PT2418366E

PT2418366E - Acionador para uma válvula de descarga ou uma turbina de geometria variável bem como utilização de um acionador para uma válvula de descarga ou uma turbina de geometria variável

Info

Publication number: PT2418366E
Application number: PT101726297T
Authority: PT
Inventors: Bernhard Klipfel; Christoph Thiery; Arthur Janik
Original assignee: Cooper Standard Automotive D
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2013-04-26
Also published as: KR101786470B1; US20120036950A1; CN102400779A; CN105952523A; EP2418366B1; ES2411920T3; KR20120016030A; EP2418366A1; US9045997B2

Description

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DESCRIÇÃO

"ACIONADOR PARA UMA VÁLVULA DE DESCARGA OU UMA TURBINA DE GEOMETRIA VARIÁVEL BEM COMO UTILIZAÇÃO DE UM ACIONADOR PARA UMA VÁLVULA DE DESCARGA OU UMA TURBINA DE GEOMETRIA VARIÁVEL"

Campo Técnico A invenção refere-se a um acionador para uma válvula de descarga ou para uma turbina de geometria variável.

Os turbocompressores de gases de escape apresentam geralmente uma chamada válvula de descarga, a fim de, em determinadas situações, não enviar para a turbina do turbocompressor o gás aquecido, a fim de regular o respetivo impulso. A válvula de descarga pode, além disso, ser utilizada para dissipar o gás de escape aquecido, com a finalidade de, por exemplo, aquecer um catalisador e com isso reduzir as matérias nocivas ejetadas. Pode ainda ser estabelecida a caracteristica do turbocompressor de gases de escape por meio da regulação de uma turbina de geometria variável.

Estado da Técnica

Até agora eram geralmente utilizados para isso, como acionadores, atuadores pneumáticos.

Apresentação da Invenção A invenção tem por objeto fundamental criar um acionador aperfeiçoado para uma válvula de descarga ou para uma turbina de geometria varável de um turbocompressor de gases de escape. 2

Esse objeto é atingido por meio do acionador descrito na reivindicação 1.

Consequentemente o acionador ou atuador da invenção apresenta um motor rotativo, que impulsiona diretamente, giratoriamente e eventualmente com a interposição de uma transmissão adequada, um elemento roscado. Em cooperação com o elemento roscado atua uma vareta, a qual se encontra engrenada de tal modo no elemento roscado, que o movimento rotativo do elemento roscado é transformado num movimento elevatório da vareta. Por seu lado, a vareta está ligada à válvula de descarga articulada e/ou a uma turbina de geometria variável de um turbocompressor de gases de escape. Com isso a elevação produzida na vareta é usada para, por exemplo, abrir ou fechar a válvula de descarga. A vareta, que está ligada a uma válvula de descarga articulada ou a uma turbina de geometria varável e/ou constitui um eixo, entre a vareta e o elemento roscado, é recebida em pelo menos uma guia com pelo menos um estai, a qual permite pelo menos um pequeno movimento de inclinação ou articulação da vareta, em pelo menos uma direção. Deve aqui observar-se que o principio de funcionamento acima descrito para um atuador era, até agora, estabelecido em primeiro lugar por elementos de válvula translativamente móveis ou, por outras palavras, por válvulas de disco, enquanto que uma válvula de descarga é geralmente, no quadro do seu acionamento, articulada para abrir ou fechar. Por isso o ponto terminal da vareta virado para a válvula de descarga, que está unido a uma alavanca adequada da válvula de descarga, descreve uma trajetória circular. A respetiva articulação, pelo menos minima, da vareta, é vantajosamente admitida através das caracteristicas acima descritas. Para isso cada uma das posições, em que a vareta se encontra engrenada com o elemento roscado para 3 transformar o movimento rotativo num movimento elevatório, atua essencialmente como pivô. Mostra-se aqui, a seguir, a vantajosa compatibilidade dos princípios de funcionamento descritos com uma válvula de descarga articulada. A articulação possivel pode atingir, por exemplo, cerca de 2 mm e/ou cerca de ± 3o em ambas as direções. Para este principio pode servir, em primeiro lugar, uma folga da vareta numa bucha de guia. No entanto, uma bucha de guia desse tipo não é absolutamente necessária, dado que o ponto terminal da vareta, do lado da válvula, é definido pelo acoplamento à válvula de descarga ou à turbina de geometria variável. Neste contexto pode não estar presente nenhuma bucha de guia da vareta e estar previsto apenas um fole de proteção. 0 comando da vareta pode ainda verificar-se numa zona, entre a vareta e o elemento roscado, particularmente na zona de um eixo, que é aplicado à vareta e no qual está de preferência previsto um rolamento para cooperação com o elemento roscado. 0 eixo e/ou a vareta podem, por exemplo, cooperar por meio de ressaltos, recessos, saliências ou semelhantes com contornos complementares, numa guia de translação. A guia pode, neste contexto e conforme seguidamente será explicado em pormenor com referência aos desenhos, orientar axial e/ou radialmente em todas as direções deste modo permitidas pelas folgas, possibilitando os movimentos de inclinação e articulação acima referidos. 0 acionador descrito proporciona a vantagem de se tratar de um principio de funcionamento verificado e comprovado em inúmeros aspetos mas que, no entanto, até hoje apenas tem sido usado em ligação com válvulas de recirculação de gases de escape. Neste contexto são particularmente vantajosas a resistência às temperaturas, a adaptação sem problemas do curso a aplicações particulares, a realização de forças de recolocação, incluindo a possibilidade de representarem desenvolvimentos de forças não lineares, o desenho conjunto 4 com pouca frição e desgaste, bem como a possibilidade da utilização, na nova aplicação, de peças e componentes comprovados. Podem ainda ser utilizadas para o efeito, em conjunto com a presente invenção, outras possibilidades de poupança onde, contrariamente à inserção numa válvula de recirculação de gases de escape, não exista uma mola de recuperação, determinadas vedações não tenham de ser tão hermeticamente fechadas, como é o caso nas válvulas de recirculação de gases de escape e em determinados pontos, quando comparados com os gases particularmente quentes das válvulas de recirculação, devido às temperaturas mais baixas podem ser usados materais mais baratos. 0 acionador de acordo com a invenção pode ainda ser usado para órgãos de regulação, que se desloquem linearmente e pode particularmente substituir aqui acionadores pneumáticos e/ou de vácuo ou acionadores semelhantes. Através do acionador de acordo com a invenção pode-se especialmente atingir um melhor controlo da qualidade de serviço.

Sob o ponto de vista do desenho pormenorizado do acionador de acordo com a invenção faz-se referência ao pedido de patente europeia 08 165 906.2 bem como à EP 1 526 271 AI da requerente, cuja apresentação sob o ponto de vista do formato do atuador é totalmente tomada como objeto do presente registo. Todas as caracteristicas ai dcescritas podem também, vantajosamente, ser usadas com o acionador aqui descrito. Como curso para utilização numa válvula de descarga, revelou-se vantajosa uma grandeza de cerca de 10 mm a 12 mm, particularmente de cerca de 11 mm. As condições geométricas podem ainda ser tais que, por exemplo, seja realizado um ângulo de abertura de 20° a 25°, particularmente de cerca de 22°, para a válvula de descarga. A posição da vareta, que também pode ser designada por haste, pode vantajosamente ser detetada com 5 particular precisão, sem contacto, por um sensor de posição, como por exemplo um sensor de Hall.

Aperfeiçoamentos preferidos do acionador de acordo com a invenção são descritos nas outras reivindicações.

Quanto ao elemento roscado é preferido que este apresente pelo menos duas zonas com diferente inclinação, de modo que vantajosamente se possa realizar uma caracteristica de força não linear. Por exemplo, numa primeira investigação, revelou-se como vantajosa uma inclinação de 3 mm a 4 mm, de preferência entre 3,5 mm e 4 mm, particularmente cerca de 3,6 mm, ao longo de uma zona angular de 80° a 120°, particularmente cerca de 100°. Por meio dessa inclinação comparativamente plana pode ser produzida uma força de atuação particularmente elevada para iniciar a abertura. Nisso pode-se incluir uma zona de cerca de 360° com uma inclinação de 10 mm a 12 mm, particularmente de cerca de 11 mm.

Quando a vareta está inclinada em relação ao eixo do elemento roscado, ou então, conforme é preferido, quando se dá a engrenagem entre a vareta e o elemento roscado numa direção, que é essencialmente perpendiculaer às superfícies de atuação do elemento roscado, isso proporciona a vantagem de uma força exercida sobre a vareta não poder levar a uma rotação involuntária do elemento roscado.

Sob o ponto de vista da prevenção do atrito revelou-se ainda vantajoso que a vareta coopere com o elemento roscado por meio de pelo menos um rolamento. De peferência o rolamento é executado em forma de esfera, de modo que se possa verificar um movimento de inclinação ou de articulação, não só em volta do eixo do rolamento, mas 6 também perpendicularmente a ele. 0 rolamento pode, nesse caso, atuar vantajosamente como articulação esférica.

Curta descrição dos desenhos

Seguidamente é descrito em mais pormenor um exemplo de forma de realização da invenção representado nas Figuras. Estas mostram:

Fig.l uma vista em corte e em perspetiva, de um acionador de acordo com a invenção;

Fig.2 uma vista em perspetiva do accionador de acordo com a invenção, com a válvula de descarga a ele ligada;

Fig.3 uma vista de um pormenor do acionador de acordo com a invenção e

Fig.4 uma vista em corte de uma segunda forma de realização do acionador de acordo com a invenção.

Descrição Pormenorizada de Uma Forma de Realização Preferida da Invenção

Conforme se pode ver na Fig.l, o acionador 10 de acordo com a invenção apresenta um motor rotativo 12, cujo movimento de rotação é transmitido, no caso presente, por meio de uma transmissão adequada com um pinhão 14 e uma roda dentada 16, a um denominado elemento roscado 18. Trata-se aqui essencialmente de um elemento helicoidal, que também pode ser denominado "verme ou minhoca". Vantajosamente, esse elemento helicoidal pode ser recebido, comandado e colocado, no mesmo compartimento em que se encontra alojado o motor rotativo 12. Vantajosamente pode estar ausente uma chumaceira separada. O elemento roscado 18 apresenta, no 7 caso observado, aproximadamente um passo e meio de rosca e atua juntamente com um rolamento 20, que é rotativo em volta de um eixo 40 e que está colocado na extremidade superior de uma vareta 22. Como se pode verificar com a ajuda da Figura, uma rotação do elemento roscado 18 aciona um movimento de translação da vareta 22 que, segundo a direção da Fig.l, é um movimento para cima ou para baixo. O acionador apresentado na Fig.l está particularmente adaptado ao acionamento de uma válvula de descarga articulada. Por exemplo, a roda dentada 16 é feita de um material especial, de preferência um plástico ou um metal adequados. Pode não existir uma mola de recuperação. Em comparação com um acionador ou um atuador de uma válvula de recirculação de gases de escape não é necessária uma vedação do rolamento de esferas colocado por cima do elemento roscado 18 (de acordo com a direção da Fig.l). No âmbito do rolamento 20 pode não existir uma bucha. Para a bucha de guia 24 prevista para a vareta 22 pode ser usado plástico como material e a vedação na extremidade da bucha de guia 24 dirigida para a válvula de descarga é possível por meio de um disco de vedação 26, comparativamente fácil de conformar. Complementarmente ao disco de vedação 22 e/ou à bucha de guia 24 pode estar previsto um fole de proteção (conforme Fig.3 e 4).

Na Fig.l pode-se ver ainda uma guia 42 na zona do eixo 40, na qual o rolamento 20 se encontra alojado. O eixo 40 apresenta, na extremidade oposta à do rolamento 20, uma dilatação 44, de modo que resulta disso uma forma semelhante a um cogumelo. Numa zona superior (segundo a representação da Fig.l), a guia 42 está munida de um estai corrediço 46 com a direção do eixo de translação, isto é, em grande parte paralela à vareta 22, o qual se projeta para a zona entre a dilatação 44 e o outra dilatação 48, que se produz através da união da vareta 22. Resulta disso uma orientação, tanto axial como radial (relativamente ao eixo 40) , devida ao encontro com um outro estai do mesmo tipo(na Fig.l em corte), oposto ao estai 46. Deve notar-se, além disso, que a guia 42 pode ser totalmente feita de plástico. A vareta 22 pode ainda estender-se completemente até ao cubo tipo bainha, o qual constitui a dilatação 48, sem que, entre a vareta 22 e a dilatação 48 tenha de existir uma peça de ligação, com o formato essencial de um L refletido no espelho, como se vê na Fig.l.

Na Fig.2 pode ver-se como a vareta 22 se encontra ligada a uma alavanca 28, que através de um cubo 30 está unida a uma outra alavanca 32, à qual está ligada a válvula de descarga articulada 34. A colocação descrita das duas alavancas 28, 32, da válvula de descarga 34 e do cubo 30 é articulável ou oscilável em volta do eixo de rotação 36. Isso significa essencialmente, que o ponto terminal 38 da vareta 22, que se dirige à válvula de descarga 34, se movimenta, pelo menos ligeiramente, na direção lateral, isto é essencialmente na perpendicular da sua extensão longitudinal e, de acordo com a direção da Fig.2, para cima e para baixo. Esse movimento pode, de forma vantajosa, ser permitido por meio de uma conformação adequada da bucha de guia 24, alargada na direção da válvula de descarga 34. A dilatação da bucha de guia 24 pode, particularmente, ser de construção eliptica. Com esta o rolamento 20 descreve um movimento ligeiramente inclinado, por exemplo de cerca de ± 3o (conforme Fig.l), vantajosamente como pivô.

Na Fig.3 está representada em pormenor a guia 42. Pode ainda ver-se aqui que, vantajosamente, entre o estai 46 e as dilatações que nele encostam 44 e 48, é proporcionada uma folga de por exemplo algumas décimas de milimetro, particularmente 3 décimas de milimetro, de modo que na direção indicada pela seta A, é possível um movimento de 9 inclinação ou de articulação. Isso é ainda permitido por meio do contorno esférico do rolamento 20, que se vê representado na Fig.3. Uma folga radial na zona do eixo 40 não é necessariamente obrigatória, uma vez que aqui, para os movimentos de inclinação e de articulação, o próprio eixo atua como eixo de rotação. Note-se complementarmente que o rolamento 20 atua globalmente como articulação esférica, porque permite um movimento de inclinação ou articulação à volta de um eixo horizontal, de acordo com a Fig.3, na zona do eixo 40 oposto. Os respetivos graus de liberdade são ainda permitidos pelo fole 50 previsto para a vedação do compartimento, que substitui, a titulo de exemplo, a bucha de guia 24 da forma de realização apresentada na Fig.l. Na Fig.3 pode ainda verificar-se a ligação da vareta da válvula 22, por meio da dilatação 48, que serve como cubo, diretamente ao eixo 40, pelo que a peça de ligação, apresentada na Fig.l entre a a dilatação 48 e vareta 22, não existe. A forma de realização adicional representada na Fig.4 corresponde essencialmente às formas de realização anteriores. No entanto, nesta forma de realização, o motor rotativo está previsto numa direção tal, que o seu eixo de rotação se projeta perpendicularmente à vareta da válvula 22. Consequentemente, a roda dentada 16 (conforme Fig.l) apresenta no seu lado inferior (dirigido para a vareta 22) um denteado circular, o qual coopera com um pinhão 52 do motor rotativo 12.

Lisboa, 18 de Abril de 2013

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Acionador (10) com um motor rotativo (12) e um elemento roscado (18) para transformação do movimento de rotação do motor rotativo (12) num movimento elevatório de uma vareta (22), que se encontra ligada a uma válvula de descarga articulada (34) e/ou a uma turbina de geometria variável de um turbocompressor de gases de escape, caracterizado por a vareta (22) e/ou um eixo (40) entre a vareta (22) e o elemento roscado (18), serem recebidos em pelo menos uma guia (24, 42) com pelo menos um estai (46) , a qual permite pelo menos um pequeno movimento de inclinação ou articulação da vareta (22) em pelo menos uma direção (A), pelo que entre o estai e pelo menos uma dilatação (44, 48) na vareta (22) e/ou no eixo (40), é disponibilizada uma folga.

2. Acionador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento roscado (18) apresentar pelo menos duas zonas com diferentes inclinações.

3. Acionador de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a vareta (22) ser inclinada em relação a um eixo do elemento roscado (18) .

4. Acionador de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a vareta (22) cooperar por meio de pelo menos um rolamento (20) com o elemento roscado (18). Lisboa, 18 de Abril de 2013