ES2257359T3 - Actuador electromagnetico con armadura laminada para el accionamiento de las valvulas de un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Un actuador electromagnético (1) para la activación de las válvulas (2) de un motor de combustión interna que comprende una cabeza (culata) (3) y por lo menos una válvula de admisión y / ó una válvula de escape (2) que se pueden mover de manera axial en la cabeza (culata) (3) entre una posición cerrada y una posición de máxima apertura, estando adaptado el actuador electromagnético (1) para mover la válvula (2), siguiendo las instrucciones pertinentes, entre su posición cerrada y su posición de máxima apertura, el actuador electromagnético (1) comprende asimismo un brazo oscilante (5) que tiene el primer extremo (5a, 9) articulado en un soporte fijo (4) y un segundo extremo (5b, 10) en la proximidad de la válvula (2), y un par de electromagnetos (6) dispuestos en los lados opuestos del brazo oscilante (5) y adaptado para mover el brazo oscilante (5), siguiendo las instrucciones pertinentes, con el fin de desplazar de manera axial la válvula (2) entre la posición cerrada y la posición de la máxima apertura; estando caracterizado el actuador electromagnético (1) por el hecho de que el brazo oscilante (5) comprende una placa central (8) situada en el espacio entre las cabezas polares de los dos electromagnetos (6), un alfiler extremo (9) rígido con el borde lateral de la placa central (8) y, por último, una protuberancia (10) que se extiende de manera sobresaliente desde la placa central (8) en el lado opuesto al alfiler extremo (9); siendo el alfiler extremo (9) articulado sobre un soporte fijo (4) y la placa central (8) que está orientada hacia las cabezas polares de los dos electromagnetos (6) comprende un paquete de hojas (11) de material ferromagnético y una varilla endurecedora (12) sujeta el paquete de las hojas (11) en el lado opuesto al alfiler extremo (9).

Description

Actuador electromagnético con armadura laminada para el accionamiento de las válvulas de un motor de combustión interna.

La presente invención está relacionada con un actuador electromagnético para el accionamiento de las válvulas de un motor de combustión interna, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 (véase, por ejemplo, el documento DE-A-19712056).

Como se sabe, los motores de combustión interna están siendo en la actualidad testados y en los mismos, las válvulas de admisión y las válvulas de escape que, de manera selectiva, ponen la cámara de combustión del motor en comunicación con el colector de admisión y con el colector de escape del motor, respectivamente, están accionadas por los actuadores electromagnéticos dirigidos por una unidad de control electrónica. Esta solución facilita la variación, de una manera muy precisa, el levantamiento, el tiempo de apertura y los momentos de apertura y cierre de las válvulas como función de la velocidad angular del cigüeñal y de otros parámetros operativos del motor, aumentando sustancialmente el rendimiento del motor.

El actuador electromagnético, que en la actualidad proporciona el mejor rendimiento, está dispuesto a lo largo del vástago de la válvula del motor de combustión interna para que se le pueda mover de manera axial y comprende un armazón de soporte ajustado a la cabeza del motor de la combustión interna, un brazo oscilante del material ferromagnético que tiene el primer extremo articulado sobre el armazón de soporte con el fin de poder oscilar alrededor del eje de rotación perpendicular al eje longitudinal de la válvula y el segundo extremo formado como un dedo curvado dispuesto en la proximidad del extremo superior del vástago de la válvula, y un par de electromagnetos dispuestos en los lados opuestos de la parte central del brazo oscilante con el fin de que puedan atraer, bajo el comando y de forma alternativa, el brazo oscilante por medio de provocarlo a girar alrededor de su eje de rotación.

El actuador electromagnético comprende, por último, dos elementos elásticos, el primero de los cuales está adaptado para mantener la válvula del motor en la posición cerrada y el segundo de los cuales está adaptado para mantener el brazo oscilante en una posición que permite mantener esta válvula en la posición de máxima apertura. Los dos elementos elásticos actúan de forma opuesta, uno contra el otro, y están posicionados, cuando ninguno de los electromagnetos está suministrado, es decir, cuando los dos están en la posición de equilibrio, para mantener el brazo oscilante en una situación de reposo en la que éste está sustancialmente equidistante desde las cabezas polares de los dos electromagnetos con el fin de mantener la válvula del motor en una posición intermedia entre la posición cerrada y la posición de la apertura máxima.

El principal inconveniente del actuador electromagnético descrito arriba es el hecho de que el consumo de la electricidad es todavía demasiado alto para dejar que sea montado en los motores de combustión interna que están habitualmente montados en los vehículos automóviles. Con el fin de proporcionar este enorme requerimiento de la energía, sería necesario, en práctica, proporcionar a los motores, que están en la actualidad en uso, unos generadores eléctricos de una potencia muy alta y de un tamaño inaceptablemente grande.

El objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un actuador electromagnético para la activación de las válvulas de un motor de la combustión interna que tenga el consumo de electricidad más bajo que los actuadores utilizados en la actualidad.

Por lo tanto, la presente invención se refiere a un actuador electromagnético para la activación de las válvulas de un motor de combustión interna, de acuerdo con la reivindicación 1. Este actuador comprende una cabeza y por lo menos una válvula de admisión y/ó una válvula de escape que se puedan mover de manera axial en la cabeza entre una posición cerrada y una posición de máxima apertura, estando adaptado el actuador electromagnético para mover esta válvula, siguiendo unas instrucciones, entre su posición cerrada y su posición de máxima apertura, comprendiendo este actuador electromagnético un brazo oscilante que tiene el primer extremo articulado sobre un soporte fijo y el segundo extremo en la proximidad de la válvula, y un par de electromagnetos dispuestos en los lados opuestos del brazo oscilante y adaptado para mover el brazo oscilante, siguiendo las instrucciones, con el fin de desplazar de manera axial la válvula entre la posición cerrada y la posición de máxima apertura, estando caracterizado el actuador electromagnético por el hecho de que la parte del brazo oscilante que está enfrente de los electromagnetos comprende un paquete de hojas del material ferromagnético.

La presente invención será ahora descrita con referencia a los dibujos acompañantes que muestran una realización no restrictiva de la misma en los que:

La Figura 1 es una vista lateral, con unas partes en vista transversal y otras partes eliminadas para conseguir mayor claridad, de un motor de combustión interna provisto con un actuador para el accionamiento de las válvulas de admisión y de escape de acuerdo con la presente invención;

La Figura 2 es una vista en perspectiva de un actuador electromagnético de la Figura 1;

La Figura 3 es una vista en perspectiva de un componente del actuador electromagnético mostrado en las Figuras 1 y 2.

En las Figuras 1 y 2, el actuador electromagnético adaptado para mover, siguiendo las instrucciones pertinentes, por lo menos una válvula de admisión y una válvula de escape 2 del motor de combustión interna, está mostrado en su totalidad como 1; el motor normalmente comprende una base (no está mostrada), uno ó pluralidad de pistones (no están mostrados) montados para deslizarse de manera axial dentro de las respectivas cavidades cilíndricas que se encuentran en el cuerpo de la base y la cabeza (culata) 3 dispuesta en la parte superior de la base cerrando estas cavidades cilíndricas.

Conjuntamente con la cabeza (culata) del motor 3, cada pistón está ajustado dentro de la cavidad cilíndrica respectiva, una cámara de combustión de volumen variable que está conectada con el colector de admisión y con el colector de escape del motor (ambos del tipo conocido y por lo tanto no están mostrados) a través de, por lo menos, un conducto de admisión (que no está mostrado) y un conducto de escape (que tampoco está mostrado), respectivamente, encontrándose ambos en el cuerpo de la cabeza (culata) 3.

En la Figura 1, el motor de la combustión interna está finalmente provisto con un grupo de estas válvulas de admisión y escape 2 que están adaptadas, respectivamente, para regular el flujo de aire dentro de la cámara de combustión a través del conducto de admisión y para la emanación de los gases después de la combustión procedentes de la cámara de combustión 5 a través del conducto de escape.

En este caso, el motor de la combustión interna tiene, en la entrada de cada conducto, tanto si se trata de un conducto de admisión como de un conducto de escape, una respectiva válvula de la seta 2 del tipo conocido y que está montada en la cabeza del motor 3 con su vástago 2a deslizándose de manera axial a través del cuerpo de la cabeza 3 y su cabeza 2b moviéndose de manera axial en la posición de la entrada de cada conducto para que así se pueda mover entre una posición cerrada en la que la cabeza 2b de la válvula 2 previene que los gases fluyan a través de los conductos de admisión ó de escape para dentro y hacia fuera de la cámara de combustión, y una posición de apertura máxima en la que la cabeza 2b de la válvula 2 permite que los gases fluyan a través de los conductos de admisión y de escape para dentro y hacia fuera de la cámara de combustión con el máximo flujo admisible.

En las Figuras 1 y 2, el actuador electromagnético 1 comprende un armazón de soporte 4 sujeto a la cabeza (culata) 3 del motor de combustión interna de una manera conocida, un brazo oscilante 5 de material ferromagnético que tiene el primer extremo 5a articulado en el armazón de soporte 4 para que pueda girar alrededor del eje de rotación A perpendicular al eje longitudinal L de la válvula 2 y el segundo extremo 5b dispuesto directamente en la proximidad del extremo superior del vástago 2a de la válvula 2, y un par de electromagnetos 6 dispuestos uno encima del otro en los lados opuestos de la parte central del brazo oscilante 5 para poder atraer, siguiendo las instrucciones pertinentes y de forma alternativa, el brazo oscilante 5 provocando que gire alrededor del eje de rotación A.

En la presentada realización, el armazón de soporte 4 está formado por un par de placas paralelas 7, situadas una enfrente de la otra, que se extienden a lo largo del vástago 2a de la válvula 2 para poder moverse de manera axial en paralelo al eje longitudinal L de la válvula 2.

En las Figuras 1 y 3, el brazo oscilante 5 es articulado entre las placas 7 que forman el armazón de soporte 4 y está formado por la placa central 8 de material ferromagnético situado en el espacio entre las cabezas polares de los dos electromagnetos 6, por un elemento tubular y cilíndrico 9 rígido respecto al borde lateral de la placa central 8 y por último, por una protuberancia 10 que se extiende de forma sobresaliente desde la placa central 8 en el lado opuesto del elemento tubular cilíndrico 9.

Presentando la invención con más detalles con particular referencia a la Figura 3, el elemento tubular cilíndrico 9 se extiende de manera coaxial al eje de rotación A y está montado para girar en las placas 7 que forman el armazón de soporte 4 por medio de la interposición de los rodamientos de rodillo, de un tipo conocido, y define el extremo 5a del brazo oscilante 5. Sin embargo, la placa central 8 está formada por un paquete de hojas 11 de material ferromagnético apiladas, una encima de la otra, y soldadas con costura sobre las superficies laterales exteriores del elemento tubular cilíndrico 9 y por una varilla 12, que lo pone rígido, soldada al paquete de hojas 11 sobre el lado opuesto al elemento tubular y cilíndrico 9. Las hojas se encuentran en posición perpendicular al eje de rotación A del brazo oscilante 5 mientras que la varilla que pone rígido el mencionado elemento 9 se extiende por toda la longitud del paquete de hojas 11 y está adaptada para reforzar este paquete de hojas 11 por medio de hacerlo estructuralmente similar a una placa sólida y monolítica. La protuberancia 10 se extiende, sin embargo, de manera sobresaliente desde la varilla 12 que pone rígido el elemento 9, está conformada sustancialmente como un dedo curvado y está dispuesta en la proximidad del extremo superior del vástago 2a de la válvula 2, delimitando el extremo 5b del brazo oscilante 5.

Con referencia a la Figura 1, se podrá apreciar que la protuberancia 10 tiene la forma de un dedo curvado con el fin de mantener siempre el punto de contacto entre la protuberancia 10 y el extremo superior del vástago 2a de la válvula 2 debajo del plano intermedio de la placa central 8 con el fin de minimizar las tensiones mecánicas y para optimizar su distribución sobre el paquete de hojas 11 entero.

Los dos electromagnetos 6 están ambos dispuestos entre las placas 7 del armazón 4 y, en la presentada realización, cada uno comprende un núcleo magnético en forma de una U 13 sujeto al armazón de soporte 4 de tal manera que sus dos cabezas polares puedan estar orientadas hacia la placa central 8, y una bobina 14, de un material eléctricamente conductor, está modulada en este núcleo magnético 13.

Se podrá apreciar que, en la presentada realización, el núcleo magnético 13, teniendo presentes las pérdidas por histéresis, está formado por un paquete de hojas de material ferromagnético sujeto por unos pernos de cierre 15 montados al paso a través de las placas 7.

En la Figura 1, el actuador 1 comprende además dos elementos elásticos, uno de los cuales está adaptado para mantener la válvula 2 en la posición cerrada y el otro está adaptado a mantener el brazo oscilante 5 en la proximidad de uno de los dos electromagnetos 6, y en particular en este magneto 6 contra el cual el brazo oscilante 5 se movería habitualmente para situarse en la proximidad del posicionamiento de la válvula 2 en la posición de su máxima apertura.

En este caso, el primer elemento elástico del actuador electromagnético 1, designado a continuación con el número de referencia 16, está formado por un muelle helicoidal sobre el vástago 2a de la válvula 2 con el fin de tener su primer extremo en la proximidad de la cabeza (culata) 3 del motor, y su segundo extremo en la proximidad sobre la pestaña del apoyo 17 ajustado al vástago 2a de la válvula 2. El segundo elemento elástico del actuador electromagnético 1, designado a continuación con el número de referencia 18, está formado, en la realización mostrada, por una barra de torsión insertada parcialmente en el elemento tubular y cilíndrico 9 con el fin de tener su primer extremo 18a rígido de manera angular con el elemento tubular y cilíndrico 9 y su segundo extremo 18b rígido con una de las placas 7 del armazón de soporte 4 a través del elemento de cierre y ajuste 19 proporcionado sobre el mismo.

Se debe de tener presente que los dos elementos elásticos, es decir, el muelle helicoidal 16 y la barra de torsión 18, actúan en oposición, uno hacia el otro, y que sus constantes elásticas son seleccionadas de tal manera que les permiten situar, cuando ninguno de los electromagnetos 6 está proporcionado, es decir, cuando están en equilibrio, el brazo oscilante 5 en la posición de reposo en la que éste se encuentra sustancialmente equidistante desde las cabezas polares de los dos electromagnetos 6 con el fin de mantener la válvula 2 del motor en una posición intermedia entre la posición cerrada y la posición de máxima apertura.

De acuerdo con una variante que no está mostrada, el extremo 5b del brazo oscilante 5, es decir, la protuberancia 10 configurada como un dedo curvado, está dispuesta en la proximidad sobre el extremo superior del vástago 2a de la válvula 2 a través de la interposición del elemento mecánico adaptado a minimizar las tensiones de doblado a las que está sujeto el vástago 2a de la válvula 2 durante el funcionamiento.

Este elemento mecánico comprende un puntal interpuesto entre el extremo superior del vástago 2a de la válvula 2 y el extremo 5b del brazo oscilante 5 y una junta elástica adaptada para mantener este puntal rígido con el vástago 2a de la válvula 2. El puntal está formado por una barra dimensionada para aguantar y transferir las cargas de compresión que se extienden de forma coaxial al vástago 2a de la válvula 2 y tiene el primer extremo en la proximidad del extremo superior del vástago 2a de la válvula 2 y el segundo extremo en la proximidad sobre el extremo 5b del brazo oscilante 5. La junta elástica está situada en la posición del extremo superior del vástago 2a de la válvula 2 y está adaptada para mantener la barra de manera coaxial en relación al vástago 2a de la válvula 2, con uno de sus extremos siempre en la proximidad del extremo superior del vástago 2a de la válvula 2, facilitando, de esta manera, unas pequeñas oscilaciones de esta barra.

Como el puntal está conectado al vástago 2a de la válvula 2 por medio de la junta elástica, las tensiones mecánicas perpendiculares al vástago 2a de la válvula 2 producidas por la fricción del extremo 5b del brazo oscilante 5 sobre el extremo del puntal, generan exclusivamente las oscilaciones del puntal que están amortiguadas pero no son transmitidas al vástago 2a de la válvula 2.

Preferentemente, pero no es necesario, el extremo del puntal enganchado en la junta elástica tiene forma de un hemisferio con el fin de no impedir las oscilaciones del puntal en el extremo superior del vástago 2a de la válvula 2. La barra puede además estar hecha de dos piezas que están atornilladas para que el largo axial de la barra pueda ser ajustado con el fin de regular la función mecánica.

El funcionamiento del actuador electromagnético 1 puede ser fácilmente deducido de la anterior descripción e ilustración: por medio del suministro alternativo de los dos electromagnetos 6 resulta posible mover de forma axial la válvula 2 entre la posición de máxima apertura en la que el brazo oscilante 5 está próximo al electromagneto 6 y detrás de la cabeza 3, y la posición cerrada en la que el brazo oscilante 5 está próximo al electromagneto superior 6.

Las ventajas resultantes del uso del actuador electromagnético 1 descrito e ilustrado con anterioridad son evidentes: la proporción de la placa central 8 con forma de un paquete de hojas 11 reduce sustancialmente las corrientes parásitos que circulan en esta placa y por lo tanto se reduce considerablemente la cantidad de la energía eléctrica que se disipa y en consecuencia también se reduce el consumo de la energía eléctrica por los electromagnetos 6.

El empeoramiento de la rigidez estructural del brazo oscilante 5 debido a la provisión de la placa central 8 con forma de un paquete de hojas 11 queda aniquilado, sin embargo, por la presencia de la varilla 12 que pone rígido el elemento tubular cilíndrico 9 cuando la misma se extiende por todo el largo del paquete de las hojas 11, reforzando este paquete 11, haciéndolo estructuralmente equivalente a una placa sólida y monolítica.

Resultará posible apreciar que varias modificaciones y variaciones pueden hacerse en el actuador electromagnético 1 según está descrito e ilustrado sin alejarse del ámbito de la presente invención.

Claims (9)

1. Un actuador electromagnético (1) para la activación de las válvulas (2) de un motor de combustión interna que comprende una cabeza (culata) (3) y por lo menos una válvula de admisión y/ó una válvula de escape (2) que se pueden mover de manera axial en la cabeza (culata) (3) entre una posición cerrada y una posición de máxima apertura, estando adaptado el actuador electromagnético (1) para mover la válvula (2), siguiendo las instrucciones pertinentes, entre su posición cerrada y su posición de máxima apertura, el actuador electromagnético (1) comprende asimismo un brazo oscilante (5) que tiene el primer extremo (5a, 9) articulado en un soporte fijo (4) y un segundo extremo (5b, 10) en la proximidad de la válvula (2), y un par de electromagnetos (6) dispuestos en los lados opuestos del brazo oscilante (5) y adaptado para mover el brazo oscilante (5), siguiendo las instrucciones pertinentes, con el fin de desplazar de manera axial la válvula (2) entre la posición cerrada y la posición de la máxima apertura; estando caracterizado el actuador electromagnético (1) por el hecho de que el brazo oscilante (5) comprende una placa central (8) situada en el espacio entre las cabezas polares de los dos electromagnetos (6), un alfiler extremo (9) rígido con el borde lateral de la placa central (8) y, por último, una protuberancia (10) que se extiende de manera sobresaliente desde la placa central (8) en el lado opuesto al alfiler extremo (9); siendo el alfiler extremo (9) articulado sobre un soporte fijo (4) y la placa central (8) que está orientada hacia las cabezas polares de los dos electromagnetos (6) comprende un paquete de hojas (11) de material ferromagnético y una varilla endurecedora (12) sujeta el paquete de las hojas (11) en el lado opuesto al alfiler extremo (9).

2. Un actuador electromagnético según está reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el brazo oscilante (5) está montado para girar en el soporte fijo (4) alrededor de un eje predeterminado de rotación (A) y porque las hojas (11) del paquete de hojas (11) se extienden de forma perpendicular a este eje de rotación (A).

3. Un actuador electromagnético según está reivindicado en la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el alfiler extremo (9) comprende un elemento cilíndrico y tubular (9) que se extiende de forma coaxial al eje de rotación (A), estando las hojas (11) del paquete de las hojas (11) soldadas con costura a la superficie lateral exterior de este elemento cilíndrico y tubular (9).

4. Un actuador electromagnético según está reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el segundo extremo (5b, 10) del brazo oscilante (5) está definido por una protuberancia (10) que se extiende de una manera sobresaliente desde la varilla endurecedora (12).

5. Un actuador electromagnético según está reivindicado en la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que la protuberancia (10) está conformada sustancialmente como un dedo curvado con el fin de mantener siempre el punto de contacto entre la protuberancia (10) y la válvula (2) debajo del plano intermedio de la placa central (8).

6. Un actuador electromagnético según está reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que comprende el primer elemento elástico (16) adaptado para mantener la válvula (2) en la posición de máxima apertura por medio de la aplicación de una propulsión axial contraria a la que está aplicada por el primer elemento elástico (16) sobre esta válvula (2).

7. Un actuador electromagnético según está reivindicado por la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que el primero (16) y el segundo (18) elemento elástico están adaptados para mantener, en la condición de equilibrio, la válvula (2) en una posición intermedia entre la posición cerrada y la posición de máxima apertura.

8. Un actuador electromagnético según está reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que la válvula (2) es una válvula de la seta montada con su vástago (2a) deslizándose de manera axial a través de la cabeza (3) del motor de la combustión interna y porque el primer elemento elástico (16) comprende un muelle helicoidal (16) sujeto en el vástago (2a) de la válvula (2) con el primer extremo en la proximidad sobre la cabeza (culata) (3) del motor y el segundo extremo se encuentra en la proximidad en la pestaña de apoyo (17) sujeta al vástago (2a) de esta válvula (2).

9. Un actuador electromagnético según está reivindicado en la reivindicación 7 u 8, caracterizado por el hecho de que el segundo elemento elástico (18) comprende una barra de torsión (18) que tiene el primer extremo (18a) rígido con el primer extremo (5a, 9) del brazo oscilante (5) y el segundo extremo (18b) rígido con el soporte fijo (4).