PT1515022E

PT1515022E - Válvula de borboleta servo-assistida com uma mola de lâmina e uma mola helicoidal para estabelecer a posição '' modo degradado de emergência''

Info

Publication number: PT1515022E
Application number: PT04104443T
Authority: PT
Inventors: Claudio Fauni
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain Spa
Priority date: 2003-09-15
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2007-02-28
Also published as: CN100402818C; US20050263731A1; ATE344878T1; EP1515022B1; DE602004003107D1; US7028979B2; BRPI0403989A; ITBO20030530A1; PL1515022T3; DE602004003107T2; ES2276228T3; CN1641193A; EP1515022A1

Description

PE 1515022 1 DESCRIÇÃO "VÁLVULA DE BORBOLETA SERVO-ASSISTIDA COM UMA MOLA DE LÂMINA E UMA MOLA HELICOIDAL PARA ESTABELECER A POSIÇÃO "MODO DEGRADADO DE EMERGÊNCIA"" O presente invento refere-se a uma válvula de borboleta servo-assistida dotada com uma mola de lâmina e uma mola helicoidal para estabelecer a posição "modo degradado de emergência".

Os motores de combustão interna a gasolina estão, normalmente, dotados com uma válvula de borboleta que regula o escoamento de ar fornecido aos cilindros. Tipicamente, a válvula de borboleta compreende um corpo de válvula que aloja uma sede de válvula engatada por um disco de borboleta que está fixado por chaveta a um veio de modo a rodar entre uma posição aberta e uma posição fechada sob a acção de um motor eléctrico conectado a este veio por meio de uma transmissão por carretos. O veio de suporte da válvula de borboleta está associado com um sensor de posição que está adaptado para detectar a posição angular do veio e, por conseguinte, da válvula de borboleta de modo a permitir que uma unidade de controlo controle, por realimentação, o motor eléctrico que determina a posição da válvula de borboleta. 2 PE 1515022 A válvula de borboleta, normalmente, compreende uma mola helicoidal de flexão e de tracção que está montada de modo coaxial relativamente ao veio e está, mecanicamente, acoplada ao veio de modo a exercer um binário sobre este veio que tende a fazer com que o veio se aproxime da posição fechada; e uma mola helicoidal de flexão oposta que está montada de modo coaxial relativamente ao veio e está, mecanicamente , acoplada ao veio de modo a exercer um binário sobre este veio que tende a fazer com que o veio adopte uma posição parcialmente aberta (denominada posição de "modo degradado de emergência") em oposição à acção da mola de tracção e em resultado da presença de um corpo de encosto que define um encosto para a mola de oposição de encontro à qual o movimento de abertura determinado por esta mola de oposição é interrompido. O binário gerado pela mola de oposição é maior do que o binário gerado pela mola de tracção; por este motivo, quando o motor não está activado, o veio é colocado na posição do "modo degradado de emergência" e o próprio motor, então, tem que gerar um respectivo binário de accionamento, quer para fazer com que o veio adopte a posição de abertura máxima, quer para fazer com que o veio adopte a posição fechada. O documento US20020129791 revela um dispositivo de acelerador para um motor de combustão interna, no qual, num lado da parede lateral de um corpo do acelerador, se forma um espaço destinado à montagem de um mecanismo de carretos de desmultiplicação que transmite a potência proveniente de um motor a um veio de válvula de acelerador, 3 ΡΕ1515022 e de um mecanismo de regulação de abertura predefinida destinado a manter uma abertura de válvula de acelerador com uma abertura especifica (abertura predefinida) quando o interruptor de ignição está desligado, e de uma armação de montagem de cobertura dos carretos que circunda o espaço de montagem; a armação está formada numa zona inferior ao nivel de montagem do mecanismo de carretos de desmultipli-cação. Uma cobertura dos carretos destinada a cobrir o espaço de montagem dos carretos está fixada à armação; um batente destinado a definir a abertura predefinida e um batente destinado a definir a posição completamente fechada da válvula de acelerador estão justapostos de modo a permitir regulações de posição na mesma direcção. Estes batentes servem para eliminar uma alavanca de predefinição e um carreto do acelerador, permitindo, desse modo, uma reestruturação, redução de peso e racionalização do fabrico e regulações de um dispositivo de acelerador controlado electronicamente. A solução descrita anteriormente, na qual a posição do "modo degradado de emergência" é estabelecida por duas molas helicoidais, é normalmente utilizada nas válvulas de borboleta comercialmente disponíveis; no entanto, esta solução tem inconvenientes dado que ocupa muito espaço e a sua montagem é relativamente complexa e demorada. 0 objectivo do presente invento consiste em proporcionar uma válvula de borboleta servo-assistida 4 ΡΕ1515022 dotada com uma mola de lâmina e uma mola helicoidal para estabelecer a posição de "modo degradado de emergência" que não apresenta os inconvenientes descritos anteriormente e cuja implementação, em particular, é fácil e económica. 0 presente invento, por conseguinte, refere-se a uma válvula de borboleta servo-assistida dotada com uma mola de lâmina e uma mola helicoidal para estabelecer a posição de "modo degradado de emergência" conforme definido nas reivindicações anexas. 0 presente invento é descrito em seguida relativamente aos desenhos em anexo que mostram uma respectiva forma de realização não limitativa, e nos quais: A Fig. 1 é uma vista em perspectiva, parcialmente explodida e sem algumas peças, por uma questão de clareza, de uma válvula de borboleta produzida de acordo com o método do presente invento; A Fig. 2 é uma vista frontal, diagramática, de uma câmara de um corpo de válvula da válvula de borboleta da Fig. 1;

As Figs. 3 e 4 são vistas em perspectiva, numa escala ampliada, de um pormenor da válvula de borboleta da Fig. 1; A Fig. 5 mostra um pormenor da Fig. 4 de acordo com uma forma de realização diferente. 5 PE 1515022

Na Fig. 1, mostra-se uma válvula de borboleta controlada electronicamente para um motor de combustão interna (não mostrado) designada globalmente por 1; a válvula 1 de borboleta compreende um corpo 2 metálico de válvula que aloja um motor 3 eléctrico (mostrado na Fig. 2), uma sede 4 de válvula e um disco 5 de borboleta (mostrado, de modo diagramático, em linhas tracejadas) que se engata na sede 4 de válvula e é deslocado entre uma posição aberta e uma posição fechada sob a acção do motor 3 eléctrico. Como mostrado na Fig. 2, o disco 5 de borboleta está, em particular, fixado por chaveta a um veio 6 metálico tendo um eixo 7 longitudinal de modo a rodar entre a posição aberta e a posição fechada sob a acção do motor 3 eléctrico conectado a este veio 6 por meio de uma transmissão 8 por carretos (mostrada na Fig. 2) .

Como mostrado na Fig. 2, o motor 3 eléctrico possui um corpo cilíndrico que está colocado num compartimento 9 tubular (mostrado na Fig. 1) colocado ao lado da sede 4 de válvula e é mantido numa posição predeterminada no interior deste compartimento 9 tubular por uma placa 10 metálica; a placa 10 metálica compreende um par de conectores 11 eléctricos fêmeas que estão electricamente conectados ao motor 3 eléctrico e estão adaptados para serem engatados por um par de respectivos conectores 12 eléctricos machos (mostrados na Fig. 1). De modo a assegurar que o motor 3 eléctrico fica correctamente preso ao corpo 2 de válvula, a placa 10 possui três projecções 13 radiais perfuradas através das quais se 6 PE1515022 inserem parafusos 14 respectivos com a função de o fixar ao corpo 2 de válvula. O motor 3 eléctrico compreende um veio 15 que termina numa roda 16 dentada que está, mecanicamente, ligada ao veio 6 por meio de uma roda 17 dentada livre interposta entre a roda 16 dentada e um carreto 18 final fixado por chaveta ao veio 6. A roda 17 dentada compreende um primeiro conjunto de dentes 19 acoplados à roda 16 dentada e um segundo conjunto de dentes 20 acoplados ao carreto 18 final; o diâmetro do primeiro conjunto de dentes 19 difere do diâmetro do segundo conjunto de dentes 20, o que faz com que a roda 17 dentada tenha uma relação de transmissão não unitária. 0 carreto 18 final é formado por um corpo 21 cilíndrico central e sólido fixado por chaveta ao veio 6 e dotado com uma parte 22 de coroa circular dotada com um conjunto de dentes acoplados à roda 17 dentada. A totalidade da transmissão 8 por carretos, i. e. a roda 16 dentada, a roda 17 dentada e o carreto 18 final, é, normalmente, fabricada em material plástico. A transmissão 8 por carretos e a placa 10 estão colocadas numa câmara 23 do corpo 2 de válvula que é fechada por uma cobertura 24 amovível (mostrada na Fig. 1) fabricada em material plástico.

Como mostrado nas Figs. 1 e 2, a válvula 1 de borboleta compreende um sensor 25 de posição indutivo do tipo "sem contacto" que está acoplado ao veio 6 e está 7 ΡΕ1515022 adaptado para detectar a posição angular do veio 6 e, por conseguinte, do disco 5 de borboleta de modo a permitir o controlo, em realimentação, da posição deste disco 5 de borboleta. 0 sensor 25 de posição é do tipo revelado no Documento de Patente US 6236199-B1 e compreende um rotor 26 solidário com o veio 6 e um estator 27 suportado pela cobertura 24 e colocado de modo a, em funcionamento, estar virado para o rotor 26; o rotor 26 é formado por um enrolamento 28 metálico plano que é fechado em curto-circuito, compreende uma série de lóbulos 29 e está incorporado no corpo 21 cilíndrico central do carreto 18 final. 0 enrolamento 28 metálico está, de preferência, parcialmente incorporado no corpo 21 cilíndrico central do carreto 18 final para que uma superfície do enrolamento 28 virada para o estator 27 seja, substancialmente, co-planar com uma superfície externa do corpo 21 cilíndrico. De acordo com uma forma de realização diferente (não mostrada), o enrolamento 28 metálico está completamente incorporado no corpo 21 cilíndrico central do carreto 18 final. O estator 27 do sensor 25 de posição compreende uma base 30 de suporte que está ligada a uma parede 31 interna da cobertura 24 por meio de quatro rebites 32 de plástico.

Como mostrado na Fig. 1, a cobertura 24 está dotada com um conector 33 eléctrico fêmea que compreende uma série de contactos eléctricos (não mostrados em pormenor): dois contactos eléctricos estão conectados aos conectores 12 eléctricos machos adaptados para alimentar o motor 3 eléctrico, enquanto os outros quatro contactos 8 ΡΕ1515022 eléctricos estão conectados ao estator 27 do sensor 25 de posição; quando a cobertura 24 é colocada em contacto com o corpo 2 de válvula para fechar a câmara 23, o conector 33 eléctrico fêmea fica colocado por cima do compartimento 9 tubular do motor 3 eléctrico.

Como mostrado nas Figs. 2, 3 e 4, proporciona-se um parafuso 34 de regulação do ralenti que está adaptado para impedir o encravamento do disco 5 de borboleta e coopera com a parte 22 de coroa circular do carreto 18 final; quando se faz com que o veio 6, pela acção do motor 3 eléctrico, adopte a posição fechada, a rotação do veio 6 não é interrompida pelo impacto entre o disco 5 de borboleta e as paredes do corpo 4 de válvula, mas é interrompida pelo impacto da parte 22 de coroa circular do carreto 18 final de encontro ao parafuso 34 de regulação do ralenti. Esta solução é necessária porque qualquer impacto entre o disco 5 de borboleta e as paredes do corpo 4 de válvula poderiam provocar o bloqueio do disco 5 de borboleta relativamente às paredes do corpo 4 de válvula e, por conseguinte, o encravamento da válvula 1 de borboleta. Durante a fase de produção do corpo 1 de borboleta, a posição axial do parafuso 34 de regulação do ralenti pode ser regulada apertando ou desapertando este parafuso 34 de regulação do ralenti relativamente ao corpo 4 de válvula; a posição do parafuso 34 de regulação do ralenti pode, depois, ser bloqueada relativamente ao corpo 2 de válvula de modo a impedir um qualquer tipo de deslocamento - 9 - ΡΕ1515022 subsequente (tipicamente, em resultado das vibrações geradas pelo motor quando está em funcionamento).

Como mostrado na Fig. 4, a válvula 1 de borboleta compreende uma mola 35 de tracção que é uma mola helicoidal de flexão (i. e. a mola é deformada por um deslocamento circular que gera um binário resistente) e tende a rodar o veio 6 no sentido anti-horário relativamente à Fig. 4 (seta C) com um movimento que tende a fazer com que o disco 5 de borboleta se aproxime da posição fechada; a válvula 1 de borboleta também compreende uma mola 36 de oposição que é uma mola de lâmina e tende a rodar o veio 6 no sentido horário relativamente à Fig. 4 (seta 0) com um movimento que tende a fazer com que o disco 5 de borboleta se aproxime de uma posição aberta. A mola 35 de tracção gera um binário mais pequeno do que o binário gerado pela mola 36 de oposição o que faz com que, de um modo geral, a combinação dos efeitos da mola 35 de tracção e da mola 36 de oposição tenda a rodar o veio 6 num sentido horário relativamente à Fig. 4 (seta 0) na direcção de uma posição aberta do disco 5 de borboleta. A rotação no sentido horário relativamente à Fig. 4 (seta 0) na direcção da posição aberta do veio 6 sob a acção da mola 35 de tracção e da mola 36 de oposição pára numa posição parcialmente aberta ou posição de "modo degradado de emergência"; deste modo, na ausência da acção do motor 3 eléctrico, o veio 6 (e, por conseguinte, o disco 5 de borboleta) é colocado na posição de "modo degradado de - 10 - PE 1515022 emergência". Quando o motor 3 eléctrico é accionado, o binário de accionamento gerado por este motor 3 eléctrico fica apto a rodar o veio 6 (e, por conseguinte, o disco 5 de borboleta) de modo a que este adopte uma posição completamente fechada em oposição ao binário gerado pela mola 36 de oposição e fica apto a rodar o veio 6 (e, por conseguinte, o disco 5 de borboleta) de modo a que este adopte uma posição de abertura máxima em oposição ao binário gerado pela mola 35 de tracção. Em particular, e como descrito pormenorizadamente em seguida, a posição de "modo degradado de emergência" é definida por um corpo 37 de encosto que é proporcionado no corpo 2 de válvula. A mola 35 de tracção possui uma extremidade (não mostrada em pormenor) ligada, mecanicamente, ao corpo 2 de válvula e uma extremidade 38 que está ligada, mecanicamente, ao carreto 18 final, que está, por sua vez, fixado por chaveta ao veio 6, quando é inserida num compartimento 39 criado neste carreto 18 final. A mola 36 de oposição está montada num elemento 40 móvel cilíndrico que está montado, de modo coaxial e livre, no veio 6, i. e. não há quaisquer ligações mecânicas directas entre o veio 6 e o elemento 40 móvel. Uma extremidade 41 da mola 36 de oposição está solidária com o elemento 40 móvel; na extremidade 41 da mola 36 de oposição, o elemento 40 móvel compreende uma projecção 42 que está adaptada para se encostar ao corpo 37 de encosto do corpo 2 de válvula, como mostrado na Fig. 4. Uma extremidade 43 da mola 36 de oposição oposta à extremidade 41 está livre e é colocada ao - 11 - PE 1515022 lado da roda 17 dentada de modo a ficar virada para uma superfície 44 interna desta roda 17 dentada; a roda 17 dentada compreende uma projecção 45 que se projecta perpendicularmente em relação à superfície 44 interna de modo a apoiar-se na extremidade 43 da mola 36 de oposição durante a rotação da roda 17 dentada.

Na ausência da acção do motor 3 eléctrico, o binário gerado pela mola 35 de tracção roda o veio 6 num sentido anti-horário relativamente à Fig. 4 (seta C) e roda a roda 17 dentada num sentido horário relativamente à Fig. 4 (seta C) com um movimento que tende a fazer com que o disco 5 de borboleta se aproxime da posição fechada; num determinado ponto, a projecção 44 da roda 17 dentada apoia-se na extremidade 43 da mola 3 de oposição fazendo com que a mola 36 de oposição e, por conseguinte, o elemento 40 móvel, rode num sentido horário relativamente à Fig. 4 (seta C) até que a projecção 42 do elemento 40 móvel se apoie no corpo 37 de encosto do corpo 2 de válvula, como mostrado na Fig. 4. Neste ponto, a subsequente rotação da roda 17 dentada no sentido anti-horário relativamente à Fig. 4 (seta C) deforma a mola 36 de oposição que, por reacção, gera um binário resistente que equilibra o binário gerado pela mola 35 de tracção e faz com que o veio 6 se imobilize na posição de "modo degradado de emergência".

Na forma de realização mostrada na Fig. 4, é necessário modificar a posição do corpo 37 de encosto para regular o valor do escoamento de ar na posição de "modo - 12 - PE 1515022 degradado de emergência"; no entanto, esta operação não é simples dado que o corpo 37 de encosto é criado directamente no corpo 2 de válvula.

De acordo com uma forma de realização alternativa mostrada na Fig. 5, o corpo 37 de encosto é formado por um parafuso 37 de encosto aparafusado no corpo 2 de válvula; deste modo, é extremamente simples regular o valor do escoamento de ar na posição de "modo degradado de emergência" apertando ou desapertando o parafuso 37 de encosto relativamente ao corpo 2 de válvula. Durante a fase de produção, a válvula 1 de borboleta está, em particular, colocada numa estação de teste (conhecida e não mostrada) na qual o valor do escoamento de ar na posição de "modo degradado de emergência" é medido em tempo real; nestas condições, a posição axial do parafuso 37 de encosto relativamente ao corpo 2 de válvula é regulada apertando ou desapertando o parafuso 37 de encosto até se obter, com precisão, o valor de escoamento de ar desejado na posição de "modo degradado de emergência". De preferência, depois da posição axial do parafuso 37 de encosto relativamente ao corpo 2 de válvula ter sido definida, o parafuso 37 de encosto é bloqueado relativamente ao corpo 2 de válvula para impedir um qualquer tipo de deslocamento subsequente (tipicamente, devido às vibrações geradas pelo motor quando em funcionamento).

Deve salientar-se que a unidade formada pelo veio 6, mola 35 de tracção e elemento 40 móvel dotado com a mola - 13 - ΡΕ1515022 36 de oposição, pode ser pré-montada separadamente e inserida por meio de uma única operação de montagem, que pode ser automatizada, no corpo 2 de válvula.

Em comparação com a solução convencional na qual a mola de tracção e a de oposição são ambas molas helicoidais, a solução para a válvula 1 de borboleta, como descrito anteriormente, na qual a mola 35 de tracção é uma mola helicoidal e a mola 36 de oposição é uma mola de lâmina, tem várias vantagens dado que permite uma redução do atrito e da ocupação de espaço, é mais fiável e faz com que seja possível reduzir os tempos de montagem.

Lisboa, 25 de Janeiro de 2007

Claims

PE1515022 1 REIVINDICAÇÕES 1. Válvula (1) de borboleta servo-assistida compreendendo um corpo (2) de válvula, uma sede (4) de válvula formada no corpo (2) de válvula, um disco (5) de borboleta adaptado para se engatar na sede (4 ) de válvula, um veio (6) no qual se fixa, por chaveta, o disco (5) de borboleta, um motor (3) eléctrico acoplado ao veio (6) por meio de uma transmissão (8) por carretos compreendendo, pelo menos, uma primeira roda (17) dentada de modo a rodar o disco (5) de borboleta entre uma posição de abertura máxima e uma posição fechada da sede (4) de válvula, uma mola (35) helicoidal de tracção adaptada para rodar o disco (5) de borboleta na direcção da posição fechada, e uma mola (36) de oposição adaptada para rodar o disco (5) de borboleta na direcção de uma posição parcialmente aberta ou de "modo degradado de emergência" em oposição à acção da mola (35) de tracção; sendo a válvula (1) de borboleta caracterizada por a mola (36) de oposição ser uma mola de lâmina e estar montada num elemento (40) móvel que está montado, de modo coaxial e livre, no veio (6) e compreende uma projecção (42) adaptada para se encostar ao corpo (37) de encosto, sendo livre uma primeira extremidade (43) da mola (36) de oposição e sendo colocada ao lado da primeira roda (17) dentada de modo a ficar virada para uma superfície (44) interna desta primeira roda (17) dentada, compreendendo esta primeira roda (17) dentada uma projecção (45) que se projecta perpendicularmente em relação à 2 PE1515022 superfície (44) interna de modo a apoiar-se de encontro à primeira extremidade (43) da mola (36) de oposição durante a rotação da primeira roda (17) dentada.
2. Válvula (1) de borboleta como reivindicada na reivindicação 1, em que a transmissão (8) por carretos compreende uma segunda roda (16) dentada solidária com um veio (15) do motor (3) eléctrico e um carreto (18) final fixado por chaveta no veio (6), estando a primeira roda (17) dentada montada livremente no corpo (2) de válvula e interposta entre a segunda roda (16) dentada e o carreto (18) final.
3. Válvula (1) de borboleta como reivindicada na reivindicação 2, em que a primeira roda (17) dentada possui um primeiro conjunto de dentes (19) acoplados à segunda roda (16) dentada e um segundo conjunto de dentes (20) acoplados ao carreto (18) final, diferindo o diâmetro do primeiro conjunto de dentes (19) do diâmetro do segundo conjunto de dentes (20).
4. Válvula (1) de borboleta como reivindicada na reivindicação 3, em que o carreto (18) final é formado por um corpo (21) cilíndrico central e sólido fixado por chaveta ao veio (6) e dotado com uma parte (22) de coroa circular dotada com um conjunto de dentes acoplados à roda (17) dentada. 3 PE 1515022
5. Válvula (1) de borboleta como reivindicada na reivindicação 4, compreendendo um parafuso (34) de regulação de ralenti, cuja função consiste em impedir o encravamento do disco (5) de borboleta, que é aparafusado no corpo (2) de válvula e coopera com a parte (22) de coroa circular do carreto (18) final.
6. Válvula (1) de borboleta como reivindicada numa das reivindicações 2 a 5, em que a mola (35) de tracção possui uma primeira extremidade ligada, mecanicamente, ao corpo (2) de válvula e uma segunda extremidade (38) ligada, mecanicamente, ao carreto (18) final.
7. Válvula (1) de borboleta como reivindicada na reivindicação 6, em que o carreto (18) final está dotado com uma sede (39) adaptada para receber a segunda extremidade (38) da mola (35) de tracção.
8. Válvula (1) de borboleta como reivindicada numa das reivindicações 1 a 7, em que uma segunda extremidade (41) da mola (36) de oposição oposta à primeira extremidade (43) está solidária com o elemento (40) móvel, compreendendo o elemento (40) móvel a projecção (42) adaptada para se encostar ao corpo (37) de encosto no local da segunda extremidade (41) da mola (36) de oposição. 4 PE 1515022
9. Válvula (1) de borboleta como reivindicada numa das reivindicações 1 a 8, em que o corpo (37) de encosto é criado directamente no corpo (2) de válvula.
10. Válvula (1) de borboleta como reivindicada numa das reivindicações 1 a 8, em que o corpo (37) de encosto é formado por um parafuso (37) de encosto aparafusado no corpo (2) de válvula. Lisboa, 25 de Janeiro de 2007