistão 51 é movido por pressão de fluido para a primeira posição (na segunda extremidade do cilindro 39). Esse primeiro estado fechado da disposição de faseador de came é mostrado na Figura 2a. Sempre que a pressão de óleo é maior na segunda câmara 15 do que na primeira câmara 13, o elemento de obturação hidráulico 25 é movido para a segunda posição fechada, por meio do qual o segundo membro de válvula 33 é assentado na segunda sede de válvula 29 e o fluxo é impedido da segunda câmara 15 para a primeira câmara 13. Ao mesmo tempo, o pistão 51 é movido por pressão de fluido para a segunda posição (na primeira extremidade do cilindro 39). Esse segundo estado fechado da disposição de faseador de came é mostrado na Figura 2b. Portanto, quando não atuada, a montagem de controle impede o fluxo em ambas as direções, isto é, está em um modo de retenção de fase de came. Observa-se, entretanto, que o elemento de obturação hidráulico 25 e o pistão 51, cada um, assumem duas posições separadas, dependendo da direção que a diferença de pressão em que as duas câmaras 13, 15 funcionam. Esse recurso é explorado para fornecer faseamento na direção desejada. Se o faseamento for desejado em uma primeira direção, isto é, o fluxo de fluido for desejado a partir da primeira câmara para a segunda câmara, o dispositivo de bloqueio 37 é implantado durante um período em que a segunda câmara tem sobrepressão. Portanto, o elemento de obturação hidráulico 25 está na segunda posição e o pistão 51 está na segunda posição. Quando o dispositivo de bloqueio é implantado, os pinos de atuação 48, 50 são movidos para o cilindro 39 por uma força de atuação. Essa força de atuação pode ser a pressão de fluido ou uma força fornecida pelo movimento de um solenoide. O pistão, que está na segunda posição, é pressionado pelo primeiro pino de atuação 48 através do primeiro cilindro orifício 40. O pistão, por sua vez, impulsiona o primeiro pino de bloqueio 43 através do primeiro orifício de corpo de válvula 35 para o volume interno do corpo de válvula. Na extremidade oposta do cilindro, o segundo pino de atuação 50 se move para dentro do volume de cilindro. Entretanto, esse movimento não é transmitido adicionalmente para o pino de bloqueio 45, visto que o pistão 51 não está na posição relevante entre os pinos 50, 45. Desse movo, o primeiro pino de bloqueio 43 é movido para uma posição engatada dentro do volume interno do corpo de válvula 22, e o segundo pino de bloqueio 45 não é engatado. Isso é mostrado na Figura 2c. Quando o torque de eixo de came agora flutua de modo que a pressão atue na direção oposta e a primeira câmara 13 tenha sobrepressão, o elemento de obturação hidráulico 25 é impedido pelo primeiro elemento de bloqueio engatado 43 de se mover para a primeira posição fechada e formar uma vedação com o primeiro membro de válvula 27. Isso é mostrado na Figura 2d. Em vez disso, o elemento de obturação hidráulico é limitado a se mover para uma primeira posição aberta, permitindo que o fluido flua a partir da primeira câmara 13 para a segunda câmara 15 por meio da válvula de controle de CTA 17. O elemento de obturação hidráulico irá alternar entre estar na primeira posição aberta e na segunda posição fechada até que a força de atuação seja removida dos pinos de atuação 48, 50, por meio do qual os pinos de bloqueio 43, 45 e os pinos de atuação 48, 50 irão retornar para seu estado não atuado, o pistão 51 será retornado para o cilindro 39 e o faseador de came irá retornar para seu estado não atuado de retenção de faseamento de came.

[0065] O faseamento é obtido de uma maneira análoga na direção oposta implantando-se o dispositivo de bloqueio quando o elemento de obturação hidráulico 25 está na primeira posição fechada.

[0066] A Figura 3 mostra um fluxograma de processo para um método de controlar a temporização de um eixo de came em um motor de combustão interna que compreende uma disposição de faseador de temporização de came variável como revelado.

[0067] Em uma primeira etapa, a disposição de faseador de temporização de came é fornecida de modo que tenha o dispositivo de bloqueio em uma posição desengatada, impedindo, assim, a comunicação fluida entre a primeira câmara e a segunda câmara; isto é, a disposição de faseador de came está inicialmente em um estado de retenção de faseamento de came. Em uma segunda etapa, o dispositivo de bloqueio é implantado para coincidir com a pressão de fluido que atua na direção oposta à direção de faseamento desejada. Isso significa que um elemento de bloqueio será movido para a posição engatada para limitar o movimento adicional do elemento de obturação hidráulico da válvula de CTA.

[0068] Em uma terceira etapa, a implantação do dispositivo de bloqueio é mantida. Durante esse momento, o torque de eixo de came flutuante irá levar a picos de pressão alternados na primeira e na segunda câmaras, e a válvula de controle de CTA irá permitir que o fluido flua em uma única direção, alcançando, assim, o fluxo direcional de uma câmara para a outra. Em uma quarta etapa, o dispositivo de bloqueio é desengatado uma vez que o grau desejado de faseamento de eixo de came for obtido. Desengatando-se o dispositivo de bloqueio, a disposição de faseador de temporização de came é retornada para o estado de retenção.

[0069] A presente invenção também se refere a um motor de combustão interna e um veículo que compreende uma disposição de faseador de temporização de came variável como descrito acima. A Figura 4 mostra esquematicamente um veículo de mercadoria pesada 200 que tem um motor de combustão interna 203. O motor de combustão interna tem um virabrequim 205, a roda dentada de virabrequim 207, o eixo de came (não mostrado), a roda dentada de eixo de came 209 e a corrente sincronizadora 211. A disposição de faseador de temporização de came variável 201 é localizada no eixo geométrico giratório da roda dentada de came/eixo de came. Um motor dotado de tal disposição de faseador de temporização de came variável tem inúmeras vantagens como melhor economia de fluxo, emissões inferiores e melhor desempenho em comparação com um veículo desprovido de faseamento de came.

Claims (15)

1. Disposição de faseador de temporização de came variável (201) para um motor de combustão interna que compreende: um rotor (3) que tem pelo menos uma pá (5), em que o rotor é disposto para ser conectado a um eixo de came; um estator (7) que circunda coaxialmente o rotor (3), que tem pelo menos uma reentrância (9) para receber a pelo menos uma pá (5) do rotor e que permite o movimento giratório do rotor (3) em relação ao estator (7), em que o estator tem uma circunferência externa disposta para aceitar uma força de acionamento; em que a pelo menos uma pá (5) divide a pelo menos uma reentrância (9) em uma primeira câmara (13) e uma segunda câmara (15), em que a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15) são dispostas para receber o fluido hidráulico sob pressão, em que a introdução de fluido hidráulico dentro da 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 dentro da segunda câmara (15) faz com que o rotor (3) se mova em uma segunda direção de rotação em relação ao estator (7), em que a segunda direção de rotação é oposta à primeira direção de rotação; e uma montagem de controle para regular o fluxo de fluido hidráulico da primeira câmara (13) para a segunda câmara (15) ou vice-versa; em que a montagem de controle compreende: uma válvula de controle de atuação de torque de came (CTA) (17) localizada centralmente dentro do rotor (3) e/ou eixo de came, em que a válvula de controle de CTA (17) compreende um corpo de válvula (22) que tem uma primeira porta (23) disposta em comunicação fluida com a primeira câmara (13), uma segunda porta (24) disposta em comunicação fluida com a segunda câmara (15), e um elemento de obturação hidráulico (25) disposto no corpo de válvula (22); caracterizada pelo fato de que a montagem de controle compreende ainda: um dispositivo de bloqueio (37) disposto em conjunto com o corpo de válvula; em que o elemento de obturação hidráulico (25) é configurado para ser movido em uma primeira direção a uma primeira posição fechada por sobrepressão na primeira câmara (13) e movido na segunda direção para uma segunda posição fechada por sobrepressão na segunda câmara (15); em que, na primeira posição fechada, o elemento de obturação hidráulico (25) forma uma vedação juntamente com uma parede interna do corpo de válvula (22) ou uma sede de válvula (27) localizada no corpo de válvula (22), prevenindo assim o fluxo de fluido a partir da primeira câmara (13) para a segunda câmara (15); e em que, na segunda posição fechada, o elemento de obturação hidráulico forma uma vedação juntamente com uma parede interna do corpo de válvula (22) ou uma sede de válvula (29) localizada no corpo de válvula (22), prevenindo assim o fluxo de fluido da segunda câmara (15) para a primeira câmara (13); e em que o dispositivo de bloqueio (37) compreende pelo menos um elemento de bloqueio (43, 45) que é implantável entre uma posição desengatada e uma posição engatada, em que o pelo menos um elemento de bloqueio (43, 45) está na posição engatada configurada para prevenir que o elemento de obturação hidráulico (25) se mova para a primeira posição fechada ou a segunda posição fechada dependendo da posição do elemento de obturação hidráulico quando o dispositivo de bloqueio (37) é implantado, em que o elemento de obturação hidráulico (25) é configurado para se mover entre a primeira posição fechada em resposta à sobrepressão na primeira câmara (13) e uma segunda posição aberta em resposta à sobrepressão na segunda câmara (15), ou entre a segunda posição fechada em resposta à sobrepressão na segunda câmara (15) e uma primeira posição aberta em resposta à sobrepressão na primeira câmara (13); em que, na segunda posição aberta, o elemento de obturação hidráulico (25) permite o fluxo de fluido da segunda câmara (15) para a primeira câmara (13); e em que, na primeira posição aberta, o elemento de obturação hidráulico (25) permite o fluxo de fluido da primeira câmara (13) para a segunda câmara (15).

2. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de obturação hidráulico (25) é disposto para se mover através de movimento de translação ao longo de um eixo geométrico longitudinal do corpo de válvula (22) em resposta às diferenças de pressão entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15).

3. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a válvula de controle de CTA compreende: o corpo de válvula (22) que tem a primeira porta (23) disposta em uma primeira extremidade do corpo de válvula (22) e a segunda porta (24) disposta em uma segunda extremidade do corpo de válvula, em que a primeira sede de válvula (27) é disposta no corpo de válvula entre a primeira extremidade e uma porção intermediária do corpo, e a segunda sede de válvula (29) é disposta no corpo de válvula entre a porção intermediária do corpo e a segunda extremidade; e o elemento de obturação hidráulico (25) que compreende um primeiro membro de válvula (31) disposto entre a primeira extremidade e a primeira sede de válvula (27) e disposta para que possa formar uma vedação com a primeira sede de válvula (27), um segundo membro de válvula (33) disposto entre a segunda sede de válvula (29) e a segunda extremidade e disposto para que possa formar uma vedação com a segunda sede de válvula (29), e uma haste de válvula (34) que passa através da primeira sede de válvula (27) e da segunda sede de válvula (29) e disposta para fixar o primeiro membro de válvula (31) ao segundo membro de válvula (33), em que a haste de válvula (34) tem um comprimento, de modo que, quando o primeiro membro de válvula forma uma vedação com a primeira sede de válvula, o segundo membro de válvula não pode ser assentado na segunda sede de válvula, e vice-versa, quando o segundo membro de válvula forma uma vedação com a segunda sede de válvula, o primeiro membro de válvula não pode ser assentado na primeira sede de válvula.

4. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de bloqueio compreende: um cilindro (39) que tem uma primeira extremidade em comunicação fluida com a primeira câmara (13) e uma segunda extremidade em comunicação fluida com a segunda câmara (15); um membro de cilindro (51) disposto no cilindro (39) e disposto para ser móvel em uma direção ao longo de um eixo geométrico longitudinal do cilindro entre uma primeira posição de cilindro por pressão de fluido sempre que o elemento de obturação hidráulico (25) estiver em uma primeira posição fechada, e uma segunda posição de cilindro por pressão de fluido sempre que o elemento de obturação hidráulico (25) estiver em uma segunda posição fechada, em que o membro de cilindro (51) é disposto para ser móvel em uma direção radial em relação ao eixo geométrico longitudinal do cilindro quando na primeira posição de cilindro ou segunda posição de cilindro, sempre que o dispositivo de bloqueio (37) for implantado; um primeiro elemento de bloqueio (43) disposto para ser móvel para uma posição engatada pelo movimento radial do membro de cilindro (51) sempre que o dispositivo de bloqueio estiver implantado com o membro de cilindro (51) na segunda posição, em que a posição engatada impede que o elemento de obturação hidráulico (25) alcance a primeira posição fechada; e um segundo elemento de bloqueio (45) disposto para ser móvel a uma posição engatada pelo movimento radial do membro de cilindro (51) sempre que o dispositivo de bloqueio for implantado com o membro de cilindro (51) na primeira posição, em que a posição engatada impede que o elemento de obturação hidráulico (25) alcance a segunda posição fechada.

5. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o elemento de obturação hidráulico (25) é disposto para se mover por movimento de rotação ao redor de um eixo geométrico giratório central do corpo de válvula em resposta às diferenças de pressão entre a primeira câmara e a segunda câmara.

6. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o elemento de obturação hidráulico compreende duas ou mais partes ocas dispostas para receber o pelo menos um elemento de bloqueio quando engatado.

7. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um elemento de bloqueio é implantado por pressão hidráulica externa aumentada, por pressão pneumática externa aumentada ou por energização de um solenoide.

8. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um elemento de bloqueio é implementado por pressão hidráulica externa aumentada e a pressão hidráulica externa é regulada por um atuador controlado por solenoide localizado remotamente em relação a quaisquer componentes giratórios da disposição de faseador de temporização de came.

9. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o atuador controlado por solenoide é uma válvula de solenoide de ligar/desligar de 3/2 vias, que tem uma porta de entrada em comunicação fluida com uma fonte de pressão de fluido aumentada, uma porta de saída em comunicação fluida com o dispositivo de bloqueio, e uma porta de ventilação, em que o estado primário da válvula de solenoide está em um estado desenergizado, prevenindo a comunicação fluida da fonte de pressão de fluido aumentada com o dispositivo de bloqueio e permitindo a comunicação fluida do dispositivo de bloqueio com a porta de ventilação, e em que o estado secundário da válvula de solenoide está em um estado energizado, permitindo a comunicação fluida da fonte de pressão de fluido aumentada com o dispositivo de bloqueio e implantando o pelo menos um elemento de bloqueio.

10. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o atuador controlado por solenoide compreende um êmbolo acionado por solenoide disposto em um tambor, em que o tambor é disposto em comunicação fluida com o dispositivo de bloqueio, em que o estado primário do êmbolo acionado por solenoide é um estado desenergizado retraído e o estado secundário do êmbolo acionado por solenoide é um estado energizado estendido, em que o estado estendido aumenta a pressão do fluido no dispositivo de bloqueio e implanta o pelo menos um elemento de bloqueio.

11. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que uma fonte de pressão de fluido aumentada é disposta em comunicação fluida com a primeira câmara (13) e/ou a segunda câmara (15) por meio de um canal de reabastecimento.

12. Disposição de faseador de temporização de came variável, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o fluido hidráulico é óleo hidráulico.

13. Método para controlar a temporização de um eixo de came em um motor de combustão interna que compreende uma disposição de faseador de temporização de came variável como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas: i. fornecer a disposição de faseador de temporização de came variável que tem o dispositivo de bloqueio (37) em uma posição desengatada, impedindo, assim, a comunicação fluida entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15); ii. implantar o dispositivo de bloqueio em um momento para coincidir com o elemento de obturação hidráulico (25) que está na primeira posição, engatando, assim, o pelo menos um elemento de bloqueio (43, 45) para bloquear a segunda posição; ou implantar o dispositivo de bloqueio (37) em um momento para coincidir com o elemento de obturação hidráulico (25) que está na segunda posição, engatando, assim, o pelo menos um elemento de bloqueio (43, 45) para bloquear a primeira posição; iii. manter a implantação do dispositivo de bloqueio (37), permitindo, assim, que o fluido flua periodicamente em uma única direção entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15) devido ao torque de eixo de came, e prevenindo o fluxo de fluido na direção oposta, girando, assim, o rotor (3) em relação ao estator (7) em uma direção escolhida; iv. uma vez que a rotação desejada do rotor (3) em relação ao estator (7) é obtida, desengatar o dispositivo de bloqueio (37), prevenindo, assim, a comunicação fluida adicional entre a primeira câmara (13) e a segunda câmara (15).

14. Motor de combustão interna (203) caracterizado pelo fato de que compreende uma disposição de faseador de temporização de came variável (201) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.

15. Veículo (200) caracterizado pelo fato de que compreende uma disposição de faseador de temporização de came variável (201) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 12.