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