BR112020000051B1 - Sistema de acionamento por correia síncrona - Google Patents

Abstract

Sistema de acionamento por correia síncrona compreendendo uma primeira roda dentada oblonga (10) com uma superfície dentada e pelo menos uma porção linear (16) disposta entre duas porções arqueadas (14, 15), as porções arqueadas tendo um raio constante (R1, R2), a porção linear tendo um comprimento predeterminado, uma roda dentada (300) tendo uma superfície dentada, a roda dentada engatada na primeira roda dentada oblonga por um membro dentado sem fim (200) e a primeira roda dentada oblonga (10) possuindo uma magnitude e uma fase tal que um erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada e a primeira roda dentada oblonga é menor que 1,5 graus pico a pico.

Description

CAMPO DE INVENÇÃO

[0001] A invenção refere-se a um sistema de acionamento por correia síncrona e, mais particularmente, a um sistema que possui uma roda dentada oblonga (obround) que possui uma magnitude e uma fase tal que um erro de temporização de deslocamento angular entre uma roda dentada e a roda dentada oblonga seja inferior a 1,5 graus pico a pico.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Uma grande variedade de motores de combustão interna automotiva e industrial depende rotineiramente de um sistema de acionamento por correia síncrona para transmitir o torque de uma roda dentada de acionamento em um eixo de manivela para uma roda dentada conduzida, como em um eixo de comando. Os eixos de comando produzem vibrações que podem ser prejudiciais à vida útil do motor e do sistema de acionamento por correia síncrona. Em particular, atuação das válvulas de admissão e exaustão através do contato com os lóbulos do eixo de comando faz com que uma carga de torque cíclico flutuante seja transmitida através do sistema de acionamento por correia síncrona.

[0003] As tentativas do estado da técnica de atenuar as cargas de torque flutuantes incluem o uso de amortecedores do eixo de comando, bem como tensores de correia amortecidos.

[0004] Os ensinamentos divulgam o uso de rodas dentadas não circulares (ovais) para controlar torques fortemente flutuantes, por exemplo, Relatórios de Progresso VDI N° 272, "Acionamentos de correia de transmissão não uniformes" por Dipl.-Ing. Egbert Frenke.

[0005] Outras tentativas incluem o uso de um rotor com um perfil oval não circular possuindo pelo menos duas saliências alternando com porções recuadas. O conjunto de carga rotativa apresenta uma tensão periódica de correia flutuante quando conduzida em rotação, na qual as posições angulares das partes salientes e recuadas do perfil não circular em relação à posição angular do segundo rotor, e sua magnitude, cancelam substancialmente as tensões da correia alternada causadas pelo torque de carga flutuante do conjunto rotativo.

[0006] Representante da técnica é a patente US número 7.857.720, que revela um sistema de acionamento por correia síncrona compreendendo uma roda dentada oblonga possuindo uma superfície dentada e pelo menos uma porção linear disposta entre duas porções arqueadas, as porções arqueadas com um raio constante, a porção linear possuindo um comprimento predeterminado, uma segunda roda dentada tendo uma superfície dentada, a segunda roda dentada engatada na roda dentada oblonga por um membro dentado sem fim, a segunda roda dentada conectada a uma carga rotativa, a carga rotativa tendo flutuações cíclicas de torque e um raio da roda dentada oblonga orientada em um ponto de entrada da correia que coincide com uma amplitude máxima de uma flutuação de torque cíclica, de modo que um comprimento de amplitude do membro dentado sem fim seja feito para variar de uma maneira que cancele substancialmente as flutuações de tensão cíclicas.

[0007] O que é necessário é um sistema de roda dentada de acionamento por correia compreendendo uma roda dentada oblonga com uma magnitude e uma fase tal que um erro de temporização de deslocamento angular entre uma roda dentada e a roda dentada oblonga seja inferior a 1,5 graus pico a pico. A presente invenção atende a essa necessidade.

SUMARIO DA INVENÇÃO

[0008] O aspecto primário da invenção é fornecer um sistema de roda dentada de acionamento por correia compreendendo uma roda dentada oblonga que possui uma magnitude e uma fase tal que um erro de temporização de deslocamento angular entre uma roda dentada e a roda dentada oblonga é inferior a 1,5 graus pico a pico.

[0009] Outros aspectos da invenção serão apontados ou tornados óbvios pela descrição a seguir da invenção e pelos desenhos anexos.

[0010] A invenção compreende um sistema de acionamento por correia síncrona compreendendo uma primeira roda dentada oblonga (10) tendo uma superfície dentada e pelo menos uma porção linear (16) disposta entre duas porções arqueadas (14,15), as porções arqueadas tendo um raio constante (R1, R2), a porção linear tendo um comprimento predeterminado, uma roda dentada (300) tendo uma superfície dentada, a roda dentada engatada na primeira roda dentada oblonga por um membro dentado sem fim (200), e a primeira roda dentada oblonga (10) tendo uma magnitude e uma fase tal que um erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada e a primeira roda dentada oblonga é inferior a 1,5 graus pico a pico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0011] Os desenhos anexos, que são incorporados e fazem parte da especificação, ilustram modalidades preferidas da presente invenção e, juntamente com uma descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

[0012] A Fig. 1 é uma vista lateral de uma roda dentada oblonga.

[0013] A Fig. 2 é uma vista lateral de uma modalidade alternativa da roda dentada.

[0014] A Fig. 3 é uma vista em perspectiva de um motor a gasolina de came duplo, quatro cilindros em linha, quatro tempos.

[0015] A Fig. 4 é uma vista em perspectiva de um motor acionado a diesel de came único, com quatro cilindros em linha, quatro tempos, que tem uma bomba de combustível conduzida na parte traseira do eixo de comando.

[0016] A Fig. 5 é uma vista em perspectiva de um motor acionado a diesel de came único, quatro cilindros, quatro tempos, com a bomba de combustível incorporada no sistema de acionamento por correia síncrona.

[0017] A Fig. 6 é um esquema de um motor acionado a gasolina de dois cames, quatro cilindros e quatro tempos.

[0018] A Fig. 7 é representativa de uma carga total típica característica para a roda dentada conduzida de um motor diesel de quatro cilindros e quatro tempos, incluindo curvas extraídas para a 1,5ésima e a 2 a ordens.

[0019] A Fig. 8 é representativa da característica de carga de 2a ordem para uma roda dentada acionadora de um motor de quatro cilindros e quatro tempos.

[0020] A Fig. 9 é representativa da característica de carga de 1,5ésima ordem para uma roda dentada acionadora de um motor diesel de trilho comum de quatro cilindros e quatro tempos com bomba de combustível de 3 pistões, (ou outro dispositivo que induza uma 1,5ésima ordem).

[0021] A Fig. 10 é uma família de curvas representando relações de tensão / deformação para uma correia síncrona.

[0022] A Fig. 11 é uma série de curvas que mostram os efeitos de fase / fora de fase de uma roda dentada oblonga na dinâmica do motor para o sistema na Fig. 6.

[0023] A Fig. 12 é um gráfico que mostra a característica de Vibração Angular no eixo de comando de um motor mostrado na Fig. 6 antes e depois da aplicação de uma roda dentada oblonga.

[0024] A Fig. 13 é um gráfico que mostra a característica da Tensão de Lado Tensionado de um motor mostrado na Fig. 6 antes e depois da aplicação de uma roda dentada oblonga.

[0025] A Fig. 14 é um gráfico da velocidade de rotação do eixo de manivela versus ângulo de vibração.

[0026] A Fig. 15 é um gráfico da velocidade do eixo de manivela versus ângulo de vibração para um came de admissão.

[0027] A Fig. 16 é um gráfico da velocidade do eixo de manivela versus ângulo de vibração para um came de exaustão.

[0028] A Fig. 17 é um gráfico da velocidade do eixo de manivela versus deslocamento angular para um came de admissão.

[0029] A Fig. 18 é um gráfico da velocidade do eixo de manivela versus deslocamento angular para um came de exaustão.

[0030] A Fig. 19 é um diagrama que mostra o efeito do faseamento de roda dentada oblonga em relação a cada erro de temporização do eixo de comando.

[0031] A Fig. 20 é um diagrama que mostra o efeito do faseamento da roda dentada em volta do eixo em relação a cada erro de temporização do eixo de comando com uma correia padrão e de alto módulo.

[0032] A Fig. 21 é um diagrama que mostra o efeito de uma roda dentada oblonga no erro de temporização pela largura da correia.

[0033] A Fig. 22 é um diagrama que mostra o efeito de uma roda dentada oblonga no erro de temporização por magnitude de excentricidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

[0034] A Fig. 1 é uma vista lateral de uma roda dentada oblonga. A roda dentada 10 inventiva compreende uma superfície dentada 11. A superfície dentada 11 engata em uma correia dentada. A superfície dentada 11 compreende áreas de cheio 12 e ranhuras adjacentes 13. As ranhuras 13 têm uma forma que é compatível com o projeto correspondente de uma forma de dente de uma correia dentada. As correias dentadas também são chamadas de correias síncronas, desde que elas sejam usadas para sincronizar a rotação de uma roda dentada acionadora e conduzida.

[0035] A roda dentada 10 compreende a porção 14 e a porção 15. A porção 14 tem uma superfície dentada arqueada 11a que compreende um raio constante R2. A porção 15 tem uma superfície dentada arqueada 11b que compreende um raio constante R1. As partes 14 e 15 são segmentos de um círculo, uma vez que os raios R1 e R2 são iguais e constantes. O uso de segmentos circulares dessa maneira reduz a complexidade do processo de projeto e fabricação da roda dentada inventiva.

[0036] Disposta entre a porção 14 e a porção 15 está a porção linear 16. A porção 16 compreende uma seção retangular que tem o efeito de deslocar cada porção 14 e 15 uma da outra, dando assim a forma de cilindro achatado à roda dentada. A superfície da roda dentada 11 é reta, isto é, linear ou plana entre os pontos 160 e 161, e 162 e 163.

[0037] A porção plana 16 tem um comprimento que se refere a uma amplitude de flutuação de torque do sistema. Nesta modalidade, a porção 16 tem uma dimensão (W) de aproximadamente 2 mm entre os pontos 160 e 161, e 162 e 163. Portanto, o centro de curvatura 17 da porção 14 é deslocado por uma distância de W / 2, aproximadamente 1 mm, a partir do centro de rotação 19 da roda dentada. Além disso, o centro de curvatura 18 da porção 15 é deslocado por uma distância de W / 2, aproximadamente 1 mm, a partir do centro de rotação 19 da roda dentada. As dimensões fornecidas são apenas para fins ilustrativos e não possuem intenção de serem limitativas. Daqui resulta também que um comprimento maior (ML) da roda dentada tem uma dimensão: Lmaior = R1 + R2 + W.

[0038] Um segmento maior (MG) para cada porção 14, 15 que tem uma dimensão: MG = (R1 + W / 2) ou (R2 + W / 2).

[0039] Um comprimento menor tem uma dimensão: Lmenor = R1 + R2

[0040] O comprimento (W) da porção 16 é determinado pelo raio das porções 14 e 15 e é dependente da característica de vibração angular dinâmica que está sendo neutralizada, a qual é descrita em outras partes desta especificação. A roda dentada 10 pode ser projetada usando passo constante da superfície, passo angular constante ou uma combinação dos dois. "Passo de superfície" é definido como a distância entre quaisquer dois "pontos de passo" consecutivos correspondentes no OD da roda dentada, medido em torno da linha de OD.

[0041] O passo de superfície constante é calculado da seguinte forma: SP = (((((Ng x Passo Nom) / Pi) -PLD) x Pi) / Ng) Onde SP= passo de superfície Ng = número de ranhuras na roda dentada Nom Passo = Passo do sistema nominal Pi = ~3,141 PLD = PLD diametral do sistema

[0042] "Passo angular" é definido como a diferença angular entre dois "pontos de passo" consecutivos correspondentes em uma roda dentada e pode ser medida em graus ou radianos. A inclinação angular constante é definida da seguinte forma: AP = 360 / Ng Graus Onde AP = Passo angular Ng = Número de ranhuras na roda dentada

[0043] O perfil de ranhura de roda dentada pode ser projetado individualmente para se adequar à dinâmica específica do motor.

[0044] O módulo elástico da extensão da correia, em combinação com o módulo de dente e o deslocamento da roda dentada (W / 2), é otimizado para reduzir substancialmente ou cancelar flutuações de tensão em velocidades predeterminadas do motor. Consequentemente, nesta aplicação, a correia é analisada e projetada como um membro de mola do sistema, além de ser dimensionada para transmitir as cargas de tração necessárias. A resposta dinâmica do sistema é selecionada por processo iterativo para chegar a uma combinação de módulo de correia e raio de roda dentada oblonga (R1 e R2) que reduz ou cancele substancialmente todas as flutuações de tensão transmitidas de outra forma através da correia e do sistema de acionamento de correia.

[0045] A Fig. 2 é uma vista lateral de uma modalidade alternativa da roda dentada. Esta modalidade compreende três segmentos lineares dispostos entre as partes arqueadas 14, 15, 16, conforme descrito na Fig. 1. Os três segmentos lineares (161 a 162) e (163 a 164) e (165 a 166) estão dispostos entre cada porção arqueada 14, 15, 16. Cada porção arqueada 14, 15, 16 compreende, respectivamente, raios constantes e iguais R1, R2, R3. Os três segmentos lineares estão igualmente espaçados em torno da circunferência da roda dentada em intervalos de aproximadamente 120°. A Fig. 9 é representativa da característica de carga de 1,5ésima ordem em um sistema usando a roda dentada mostrada na Fig. 2.

[0046] As Figs. 3, 4 e 5 são alguns layouts de acionamento típicos para motores de combustão interna de quatro cilindros e quatro tempos usando um sistema de correia dentada para acionar o eixo de comando e os auxiliares. Esses motores tipicamente exibem uma dinâmica de segunda ordem alta. Dependendo da especificação da bomba de combustível, alguns motores a diesel podem ter uma 1,5ésima ordem que é dominante. Diagramas esquemáticos mostrando essa dinâmica podem ser vistos nas Figs. 7, 8 e 9.

[0047] Para contrariar a dinâmica de 2 a ordem, a roda dentada 10 inventiva é fixada ao eixo de manivela do motor Crk. Dependendo da presença de outras ordens dominantes, pode ser necessário aplicar modalidades alternativas da roda dentada. Eles podem ser acoplados ao eixo de manivela, mas podem ser igualmente aplicados em outras partes do sistema, por exemplo, na bomba de água, na bomba de combustível ou na (s) roda(s) dentada do eixo de comando. O eixo de manivela do motor é o acionador de todo o sistema de acionamento por correia. A direção conduzida da correia é DoR. Devido à relação da roda dentada, o eixo de manivela do motor Crk rotaciona duas vezes para cada rotação do eixo de comando CAM1.

[0048] Na Fig. 3, a roda dentada 300 é conectada ao eixo de comando CAM1 e a roda dentada 304 é conectada a um segundo eixo de comando CAM2. As rodas intermediárias IdR1 e Idr2 conhecidas na técnica são usadas para manter o roteamento adequado da correia e o controle de tensão. A roda dentada 100 está conectada à bomba de água WP. A correia 200 é treinada entre as várias rodas dentadas. O sentido de rotação da correia 200 é mostrado como DoR. O ponto no qual a correia 200 engata na roda dentada do eixo de manivela CRK é 201. A inércia do eixo de comando e as cargas de torque são representadas por 301.

[0049] A correia dentada 200 é treinada entre a roda dentada 10 e a roda dentada de came 300. O ponto de entrada da correia 201 é o ponto no qual a correia 200 engata na roda dentada. O comprimento da extensão da correia entre o eixo de manivela CRK e a roda dentada 304 é "SL".

[0050] Da mesma forma nas Figs. 4 e 5, a roda dentada do eixo de comando 300 é fixada ao eixo de comando do motor CAM. Na Fig. 4, a característica de carga 301 inclui a característica de torque de uma bomba de combustível acoplada à parte traseira do eixo de comando, enquanto na Fig. 5, o torque da bomba de combustível é representado pela característica de carga 302. Inércias e cargas de torque (301, 302, 101) causados por outros componentes, como bombas de água e vácuo, também podem estar presentes, a saber, WP (101) nas Fig. 4 e Fig. 5. Na Fig. 4, IDR1 e IDR2 são rodas intermediárias conhecidas na técnica para guiar adequadamente a correia 200. Na Fig. 4, o comprimento da extensão da correia entre a roda dentada 10 do eixo de manivela e a roda dentada de came 300 é "SL".

[0051] Para um motor a gasolina, as cargas de torque flutuante cíclicas e dominantes são normalmente uma característica do eixo de comando. Para um motor diesel, a ordem dominante pode ser produzida pelo eixo de comando e / ou uma bomba de injeção de combustível que pode ser incluída no sistema de acionamento. Os torques causados pela bomba de água e pela bomba de vácuo podem variar, mas eles não são cíclicos, por si só, no mesmo período ou frequência que os eixos de comando e não são características normalmente dominantes da dinâmica de acionamento.

[0052] A Fig. 5 é uma vista em perspectiva de outra modalidade de motor de came único com bomba de injeção de combustível incluída no acionamento para um motor diesel. Nesta modalidade, além do sistema mostrado na Fig. 4, o sistema compreende ainda a roda dentada 305 conectada à bomba de combustível IP. Também é mostrado a roda dentada PI, que pode ser engatado com outra correia de multi-fricção usada para acionar vários acessórios do motor (não mostrados). Na Fig. 5, as cargas do came são representadas por 301 e a carga da bomba de combustível, 302. A roda dentada 100 é conectada à bomba de água WP. Na Fig. 5, a carga de torque causada por uma bomba de injeção de combustível é representada por 302.

[0053] Uma característica típica de carga total para um motor de quatro cilindros e quatro tempos é representada pela curva "E" na Fig.7. As curvas "D" e "C" representam características típicas de 2 a e 1,5ésima ordem que foram extraídas da característica de carga total. A característica de carga de um motor a gasolina de quatro cilindros e quatro tempos em linha normalmente não inclui uma 1,5ésima ordem.

[0054] A mudança no raio médio no ponto de engate da correia 201 da roda dentada 10 inventiva enquanto ela rotaciona é a curva "C" nas Figs. 8 e 9. A integral da curva "C", que é a mudança efetiva de comprimento da correia na Fig. 4, é a curva "D" nas Figs. 8 e 9. A derivada da mudança no raio médio da roda dentada é a aceleração de um determinado ponto na superfície dentada, 11, devido à mudança na forma da roda dentada.

[0055] A fim de neutralizar a dinâmica de 2a ordem, a porção plana 16 da roda dentada oblonga 10 é disposta em relação de temporização à roda dentada 300 do eixo de comando, de modo que um comprimento efetivo da correia 200 entre a roda dentada 300 e a roda dentada 10 na Fig. 4 seja feito para variar de uma maneira que cancela substancialmente as tensões alternadas da correia causadas pelas flutuações cíclicas do torque do eixo de comando. Como um exemplo de um projeto para cancelar a dinâmica de 2a ordem, isso pode ser alcançado por temporização do comprimento máximo da roda dentada 10 (R1 + R2 + W) para coincidir com o ponto de entrada da correia 201 quando o torque de eixo de comando e, portanto, a tensão da correia, está no máximo.

[0056] A característica dimensional absoluta de um acionador que contém uma roda dentada oblonga é dependente de parâmetros como o torque flutuante, o módulo de extensão da correia, as inércias de cada um dos acessórios conduzidos no sistema, a tensão de instalação da correia e a interação entre a correia e as rodas dentadas. A interação entre a correia e as rodas dentadas depende de parâmetros como o número de dentes em malha, o módulo de dentes, as dimensões da correia e o coeficiente de atrito entre as superfícies da correia e da roda dentada.

[0057] A Fig. 6 é um esquema de um motor a gasolina de dois cames, quatro cilindros e quatro tempos. O sistema ilustrativo compreende cames CM1, CM2 e correia B treinados entre eles. Compreende ainda o tensor TEN, a bomba de água WP e a roda dentada do eixo de manivela CRK. A direção de rotação da correia B é DoR. Os comprimentos de amplitude de interesse estão entre a roda dentada CRK e a roda dentada IDR, a roda dentada IDR e a roda dentada WP e a roda dentada CRK e a roda dentada WP. Na Fig. 6, o comprimento da extensão da correia entre a roda dentada CRK e a roda dentada CM1 é "SL". Para fins de cálculo, uma vez que não há grande impacto de carga entre CM1 e CRK no DoR, eles podem ser tratados como uma extensão "SL". Os valores típicos aproximados para as variáveis para o sistema descrito na Fig. 6 são os seguintes: As flutuações típicas do torque do came são: + 40N / - 30N Módulo de extensão da correia: 240 Mpa Os valores típicos de inércia do componente são: CRK = 0,4gm2 CM1 = CM2 = 1,02gm2 WP = 0,15gm2 Tensão de instalação da correia: 400N (A tensão de instalação é mantida pelo tensor TEN de uma maneira conhecida na técnica). Dentes em malha em três rodas dentadas: CRK => 9 dentes; CM1, CM2 => 15 dentes. Dimensões da correia: largura = 25,4 mm; comprimento = 1257,3mm.

[0058] Os valores típicos do coeficiente de atrito para a superfície da roda dentada 11 estão na faixa de 0,15 e 0,5, tipicamente 0,2.

[0059] Os valores típicos de tensão de instalação da correia podem estar na faixa de 75N até 900N, dependendo dos requisitos do sistema.

[0060] O módulo de extensão da correia depende da construção do membro de tração, do número de fios do membro de tração na correia e da largura da correia. Um exemplo de módulo de extensão de correia para uma correia de 25,4 mm de largura com 20 membros de tração estaria na região de aproximadamente 240Mpa.

[0061] A Fig. 7 é representativa de uma característica de carga total típica para a roda dentada conduzida de um motor diesel de quatro cilindros e quatro tempos, incluindo curvas extraídas para as 1,5ésima (curva "C") e 2a (curva "D") ordens. A característica de carga de um motor a gasolina de quatro cilindros e quatro tempos em linha normalmente não inclui uma 1,5ésima ordem. O "deslocamento" refere-se a W / 2. A "Carga Total" refere-se à Fig. 7, linha "E".

[0062] Na Fig. 7, a linha "A" é zero torque. A linha "B" mostra o torque médio no sistema de acionamento por correia. A curva "C" é a característica de torque de 1,5ésima ordem extraída da curva de carga total "E". A curva "D" é a característica de torque de 2a ordem extraída da curva de carga total "E". A curva "E" é a característica de torque total do motor medida no eixo de manivela CRK. A área sob a curva "E" representa o trabalho realizado para rotacionar o motor a uma velocidade específica.

[0063] A Fig. 8 é representativa da característica de carga de 2a ordem (curva "B") para uma roda dentada de acionador de um motor de quatro cilindros e quatro tempos, incluindo a mudança de raio (curva "C") de uma roda dentada oblonga e a mudança resultante de comprimento da extensão da correia (curva "D").

[0064] Na Fig. 8, a linha "A" é zero torque. A curva "B" é a característica de torque de 2a ordem extraída da carga total. A curva "C" é a variação no raio efetivo da polia do eixo de manivela, durante a rotação de 360 graus causada pelo segmento 16 na Fig. 1. A curva "D" é a integral da curva "C" e é a mudança efetiva no comprimento da extensão de acionamento por correia causada pela roda dentada descrita na Fig. 1.

[0065] A Fig. 9 é representativa da característica de carga de 1,5ésima ordem "B" para uma roda dentada de acionador de um motor diesel de quatro cilindros e quatro tempos com uma bomba de combustível de três pistões (ou outro dispositivo acionado que induzirá uma 1,5ésima ordem), incluindo a mudança no comprimento do raio da roda dentada (curva "C") para uma modalidade alternativa de três lóbulos da roda dentada oblonga (Fig. 2) e a mudança resultante no comprimento da extensão da correia (curva "D"). O comprimento da extensão da correia é a distância entre a roda dentada de came CAM e a roda dentada de eixo de manivela CRK na Fig. 6, por exemplo.

[0066] Na Fig. 9, a linha "A" é zero torque. A curva "B" é a característica de torque de 1,5ésima ordem extraída da carga total. A curva "C" é a variação do raio efetivo da polia do eixo de manivela, durante rotação de 360 graus. A curva "D" é a integral da curva "C" e é a mudança efetiva no comprimento do acionamento causada pela modalidade alternativa da roda dentada descrita na Fig. 3.

[0067] O módulo elástico de um membro de tração de uma variedade de correias usadas no sistema inventivo é mostrado na Fig. 10. As curvas SS1 a SS6 são conhecidas como curvas tensão-deformação para uma variedade de correias 200. Cada curva representa um módulo usando um material diferente para o cabo de tração na correia. O corpo da correia elastomérico HNBR é ilustrativo e não limitativo. Além do HNBR, outros materiais do corpo da correia podem incluir EPDM, CR (cloropreno) e poliuretano, ou uma combinação de dois ou mais dos itens anteriores. Os materiais compreendem: SS1 (cabo de tração n° 1 de fibra de vidro, corpo HNBR) SS2 (cabo de tração n° 2 de fibra de vidro, corpo HNBR) SS3 (cabo trançado n° 3 de fibra de vidro, corpo HNBR) SS4 (cabo de tração de fibra de carbono, corpo HNBR) SSS (cabo de tração Aramid™, corpo HNBR) SS6 (cabo de tração de fibra de carbono, corpo HNBR).

[0068] O módulo elástico de cada membro de tração é a inclinação de cada curva SS1 a SS6, como é conhecido na técnica. Normalmente, essa medição e cálculo são feitos na parte substancialmente linear da curva. Além de fibra de vidro, fibra de carbono e Aramid™, outro material de membro de tração pode incluir fio de aço inoxidável de filamento fino. M = Δtensão/Δdeformação (medido na parte substancialmente linear da curva)

[0069] O módulo de extensão da correia é dependente da construção do membro de tração, do número de fios do membro de tração na correia e da largura da correia. Um exemplo de módulo de extensão da correia para a curva SS1, para uma correia de 25,4 mm de largura com 20 fios de membro de tração de fibra de vidro, seria de aproximadamente 242Mpa.

[0070] A Fig. 11 é uma série de curvas que mostram os efeitos da fase / fora de fase de um comprimento principal da roda dentada oblonga na dinâmica do motor para o sistema na Fig. 6. A curva "D" é o arranjo de temporização ótimo entre a posição do principal comprimento da roda dentada até o ponto de entrada da correia 201 e pulso de torque. As curvas A, B e C são mal calculadas no sentido horário da posição da curva "A" por +6, +4 e +2 dentes, respectivamente. A curva "E" é mal calculada por 2 dentes no sentido anti- horário. O faseamento do comprimento máximo da extensão da correia até o pico de torque e a carga inercial pode variar dependendo das ordens dominantes do acionamento e daquelas que serão diminuídas pelo sistema. O ponto de entrada da correia 201 é o ponto em que a correia engata na roda dentada. Na Fig. 3, o comprimento da extensão é "SL".

[0071] Em relação ao intervalo angular ou faseamento, a tolerância angular permitida é calculada usando o seguinte: +/- (360/2 x número de ranhuras da roda dentada).

[0072] O comprimento da extensão da transmissão da correia é máximo quando o torque é máximo.

[0073] A Fig. 12 é um gráfico que mostra o efeito de uma roda dentada de faseamento correto em um motor de dois cames, quatro cilindros e quatro tempos, conforme ilustrado na Fig. 6. As curvas "A" e "B" representam valores medidos para vibração angular na nas rodas dentadas do eixo de comando de admissão e de exaustão, respectivamente, para um projeto do estado da técnica, utilizando rodas dentadas arredondadas.

[0074] A título de comparação, as curvas "C" e "D" representam valores medidos para vibração angular nas rodas dentadas do eixo de comando de admissão e de exaustão, respectivamente, com uma roda dentada inventiva usada no eixo de manivela. A redução resultante na vibração angular é de aproximadamente 50%.

[0075] Da mesma forma, a Fig. 13 é um gráfico que mostra o efeito de uma roda dentada de faseamento correto, conforme descrito na Fig. 1, em um motor de dois cames, quatro cilindros e quatro tempos, conforme ilustrado na Fig. 6. Curvas "A", "B" e "C" representam valores medidos para dinâmicas de tensões de lado tensionado máximas, médias e mínimas, respectivamente, ao longo de uma faixa de velocidades do motor para um projeto de acionamento do estado da técnica. Neste exemplo, essa tensão foi medida na posição IDR na Fig. 6. Para uma vida útil prolongada da correia, a tensão de lado tensionado da correia deve ser minimizada. As curvas "D", "E" e "F" representam valores medidos para tensão de lado tensionado máximas, médias e mínimas com a roda dentada inventiva em uso. A redução resultante na tensão de lado tensionado da instalação está na faixa de 50 a 60% na faixa de velocidade ressonante do motor (aproximadamente 4000rpm a aproximadamente 4800rpm). A diminuição da tensão de lado tensionado da correia oferece potencial para uma melhoria significativa na vida útil da correia.

[0076] O sistema inventivo é útil para reduzir erros de temporização nos motores de IC. Erro de temporização é a discrepância de posição entre um acionador e um eixo conduzido, causada por fatores aleatórios, como vibração, imprecisão de componentes e deformação elástica. Nesse caso, é a imprecisão rotacional dos eixos de comando (conduzidos) de um motor de IC em comparação com a eixo de manivela (acionador) do motor. É normalmente relatado em graus pico a pico. Por exemplo, referindo-se à Figura 3, a roda dentada 300 e a roda dentada 304 são cada uma delas oblongas. O uso das rodas dentadas oblongas reduz significativamente o erro de tempo, o que, por sua vez, melhora a economia de combustível, reduz as emissões e geralmente melhora o desempenho e a eficiência do motor. No nível do componente, um erro de temporização reduzido e cargas mais baixas do sistema levam a uma maior durabilidade e menor potencial para problemas de NVH. A redução da tensão reduz os níveis de NVH e, principalmente, a ordem de malhas, no acionamento. A aplicação da roda dentada oblonga para reduzir o erro de temporização não se limita apenas aos eixos de comando de um motor. O benefício pode ser igualmente obtido através da inserção da roda dentada oblonga na manivela ou na bomba de combustível.

[0077] A Figura 14 é um gráfico da velocidade de rotação do eixo de manivela versus vibração angular. A vibração angular exemplar diminui à medida que a velocidade do motor aumenta. A Figura 14 exibe dados para um motor motorizado e um motor de ignição. Para um motor motorizado, o eixo de manivela é conduzido por um motor elétrico, não há combustão de combustível em cada cilindro. Para um motor de ignição, o eixo de manivela é conduzido normalmente para um motor de combustão interna, ou seja, com combustão de combustível em cada cilindro. O motor motorizado (MER) reflete menos vibração angular que o motor de acionamento (FER) para uma determinada velocidade de rotação do motor.

[0078] A Figura 15 é um gráfico da velocidade do eixo de manivela versus ângulo de vibração para um came de admissão. Uma roda dentada oblonga é montada no eixo de comando de admissão. Três condições são mostradas. O primeiro é para um sistema de acionamento padrão sem roda dentada oblonga (Curva A). O segundo é com uma roda dentada oblonga e o terceiro é com uma roda dentada oblonga e uma correia de alto módulo (Curva B). A fase e magnitude da roda dentada oblonga são 10,5 passos da posição das 3 horas e 1,5 mm. O módulo de correia padrão é 630.000N e o módulo de correia de alto módulo é 902.000N. O módulo é dado em Newtons (N) e é definido como a força necessária para estender um comprimento de unidade em 100%.

[0079] O ângulo de vibração para a terceira condição (Curva C) é reduzido significativamente para menos de 0,5 graus pico a pico quando comparado ao valor do sistema de acionamento padrão em cerca de 1,5 graus pico a pico, ambos medidos a 4000 rpm.

[0080] A Figura 16 é um gráfico da velocidade do eixo de manivela versus ângulo de vibração para uma came de exaustão. Uma roda dentada oblonga é montada no eixo de comando de exaustão. Três condições são mostradas. O primeiro é para um sistema de acionamento padrão sem roda dentada oblonga (curva A). O segundo é com uma roda dentada oblonga e o terceiro é com uma roda dentada oblonga e uma correia de alto módulo (Curva B). O ângulo de vibração para a terceira condição é significativamente reduzido para cerca de 0,5 graus pico a pico quando comparado ao valor do sistema de acionamento padrão em cerca de 1,5 graus pico a pico, ambos medidos a 4000RPM (Curva C). No entanto, dependendo do motor, a melhoria pode variar de menos de 1,5 graus pico a pico a cerca de 0,5 graus, uma redução de pouco mais de 60%. A fase e magnitude da roda dentada oblonga são 23,5 passos da posição das 3 horas e 1,5 mm. O módulo de correia padrão é de cerca de 630.000N e o módulo de correia de alto módulo é de cerca de 902.000N.

[0081] A Figura 17 é um gráfico da velocidade do eixo de manivela versus deslocamento angular para um came de admissão. O deslocamento angular também é chamado de erro de temporização e é medido em relação à posição do eixo de manivela. Uma roda dentada oblonga é montada no trem de válvula do eixo de comando de admissão. Três condições são mostradas. O primeiro é para um sistema de acionamento padrão sem roda dentada oblonga (curva A). O segundo é com uma roda dentada oblonga e o terceiro é com uma roda dentada oblonga e uma correia de alto módulo (Curva B). O deslocamento angular para a terceira condição é significativamente reduzido para menos de 0,5 graus pico a pico quando comparado ao valor do sistema de acionamento padrão em cerca de 1,5 graus pico a pico, ambos medidos a 4000RPM (Curva C). No entanto, dependendo do motor, a melhoria pode variar de menos de 1,5 graus pico a pico a cerca de 0,5 graus, uma redução de pouco mais de 60%. A fase e a magnitude da roda dentada oblonga são 10,5 passos da posição das 3 horas e 1,5 mm. O módulo de correia padrão é de cerca de 630.000N e o módulo de correia de alto módulo é de cerca de 902.000N.

[0082] A Figura 18 é um gráfico da velocidade do eixo de manivela versus deslocamento angular para um came de exaustão. Uma roda dentada oblonga é montada no eixo de comando de exaustão. Três condições são mostradas. O primeiro é para um sistema de acionamento padrão sem roda dentada oblonga (Curva A). O segundo é com uma roda dentada oblonga (Curva B) e o terceiro é com uma roda dentada oblonga e uma correia de alto módulo (Curva C). O deslocamento angular para a terceira condição é significativamente reduzido para cerca de 0,5 graus pico a pico quando comparado ao valor do sistema de acionamento padrão em cerca de 1,5 graus pico a pico, ambos medidos a 4000 rpm. No entanto, dependendo do motor, a melhoria pode variar de menos de 1,5 graus pico a pico a cerca de 0,5 graus, uma redução de pouco mais de 60%. A fase e magnitude da roda dentada de rotação total são 23,5 passos da posição das 3 horas e 1,5 mm. O módulo de correia padrão é de cerca de 630.000N e o módulo de correia de alto módulo é de cerca de 902.000N.

[0083] A Figura 19 é um diagrama que mostra o efeito do faseamento de roda dentada oblonga em relação a cada erro de temporização do eixo de comando. O eixo Y é o deslocamento angular, ou erro de tempo, de cada roda dentada do came com referência ao eixo de manivela. É citado como um valor pico a pico, ou seja, a diferença numérica entre min e máx. As colunas 1 e 2 do diagrama relatam uma unidade padrão configurada usando rodas dentadas completamente redondas. A coluna 3 relata o uso de uma roda dentada oblonga de 3 a ordem instalada na admissão e no eixo de comando de exaustão. Cada roda dentada é posicionada de modo que o deslocamento máximo esteja alinhado com os lóbulos do eixo de came. As colunas 4 a 13 relatam vários ensaios usando diferentes deslocamentos das rodas dentadas oblonga. A posição "3 horas" é a referência para todos os deslocamentos. Os valores dados são simplesmente o número de passos, ou ranhuras "g", através dos quais o ponto de referência da roda dentada foi rotacionado a partir dessa posição. "Ponto de referência" é o ponto usado como referência para medições angulares. Isso é definido @ a posição de 12 horas. "cw" refere-se ao sentido horário. Por exemplo, "Ex 23,5g cw" refere-se à posição das 3 horas e a roda dentada do came de exaustão com um deslocamento de 23,5 ranhuras no sentido horário a partir da posição das 3 horas no motor.

[0084] A Figura 20 é um diagrama que mostra o efeito do faseamento da roda dentada oblonga em relação a cada erro de temporização do eixo de comando com uma correia de módulo padrão e de alto módulo. O eixo Y é o deslocamento angular em graus pico a pico, ou erro de temporização, de cada roda dentada do came com referência ao eixo de manivela. É citado como um valor pico a pico, ou seja, a diferença numérica entre min e máx. As colunas 1 e 3 do diagrama relatam um acionamento padrão configurado usando rodas dentadas completamente redondas. Cada coluna relata o uso de uma roda dentada de 3a ordem instalada no eixo de comando de admissão e exaustão. Cada roda dentada é posicionada de modo que o deslocamento máximo esteja alinhado com os lóbulos do eixo de came. As colunas 2 e 4 a 8 relatam várias tentativas usando diferentes deslocamentos das rodas dentadas oblonga. A posição "3 horas" é a referência para todos os deslocamentos. Os valores fornecidos são simplesmente o número de passos, ou ranhuras, através dos quais o ponto de referência da roda dentada foi rotacionado a partir dessa posição. "Ponto de referência" é o ponto usado como referência para medições angulares. Isso é definido na posição das 3 horas. A fase e a magnitude da roda dentada oblonga são 23,5 passos para a exaustão e 10,5 passos para a admissão a partir da posição das 3 horas e 1,5 mm para cada um. O módulo de correia padrão é de cerca de 630.000N e o módulo de correia de alto módulo é de cerca de 902.000N.

[0085] A Figura 21 é um diagrama que mostra o efeito de uma roda dentada oblonga no erro de temporização pela largura da correia. A coluna 1 relata uma correia de 14 mm de largura em um sistema que utiliza rodas dentadas redondas. A coluna 2 relata uma correia de 14 mm de largura em um sistema que utiliza rodas dentadas oblonga. A coluna 3 relata uma correia de 14 mm de largura usando uma correia de alto módulo em um sistema usando rodas dentadas padrão. A coluna 4 relata uma correia de 14 mm de largura usando uma correia de alto módulo em um sistema que utiliza rodas dentadas oblonga. A coluna 5 relata uma correia de 18 mm de largura usando uma correia de módulo padrão em um sistema usando rodas dentadas padrão.

[0086] A Figura 22 é um diagrama que mostra o efeito de uma roda dentada oblonga no erro de temporização por magnitude de excentricidade. Cada coluna relata uma roda dentada oblonga usada nos eixos de comando de admissão e exaustão. A magnitude da excentricidade para cada sistema varia de 1,0 mm a 1,5 mm.

[0087] Testes para validar a eficácia da roda dentada oblonga para reduzir a dinâmica do sistema de acionamento por correia podem ser realizados tanto nos motores motorizados quanto nos motores de ignição. Os resultados para a melhoria do erro de temporização incluídos nas Figuras foram gerados em um motor motorizado. Embora na maioria dos casos, esses resultados sejam transferidos para um motor de ignição, em alguns casos as rodas dentadas oblonga não reduzem a dinâmica de determinados motores. Os testes devem ser realizados em um mecanismo de ignição para garantir que as melhorias necessárias sejam alcançadas e sejam confiáveis. As etapas necessárias para realizar o teste são conhecidas na técnica de dinâmicas de motor. Isso também inclui que os sensores de vibração precisam operar em um ambiente de óleo, precisam suportar até 160 °C e precisam suportar ataques químicos de óleo e aditivos. As verificações de consistência são realizadas no início e no final de cada série de execuções de teste. As medições são realizadas durante uma subida da marcha lenta até a velocidade máxima do motor em uma rampa de 60 segundos. Um sistema Rotec padrão é usado para captura e análise de dados.

[0088] Embora as formas da invenção tenham sido descritas neste documento, será óbvio para os versados na técnica que podem ser feitas variações na construção e relação das peças sem se afastar do espírito e do escopo das invenções descritas neste documento.

Claims (20)

1. Sistema de acionamento por correia síncrona, caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira roda dentada oblonga (10) tendo uma superfície dentada e pelo menos uma porção linear (16) disposta entre duas porções arqueadas (14, 15), as porções arqueadas (14, 15) tendo um raio constante (R1, R2), a porção linear (16) tendo um comprimento predeterminado; uma roda dentada (300) tendo uma superfície dentada, a roda dentada (300) engatada na primeira roda dentada oblonga (10) por um membro dentado sem fim (200); e a primeira roda dentada oblonga (10) tendo uma magnitude e uma fase tal que um erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada (300) e a primeira roda dentada oblonga (10) é inferior a 1,5 graus pico a pico.

2. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma segunda roda dentada oblonga conectada a uma segunda carga rotativa, a segunda roda dentada oblonga engatada com o membro dentado sem fim (200); e a segunda roda dentada oblonga tendo uma magnitude e uma fase tal que um erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada (300) e a segunda roda dentada oblonga é inferior a 1,5 graus pico a pico.

3. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada (300) e a primeira roda dentada oblonga (10) é menor que 0,5 grau pico a pico.

4. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada (300) e a segunda roda dentada oblonga é menor que 0,5 grau pico a pico.

5. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma largura do membro dentado sem fim (200) é igual ou superior a 12 mm.

6. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro dentado sem fim (200) compreende um módulo na faixa de cerca de 630.000N a cerca de 902.000N.

7. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a magnitude está na faixa de aproximadamente 1,0 mm a 1,5 mm.

8. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fase da primeira roda dentada oblonga (10) está na faixa de 9 ranhuras a 25 ranhuras quando rotacionada em relação a um ponto de referência.

9. Acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o ponto de referência é em relação a uma posição de 3 horas.

10. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a fase da segunda roda dentada oblonga está na faixa de 9 ranhuras a 25 ranhuras quando rotacionada em relação a um ponto de referência.

11. Acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o ponto de referência é em relação a uma posição de 3 horas.

12. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a fase da primeira roda dentada oblonga (10) está na faixa de 9 ranhuras a 25 ranhuras quando rotacionada em relação a um ponto de referência.

13. Acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o ponto de referência é em relação a uma posição de 3 horas.

14. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a roda dentada (300) é conectada a um acionador e a primeira roda dentada oblonga (10) é conectada a uma carga rotativa.

15. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o acionador é um eixo de manivela do motor.

16. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a primeira roda dentada oblonga (10) é conectada a um eixo de comando de exaustão.

17. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a segunda roda dentada oblonga é conectada a um eixo de comando de admissão.

18. Sistema de acionamento por correia síncrona, caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira roda dentada oblonga (10) tendo uma superfície dentada e pelo menos uma porção linear (16) disposta entre duas porções arqueadas (14, 15), as porções arqueadas (14, 15) tendo um raio constante, a porção linear (16) tendo um comprimento predeterminado; uma roda dentada (300) tendo uma superfície dentada, a roda dentada (300) engatada na primeira roda dentada oblonga (10) por um membro dentado sem fim (200); a primeira roda dentada oblonga (10) tendo uma magnitude e uma fase tal que um erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada (300) e a primeira roda dentada oblonga (10) é inferior a 1 grau pico a pico; uma segunda roda dentada oblonga conectada a uma segunda carga rotativa, a segunda roda dentada oblonga engatada com o membro dentado sem fim (200); e a segunda roda dentada oblonga tendo uma magnitude e uma fase tal que um erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada (300) e a segunda roda dentada oblonga é inferior a 1,5 graus pico a pico.

19. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a primeira roda dentada oblonga (10) é conectada a um eixo de comando de exaustão e em que a segunda roda dentada oblonga é conectada a um eixo de comando de admissão e a roda dentada (300) é conectada a um eixo de manivelas do motor.

20. Sistema de acionamento por correia síncrona, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada (300) e a primeira roda dentada oblonga (10) é inferior a 0,5 grau pico a pico, e em que o erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada (300) e a segunda roda dentada oblonga é menor que 0,5 grau pico a pico.