BR112019016768A2

BR112019016768A2 - Bomba para recirculação de um fluido de resfriamento para um veículo com motor de combustão.

Info

Publication number: BR112019016768A2
Application number: BR112019016768-4A
Authority: BR
Inventors: Boffelli Piercarlo (Falecido)
Original assignee: Baruffaldi S.P.A.
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2020-03-31
Also published as: WO2018150385A1; IT201700018662A1; CN110325742A; EP3583320B1; EP3583320A1; US20200056533A1; US10907528B2; CN110325742B

Abstract

bomba para recirculação de um fluido de resfriamento para um veículo com motor de combustão, que compreende: - um corpo de bomba (11) projetado para ser fixado a uma base (11a) do motor do veículo; - um impulsor (1) inserido dentro de uma câmara contendo o fluido de resfriamento e montado em um eixo acionado (2), - pelo menos um primeiro motor elétrico (50) para acionar o eixo (2) do impulsor (1), em que - o dito motor elétrico (50) compreende um estator fixo (51) montado no corpo (11) da bomba no lado de fora da mesma e um rotor (52) situado radialmente externo em relação ao estator e conectado ao eixo (2) do impulsor (1) da bomba no lado de fora da câmara de fluido de resfriamento e através de meios de transmissão (54,54a;354,354a;54a,66), e em que o motor elétrico é projetado para operar o impulsor independentemente do propulsor de combustão.

Description

BOMBA PARA RECIRCULAÇÃO DE UM FLUIDO DE

RESFRIAMENTO PARA UM VEÍCULO COM MOTOR DE

COMBUSTÃO DESCRIÇÃO [001] A presente invenção refere-se a uma bomba para recircular o fluido de resfriamento para motores de combustão, em particular de veículos, com um dispositivo de controle de motor elétrico que é independente do motor de combustão.

[002] Conhece-se no setor para a produção de propulsores, em particular motores de combustão, que existe a necessidade de resfriar os ditos propulsores por meio de recirculação de um fluido de resfriamento que é conduzido por meio de uma bomba de recirculação correspondente, cujo impulsor é inserido em uma câmara contendo o fluido de resfriamento e rotada por um eixo acionado por uma polia e por uma correia conectada ao eixo de acionamento operado pelo propulsor.

[003] Também se conhece que a recirculação do fluido de resfriamento precisa ser realizada com uma vazão dependendo da real exigência de resfriamento determinada pelas reais condições de uso do propulsor e pela temperatura externa, a fim de evitar a constante e desnecessária operação à toda velocidade de dispositivos que consumem potência útil e, portanto, aumentam o desgaste das várias partes componentes e dos níveis de consumo do veículo.

[004] Também se conhece que, a fim de resolver esse problema, foram propostos dispositivos para controlar a operação do eixo impulsor de bomba, a rotação do eixo dependendo do engate de um acoplamento de fricção para transmissão de um movimento rotacional de acordo com a velocidade do eixo de propulsor e de um motor elétrico que em vez disso é ativado, quando o acoplamento de fricção é desengatado, de modo a realizar a rotação em uma velocidade controlada independentemente do eixo de

Petição 870190078271, de 13/08/2019, pág. 10/23

2/8 propulsor.

[005] Exemplos desses dispositivos são, por exemplo, conhecidos a partir dos documentos WO 2012/142065 e IT 102014902265953.

[006] Embora cumprindo sua função, esses dispositivos ainda assim têm inúmeras desvantagens que limitam suas aplicações, em particular visto que a configuração particular da estrutura resulta na necessidade de dimensões axial e radial maiores que não são compatíveis com as dimensões reduzidas dos assentos para alojar o conjunto dentro do compartimento do propulsor.

[007] Exemplos adicionais da técnica anterior são descritos no documento DE 198 01 160, em que um motor elétrico é arranjado entre o eixo do impulsor de bomba e uma polia operacional que é conectada ao motor de combustão para gerar o torque rotacional.

[008] O motor elétrico não age sobre o impulsor independentemente do motor de combustão, sendo capaz apenas de determinar as variações na velocidade de rotação da polia de acionamento de impulsor. Quando o motor de combustão é desligado, o motor elétrico, portanto, não é eficaz.

[009] Os documentos EP 3.096.019 e US 2004/234395 descrevem bombas de recirculação com um motor elétrico em que o rotor do motor elétrico é montado diretamente no impulsor da bomba dentro da câmara de fluido de resfriamento, enquanto o estator é montado dentro de uma câmara vedada auxiliar. Assim como causar uma perda de eficiência devido à resistência produzida pelo líquido no rotor, a solução de câmara úmida/vedada dupla também tem o efeito de que a manutenção da peça elétrica produz vazamentos de líquido do circuito de resfriamento, sendo, portanto, inadequada para aplicação a veículos motorizados.

[0010] O problema técnico que é apresentado, portanto, é o de prover uma bomba para fluidos de recirculação para propulsores de veículos e similares capaz de produzir uma variação na velocidade de rotação do

Petição 870190078271, de 13/08/2019, pág. 11/23

3/8 impulsor dependendo da real exigência de resfriamento do propulsor, independentemente do motor de combustão, e em particular também em condições em que o motor de combustão está desligado.

[0011] Em conexão com esse problema, é também exigido que esse dispositivo de controle tenha dimensões reduzidas, mas seja capaz de produzir altos torques também em uma velocidade lenta de rotação do propulsor, de modo a ser aplicável também a bombas de alta capacidade de veículos pesados que tenham um propulsor de baixa velocidade ou uma rotação do impulsor em uma velocidade lenta em condições em que o motor de combustão esteja operando em uma alta velocidade.

[0012] E também exigido que o dispositivo seja fácil e econômico de produzir e montar e seja capaz de ser facilmente instalado no corpo de bomba sem a necessidade de adaptação especial.

[0013] Esses resultados são obtidos de acordo com a presente invenção por uma bomba para recirculação de fluidos de resfriamento para propulsores de veículos e similares de acordo com os recursos característicos da reivindicação 1.

[0014] Detalhes adicionais podem ser obtidos a partir da descrição a seguir de um exemplo não limitante de modalidade da matéria da presente invenção, provida com referência aos desenhos anexos, em que:

[0015] Figura 1: mostra uma vista em seção transversal ao longo de um plano diametral vertical de um primeiro exemplo de modalidade de uma bomba de recirculação de acordo com a presente invenção;

[0016] Figura 2: mostra uma vista similar à da Fig. 2 de um segundo exemplo de modalidade de uma bomba de recirculação de acordo com a presente invenção;

[0017] Figura 3: mostra uma vista similar à da Fig. 1 de um terceiro exemplo de modalidade de uma bomba de recirculação de acordo com a presente invenção.

Petição 870190078271, de 13/08/2019, pág. 12/23

4/8 [0018] Como mostrado na Fig. 1 e supondo sem um significado limitante um par de eixos geométricos de referência, isto é, um eixo geométrico longitudinal X-X, para conveniência coincidindo com o eixo geométrico de rotação do eixo impulsor de bomba, e um eixo geométrico transversal/radial Y-Y, ortogonal ao eixo geométrico longitudinal, o impulsor 1 de uma bomba para recirculação do fluido de resfriamento de veículos e similares fica localizado dentro de uma câmara que, durante o uso, contém o fluido de resfriamento e é, portanto, definida como sendo uma câmara úmida; o impulsor 1 é montado em uma primeira extremidade de um eixo 2 alojado em uma unidade fixa 10 que compreende o corpo de bomba 11 por sua vez fixado à base 1 la do propulsor do veículo.

[0019] Uma gaxeta de vedação 12, coaxial com o eixo 2, que garante que o fluido dentro da câmara úmida não possa escorrer para fora, e um mancai 13 na pista interna da qual o eixo impulsor 2 é chavetado, são arranjados dentro do corpo de bomba 11.

[0020] Um motor elétrico 50 é chavetado no lado de fora do corpo de bomba 11:

- o estator radialmente interno 51 do mesmo é suportado pelo dito corpo de bomba lie

- o rotor 52 do mesmo, radialmente no lado de fora do estator 51, é conectado ao eixo de acionamento 2 do impulsor, no lado de fora da câmara úmida desse último. No exemplo mostrado, o rotor 52 é conectado através de meios de transmissão formados por um flange 54, compreendendo pelo menos um braço 54a, que se estende em paralelo à direção longitudinal X-X, ao qual o dito rotor é afixado.

[0021] O suprimento de energia elétrica para o motor é provido através de fios condutores 53 conectados a uma fonte de energia elétrica (não mostrada) do motor.

[0022] De acordo com modos preferidos de implementação, é

Petição 870190078271, de 13/08/2019, pág. 13/23

5/8 contemplado que:

- o motor é do tipo sem escova com ímãs permanentes integrantes ao rotor 52 rotacionalmente acionado por meio de energização elétrica adequada dos enrolamentos do estator;

- o motor 10 compreende pelo menos dois pares de enrolamentos nos polos do estator que são conectados em paralelo a um acionamento 70 que aciona o motor sem escova.

[0023] O acionamento 70 pode, ademais, compreender por sua vez uma configuração de seção dupla com uma CPU 71 que controla um primeiro acionador 72a e um segundo acionador 72b para acionar uma respectiva primeira ponte 73a e uma segunda ponte 73b; dessa maneira, é possível prover uma configuração conhecida pelo termo à prova de falha de modo que, no caso de mau funcionamento ou quebra de um dos enrolamentos e/ou uma das seções do acionamento 70, o outro enrolamento ainda assim se tome operativo, garantindo o movimento do impulsor 1 e, portanto, a recirculação do fluido de resfriamento para o motor de combustão.

[0024] E contemplado, ademais, que os dois enrolamentos possam compreender diversas polaridades a fim de prover diferentes torques, por exemplo: um torque alto para operação normal e um torque baixo para operação de emergência à prova de falha.

[0025] Como mostrado na Fig. 2, uma modalidade adicional da bomba de recirculação de fluido de resfriamento é contemplada, a dita modalidade compreendendo um acoplamento de fricção 60 e um dispositivo de controle do tipo eletromagnético.

[0026] Em detalhes, o acoplamento de fricção compreende:

- um eletroímã 61 fixado ao corpo de bomba 11;

- um rotor 62 em formato substancialmente em C que é arranjado no lado de fora do eletroímã 61 e é conectado a uma manga 66 chavetada no eixo 2 do impulsor 1;

Petição 870190078271, de 13/08/2019, pág. 14/23

6/8

- um anel circular 63 que é situado axialmente no lado de fora do rotor 62 no lado oposto ao impulsor 1 e é adequadamente conformado e que tem, formada na sua borda circunferencial externa, uma polia 63a adequada para engate com uma correia 3 para transmissão do movimento do eixo do motor de combustão; o anel 63 é fixado por meio de parafusos 64a a um mancai 64 por sua vez chavetado na dita manga 66 integrante ao eixo 2 do impulsor 1;

- um induzido 65 arranjado em frente ao eletroímã 61 no lado oposto a esse último em relação ao rotor 62 e conectado ao anel 63 por meio de uma membrana resiliente 65a projetada para permitir os movimentos do induzido na direção axial, mas prevenindo a rotação relativa do mesmo com relação ao dito anel.

[0027] Como mostrado, o braço axial radialmente externo 62a do rotor 62 em formato de C é unido - ou preferivelmente formado como uma peça - ao braço 54a que suporta o rotor 52 do motor elétrico 50.

[0028] A Fig. 3 mostra uma terceira modalidade da bomba de acordo com a invenção que contempla nesse caso:

-) um primeiro motor 50 com estator 51 chavetado no corpo de bomba lie um segundo motor 150 com estator 151 chavetado no corpo de bomba coaxialmente com o primeiro motor 50;

- o rotor 52 do primeiro motor 50, situado radialmente no lado de fora do estator 51, e o rotor 152 do segundo motor 350, situado radialmente no lado de fora do estator 151, são conectados ao eixo 2 do impulsor 1 através de meios de transmissão formados por um flange 354 compreendendo pelo menos um braço 354a que se estende, paralelo à direção longitudinal X-X, ao longo de um comprimento de forma a permitir que os dois ditos rotores 52,152 sejam ligados entre si.

[0029] O suprimento de energia elétrica para o motor é obtido convencionalmente através de fios condutores 53 conectados a uma fonte de

Petição 870190078271, de 13/08/2019, pág. 15/23

7/8 energia elétrica (não mostrada) do motor.

[0030] No caso do motor 150 também, é possível prover operação à prova de falha com enrolamentos duplos de estator que são controlados por um respectivo segundo acionamento 170 similar ao acionamento 70 para controlar o primeiro motor 50 da bomba e, portanto, não descrito novamente em detalhes.

[0031] A presença do segundo motor 150 além do primeiro motor 50 permite, dentre outras coisas, que as dimensões gerais e em particular as dimensões radiais dos ditos motores sejam reduzidas, simplificando as operações de montagem, e também permite que o consumo de potência de cada motor seja dividido em comparação com o consumo de potência de um único motor de grande porte.

[0032] Para todas as configurações mostradas nas Fig. 1, Fig. 2 e Fig.3, a operação da bomba é da seguinte maneira:

-) sob condições de operação normais, o suprimento de uma corrente variável ao estator 51 resulta em um campo magnético que, em concatenação com os ímãs permanentes do rotor 52, causa a rotação desse último e, portanto, do flange 54 (Fig. 1) ou do rotor 62 (Fig. 2) ou do flange 354 (Fig. 3) que por sua vez operam o eixo 2 da bomba e, portanto, o impulsor 1;

-) no caso de mau funcionamento e/ou quebra de certas peças do conjunto, o dispositivo à prova de falha intervém, isso compreendendo:

— no caso da Fig. 1, intervenção de qualquer um dos dois enrolamentos de estator que ainda está ativo;

— no caso da Fig. 2, intervenção do acoplamento de fricção 60 que, por meio de excitação do eletroímã 61, chama de volta o induzido 65, conectando o rotor 62 ao anel 63 e, portanto, ao motor de combustão por meio da polia 63a e da correia 3;

— no caso da Fig. 3, intervenção de qualquer um dos dois

Petição 870190078271, de 13/08/2019, pág. 16/23

8/8 motores 50,150.

[0033] Está portanto claro como, com a bomba de acordo com a invenção, é possível alcançar a recirculação eficaz do fluido de resfriamento de veículo, que pode ser variada dependendo da real exigência por meio de tamanho/energização adequados do motor elétrico e com eficiência melhorada do torque transmitido do motor elétrico ao impulsor de bomba 1, devido ao braço de alavanca maior resultante do arranjo radialmente externo do rotor conectado ao eixo de bomba.

[0034] Ademais, devido à provisão do rotor de motor no lado de fora do estator, na modalidade preferida é possível obter uma conexão de peça única ao eixo de bomba ou ao rotor do acoplamento de fricção eletromagnético, resultando, assim, em usinagem e montagem simplificadas assim como menores massas e, portanto, um consumo de energia mais baixo tanto durante a produção como quando a bomba é montada no motor de combustão.

[0035] Além disso, a bomba de acordo com a invenção garante a rotação do impulsor 1 também no caso de uma falha elétrica, evitando, assim, que o veículo pare antes de alcançar seu destino.

[0036] Embora descrito em conexão com diversas modalidades e diversos exemplos preferidos de implementação da invenção, entende-se que o escopo de proteção da presente patente é determinado unicamente pelas reivindicações a seguir.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Bomba para recirculação de um fluido de resfriamento para um veículo com motor de combustão, que compreende:

- um corpo de bomba (11) projetado para ser fixado a uma base (1 la) do motor do veículo;

- um impulsor (1) inserido dentro de uma câmara contendo o fluido de resfriamento e montado em um eixo acionado (2),

- pelo menos um primeiro motor elétrico (50) para acionar o eixo (2) do impulsor (1);

caracterizada pelo fato de que:

- o dito motor elétrico (50) compreende um estator fixo (51) montado no corpo (11) da bomba no lado de fora da mesma e um rotor (52) situado radialmente externo em relação ao estator e conectado ao eixo (2) do impulsor (1) da bomba no lado de fora da câmara de fluido de resfriamento e através de meios de transmissão (54,54a;354,354a;54a,66), e em que o motor elétrico é projetado para operar o impulsor independentemente do motor de combustão.
2. Bomba de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de transmissão compreendem um flange (54) que tem uma borda anular (54a), que se estende em paralelo à direção longitudinal X-X, e ao qual o rotor (52) é afixado.
3. Bomba de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende um dispositivo à prova de falha.
4. Bomba de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o dito dispositivo à prova de falha compreende pelo menos dois pares de enrolamentos nos polos do estator (51) que são conectados em paralelo a um acionamento (70) que aciona o motor.
5. Bomba de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o dito dispositivo à prova de falha compreende pelo menos um

Petição 870190078271, de 13/08/2019, pág. 18/23

2/3 acoplamento de fricção (60) arranjado entre meios (3) para transmissão do movimento a partir do eixo do motor de combustão e do eixo (2) do impulsor de bomba (1).
6. Bomba de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o dito acoplamento de fricção (60) é do tipo eletromagnético.
7. Bomba de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o dito acoplamento de fricção (60) compreende um eletroímã (61) fixado ao corpo de bomba (11), um rotor (62) substancialmente na forma de um C arranjado em tomo do eletroímã (61) e conectado à dita manga (66) chavetada no eixo (2) do impulsor (1);

- um anel circular (63) que é situado axialmente no lado de fora do rotor (62) no lado oposto ao impulsor (1) e que tem, formada em sua borda circunferencial externa, uma polia (63 a) adequada para engate a uma correia (3) para transmissão do movimento do eixo do motor de combustão, o anel (63) sendo fixado a um mancai (64) por sua vez chavetado na dita manga (66) integrante ao eixo (2) do impulsor (1);

- um induzido (65) arranjado na frente do eletroímã (61) no lado oposto a esse último em relação ao rotor (62) e conectado ao anel (63) por meio de uma membrana resiliente (65a) projetada para permitir movimentos do induzido na direção axial, enquanto previne a rotação relativa do mesmo com relação ao dito anel.
8. Bomba de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o rotor (62) do acoplamento (60) é integrante a um suporte (54a) do rotor (52) do motor elétrico (50).
9. Bomba de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o rotor (62) do acoplamento (60) é formado como uma peça com o dito suporte (54a) do rotor (52) do motor elétrico (50).
10. Bomba de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o dito dispositivo à prova de falha compreende um segundo

Petição 870190078271, de 13/08/2019, pág. 19/23

3/3 motor elétrico (150) montado no corpo de bomba (11) coaxialmente com o primeiro motor (50) e acionado por um segundo acionamento (170).
11. Bomba de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que os ditos meios de transmissão compreendem um flange (354) que tem uma borda anular (354a), que se estende em paralelo à direção longitudinal X-X, ao longo de um comprimento de forma a permitir a ligação dos dois rotores (52,152) entre si.
12. Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que os um ou mais motores elétricos (50; 150) são do tipo sem escova.
13. Bomba de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o acionamento (70; 170) dos um ou mais motores elétricos (50; 150) compreende uma configuração de seção dupla com uma CPU (71) para controlar um primeiro acionador (72a) e um segundo acionador (72b) para acionar uma respectiva primeira ponte (73 a) e segunda ponte (73b).