ES2242171T3 - Accionamiento de valvula para un motor de combustion interna controlado por valvulas. - Google Patents

Accionamiento de valvula para un motor de combustion interna controlado por valvulas.

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ES2242171T3 ES04005289T ES04005289T ES2242171T3 ES 2242171 T3 ES2242171 T3 ES 2242171T3 ES 04005289 T ES04005289 T ES 04005289T ES 04005289 T ES04005289 T ES 04005289T ES 2242171 T3 ES2242171 T3 ES 2242171T3
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Abstract

Accionamiento de válvula de intercambio de gases para un motor de combustión interna controlado por válvulas, que comprende: - un rotor (16) cilíndrico hueco destinado a acoplarse con un elemento de válvula (12) y un estator (18), en el que - el rotor (16) presenta unos anillos (30) de magnetismo permanente dispuestos concéntricamente unos sobre otros, - el estator (18) está realizado, por lo menos parcialmente, de un material magnéticamente blando y presenta por lo menos un diente (22) orientado hacia el rotor (16), - el estator (18) presenta una zona (50) magnéticamente conductora dispuesta radialmente en el interior y una zona (52) magnéticamente conductora dispuesta radialmente en el exterior, en el que los anillos (30) del rotor (16) están dispuestos entre la zona (50) dispuesta en el interior y la zona (52) dispuesta en el exterior del estator (18), y - por lo menos una bobina de estator (28) está situada en la zona (50) dispuesta en el interior del estator (18) y/o en su zona (52) dispuesta en el exterior.

Description

Accionamiento de válvula para un motor de combustión interna controlado por válvulas.
Trasfondo de la invención
La presente invención se refiere a un accionamiento de válvula de intercambio de gases para un motor de combustión interna controlado por válvulas. La invención se refiere particularmente a una válvula de intercambio de gases en la cual el movimiento de ida y vuelta del elemento de válvula no es realizado y controlado por un árbol de levas. En la válvula de intercambio de gases según la invención el elemento de válvula es controlado más bien eléctricamente.
Estado de la técnica
Por la publicación DE 195 18 056 A1 se conoce un control de válvula de gases con una válvula de intercambio de gases, la cual se puede accionar mediante una disposición de electroimán. Al mismo tiempo se genera, mediante una estructuración especial del núcleo del polo de la disposición de electroimán, una señal referida al movimiento del inducido, en la conducción de mando de la disposición de electroimán. Esta señal puede ser evaluada para reconocer posiciones del inducido cualesquiera sin sensores adicionales. Un gran problema durante la utilización de una disposición de electroimán para el accionamiento de la válvula es la gran generación de ruido al alcanzar las posiciones finales correspondientes, el frenado abrupto al alcanzar las posiciones finales, así como las elevadas corrientes de retención necesarias.
Lo mismo es válido para disposiciones de electroimán diferencial propuestas repetidas veces las cuales para alcanzar el empuje necesario de entre aproximadamente 300 y 400 N para motores de combustión interna de turismos son cargadas de manera apropiada con corrientes crecientes. Con ello la válvula, cargada mediante una disposición de resorte, realiza en primer lugar un movimiento de giro antes de que una placa de hierro dispuesta en el vástago de válvula esté en contacto con el inducido de la disposición de electroimán, de manera que es necesaria una corriente de retención mucho más pequeña. De todos modos, la velocidad de giro máximo del motor de combustión interna está notablemente limitada. El tiempo de arranque al arrancar es relativamente grande dado que, a causa de la gran fuerza necesaria, transcurre un tiempo hasta que la disposición de válvula ha girado hasta su posición deseada.
Por el documento JP-A-3-92518 se conoce un dispositivo de accionamiento para una disposición de válvula en motores de combustión interna, en la cual el estator está formado por dos envolturas aproximadamente semicilíndricas las cuales presentan, tanto en la dirección perimétrica como también en la dirección longitudinal de cada envoltura, dientes partidos orientados hacia el rotor. Los dientes individuales de cada envoltura están rodeados en cada caso por una bobina, cuyo eje longitudinal central, discurre en dirección radial. Con ello, resulta un flujo magnético orientado en dirección radial el cual, partiendo de cada uno del gran número de dientes, fluye al rotor a través del entrehierro entre el estator y el rotor.
Una estructuración hasta aquí coincidente del estator, las bobinas de estator y del rotor de un dispositivo de accionamiento para una disposición de válvula en motores de combustión interna está descrita en la patente US nº 5.129.369. Aquí los dientes del estator subdivididos en dirección radial y tangencial están rodeados también en cada caso por una bobina, cuyo eje longitudinal central discurre en dirección radial.
El documento EP 0 485 231 A1 da a conocer un tipo similar de estructuración del estator, de las bobinas de estator y del rotor de un dispositivo de accionamiento para una disposición de válvula en motores de combustión interna. Aquí los dientes de estator subdivididos en dirección radial y tangencial están rodeados en cada caso por una bobina orientada radialmente.
Estas disposiciones exigen durante la fabricación un gran esfuerzo dado que el montaje de las bobinas alrededor de los dientes individuales es muy difícil de realizar. Además, la división de polo que se puede alcanzar en esta estructuración es relativamente grande.
Por el documento WO98/55741 se conoce una disposición de válvula para un motor de combustión interna controlado por válvulas, con un motor de campo de ondas progresivas eléctrico como accionador para un elemento de válvula, el cual presenta un rotor acoplado con el elemento de válvula y un estator. El estator está hecho de chapa, cuya superficie está orientada perpendicularmente respecto de la dirección de movimiento del rotor. El estator presenta unos dientes orientados hacia el rotor, formado como rotor síncrono o asíncrono, los cuales tienen una superficie lateral de cilindro cerrada orientada hacia el rotor. En cada caso, entre dos dientes contiguos del estator están formadas unas cámaras de bobina de estator en las cuales está dispuesta en cada caso una bobina orientada paralela respecto de la superficie de las
chapas.
Por la patente US nº 6.039.014 se conoce una disposición de válvula, accionada por un motor lineal, para un motor de combustión interna. En este caso, el estator del motor lineal presenta varias bobinas las cuales están separadas entre sí en cada caso por una sección de carcasa ferromagnética. Un rotor está formado por varias secciones, realizadas de un material de magnetismo permanente, entre las cuales están dispuestas en cada caso secciones realizadas de un material ferromagnético.
Otros documentos que tienen un contenido técnico para la invención son, sin pretensión de completitud: DE 33 07 070 A1, DE 35 00 530 A1, EP
244 878 B1, WO 90/07635, US nº 4.829.947, EP
377 244 B1, EP 347 211 B1, EP 390 519 B1, EP 328 194 B1, EP 377 251 B1, EP 312 216 B1, US nº 4.967.702, US nº 3.853.102, US nº 4.829.947, US nº 4.915.015, WO 90/07637, EP 244 878 B1, EP
328 195 A2.
Problema que se plantea la invención
Todos los conceptos que están descritos en los documentos mencionados con anterioridad tienen en común que con ellos no se alcanzan la elevación, el empuje y la dinámica necesarios para válvulas de intercambio de gases en motores de combustión interna con una estructura suficientemente compacta y una elevada fiabilidad para la utilización en grandes series en motores de vehículos automóviles. Además, las disposiciones conocidas requieren en cuanto a su fabricación de mucho espacio y elevados costes. Finalmente, estas disposiciones no resultan adecuadas para la utilización en motores de combustión interna de marcha rápida (muy revolucionados), dado que ninguna de estas disposiciones está optimizada con respecto a las masas movidas.
Solución según la invención
Para subsanar estas desventajas la invención muestra un accionamiento de válvula de intercambio de gases para un motor de combustión interna controlado por válvulas, con un motor lineal eléctrico como accionador para un elemento de válvula, el cual está definido por las características de la reivindicación 1.
Estructura y ventajas de la solución según la invención
Según la invención el accionamiento de válvula de intercambio de gases para un motor de combustión interna controlado por válvulas presenta un rotor cilíndrico destinado a acoplarse con un elemento de válvula y un estator, en el que el rotor presenta anillos de magnetismo permanente dispuestos concéntricamente unos sobre otros, el estator está realizado, por lo menos parcialmente, de un material magnéticamente blando y presenta por lo menos un diente orientado hacia el rotor, el estator presenta una zona magnéticamente conductora dispuesta radialmente en el interior y una zona magnéticamente conductora dispuesta radialmente en el exterior, donde los anillos de rotor están dispuestos entre la zona situada en el interior y la zona situada en el exterior del estator, y la zona situada en el exterior del estator tiene, al menos en una sección parcial, en dirección radial, una forma de sección transversal en forma de C y presenta al menos una bobina de estator.
La concepción en que se basa la invención consiste en "extraer" la parte del estator que realiza las ampere-vueltas del inducido, es decir la zona de bobina con la bobina de estator, espacialmente de la parte que forma la fuerza del motor lineal, es decir la zona de diente del estator. Con ello se puede alcanzar, en comparación con motores lineales convencionales, en los cuales las bobinas de estator están dispuestas en cada caso entre dos dientes del estator, unas ampere-vueltas del inducido notablemente mayores. Esto se debe a que la bobina, gracias a la estructuración según la invención, tiene muchas menos limitaciones espaciales y de este modo se puede optimizar a pérdidas (ohmicas) mínimas - y la inducción de campo magnético máxima que las acompaña. Mediante las dimensiones de los anillos de magnetismo permanente en la dirección de movimiento del rotor o las dimensiones de un diente del estator en la dirección de movimiento del rotor está definida una división de polo que es menor que la dimensión de la bobina de estator en su dirección longitudinal.
De igual manera son concentradas las disposiciones de polo magnético de rotor/diente de estator, que originan la fuerza o el movimiento, de manera que estas no estén interrumpidas por bobinas de estator. Esto permite una división de polo muy pequeña, la cual a su vez causa una gran densidad de fuerza. Además, con la disposición según la invención son posibles elevaciones parciales del elemento de válvula. Con ello se puede prescindir, en un motor de combustión interna dotado con accionamientos de válvula de intercambio de gases según la invención, de una válvula de estrangulación durante la dosificación de la mezcla de aire-combustible y de su correspondiente mando.
Mediante la estructuración según la invención se induce en las culatas magnéticas en forma de C de la zona del estator situada fuera, mediante la(s) bobina(s) de estator allí dispuesta(s), flujo magnético en el estator y fluye desde las secciones radiales de las culatas magnéticas en forma de C, a través del entrehierro anular, en el cual están dispuestos los imanes permanentes cilíndricos huecos, a la zona del estator situada en el interior (formada cilíndrica). Desde la zona del estator situada en el interior se cierra el circuito magnético de nuevo en la dirección de las culatas magnéticas en forma de C de la zona del estator situada fuera.
Otra ventaja esencial del accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención consiste en que prácticamente contribuyen únicamente los componentes magnéticamente activos (los imanes permanentes) a la masa inerte del rotor, mientras que todas las demás partes del motor (bobinas, cierre magnético, etc.) están asignadas al estator. Con ello se puede alcanzar una relación especialmente alta de la fuerza ejercida por el motor respecto de la masa inerte. Además el accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención es extraordinariamente adecuado para ser utilizado en motores de combustión interna de marcha rápida. Al mismo tiempo puede tener lugar en especial la aproximación del elemento de válvula a las posiciones finales (posición abierta o cerrada de la válvula de intercambio de gases) a alta velocidad con grandes variaciones de aceleración, de manera que el elemento de válvula choca con velocidad mínima en el asiento de válvula, mientras que el elemento de válvula es movido por lo demás con velocidades muy altas. Además se dispone en las zonas finales del recorrido del movimiento de la máxima fuerza. Esto permite un funcionamiento muy silencioso y con poco desgaste y, a causa de las grandes fuerzas de sujeción que se pueden alcanzar en las posiciones finales, al mismo tiempo muy seguro de las válvulas de intercambio de gases según la invención.
Dado que en el accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención pueden estar previstos varios motores monofásicos, conectados unos detrás de otros, que se pueden comandar individualmente, la fuerza generada en total a lo largo del recorrido de elevación del elemento de válvula se puede ajustar de manera precisa a la fuerza necesaria en cada caso. En este caso, hay que tener en cuenta que el accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención debe hacerse funcionar por regla general de manera monofásica. Sin embargo, también es posible hacer funcionar las bobinas de estator de los motores individuales dispuestos unos sobre otros de manera polifásica. Gracias a la disposición según la invención no es necesario cargar el elemento de válvula con una energía cinética considerable, para que ésta adopte su posición final.
Gracias a la disposición que se puede formar con mucha facilidad (monofásica y cilíndrica) de la(s) bobina(s) de estator es posible, mantener reducidas las fuerzas de vibración que actúan sobre la bobina de manera que las vibraciones de la bobina o el rozamiento de la bobina con la pared de la cámara de bobina de estator sean reducidos. Con ello es posible que sea bastante con un material de aislamiento mínimo o material de revestimiento de la cámara de bobina de estator. Esto contribuye también a la compacidad y fiabilidad de la totalidad de la disposición. Además, esto origina una elevada densidad de potencia también en el caso de válvulas de intercambio de gases pequeñas, dado que el factor de relleno de la cámara de bobina de estator (volumen de bobina en la cámara de bobina de estator referido al volumen total de la cámara de bobina de estator) es alto.
Frente a las disposiciones conocidas (por ejemplo por la patente US nº 6.039.014) la disposición según la invención minimiza los flujos de dispersión y permite un montaje muy eficiente de varias válvulas de intercambio de gases dispuestas unas junto a otras, donde accionamientos de válvula de intercambio de gases contiguos pueden aprovechar de manera alterna, al menos en parte, el cierre magnético. Gracias a ello se puede minimizar la masa y el volumen del cuerpo de cierre magnético.
Perfeccionamientos de la solución según la invención
Preferentemente, la zona de bobina es mayor en la dirección de movimiento del rotor que la distancia entre dos dientes del estator dispuestos contiguos.
El estator puede estar realizado de forma conocida de piezas de chapa magnética. Sin embargo, para simplificar la fabricación es también posible estructurarlo, al menos parcialmente, como un cuerpo moldeado magnéticamente blando, preferentemente de polvo de metal prensado y/o sinterizado. Preferentemente, el estator presenta un arrollamiento de cinta realizado de cinta de chapa magnéticamente blanda, donde en los lados frontales del arrollamiento de cinta está dispuesto en cada caso un cuerpo moldeado magnéticamente blando, preferentemente hecho de polvo de metal prensado y/o sinterizado, para la formación de los dientes. Con el fin de aumentar la inducción de saturación del estator es también ventajoso que el cuerpo moldeado magnéticamente blando del estator presente, en su interior, al menos un núcleo con hierro cobáltico, el cual está estructurado preferentemente como arrollamiento de chapa.
En una forma de realización preferida está asignado al rotor un sensor de recorrido para la detección de la elevación del elemento de válvula. Éste puede ser, por ejemplo, un interferómetro o un sensor inductivo con frecuencia portadora. Esto resulta ventajoso particularmente porque con el accionador según la invención son posibles también elevaciones parciales (es decir, posiciones intermedias entre abierto y cerrado) de la disposición de válvula. Esta elevación parcial puede ser detectada o controlada mediante el sensor.
El rotor está rodeado, por lo menos parcialmente, por un cuerpo de cierre magnético del estator. Al mismo tiempo la bobina del estator puede estar dispuesta o en el estator o en el cuerpo de cierre magnético.
Los anillos de imán permanente dispuestos magnéticamente alternados pueden ser mantenidos, adicionalmente, mediante distanciadores magnéticamente no activos realizados en material ligero (aluminio, titanio, plástico - también con almas de fibra de vidrio o de carbono, o similares), a una distancia predeterminada unos de otros. Con ello se puede mantener pequeña la masa inerte del rotor.
Según la invención el estator está realizado de un material magnéticamente blando y tiene dientes orientados hacia el rotor. Entre dos dientes contiguos del estator puede estar formada una cámara de devanado, en la cual está dispuesta una bobina. El rotor presenta anillos realizados en material de magnetismo permanente. Esto anillos magnéticos están dispuestos concéntricamente de tal manera unos sobre los otros y su orientación magnética está formada de tal manera que en una posición predeterminada del rotor dos dientes del rotor se alinean en cada caso con un anillo magnético con orientación magnética opuesta.
Para la formación de un motor de rotor exterior el estator está rodeado, al menos parcialmente, por el rotor - separados entre sí por un entrehierro. De forma análoga, para la formación de un motor de rotor interior el rotor está rodeado, al menos parcialmente, por el estator. Al mismo tiempo resulta también posible según la invención formar el estator mediante discos de imán permanente dispuestos unos sobre otros, mientras que el rotor presenta una cámara de devanado la cual está limitada por discos anulares magnéticamente blandos.
La gran densidad de fuerza que se puede realizar con las formas de realización según la invención se puede alcanzar, entre otras cosas, también haciendo que los dientes o los imanes permanentes que se encuentran frente a ellos estén dimensionados tan cortos en relación con la extensión axial de la cámara de devanado que al menos tengan sitio dos imanes permanentes más (con una orientación magnética en cada caso diferente).
Según la invención en una forma de realización preferida el rotor está rodeado, al menos parcialmente, por un cuerpo de cierre magnético. En especial durante la utilización de varias válvulas de intercambio de gases dispuestas unas junto a otras es ventajoso, por un lado, prever en cada válvula de intercambio de gases al menos dos cámaras de devanado con dientes, devanados en el estator e imanes permanentes correspondientes en el rotor, donde los devanados son comandados de tal manera en sentido contrario en las válvulas de intercambio de gases contiguas, que los flujos magnéticos a través del cuerpo de cierre magnético presentan el menor número posible de porciones de flujo de dispersión. Con ello se puede mantener reducido el volumen - y el peso - del cuerpo de cierre magnético. Además se minimizan al mismo tiempo las potencias perdidas. Un punto de vista esencial es al mismo tiempo que el cuerpo de cierre magnético presenta la forma de un tubo de perfil, de sección transversal aproximadamente rectangular, en el cual dos paredes opuestas entre sí presentan caladas a través de las cuales sobresalen la parte interior del estator (disposiciones de bobina) y el rotor. Esta disposición minimiza los flujos de dispersión y permite en especial también un montaje muy eficiente de varias válvulas de intercambio de gases de este tipo dispuestas unas junto a otras, donde - presupuesto el mando eléctrico correspondiente - accionamientos de válvula de intercambio de gases contiguos pueden aprovechar de manera alterna, al menos en parte, el cierre magnético. Con ello se puede minimizar la masa (y el volumen) del cuerpo de cierre magnético.
Finalmente la invención se refiere a un motor de combustión interna con al menos un cilindro de combustión, con al menos una disposición de válvula para válvulas de entrada y salida con una o varias de las características anteriores.
Propiedades del accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención
De la estructuración según la invención del accionamiento de válvula de intercambio de gases resultan las siguientes propiedades:
-
elevada dinámica de accionamiento para un consumo de potencia bajo.
-
No es necesaria una disposición de resorte para compensar las fuerzas generadas por masas movidas para realizar, para una masa del elemento de válvula de entre aproximadamente 30 y 70 gramos, una elevación de válvula de entre aproximadamente 5 y 10 mm y una velocidad de giro de un motor de combustión interna de cuatro cilindros de al menos aproximadamente 6000 r/min, un cambio de posición final (de abierto a cerrado o viceversa) del elemento de válvula de menos de 1,5 milisegundos para un consumo de potencia medio a lo largo de doce giros completo de cigüeñal de menos de aproximadamente 100 vatios.
-
En la posición final correspondiente del elemento de válvula son necesarias únicamente pequeñas corrientes de retención para mantener el elemento de válvula se forma segura en la posición correspondiente.
-
Dado que se prescinde de una disposición de resorte (ver más arriba) se suprimen procesos transitorios de lo contrario necesarios del elemento de válvula. Esto reduce la duración del proceso de ajuste.
-
Mediante el accionador según la invención el elemento de válvula puede ser llevado prácticamente desde cualquier posición momentánea de forma precisa a cualquier posición arbitraria. Esto es válido en especial para las posiciones finales, las cuales pueden ser alcanzadas por el elemento de válvula de manera muy precisa. Con ello se puede asegurar - con un mando electrónico correspondientes de la(s) bobina(s) - un choque del elemento de válvula con su asiento de válvula a menos de 40 mm/seg. Esto mantiene muy bajo el desgaste y la generación de ruido de la disposición de válvula durante el funcionamiento.
-
El elemento de válvula puede estar alojado - a pesar de estar conectado rígidamente con el rotor - rotatorio alrededor de un eje de movimiento respecto de su asiento de válvula, de manera que se impide un desgaste puntual del elemento de válvula o del asiento de válvula.
-
Gracias a la elevada densidad de potencia de la disposición según la invención las dimensiones transversales (diámetro) de la válvula de intercambio de gases se pueden mantener muy pequeñas con los datos de potencia necesarios. Esto permite la utilización en motores de turismos compactos.
Otras características, propiedades, ventajas y posibles variaciones se explican a partir de la siguiente descripción, en la cual se hace referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
En la Fig. 1 se muestra una primera forma de realización conocida de un accionamiento de válvula de intercambio de gases esquemáticamente en sección longitudinal.
En la Fig. 2a se muestra una segunda forma de realización de un accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención esquemáticamente en sección longitudinal.
En la Fig. 2b se muestra una vista en sección a lo largo de la línea II-II en la forma de realización según la Fig. 2a.
En la Fig. 3 se muestra una tercera forma de realización de un accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención esquemáticamente en sección longitudinal
En la Fig. 4 se muestra una cuarta forma de realización de un accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención esquemáticamente en sección longitudinal.
En la Fig. 5 se muestra una quinta forma de realización de un accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención de forma parcialmente esquemática en sección longitudinal.
En la Fig. 6 se muestra una sexta forma de realización de un accionamiento de válvula de intercambio de gases según la invención de forma parcialmente esquemática en sección longitudinal.
Descripción de formas de realización preferidas de la invención
Los signos de referencia que coinciden en las figuras caracterizan las mismas piezas o piezas que actúan igual y no se explican a continuación en múltiples ocasiones.
En la Fig. 1 se muestra una primera forma de realización de un motor lineal 10 eléctrico, el cual sirve como accionador para un elemento de válvula 12 de una válvula de intercambio de gases, cuyo asiento de válvula 12a correspondiente está representado únicamente de manera esquemática. El motor lineal 10 tiene un rotor 16, acoplado con el elemento de válvula 12 a través de una barra 14, y un estator 18.
El estator 18 está formado en esta forma de realización como cuerpo moldeado magnéticamente blando con una forma esencialmente cilíndrica hueca y un núcleo cilíndrico que se encuentra en su interior hecho de polvo de metal de hierro sinterizado. Al mismo tiempo el cuerpo moldeado está subdividido funcionalmente en una zona de diente 18a y en una zona de bobina 18b contigua a la zona de diente 18a pero separada de ella.
La zona de diente 18a del estator 18 tiene en su perímetro dos dientes 22 orientados hacia del rotor 16 con una superficie lateral cerrada. En el presente ejemplo con cuerpos formados circulares en la vista superior los dientes 22 individuales presentan una superficie lateral cilíndrica circular. Sin embargo, también es posible utilizar cuerpos moldeados ovalados o cuerpos moldeados con forma poligonal para la estructuración del estator 18.
Los dos dientes 22 del estator 18 limitan entre sí una ranura anular 24 que discurre paralela respecto de los dientes 22, cuya dimensión corresponde en la presente forma de realización, en la dirección de movimiento B del rotor 16, a la dimensión de ambos dientes 22.
Contiguo a la zona de diente 18a, el estator 18 presenta la zona de bobina 18b, la cual tiene una cámara de bobina de estator 26 abierta hacia el lado exterior, en la cual está dispuesta una bobina de estator 28 concéntrica respecto del eje longitudinal central del estator 18. La bobina de estator 28 está realizada como bobina de cinta de cobre para alcanzar un factor de relleno lo mayor posible. La manera de cablear las bobinas 28 individuales o su carga, controlada temporalmente, con corriente eléctrica depende del tipo de motor (motor mono- o polifásico) deseado, donde una forma de funcionamiento monofásica es más sencilla y debe por ello preferirse.
Dado que cada bobina 28 está dispuesta en la cámara de bobina de estator 26 a lo largo de toda su extensión, contribuye también a lo largo de toda su longitud a la formación efectiva de fuerza en el motor lineal.
En la disposición mostrada el rotor 16 es un cilindro hueco, el cual presenta unos anillos magnéticos 30 realizados en material (por ejemplo samario y cobalto) de magnetismo permanente. Los anillos magnéticos 30 individuales están dispuestos concéntricamente unos sobre otros, en los que la orientación magnética de los anillos magnéticos está orientada radialmente alterna y los anillos están estructurados en cuanto a sus dimensiones de tal manera que en una posición predeterminada del rotor 16 dos dientes 22 de un estator 18 se alinean en cada caso con un anillo magnético 30 con la misma orientación magnética.
Entre dos anillos magnéticos 30 consecutivos pueden estar insertados también, para la reducción de la masa inerte del rotor 16, distanciadores cilíndricos huecos magnéticamente no activos realizados en plástico, por ejemplo plástico reforzado con fibra de carbono. Los anillos de imán permanente que están en contacto unos con otros y los cilindros huecos magnéticamente no activos están conectados de manera fija unos con otros. Con otras palabras, en la parte móvil del motor (el rotor) no se encuentran piezas (por ejemplo piezas conductoras de flujo) que conduzcan flujo magnético, sino únicamente imanes permanentes, los cuales están dispuestos siempre de forma óptima en el campo magnético. Esta disposición tiene también la ventaja de un ahorro de peso. En la medida que discos anulares realizados en material de magnetismo permanente orientados radialmente no puedan generar la intensidad de campo magnético suficiente es también posible, según la invención, montar segmentos de disco anular de imanes permanentes de tal manera que se forme un campo magnético, orientado radialmente (de dentro afuera o viceversa), transversalmente respecto de la dirección de movimiento del rotor 16.
La distancia entre los dientes 22 puede variar respecto de la dimensión de los dientes 22 en la dirección de movimiento B del rotor 16. Esto exige, sin embargo, también la estructuración correspondiente de los anillos magnéticos 30 del rotor 16, dado que la periodicidad de los anillos magnéticos 30 del rotor 16 debe ser igual a la periodicidad de los dientes 22 o de sus ranuras anulares 24 intermedias en el estator 18.
En el rotor 16 está dispuesto un emisor de recorrido 32 el cual es explorado con una sonda 34 correspondiente.
Como cierre magnético está previsto, como parte del estator, un tubo 40 cilíndrico hueco el cual presenta en una de sus zonas finales (arriba en la Fig. 1) dos dientes 42 que se extienden radialmente hacia dentro, los cuales en el estado montado del estator 18 están alineados con los dientes 22 del estator 18. En su otra zona final el tubo 40 cilíndrico hueco acaba con el borde exterior de la zona de bobina 18b.
En la Fig. 1 se muestran dos estatores 18 dispuestos uno sobre otro, los cuales son penetrados por un rotor 16 común. Gracias a ello es posible realizar, en caso de mandos correspondientes de las dos bobinas 28 de los dos estatores 18, un accionamiento lineal bifásico.
En lugar de o además de la disposición de la bobina 28 en el perímetro exterior de la zona de bobina 18b, es también posible disponer las bobinas 28 en la sección del cierre 40 magnético situado radialmente fuera. Esto se explica a continuación en relación con la forma de realización mostrada en la Fig. 2.
La Fig. 2 muestra un accionamiento de válvula de intercambio de gases con un estator 18 y un rotor 16 cilíndrico hueco, el cual está hecho de anillos 30 de magnetismo permanente con orientaciones magnéticas alternadas dispuestos unos sobre otros.
El estator 18 esta hecho esencialmente de un material magnéticamente blando con una zona 50 magnéticamente conductora situada radialmente dentro y una zona 52 magnéticamente conductora situada radialmente fuera. Los anillos magnéticos 30 del rotor 16 están dispuestos en el entrehierro entre la zona 50 situada en el interior y la zona 52 dispuesta en el exterior del estator 18.
La zona 50 dispuesta en el interior y la zona 52 situada en el exterior tienen, en cada caso, dos dientes 22 alineados entre sí orientados hacia el rotor 16, los cuales están separados entre sí mediante una ranura anular 24 y se alinean también en cada caso con uno de los anillos magnéticos 30 del rotor 16. La disposición según la invención es también capaz de funcionar con en cada caso únicamente un diente 22 en la zona 50 situada en el interior y la zona 52 situada en el exterior, los cuales se alinean en cada caso con uno de los anillos magnéticos 30 del rotor. Además, la disposición según la invención funciona también cuando está formado un diente 22 únicamente en la zona 50 situada en el interior o la zona 52 situada en el exterior, el cual se alinea con los anillos magnéticos 30 del rotor.
En esta forma de realización mostrada en la Fig. 2 se pueden mantener en cada caso dos anillos 30 contiguos del rotor 16, mediante distanciadores magnéticamente no activos, a una distancia predeterminada entre sí.
De igual manera que en la forma de realización según la Fig. 1 la bobina del estator 18 es aquí mayor que la distancia o el espacio entre dos dientes 22 dispuestos contiguos del estator 18.
Una diferencia esencial entre la forma de realización según la Fig. 1 y la forma de realización según la Fig. 2 consiste en que en la Fig. 2 la bobina de estator no rodea coaxialmente solo, como en la Fig. 1, la zona del estator situada radialmente en el interior. Para ello la zona 52 situada radialmente en el exterior del estator 18 está estructurada en dos secciones parciales 54, opuestas radialmente entre sí, con sección transversal en forma de C. Cada una de las secciones parciales 54 en forma de C presenta dos ramas 56, 58 orientadas radialmente, separadas entre sí en la dirección de movimiento B del rotor 16. Las respectivas ramas 56, 58 orientadas radialmente están conectadas entre sí mediante un yugo de conexión 60 orientado esencialmente en la dirección de movimiento B del rotor 16. Cada uno de los yugos de conexión 60 porta una bobina de estator 28. Es posible según la invención, aunque no se muestra, prever además o en lugar de las bobinas de estator 28 mostradas, orientadas paralelamente respecto de la dirección de movimiento del rotor 16, bobinas de estator orientadas radialmente en las ramas 56, 58 radiales.
Para una mejor visión de conjunto, las bobinas de estator 28 están dibujadas únicamente en la unidad de motor superior en la Fig. 2a, mientras que se han suprimido en la unidad de motor inferior de la Fig. 2a.
El estator 18, con sus zonas radialmente interiores y radialmente exteriores, es un cuerpo moldeado magnéticamente blando hecho de polvo de metal prensado y sinterizado. En la zona del estator 18 dispuesta radialmente en el interior está introducido, en la dirección del flujo magnético y a lo largo de la dirección de movimiento del rotor 16, un núcleo de chapa 62 arrollado con hierro cobáltico en el polvo de metal del cuerpo moldeado antes del prensado y del sinterizado. Al mismo tiempo el núcleo de chapa 62 arrollado con hierro cobáltico puede llenar prácticamente por completo el estator 18 en su parte situada en el interior, de manera que entre el núcleo de chapa 62 arrollado y el devanado de estator 28 no esté previsto ningún polvo de metal magnéticamente blando prensado y sinterizado. De igual manera pueden ser introducidos, en caso de ser necesario, en la parte del estator 18 dispuesta radialmente fuera, núcleos de chapa con hierro cobáltico arrollados en la dirección del flujo magnético.
En la medida en que las relaciones geométricas lo permitan, resulta posible también, tal como se muestra en la Fig. 2a en la unidad de motor superior, rodear la zona 40 del estator 18 situada radialmente en el interior asimismo cilíndricamente con una bobina de estator 28. En este caso se suman los flujos magnéticos inducidos por las bobinas de estator en caso de mando equifásico.
Como se muestra en la Fig. 2b están dispuestas, desde la parte del estator 18 situada radialmente en el exterior, repartidas a lo largo del perímetro del estator 18, dos secciones parciales 54 con en cada caso una bobina de estator 28. Sin embargo, es también posible distribuir más de dos secciones parciales 54, estructuradas en sección transversal en forma de C, con bobinas de estator correspondientes a lo largo del perímetro del estator 18.
Además, en la Fig. 2 se muestra un dispositivo de frenado y sujeción para el rotor 16 en su posición final baja (es decir la posición abierta). Para ello está dispuesto en posición fija un anillo magnético 70, que rodea los anillos 30 del rotor 16 o está rodeado por estos, con orientación magnética radial en cada caso en la zona de un tope del rotor 16. Al mismo tiempo el anillo magnético 70 está dispuesto de tal manera, referido a la dirección de movimiento del rotor 16 y referido en especial a la posición final del anillo 30 inferior del rotor 16, que el anillo 30 inferior del rotor 16 puede moverse por completo por delante del anillo magnético 70 antes de alcanzar el tope inferior. La orientación magnética del anillo magnético 70 y del anillo 30 inferior del rotor se ha elegido de tal manera que, por ejemplo, ambos anillos son polos magnéticos N, los cuales están orientados uno hacia otro. Se entiende que un dispositivo de frenado y sujeción de este tipo para el rotor 16 puede ser previsto también en la posición final superior y se puede utilizar también en la forma de realización según la Fig. 1.
En la Fig. 3 se muestra esquemáticamente en sección longitudinal otra forma de realización de un accionamiento de válvula de intercambio de gases para un motor de combustión interna controlado por válvulas.
El estator 18 tiene en esta forma de realización como núcleo un arrollamiento de cinta 18' cilíndrico hueco realizado de una cinta de chapa magnéticamente blanda, preferentemente de chapa de hierro-cobalto, cuya superficie está orientada paralela respecto del eje de movimiento B del rotor 16. En los dos lados frontales del arrollamiento de cinta 18' está dispuesto en cada caso un cuerpo moldeado 18'', 18''' magnéticamente blando hecho de polvo de metal de hierro, los cuales sobresalen en extensión radial del cuerpo moldeado 18'. Los cuerpos moldeados 18'', 18''' del estator 18 forman en su perímetro dientes 22 orientados hacia el rotor 16 con una superficie lateral cerrada. En el presente ejemplo con cuerpos moldeados 18'', 18''' circulares en la vista superior los dientes 22 individuales tienen una superficie lateral cilíndrica circular. Sin embargo, resulta posible también utilizar cuerpos moldeados 18'', 18''' ovalados o cuerpos moldeados 18'', 18''' con forma poligonal para la estructuración del estator 18.
Los arrollamientos de cinta 18' cilíndricos huecos y los dos cuerpos moldeados 18'', 18''' circulares en la vista superior forman una cámara de bobina de estator 26 abierta hacia el lado exterior, en la cual está dispuesto un devanado de estator 28, realizado como bobina de cinta de cobre, concéntrico respecto del eje longitudinal central del estator 18.
En el centro, el estator 18 tiene una escotadura, en la cual hay una barra 34 con un perfil dentado grabado al ácido en su superficie perimétrica, el cual es explorado con una sonda de Hall 36. El extremo inferior (en la Fig.) de la barra 34 está acoplado rígidamente con el elemento de válvula 12 o la barra 14, de manera que la sonda de Hall 36 puede detectar un movimiento de la barra 34 en la dirección de movimiento B.
En la disposición mostrada en la Fig. 3, el rotor 16 es un cilindro hueco, el cual presenta anillos 30 realizados en material de magnetismo permanente (por ejemplo samario-cobalto). Los anillos 30 de magnetismo permanente individuales están dispuestos concéntricamente unos sobre otros, donde la orientación magnética de los anillos 30 de magnetismo permanente (indicada en cada anillo por las flechas orientadas hacia el centro del estator o alejándose de él) está estructurada de tal manera que en una posición predeterminada del rotor 16 dos dientes 22 de un estator 18 están alineados en cada caso con un anillo 30 con orientación magnética opuesta. Al mismo tiempo puede, en especial en la forma de realización mostrada con tres o más bobinas de estator dispuestas unas sobre otras, alinearse un anillo magnético 30 con un diente de un primer estator (por ejemplo del central), mientras que el segundo anillo magnético 30 se alinea con un diente de un segundo estator (por ejemplo del inferior). Sin embargo, es también posible que los dos anillos magnéticos 30 se alineen con los dos dientes de un estator.
El rotor 16 está realizado en anillos de magnetismo permanente, los cuales están apilados unos encima de otros y conectados de forma fija entre sí.
Como cierre magnético está previsto un tubo 40 magnéticamente conductor de sección transversal rectangular, el cual presenta unas escotaduras 40a, 40b en dos paredes opuestas, a través de las cuales sobresalen el rotor 16 y el estator. Las paredes del tubo 32 tienen un grosor de material tal y una distancia tal entre sí, que se alinean con dos dientes 22 de un estator 18.
Dos estatores 18 contiguos entre sí en la dirección de movimiento B del rotor 16 de una válvula de intercambio de gases están conectados de manera fija entre sí mediante un carril de aluminio 44 que actúa como distanciador y apantallamiento contra corriente parásita.
En la forma de realización mostrada en la Fig. 3, están dispuestos tres estatores 18 uno encima del otro. Con ello pueden estar dispuestos, en la forma de realización más ligera del rotor, dos anillos magnéticos 30 a distancia entre sí. Sin embargo, están previstos preferentemente por lo menos cuatro anillos magnéticos 30, donde en cada caso dos anillos magnéticos 30 (es decir un par de anillos magnéticos) con orientación magnética opuesta están dispuestos o bien directamente uno junto a otro o presentan únicamente una distancia (axial) pequeña entre sí. Mediante la fijación de la distancia de los anillos magnéticos 30 entre sí o también de la distancia de los pares de anillos magnéticos 30 entre sí se puede influir sobre el desarrollo de la elevación.
En la disposición mostrada en la Fig. 4, el rotor 16 es un cilindro hueco, el cual presenta anillos 30 realizados en material de magnetismo permanente (por ejemplo, samario-cobalto). Los anillos 30 individuales están dispuestos concéntricamente unos sobre otros, donde la orientación magnética de los anillos (indicada en cada anillo por las flechas orientadas hacia el centro del estator o alejándose de él) está orientada radialmente y está estructurada de tal manera que en una posición predeterminada del rotor 16 dos dientes 22 de un estator 18 están alineados en cada caso con un anillo 30 con orientación magnética opuesta. Al mismo tiempo puede, en especial en la forma de realización mostrada según la Fig. 1 con tres o más bobinas de estator dispuestos unas sobre otras, alinearse un anillo magnético con un diente de un primer estator (por ejemplo, el central), mientras que el segundo anillo magnético se alinea con un diente de un segundo estator (por ejemplo, el inferior). Sin embargo, es también posible que los dos anillos magnéticos se alineen con los dos dientes de un estator.
Como cierre magnético está previsto, como parte del estator, un tubo 40 magnéticamente conductor de sección transversal rectangular, el cual presenta escotaduras 42a, 42b en dos paredes opuestas entre sí, a través de las cuales sobresalen el rotor 16 y el estator. Las paredes del tubo 40 tienen un grosor de material tal y una distancia tal entre sí que se alinean con dos dientes 22 de un estator 18.
Dos estatores 18 contiguos entre sí de una válvula de intercambio de gases están conectados de manera fija entre sí mediante un carril de aluminio 44 que actúa como distanciador y apantallamiento contra corriente parásita.
En la forma de realización mostrada en la Fig. 4, están dispuestos tres estatores uno encima del otro. Con ello pueden estar dispuestos, en la forma de realización más ligera del rotor, dos anillos magnéticos a distancia entre sí. Sin embargo, están previstos preferentemente al menos cuatro anillos magnéticos, donde en cada caso dos anillos magnéticos (es decir un par de anillos magnéticos) con orientación magnética opuesta están situados o bien directamente uno junto a otro o tienen únicamente una distancia (axial) pequeña entre sí. Mediante la fijación de la distancia de los anillos magnéticos entre sí o también de la distancia de los pares de anillos magnéticos entre sí se puede influir sobre el desarrollo de la elevación. Al mismo tiempo está dispuesto, entre dos anillos 30 de orientación magnética opuesta, un cilindro hueco magnéticamente no activo, por ejemplo realizado de plástico reforzado con fibra de carbono, de tal manera que en total existen menos anillos magnéticos que dientes de estator. Esto tiene la ventaja de un ahorro de peso, aunque exige un mando eléctrico con más potencia.
En la forma de realización mostrada en la Fig. 5, los estatores están en principio sin modificar, si bien la distancia axial entre los tubos 40 está reducida, gracias a que el distanciador 44 presenta una altura menor. Además se ha reducido notablemente el número de anillos magnéticos 30 con respecto a la forma de realización de la Fig. 1, lo que significa una masa movida reducida. A este respecto hay que mencionar que el únicamente un anillo magnético por bobina magnética o par de polos de estator representa el número mínimo. En esta disposición la dirección del flujo magnético ya no es relevante mientras que el flujo magnético esté orientado en dirección radial.
En la Fig. 6 se muestra otra forma de realización, en la cual el distanciador 16a entre los anillos magnéticos 30 está dimensionado de tal manera que a la bobina central están asignados dos anillos magnéticos 30, mientras que a la bobina superior y a la inferior está asignado en cada caso únicamente un anillo magnético 30.
Se entiende que uno o varios aspectos de una forma de realización se pueden combinar también con otros aspectos o detalles de otra forma de realización.
Las formas de realización explicadas resultan adecuadas particularmente para realizar la elevación exigida de aproximadamente 20 mm con la dinámica necesaria en el espacio constructivo relativamente estrecho de que se dispone.

Claims (17)

1. Accionamiento de válvula de intercambio de gases para un motor de combustión interna controlado por válvulas, que comprende
-
un rotor (16) cilíndrico hueco destinado a acoplarse con un elemento de válvula (12) y un estator (18), en el que
-
el rotor (16) presenta unos anillos (30) de magnetismo permanente dispuestos concéntricamente unos sobre otros,
-
el estator (18) está realizado, por lo menos parcialmente, de un material magnéticamente blando y presenta por lo menos un diente (22) orientado hacia el rotor (16),
-
el estator (18) presenta una zona (50) magnéticamente conductora dispuesta radialmente en el interior y una zona (52) magnéticamente conductora dispuesta radialmente en el exterior, en el que los anillos (30) del rotor (16) están dispuestos entre la zona (50) dispuesta en el interior y la zona (52) dispuesta en el exterior del estator (18), y
-
por lo menos una bobina de estator (28) está situada en la zona (50) dispuesta en el interior del estator (18) y/o en su zona (52) dispuesta en el exterior.
2. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que los anillos (30) de magnetismo permanente contiguos del rotor (16) presentan unas orientaciones magnéticas alternadas, orientadas radialmente.
3. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que dos anillos (30) contiguos del rotor (16) respectivamente son mantenidos a una distancia predeterminada mediante unos distanciadores que no son magnéticamente activos.
4. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que en la zona (50) del estator (18) magnéticamente conductora dispuesta radialmente en el interior y/o en la zona (52) del estator (18) magnéticamente conductora dispuesta radialmente en el exterior está formado, en la dirección de movimiento del rotor (16), por lo menos un diente (22), cuya dimensión en la dirección de movimiento del rotor (16) es esencialmente igual a la dimensión de un anillo (30) de magnetismo permanente en la dirección de movimiento del rotor (16), de manera que en una posición predeterminada del rotor (16) dicho por lo menos un diente (22) del estator (18) está alineado con el anillo (30) de magnetismo permanente.
5. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que mediante las dimensiones de los anillos (30) de magnetismo permanente en la dirección de movimiento del rotor (16) y dicho por lo menos un diente (22) del estator (18) se define una división de polo, que es inferior a la dimensión de la bobina de estator (28) en su dirección longitudinal.
6. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que la zona (50) del estator (18) dispuesta en el interior presenta una bobina de estator (28) adicionalmente o en lugar de la zona (52) del estator (18) dispuesta en el exterior.
7. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 4, en el que la zona de bobina (18b) en la dirección de movimiento del rotor (16) es superior a la distancia entre los dos dientes (22) dispuestos contiguos del estator (18).
8. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que el estator (18) es un cuerpo moldeado magnéticamente blando, realizado preferentemente de polvo de metal comprimido y/o sinterizado.
9. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 8, en el que el cuerpo moldeado magnéticamente blando del estator (18) presenta en su interior por lo menos un núcleo (62) con hierro cobáltico.
10. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que dicha por lo menos una bobina de estator (28) está dispuesta
en una zona (56, 58) de la sección parcial (54) estructurada en forma de C en la sección transversal orientada transversalmente respecto de la dirección de movimiento (B) del rotor (16), o
en una zona (60) de la sección parcial (54) estructurada en forma de C en la sección transversal orientada esencialmente paralela respecto de la dirección de movimiento (B) del rotor (16), o
en una zona (50) del estator (18) dispuesta en el interior orientada esencialmente paralela respecto de la dirección de movimiento (B) del rotor (16) y rodeando a éste concéntricamente.
11. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1 ó 10, en el que a lo largo del perímetro del estator (18) están dispuestas distribuidas por lo menos dos secciones parciales (54) estructuradas en forma de C en el perímetro con por lo menos una bobina de estator (28), respectiva-
mente.
12. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que al rotor (16) está asignado un sensor de recorrido (32, 34, 36) para la detección de la elevación del elemento de válvula (12).
13. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que para frenar y parar el rotor (16) por lo menos en una de sus posiciones finales un anillo magnético (70), que rodea los anillos (30) del rotor (16) o que está rodeado por ellos, con una orientación magnética radial, está dispuesto de tal manera en la zona de la posición final correspondiente del rotor (16), que antes de alcanzar la posición final un anillo (30) del rotor (16) con igual orientación magnética que el anillo magnético (70) pasa a éste para ocupar a continuación la posición final.
14. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que un cuerpo de cierre magnético está formado por un tubo (40) magnéticamente conductor preferentemente de sección transversal rectangular, en el que en dos paredes opuestas entre sí están previstas unas escotaduras (40a, 40b) a través de las cuales sobresalen el rotor y el estator, presentando las paredes tal grosor de material y tal distancia entre sí, que se alinean con dos dientes (22) de un estator (18).
15. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 14, en el que el estator (18) presenta un arrollamiento de cinta (18') realizado de cinta de chapa magnéticamente blanda.
16. Accionamiento de válvula de intercambio de gases según la reivindicación 1, en el que los dientes (22) o los imanes permanentes (20) que se encuentran frente a ellos están dimensionados con respecto a la extensión axial de la cámara de devanado (26), de tal manera que sobre una sección del rotor (18) encuentran sitio por lo menos dos imanes permanentes (20) adicionales, en el que la extensión axial de la sección del rotor (18) corresponde a la extensión axial de los dientes (22) y de la cámara de devanado (26).
17. Motor de combustión interna interior que comprende por lo menos un cilindro de combustión y por lo menos una válvula de intercambio de gases con las características de una o varias de las reivindicaciones anteriores.
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