BRPI0805331B1 - Método de fabricação e controle da válvula borboleta para um motor de combustão interna - Google Patents

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Marcello SCIUTO
Gabriele Giuliani
Alessandro Peciarolo
Mario Marconi
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Magneti Marelli Powertrain S.P.A
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Abstract

método de fabricação e controle da válvula borboleta para um motor de combustão interna. um método de fabricação e controle de válvula borboleta (1) para motor de combustão interna; o método de fabricação e controle inclui as etapas: estabelecer um valor de taxa de fluxo gasoso máximo (v~ max~) que pode fluir através do cano de alimentação (4) quando a placa de borboleta (5) está na posição de fechamento; determinar uma posição de fechamento convencional na qual a taxa de fluxo gasoso que flui através do cano de alimentação (4) é essencialmente igual ao valor da taxa do fluxo gasoso máximo (v~ max~); acionar o dispositivo de atuação para que não passe normalmente a posição de fechamento convencional; e dimensionamento da posição do elemento detentor (34), para que quando o veio rotativo (6) apóie-se contra o elemento detentor (34) a taxa de fluxo gasoso que flui através do cano de alimentação (4) seja essencialmente mais baixa do que o valor de taxa de fluxo gasoso máximo (v~ max~).

Description

Método de fabricação e controle da válvula borboleta para um motor de combustão interna.
Campo técnico A presente invenção tem relação com o método de fabricação e controle da válvula borboleta para um motor de combustão interna. A presente invenção é vantajosamente aplicada à válvula borboleta usada a montante de um coletor de admissão em um motor de combustão interna, ao qual referência explícita será feita na descrição a seguir, sem assim se perder na generalidade. Técnica anterior Uma válvula borboleta, que é usada a montante de um coletor de admissão e ajusta a taxa de fluxo do ar que é alimentada aos cilindros, pode ser incluída em motores de combustão interna. A típica válvula borboleta atualmente comercializada tem um corpo de válvula fornecido com um cano de alimentação tubular através do qual o ar aspirado pelo motor de combustão interna flui; uma placa de borboleta, a qual é chaveada em um veio rotativo para girar entre uma posição de abertura e uma posição de fechamento do cano de alimentação, é acomodada dentro do cano de alimentação. A rotação da placa de borboleta é controlada por um dispositivo de atuação normalmente compreendendo um motor elétrico acoplado ao veio da placa de borboleta rotativo por meio de uma engrenagem de transmissão e ao menos uma mola que empurra o eixo da placa de borboleta para a posição de fechamento.
Um sensor de posição, que é adaptado para detectar a posição angular do veio rotativo (ou seja, da placa de borboleta) é acoplado ao veio rotativo carregando a placa de borboleta; nas válvulas borboletas modernas, o sensor de posição é do tipo livre de contato, ou seja, compreende um rotor integral com um veio rotativo e um estator, que é colocado em uma posição fixa, de face ao rotor e acoplado eletromagneticamente ao rotor por si só.
Em uma válvula borboleta, também é presente um elemento detentor, o qual limita a rotação do veio rotativo formando um fim de curso mecânico que define a posição de fechamento máxima alcançável pelo veio rotativo (ou seja, pela placa de borboleta). A função do elemento detentor é prevenir mecanicamente a placa de borboleta de emperrar pela interferência contra o cano de alimentação, situação a qual poderia causar deformação da placa de borboleta, a deformação do cano de alimentação ou, em casos piores, o agarramento da válvula borboleta.
Atualmente, o elemento detentor é definido por um parafuso de trava, que é parafusado através do corpo da válvula e tem uma cabeça colocada fora do corpo da válvula e uma extremidade livre que define o fim de curso mecânico do veio rotativo (ou seja, a placa de borboleta). Durante a etapa de fabricação, cada válvula borboleta é colocada em uma estação de teste, na qual a válvula do fluxo de ar que flui através do cano de alimentação é medida em tempo real; nestas condições, a posição axial do parafuso de travas é ajustada conforme se parafusa ou se desparafusa o parafuso de travas concernente ao corpo da válvula, assim quando o veio rotativo encosta no parafuso de travas a taxa de fluxo de ar que flui através do cano de alimentação é menor do que um valor limite estabelecido pelas especificações do desenho da válvula borboleta. Preferencialmente, após ajustar a posição axial do parafuso de travas, o parafuso de travas é preso no corpo da válvula para prevenir qualquer tipo de movimento mais tarde (tipicamente pelo efeito das vibrações geradas pelo motor em uso).
Após o estabelecimento da posição do parafuso de travas, o sensor de posição é calibrado ao definir-se um ponto deslocado correspondendo à posição do veio rotativo encostado contra o parafuso de travas e então pela definição do ganho do sensor de posição; subsequentemente, a linearização do software da saída do sensor de posição é realizada usando o ponto deslocado e o ganho previamente definido.
Durante o uso do motor de combustão interna, o controle da válvula borboleta trabalha para prevenir o veio rotativo de entrar em contato com o parafuso de travas (exceto em maneiras aitamente controladas em situações particulares e com muito baixa velocidade de impacto); realmente, quando o veio rotativo impacta contra o parafuso de travas, a engrenagem de transmissão que transmite a moção do motor elétrico ao veio rotativo está sujeita a um alto estresse mecânico que pode determinar a quebra do dente da engrenagem de transmissão.
Durante o uso de um motor de combustão interna, uma operação de auto-aprendizagem é periodicamente colocada um funcionamento (tipicamente cada vez que o motor de combustão interna é parado, ou seja, em modo pós-operação) que consiste em fazer com que o veio rotativo (ou seja, a placa de borboleta) apóie-se contra o parafuso de trava para novamente adquirir o ponto de deslocamento. Tal aquisição periódica do ponto de deslocamento é necessária porque a válvula borboleta pode ficar suja com o tempo e assim um impacto que sujeita a engrenagem de transmissão a um alto estresse mecânico pode ocorrer mesmo antes de adquirir o ponto de deslocamento ao final da fabricação da válvula borboleta.
De cima, é aparente que em uma conhecida válvula borboleta o manejo de um parafuso de travas é difícil e assim caro devido à necessidade de calibrar o parafuso de travas e a necessidade de periodicamente executar uma operação de auto-aprendizagem durante o uso do motor de combustão interna que consiste em fazer com o que o veio rotativo (ou seja, a placa de borboleta) apóie-se contra o parafuso de trava para novamente adquirir o ponto de deslocamento.
Objetivo da invenção É o objeto da presente invenção fornecer um método de fabricação e controle da válvula borboleta para um motor de combustão interna, sendo tal método livre das desvantagens acima descritas e, especificamente, sendo de implementação fácil e rentável.
De acordo com a presente invenção, um método de fabricação e controle da válvula borboleta para um motor de combustão interna é fornecido como reivindicado nas reivindicações anexadas.
Breve descrição dos desenhos A presente invenção será agora descrita com referência aos desenhos que a acompanham, que revelam uma configuração não limitativa dela, na qual: - Figura 1 é uma perspectiva, em visão parcialmente explodida com as peças removidas para melhor esclarecimento da fabricação e controle da válvula borboleta de acordo com a presente invenção; e - Figura 2 é a visão frontal com as peças removidas para melhor esclarecimento da válvula borboleta na figura 1.
Configurações preferidas da invenção Na figura 1, o número 1 indica como um todo uma válvula eletronicamente controlada para um motor de combustão interna (não mostrada). A válvula borboleta 1 compreende um corpo de válvula 2 acomodando um dispositivo de atuação fornecido com um motor elétrico 3 (mostrado na figura 2), um cano de alimentação de seção circular tubular 4 através do qual o ar aspirado pelo motor de combustão interna flui, e uma placa de borboleta 5 (diagramaticamente mostrada com uma linha tracejada), que tem formato circular, encaixa o cano de alimentação 4 e gira entre a posição de abertura e a posição de fechamento do cano de alimentação 4 por efeito da ação do dispositivo de atuação. A placa de borboleta 5 é chaveada no veio rotativo 6 tendo um eixo de rotação longitudinal 7 para girar sob o controle do dispositivo de atuação entre a posição de abertura e a posição de fechamento por efeito da ação do dispositivo de atuação.
Como mostrado na figura 2, o dispositivo de atuação compreende o motor elétrico 3 que é acoplado ao veio rotativo 6 por meio de uma engrenagem de transmissão 8, uma mola de retenção (não mostrada e acoplada ao veio rotativo 6) adaptada para girar a placa de borboleta 5 em direção à posição de fechamento, e possivelmente uma mola de contraste (não mostrada e acoplada ao veio 6) adaptada para girar a placa de borboleta 5 em direção à posição de abertura parcial na posição "limp-home" contra a polarização da mola de retenção. Especificamente, a mola de contraste que pode girar a placa de borboleta 5 em direção “limp-home" contra a inclinação da mola de retenção é presente se a válvula borboleta 1 for para ser usada em um motor de combustão interna funcionando de acordo com o ciclo Otto de mistura de ignição-controlado (ou seja, alimentado com gasolina ou similar), enquanto a mola de contraste não estiver presente se a válvula borboleta 1 for para ser usada em um motor de combustão interna funcionando de acordo com ciclo de mistura a Diesel de ignição-espontânea (assim alimentado com combustível diesel ou similar). O motor elétrico 3 tem um corpo cilíndrico que pode ser colocado em um compartimento tubular 9 (mostrado na figura 1) colocado ao lado do cano de alimentação 4 e é mantido em uma determinada posição dentro do compartimento tubular 9 por uma placa metálica 10; a placa metálica 10 tem um par de conectores elétricos fêmeas 11 que são eletricamente conectados ao motor elétrico 3 e são adaptados para encaixar em um par de correspondentes conectores elétricos machos 12 (mostrados na figura 1). Para assegurar a correta fixação do motor elétrico 3 ao corpo da válvula 2, a placa 10 possui três protusões radiais perfuradas, através das quais os correspondentes parafusos 14 fixados ao corpo da válvula 2 são inseridos. O motor elétrico 3 tem um eixo 15 terminando com uma roda dentada 16 que é mecanicamente conectada ao veio rotativo 6 por meio de uma roda dentada intermediária 17 interposta entre a roda dentada 16 e uma engrenagem de extremidade 18 chaveada no veio rotativo 6. A roda dentada 17 tem um primeiro grupo de dentes 19 acoplados à roda dentada 16 e um segundo grupo de dentes 20 acoplados à engrenagem de extremidade 18; o diâmetro do primeiro grupo de dentes 19 é diferente do diâmetro do segundo grupo de dentes 20, assim a roda dentada 17 determina uma variação não unitária de transmissão. A engrenagem de extremidade 18 é definida por um sólido corpo cilíndrico central 21 chaveado no veio rotativo 6 e fornecido com uma porção coroa circular 22 tendo um conjunto de dentes acoplados à roda dentada 17. A engrenagem de transmissão 8 e a placa 10 são colocadas em uma câmara 23 do corpo da válvula 2, que é fechada por uma tampa removível 24 (mostrada na figura 1).
Como mostrada nas figuras 1 e 2, a válvula borboleta 1 compreende um sensor de porção indutivo 25 do tipo sem contato, que é acoplado ao veio rotativo 6 e é adaptado para detectar a posição angular do veio rotativo 6 e, assim, da placa de borboleta 5 para permitir um controle de realimentação da posição da placa de borboleta 5. O sensor de posição 25 é do tipo descrito na patente US6236199B1 e compreende um rotor 26 integral com o veio rotativo 6 e um estator 27 suportado pela tampa 24 e colocado de face ao rotor 26 em uso; o rotor 26 é definido por um curva metálica plana 28 que é fechado em curto circuito, tem um conjunto de ressaltos 29, e é incorporado no corpo cilíndrico central 21 da engrenagem de extremidade 18. O estator 27 do sensor de posição 25 compreende um coletor de suporte 30 que é conectado a uma parede interna 31 da tampa 24 por meio de quatro rebites 32.
Como mostrado na figura 1, a tampa 24 é fornecida com um conector elétrico fêmea 33 que compreende um conjunto de contatos elétricos (não mostrado em detalhes); dois contatos elétricos são conectados aos conectores elétricos machos 12 adaptados para alimentar o motor elétrico 3, enquanto os outros contatos elétricos são conectados ao estator 27 do sensor de posição 25; quando a tampa 24 é colocada em contado com o corpo da válvula 2 para fechar a câmara 23, o conector elétrico fêmea 33 é colocado sobre o compartimento tubular 9 do motor elétrico 3.
Como mostrado na figura 2, um elemento detentor 34 fixado é incluído, o que consiste de uma protusão do corpo da válvula 2 que se estende até a câmara 23 e limita a rotação do eixo rotativo 6 constituindo um fim de curso mecânico que define a posição de fechamento máxima fisicamente alcançável pelo veio rotativo 6 (ou seja, pela placa de borboleta 5). Especificamente, o elemento detentor 34 é colocado para interferir com a trajetória realizada pela porção coroa circular 22 que é fornecida com um conjunto de dentes acoplados à roda dentada 17 e é angularmente integral com o veio rotativo 6. A função do elemento detentor 34 é prevenir mecanicamente a placa de borboleta 5 de emperrar pela interferência contra o cano de alimentação 4, situação a qual poderia causar deformação da placa de borboleta 5, a deformação do cano de alimentação 2 ou, em casos piores, o agarramento da válvula borboleta 1.
De nada é válido ter o elemento detentor 34 fixado e livre de ajuste; ou seja, o elemento detentor 34 consiste em um corpo fixo, a posição da qual não pode ser ajustada (calibrada) de maneira alguma.
Durante a etapa de desenho da válvula borboleta 1, uma taxa de fluxo máximo gasoso Vmax que pode fluir através do cano de alimentação 4 quando a placa de borboleta 5 esta na posição de fechamento é determinada; o valor máximo Vmax é normalmente estabelecido pelas especificações do desenho da válvula borboleta 1 e é usado para garantir que na posição de fechamento a tava de fluxo de ar que vaza através da válvula borboleta 1 seja essencialmente negligenciável para fins de controle do motor. Como exemplo, em uma válvula borboleta 1 para um motor de combustão interna funcionando de acordo com ciclo de mistura a Diesel de ignição-espontânea (assim alimentado pelo combustível Diesel ou similar), o valor máximo Vmax pode ser entre 4 e 6 Kg/h (KG para massa gasosa que flui em uma hora). A posição do elemento detentor 34 é dimensionada para que quando o veio rotativo 6 (ou seja, a porção coroa circular 22 integral com o veio rotativo 6) apóia-se contra o elemento detentor 34, a taxa de fluxo gasosa que flui através do cano alimentador 4 é essencial e consideravelmente menor do que o valor máximo da taxa de fluxo gasoso Vmax; especialmente, quando o veio rotativo 6 (ou seja a porção coroa circular 22 integral com o veio rotativo 6) apóia-se contra o elemento detentor 34, a taxa de fluxo gasosa que flui através do cano alimentador 4 deve ser menor que o valor máximo da taxa de fluxo gasoso Vmax, ao menos 1 kg/h e preferencialmente até 2 kg/h. A posição do veio rotativo 6 que se apóia contra o elemento detentor 34 é usada como um ponto de deslocamento para calibrar e programar o sensor de posição 25; em outras palavras, o veio rotativo 6 é disposto no ponto de deslocamento, ou seja, é colocado apoiando-se contra o elemento detentor 34, e nesta posição a leitura fornecida pelo sensor de porção 25 é detectada para determinar a leitura fornecida pelo sensor de posição 25 no ponto de deslocamento.
Subsequentemente, a inclinação do sensor de posição 25 é programado no ponto de deslocamento e então a linearização da saída do sensor de posição 25 é realizada.
Durante a etapa de fabricação da válvula borboleta 1, a válvula borboleta 1 é colocada em uma estação de teste (conhecida, mas não mostrada), na qual o valor do fluxo de ar que flui através do cano de alimentação 4 é medido em tempo real. Sob estas condições, o veio rotativo 6 (ou seja, a porção coroa circular 22 integral com o veio rotativo 6) é colocada apoiando-se contra o elemento detentor 34 para determinar a leitura fornecida pelo sensor de posição 25 no ponto de deslocamento.
Subsequentemente, o veio rotativo 6 é trazido para a posição de fechamento convencional no qual a taxa de fluxo gasoso que flui pelo cano de alimentação 4 é igual ao valor de taxa de fluxo gasoso máximo Vmax; a leitura fornecida pelo sensor de posição 25 é determinada em tal posição de fechamento convencional para saber e armazenar a leitura fornecida pelo sensor de posição 25 quando o veio rotativo 6 estiver na posição de fechamento convencional.
Durante o uso da válvula borboleta 1, o dispositivo de atuação da válvula borboleta 1 é acionado para não passar a posição de fechamento convencional; é valido enfatizar que, por definição, na posição de fechamento convencional a taxa de fluxo gasoso através do cano de alimentação 4 é igual ao valor da taxa de fluxo gasoso máximo Vmax e assim, para estar em conformidade com os requisitos do desenho, a válvula borboleta 1 nunca necessita passar a posição de fechamento convencional. Adicionalmente, a posição de fechamento convencional é relativamente distante da posição de fechamento máxima fisicamente alcançável pelo veio rotativo 6 e definido pelo elemento detentor 34; desta maneira, quando o veio rotativo 6 é trazido para a posição de fechamento convencional (ou mesmo próximo à posição de fechamento convencional) o veio rotativo 6 nunca poderá alcançar a posição de fechamento máxima fisicamente alcançável, ou seja nunca poderá impactar o elemento detentor 34. Isso certamente é também mantido ao longo do tempo, porque o efeito de possível sujeita a qual a válvula borboleta 1 pode estar sujeita é, de qualquer modo, bem menor do que a distância existente entre a posição de fechamento convencional e a posição de fechamento máxima fisicamente alcançável definida pelo elemento detentor 34. Consequentemente, durante o uso normal da válvula borboleta 1 não é necessário a auto-aprendizagem do ponto de deslocamento do sensor de posição 25 para rastrear o desvio devido à sujeira, porque durante o uso normal da válvula borboleta 1 o veio rotativo 6 é sempre parado na posição de fechamento convencional e assim em um ampla e segura distância da posição de fechamento máxima fisicamente alcançável definida pelo elemento detentor 34. É importante enfatizar que durante o uso normal da válvula borboleta 1 o ponto de deslocamento do sensor de posição 25 não esta em auto-aprendizagem para rastrear o desvio devido à sujeita, entretanto, durante o uso normal da válvula borboleta 1 é possível realizar outros tipos de verificações (além do ponto de deslocamento na leitura fornecida pelo sensor de posição 25 para verificar outros tipos de desvios do sensor de posição 25 e/ou verificar a operação correta do sensor de posição 25.
Brevemente, em uma válvula borboleta 1 convencional, a posição do elemento detentor 34 é ajustável para fazer com que a posição de fechamento convencional (na qual a taxa de fluxo gasoso que flui através do cano de alimentação 4 seja igual ao valor da taxa de fluxo gasoso máximo Vmax) satisfaça a posição de fechamento máxima fisicamente alcançável; esta escolha implica em várias desvantagens porque isso obriga ambos o ajuste de posição do elemento detentor 34 durante a etapa de fabricação da válvula borboleta 1, e periodicamente auto-aprendizagem da posição de fechamento convencional para prevenir pequenos desvios devido à sujeito que causam impacto violente do veio rotativo 6 contra o elemento detentor 34. Por outro lado, na inovadora válvula borboleta 1 descrita acima, a posição do elemento detentor 34 é fixada e a posição de fechamento convencional (na qual a taxa de fluxo gasoso que flui através do cano de alimentação 4 é igual ao Valor de taxa de fluxo gasoso máximo Vmax) esteja longe da posição de fechamento máxima fisicamente possível ; desta maneira, a posição do elemento detentor 34 não necessita ser ajustada durante a etapa de fabricação da válvula borboleta 1 e a posição de fechamento convencional não precisa passar periodicamente pela auto-aprendizagem porque possível sujeira não pode preencher a distância existente entre a posição de fechamento convencional e a posição de fechamento máxima fisicamente alcançável. É importante enfatizar que o dispositivo de atuação pode ser acionado para fazer com que o veio rotativo 6 levemente passe a posição de fechamento convencional por um curto tempo pelo efeito de um desligamento; realmente, ao permitir um pequeno desligamento na posição do veio rotativo 6 o movimento dinâmico do veio rotativo 6 pode ser mais rápido e alerta.
Na incorporação mostrada nas figuras que acompanham, a válvula borboleta 1 ajusta a taxa de fluxo de ar aspirado pelo motor de combustão interna que pode funcionar de acordo com o ciclo ignição-controlada Otto de mistura (assim alimenta com gasolina ou similar) ou pode funcionar de acordo com o ciclo de mistura a Diesel de ignição-espontânea (assim alimenta com combustível Diesel ou similar).
Obviamente, em outras aplicações, a válvula borboleta 1 pode ajustar uma taxa de fluxo de ar que não seja o ar aspirado pelo motor de combustão interna, por exemplo, a taxa de fluxo do ar recirculado no circuito EGR.
Reivindicações

Claims (5)

1. Método de fabricação e controle de válvula borboleta (1) para motor de combustão interna (1); a válvula borboleta (1) compreende: um corpo de válvula (2); um cano de alimentação tubular (4) definido no corpo da válvula (2); um veio rotativo (6) que gira em torno do eixo de rotação (7) uma placa borboleta (5), que é colocada dentro do cano de alimentação (4) e é chaveada no veio rotativo (6) para girar entre uma posição de abertura e uma posição de fechamento do cano de alimentação (4) um elemento detentor (34) que limita a rotação do veio rotativo (6) formando um fim de curso mecânico que define a posição de fechamento máxima alcançável pelo veio rotativo (6); um sensor de posição (25) para detectar a posição angular do veio rotativo (6); e um dispositivo de atuação conectado ao veio rotativo (6) para girar o veio rotativo (6); o método de fabricação e de controle compreende as etapas de: estabelecer um valor de taxa de fluxo gasoso máximo (Vmax) que pode fluir através do cano de alimentação (4) quando a placa de borboleta (5) está na posição de fechamento; determinar uma posição de fechamento convencional na qual a taxa de fluxo gasoso que flui através do cano de alimentação (4) é essencialmente igual ao valor da taxa do fluxo gasoso máximo (Vmax); e acionar o dispositivo de atuação para que normalmente passe a posição de fechamento convencional; o método fabricação e de controle é caracterizado pelo fato de compreender as adicionais etapas de: dimensionamento da posição do elemento detentor (34), para que quando o veio rotativo (6) apóie-se contra o elemento detentor (34) a taxa de fluxo gasoso que flui através do cano de alimentação (4) seja essencialmente mais baixa do que o valor de taxa de fluxo gasoso máximo (Vmax); usando a posição do veio rotativo (6) apoiando-se contra o elemento detentor (34) como ponto de deslocamento para calibrar e programar o sensor de posição (25); e determinar, durante a etapa inicial de calibragem, a leitura fornecida pelo sensor de posição (25) quando o veio rotativo (6) é trazido para a posição de fechamento convencional na qual a tava de fluxo gasoso que flui através do cano de alimentação (4) é igual ao valor de taxa de fluxo gasoso máximo (Vmax).
2. Método de fabricação e controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a posição do elemento detentor (34), é dimensionada para que quando o veio rotativo (6) apóie-se contra o elemento detentor (34) a taxa de fluxo gasoso que flui através do cano de alimentação (4) seja essencialmente mais baixa do que o valor de taxa de fluxo gasoso máximo (Vmax);
3. Método de fabricação e controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a posição do elemento detentor (34), é dimensionada para que quando o veio rotativo (6) apóie-se contra o elemento detentor (34) a taxa de fluxo gasoso que flui através do cano de alimentação (4) seja mais baixa ao menos 2 kg/h do que o valor de taxa de fluxo gasoso máximo (Vmax).
4. Método de fabricação e controle, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3 caracterizado pelo fato de que compreende as adicionais etapas de uso de um elemento detentor (34) fixo e livre de ajustes.
5. Método de fabricação e controle, de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4 caracterizado pelo fato de que compreende as adicionais etapas de não auto-aprendizagem do ponto de deslocamento do sensor de posição (25) durante o uso normal da válvula borboleta (1).
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