BRPI0610886A2 - disposição de transferência de potência para um veìculo a motor - Google Patents

Abstract

Uma disposição de acionamento é descr.ita para uma transferência de potência (PTO) de veículo a motor. A disposição compreende um eixo de PTO 104, 158, 207 de um tipo conhecido pretendido para acoplar a um implemento acionado por potência. Um eixo de entrada pode ser acoplado a um acionador rotativo tal como um motor. Uma transmissão continuamente variável, tal como 10, é acoplada entre os eixos de entrada e de PTO para transferir acionamento entre eles em uma relação continuamente variável. De acordo com a invenção, a transmissão continuamente variável é construída e disposta de modo a regular o torque para acomodar automaticamente as mudanças em velocidade no eixo de PTO em virtude de mudanças em sua relação de acionamento.

Description

"DISPOSIÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DE POTÊNCIA PARA UM VEÍCULO A MOTOR"

A presente invenção refere-se a disposições detransferência de potência para veículos a motor.

"Disposição de transferência de potência" como u-sada aqui, refere-se a disposições para transmitir aciona-mento rotativo do motor (ou outro acionador rotativo, talcomo um motor elétrico) de um veiculo a motor no mesmo pontode uso de potência que as rodas acionadas do veiculo. A fra-se será abreviada para "PTO". Veículos agrícolas, tais comotratores, são convencionalmente fornecidos com um PTO paraconexão para acionar dispositivos acionados tais como cei-feiras, cortadores de grama, reboques de roda acionada e as-sim por diante. 0 PTO compreende tipicamente um eixo de a-cionamento acoplado ao motor através de alguma forma detransmissão e fornecido com meios para formar um acoplamentoliberável em um eixo do dispositivo. PTOs não são usados so-mente em veículos agrícolas. Veículos militares também usamPTOs para acionar reboques de roda acionada e outros imple-mentos, e existem outros campos em que PTOs têm aplicaçõesreais ou potenciais.

PTOs agrícolas convencionais são pretendidos tipi-camente para funcionar em velocidade fixa. Uma caixa de en-grenagem de relação fixa, separada tipicamente da transmis-são do veiculo, fornece um ou um conjunto de relações de a-cionamento e o motor a diesel governado pela velocidade doveiculo é determinado em uma velocidade fixa para fornecer avelocidade de saida de PTO exigida. Uma embreagem é necessá-ria entre o motor e o PTO para desacoplar as duas quando oacionamento não é exigido no PTO.

Esta tecnologia de PTO convencional sofre de vá-rios inconvenientes. Uma é encontrada na "partida" - isto équando se aplica acionamento na saida de PTO para acelerá-lade uma imobilização para a velocidade de operação exigida. 0implemento acionado freqüentemente possui um momento de i-nércia grande, que precisa ser acelerado por um periodo detempo apreciável para atingir sua velocidade de operação.

Quando a embreagem é engatada primeiro, a combinação inade-quada de velocidades entre o motor e o eixo de PTO resultaem um choque indesejável e súbito e pode vazes o motor afo-gar. Operadores aprendem a engatar e desengatar repetidamen-te a embreagem para efetuar a partida, uma abordagem cruaque pode resultar em dano de equipamento. Uma partida maiscontrolada seria desejável.

Outro problema surge em conexão com reboques deacionados por roda. Muitos veículos agrícolas e militaresexecutam o acionamento para as rodas de um reboque atravésde uma transferência de potência, ajudando o veiculo, porexemplo, a atravessar terreno irregular. A velocidade sobreo solo das rodas de reboque não é sempre a mesma que aqueladas rodas de veiculo acionado. Quando fazer a curva, por e-xemplo, as rodas diferentes seguem trajetórias de raios di-ferentes e assim atravessam o solo em velocidades diferen-tes. A velocidade de rotação relativa das rodas, no entanto,é fixada em virtude das relações fornecidas pela transmis-são (ões) que as acionam, nenhuma engrenagem de diferencialsendo normalmente fornecida. Conseqüentemente, a derrapagemda roda é inevitável, mas é acompanhada de uma recirculaçãode potência indesejável e muito grande através da transmis-são (ões). A despeito da construção robusta de veiculos agri-colas, falhas dispendiosas ocorrem como resultado. 0 proble-ma surge não somente devido a fazer a curva, mas também de-vido a combinações inadequadas em tamanho de roda, terrenoirregular, etc. Seria desejável fornecer alguns meios queacionar o PTO quando permitido para combinar sua velocidadecom aquela das rodas acionadas do veiculo, enquanto forneceo torque de roda de reboque necessário.

Outro problema de PTOs conhecidos refere-se à efi-ciência de energia. Relações de acionamento normalmente fi-xas são escolhidas com base em que o motor é para operar emalta velocidade,m em ou perto da velocidade em que é capazde fornecer seu pico de potência. Isto é, quando alta potên-cia necessária pode ser fornecida ao implemento acionado semse afastar de sua velocidade de acionamento exigida. O re-sultado é que mesmo quando a potência exigida pelo implemen-to é relativamente baixa, o motor deve funcionar na mesmavelocidade alta fixa, que queima combustível desnecessaria-mente.

Uma dificuldade final é encontrada quando a cargano PTO varia. Um exemplo é encontrado quando se usa uma cei-feira de forragem, um implemento que é montado no veiculopara coletar material cortado, e que consome alta energia.

Quando a ceifeira de forragem encontra uma região de materi-al particularmente densa, o torque necessário para acioná-laaumenta. A potência necessária para manter a velocidade dePTO pode exceder aquela disponível do motor. Nesta situaçãoé desejável permitir que o PTO diminua a velocidade, em vezde afogar o motor. De preferência, fazendo isso, uma veloci-dade de motor alta deve ser mantida a fim de fornecer altapotência de motor.

Foi previamente proposto o uso de uma transmissãocontinuamente variável - isto é, uma transmissão capaz defornecer uma variação continua em relação de acionamento -para acionar um PTO. Referência é direcionada neste aspectoao pedido de patente internacional publicado US2003/0070819,pedido n°. 10/236589, em nome de Hrazdera. As vantagens quesurgem do uso de uma CVT, incluindo partida aperfeiçoado eflexibilidade na velocidade do motor de acionamento, são re-conhecidas aqui. Os problemas de controle permanecem. Porexemplo, uma CVT convencional não protege em si mesma o mo-tor de afogar em resposta ao excesso de carga criado pelacarga.

Pesquisas conduzidas pelo Escritório de PatenteEuropeu na presente invenção continham a referência paraEP1106870 (Kawasaki Jukogu Kabushiki Kaisha). Esta descreveum aparelho para acionar um gerador de aeronave a partir deum motor a jato em velocidade constante. O aparelho usa umvariador completo ou parte toroidal para regular a velocida-de do gerador, mas está claro que este é um dispositivo con-trolado por relação. A referência é direcionada neste aspec-to para a figura 10 na descrição relacionada no parágrafo55. A mesma busca chamou atenção para US4186616 (Sharpe) quenovamente refere-se a uma transmissão pretendida para acio-nar um alternador de aeronave. Usa um variador do tipo to-roidal, mas se este é controlado por torque, não é especifi-cado. É claro, um acionamento de alternador para uma aerona-ve não é uma transferência de potência para um veiculo a mo-tor, no sentido em que a frase é usada aqui.

De acordo com um primeiro aspecto da presente in-venção, existe uma disposição de acionamento para uma trans-ferência de potência (PTO) de veiculo a motor compreendendoum eixo de PTO disposto e adaptado para acoplar com um im-plemento acionado por potência, um eixo de entrada dispostoe adaptado para acoplar com um acionador rotativo, e umatransmissão continuamente variável acoplada entre os eixosde entrada e de PTO para transferir acionamento entre eles auma relação de acionamento continuamente variável, caracte-rizada pelo fato de que a transmissão continuamente variávelé construída e disposta de modo a regular o torque de reaçãode transmissão, e para acomodar automaticamente mudanças emvelocidade no eixo de PTO em virtude de mudanças em sua re-lação de acionamento.

0 acionador rotativo pode ser um motor de combus-tão interna, particularmente um motor a diesel, mas a inven-ção é aplicável compreensivelmente em veiculos usando em vezde motores elétricos, motores de combustão externa etc. parafornecer acionamento rotativo.

É particularmente preferido que a transmissão com-preende uma unidade de variação de relação ("variador") quetem uma entrada de variador rotativo e uma saida de variadorrotativo e é construída e disposta para regular o torque dereação, definido como a soma de torques em sua entrada e sa-lda. Este tipo de funcionalidade pode ser fornecido por umvariador do tipo de tração de rolamento de cubo toroidal.

É preferido que o variador está associado com umcontrolador para controlar o torque de reação de variadorpara fornecer velocidade constante de PTO durante a operaçãonormal. "Normal" como usado neste contexto exclui partida,quando é claro a velocidade de PTO deve ser progressivamentemudada, e as condições onde a carga de PTO se torna excessi-va. O controle de torque de reação pode estar baseado na re-alimentação de velocidade de eixo de PTO.

A presente invenção é particularmente vantajosaquanto a administrar situações onde a carga de PTO se tornaexcessiva, o que pode, com as disposições de PTO conhecidas,sobrecarregar o motor e fazê-lo afogar. A resposta naturalde uma transmissão que regula o torque para tal sobrecarga épermitir que o eixo de PTO reduza a velocidade em virtude deuma mudança em relação de acionamento, que reduz a exigênciade potência do motor (sem forçá-lo a mudar sua velocidade,de modo que a potência de motor pode ser mantida) e aumentao torque disponível no eixo de PTO. De fato, a resposta detransmissão é precisamente o que é exigido para manter o im-plemento acionado por PTO e o motor funcionando apropriada-mente. A situação é complicada ligeiramente onde, por exem-plo, é fornecido um controlador que tende a manter a veloci-dade de eixo de PTO. Neste contexto, a estratégia de contro-lador é de preferência modificada um pouco em resposta a umasobrecarga potencial.

0 controlador de preferência limita o torque dereação para evitar carregamento de motor excessivo, tal queem resposta à carga excessiva aplicada ao eixo de PTO, otorque de reação é limitado pelo controlador e a redução develocidade do eixo de PTO devido à carga aplicada a ele éautomaticamente acomodada em, virtude de uma mudança em re-lação de variador.

É particularmente preferido que a transmissão ain-da compreende uma engrenagem derivada epiciclica acoplada demodo operável ao variador e ao PTO.

Em tal modalidade, entradas respectivas da engre-nagem derivada são acopladas no eixo de entrada através dovariador e através de uma corrente de engrenagem de relaçãofixa, tal que em uma certa relação de variador , as duas en-tradas derivadas cancelam um a outra e fornecem um estadoneutro engrenado em que o eixo de PTO é estacionário a des-peito de ser mecanicamente acoplado ao eixo de entrada mó-vel. Uma embreagem para desengatar o PTO do eixo de ; entradapode em algumas modalidades ser dispensada.

Sem uma embreagem, é desejável fornecer de algumamaneira um estado "neutro" em que o eixo de PTO é capaz dese mover livremente. Isto também pode ser fornecido em vir-tude da presente invenção. As modalidades preferidas têmmeios para determinar o torque de reação de variador em zeroe desse modo fornecer um estado quase-neutro em que- o eixode PTO é capaz de mover-se livremente a despeito de -ser me-canicamente acoplado ao eixo de entrada.De preferência são fornecidos meios para controlara partida do PTO do estado quase neutro elevando o torque dereação de variador para criar um torque de acionamento noeixo de PTO, enquanto o variador acomoda automaticamente aaceleração conseqüente do eixo de PTO em virtude de mudançasem sua relação de acionamento.

De acordo com um segundo aspecto da presente in-venção, existe um método de controlar uma transferência depotência de veiculo a motor compreendendo um eixo de PTOdisposto e adaptado para acoplar a um implemento acionado depotência, um eixo de entrada disposto e adaptado para aco-plar a um acionado rotativo, e uma transmissão continuamentevariável acoplada entre os eixos de entrada e de PTO paratransferir acionamento entre eles, compreendendo regular otorque de reação de transmissão e permitir a relação detransmissão variar de acordo com as mudanças em velocidadede saida resultante da aplicação de torque de saida detransmissão conseqüente a uma carga inercial para o eixo dePTO.

Modalidades especificas da presente invenção serãoagora descritas, por meio de exemplo somente, com referênciaaos desenhos em que:

a Figura 1 é uma representação esquemática e sim-plificada de parte de um variador do tipo de tração de rola-mento de cubo toroidal usado nas modalidades da presente invenção;

a Figura 2 é uma ilustração em perspectiva de umvariador do mesmo tipo;a Figura 3 é uma representação altamente esquemá-tica de uma transmissão acionando uma transferência de po-tência de acordo com a presente invenção;

a Figura 4 é uma representação altamente esquemá-tica de uma transmissão para acionar um PTO, incorporando apresente invenção;

a Figura 5 é uma representação altamente esquemá-tica de uma transmissão adicional para acionar um PTO, in-corporando a presente invenção; e

a Figura 6 é uma representação altamente esquemá-tica de ainda uma transmissão adicional para acionar um PTO,incorporando a presente invenção.

Nas modalidades da invenção, a serem descritas a-baixo, a transferência de potência é acionada pelo acionadorrotativo (tipicamente o motor a diesel do veiculo a motor)através de uma transmissão, e mais particularmente um dispo-sitivo de relação continuamente variável ("variador") , queopera para regular o torque em vez da relação. Tais trans-missões serão referidas abaixo como sendo do tipo "controla-do por torque". O conceito é conhecido, a partir de váriaspublicações mas o requerente e outros (incluindo EP04723989,publicado sob o número 1606135) mas é contra-intuitivo paraleitores familiarizados com transmissões mais convencionaise será explicado abaixo por referência a uma transmissão dotipo de tração de rolamento, de cubo toroidal. Deve no en-tanto ser notado que podem ser construídos outros tipos detransmissão que operam por controle de -torque, como por e-xemplo o pedido de patente Europeu publicado 0736153 (Toro-trak (Development) Ltd.)

O variador 10 ilustrado nas Figuras 1 e 2 não énovidade em si mesmo. Os desenhos são altamente simplifica-dos e são pretendidos meramente para ilustrar seus princi-pios operacionais. Detalhes de construção maior podem serencontrados em publicações prévias pelo requerente incluin-do, por exemplo, os pedidos de patente Europeus publicados0894210 e 1071891 (Torotrak (Development) Ltd.). A Figura 1mostra um eixo de entrada de variador 12 e um eixo de saidade variador 14, entre os quais o acionamento é transferidopor uma disposição que compreende um cubo interno 16, um cu-bo externo 18, e um conjunto de rolos 20, somente um dosquais é ilustrado na Figura 1. Os cubos de entrada e de sai-da são montados por rotação em torno de um eixo comum (eixogeométrico de variador 21) e têm superfícies faceadas 22, 24que são formatadas tal que, juntas, definem uma cavidade emgeral toroidal 26 contendo os rolos 20. Os rolos 20 se des-locam nas faces formatadas de ambos os cubos e assim servempara transferir acionamento de um: cubo para o outro. Um fil-me de "fluido de tração" é mantido entre os rolos e os cubospara minimizar o desgaste na interface e o acionamento étransmitido em virtude do cisalhamento neste filme. Os cubossão orientados um para o outro, tipicamente por meio de umatuador hidráulico, não mostrado, para fornecer pressão nainterface necessária para permitir esta transferência de a-cionamento.

Cada rolo 20 é montado :em uma maneira que permitetrês graus de liberdade: (1) é capaz de rodar em torno deseu próprio eixo, quando acionado pelos cubos; (2) é capazde mover para trás e para frente ao longo de uma trajetóriacircunferencial 27 em torno do eixo geométrico de variador21; e (3) é capaz de "precessar", isto é rodar em torno deum eixo de precessão 28 não paralelo ao eixo geométrico derolo e ao eixo geométrico de variador, mudando a inclinaçãodo rolo- Isto é obtido no variador ilustrado articulando orolo em um carrinho 30 acoplado através de uma haste de pis-tão 32 em um pistão 34. 0 pistão 34 é alojado em um cilindro36 para formar um atuador hidráulico para aplicar uma forçade orientação controlada para o rolo com um componente aolongo de sua direção circunferencial de deslocamento 27.

Note que o eixo de precessão 28 não é perpendicu-lar ao eixo geométrico do variador 21, mas é inclinado comrelação à perpendicular por um ângulo de inclinação CA. Alémdo mais, o rolo é submetido a um efeito de direção pelos cu-bos nos quais se desloca, tendendo a assegurar que o movi-mento do rolo e do cubo adjacente é paralelo a sua interfa-ce. Isto é equivalente a dizer que o efeito de direção tendea manter o eixo geométrico do rolo em interseção com o eixogeométrico do variador 21. Como resultado, existe uma rela-ção entre a posição circunf erencial do rolo e sua inclina-ção. Na medida em que o rolo se move para trás e para fren-te, ele também precessa - isto é muda sua inclinação.

Os rolos tendem a se mover em uníssono e a incli-nação do rolo corresponde à • relação de acionamento do varia-dor. Na medida em que a inclinação dos rolos muda, o raio datrajetória que traçam em um cubo diminui, enquanto o radioda trajetória traçada no outro aumenta, desse modo mudandoas velocidades relativas dos dois cubos - isto é, mudando arelação de acionamento.

Considere agora os torques que atuam em torno doeixo geométrico do variador 21. 0 motor aciona o cubo de en-trada 16, aplicando um torque de entrada Tin. 0 rolo é acio-nado pelo cubo de entrada 16 e por sua vez aciona o cubo desaida 18, aplicando um torque de saida Tout. 0 rolo propria-mente dito é submetido a um torque de reação, impelindo-o aolongo de sua trajetória circunferencial, determinada pelasoma dos torques de entrada e de saida (que atuam em dire-ções opostas). O torque de reação é também dependente da in-clinação de rolo corrente. Para manter o rolo em posição,este torque de reação deve ser oposto, e na modalidade ilus-trada, o torque oposto é aplicado pelo atuador hidráulico 8,34, 36.

Note que embora um rolo único tenha sido discutidoacima, o mesmo argumento se aplica coletivamente ao conjuntotodo de rolos. Os cubos tendem a acioná-los em um circulo emtorno do eixo geométrico do variador. Isto é detido por umtorque liquido aplicado aos rolos pelos atuadores respecti-vos. Negligenciar qualquer torque que se dedica a aceleraras montagens de rolo, o torque de reação Tin+Tout deve serigual ao torque liquido aplicado pelos atuadores. Controlan-do o torque de atuador (ou de modo equivalente pode-se falarda força circunferencial aplicada por cada atuador), o tor-que de reação é controlado. No exemplo ilustrado, usando a-tuadores hidráulicos, são aplicadas pressões de fluido co-muns nos lados opostos de cada atuador, e a diferença nasduas pressões de fluido determina o torque de reação do va-riador.

Enquanto a Figura 1 mostra somente um par de cubosdefinindo uma única cavidade toroidal, variadores práticostipicamente possuem dois pares de cubos definindo duas cavi-dades, cada uma contendo um conjunto de rolos respectivo. AFigura 2 mostra tal disposição, a maioria dos componentessendo contrapartes diretas da versão da Figura 1 e sendofornecidos com os mesmos numerais de referência, embora ascalhas de entrada e saida adicionais sejam referidas como16a e 18b respectivamente, Note que o eixo de saida 14 estáposicionado entre os dois cubos de saida 18, 18a. O aciona-mento deste eixo pode ser executado através de uma correntepara um eixo auxiliar, ou através de alguma disposição co-axial, como é bem conhecido.

É comum assumir que uma transmissão será determi-nada para fornecer uma certa relação de acionamento e se a-justará conseqüentemente, a um modo de operação que pode serreferido como "controle de relação". Este não é o caso emuma transmissão que usa o variador controlado por torquedescrito acima. Em vez disto, o variador regula o torque(especificamente, o torque de reação) e automaticamente seajusta para acomodar mudanças conseqüentes de relação de a-cionamento. A Figura 3 é pretendida para ilustrar o princi-pio. Uma vez mais, o variador 10 é ilustrado em forma alta-mente esquemática, somente os cubos de entrada e saida 16,18 e um rolo único 20 sendo mostrados. A entrada do variadoré acoplada através de engrenagem em um motor, e no desenho,engrenagem e motor são representados simplesmente por umacaixa 50, que possui um momento de inércia Je (contribuídopelo motor, pela engrenagem e por partes do variador propri-amente dito) e exerce um torque de motor de acionamento Teno variador. A saida do variador é acoplada através de en-grenagem no eixo de transferência de potência e assim paraalgum implemento externo. A caixa 52 representa o momento deinércia liquido Jv referido à saida do variador (devido àinércia da engrenagem, de partes do variador, e de partesmóveis do implemento) e o torque de retardo Tv exercidos nasaida do variador devido ao trabalho feito pelo implemento,bem como perdas friccionais. Lembrar que o torque de reaçãoTin+Tout é regulado pelo variador. A relação Tin/Tout é deter-minada pela relação de variador corrente. Portanto, os valo-res de Tin e Tout são determinados (negligenciando as inefi-ciências no variador) pela relação corrente de variador e otorque de reação do variador. Na saida do variador, um tor-que liquido Tout_Tv está disponível para acelerar a inérciade saida.Jv. Se este torque liquido é diferente de zero, en-tão a velocidade de saida mudará. O variador acomoda automa-ticamente esta mudança, em virtude de uma mudança em sua re-lação de acionamento (devido à translação e precessão dosrolos), e a mudança de relação de variador e velocidade desaida continua até que um equilíbrio seja alcançado em queTout é igual a Tv. Em princípio, o mesmo se aplica mutatismutandisao lado de entrada do variador: qualquer desequilí-brio entre o torque de motor Te e o torque Tin criado pelovariador em sua entrada resultaria em uma mudança em veloci-dade de entrada do variador tendendo a restaurar o equilí-brio. No entanto, PTOs são freqüentemente acionados por mo-tores a diesel governados por velocidade, que automaticamen-te ajustam seu torque de saida para manter uma velocidade demotor escolhida, de modo que na prática, o motor propriamen-te dito pode ajustar seu torque Te para obter a velocidadesubstancialmente constante na entrada do variador.

0 variador regula seus torques de entrada e saida,a se ajusta automaticamente à relação resultante da açãodestes torques nas inércias de entrada e saida,m em vez deregular sua relação de acionamento (como na maioria de ou-tras CVTs) e criar torques em entrada e saida necessáriospara obter esta relação.

Como notado acima, é- fornecida a engrenagem paraacoplar o variador entre o motor e o eixo da transferênciade potência. A Figura 4 representa uma disposição muito sim-ples em que o variador 10 é acionado por meio da engrenagemde relação fixa RI do motor 100, e é acoplado através de umaembreagem 102 e a engrenagem R2 na transferência de potência104. A embreagem 102 é usada para desacoplar o motor do PTO104 quando necessário, e efetuar a partida.

Uma disposição mais sofisticada é representada naFigura 5 e usa uma disposição de engrenagem epiciclica refe-rida aqui como uma "derivação" 150. Este tipo geral de dis-posição é conhecido no contexto de transmissões para aciona-mento das rodas do veiculo a motor. A construção geral deuma engrenagem epiciclica é bem conhecida e não será descri-ta em detalhe aqui. Ela tem três eixos de entrada conectadosrespectivamente a (1) uma engrenagem solar; (2) uma engrena-gem de anel; e (3) um suporte montando engrenagens planetá-rias engatadas com a engrenagem solar e engrenagem de anel.

Na disposição ilustrada, uma das hastes da derivação 152 éacoplada através da engrenagem RI no motor 153. Outra dashastes da derivação 154 é acoplada através do variador 10 eda engrenagem R2 e R3 no motor. O terceiro dos eixos da de-rivação 156 é acoplado através da engrenagem final R4 no PTO158. Este tipo de disposição é algumas vezes referido comosendo do tipo "recirculatório de potência" desde que a po-tência circula em um circuito fechado formado pela derivaçãoe o variador. Tem uma vantagem importante que oferece a fa-cilidade de uma redução de velocidade infinita ou "neutraengrenada". Em uma certa relação de variador, as entradas152, 154 para a derivação cancelam uma a outra, de modo quesua saida 156 é estacionaria a despeito de estar fisicamenteacoplada ao motor se movendo. Devido a esta facilidade neu-tra engrenada, a disposição não exige uma embreagem para de-sacoplar o PTO do motor.

O usuário está acostumado para ser capaz de desen-gatar tal embreagem a fim de obter um estado "neutro" em queo PTO move-se livremente. Um estado equivalente pode no en-tanto ser facilmente obtido na disposição ilustrada em vir-tude do uso de um variador controlado por torque, ajustandoo variador para fornecer torque de reação zero.. Neste caso,negligenciando as perdas friccionais, os torques de entradae saida do variador são correspondentemente zero. A saida semove livremente, enquanto as mudanças de relação de variadormudam quando necessário para acomodar as mudanças conseqüen-tes em velocidade de PTO. Assim, por exemplo, se a disposi-ção é colocada neste estado quase-neutro enquanto o PTO éconectado a uma carga móvel, tal como uma máquina de enfar-damento, então o acionamento é removido da carga que vem duma parada natural, enquanto a relação de variador se moveautomaticamente para a relação neutra engrenada, permitindoque o motor continue funcionando. No variador hidraulicamen-te controlado descrito acima, o estado quase-neutro é obtidosimplesmente equalizando as pressões nos dois lados do pis-tão 34 . A disposição alternativa ilustrada na Figura 6 nãofornece relação neutra engrenada e conseqüentemente exigeuma embreagem 200. É vantajoso em que a proporção da potên-cia total direcionada através do variador pode ser reduzida.O torque e a potência distribuídos para o PTO pode ser gran-de. É desejável distribuir tanta potência quanto possivelatravés da engrenagem e tão pouco quanto possivel através dovariador propriamente dito, que aperfeiçoa a eficiência epermite que o peso e volume do variador sejam reduzidos.

Nesta disposição, a derivação 201 tem um primeiro eixo 202acoplado através da engrenagem RI no motor 203; um segundoeixo 204 acoplado através da engrenagem R2 no lado de entra-da do variador 10; um terceiro eixo 206 acoplado ao PTO 207por meio de engrenagem R3. 0 terceiro eixo 206 é adicional-mente capaz de ser acoplado ao lado de saida do variador porengate da embreagem 200. Quando a embreagem 200 é desengata-da, o variador e o segundo eixo 204 se movem livremente.Conseqüentemente, a derivação como um todo é igualmente ca-paz de mover-se livremente. Nenhum acionamento é transmitidode seu primeiro eixo 202 para seu terceiro eixo 206 e a dis-posição está assim em ponto morto. Quando a engrenagem é en-gatada, o variador dita a relação de acionamento total e al-guma potência é necessariamente recirculada através do vari-ador, mas por escolha apropriada de relações de engrenagempode ser assegurado que esta é uma pequena parte da potênciatotal transmitida.

O controle da disposição de PTO poderia concebi-velmente ser obtido através de uma disposição puramente me-cânica/hidráulica, as o modo preferido de controle usa ummicroprocessador recebendo entradas indicativa de velocida-des de entrada e saida instantâneas e outras variáveis deoperação, e fornecendo saidas para as válvulas hidráulicasque controlam o variador, e onde apropriado, sua embreagemassociada. As válvulas de controle de variador regulam aspressões aplicadas nos dois lados dos pistões de variador34,e assim determinam o torque de reação de variador.

Os controles fornecidos ao usuário podem ser sim-ples. Uma modalidade tipica usa um controle de liga/desligapara comutar entre ponto morto e acionamento, o variador (e,onde presente, a embreagem) sendo correspondentemente con-trolado pelo microprocessador. PTOs agrícolas são mais fre-qüentemente exigidos para operar em velocidade constante,tal como 1000 rpm. Um controle operável por usuário pode serfornecido para selecionar a velocidade, de uma faixa ou deum conjunto de alternativas distintas. Finalmente, um con-trole pode ser fornecido para permitir que o usuário reguleo nivel de torque de saida no partida - em efeito, para con-trolar quão rápido é a partida.

Como notado acima, o motor usado para acionar umPTO em muitos casos será governado por velocidade - isto ésertã capaz de manter uma velocidade determinada. Também aexigência no PTO em muitos casos será por uma velocidade desaida fixa. Com uma transmissão convencional, a velocidadede saida exigida resulta da relação de velocidade de entradae acionamento. Note, no entanto, que o tipo de variador con-trolado por torque descrito aqui não fornece o controle di-reto da relação. Portanto, a fim de manter uma velocidade desaida exigida, um controlador é exigido para ajustar o tor-que de reação de variador tão necessário para manter a velo-cidade de saida de PTO. Isto poderia, por exemplo, ser obti-do por meio de um regulador centrifugo, mas a solução prefe-rida é novamente ter esta função realizada pelo microproces-sador. A abordagem mais simples é ajustar o torque de reaçãobaseado no feedback de velocidade de saida, usando por exem-pio um controlador de diferencial integral proporcional(PID). Um lugar comum alternativo para controlar a velocida-de de PTO constante é unir a velocidade de PTO com a veloci-dade absoluta do veiculo. Isto pode ser obtido fornecendo avelocidade absoluta do veiculo ao controlador, ou acionandoo PTO e as rodas do veiculo a partir da mesma transmissão.

O uso de um variador controlado por torque tornapossível as estratégias vantajosas para a partida do PTO.

Uma estratégia simples para controlar o tipo de disposiçãovista na Figura 5 é simplesmente comutar, no partida,m dotorque de reação zero para algum valor de torque de reaçãofixado, determinado usando as válvulas de controle de varia-dor. Note que isto não é o equivalente de um engate súbitoda embreagem em uma disposição de PTO convencional, onde e-xiste o risco do motor afogar devido à combinação inadequadadas velocidades do motor e do PTO. Elevando o torque de rea-ção cria o torque na saida do PTO e causa um torque corres-pondente a ser aplicado no motor, mas não necessita qualquermudança instantânea na relação de acionamento. Em vez disto,a carga de PTO é capaz de acelerar a partir do repouso a umataxa ditada por sua inércia, enquanto o motor continua afuncionar em sua velocidade determinada, o variador acomo-dando automaticamente a mudança progressiva conseqüente emrelação de acionamento. Além do mais, a disposição da Figura5 fornece automaticamente uma "partida suave" onde a cargaaplicada ao motor aumenta progressivamente. Para entender oporque, lembrar que o ponto morto engrenado é de fato umaredução de velocidade infinita do motor para PTO. Em pontomorto engrenado (negligenciando efeitos friccionais), a car-ga aplicada no motor é zero independente do torque criado nasaida de PTO. Quando a velocidade de saida aumenta, o varia-dor mantém um valor constante de torque de reação, mas a re-lação dão torque de carga do motor para o torque de saida dePTO aumenta gradualmente. Portanto, torque alto pode ser a-plicado para acelerar inicialmente a carga, sem os problemasde afogar o motor. Estratégias de partida mais sofisticadas,envolvendo controle da aceleração da carga, podem ser fácil-mente implementadas usando o microprocessador. Onde a dispo-sição de PTO incorpora uma embreagem, dispositivos hidráuli-cos separados pode ser fornecido para controlar a pressão deaplicação de embreagem e as pressões de controle de varia-dor. Alternativamente, a mesma pressão hidráulica poderiaser aplicada no variador e embreagem, e ser gradualmente au-mentada no partida para fornecer uma partida suave.

Problemas de afogamento de motor em operação nor-mal, quando oposto ao partida, são também facilmente trata-dos em virtude da presente invenção.As cargas em implementosacionados por PTO podem variar dramaticamente, por exemplo,devido às variações nas propriedades de material sendo pro-cessado. Uma área particularmente úmida ou espessa de gramaencontrada por uma ceifeira de forragem, por exemplo, pode(em uma disposição de PTO convencional usando uma relação deacionamento fixa) sobrecarregar o motor que, tendo potênciainsuficiente para manter sua velocidade, afoga. Considerar oque acontece quando a disposição de PTO controlado por for-que encontra a mesma situação. A carga no PTO aumenta. Se otorque de reação de variado não é ajustado então isto resul-ta na carga de PTO excedendo o torque disponível para acio-ná-lo. O PTO conseqüentemente reduz a velocidade, e o varia-dor automaticamente acomoda a mudança conseqüente em relaçãode acionamento enquanto mantém o torque de reação determina-do. A velocidade do motor pode ser mantida. A redução em re-lação de acionamento resulta em um aumento no torque de sal-da de PTO, de modo que em algum ponto um equilíbrio pode seratingido onde o motor é capaz de acionar a PTO em velocidadeconstante, embora reduzida. A situação é complicada ligeira-mente pela provisão de um controlador que tenta manter a sa-lda de PTOI constante, mas neste contexto é direto para im-plementar uma estratégia que simplesmente limita o torque dereação baseado em uma carga máxima que pode ser aplicada nomotor, permitindo que o variador opere como descrito quandonecessário.

Foi feita referência acima a problemas associadoscom PTOs usados para acionar as rodas de reboques ou veícu-los articulados, onde existe uma combinação inadequada emvelocidades de roda. Estes problemas são facilmente evitadoscom os tipos de PTO encontrados aqui, porque não é necessá-rio determinar a velocidade da PTO e portanto as rodas queaciona. Em vez disto, o ajuste de torque de reação determina(para uma dada relação de acionamento) o torque aplicado nasroda. Sua velocidade está livre para variar quando necessá-rio para combinar com a velocidade do veiculo total, com mu-danças conseqüentes em relação de acionamento sendo acomoda-das automaticamente pelo variador. Estratégias sofisticadasenvolvendo o ajuste do torque de roda de acordo com o terre-no, exigências de motorista, etc. podem também ser implementadas.

Quando à eficiência do motor, podem ser feitos a-perfeiçoamentos quando comparado com as disposições de acio-namento de PTO em virtude de controle coordenado do motor ea transmissão acionando o PTO. Assim, por exemplo, a veloci-dade do motor pode ser reduzida quando a exigência de potên-cia é pequena, com o variador sendo ajustado para manter avelocidade de saida, reduzindo o consumo de combustível.

Claims (18)

1. Disposição de acionamento para uma transferên-cia de potência (PTO) de veiculo a motor, que compreende umeixo de PTO disposto e adaptado para acoplar com um imple-mento acionado por potência, um eixo de entrada disposto eadaptado para acoplar com um acionador rotativo, e umatransmissão continuamente variável acoplada entre os eixosde entrada e de PTO para transferir acionamento entre eles auma relação ' de acionamento continuamente variável,CARACTERIZADA pelo fato de que a transmissão continuamentevariável é construída e disposta de modo a regular o torquede reação de transmissão, e para acomodar automaticamentemudanças em velocidade no eixo de PTO em virtude de mudançasem sua relação de acionamento.

2. Disposição de acionamento, de acordo com a rei-vindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a transmissãocompreende uma unidade variando a relação ("variador") quetem uma entrada de variador rotativo e uma saida de variadorrotativo e é construída e disposta para regular o torque dereação.

3. Disposição de acionamento, de acordo com a rei-vindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o variador é dotipo de cubo toroidal.

4. Disposição de acionamento, de acordo com a rei-vindicação 2 ou reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato deque controlador para controlar o torque de reação de varia-dor para fornecer velocidade constante de PTO durante a ope-ração normal.

5. Disposição de acionamento, de acordo com a rei-vindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o torque de re-ação é controlado com base na realimentação de velocidade deeixo de transferência de potência.

6. Disposição de acionamento, de acordo com qual-quer uma das reivindicações 2 a 5, CARACTERIZADA pelo fatode que um controlador que limita o torque de reação para e-vitar carregamento de motor excessivo, tal que em resposta àcarga excessiva aplicada ao eixo de PTO, o torque de reaçãoé limitado pelo controlador e a redução de velocidade do ei-xo de transferência de potência devido à carga aplicada aele é automaticamente acomodada em, virtude de uma mudançaem relação de variador.

7. Disposição de acionamento, de acordo com qual-quer uma das reivindicações 2 a 6, CARACTERIZADA pelo fatode que compreende uma engrenagem derivada epiciclica acopla-da de modo operável ao variador e ao PTO.

8. Disposição de acionamento, de acordo com a rei-vindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que entradas res-pectivas da engrenagem derivada são acopladas no eixo de en-trada através do variador e através de uma corrente de en-grenagem de relação fixa, tal que em uma certa relação devariador, as duas entradas derivadas cancelam uma a outra efornecem um estado neutro engrenado em que o eixo de PTO éestacionário a despeito de ser mecanicamente acoplado ao ei-xo de entrada móvel.

9. Disposição de acionamento, de acordo com qual-quer uma das reivindicações 2 a 8, CARACTERIZADA pelo fatode que possui meios para ajustar o torque de reação de vari-ador em zero e desse modo fornecer um estado quase neutro emque o eixo de PTO é capaz de mover-se livremente a despeitode ser mecanicamente acoplado ao eixo de entrada

10. Disposição de acionamento, de acordo com areivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que compreendemeios para controlar a partida do PTO do estado quase neutroelevando o torque de reação de variador para criar um torquede acionamento no eixo de PTO, enquanto o variador acomodaautomaticamente a aceleração conseqüente do eixo de PTO emvirtude de mudanças em sua relação de acionamento.

11. Disposição de acionamento, de acordo com areivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que é construí-da e disposta tal que, para um dado torque de reação e velo-cidade de motor, o torque de saida diminui com o aumento davelocidade de saida.

12. Disposição de acionamento, de acordo com qual-quer uma das reivindicações 2 a 11, CARACTERIZADA pelo fatode que compreende uma embreagem disposta para fazer e inter-romper um acoplamento operativo entre o eixo de entrada e oeixo de PTO.

13. Disposição de acionamento, de acordo com areivindicação 12, CARACTERIZADA pelo fato de que o torque dereação de variador e a embreagem são ambos hidraulicamentecontrolados, sendo fornecidos meios para suprir a mesmapressão hidráulica a ambos.

14. Método de controlar uma transferência de po-tência de veiculo a motor, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende um eixo de PTO disposto e adaptado para acoplar aum implemento acionado de potência, um eixo de entrada dis-posto e adaptado para acoplar a um acionador rotativo, e umatransmissão continuamente variável acoplada entre os eixosde entrada e de PTO para transferir acionamento entre eles,compreendendo regular o torque de reação de transmissão epermitir a relação de transmissão variar de acordo com asmudanças em velocidade de saida resultante da aplicação detorque de saida de transmissão conseqüente a uma carga iner-cial para o eixo de PTO.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende incorporar natransmissão uma unidade variando a relação ("variador") quetem uma entrada de variador rotativo e uma saida de variadorrotativo e é construída e disposta para regular o torque dereação, definida como a soma de torques em sua entrada e saida.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende fornecer um estadoquase-neutro ajustando o torque de reação de variador em zero.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16,CARACTERIZADO pelo fato de que o estado quase neutro é for-necido em resposta a uma exigência do usuário.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 14 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que compreendedisparar um implemento acoplado no PTO, a partir de uma con-dição estática em que o torque de reação é ajustado em zero,elevando o torque de reação para criar um torque de acionamento no eixo de PTO e permitindo que a relação de acionamento do variador mude automaticamente para acomodar a aceleração conseqüente do eixo de PTO.