PT1515023E

PT1515023E - Válvula de borboleta controlada electronicamente com uma mola de lâmina e uma mola helicoidal para estabelecer a posição ''modo degradado de emergência''

Info

Publication number: PT1515023E
Application number: PT04104444T
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: EP1515023A1; DE602004003108D1; PL1515023T3; ATE344879T1; ES2276229T3; CN1607321A; ITBO20030531A1; DE602004003108T2; US20050092956A1; US6997438B2; BRPI0403988A; EP1515023B1; CN100396898C

Description

PE 1515023 1

DESCRIÇÃO

"VÁLVULA DE BORBOLETA CONTROLADA ELECTRONICAMENTE 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 controlada electronicamente dotada de 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, por realimentação, o motor eléctrico que determina a posição da válvula de borboleta. A válvula de borboleta, normalmente, compreende uma mola helicoidal de tracção que está montada de modo coaxial relativamente ao veio e está, mecanicamente, acoplada ao veio de modo a exercer um binário sobre 2 PE1515023 este veio que tende a fazer com que o veio se aproxime da posição fechada; e uma mola helicoidal 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, 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 nível de montagem do mecanismo de carretos de desmultiplicação. Uma cobertura dos carretos destinada a 3 ΡΕ1515023 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 alguns inconvenientes dado que ocupa muito espaço e a sua montagem é relativamente complexa e demorada. O objectivo do presente invento consiste em proporcionar uma válvula de borboleta controlada electronicamente 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. O presente invento, por conseguinte, refere-se a uma válvula de borboleta controlada electronicamente dotada com uma mola de lâmina e uma mola helicoidal para estabelecer a posição de "modo degradado de emergência" conforme definido nas reivindicações anexas. ΡΕ1515023 - 4 - O 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 é uma vista em perspectiva explodida do pormenor das Figs. 3 e 4.

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) . 5 ΡΕ1515023

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 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. 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. 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. PE1515023 - 6 - 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 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. O 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. 0 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 7 ΡΕ1515023 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 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 8 ΡΕ1515023 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 O) 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 O) na direcção de uma posição aberta do disco 5 de borboleta. A rotação no sentido horário relativamente à Fig. 4 (seta O) 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 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 PE 1515023 - 9 - 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 38 ligada, mecanicamente, a um elemento 39 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 39. Uma extremidade 40 da mola 35 de tracção oposta à extremidade 38 está ligada, mecanicamente, ao carreto 18 final; o elemento 39 móvel está dotado com uma sede 41 adaptada para alojar a extremidade 38 da mola 35 de tracção, e o carreto 18 final está dotado com uma sede 42 adaptada para alojar a extremidade 40 da mola 35 de tracção. A mola 36 de oposição está montada no elemento 39 móvel; em particular, uma extremidade 43 da mola 36 de oposição está solidária com o elemento 39 móvel e uma extremidade 44 da mola 36 de oposição, oposta à extremidade 43, é livre e termina numa projecção 45 que está colocada de modo a sobrepor-se à trajectória seguida por uma parede 46 lateral da parte 22 de coroa circular do carreto 18 final. O elemento 39 móvel compreende ainda uma projecção 47 que se projecta radialmente desde este - 10 - ΡΕ1515023 elemento 39 móvel de modo a encostar-se ao corpo 37 de encosto do corpo 2 de válvula, como mostrado na Fig. 4.

Na ausência da acção do motor 3 eléctrico, o binário gerado pela mola 35 de tracção roda o veio 6 e, por conseguinte, o carreto 18 final, num 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; num determinado ponto, a parede 46 lateral da parte 22 de coroa circular do carreto 18 final apoia-se na projecção 45 da mola 36 de oposição, como mostrado na Fig. 4, fazendo com que a mola 36 de oposição e, por conseguinte, o elemento 39 móvel, rodem num sentido horário relativamente à Fig. 4 (seta C) até que a projecção 47 do elemento 39 móvel se apoie no corpo 37 de encosto do corpo 2 de válvula, como mostrado na Fig. 4. Neste ponto, a subsequente rotação do veio 6 e, por conseguinte, do carreto 18 final, 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 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; - 11 - PE 1515023 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 39 móvel dotado com a mola 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 - 12 - PE 1515023 com do atrito e da ocupação de espaço, é mais fiável e faz que seja possível reduzir os tempos de montagem.

Lisboa, 17 de Janeiro de 2007

Claims

1 PE 1515023 REIVINDICAÇÕES 1. Válvula (1) de borboleta controlada electronicamente 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 tendo um carreto (18) final fixado por chaveta ao veio (6) 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" definida por um corpo (37) de encosto 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 (39) móvel que está montado, de modo coaxial e livre, no veio (6) e possui uma projecção (47) adaptada para se encostar ao corpo (37) de encosto, sendo livre uma primeira extremidade (44) da mola (36) de oposição e terminando numa projecção (45) que é colocada de modo a sobrepor-se à trajectória seguida por um elemento (46) solidário com o carreto (18) final.

2. Válvula (1) de borboleta como reivindicada na reivindicação 1, em que o carreto (18) final é formado por um corpo (21) sólido cilíndrico e central fixado por chaveta ao veio (6) e dotado com uma parte (22) de coroa 2 PE 1515023 circular dotada com um conjunto de dentes, sendo a projecção (45) da mola (36) de oposição colocada de modo a sobrepor-se à trajectória seguida por uma parede (46) lateral da parte (22) de coroa circular do carreto (18) final.

3. Válvula (1) de borboleta como reivindicada na reivindicação 1 ou 2, em que a transmissão (8) por carretos compreende uma primeira roda (16) dentada solidária com um veio (15) do motor (3) eléctrico, e uma segunda roda (17) dentada que é montada livremente no corpo (2) de válvula e é interposta entre a primeira roda (16) dentada e o carreto (18) final.

4. Válvula (1) de borboleta como reivindicada na reivindicação 3, em que a segunda roda (17) dentada possui um primeiro conjunto de dentes (19) acoplados à primeira 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).

5. Válvula (1) de borboleta como reivindicada numa das reivindicações 1 a 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 o carreto (18) final.

6. Válvula (1) de borboleta como reivindicada numa das reivindicações 1 a 5, em que a mola (35) de tracção possui uma primeira extremidade (38) ligada, mecanicamente, ao elemento (39) móvel e uma segunda 3 ΡΕ1515023 extremidade (40) da mola (35) de tracção ligada, mecanicamente, ao carreto (18) final.

7. Válvula (1) de borboleta como reivindicada na reivindicação 6, em que o elemento (39) móvel está dotado com uma primeira sede (41) adaptada para alojar a primeira extremidade (38) da mola (35) de tracção e o carreto (18) final está dotado com uma segunda sede (42) adaptada para alojar a segunda extremidade (40) da mola (35) de tracção.

8. Válvula (1) de borboleta como reivindicada numa das reivindicações 1 a 7, em que a projecção (47) do elemento (39) móvel se projecta radialmente desde este elemento (39) móvel.

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 (3 7) de encosto é formado por um parafuso de encosto aparafusado no corpo (2) de válvula. Lisboa, 17 de Janeiro de 2007