ES2215947T3 - Motor de combustion interna con un sistema hidraulico para el accionamiento variable de valvulas y un empujador de valvula a doble piston. - Google Patents
Motor de combustion interna con un sistema hidraulico para el accionamiento variable de valvulas y un empujador de valvula a doble piston.Info
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Abstract
Motor de combustión interna que comprende: - por lo menos una válvula de admisión y por lo menos una válvula de escape por cilindro; estando equipada cada una de ellas con sus correspondientes dispositivos de resortes de retorno, que devuelven la válvula a su posición de cierre para controlar la comunicación entre los correspondientes conductos de admisión y de escape y la cámara de combustión; - un eje de levas para accionar las válvulas de admisión y de escape de los cilindros del motor mediante los correspondientes empujadores de válvula; - en el cual por lo menos uno de los empujadores de válvula antes mencionados acciona su correspondiente válvula de admisión o de escape debido al desplazamiento de dichos resortes de retorno, por medio del funcionamiento de unos dispositivos hidráulicos que incluyen una cámara de un fluido a presión; - dicha cámara de fluido a presión puede estar conectada a un orificio de salida a través de una servoválvula de tal modo que la válvula quede desacoplada de su respectivo empujador de válvula, provocando por consiguiente que la válvula se cierre rápidamente debido al desplazamiento de los correspondientes dispositivos de los resortes de retorno.
Description
Motor de combustión interna con un sistema
hidráulico para el accionamiento variable de válvulas y un
empujador de válvula a doble pistón.
La presente invención se refiere a motores de
combustión interna del tipo que comprende:
- por lo menos una válvula de admisión y por lo
menos una válvula de escape por cilindro, estando cada una de ellas
equipada con los respectivos dispositivos de retorno mediante
resortes que devuelven la válvula a la posición de cierre para
controlar la comunicación entre los correspondientes conductos de
admisión y de escape y la cámara de combustión;
- un eje de levas para accionar las válvulas de
admisión y de escape de los cilindros del motor mediante los
empujadores de válvula apropiados,
- en el que por lo menos uno de dichos
empujadores de válvula acciona la correspondiente válvula de
admisión o de escape por efecto del movimiento de los anteriores
dispositivos de retorno mediante resorte, por medio del
funcionamiento de dispositivos hidráulicos que incluyen una cámara
de un fluido a presión.
Dicha cámara de fluido a presión puede estar
conectada a un orificio de salida mediante una servoválvula, de
manera que la válvula quede desconectada de la correspondiente
empujador de válvula, haciendo que la válvula se cierre rápidamente
por efecto del movimiento de los correspondientes dispositivos de
los resortes de retorno.
Dichos dispositivos hidráulicos comprenden
también un pistón unido al vástago de la válvula, montado de manera
que pueda deslizarse por el interior de un casquillo de guía; dicho
pistón se abre a una cámara de volumen variable conformada por el
pistón en el interior del casquillo de guía; dicha cámara de
volumen variable se comunica con la cámara de fluido a presión a
través de una abertura en el extremo del casquillo de guía; dicho
pistón tiene una pieza en el extremo que está adaptada para
introducirse en el interior de dicha abertura del extremo del
casquillo de guía, al finalizar la carrera de cierre de la válvula,
para reducir la abertura de comunicación entre dicha cámara de
volumen variable y dicha cámara de fluido a presión, controlando
así la carrera de la válvula cuando está cerca del punto de
cierre.
El tipo de motor especificado anteriormente está
descrito e ilustrado en las solicitudes de patente europea nº
EP-A-0.803.642 y
EP-A-1.091.097 presentadas por la
misma empresa solicitante.
Para los tipos de motores anteriores, ya se había
propuesto que dos válvulas del mismo cilindro del motor, es decir
dos válvulas de admisión o dos válvulas de escape, fueran
accionadas por la misma leva del eje de distribución del motor.
Este problema se resuelve generalmente de forma
mecánica, montando una pequeña placa que funciona al unísono con la
leva de accionamiento, la cual a su vez está conectada
funcionalmente a dos empujadores de válvula que están unidos a las
válvulas que deben ser controladas. Esta solución causa problemas en
la estructura del motor requiriendo unas mayores dimensiones (del
motor) y unos costes más elevados. En teoría, es posible disponer
un único empujador de válvula conectado a la cámara de presión
anterior y luego conectar de forma hidráulica la cámara de presión
a las cámaras que están conectadas a los pistones de accionamiento
de las dos válvulas. Sin embargo, esta solución no es óptima porque
conlleva un considerable aumento de volumen del circuito hidráulico
que acciona las válvulas en detrimento de la elasticidad del sistema
que imposibilita que el motor funcione a un alto régimen de
revoluciones.
El objetivo de la presente invención es resolver
el problema anterior de una forma satisfactoria, aplicando unos
medios sencillos y económicos que hagan posible controlar
simultáneamente dos válvulas del mismo cilindro del motor a través
de la misma leva del eje de distribución.
Para alcanzar este objetivo, la invención propone
un motor con todas las características especificadas en la
introducción, caracterizado también porque el empujador de válvula
mencionado anteriormente comprende dos partes de pistón separadas
que están conectadas a dos cámaras de presión distintas; estas
cámaras controlan los pistones de accionamiento de dos válvulas del
mismo cilindro del motor.
En una de sus formas de realización preferidas,
el empujador de válvula mencionado presenta un cuerpo cilíndrico
con una primera parte de pistón de mayor diámetro y una segunda
parte de pistón de menor diámetro, montadas de tal manera que
deslizan por el interior de las partes correspondientes de un
casquillo de guía cilíndrico; dicha parte de pistón de menor
diámetro se abre a una cámara de presión dispuesta en su extremo.
La segunda cámara de presión consiste en una cavidad en forma de
anillo conformada por la parte del cuerpo del empujador de menor
diámetro en el interior de la parte de mayor diámetro del casquillo
de guía. Las dos cámaras de presión mencionadas anteriormente están
conectadas a los dos pistones de accionamiento de las válvulas a
controlar mediante conductos independientes.
De esta forma, gracias a las características
descritas anteriormente, la invención garantiza que puedan
accionarse dos válvulas del mismo cilindro del motor, partiendo de
una misma leva del eje de distribución, sin conllevar ningún
problema de construcción y sin requerir ningún aumento sustancial de
volumen del circuito hidráulico que acciona las válvulas. De esta
forma es posible implementar un sistema con una rigidez comparativa
elevada, siendo capaz de dar una respuesta adecuada incluso cuando
el motor funciona a un elevado régimen de revoluciones.
A continuación se describirán características
adicionales y ventajas de la invención, haciendo referencia a los
dibujos adjuntos que se facilitan únicamente a título de ejemplo no
limitativo y en los que:
- la Figura 1 es una vista en sección de la
culata de un motor de combustión interna tal como ha sido diseñado
en la solicitud de patente europea EP-A- 0 803 642
presentada por la misma empresa solicitante, y
- la Figura 2 es una vista en sección ampliada
del detalle que se refiere al empujador de válvula que ha sido
modificado según a la presente invención.
Haciendo referencia a la Figura 1, el motor de
combustión interna descrito en la solicitud de patente europea
EP-A-0.803.642 mencionada
anteriormente, y en la solicitud
EP-A-1 091 097 presentada por la
misma empresa solicitante es un motor de cilindros múltiples, es
decir un motor de cinco cilindros en línea que incluye una culata
1.
Para cada cilindro la culata 1 comprende, una
cavidad 2 conformada en la zona de la base 3 de la culata, la cual
conforma la cámara de combustión en la que desembocan dos conductos
de admisión 4, 5 y dos conductos de escape 6. La comunicación entre
los dos conductos de admisión 4, 5 y la cámara de combustión 2
está controlada por dos válvulas de admisión 7 del tipo convencional
con cabeza, comprendiendo cada una de ellas un vástago 8 montado
de tal forma que pueda deslizarse por el interior del cuerpo de la
culata 1. Cada válvula 7 es devuelta a la posición de cierre por
medio de los resortes de retorno 9 dispuestos entre una de las
superficies interiores de la culata 1 y una copa 10 al final de la
válvula.
La apertura de las válvulas de admisión 7 está
controlada por un eje de levas 11 montado de tal manera que gira
alrededor de un eje 12 en el interior de los soportes de la culata
1, y que comprende una pluralidad de levas 14 que accionan las
válvulas como se describe más adelante.
Cada leva 14 de control de la válvula de admisión
7 funciona al unísono con la placa 15 de un empujador de válvula 16
montado de tal manera que se deslice a lo largo de un eje 17, el
cual, en el caso ilustrado, está esencialmente orientado a 90º
respecto del eje de la válvula 7 (asimismo el empujador de válvula
puede estar montado alineado con el eje, como se ilustra en la
Figura 3), en el interior de un casquillo 18 montado sobre el
cuerpo 19 de un subconjunto 20 premontado. Este subconjunto incluye
todos los dispositivos eléctricos e hidráulicos vinculados al
accionamiento de las válvulas de admisión, como se describe a
continuación con detalle. El empujador de válvula 16 puede
transmitir un impulso al vástago 8 de la válvula 7 de manera que
haga que esta última válvula se abra como resultado del movimiento
de los resortes de retorno 9 por medio del fluido a presión
(normalmente este fluido es aceite proveniente del circuito de
lubricación del motor), que está contenido en una cámara C, y un
pistón 21, montado de tal manera que se deslice en el interior de
un cuerpo cilíndrico, compuesto por un casquillo 22; asimismo el
casquillo está montado sobre el cuerpo 19 del subconjunto 20. Como
parte de esta misma solución, que aparece en la Figura 1, la cámara
C de fluido a presión conectada a cada una de las válvulas de
admisión 7 puede estar conectada a un orificio de salida 23 por
medio de una servoválvula 24. La servoválvula 24, que puede ser de
cualquier tipo conocido que sea adecuado para la función aquí
ilustrada, está gobernada por los dispositivos electrónicos de
control, indicados esquemáticamente como 25, en base a las señales
S, que indican los parámetros operativos del motor, o sea la
posición del acelerador y el régimen de las revoluciones del motor.
Cuando la servoválvula 24 está abierta, la cámara C interacciona
con el orificio de salida 23, de modo que el fluido a presión
contenido en la cámara C fluye hacia dicho orificio de salida, dando
como resultado el desacoplamiento del empujador de válvula 16 de la
correspondiente válvula de admisión 7; la válvula es conducida
rápidamente a su posición de cierre por el movimiento del resorte
de retorno 9. Controlando la comunicación entre la cámara C y el
orificio de salida 23 es posible variar el tiempo (de apertura) y
la carrera de cada una de las válvulas de admisión 7 según se
desee.
Todos los orificios de salida 23 de las diversas
servoválvulas 24 confluyen en el mismo conducto de salida
longitudinal 26 que comunica con uno o más acumuladores de presión
27, de los cuales solamente uno puede apreciarse en la Figura 1.
Todos los empujadores de válvula 16 y los correspondientes
casquillos 18, los pistones 21 y los correspondientes casquillos
22, las servoválvulas 24 y los respectivos orificios y conductos de
salida 23, 26 están basados y montados en el cuerpo 19
anteriormente mencionado del subconjunto 20 premontado, aumentando
de esta manera la simplicidad y la rapidez de montaje del motor.
Las válvulas de escape 80, que están conectadas a
cada cilindro, tal como se ilustra en la Figura 1, están gobernadas
de forma convencional mediante un eje de levas 28 mediante los
correspondientes empujadores de válvula 29.
La Figura 2 presenta una vista ampliada del
cuerpo 19 del subconjunto pre-montado.
La Figura 2 presenta también un detalle ampliado
de un empujador de válvula del motor, modificado según la presente
invención. En el caso del ejemplo que aparece en la Figura 2, el
empujador de válvula 16 presenta un cuerpo tubular con un orificio
ciego paralelo 100 con una cabeza en su extremo que conforma la
placa 15 que en el ejemplo mostrado está cerrada por un disco 101;
el disco está montado en el interior de la abertura del extremo del
cuerpo tubular del empujador de válvula 16. Como puede apreciarse
en la Figura 2, la primera parte 160A del cuerpo tubular del
empujador de válvula 16 presenta un diámetro mayor junto a la placa
15 y la segunda parte 160B presenta un diámetro menor que conforma
el final del empujador de válvula 16 opuesto a la placa 15. El
empujador de válvula 16 está montado de tal modo que se deslice en
el interior de un casquillo de guía 170, la primera parte 170A del
cual presenta un diámetro mayor, en el interior del cual está
montada la parte de mayor diámetro 160A del empujador de válvula
16, de forma que se desliza y (presenta) una parte con un diámetro
menor 170B en el interior de la cual está montada la parte de menor
diámetro 160B del empujador de válvula 16.
La parte de menor diámetro 160B del empujador de
válvula 16 constituye un primer pistón que está conectado a una
cámara de presión C1. La parte 160A del empujador de válvula 16 de
mayor diámetro constituye también un pistón al cual está conectado
la segunda cámara de presión C2; esta cámara consiste en una
cavidad de forma anular que está conformada en el interior de la
parte de mayor diámetro 170A del casquillo de guía 170 por la parte
del empujador de válvula 16 de menor diámetro 160B.
Las dos cámaras de presión C1, C2 están
conectadas a través de sus respectivos orificios de salida 181,
182, que son solamente parcialmente visibles en la Figura 2, a las
cámaras conectadas a los dos pistones 21 del tipo ilustrado en la
Figura 1, para accionar las dos válvulas correspondientes (es
decir, dos válvulas de admisión o dos válvulas de escape) que están
conectadas al mismo cilindro del motor.
Durante el funcionamiento del motor, la leva que
trabaja al unísono con la placa 15 del empujador de válvula 16 que
aparece en la Figura 2, presiona cíclicamente el empujador hacia la
derecha (con referencia a la Figura 2), como resultado del
desplazamiento del resorte 15a. Este desplazamiento aumenta la
presión del aceite en el interior de las cámaras de presión C1, C2
de las dos partes de pistón 160A, 160B del empujador de válvula. De
esta forma el aceite a presión es enviado a las cámaras conectadas
a los dos pistones para accionar las válvulas que deben ser
controladas sin tener que realizar ninguna operación adicional
mecánica o constructiva en el motor y sin que comporte ningún
aumento substancial del volumen del circuito hidráulico,
obteniéndose así las ventajas mencionadas anteriormente.
De esta manera, cada leva puede accionar dos
válvulas cuyos movimientos pueden mantenerse independientes; esto
se debe a que cada cámara está conectada a una servoválvula que
puede ser accionada independientemente.
Claims (2)
1. Motor de combustión interna que comprende:
- por lo menos una válvula de admisión y por lo
menos una válvula de escape por cilindro; estando equipada cada una
de ellas con sus correspondientes dispositivos de resortes de
retorno (9), que devuelven la válvula a su posición de cierre para
controlar la comunicación entre los correspondientes conductos de
admisión y de escape (4, 6) y la cámara de combustión;
- un eje de levas (11) para accionar las válvulas
de admisión y de escape de los cilindros del motor mediante los
correspondientes empujadores de válvula (16);
- en el cual por lo menos uno de los empujadores
de válvula antes mencionados (16) acciona su correspondiente
válvula de admisión o de escape debido al desplazamiento de dichos
resortes de retorno, por medio del funcionamiento de unos
dispositivos hidráulicos que incluyen una cámara de un fluido a
presión (C);
- dicha cámara de fluido a presión puede estar
conectada a un orificio de salida (26) a través de una servoválvula
(24) de tal modo que la válvula quede desacoplada de su respectivo
empujador de válvula (16), provocando por consiguiente que la
válvula se cierre rápidamente debido al desplazamiento de los
correspondientes dispositivos de los resortes de retorno (9);
- dichos dispositivos hidráulicos comprenden
asimismo un pistón (21) que está conectado al vástago (8) de la
válvula y que está montado de tal modo que se deslice en el
interior de un casquillo de guía (22); dicho pistón está enfrentado
a una cámara de volumen variable que está formada por el propio
pistón en el interior del casquillo de guía (22); dicha cámara de
volumen variable se comunica con la cámara de fluido a presión (C)
a través de una abertura en el extremo de dicho casquillo de guía;
dicho pistón presenta una pieza en el extremo adecuada para
introducirse en el interior de dicha abertura del extremo al
finalizar la carrera de cierre de la válvula para reducir de esta
forma la abertura de comunicación entre dicha cámara de volumen
variable y dicha cámara de fluido a presión, controlando así la
carrera de la válvula cuando está próxima a su punto de cierre;
caracterizado porque el empujador de
válvula (16) mencionado anteriormente comprende dos partes de
pistón separadas (160A, 160B) que están conectadas a las dos
cámaras independientes de presión (C1, C2) que controlan los
pistones (21) para el accionamiento de dos válvulas distintas de un
mismo cilindro del motor.
2. Motor de combustión interna según la
reivindicación 1, caracterizado porque el empujador de
válvula (16) mencionado anteriormente presenta un cuerpo cilíndrico
con una primera parte de pistón (160A) de mayor diámetro, y una
segunda parte de pistón (160B) de menor diámetro, las cuales están
montadas de manera que se deslicen en el interior de unas partes
correspondientes (170A, 170B) de un casquillo cilíndrico de guía
(170); dicha parte de pistón de menor diámetro está enfrentada a
una cámara de presión (C1) que está situada en su extremo; la
segunda cámara de presión (C2) consiste en una cavidad de forma
anular que está conformada en el interior de la parte de mayor
diámetro (170A) del casquillo de guía por la parte de menor
diámetro (160B) del cuerpo del empujador de válvula.
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