BR112020000200A2 - sistema de acionamento por correia síncrona - Google Patents

Abstract

Um sistema de acionamento por correia síncrona tenho: uma correia síncrona com um fio de tração de fibra de alto módulo tal como de vidro, carbono, PBO, ou aramida; uma roda dentada acionadora e pelo menos uma roda dentada acionada, pelo menos uma das quais é uma roda dentada oblonga; e um tracionador tendo: uma base tendo uma porção cilíndrica estendendo-se axialmente com uma superfície radialmente externa e uma porção de recepção, um braço excêntrico engatado pivotavelmente com a superfície radialmente externa, uma mola de torção disposta dentro da porção de recepção, a mola de torção aplicando uma força tensionadora ao braço excêntrico, e uma polia articulada no braço excêntrico. Preferivelmente, nenhum dentre o braço excêntrico, a polia ou a mola de torção é axialmente deslocado ao longo de um eixo A-A dos outros. A roda dentada oblonga tem uma superfície denteada e pelo menos uma porção linear disposta entre duas porções arqueadas tendo um raio constante, a porção linear tendo um comprimento predeterminado.

Description

SISTEMA DE ACIONAMENTO POR CORREIA SÍNCRONA

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[001] Esta invenção se refere geralmente a um sistema de acionamento por correia síncrona tal como usado em motores de combustão interna, incluindo uma correia de sincronização, tracionador mecânico automático, polia acionadora e uma ou mais polias acionadas, pelo menos uma dessas polias é oblonga, mais particularmente a um sistema de acionamento por correia apropriado para funcionar em óleo e tendo uma largura de acondicionamento muito menor do que os sistemas conhecidos. Descrição da Técnica Anterior

[002] A maioria dos sistemas de acionamento por correia síncrona para motores tem sido montada sobre a frente do motor, fora do bloco do motor. As correias de sincronização podem rodar sem lubrificação em uma tal aplicação chamada de correia "seca". Uma consequência desta abordagem é que a árvore motriz e a(s) árvore(s)de came devem sair do bloco através de vedações de óleo que podem ser susceptíveis de vazar com o tempo. Um benefício é a relativa facilidade de acomodar a largura do acionamento por correia no compartimento do motor, isto é, a relativa falta de restrições sobre a largura do sistema de acionamento. Entretanto, alguns compartimentos do motor têm espaço limitado e redução de peso do veículo é desejável, de modo que um sistema de acionamento por correia seca mais estreito que pode manipular as mesmas cargas de acionamento, trações e demandas de sincronização em um peso e largura reduzidos do sistema pode ser desejável. "Largura" aqui se refere a uma dimensão do sistema de acionamento ou um componente de acionamento na direção axial, isto é, uma direção perpendicular ao plano do acionamento como seria visto em um diagrama de planejamento do acionamento.

[003] Correntes de sincronização para motores de combustão interna são geralmente montadas no interior do motor onde elas são facilmente lubrificadas. Uma outra abordagem de sincronização do motor é montar um sistema de acionamento por correia síncrona no interior do bloco de motor, análogo ao projeto de acionamento por correntes de sincronização. Esta abordagem pode reduzir o número de vedações necessárias sobre as árvores. Esta abordagem pode requerer mais restrições sobre a largura do sistema para evitar a despesa de um bloco de motor superdimensionado e quando se conjuga com a largura de um acionamento por corrente de sincronização para a mesma aplicação. Além disso, esta aplicação chamada de correia "úmida" requer que os materiais da correia tenham excelente resistência a óleo e outros fluidos do motor. Assim, um sistema de acionamento por correia úmida, estreito, que pode substituir diretamente um sistema por corrente de sincronização, manipular as mesmas cargas de acionamento, trações e demandas de sincronização com um peso reduzido do sistema, enquanto correndo em contato com óleo pode ser desejável.

[004] Como um exemplo, um sistema de acionamento por sincronização de correia-em-óleo comercial conhecido tem uma correia que tem cerca de 18 mm de largura, com polias redondas que têm cerca de 19-23 mm de largura e um tracionador convencional ocupando uma largura de cerca de 35-38 mm. Acredita-se que o erro de sincronização de pico seja tipicamente cerca de 2° pico a pico. A massa do sistema é reportada como sendo em torno de 2500 g no total incluindo os componentes VVT e em torno de 1700 g sem VVT.

[005] A patente U.S. 9.927.001 (Dayco Europe SRL) é representativa da técnica. Na mesma um teste de vida da correia é descrito usando uma correia de 19 mm de largura correndo em contato com óleo.

[006] Seria desejável reduzir a largura global do sistema para menos do que 18 mm, isto é, menos do que a metade da largura típica do sistema atual. Fazer isto iria requerer pelo menos uma correia e polias um pouco mais estreitas e um tracionador muito mais estreito. Esta não seria uma tarefa fácil, porque reduzir a largura da correia aumenta as deformações por tração da correia, as pressões de contato e de dente que poderiam por sua vez aumentar os erros de sincronização e acelerar a degradação da correia, diminuindo assim o desempenho e a expectativa de vida do sistema de sincronização. O que seria desejável iria ser reduzir a largura do sistema a 20 mm ou menos e o peso compativelmente, enquanto se reduz simultaneamente o erro de sincronização de cerca de 50% e sem perda de vida da correia.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] A presente invenção é dirigida a sistemas e métodos que proporcionam um sistema de acionamento por sincronização de correia úmida ou seca, mais estreito, que pode manipular típicas cargas de acionamento, trações e demandas de sincronização com um peso e largura reduzidos do sistema.

[008] A invenção se refere a um sistema com uma correia de sincronização de alto módulo, uma roda dentada oblonga e um tracionador mecânico automático de perfil estreito. A correia de sincronização de alto módulo preferivelmente tem um fio de tração de fibra de alto módulo tal como fibra de vidro de alto módulo, fibra de carbono, PBO, ou aramida, incluindo híbridos dos mesmos. A roda dentada oblonga tem uma fasagem e magnitude selecionadas para reduzir erro de sincronização a menos do que 1,5° pico a pico, preferivelmente menos do que 1,0° pico a pico. A roda dentada oblonga tem uma superfície dentada e pelo menos uma porção linear disposta entre duas porções arqueadas tendo um raio constante, a porção linear tendo um comprimento predeterminado. O tracionador tem uma capacidade de amortecimento e tração selecionadas para manter tração de correia no lado frouxo, preferivelmente na faixa de 100 N a 600 N, preferivelmente com mola de torção e amortecimento assimétrico. O tracionador pode ter preferivelmente: uma base tendo uma porção cilíndrica estendendo-se axialmente com uma superfície radialmente externa e uma porção de recepção, um braço excêntrico pivotavelmente engatado com a superfície radialmente externa, uma mola de torção disposta dentro da porção de recepção, a mola de torção aplicando uma força tensionadora ao braço excêntrico e uma polia articulada no braço excêntrico. Preferivelmente, nenhum dentre o braço excêntrico, a polia, ou a mola de torção é axialmente deslocado ao longo de um eixo A-A em relação ao outro.

[009] O acima exposto delineou bastante amplamente as características e vantagens técnicas da presente invenção a fim de que a descrição detalhada da invenção que se segue possa ser melhor entendida. Características e vantagens adicionais da invenção vão ser descritas aqui abaixo, as quais formam a matéria das reivindicações da invenção. Deve ser apreciado por aqueles especializados na técnica que a concepção e modalidade específica descritas podem ser prontamente utilizadas como uma base para modificar ou projetar outras estruturas para atingir as mesmas finalidades da presente invenção. Deve também ser percebido pelos técnicos no assunto que tais construções equivalentes não se desviam do escopo da invenção como descrito nas reivindicações anexas. As características inéditas que se acredita serem próprias da invenção, tanto quanto a sua organização e método de operação, junto com mais objetos e vantagens serão melhor entendidas a partir da descrição que se segue quando consideradas em associação com as figuras anexas. Deve ficar expressamente entendido, porém, que cada uma das figuras é prevista para a finalidade de ilustração e descrição apenas e não é destinada a ser uma definição dos limites da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] Os desenhos anexos, que são incorporados e fazem parte do relatório descritivo em que números idênticos designam partes idênticas, ilustram modalidades da presente invenção e junto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

[0011] FIG. 1 é uma vista lateral de uma roda dentada oblonga.

[0012] FIG. 2 é uma vista lateral de uma roda dentada oblonga alternativa.

[0013] FIG. 3 é uma vista em perspectiva de um motor a gasolina de quatro tempos e quatro cilindros em linha, de came geminado.

[0014] FIG. 4 é uma vista em perspectiva de um motor acionado a diesel de quatro tempos e quatro cilindros em linha, de came único que tem uma bomba de combustível acionada na traseira da árvore de came.

[0015] FIG. 5 é uma vista em perspectiva de um motor acionado a diesel de quatro tempos e quatro cilindros em linha, de came único com a bomba de combustível incorporada no sistema de acionamento por correia síncrona.

[0016] FIG. 6 é um esquema de um motor acionado a gasolina de quatro tempos e quatro cilindros em linha, de came geminado.

[0017] FIG. 7 é representativa de uma característica de carga total típica para a roda dentada acionada de um motor a diesel de quatro tempos e quatro cilindros, incluindo curvas extraídas para a 1,5-ésima e 2ª ordens.

[0018] FIG. 8 é representativa da característica de carga de 2ª ordem para uma roda dentada acionadora de um motor de quatro tempos e quatro cilindros.

[0019] FIG. 9 é representativa da característica de carga de 1,5-ésima ordem para uma roda dentada acionadora de um motor diesel de trilho comum de quatro tempos e quatro cilindros com 3 bombas de combustível de pistão, (ou outro dispositivo induzindo uma 1,5-ésima ordem).

[0020] FIG. 10 é uma família de curvas representando relações de tensão/deformação para uma correia síncrona.

[0021] FIG. 11 é uma série de curvas mostrando os efeitos da fasagem/defasagem de uma roda dentada oblonga sobre a dinâmica do motor para o sistema na FIG. 6.

[0022] FIG. 12 é um gráfico mostrando a característica de Vibração Angular na árvore de came de um motor mostrado na FIG. 6 antes e depois da aplicação de uma roda dentada oblonga.

[0023] FIG. 13 é um gráfico mostrando a característica de Tração Lateral de Aperto de um motor mostrado na FIG. 6 antes e depois da aplicação de uma roda dentada oblonga.

[0024] FIG. 14 é um gráfico de vibração angular versus velocidade de rotação do virabrequim.

[0025] FIG. 15 é um gráfico de vibração angular versus velocidade do virabrequim para um came de entrada.

[0026] FIG. 16 é um gráfico de vibração angular versus velocidade do virabrequim para um came de saída.

[0027] FIG. 17 é um gráfico de deslocamento angular versus velocidade do virabrequim para um came de entrada.

[0028] FIG. 18 é um gráfico de deslocamento angular versus velocidade do virabrequim para um came de saída.

[0029] FIG. 19 é um diagrama mostrando o efeito da fasagem da roda dentada oblonga em relação a erro de sincronização de cada árvore de came.

[0030] FIG. 20 é um diagrama mostrando o efeito da fasagem da roda dentada oblonga em relação a erro de sincronização de cada árvore de came com uma correia padrão e de alto módulo.

[0031] FIG. 21 é um diagrama mostrando o efeito de uma roda dentada oblonga sobre erro de sincronização por largura da correia.

[0032] FIG. 22 é um diagrama mostrando o efeito de uma roda dentada oblonga em erro de sincronização por magnitude de excentricidade.

[0033] FIG. 23 é uma vista explodida de um tracionador.

[0034] FIG. 24 é uma vista explodida de topo do tracionador.

[0035] FIG. 25 é uma vista em perspectiva da base do tracionador.

[0036] FIG. 26 é uma vista em perspectiva do braço excêntrico do tracionador.

[0037] FIG. 27 é uma vista em perspectiva da mola de torção do tracionador.

[0038] FIG. 28 é uma vista em corte transversal do tracionador.

[0039] FIG. 29 é uma vista explodida de um tracionador alternativo.

[0040] FIG. 30 é uma vista de topo do tracionador alternativo da FIG. 29.

[0041] FIG. 31 é uma vista em corte transversal do tracionador alternativo da FIG. 29.

[0042] FIG. 32 é uma vista lateral de um tracionador alternativo.

[0043] FIG. 33 é uma vista em perspectiva do tracionador alternativo da FIG. 32.

[0044] FIG. 34 é uma vista parcialmente fragmentada de uma correia síncrona.

[0045] FIG. 35 é um diagrama de um sistema de acionamento por correia síncrona usado para testar um aspecto da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0046] A invenção se refere a um sistema de acionamento por correia síncrona que inclui uma correia de sincronização de alto módulo, uma ou mais rodas dentadas oblongas e um tracionador mecânico automático de concepção estreita. A correia de sincronização de alto módulo preferivelmente tem um módulo de tração que é cerca de duas vezes o módulo de uma correia de sincronização de largura similar, mas com membro de tração convencional de fibra de vidro. A correia de sincronização de alto módulo é preferivelmente construída com materiais resistentes ao calor e resistentes a óleo. A roda dentada oblonga preferivelmente tem uma magnitude e uma fase de tal modo que um erro de sincronização de deslocamento angular entre uma roda dentada e a roda dentada oblonga é menor do que 1,5 graus pico a pico. O tracionador mecânico automático pode incluir uma base tendo uma porção cilíndrica estendendo-se axialmente, a porção cilíndrica compreendendo uma superfície radialmente externa e uma porção de recepção que fica radialmente para dentro da superfície radialmente externa, um braço excêntrico pivotavelmente engatado com a superfície radialmente externa, uma mola de torção disposta dentro da porção de recepção radialmente para dentro, a mola de torção aplicando uma força tensionadora ao braço excêntrico e uma polia articulada no braço excêntrico. Preferivelmente o braço excêntrico, a polia e a mola de torção são concentricamente dispostos de tal modo que nenhum dentre o braço excêntrico, a polia ou a mola de torção é axialmente deslocado ao longo de um eixo A-A a partir de qualquer um dentre o braço excêntrico, a polia ou a mola de torção, resultando em largura mínima. A correia de sincronização de alto módulo

[0047] A construção da correia síncrona 200 é ilustrada na FIG. 34. A correia 200 inclui dentes 214 sobre um lado, que se alternam com ressaltos 212 e lado de suporte liso

220. A borracha ou elastômero do corpo inclui borracha de dente 212 e borracha de suporte 222. O lado dentado é coberto com uma camisa de dente 216 e o lado de suporte 220 é coberto com camisa de suporte 224. O comprimento repetido de dente é o passo, "P". O membro de tração 218 é incrustado na borracha de corpo da correia e confere à correia seu alto módulo.

[0048] A camisa de dente 216 inclui um pano e um ou mais tratamentos para realçar uma ou mais propriedades da correia, por exemplo, adesão, resistência a óleo, resistência a desgaste e outras, assim como propriedades de desempenho do sistema tais como erro de sincronização e durabilidade. O tratamento com pano pode ser qualquer tratamento apropriado conhecido na técnica. Igualmente a camisa de suporte 224 pode incluir um pano e um ou mais dos mesmos ou diferentes tratamentos que a camisa de dente. O termo "camisa " é assim usado para descrever um pano com um ou mais tratamentos incluídos que é geralmente a forma em que ela está pronta para montagem na correia. "Pano" geralmente se refere ao material tecido cinza, não tecido, ou tricotado antes de aplicar tratamentos.

[0049] O pano de dente pode ser qualquer pano apropriado tecido, tricotado ou não tecido de apropriados esticamento resistência mecânica, resistência a desgaste, resistência térmica e resistência ambiental, conforme necessário para a aplicação. Para uso em um processo de formação de correia de fluxo passante (definido mais adiante), um esticamento longitudinal acima de 80%, ou acima de 100%, é preferível. Para um processo em pré-forma, um esticamento muito menor pode ser apropriado, ou nenhum esticamento significante pode ser apropriado. O pano pode incluir fibras de alta resistência mecânica, a óleo, desgaste e calor tais como nylon, aramida, PS, PEEK, poliéster e suas combinações. Fios de esticamento suficiente podem ser obtidos por qualquer método conhecido apropriado, incluindo texturização, enrolamento em um núcleo elástico, orientação em um tracionamento e suas combinações.

[0050] O pano de suporte pode ser qualquer pano tecido, tricotado, ou não tecido de apropriados esticamento, resistência mecânica, resistência ao desgaste, resistência térmica (quente ou fria) e resistência ambiental para a aplicação. Geralmente não há exigências particulares para qualquer quantidade de esticamento para o pano de suporte uma vez que ele vai simplesmente se situar plano sobre o suporte da correia. Algum grau de esticamento pode ser preferido para manter a flexibilidade da correia. Verificou- se que o de suporte melhora a resistência a temperatura fria reduzindo rachadura do suporte contra repetidas partidas a frio.

[0051] Um tratamento de pano preferido inclui tratamento com epóxi ou borracha-epóxi, com tratamento RFL opcional, descrito na Pub. de Pat. U.S. Nº 2014/0080647A1 para Yamada et al., que é incorporada aqui por referência. Tal tratamento é destinado a melhorar a resistência ao desgaste e resistência a óleo e água de uma camisa de dente, e para proporcionar uma correia dentada que tem durabilidade satisfatória mesmo quando usada sob condições de alta temperatura e alta carga ou dentro de um ambiente de óleo ou água.

[0052] Quaisquer composições de borracha apropriadas podem ser usadas para a borracha de dente 212 ou borracha de suporte 222. Além disso, pode haver outras camadas de borracha como necessário, tal como uma camada de borracha de adesão em contato com o fio de tração 218, ou outras camadas. Os mesmos ou diferentes compostos podem ser usados no dente, na camada de fio de tração, sobre o lado de suporte e em qualquer lugar na correia, como desejado. A Pat. U.S. N°

6.358.171 B1 de Whitfield, que é aqui incorporada por referência, descreve compostos de borracha exemplificativos para a borracha de dente ou borracha de corpo da correia. Como descrito na mesma a composição de borracha de corpo da correia pode incluir uma borracha de copolímero contendo grupo nitrila tal como HNBR e a borracha pode incluir um terceiro monômero que abaixa a transição de vidro da borracha. A composição de borracha pode também incluir de cerca de 0,5 a cerca de 50 partes em peso de borracha (PHR) de um reforço de fibra. Pat. U.S. N° 9.140.329 B2, que é aqui incorporada por referência, descreve outros compostos de borracha exemplificativos para a borracha de dente ou borracha de corpo da correia. Como descrito na mesma, a composição de borracha de corpo da correia pode incluir borracha HNBR ou HXNBR, resorcinol e um composto de melamina.

[0053] A(s) composição(ões) de borracha de corpo da correia pode(m) ainda incluir ingredientes adicionais conhecidos na técnica, tais como enchimentos, plastificantes, antidegradantes, auxiliares de processamento, curativos, coagentes, compatibilizadores e outros.

[0054] O fio de tração 218 para a correia pode ser qualquer um conhecido na técnica, mas preferivelmente compreende fibra de vidro, PBO, aramida, fibra de carbono ou um híbrido de duas ou mais das citadas. O fio de tração preferivelmente inclui um tratamento com adesivo que é altamente resistente a óleo para uso em ambientes umedecidos com óleo. Por exemplo, o tratamento com adesivo pode ser baseado em látex ou borracha contendo nitrila, ou outros materiais resistentes a óleo. Um fio de tração preferido compreende fibra de carbono tal como descrita na Pat. U.S. Nº 6.945.891 de Knutson, ou um fio híbrido de vidro/carbono tal como descrito na Pat. U.S. Nº 7.682.274 de Akiyama et al. Fibra vidro preferida para um fio de tração compreende fibra de vidro de alta resistência mecânica tal como vidro K, vidro U, vidro M ou vidro S.

[0055] As correias dentadas da invenção podem ser fabricadas de acordo com métodos conhecidos de produzir correias. A abordagem mais comum é aplicar os vários materiais a um mandril ranhurado, começando com a camisa de cobertura de dente, então o fio de tração e borracha de corpo e terminando com a camisa de suporte. O mandril com a placa de correia é então inserido em uma carcaça pressurizável que pode ser aquecida e pressurizada para comprimir os materiais em conjunto, fazendo a borracha escoar para dentro das ranhuras dos dentes empurrando a camisa de dente para o formato das ranhuras (conhecido como método de "fluxo passante"). Alternativamente, a camisa de dente pode ser pré-formada no formato aproximado da ranhura, opcionalmente com borracha preenchendo os dentes, antes ou durante a colocação da camisa de dente sobre o mandril (o "método da pré-forma"). Outras variações sobre estes métodos são também possíveis. A característica adicional primária para fazer uma correia suportada por pano é que as camadas de borracha devem ser cuidadosamente medidas para obter a espessura final desejada da correia, uma vez que o suporte da correia não pode ser retificado no tamanho como é feito para camadas suportadas com borracha.

[0056] O composto de borracha geralmente tem um nível de módulo que contribui significantemente para a rigidez do dente e a capacidade de carga do dente e da correia de sincronização. Igualmente, a camisa de cobertura do dente contribui para reforço do dente, o que também contribui para a rigidez do dente e capacidade de carga da correia. O fio de tração geralmente domina as propriedades de tração da correia de sincronização, tais como módulo (ou rigidez de vão) e resistência mecânica. Verificou-se que otimizar a combinação de rigidez de vão da correia e rigidez de dente por escolha destes materiais permite que uma correia mais estreita tenha o mesmo erro de sincronização do sistema enquanto reduz cargas do sistema e minimiza resistência mecânica necessária na correia. Aumentar a rigidez de vão em particular em relação àquela da correia convencional com cordão de fibra de vidro tem um efeito desejável. Uma série de correias com até o dobro da rigidez de vão e com a mesma rigidez de dente tinha o mesmo erro de sincronização no sistema, mas reduzida a tração máxima da correia do sistema, a tração efetiva máxima da correia, e a tração máxima de vão do tracionador em simulações computadorizadas. A Roda Dentada Oblonga

[0057] 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 com a primeira roda dentada oblonga por membro dentado sem fim (200), e a primeira roda dentada oblonga (10) tendo uma magnitude e um fase de tal modo que um erro de sincronização de deslocamento angular entre a roda dentada e a primeira roda dentada oblonga é menor do que 1,5 graus pico a pico.

[0058] FIG. 1 é uma vista lateral de uma roda dentada oblonga. A roda dentada inventiva 10 compreende uma superfície dentada 11. A superfície dentada 11 engata uma correia dentada. A superfície dentada 11 compreende áreas de ressalto 12 e ranhuras adjacentes 13. As ranhuras 13 têm um formato que é compatível com o projeto correspondente de uma forma de dente de uma correia dentada. Correias dentadas são também referidas como correias síncronas uma vez elas são usadas para sincronizar a rotação de um acionador e roda dentada acionada.

[0059] A roda dentada 10 compreende uma porção 14 e uma 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 porções 14 e 15 são segmentos de um círculo uma vez que os raios R1 e R2 são iguais e constantes. O uso de segmentes circulares desta maneira reduz a complexidade do projeto e processo de fabricação para a roda dentada inventiva.

[0060] 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, assim conferindo o formato oblongo à roda dentada. A superfície da roda dentada 11 é reta, isto é, linear ou plana entre pontos 160 e 161, e 162 e 163.

[0061] 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 pontos 160 e 161, e 162 e 163. Assim, 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 20 da roda dentada, que é chamada a "magnitude" de excentricidade da roda dentada oblonga. Também, 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 20 da roda dentada. As dimensões dadas são apenas para a finalidade de ilustração e não são destinadas a ser limitativas. Segue também que um eixo maior da roda dentada tem uma dimensão de comprimento: Lmaior = R1 + R2 + W. Um segmento maior (MG) para cada porção 14, 15 tem uma dimensão: MG = (R1 + W/2) ou (R2 + W/2). Um eixo menor da roda dentada tem uma dimensão de comprimento: Lmenor = R1 + R2.

[0062] Uma definição mais geral de magnitude, que pode também ser mais útil para rodas dentadas com mais do que dois lóbulos, é a diferença entre o segmento maior máximo e o segmento menor mínimo (isto é, MG – R1 ou MG – R2 neste caso de dois lóbulos). No caso de dois lóbulos simétricos, a magnitude é apenas W/2. Em concepções assimétricas ou com mais do que dois lóbulos, vai haver pequenos desvios de W/2.

[0063] 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 contrariada que é descrita em outro lugar neste relatório descritivo. A roda dentada 10 pode ser projetada usando passo de superfície constante, passo angular constante ou uma combinação dos dois. “Passo de Superfície” é definido como a distância entre quaisquer dois “pontos de passo” consecutivos, correspondentes, sobre o OD da roda dentada, medido em torno da linha do OD. Passo de Superfície Constant é calculado como se segue: SP = (((((Ng × Nom Passo) / Pi) – PLD) × Pi) / Ng), onde SP = Passo da Superfície, Ng = Número de ranhuras na roda dentada, Nom Passo = Passo nominal do sistema, Pi = ~3,141, e PLD = PLD diametral do sistema.

[0064] “Passo Angular” é definido como a diferença angular entre quaisquer dois “pontos de passo” consecutivos correspondentes sobre uma roda dentada e pode ser medido em graus ou radianos. Passo Angular Constante é definido como se segue: AP = 360 / Ng (Graus), onde AP = Passo Angular, e Ng = Número de ranhuras na roda dentada.

[0065] O perfil de ranhura da roda dentada pode ser individualmente projetado para se adequar à dinâmica particular do motor.

[0066] O módulo elástico do vão da correia, em combinação com o módulo do dente e o desvio da roda dentada (W/2) é otimizado para reduzir substancialmente ou cancelar flutuações de tração a predeterminadas velocidades 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 requeridas. 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 substancialmente ou cancela todas as flutuações de tração de outra forma transmitidas através da correia e do sistema de acionamento por correia.

[0067] FIG. 2 é uma vista lateral de uma modalidade alternativa da roda dentada. Esta modalidade compreende três segmentos lineares dispostos entre porções arqueadas 14, 15, 16 como de outra forma descrito na FIG. 1. Os três segmentos lineares (161 a 162) e (163 a 164) e (165 a 166) são 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 são igualmente espaçados em torno da circunferência da roda dentada a intervalos de aproximadamente 120°. FIG. 9 é representativa da característica de 1,5-ésima ordem de carga em um sistema usando a roda dentada mostrada na FIG. 2.

[0068] FIGs. 3, 4 e 5 são alguns planejamentos típicos de acionamento para motores de combustão interna de quatro tempos e quatro cilindros, usando um sistema de correia dentada para acionar a árvore de came e auxiliares. Estes motores tipicamente apresentam uma alta dinâmica de 2ª ordem. Dependendo da especificação da bomba de combustível, alguns motores diesel podem ter uma 1,5-ésima ordem que é dominante. Diagramas esquemáticos mostrando tal dinâmica podem ser vistos nas FIGs. 7, 8 e 9.

[0069] A fim de contrariar a dinâmica de 2ª ordem, a roda dentada inventiva 10 é fixada ao virabrequim do motor CRK. Dependendo da presença de outras ordens dominantes, pode ser necessário aplicar modalidades alternativas da roda dentada. Estas podem ser ligadas ao virabrequim, mas podem igualmente ser aplicadas em qualquer lugar no sistema, por exemplo sobre a bomba d’água, bomba de combustível ou sobre a(s) roda(s) dentada(s) da árvore de came. O virabrequim do motor é o acionador para todo o sistema de acionamento por correia. A direção acionada da correia é DoR. Devido à razão da roda dentada, o virabrequim do motor CRK gira duas vezes para cada rotação da árvore de came CAM1.

[0070] Na FIG. 3, a roda dentada 300 é conectada à árvore de came CAM1 e a roda dentada 304 é conectada a uma segunda árvore de came CAM2. Rodas loucas IDR1 e IDR2 conhecidas na técnica são usadas para manter um encaminhamento apropriado da correia e controle de tração. A roda dentada 100 é conectada à bomba d’água WP. A correia 200 é arrastada entre as diversas rodas dentadas. O sentido de rotação para a correia 200 é mostrado como DoR. O ponto em que a correia 200 engata a roda dentada do virabrequim CRK é 201. A inércia e as cargas de torque da árvore de came são representadas por 301.

[0071] A correia dentada 200 é arrastada entre a roda dentada 10 e roda dentada de came 300. Um ponto de entrada da correia 201 é aquele ponto em que a correia 200 engata a roda dentada. O comprimento de vão da correia entre o virabrequim CRK e a roda dentada de came 304 é “SL”.

[0072] Similarmente nas FIGs. 4 e 5, a roda dentada da árvore de came 300 é ligada à árvore de came CAM do motor. Na FIG. 4, a característica de carga 301 inclui a característica de torque de uma bomba de combustível ligada à traseira da árvore de came enquanto na FIG. 5, o torque da bomba de combustível é representado por característica de carga 302. Inércias e cargas de torque (301, 302, 101) causadas por outros componentes tais como bombas d´’água e de vácuo podem também estar presentes da mesma forma, a saber, WP (100) na FIG. 4 e FIG. 5. Na FIG. 4 IDR1 e IDR2 são rodas loucas conhecidas na técnica para guiar propriamente a correia 200. Na FIG. 4, o comprimento de vão da correia entre a roda dentada do virabrequim 10 e a roda dentada de came 300 é “SL”.

[0073] Para um motor a gasolina as cargas de torque dominantes cíclicas flutuantes são normalmente uma característica da árvore de came. Para um motor a diesel a ordem dominante pode ser produzida pela árvore de came e/ou uma bomba de injeção de combustível pode ser incluída no sistema de acionamento. Os torques causados pela bomba d’água e bomba de vácuo podem variar, mas eles não são cíclicos, dentro de seu próprio direito, no mesmo período ou frequência que as árvores de came e não são normalmente características dominantes da dinâmica do acionamento.

[0074] FIG. 5 é uma vista em perspectiva de uma outra modalidade com motor de came único com a 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 mostrada roda dentada P1 que é usável com uma outra correia multi-atritada 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 por 302. A roda dentada 100 é conectada à bomba d’água WP. Na FIG. 5 a carga de torque causada por uma bomba de injeção de combustível é representada por 302.

[0075] Uma característica de carga total típica para um motor de quatro tempos, quatro cilindros, é representada pela curva “E” na FIG.7. As curvas “D” e “C” representam características típicas de 2ª e 1,5-ésima ordem que foram extraídas da característica de carga total. A característica de carga de um motor acionado a gasolina de quatro tempos e quatro cilindros em linha, não iria incluir normalmente uma 1,5-ésima ordem.

[0076] A variação do raio médio no ponto de engate da correia 201 da roda dentada inventiva 10 à medida que ela gira é a curva “C” nas FIGs. 8 e 9. A integral da curva “C”, que é a variação de comprimento efetiva da correia na FIG. 4, é a curva “D” nas FIGs. 8 e 9. A derivada da variação no raio médio da roda dentada é a aceleração de um dado ponto sobre a superfície dentada, 11, devido à variação do formato da roda dentada.

[0077] A fim de contrariar a dinâmica de 2ª ordem, a porção plana 16 da roda dentada oblonga 10 é disposta em relação de sincronização com a roda dentada da árvore de came 300 de tal modo que um comprimento efetivo da correia 200 entre a roda dentada 300 e a roda dentada 10 na FIG. 4 é feito variar de uma maneira que cancela substancialmente a trações alternantes da correia causadas pelas flutuações de torque cíclicas da árvore de came. Como um exemplo de um projeto para cancelar a dinâmica de 2ª ordem, isto pode ser conseguido por sincronização do comprimento máximo de roda dentada 10 (R1+R2+W) para coincidir com o ponto de entrada de correia 201 quando o torque da árvore de came e, portanto, a tração da correia, está em um máximo.

[0078] A característica dimensional absoluta de um acionamento contendo uma roda dentada oblonga é dependente de parâmetros tais como o torque flutuante, a módulo de vão da correia, as inércias de cada um dos acessórios acionados no sistema, a tração de instalação da correia e a interação entre a correia e rodas dentadas. A interação entre a correia e rodas dentadas é dependente de parâmetros tais como o número de dentes em engrenamento sobre a roda dentada, o módulo de dente da correia, as dimensões da correia e o coeficiente de fricção entre a correia e as superfícies de roda dentada.

[0079] FIG. 6 é um esquema de um motor a gasolina de came geminado de quatro tempos e quatro cilindros. O sistema ilustrativo compreende cames CM1, CM2 e a correia B arrastada entre eles. Ela ainda compreende tracionador TEN, bomba d’água WP e roda dentada do virabrequim CRK. O sentido direção de rotação de correia B é DoR. Os comprimentos de vão 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 de vão da correia entre a roda dentada do virabrequim CRK e a roda dentada do came CM1 é “SL”. Para finalidades de cálculo uma vez que não há nenhum grande impacto de carga entre CM1 e CRK em DoR, estas podem ser tratadas como um vão “SL”. Valores típicos aproximados para as variáveis para o sistema descrito na FIG. 6 são os seguintes: Flutuações típicas de torque de came são: +40N/-30N Módulo de vão da correia: 240 MPa

[0080] Valores típicos de inércia de componente são: CRK = 0,4 gm²; CM1 = CM2 = 1,02 gm²; WP = 0,15 gm².

[0081] Tração de Instalação da Correia: 400 N (a tração de instalação é mantida pelo tracionador TEN preferivelmente usando o tracionador descrito aqui).

[0082] Dentes em engrenamento sobre três rodas dentadas: CRK ⇒ 9 dentes; CM1, CM2 ⇒ 15 dentes.

[0083] Dimensões da correia: largura = 25,4 mm; comprimento = 1257,3 mm.

[0084] Valores típicos para os coeficiente de fricção para a superfície da roda dentada 11 estão em uma faixa de 0,15 a 0,5, tipicamente 0,2.

[0085] Valores típicos de tração de instalação da correia podem estar na faixa de 75 N até 900 N dependendo das exigências do sistema.

[0086] Um módulo de vão da correia é dependente da construção do membro de tração, do número de cordões do membro de tração dentro da correia e da largura da correia. Um exemplo de módulo de vão da correia para uma correia de 25,4 mm de largura tendo vinte membros de tração de fibra de vidro pode estar na região de aproximadamente 240 MPa.

[0087] FIG. 7 é representativa de uma característica de carga total típica para a roda dentada acionada de um motor diesel de quatro tempos e quatro cilindros, incluindo curvas extraídas para a 1,5-ésima (curva “C”) e 2ª (curva “D”) ordens. A característica de carga de um motor acionado a gasolina de quatro tempos e quatro cilindros em linha não iria normalmente incluir uma 1,5-ésima ordem. O “Desvio” refere-se a W/2. A “Carga Total” se refere à FIG. 7, linha “E”.

[0088] Na FIG. 7, linha “A” é zero torque. A linha “B” ilustra o torque médio no sistema de acionamento por correia. A curva “C” é a característica de torque de 1,5-ésima ordem extraída da curva de carga total “E”. A curva “D” é a característica de torque de 2ª ordem extraída da de curva de carga total “E”. A curva “E” é a característica de torque característica do motor medida na CRK do virabrequim. A área sob a curva “E” representa o trabalho executado para girar o motor a uma velocidade particular.

[0089] FIG. 8 é representativa da característica de carga de 2ª ordem (curva “B”) para uma roda dentada acionadora de um motor de quatro tempos, quatro cilindros incluindo a variação de raio (curva “C”) para uma roda dentada oblonga e a variação resultante do comprimento de vão da correia (curva “D”).

[0090] 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 virabrequim à medida que este gira por 360 graus provocado pelo segmento 16 na FIG. 1. A curva “D” é a integral da curva “C” e é a variação efetiva de acionamento por comprimento de vão da correia causada pela roda dentada descrita na FIG. 1.

[0091] FIG. 9 é representativa da característica de 1,5-ésima ordem de carga “B” para uma roda dentada acionadora de um motor diesel de quatro tempos e quatro cilindros com uma bomba de combustível de três pistões, (ou outro dispositivo acionado que vai induzir uma 1,5-ésima ordem), incluindo a variação do comprimento do raio da roda dentada (curva “C”) para uma modalidade alternativa de três lóbulos da roda dentada oblonga (FIG. 2) e a resultante variação do comprimento de vão da correia (curva “D”). O comprimento de vão da correia é a distância entre a roda dentada de came CAM e a roda dentada virabrequim CRK na FIG. 6 por exemplo.

[0092] Na FIG. 9, a linha “A” é zero torque. A curva “B” é a característica de torque de 1,5-ésima ordem extraída da carga total. A curva “C” é a variação no raio efetivo da polia do virabrequim à medida que este gira por 360 graus. A curva “D” é a integral da curva “C” e é a variação efetiva do comprimento de acionamento causada pela modalidade alternativa da roda dentada descrita na FIG. 3.

[0093] 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 fio de tração na correia. O corpo de correia elastomérico de HNBR é ilustrativo e não limitativo. Além de HNBR, outros materiais de corpos de correia podem incluir EPDM, CR (policloropreno) e poliuretano, ou uma combinação de dois ou mais dos acima mencionados. Os materiais compreendem: SS1 (fio de tração de fibra de vidro #1, corpo de HNBR);

SS2 (fio de tração de fibra de vidro #2, corpo de HNBR); SS3 (fio de tração de fibra de vidro #3, corpo de HNBR); SS4 (fio de tração de fibra de carbono, corpo de HNBR); SS5 (fio de tração de aramida, corpo de HNBR); SS6 (fio de tração de fibra de carbono, corpo de HNBR).

[0094] O módulo elástico, M, de cada membro de tração é o declive de cada curva SS1 a SS6, como é conhecido na técnica. Tipicamente esta medição e cálculo são tomados sobre a porção substancialmente linear da curva. Além da fibra de vidro, fibra de carbono e aramida, um outro material do membro de tração pode incluir arame de aço inoxidável de filamento fino ou PBO.

[0095] M = Δtensão/Δdeformação (como medida na porção substancialmente linear da curva).

[0096] Um módulo de vão da correia é dependente da construção do membro de tração, do número de cordões do membro de tração dentro da correia e da largura da correia. Um exemplo de módulo de vão da correia para curva a SS1, para uma correia de 25,4 mm de largura com membro de tração de vinte cordões de fibra de vidro, seria aproximadamente 242 MPa.

[0097] FIG. 11 é uma série de curvas mostrando os efeitos da fasagem/defasagem de um comprimento maior de uma roda dentada oblonga na dinâmica do motor para o sistema na FIG. 6. A curva “D” é a disposição de sincronização ótima entre a posição do comprimento maior da roda dentada no ponto de entrada a correia 201 e pulso de torque. As curvas A, B e C são confundidas no sentido horário a partir da posição da curva “D” por +6, +4 e +2 dentes respectivamente. A curva “E” é confundida com 2 dentes em um sentido anti-horário. A fasagem de comprimento de vão máximo da correia com torque de pico e carga inercial pode variar dependendo das ordens dominantes do acionamento e aquelas que devem ser diminuídas pelo sistema. Um torque de entrada da correia 201 é aquele ponto em que a correia engata a roda dentada. Na FIG. 3 o comprimento de vão é “SL”.

[0098] Com respeito ao intervalo angular ou fasagem, a tolerância angular permissível é calculada usando o seguinte: ±(360/2 × número de ranhuras da roda dentada).

[0099] O acionamento por comprimento de vão da correia está em um máximo quando o torque está no máximo.

[00100] FIG. 12 é um gráfico mostrando o efeito de uma roda dentada oblonga corretamente em fase sobre um motor de came geminado, de quatro tempos, quatro cilindros como ilustrado na FIG. 6. As curvas “A” e “B” representam valores medidos para vibração angular nas rodas dentadas da árvore de cames de entrada e saída respectivamente para um projeto da técnica anterior usando rodas dentadas redondas.

[00101] A título de comparação, as curvas “C” e “D” representam valores medidos para vibração angular nas rodas dentadas das árvores de came de entrada e saída respectivamente com uma roda dentada inventiva usada sobre o virabrequim. A redução resultante de vibração angular é aproximadamente 50%.

[00102] Similarmente, FIG. 13 é um gráfico mostrando o efeito de uma roda dentada oblonga corretamente em fase como descrito na FIG. 1 sobre um motor de came geminado de quatro tempos, quatro cilindros como representado na FIG. 6. As curvas “A”, “B” e “C” representam valores medidos para trações laterais de aperto dinâmico máximas, médias e mínimas respectivamente por uma faixa de velocidades do motor para um projeto de acionamento da técnica anterior. Neste exemplo, esta tração era medida na posição IDR na FIG. 6. Para uma vida útil prolongada da correia a tração lateral de aperto da correia deve ser minimizada. As curvas “D”, “E” e “F” representam valores medidos para trações laterais de aperto de correia máximas, médias e mínimas com a roda dentada inventiva em uso. A redução resultante na tração lateral de aperto de instalação fica na faixa de 50-60% na faixa de velocidade ressonante do motor (aproximadamente 4000 rpm a aproximadamente 4800 rpm). A diminuição da tração lateral de aperto da correia confere potencial para melhoria significante na vida útil operacional da correia.

[00103] O sistema inventivo é útil para reduzir erro de sincronização em motores IC. Erro de sincronização é a discrepância de posição entre uma árvore acionadora e uma acionada causada por fatores aleatórios tais como vibração, imprecisão de componentes e deformação elástica. Neste caso, é a imprecisão de rotação das árvores de came (acionadas) de um motor IC em comparação com o virabrequim (acionador) do motor. Ele é normalmente reportado em graus pico a pico ("pk a pk"). Por exemplo, com referência à FIG. 3, a roda dentada 300 e a roda dentada 304 são cada uma oblonga. O uso das rodas dentadas oblongas reduz significativamente erro de sincronização, o que por sua vez confere uma melhoria na em economia de combustível, abaixa emissões e geralmente melhora o desempenho e a eficiência do motor. Em um nível de componente, erro de sincronização reduzido e cargas mais baixas no sistema leva a melhor durabilidade e menor potencial para problemas de NVH. Redução de tração reduz níveis de NVH e especialmente a ordem de engrenamento no acionamento. A aplicação de roda dentada oblonga para reduzir erro de sincronização não é limitada apenas às árvores de came de um motor. O benefício pode ser igualmente obtido inserindo a roda dentada oblonga sobre manivela ou bomba de combustível.

[00104] FIG. 14 é um gráfico de vibração angular versus velocidade de rotação do virabrequim. A vibração angular exemplificativa diminui à medida que a velocidade do motor aumenta. FIG. 14 apresenta dados para um equipamento de teste para o motor motorizado e um equipamento de teste do motor de ignição. Para um motor motorizado o virabrequim é acionado por um motor elétrico, não há queima de combustível em cada cilindro. Para um motor de ignição o virabrequim é acionado da maneira normal para um motor de combustão interna, isto é, com queima de combustível em cada cilindro. O equipamento de motor motorizado (MER) reflete menos vibração angular do que o equipamento de motor de ignição (FER) para uma dada velocidade de rotação do motor.

[00105] FIG. 15 é um gráfico de ângulo de vibração versus velocidade do virabrequim para um came de entrada. Uma roda dentada oblonga é montada na árvore de came do conjunto de válvula de entrada. Três condições são mostradas. A primeira é para um sistema de acionamento padrão sem nenhuma roda dentada oblonga (Curva A). A segunda é com uma roda dentada oblonga (curva B) e a terceira é com uma roda dentada oblonga e uma correia de alto módulo (Curva C). A fase e magnitude da roda dentada oblonga é 10,5 passos da posição das 3 horas e 1,5 mm. O módulo de correia padrão é 630.000 N e o módulo da correia de alto módulo é 902.000 N. O módulo é dado em Newtons (N) e é definido como a força para se estender por um comprimento unitário em 100%.

[00106] O ângulo de vibração para a terceira condição (Curva C) é significativamente reduzido a menos do que 0,5 grau pico a pico em comparação com o valor para o sistema de acionamento padrão a cerca de 1,5 graus pico a pico, ambos medidos a 4000 RPM.

[00107] FIG. 16 é um gráfico de velocidade do virabrequim versus ângulo de vibração para um came de saída. Uma roda dentada oblonga é montada na árvore de came do conjunto de válvula de saída. Três condições são mostradas. A primeira é para um sistema de acionamento padrão sem nenhuma roda dentada oblonga (Curva A). A segunda é com uma roda dentada oblonga e a terceira é com uma roda dentada oblonga e uma correia alto módulo (Curva B). O ângulo de vibração para a terceira condição é significativamente reduzido a cerca de 0,5 grau pico a pico em comparação com o valor para o sistema de acionamento padrão a cerca de 1,5 graus pico a pico, ambos medidos a 4000 RPM (Curva C). Porém, dependendo do motor a melhoria pode variar de abaixo de 1,5 graus pico a pico a cerca de 0,5 grau, uma redução de um pouco acima de 60%. A fase e magnitude da roda dentada oblonga é 23,5 passos a partir da posição das 3 horas e 1,5 mm. O módulo de correia padrão é cerca de 630.000 N e o módulo da correia de alto módulo é cerca de 902.000 N.

[00108] FIG. 17 é um gráfico de velocidade do virabrequim versus deslocamento angular para um came de entrada. O deslocamento angular é também referido como erro de sincronização e é medido em relação à posição do virabrequim.

Uma roda dentada oblonga é montada na árvore de came de conjunto de válvula de entrada. Três condições são mostradas. A primeira é para um sistema de acionamento padrão sem nenhuma roda dentada oblonga (Curva A). A segunda é com uma roda dentada oblonga e a terceira é com uma roda dentada oblonga (Curva B) e uma correia de alto módulo (Curva C). O deslocamento angular para a terceira condição é significativamente reduzido a menos do que 0,5 grau pico a pico em comparação com o valor para o sistema de acionamento padrão a cerca de 1,5 graus pico a pico, ambos medidos a 4000 RPM (Curva C). Porém, dependendo do motor a melhoria pode variar de abaixo de 1,5 graus pico a pico a cerca de 0,5 grau, uma redução de um pouco acima de 60%. A fase e magnitude da roda dentada oblonga são 10,5 passos a partir da posição e relógio das 3 horas e 1,5 mm. O módulo de correia padrão é cerca de 630.000 N e o módulo da correia de alto módulo é cerca de 902.000 N.

[00109] FIG. 18 é um gráfico de velocidade do virabrequim versus deslocamento angular para um came de saída. Uma roda dentada oblonga é montada na árvore de came do conjunto de válvula de saída. Três condições são mostradas. A primeira é para um sistema de acionamento padrão sem nenhuma roda dentada oblonga (Curva A). A segunda é com uma roda dentada oblonga (Curva B) e a terceira é com uma roda dentada oblonga e uma correia de alto módulo (Curva C). O deslocamento angular para a terceira condição é significativamente reduzido a cerca de 0,5 grau pico a pico em comparação com o valor para o sistema de acionamento padrão a cerca de 1,5 graus pico a pico, ambos medidos a 4000 RPM. Porém, dependendo do motor a melhoria pode variar de abaixo de 1,5 graus pico a pico a cerca de 0,5 grau, uma redução de um pouco acima de 60%. A fase e magnitude da roda dentada oblonga é 23,5 passos a partir da posição das 3 horas e 1,5 mm. O módulo de correia padrão é cerca de 630.000 N e o módulo da correia de alto módulo é cerca de 902.000 N.

[00110] FIG. 19 é um diagrama mostrando o efeito fasagem da roda dentada oblonga em relação a cada erro de sincronização de árvore de came. O eixo Y é deslocamento angular, ou erro de sincronização, de cada came de roda dentada com referência ao virabrequim. Ele é citado como um valor pico a pico, ou seja, a diferença numérica entre mínimo e máximo. As colunas 1 e 2 do diagrama reportam uma configuração de acionamento padrão usando todas rodas dentadas redondas. A coluna 3 reporta o uso de uma roda dentada oblonga de 3ª ordem instalada na árvore de came de entrada e a de saída. Cada roda dentada é posicionada de tal modo que o desvio máximo está em linha com os lóbulos da árvore de came. As colunas 4 a 13 reportam várias tentativas usando diferentes desvios das rodas dentadas oblongas. A posição das “3 horas” é o dado para todos os desvios angulares. Os valores dados são simplesmente o número de passos, ou ranhuras “g”, através dos quais o ponto de dado da roda dentada era girado a partir dessa posição. “Ponto de dado” é o ponto usado como referência para medições angulares. Isto é definido na posição das 3 horas. A sigla “cw” se refere a sentido horário. Por exemplo, “Ex. 23,5g cw” se refere à posição das 3 horas e a roda dentada oblonga do came de saída tendo um desvio de 23,5 ranhuras no sentido horário a partir da posição das 3 horas sobre o motor.

[00111] FIG. 20 é um diagrama mostrando o efeito da fasagem da roda dentada oblonga em relação a cada erro de sincronização de árvore de came com uma correia de alto módulo e padrão. O eixo Y é deslocamento angular em graus pico a pico, ou erro de sincronização, de cada roda dentada de came com referência ao virabrequim. Ele é citado como um valor pico a pico, ou seja, a diferença numérica entre mínimo e máximo. Colunas 1 e 3 do diagrama reportam um padrão de acionamento definido usando todas rodas dentadas redondas. Cada coluna reporta uso de uma roda dentada oblonga de 3ª ordem instalada na árvore de came de entrada e de saída. Cada roda dentada é posicionada de tal modo que desvio max está em linha com os lóbulos da árvore de came. Colunas 2 e 4 a 8 reportam vários ensaios usando diferentes desvios das rodas dentadas oblongas. A posição das “3 horas” é o dado para todos desvios. Os valores dados são simplesmente o número de passos, ou ranhuras, através de que o ponto de dado da roda dentada era girado a partir dessa posição. “Ponto de dado” é o ponto usado como referência para medições angulares. Isto é definido na posição das 3 horas. A fase e magnitude da roda dentada oblonga é 23,5 passos para a saída e 10,5 passos para a entrada a partir da posição das 3 horas e 1,5 mm para cada. O módulo de correia padrão é cerca de

630.000 N e o módulo da correia de alto módulo é cerca de

902.000 N.

[00112] FIG. 21 é um diagrama mostrando o efeito de uma roda dentada oblonga sobre erro de sincronização por largura da correia. Coluna 1 reporta uma correia de 14 mm de largura em um sistema usando rodas dentadas redondas. Coluna 2 reporta uma correia de 14 mm de largura em um sistema usando rodas dentadas oblongas. Coluna 3 reporta uma correia de 14 mm de largura usando uma correia de alto módulo em um sistema usando rodas dentadas padronizadas. Coluna 4 reporta uma correia de 14 mm de largura usando uma correia de alto módulo em um sistema usando rodas dentadas oblongas. Coluna 5 reporta uma correia de 18 mm de largura usando uma correia de módulo padronizado em um sistema usando rodas dentadas padronizadas.

[00113] FIG. 22 é um diagrama mostrando o efeito de uma roda dentada oblonga em erro de sincronização por magnitude de excentricidade. Cada coluna reporta uma roda dentada oblonga usada sobre as árvores de came de entrada e saída. A magnitude de excentricidade para cada sistema varia de 1,0 mm a 1,5 mm.

[00114] Um teste para validar a efetividade da roda dentada oblonga para reduzir a dinâmica de sistema de acionamento por correia pode ser conduzido sobre motores tanto motorizados quanto de ignição. Os resultados para melhoria do erro de sincronização incluídos nas figuras foram gerados sobre um motor motorizado. Embora na maioria dos casos estes resultados se transfiram para um motor de ignição, em alguns casos rodas dentadas oblongas não reduzem a dinâmica sobre certos motores. O teste deve ser realizado sobre um motor de ignição para assegurar que as melhorias requeridas sejam conseguidas e sejam confiáveis. As etapas necessárias para conduzir o teste são conhecidas na técnica de dinâmica de motor. Estas também incluem que os sensores de vibração precisam operar em um ambiente com óleo, precisam ser capazes de suportar até 160°C, e precisam ser capazes de resistir a ataque químico a partir de óleo e aditivos. Verificações de consistência são realizadas no início e no fim de cada série de marchas de teste. Medições são tomadas durante uma marcha lenta até a velocidade máxima do motor em uma rampa de 60 s. Um sistema Rotec padrão pode ser usado para captura e análise de dados. O Tracionador

[00115] A invenção compreende um tracionador compreendendo uma base tendo uma porção cilíndrica estendendo-se axialmente, a porção cilíndrica compreendendo uma superfície radialmente externa e uma porção de recepção que fica radialmente para dentro da superfície radialmente externa, um braço excêntrico pivotavelmente engatado com a superfície radialmente externa, uma mola de torção disposta dentro da porção de recepção radialmente para dentro, a mola de torção aplicando uma força tensionadora ao braço excêntrico e uma polia articulada no braço excêntrico.

[00116] FIG. 23 é uma vista explodida do tracionador preferido. O tracionador 400 compreende uma base 410. A base 410 compreende uma porção cilíndrica axialmente estendida 412 tendo uma superfície externa 414. A porção cilíndrica 412 compreende ainda uma abertura 411 e uma porção de recepção 418.

[00117] O braço excêntrico 420 pivota em torno da porção cilíndrica 412. Um embuchamento 460 é disposto entre a superfície interna 422 e a superfície externa 414. O embuchamento 460 compreende uma fenda 461 que se alinha substancialmente com a abertura 411 na porção cilíndrica

412. Uma polia 440 é articulada na superfície 421 sobre um mancal de agulha 450. Um mancal de agulha é usado em um ambiente de banho de óleo. Outros mancais conhecidos na técnica também são apropriados.

[00118] Uma mola de torção 430 engata e tensiona o braço excêntrico 420 para uma correia (não mostrada) a fim de aplicar uma carga de correia. Uma extremidade 431 se projeta através da fenda 461 e da abertura 411 para engatar a porção de recepção 424 do braço excêntrico 420. A extremidade 432 engata uma porção de recepção 415 na base 410. A mola de torção 430 é inteiramente disposta dentro da porção de recepção 418. A porção de recepção 418 é uma porção oca central da porção cilíndrica 412. A mola de torção 430 é coplanar com o mancal 450, a polia 440 e o braço excêntrico

420. A mola de torção 430 é disposta radialmente para dentro da polia 440, do mancal 450, do embuchamento 460 e da porção cilíndrica 412. A saber, a mola de torção 430, o mancal 450, a polia 440 e o braço excêntrico 420 são todos concentricamente dispostos de tal modo que nenhum dentre os componentes listados é axialmente deslocado, ao longo do eixo A-A, em relação aos outros.

[00119] Um anel de retenção 406 engata a fenda circunferencial 416 na base 410. O anel de retenção 405 engata a fenda circunferencial 423 no braço excêntrico 420. O anel de retenção 405 retêm o mancal 450 sobre o braço excêntrico 420. O anel de retenção 6 retêm o braço excêntrico 420 sobre a base 410. Na presença de óleo, cada anel de retenção 405 e 406 pode agir como uma arruela de empuxo para transmitir forças axiais.

[00120] A polia 440 é encaixada por pressão sobre o mancal 450. Um fixador 404 se projeta através da mola de torção 430 e do furo 417 na base 410 para fixar o tracionador 400 a uma superfície de montagem tal como um motor (não mostrado).

[00121] O embuchamento 460 compreende um coeficiente de fricção (COF) dinâmico na faixa de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,20. Um COF estático é preferivelmente mais baixo do que o COF dinâmico.

[00122] FIG. 24 é uma vista explodida de topo. O braço excêntrico 420 pivota em torno do eixo A-A, cujo eixo é centrado sobre a porção cilíndrica 412 e se projeta através do fixador 404. O braço excêntrico 420 pivota em torno do eixo A-A. A polia 440 gira em torno de “B” que é o centro geométrico do braço excêntrico 420. “B” é desviado excentricamente do eixo A-A deste modo permitindo movimento pivotante excêntrico do braço excêntrico 420 que por sua vez permite que o tracionador 400 aplique uma carga variável a uma correia (não mostrada).

[00123] FIG. 25 é uma vista em perspectiva da base. A porção de recepção de extremidade 415 é disposta em uma extremidade da porção de recepção 418 na base 410. A extremidade 432 engata a porção de recepção 415 deste modo fixando a extremidade 432 e agindo como um ponto de reação para a mola de torção.

[00124] FIG. 26 é uma vista em perspectiva do braço excêntrico. “B” é o centro geométrico da polia 420 e é o ponto em torno de que a polia 440 gira. O braço excêntrico 420 pivota em torno de “A” sobre o eixo A-A. A porção de recepção 424 engata a extremidade 431 da mola 430.

[00125] FIG. 27 é uma vista em perspectiva da mola de torção. A extremidade 431 se projeta na porção de recepção 424 do braço excêntrico 420. A extremidade 432 engata a porção de recepção 415.

[00126] FIG. 28 é uma vista em corte transversal do tracionador. A mola de torção 430, o embuchamento 460, a porção cilíndrica 412, o braço excêntrico 420, o mancal 450 e a polia 440 são todos concentricamente dispostos de tal modo que nenhum dos componentes listados é axialmente deslocado, ao longo do eixo A-A, em relação aos outros. Esta disposição totalmente concêntrica e aninhada minimiza a altura (ou largura) do tracionador permitindo que ele seja usado em aplicações muito estritas.

[00127] FIG. 29 é uma vista explodida de uma modalidade alternativa. Os componentes são os mesmos que os descritos aqui, com a exceção de que o mancal 451 é um mancal liso e o embuchamento 460 é omitido. Esta modalidade alternativa é configurada para funcionar em óleo e/ou é servida com lubrificação por respingo de óleo. O braço excêntrico 420 pivota em torno do eixo A-A. A polia 440 gira em torno do eixo B-B ver FIG. 26. O eixo A-A é disposto afastado do eixo B-B e assim não é coaxial com o eixo A-A deste modo permitindo movimento pivotante excêntrico do braço excêntrico 420.

[00128] FIG. 30 é uma vista de topo da modalidade alternativa da FIG. 29.

[00129] FIG. 31 é uma vista em corte transversal da modalidade alternativa da FIG. 29. A mola de torção 430, o braço excêntrico 420 e o mancal 451 são concentricamente dispostos de tal modo que nenhum dos componentes listados é axialmente deslocado, ao longo do eixo A-A, em relação aos outros. Um conduto de fluido 471 na base 410 fornece um trajeto para um fluido tal como óleo escoar a partir do sistema de óleo do motor (não mostrado) para o mancal 451 via o conduto de fluido 473, deste modo lubrificando o mancal. O anel em O 472 proporciona um meio para vedar a conexão para o sistema de óleo do motor.

[00130] FIG. 32 é uma vista lateral de uma modalidade alternativa. Ao invés de um braço excêntrico 420 e polia 440, esta modalidade alternativa compreende um came 445. O came 445 opera sobre o mesmo princípio que o braço excêntrico 420 e ele ocupa a mesma posição no dispositivo. Não há nenhuma polia 440. O came 445 engata um membro alongado 480. O membro alongado 480 pode compreender qualquer material de baixa fricção apropriado conhecido na técnica. O membro alongado 480 pode também ser referido como uma guia deslizante. Uma corrente “C” engata deslizantemente uma superfície de guia deslizante 480. Um pivô 481 é disposto em uma extremidade da guia deslizante. A guia deslizante 480 pivota em torno do pivô 481 em resposta à rotação do came

445. Devido à forma excêntrica da superfície 446 a rotação do came 445 faz a guia deslizante 480 pivotar em torno de 481 deste modo mantendo uma carga sobre a corrente “C”. Esta modalidade é útil em um sistema de sincronização de motor de combustão interna a título de exemplo. Esta modalidade pode ser usada com uma correia de sincronização e vez de uma corrente.

[00131] FIG. 33 é uma vista em perspectiva da modalidade alternativa na FIG. 32. A superfície 446 de came 445 engata a guia deslizante 480. O Sistema de Acionamento por Correia Síncrona

[00132] O sistema de acionamento inventivo inclui uma correia, pelo menos uma roda dentada oblonga como descrito acima e um tracionador como descrito acima. Um sistema de acionamento inclui pelo menos duas rodas dentadas, uma roda dentada acionadora e uma roda dentada acionada. Pelo menos uma dentre as rodas dentadas acionadora e acionada é oblonga como descrito aqui. O tracionador é preferivelmente projetado como descrito aqui e pode utilizar uma polia louca no lado posterior ou um cursor para contatar um vão de correia.

[00133] Em uma modalidade, o sistema de acionamento por correia síncrona é um acionamento de came suspenso para um motor de combustão interna, por exemplo, para um veículo automotivo ou outro veículo terrestre. Exemplos foram apresentados acima e são ilustrados nas FIGs. 3-6. A FIG. 3 e a FIG. 6 representam sistemas de acionamento exemplificativos de came duplo suspenso, enquanto que a FIG. 4 e a FIG. 5 representam sistemas de acionamento de came único, suspenso. Cada um destes exemplos têm a roda dentada de manivela como o acionador e uma ou mais rodas dentadas de came como uma roda dentada acionada. Cada acionamento também pode incluir várias disposições de roda louca no lado posterior e uma bomba d’água e um tracionador como descrito aqui. O acionamento da FIG. 5 inclui uma bomba de injeção. Os acionamentos podem ser para motores diesel ou a gás. Em outras modalidades, o acionamento pode ser para um único componente acionado tal como uma bomba ou uma árvore de balanceamento, incluindo por exemplo, apenas uma roda dentada de manivela, uma roda dentada acionada para o componente acionado e o tracionador. Em cada caso e incontáveis outras variações dos sistemas de acionamento, os princípios inventivos descritos aqui podem ser utilizados para proporcionar um sistema de acionamento síncrono que pode ou funcionar a seco ou em contato com óleo ou outros fluidos do motor, e que podem ter uma largura de acondicionamento substancialmente mais estreita do que os acionamentos anteriores.

[00134] A vantagem primordial do projeto de tracionador descrito acima para o sistema de acionamento por correia síncrona é a compacidade. Em acionamentos por correia convencionais, o tracionador é frequentemente o componente maior, assim, limitando significativamente a largura de acondicionamento global. Com o projeto de tracionador descrito aqui, a correia pode ser feita tão pequena quanto desejável e o tracionador e outras rodas dentadas podem ter praticamente a mesma largura mais uma pequena quantidade para folga, ou apenas ligeiramente mais larga se for desejado acomodar algum desgaste ou potencial desalinhamento.

[00135] O uso da roda dentada oblonga ou rodas dentadas, em conjunto com a correia de sincronização de alto módulo, resulta em um acionamento que funciona surpreendentemente bem com uma correia de largura estreita. Reduzir a largura da correia é geralmente associado na técnica com trações e cargas (por unidade de largura) aumentadas sobre a correia, resultando em deflexões aumentadas no comprimento de vão e deflexões de dente, resultando por sua vez em pior precisão de sincronização e pior durabilidade. Porém, os presentes sistemas podem mostrar sincronização muito melhorada, associada com trações e cargas diminuídas sobre a correia e suficiente durabilidade. Exemplos

[00136] Para cada um dos exemplos abaixo, o planejamento de teste é um acionamento de came duplo suspenso em um motor de três cilindros que é acionado por um motor elétrico acoplado ao virabrequim como ilustrado na FIG. 35. O motor de 3 cilindros é conhecido como o motor Fox 1,0L produzido pela Ford Motor Company. O sistema de sincronização de acionamento umedecido com estoque de óleo é modificado para acomodar os vários acionamentos de teste descritos abaixo. Todos são postos em marcha umedecidos com óleo, com óleo Castrol Magnatec 5W-20 a uma temperatura do óleo de 140°C. O planejamento de teste 240, inclui uma polia acionadora de ranhuras 19 ou de manivela 243 e duas polias acionadas de ranhuras 38 de came 242, 245 com perfil de ranhura RPX e passo de 9,525 mm para se conjugar com a correia 200 que tem um perfil de dente RPP. O perfil de velocidade e os detalhes da largura da correia, polias e tracionador 244 foram variados como descrito abaixo.

[00137] Três correias exemplificativas mostradas na TABELA 1 foram usadas em vários testes do sistema. A correia 1 é a correia de estoque para o motor FOX 1,0L, como fornecido por por Dayco. A correia 2 é uma correia com capacidade para óleo fornecida por Gates Unitta Asia. A correia 3 é uma versão modificada da correia 2 em que o fio de tração é substituído por um fio híbrido de fibra de carbono enrolado com fibra de vidro U (um vidro de alta resistência mecânica).

[00138] Acredita-se que a correia 1 é construída como descrito em WO2005080820 por Dayco.

[00139] Acredita-se que a correia 2 é construída com os materiais de correia como descritos na Pub. de Pat. U.S. Nº 2014/0080647A1 para Yamada et al., que é incorporada aqui por referência. O pano de dente era um tecido de sarja 2x2 com fio de esticamento elástico de para-aramida/náilon na trama e náilon na urdidura. O pano do dente era tratado com um tratamento epoxi+látex NBR+endurecedor, como descrito na

Pub. de Pat. U.S. Nº 2014/0080647A1 para Yamada et al. O tratamento era aplicado por imersão e secagem em uma estufa convencional. O pano de suporte era um pano tecido, de esticamento de náilon 66 de sarja 2x2, tratado com RFL à base de látex NBR. Um corpo de correia (tanto dente quanto de suporte) de composição de borracha era baseada em uma borracha de copolímero contendo grupo nitrila, a saber HNBR incluindo um reforço de fibra curta, resorcinol e um composto de melamina. A composição de borracha do corpo da correia incluía ainda ingredientes adicionais conhecidos na técnica, incluindo negro de fumo, algum plastificante, anti- degradantes, curativos e coagentes. O fio de tração 18 para a correia de sistema A era fios de fibra de vidro torcidos de alta resistência mecânica, tratados com tratamento NBR RFL para resistência a óleo para uso em ambientes umedecidos com óleo.

[00140] A correia 3 é construída da mesma forma que a correia 2, exceto por um fio de tração diferente. A correia 3 tinha o cordão de vidro substituído por um cordão híbrido de carbono/vidro como descrito na Pat. U.S. N° 7.682.274, isto é, um fio de núcleo de fibra de carbono circundado por uma pluralidade de fios de fibra de vidro de alta resistência mecânica. TABELA 1 Correia 1 Correia 2 Correia 3 Correia 4 Correia 5 Fabricante Dayco Gates Gates Cordão de Vidro K Vidro U Híbrido Tração CF/vidro U híbrido Camisa aramida de aramida de aramida de esticamento semi- semi- /náilon esticamento esticamento /náilon /náilon Borracha do HNBR HNBR HNBR corpo Resistència 18,7 17,9 a Tração (kN/18mm/fi -lamento) Rigidez em 20 33 tração (kN/mm/defo rmação) Cisalhament 3,6 4,3 o de dente (N/18mm) Primeira série de testes de sistemas comparativos

[00141] O planejamento de teste para esta primeira série de testes incluía o tracionador de estoque e polias que se conjugavam em inércia com as polias de estoque. As polias de came eram redondas e cortadas com um diferencial de linha de passo diametral de 1,5 mm (DPLD) e a polia de manivela tinha um DPLD de 1,45 mm. Ambas rodas dentadas de came eram conjugadas em inércia com as polias de estoque incluindo o aparelho de estoque VVT. O tracionador 244 era um tracionador compacto de estoque com um único centro excêntrico e amortecimento simétrico, proporcionando uma tração de instalação de cerca de 500 N e tendo uma polia lisa de 62 mm de diâmetro. A largura de face da polia do tracionador era 24,5 mm, e a largura global do tracionador era cerca de 36 mm. Este era o componente maior, de modo que a largura de polia de acondicionamento de acionamento comparativa global era cerca de 36 mm. A velocidade de manivela era variada entre 5000 e 6000 rpm, alternativamente indo em rampa para cima por 10 s e para baixo por 10 s.

[00142] Cinco sistemas de acionamento foram testados, como indicado na TABELA 2, e um resultado para um sexto sistema foi previsto com base nos outros cinco. Apenas a correia era variada nestas séries. Correia 1 era usada em três diferentes larguras, 18 mm, 12 mm e 10 mm. Correia 2 era usada em duas diferentes larguras, 18 mm e 10 mm, e um resultado era previsto para a largura de 12 mm.

Dois equipamentos de teste similares foram usados.

Os sistemas foram postos em marcha por um tempo fixo para Sistema Comparativo ("Comp.") 1 e 2 e até a falha da correia para os outros sistemas.

Os resultados para os sistemas 3 e 6 indicam que o Equipamento 1 dava tipicamente um tempo de marcha um pouco mais longo do que Equipamento 2. Tal variação no teste do sistema não é incomum.

Estes testes eram usados como uma linha de base para testes do sistema inventivo.

Um outro teste foi feito com correias de 10 mm de largura devido à meta de minimizar o tamanho de acondicionamento do sistema e o desejo de evitar tempos de marcha excessivamente longos.

TABELA 2 Sistema Sistema Sistema Sistema Sistema Sistema Comp.1 Comp.2 Comp.3 Comp.4 Comp.5 Comp.6 Construção Correia Correia Correia Correia Correia Correia da Correia¹ 1 2 1 2 1 2 largura da 18 18 12 12 10 10 correia (mm) Tempo de - - 2300 >20003 -- 1300 marcha (h) Equipamento 1 Tempo de 1240² 1240² 1800 -- 497 777 marcha (h) Equipamento 2 Indicações trincas abrasão de desgaste na raiz moderada Resistência 43 51 a tração retida (%)4 Cisalhament 69 60 o Retido de Dente (%)4

¹ Ver Tabela 1. ² O teste era suspenso sem falha da correia. ³ Vida Prevista. 4 Para os sistemas 3, 5 e 6, a correia era posta em marcha para falha completa, de modo que nenhum ensaio de tração era possível. Segunda série de testes de sistemas comparativos versus inventivos

[00143] O planejamento de teste para esta segunda série de testes era o mesmo que para a primeira série, isto é, como mostrado na FIG. 35, porém o equipamento de teste era um terceiro equipamento, isto é, equipamento 3. O equipamento 3 diferia dos equipamentos 1 e 2 visto que o volante de estoque era incluído no equipamento 3, mas não nos equipamentos 1 e 2. Dois sistemas de acionamento foram testados sobre o Equipamento 3, como indicado na TABELA 3. O Sistema Comp.7 incluía o tracionador de estoque e polias que eram conjugadas em inércia com as polias de estoque. As polias de came eram redondas e cortadas com um diferencial de linha de passo diametral de 1,5 mm (DPLD), e a polia de manivela tinha um DPLD de 1,45 mm. Ambas rodas dentadas de came eram conjugadas em inércia com as polias de estoque incluindo o aparelho VVT de estoque. O tracionador 244 era um tracionador compacto de estoque com um único centro excêntrico e amortecimento simétrico, proporcionando uma tração de instalação de cerca de 500 N e tendo uma polia lisa de 62 mm de diâmetro. A largura de face da polia do tracionador era 24,5 mm e a largura global do tracionador era cerca de 36 mm. Este era o componente mais largo, de modo que a largura de acondicionamento de acionamento global comparativa era cerca de 36 mm. Para esta série de testes, a velocidade de manivela era mantida constante a 4750 rpm pela duração de cada teste (que é aproximadamente a velocidade de ressonância máxima). A Correia 2 era usada para o Sistema Comp.7, com largura de 10 mm, 116 dentes de perfil RPP e um passo de 9,525 mm.

[00144] O Sistema Inventivo 8 tinha o mesmo planejamento de teste, porém as rodas dentadas de came eram oblongas e cortadas com um diferencial de linha de passo diametral (DPLD) de 1,5 mm. A roda dentada de came de admissão oblonga 242 tem 3 lóbulos como mostrado na FIG. 2, com uma magnitude de excentricidade de 0,75 mm e faseada a 13g cw, isto é, com um desvio angular de 13 ranhuras no sentido horário em relação à de dado do motor. A roda dentada oblonga de came de saída 245 tem 3 lóbulos como mostrado na FIG. 2, com uma magnitude de 1,0 mm e faseada a 23,5g cw, isto é, com um desvio angular de 23,5 ranhuras no sentido horário a partir do ponto de dado. Ambas rodas dentadas de came são conjugadas em inércia com as polias de estoque.

[00145] O tracionador 244 para o Sistema 8 era um came compacto de acordo com o projeto descrito aqui, com um único centro excêntrico proporcionando uma tração de instalação de cerca de 500 N e tendo uma polia lisa de 60 mm de diâmetro. O tracionador assim tinha uma largura de face de polia de 14 mm e uma largura global de cerca de 16 mm. O tracionador também tinha cerca de 300 N de amortecimento assimétrico como descrito por exemplo na Pat. U.S. Nº 6.609.988 B1 para Liu et al.

[00146] A polia de manivela era a mesma, isto é, com largura de face reduzida para encaixar à correia estreita e a largura de acondicionamento.

[00147] Correia 3 era usada para o Sistema 8, com 10 mm de largura, 116 dentes de perfil RPP e um passo de 9,525 mm.

[00148] Os dois sistemas eram postos em marcha até que a falha da correia ocorria. Os resultados são mostrados na Tabela 3. O tempo de marcha para Sistema Comp.7 a 690 horas é consistente com o resultado para o Sistema Comp.6 a 777 horas. O resultado do Sistema inventivo 8 é quase o dobro do tempo em marcha a 1266 horas. Isto demonstra que a combinação de correia de alto módulo estreita, com rodas dentadas oblongas e tracionador estreito especial pode aumentar significativamente a vida da correia.

[00149] A Tabela 3 inclui alguns resultados de erro de sincronização, incluindo antes e depois do teste. Os resultados melhorados de erro de sincronização podem ser considerados uma combinação de efeitos, incluindo o efeito de módulo de correia mais alto, o efeito de projeto do tracionador e o efeito de rodas dentadas oblongas. Tabela 3 mostra alguns dos efeitos individuais a partir de outros testes, alguns dos quais eram feitos sobre correias de 12 mm de largura como indicado na Tabela 3. O resultado final é um sistema muito estreito (correia de 10 mm) com erros de sincronização máximos bem sob 1° pico a pico através de toda a vida da correia.

[00150] Além disso, a Tabela 3 indica que a tração efetiva da correia no sistema é substancialmente reduzida, de 500 N a cerca de 250 N e este efeito é principalmente devido à roda dentada oblonga. Este efeito favorável de polias oblongas é bastante significativo. Ele permite que a tração de instalação seja reduzida sem arriscar saltos do dente, o que por sua vez deve reduzir a taxa de desgaste no ressalto.

[00151] Os resultados para sistemas 7 e 8 assim indicam o desempenho superior do sistema global e vida da correia quando uma correia de alto módulo é combinada com as rodas dentadas oblongas e o tracionador concêntrico. Acredita-se que os resultados podem ser melhorados ainda mais otimizando a tração de instalação. A roda dentada oblonga reduzia significativamente a tração efetiva na manivela o que iria normalmente prolongar a vida da correia para um modo de falha de cisalhamento de dente. Porém, uma vez que a falha observada era desgaste no ressalto (que é mais relacionado a PV (pressão de contato vezes velocidade de deslizamento) no sistema), o efeito positivo da roda dentada oblonga sobre a vida da correia é reduzido. Em outras palavras, a vida da correia poderia ter sido aumentada ainda mais se tivesse sido usado a roda dentada oblonga para reduzir parcialmente a tração efetiva (isto é, carga de dente reduzida), mas tinha também reduzido a tração de instalação (isto é, um PV mais baixo entre correia e polia).

[00152] A largura da correia de 10 mm era escolhida para acelerar o teste. A partir destes resultados e outra experiência com correlações entre testes acelerados e aplicações mais realistas, acredita-se que aumentar a largura da correia para cerca de 14 mm iria resultar em uma durabilidade de sistema 8 sobre o equipamento de teste de cerca de 3500 horas, o que é esperado se correlacionar com uma vida em um veículo de cerca de 240.000 km. Uma largura de correia de 14 mm poderia ser acomodada sobre o tracionador e polias como descrito dando uma largura total de acondicionamento de acionamento da ordem de 18 mm ou menos, que é cerca da metade da largura de acondicionamento do acionamento convencional com componentes de estoque. É também estimado que este sistema de acionamento poderia facilmente ser feito cerca de 30% mais leve do que o sistema de acionamento convencional com componentes de estoque. TABELA 3 Sistema Sistema 8 Comp. 7 Construção de Correia1 Correia 2 Correia 3 Largura de correia(mm) 10 10 Tempo de marcha(h) 690 1266 Equipamento 3 Indicações de desgaste desgaste no desgaste no ressalto ressalto Rigidez e tração retida 19kN/mm 38kN/mm (%) Erro de sincronização de 2,1/2,2 1,8/1,7 pico em rodas dentadas redondas, efeito de correia² (° pico a pico, Entrada/Saída) Erro de sincronização de - 1,8/1,9 w/o pico em rodas dentadas 1,5/1,5 w/ redondas, efeito do tracionador (° pico a pico, Entrada/Saída) Erro de sincronização de 1,7/1,7 w/o 1,4/1,5 w/o pico em rodas dentadas 0,9/1,0 w/ 0,5/0,6 w/ oblongas² (° pico a pico, Entrada/Saída) Tração efetiva e pico, 500 w/o 500 w/o efeito de rodas dentadas 250 w/ 250 w/ oblongas (N) Sistema de erro de 1,8 0,8/0,8 sincronização de pico (° pico a pico Entrada/Saída) início de teste Fim de teste 1,8 0,8/0,9 Tração efetiva através de 250 250 todo teste (N) ¹ Ver Tabela 1. ² Testes separados com correias de 12 mm de largura.

[00153] Alguns aspectos adicionais da invenção relacionados com a(s) roda(s) dentada(s) oblonga(s) em particular podem ser listados a seguir.

[00154] Aspecto 1: A invenção se refere a 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 com a primeira roda dentada oblonga por um membro dentado sem fim (200); e a primeira roda dentada oblonga (10) tendo uma magnitude e uma fase de tal modo que um erro de sincronização de deslocamento angular entre a roda dentada e a primeira roda dentada oblonga é menor do que 1,5 graus pico a pico.

[00155] Aspecto 2: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 1, compreendendo ainda: uma segunda roda dentada oblonga conectada a uma segunda carga rotativa, a segunda roda dentada oblonga engatada com o membro dentado sem fim; e a segunda roda dentada oblonga tendo uma magnitude e uma fase de tal modo que um erro de sincronização de deslocamento angular entre a roda dentada e a segunda roda dentada oblonga é menor do que 1,5 graus pico a pico.

[00156] Aspecto 3: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 1, em que o erro de sincronização de deslocamento angular entre a roda dentada e a primeira roda dentada oblonga é menor do que 0,5 grau pico a pico.

[00157] Aspecto 4: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 3, em que o erro de sincronização de deslocamento angular entre a roda dentada e a segunda roda dentada oblonga é menor do que 0,5 grau pico a pico.

[00158] Aspecto 5: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 1, em que uma largura do membro dentado sem fim é igual ou superior a 12 mm.

[00159] Aspecto 6: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 1, em que o membro dentado sem fim compreende um módulo na faixa de cerca de 630.000N a cerca de 902.000N.

[00160] Aspecto 7: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 1, em que a magnitude fica na faixa de aproximadamente 1,0 mm a 1,5 mm.

[00161] Aspecto 8: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 1, em que a fase da primeira roda dentada oblonga fica na faixa de 9 ranhuras a 25 ranhuras quando girada em relação a um ponto de dado.

[00162] Aspecto 9: O acionamento de correia síncrona, como no aspecto 8, em que o ponto de dado é com respeito a uma posição das 3 horas.

[00163] Aspecto 10: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 2, em que a fase da segunda roda dentada oblonga fica na faixa de 9 ranhuras a 25 ranhuras quando girada em relação a um ponto de dado.

[00164] Aspecto 11: O acionamento por correia síncrona, como no aspecto 10, em que o ponto de dado é com respeito a uma posição de 3 horas.

[00165] Aspecto 12: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 10, em que a fase da primeira roda dentada oblonga fica na faixa de 9 ranhuras a 25 ranhuras quando girada em elação a um ponto de dado.

[00166] Aspecto 13: O acionamento por correia síncrona, como no aspecto 12, em que o ponto de dado é com respeito a uma posição de 3 horas.

[00167] Aspecto 14: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 1, em que a roda dentada é conectada a um acionador e a primeira roda dentada oblonga é conectada a uma carga rotativa.

[00168] Aspecto 15: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 14, em que o acionador é um virabrequim de motor.

[00169] Aspecto 16: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 2, em que a primeira roda dentada oblonga é conectada a uma árvore de came de saída.

[00170] Aspecto 17: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 2, em que a segunda roda dentada oblonga é conectada a uma árvore de came de entrada.

[00171] Aspecto 18: A invenção também se refere a um sistema de acionamento por correia síncrona compreendendo: uma primeira roda dentada oblonga tendo uma superfície dentada e pelo menos uma porção linear disposta entre duas porções arqueadas, as porções arqueadas tendo um raio constante, a porção linear tendo um comprimento predeterminado; uma roda dentada tendo uma superfície dentada, a roda dentada engatada com a primeira roda dentada oblonga por um membro dentado sem fim; a primeira roda dentada oblonga tendo uma magnitude e uma fase de tal modo que um erro de sincronização de deslocamento angular entre a roda dentada e a primeira roda dentada oblonga é menor do que 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; e a segunda roda dentada oblonga tendo uma magnitude e uma fase de tal modo que um erro de sincronização de deslocamento angular entre a roda dentada e a segunda roda dentada oblonga é menor do que 1,5 graus pico a pico.

[00172] Aspecto 19: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 18, em que a primeira roda dentada oblonga é conectada a uma árvore de came de saída e em que a segunda roda dentada oblonga é conectada a uma árvore de came de entrada e a roda dentada é conectada a um virabrequim do motor.

[00173] Aspecto 20: O sistema de acionamento por correia síncrona, como no aspecto 19, em que o erro de sincronização de deslocamento angular entre a roda dentada e a primeira roda dentada oblonga é menor do que 0,5 grau pico a pico e em que o erro de sincronização de deslocamento angular entre a roda dentada e a segunda roda dentada oblonga é menor do que 0,5 grau pico a pico.

[00174] Alguns aspectos adicionais da invenção relacionados ao tracionador em particular podem ser listados a seguir.

[00175] Aspecto 1: A invenção se refere a um tracionador compreendendo: uma base tendo uma porção cilíndrica estendendo-se axialmente, a porção cilíndrica compreendendo uma superfície radialmente externa e uma porção de recepção que fica radialmente para dentro da superfície radialmente externa; um braço excêntrico pivotavelmente engatado com a superfície radialmente externa; uma mola de torção disposta dentro da porção de recepção radialmente para dentro, a mola de torção aplicando uma força tensionadora ao braço excêntrico; e uma polia articulada ao braço excêntrico.

[00176] Aspecto 2: O tracionador, como no aspecto 1, em que a polia é articulada sobre um mancal de agulha.

[00177] Aspecto 3: O tracionador, como no aspecto 1, em que o braço excêntrico, a polia e a mola de torção são concentricamente dispostos de tal modo que nenhum dentre o braço excêntrico, a polia ou a mola de torção é axialmente deslocado ao longo de um eixo A-A em relação aos outros.

[00178] Aspecto 4: O tracionador, como no aspecto 1, em que o braço excêntrico é articulado na base sobre um embuchamento.

[00179] Aspecto 5: A invenção também se refere a um tracionador compreendendo: uma porção cilíndrica de base tendo uma superfície radialmente externa e uma porção de recepção radialmente para dentro; um braço excêntrico pivotavelmente engatado com a superfície radialmente externa; uma mola de torção disposta dentro da porção de recepção radialmente para dentro, a mola de torção aplicando uma força tensionadora ao braço excêntrico; e um membro alongado engatado com o braço excêntrico e disposto para pivotar em resposta a uma rotação do braço excêntrico.

[00180] Aspecto 6: O tracionador, como no aspecto 5, em que o braço excêntrico e a mola de torção são concentricamente dispostos de tal modo que nenhum dentre o braço excêntrico ou a mola de torção é axialmente deslocado ao longo de um eixo A-A em relação aos outros.

[00181] Aspecto 7: O tracionador, como no aspecto 5, em que o braço excêntrico é articulado na base sobre um embuchamento.

[00182] Aspecto 8: O tracionador, como no aspecto 5, em que a polia é articulada no braço excêntrico sobre um mancal de agulha.

[00183] Aspecto 9: A invenção também se refere a um tracionador compreendendo: uma base tendo uma porção cilíndrica estendendo-se axialmente, a porção cilíndrica compreendendo uma superfície radialmente externa e uma porção de recepção radialmente para dentro; um braço excêntrico pivotavelmente engatado com a superfície radialmente externa; uma mola de torção disposta dentro da porção de recepção radialmente para dentro, a mola de torção aplicando uma força tensionadora ao braço excêntrico; uma polia articulada ao braço excêntrico; e em que o braço excêntrico, a polia e a mola de torção são concentricamente dispostos de tal modo que nenhum dentre o braço excêntrico, a polia ou a mola de torção é axialmente deslocado ao longo de um eixo A-A em relação a qualquer um dentre o braço excêntrico, a polia ou a mola de torção.

[00184] Aspecto 10: O tracionador, como no aspecto 9, em que a base compreende ainda um conduto de fluido pelo qual um fluido pode ascender ao mancal.

[00185] Aspecto 11: O tracionador, como no aspecto 9, em que a polia é articulada sobre um mancal.

[00186] Aspecto 12: O tracionador, como no aspecto 11, em que o mancal compreende um mancal de agulha.

[00187] Embora a presente invenção e suas vantagens tenham sido descritas em detalhe, deve ficar entendido que várias variações, substituições e alterações podem ser feitas aqui sem sair do escopo da invenção como definido pelas reivindicações anexas. Ademais, o escopo do presente pedido não é destinado a ser limitado às modalidades particulares do processo, máquina, fabricação, composição de matéria, meios, métodos e etapas descritas no relatório descritivo. Como uma pessoa de especialização normal na técnica vai prontamente apreciar a partir da descrição da presente invenção, processos, máquinas, fabricação,

composições de matéria, meios, métodos, ou etapas, presentemente existentes ou a serem desenvolvidos posteriormente que desempenham substancialmente a mesma função ou obtêm substancialmente o mesmo resultado que as correspondentes modalidades descritas aqui podem ser utilizados de acordo com a presente invenção.

Consequentemente, as reivindicações anexas são destinadas a incluir dentro de seu escopo tais processes, máquinas, fabricação, composições de matéria, meios, métodos ou etapas.

A invenção descrita aqui pode ser apropriadamente praticada na ausência de qualquer elemento que não é especificamente descrito aqui.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de acionamento por correia síncrona caracterizado pelo fato de que compreende: uma correia síncrona (200) tendo um fio de tração compreendendo uma fibra de alto módulo; um roda dentada acionadora e pelo menos uma roda dentada acionada, pelo menos uma das quais é uma roda dentada oblonga (10); e um tracionador compreendendo uma base tendo uma porção cilíndrica estendendo-se axialmente, a porção cilíndrica compreendendo uma superfície radialmente externa e uma porção de recepção que fica radialmente para dentro da superfície radialmente externa; um braço excêntrico pivotavelmente engatado com a superfície radialmente externa; uma mola de torção disposta dentro da porção de recepção radialmente para dentro, a mola de torção aplicando um força tensionadora ao braço excêntrico; e uma polia articulada ao braço excêntrico.

2. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o braço excêntrico, a polia, e a mola de torção são concentricamente dispostos de tal modo que nenhum dentre o braço excêntrico, a polia, ou a mola de torção é axialmente deslocado ao longo de um eixo A-A dos outros.

3. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a roda dentada oblonga (10) compreende uma superfície denteada 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.

4. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a roda dentada oblonga (10) tem uma magnitude e uma fase de tal modo que um erro de temporização de deslocamento angular entre a roda dentada acionadora e a roda dentada acionada é menos do que 1,5 grau pico a pico.

5. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fibra de alto módulo é uma ou mais selecionada do grupo consistido de fibra de vidro, PBO, aramida e fibra de carbono.

6. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fibra de alto módulo é fibra de vidro de alta resistência.

7. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fibra de alto módulo é fibra de carbono

8. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fio de tração é um fio híbrido compreendendo fibra de carbono e fibra de vidro.

9. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que define uma largura de embalagem de sistema global menor do que 20 mm.

10. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que define uma largura de embalagem de sistema global de 18 mm ou menos.

11. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que define uma largura de embalagem de sistema global de 16 mm ou menos.

12. Sistema de acionamento por correia síncrona de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a correia síncrona tem uma largura de cerca de 14 mm ou menos.