ES2350186T3 - Perfeccionamientos aportados a un accionador electromecánico de válvula de motor de combustión interna. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de accionamiento de válvula para motor de combustión interna que comprende un elemento (10) unido a la válvula y que se puede desplazar según una carrera para la cual, en un extremo de dicha carrera, la válvula está en posición cerrada y en otro extremo de la carrera, dicha válvula está en posición abierta, efectuándose la conmutación del desplazamiento con la ayuda de un primer (18) y de un segundo (26) electroimanes y de medios de muelle(s) (36, 38) de forma tal que el elemento (10) esté cerca de un primer electroimán para la posición cerrada de la válvula y cerca del segundo electroimán para la posición abierta de la válvula, siendo el citado primer electroimán del tipo polarizado con un imán permanente (22) que permite mantener al elemento (10) en la posición correspondiente al cierre de la válvula en ausencia de corriente en la bobina de dicho primer electroimán, y siendo el segundo electroimán tal que la posición de apertura de la válvula se mantenga para una corriente no nula en la bobina (32) de dicho segundo electroimán, caracterizado por que comprende un medio de detección del funcionamiento de las bobinas de los electroimanes y un medio de seguridad para, en caso de fallo de una de las bobinas, aplicar a la bobina del electroimán que no falla una corriente que permita situar la válvula en posición de cierre.

Description

El invento se refiere a un dispositivo de conmutación de tipo electromecánico para la apertura y el cierre de válvulas de admisión y/o de escape para un motor térmico, en concreto de combustión interna.

En un motor de combustión interna, las válvulas se abren o se cierran en instantes precisos del ciclo de funcionamiento. En los motores más habituales, la conmutación de la apertura y del cierre se realiza de forma mecánica en función de la posición del cigüeñal. Estos últimos años se han desarrollado controles electromecánicos de válvulas que presentan la ventaja de simplificar la fabricación del motor y de permitir duraciones e instantes de apertura y de cierre de las válvulas que se pueden elegir a voluntad con el fin de optimizar las prestaciones del motor.

Tales dispositivos electromecánicos de conmutación de válvulas comprenden en general una placa magnética, o plato, que interacciona con dos electroimanes y con dos muelles.

Para ello, la placa es en general solidaria al extremo de una varilla cuyo otro extremo interacciona con la cola de la válvula. La varilla también puede ser solidaria a la cola de válvula. Uno de los electroimanes está diseñado para atraer a la placa hasta una posición tal que la válvula esté en posición cerrada. En esta posición, un muelle está comprimido y el otro relajado, utilizándose a continuación el muelle comprimido para empujar a la placa hacia la otra posición, aquella en la cual la válvula está en posición de apertura. La conmutación de la posición de cierre hacia la posición de apertura se realiza gracias al corte de la alimentación del primer electroimán y por la alimentación posterior del segundo electroimán. En posición de apertura, el primer muelle está relajado y el segundo muelle está comprimido. Este segundo muelle empuja a la placa durante la conmutación de la posición de apertura hacia la posición de cierre.

Para limitar el consumo de corriente del accionador de válvula, uno u otro de los electroimanes es de tipo polarizado, es decir, que se proporciona un imán permanente dentro del circuito magnético de uno u otro de los electroimanes. En ese caso, el mantenimiento de la válvula en una posición de apertura y/o de cierre no necesita ninguna corriente. En el documento EP 405191A1 se describe un dispositivo de este tipo.

El invento tiene el objetivo de mejorar la seguridad de funcionamiento de un dispositivo de conmutación de válvula de este tipo. Asimismo, el invento tiene por objetivo aumentar las posibilidades de conmutar un accionador de válvula.

El accionador de válvula de acuerdo con el invento está caracterizado por que el electroimán destinado a conmutar el cierre de la válvula es del tipo polarizado y es tal que la válvula es mantenida en posición cerrada sólo por el efecto del imán (o de los imanes) del circuito magnético, sin alimentación de corriente de la bobina correspondiente, y por que el electroimán destinado a conmutar la apertura es tal que necesita una corriente de alimentación de la bobina correspondiente para mantener la válvula en posición de apertura total.

En estas condiciones, en caso de fallo de la bobina del electroimán de conmutación de apertura, la placa, bajo el efecto del muelle asociado a la posición de apertura, se sitúa entre los dos electroimanes y la válvula se puede cerrar gracias al electroimán de conmutación de cierre.

De esta forma, en ese caso de fallo de la bobina del electroimán de conmutación de apertura, se puede detener el motor a válvula cerrada. En efecto, se sabe que un motor detenido a válvulas cerradas garantiza un frenado o bloqueo cuando el vehículo está detenido. Por otro lado, el motor puede seguir girando con un funcionamiento degradado, puesto que la válvula no puede permanecer en posición completamente abierta.

En caso de fallo de la bobina del electroimán de conmutación de cierre, también es posible cerrar la válvula actuando sobre la corriente de la bobina del electroimán de conmutación de apertura de forma tal que la placa sea empujada hacia el electroimán polarizado de conmutación de cierre. En esta hipótesis de fallo, la válvula permanece también cerrada, lo que es también favorable a la seguridad.

En los dos casos de fallo, para conmutar la válvula hacia la posición cerrada, es necesario proporcionar un elemento de detección de fallo, por ejemplo un elemento de detección de la intensidad de la corriente que atraviesa cada una de las bobinas de los electroimanes.

En una realización, el electroimán de conmutación de apertura es del tipo no polarizado, es decir, desprovisto de imán permanente. Como variante, dicho electroimán de conmutación de apertura es del tipo polarizado, es decir, con un imán permanente; sin embargo, en este caso, el imán permanente debe ser tal que no permita el bloqueo de la placa en posición completamente abierta cuando la corriente de la bobina correspondiente sea nula, y cualquiera que sea la temperatura.

Las bobinas de dos electroimanes pueden estar en serie o en paralelo o ser independientes la una de la otra. Cuando las bobinas están en paralelo, si una de las bobinas está en circuito abierto (debido a una avería), esta bobina no perturba el funcionamiento de la otra bobina. Se preferirá el montaje de las bobinas en paralelo al montaje de las bobinas en serie puesto que la desconexión de una bobina es más probable que un cortocircuito.

El invento se refiere, de forma general, a un dispositivo de accionamiento de válvula para motor de combustión interna que comprende un elemento unido a la válvula y que se puede desplazar según una carrera para la cual, en un extremo de dicha carrera, la válvula está en posición cerrada y en otro extremo de la carrera, dicha válvula está en posición abierta, realizándose la conmutación del desplazamiento con la ayuda de un primer y un segundo electroimanes y de medios de muelle(s) de forma tal que el elemento esté cerca de un primer electroimán para la posición cerrada de la válvula y cerca del segundo electroimán para la posición abierta de la válvula, siendo el dispositivo tal que el primer electroimán es del tipo polarizado con un imán permanente que permite mantener el elemento en la posición correspondiente al cierre de la válvula en ausencia de corriente en la bobina de dicho primer electroimán, y siendo el dispositivo tal que el segundo electroimán es tal que la posición de apertura se mantiene para una corriente no nula en la bobina de dicho segundo electroimán.

Este dispositivo está caracterizado por que comprende un medio de detección del funcionamiento de las bobinas de los electroimanes y un medio de seguridad para, en caso de fallo de una de las bobinas, aplicar a la bobina del electroimán que no falla una corriente que permita situar la válvula en posición de cierre.

En una realización, el medio de seguridad comprende un medio para, en caso de fallo de la bobina del primer electroimán, aplicar a la bobina del segundo electroimán una corriente tal que el elemento sea empujado hacia el primer electroimán.

Preferentemente, para limitar el consumo de corriente, el segundo electroimán es del tipo polarizado, presentando el imán permanente de dicho segundo electroimán un campo magnético de un valor insuficiente para oponerse al efecto inverso de los medios de muelle cuando el elemento se encuentra en la posición abierta de la válvula.

Como variante, el segundo electroimán está desprovisto de imán permanente.

En una realización, el dispositivo comprende un medio para hacer pasar la válvula de la posición de cierre a la posición de apertura, el cual comprende un medio para aplicar a la bobina del primer electroimán un impulso de reducción de flujo que se oponga al efecto del imán permanente de dicho primer electroimán.

En una realización, la bobina del primer electroimán y la bobina del segundo electroimán están en paralelo.

El invento se refiere también a un motor que comprende un dispositivo tal como el definido anteriormente en este documento.

Otras características y ventajas del invento se harán evidentes con la descripción de algunas de sus realizaciones, efectuándose dicha descripción con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la figura 1 es un esquema de dispositivo de accionamiento de válvula de acuerdo con una primera realización,

la figura 2 es un esquema análogo al de la figura 1, pero para una variante, y

las figuras 3a y 3b son diagramas que ilustran el funcionamiento del accionador representado en las figuras 1 y 2.

En la figura 1 se ha representado una realización de accionador de acuerdo con el invento en el cual se proporciona, por una parte, un electroimán de conmutación de cierre del tipo polarizado, con un imán que permite bloquear la válvula en posición cerrada en ausencia de corriente en la bobina correspondiente del electroimán y, por otra parte, un electroimán de conmutación de apertura, también de tipo polarizado, pero el imán no permite, por sí solo, mantener la válvula en posición de apertura.

De esta forma, en dicha figura 1, se ha representado una placa o plato 10 magnética solidaria a una varilla 12 que interacciona con una cola 14 de una válvula

16. El electroimán 18 de conmutación de cierre comprende un circuito 20 magnético, un imán 22 permanente y una bobina 24 de conmutación. El electroimán 26 de conmutación de apertura comprende un circuito 28 magnético, un imán 30 permanente y una bobina 32 de conmutación.

Un muelle 36 rodea a la cola 14 de válvula. Dicho muelle está situado de forma tal que esté comprimido cuando la válvula 16 esté en posición de apertura (hacia abajo en la figura 1) y esté relajado en el caso en que la válvula 16 esté en posición de cierre (hacia arriba en la representación de la figura 1).

Igualmente, un muelle 38 rodea a la varilla 12 y está situado de forma tal que esté comprimido cuando la válvula esté en posición de cierre y esté relajado cuando la válvula esté en posición de apertura.

El imán 30 se ha representado con un espesor menor que el del imán 22 del electroimán 18 con el fin de mostrar que el efecto de atracción que ejerce es sensiblemente menor que el de dicho imán 22.

Cuando el accionador representado en la figura 1 funciona normalmente (sin fallo), el plato 10 es atraído hacia el circuito 20 magnético gracias a la alimentación de la bobina 24 y al efecto del imán 22 permanente. La corriente en la bobina 24 es nula cuando la válvula está en posición cerrada puesto que el imán 22 es suficiente para mantener al plato 10 contra el circuito 20 magnético. En esta posición, el muelle 36 está relajado y el muelle 38 está comprimido.

Para pasar de la posición de cierre a la posición de apertura, se proporciona una corriente de reducción de flujo en la bobina 24 que se opone al efecto del imán 22 permanente, es decir, una corriente de sentido contrario a la que se utiliza para atraer el plato 10 hacia el circuito 20.

Gracias al efecto de dicha corriente de reducción de flujo y al efecto del muelle 38, el plato 10 se dirige hacia el circuito 28. A continuación, se alimenta la bobina 32 para atraer el plato 10 hacia el circuito 28. El imán 30 permanente presenta características insuficientes para que el plato 10 sea aplicado contra el circuito 28 en caso de corriente nula en la bobina 32. Sin embargo, la presencia de dicho imán 30 permite minimizar la corriente que circula en dicha bobina 32.

En caso de avería de la bobina 32, detectada por ejemplo por una ausencia permanente de corriente en esta bobina, el plato 10 es empujado a la posición intermedia entre los dos circuitos 20 y 28 por el efecto del muelle 38. A continuación se puede cerrar la válvula, para mantener el motor en posición de seguridad, alimentando temporalmente a la bobina 24 con el fin de que el plato 10 permanezca aplicado contra el circuito 20.

En caso de fallo de la bobina 24, pudiendo ser también dicho fallo detectado por una ausencia de corriente a pesar de una orden de alimentación, se aplica a la bobina 32 una corriente que permite empujar el plato hacia el circuito 20 y por lo tanto conmutar la posición de la válvula 16 a la posición cerrada. La válvula 16 puede entonces permanecer en esta posición gracias al efecto del imán 22 permanente.

De esta manera, cualquiera que sea la bobina que falle, la válvula se puede mantener en posición cerrada.

La figura 3a es un diagrama en el cual se han representado esfuerzos (EF) en ordenadas y valores de entrehierro (E) en abscisas, correspondiendo el entrehierro nulo al plato 10 aplicado contra el circuito 20 magnético.

La curva 40 representa el esfuerzo ejercido por el electroimán 18 cuando la intensidad de la corriente eléctrica en la bobina 24 es nula, es decir, el esfuerzo ejercido principalmente por el imán 22. La curva 42 representa los esfuerzos de los muelles que se ejercen en sentido contrario sobre el plato 10. Se ve así que para un entrehierro estrecho, el esfuerzo del imán 22 supera el de los muelles, lo que permite mantener al plato 10 contra el circuito 20 magnético.

El diagrama de la figura 3b corresponde al funcionamiento del electroimán 26

5 cuando la intensidad de la corriente en la bobina 32 es nula. De esta forma, en abscisas, el entrehierro nulo corresponde a la posición para la cual el plato 10 está aplicado contra el circuito 28 magnético. La curva 44 representa el esfuerzo ejercido por el imán 30 y la curva 46 representa el esfuerzo antagonista de los muelles. Se ve así que el esfuerzo 46 de los muelles es siempre mayor que el esfuerzo 44 ejercido

10 por el imán 30 permanente, en caso de nulidad de la intensidad de la corriente en la bobina 32. La realización representada en la figura 2 se distingue sólo de la representada en la figura 1 por el hecho de que el electroimán 26 está desprovisto de imán permanente.

15 El funcionamiento en este caso es análogo al descrito anteriormente en este documento para la figura 1. La única diferencia, representada en la figura 3b, es que la curva 44, en caso de nulidad de la corriente en la bobina 32, se confunde con el eje de abscisas, es decir, que el electroimán no ejerce ningún esfuerzo sobre el plato 10.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Dispositivo de accionamiento de válvula para motor de combustión interna que comprende un elemento (10) unido a la válvula y que se puede desplazar según una carrera para la cual, en un extremo de dicha carrera, la válvula está en posición cerrada y en otro extremo de la carrera, dicha válvula está en posición abierta, efectuándose la conmutación del desplazamiento con la ayuda de un primer (18) y de un segundo (26) electroimanes y de medios de muelle(s) (36, 38) de forma tal que el elemento (10) esté cerca de un primer electroimán para la posición cerrada de la válvula y cerca del segundo electroimán para la posición abierta de la válvula, siendo el citado primer electroimán del tipo polarizado con un imán permanente (22) que permite mantener al elemento (10) en la posición correspondiente al cierre de la válvula en ausencia de corriente en la bobina de dicho primer electroimán, y siendo el segundo electroimán tal que la posición de apertura de la válvula se mantenga para una corriente no nula en la bobina (32) de dicho segundo electroimán, caracterizado por que comprende un medio de detección del funcionamiento de las bobinas de los electroimanes y un medio de seguridad para, en caso de fallo de una de las bobinas, aplicar a la bobina del electroimán que no falla una corriente que permita situar la válvula en posición de cierre.

2. 2.

   Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que el segundo electroimán es del tipo polarizado, presentando el imán permanente de dicho segundo electroimán un campo magnético de un valor insuficiente para oponerse al efecto inverso de los medios de muelle cuando el elemento (10) se encuentra en la posición abierta de la válvula.

3. 3.

   Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que el segundo electroimán está desprovisto de imán permanente.

4. 4.

   Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado por que el medio de seguridad comprende un medio para, en caso de fallo de la bobina del primer electroimán, aplicar a la bobina del segundo electroimán una corriente tal que el elemento (10) sea empujado hacia el primer electroimán.

5. 5.

   Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones precedentes,

   caracterizado por que comprende un medio para hacer pasar la válvula

   de la posición de cierre a la posición de apertura, el cual comprende un

   medio para aplicar a la bobina del primer electroimán un impulso de

   5

   reducción de flujo que se oponga al efecto del imán permanente de

   dicho primer electroimán.

6. 6.

   Motor que comprende un dispositivo de acuerdo con una de las

   reivindicaciones 1 a 5.