ES2276228T3 - Una valvula de mariposa servo-asistida provista con un resorte de hoja plana y un resorte de espiral para establecer la posicion inicial flexible. - Google Patents
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Abstract
Una válvula de mariposa servo-asistida (1) que comprende un cuerpo de válvula (2), un asiento de válvula (4) formado en el cuerpo de válvula (2), un disco de mariposa (5) adaptado para engranarse en el asiento de válvula (4), un árbol (6) sobre el que se enchaveta el disco de mariposa, un motor eléctrico (3) acoplado al árbol mediante una transmisión de engranajes (8) que comprende al menos una primera rueda dentada (17) para girar el disco de mariposa (5) entre una posición de máxima abertura y una posición cerrada del asiento de válvula (4), un resorte de espiral de retorno (35) adaptado para hacer girar el disco de mariposa (5) hacia la posición cerrada, y un resorte antagonista (36) adaptado para hacer girar el disco de mariposa (5) hacia una posición parcialmente abierta o posición inicial flexible definida por un cuerpo de soporte (37) contra la acción del resorte de retorno (35); estando caracterizada la válvula de mariposa (1) porque el resorte antagonista (36) es un resorte de hojaplana y se monta sobre un miembro móvil (40) que se monta coaxialmente e intermedio sobre el árbol (6) y comprende una proyección (42) adaptada para engranarse apoyándose contra el cuerpo de soporte (37), estando libre un primer extremo (43) del resorte antagonista (36) y disponiéndose a lo largo de la primera rueda dentada (17) para orientarse hacia una superficie interna (44) de esta primera rueda dentada (17), esta primera rueda dentada (17) que comprende a proyección (45) que se proyecta de una manera perpendicular con respecto a la superficie interna (44) para apoyarse contra el primer extremo (43) del resorte antagonista (36) durante la rotación de la primera rueda dentada (17).
Description
Una válvula de mariposa
servo-asistida provista con un resorte de hoja plana
y un resorte de espiral para establecer la posición inicial
flexible.
La presente invención se refiere a una válvula
de mariposa servo-asistida provista con un resorte
de hoja plana y un resorte de espiral para establecer la posición
inicial flexible.
Los motores de combustión interna accionados con
gasolina normalmente están provistos con una válvula de mariposa
que regula el flujo de aire suministrado a los cilindros.
Típicamente, la válvula de mariposa comprende un cuerpo de válvula
que alberga un asiento de válvula engranado mediante un disco de
mariposa que está enchavetado sobre un árbol para girar entre una
posición abierta y una posición cerrada bajo la acción de un motor
eléctrico conectado a este árbol mediante una transmisión de
engranajes. El árbol que lleva la válvula de mariposa está asociado
con un detector de posición que se adapta para detectar la posición
angular del árbol y, por lo tanto, de la válvula de mariposa para
permitir a una unidad de control que controle, mediante
retroalimentación, el motor eléctrico que determina la posición de
la válvula de mariposa.
La válvula de mariposa normalmente comprende un
resorte de espiral de retorno que se monta coaxialmente con el
árbol y se acopla mecánicamente al árbol para ejercer un par motor
sobre este árbol que tiende a dirigir el árbol hacia la posición
cerrada; y un resorte de espiral antagonista que se monta
coaxialmente con el árbol y se acopla mecánicamente al árbol para
ejercer un par motor sobre este árbol que tiende a dirigir el árbol
a una posición parcialmente abierta (denominada posición inicial
flexible) contra la acción del resorte de retorno y como resultado
de la presencia de un cuerpo de soporte que define un soporte para
el resorte antagonista contra el cual se detiene el movimiento de
abertura determinado por este resorte antagonista. El par motor
generado por el resorte antagonista es mayor que el par motor
generado por el resorte de retorno; por esta razón, cuando el motor
no está activado el árbol se dispone en la posición inicial flexible
y el propio motor tiene que generar entonces un par motor de
accionamiento respectivo tanto para llevar el árbol a la posición
de máxima abertura como para llevar el árbol a la posición
cerrada.
El documento US20020129791 describe un
dispositivo de regulación para un motor de combustión interna, en el
que, por un lado de la pared lateral de un cuerpo de regulación, se
forma un espacio para montar un mecanismo de engranaje de reducción
que transmite la potencia desde un motor al árbol de una válvula
reguladora y un mecanismo de ajuste de abertura por defecto para
mantener una válvula reguladora abierta a una abertura específica
(abertura por defecto) cuando el interruptor de ignición está
desconectado, y un marco de montaje de recubrimiento del engranaje
que bordea el espacio de montaje; el marco se forma por debajo del
nivel de montaje del mecanismo de engranaje de reducción. Un
recubrimiento de engranaje para recubrir el espacio de montaje del
engranaje se une sobre el marco; un retén para definir la abertura
por defecto y un retén para definir la posición totalmente cerrada
de la válvula reguladora se yuxtaponen para permitir los ajustes de
posición en la misma dirección. Estos retenes sirven para detener
una palanca de omisión y un engranaje de regulación, permitiendo de
esta manera disminuir el tamaño, reducir el peso, y racionalizar la
fabricación y los ajustes de un dispositivo de regulación
controlado electrónicamente.
La solución descrita anteriormente en la que la
posición inicial flexible se establece mediante dos resortes
espirales normalmente se usa en las válvulas de mariposa disponibles
en el mercado; sin embargo, esta solución tiene algunos
inconvenientes puesto que es muy voluminosa y es relativamente
compleja de montar y su montaje consume mucho tiempo.
El objeto de la presente invención es
proporcionar una válvula de mariposa servo-asistida
provista con un resorte de hoja plana y un resorte de espiral para
establecer la posición inicial flexible que esté libre de los
inconvenientes descritos anteriormente y que sea, en particular,
sencilla y barata de realizar.
La presente invención se refiere, por lo tanto,
a una válvula de mariposa servo-asistida provista
con un resorte de hoja plana y un resorte de espiral para
establecer la posición inicial flexible como se muestra en las
reivindicaciones adjuntas.
La presente invención se describe a continuación
con referencia a los dibujos adjuntos que muestran una realización
no limitante de la misma, y en los que:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva,
parcialmente despiezada y con algunas partes retiradas por claridad,
de una válvula de mariposa producida de acuerdo con el método de la
presente invención;
La Fig. 2 es una vista frontal, de tipo diagrama
de una cámara de un cuerpo de válvula de la válvula de mariposa de
la Fig. 1;
Las Figs. 3 y 4 son vistas en perspectiva, a una
escala ampliada, de un detalle de la válvula de mariposa de la Fig.
1;
La Fig. 5 muestra un detalle de la Fig. 4 de
acuerdo con una realización diferente.
En la Fig. 1, una válvula de mariposa controlada
electrónicamente por un motor de combustión interna (no mostrado)
se muestra en su conjunto con 1; la válvula de mariposa 1 comprende
un cuerpo de válvula metálica 2 que alberga un motor eléctrico 3
(mostrado en la Fig. 2), un asiento de válvula 4 y un disco de
mariposa 5 (mostrado en forma de diagrama con líneas discontinuas)
que se engrana con el asiento de válvula 4 y se desplaza entre una
posición abierta y una posición cerrada bajo la acción del motor
eléctrico 3. Como se muestra en la Fig. 2, el disco de mariposa 5
está enchavetado, en particular, sobre un árbol metálico 6 que tiene
un eje longitudinal 7 para girar entre la posición abierta y la
posición cerrada bajo la acción del motor eléctrico 3 conectado a
este árbol 6 mediante una transmisión de engranajes 8 (mostrada en
la Fig. 2).
Como se muestra en la Fig. 2, el motor eléctrico
3 tiene un cuerpo cilíndrico que se dispone en un alojamiento
tubular 9 (mostrado en la Fig. 1) dispuesto a lo largo del asiento
de válvula 4 y se mantiene en una posición predeterminada dentro de
este alojamiento tubular 9 mediante una placa metálica 10; la placa
metálica 10 comprende un par de conectores eléctricos hembra 11 que
están conectados eléctricamente al motor eléctrico 3 y están
adaptados para engranarse mediante un par de conectores eléctricos
macho 12 respectivos (mostrado en la Fig. 1). Para asegurar que el
motor eléctrico 3 está asegurado correctamente al cuerpo de válvula
2, la placa 10 tiene tres proyecciones perforadas radialmente 13 a
través de las cuales se insertan los tornillos 14 respectivos para
unirse al cuerpo de válvula 2.
El motor eléctrico 3 comprende un árbol 15 que
termina en una rueda dentada 16 que está conectada mecánicamente al
árbol 6 mediante una rueda dentada intermedia 17 interpuesta entre
la rueda dentada 16 y un engranaje final 18 enchavetado sobre el
árbol 6. La rueda dentada 17 comprende un primer conjunto de dientes
19 acoplado a la rueda dentada 16 y un segundo conjunto de dientes
20 acoplado al engranaje final 18; el diámetro del primer conjunto
de dientes 19 difiere del diámetro del segundo conjunto de dientes
20 con el resultado de que la rueda dentada 17 tiene una proporción
de transmisión que no es unitaria. El engranaje final 18 está
formado por un cuerpo cilíndrico central sólido 21 enchavetado
sobre el árbol 6 y provisto con una porción de rueda de levas
circular 22 provista con un conjunto de dientes acoplado a la rueda
dentada 17. La transmisión de engranajes 8 en su conjunto, es decir
la rueda dentada 16, la rueda dentada 17 y el engranaje final 18
normalmente se hacen a partir de materiales plásticos.
La transmisión de engranajes 8 y la placa 10 se
disponen en una cámara 23 del cuerpo de válvula 2 que está cerrado
por una cubierta desmontable 24 (mostrada en la Fig. 1) hecha a
partir de materiales plásticos.
Como se muestra en las Figs. 1 y 2, la válvula
de mariposa 1 comprende un detector de posición inductivo 25 de
tipo "sin contacto" que está acoplado al árbol 6 y está
adaptado para detectar la posición angular del árbol 6 y, por lo
tanto, del disco de mariposa 5 para permitir el control, en
retroalimentación, de la posición de este disco de mariposa 5. El
detector de posición 25 es del tipo descrito en la Solicitud de
Patente de Estados Unidos 6236199-B1 y comprende un
rotor 26 rígido con el árbol 6 y un estator 27 sostenido por la
cubierta 24 y dispuesto cuando está en funcionamiento para
orientarse hacia el rotor 26; el rotor se forma mediante un
bobinado metálico plano 28 que se cierra en cortocircuito, comprende
una serie de lóbulos 29 y está embebido en el cuerpo cilíndrico
central 21 del engranaje final 18. El bobinado metálico 28 está
preferiblemente parcialmente embebido en el cuerpo cilíndrico
central 21 del engranaje final 18 de manera que una superficie del
bobinado 28 orientada hacia el estator es sustancialmente coplanar
con una superficie externa del cuerpo cilíndrico 21. De acuerdo con
una realización diferente (no mostrada), el bobinado metálico 28
está completamente embebido en el cuerpo cilíndrico central 21 del
engranaje final 18. El estator 27 del detector de posición 25
comprende una base de soporte 30 que está conectada a una pared
interna 31 de la cubierta 24 mediante cuatro remaches de plástico
32.
Como se muestra en la Fig. 1, la cubierta 24
está provista con un conector eléctrico hembra 33 que comprende una
serie de contactos eléctricos (no mostrados en detalle): dos
contactos eléctricos están conectados a los conectores eléctricos
macho 12 adaptados para abastecer el motor eléctrico 3, mientras que
los otros cuatro contactos eléctricos están conectados al estator
27 del detector de posición 25; cuando la cubierta 24 se dispone en
contacto con el cuerpo de válvula 2 para cerrar la cámara 23, el
conector eléctrico hembra 33 se dispone por encima del alojamiento
tubular 9 del motor eléctrico 3.
Como se muestra en las Figs. 2, 3 y 4, se
proporciona un tornillo de marcha lenta 34, se adapta para evitar
el acuñamiento del disco de mariposa 5 y coopera con la porción de
rueda de levas circular 22 del engranaje final 18; cuando el árbol
6 es conducido por la acción del motor eléctrico 3 a la posición
cerrada, la rotación del árbol 6 no se detiene por el impacto entre
el disco de mariposa 5 y las paredes del cuerpo de válvula 4, sino
que se detiene por el impacto de la porción de rueda de levas
circular 22 del engranaje final 18 contra el tornillo de marcha
lenta 34. Esta solución es necesaria porque cualquier impacto entre
el disco de mariposa 5 y las paredes del cuerpo de válvula 4 podría
provocar el acuñamiento del disco de mariposa 5 con respecto a las
paredes del cuerpo de válvula 4 y, por lo tanto, acuñamiento de la
válvula de mariposa 1. Durante la etapa de producción del cuerpo de
mariposa 1, la posición axial del tornillo de marcha lenta 34 puede
ajustarse atornillando o desatornillando este tornillo de marcha
lenta 34 con respecto al cuerpo de válvula 4; la posición del
tornillo de marcha lenta 34 puede bloquearse entonces con respecto
al cuerpo de válvula 2 para evitar cualquier clase de
desplazamiento posterior (típicamente como resultado de las
vibraciones generadas durante el uso del motor).
Como se muestra en la Fig. 4, la válvula de
mariposa 1 comprende un resorte de retorno 35 que es un resorte de
torsión espiral (es decir el resorte se deforma mediante un
desplazamiento circular que genera un par motor resistente) y
tiende a hacer girar el árbol 6 en la dirección contraria a las
agujas del reloj con referencia a la Fig. 4 (flecha C) con un
movimiento que tiende a conducir el disco de mariposa 5 hacia la
posición cerrada; la válvula de mariposa 1 comprende también un
resorte antagonista 36 que es un resorte de hoja plana y tiende a
hacer girar el árbol 6 en la dirección de las agujas del reloj con
referencia a la Fig. 4 (flecha O) con un movimiento que tiende a
conducir el disco de mariposa 5 hacia una posición abierta. El
resorte de retorno 35 genera un par motor más pequeño que el par
motor generado por el resorte antagonista 36 con el resultado de
que, en su conjunto, la combinación de los efectos del resorte de
retorno 35 y el resorte antagonista 36 tiende a hacer girar el
árbol 6 en una dirección de las agujas del reloj con referencia a la
Fig. 4 (flecha O) hacia una posición abierta del disco de mariposa
5.
La rotación en la dirección de las agujas del
reloj con referencia a la Fig. 4 (flecha O) hacia la posición
abierta del árbol 6 bajo la acción del resorte de retorno 35 y el
resorte antagonista 36 se detiene en una posición parcialmente
abierta o posición inicial flexible; de esta manera, en ausencia de
la acción del motor eléctrico 3, el árbol 6 (y, por lo tanto, el
disco de mariposa 5) se dispone en la posición inicial flexible.
Cuando el motor eléctrico 3 se acciona, el par motor de
accionamiento generado por este motor eléctrico 3 puede hacer girar
el árbol 6 (y, por lo tanto, el disco de mariposa 5) a una posición
completamente cerrada contra el par motor generado por el resorte
antagonista 36 y puede hacer girar el árbol 6 (y, por lo tanto, el
disco de mariposa 5) a una posición de máxima abertura contra el par
motor generado por el resorte de retorno 35. En particular, y como
se describe con detalle a continuación, la posición inicial flexible
se define mediante un cuerpo de soporte 37 que se proporciona sobre
el cuerpo de válvula 2.
El resorte de retorno 35 tiene un extremo (no
mostrado en detalle) conectado mecánicamente al cuerpo de válvula 2
y un extremo 38 que está conectada mecánicamente al engranaje final
18 que a su vez está enchavetado sobre el árbol 6 según se inserta
en un alojamiento 39 obtenido en este engranaje final 18. El resorte
antagonista 36 se monta sobre un miembro móvil cilíndrico 40 que se
monta coaxialmente e intermedio sobre el árbol 6, es decir, no hay
conexiones mecánicas directas entre el árbol 6 y el miembro móvil
40. Un extremo 41 del resorte antagonista 36 es rígido con el
miembro móvil 40; en el extremo 41 del resorte antagonista 36, el
miembro móvil 40 comprende una proyección 42 que se adapta para
engranarse apoyándose sobre el cuerpo de soporte 37 del cuerpo de
válvula 2 como se muestra en la Fig. 4. Un extremo 43 del resorte
antagonista 36 opuesto al extremo 41 está libre y se dispone a lo
largo de la rueda dentada 17 para orientarse hacia una superficie
interna 44 de esta rueda dentada 17; la rueda dentada 17 comprende
una proyección 45 que se proyecta de una manera perpendicular con
respecto a la superficie interna 44 para apoyarse contra el extremo
43 del resorte antagonista 36 durante la rotación de la rueda
dentada 17.
En ausencia de la acción del motor eléctrico 3,
el par motor generado por el resorte de retorno 35 hace girar el
árbol 6 en una dirección contraria a las agujas del reloj con
referencia a la Fig. 4 (flecha C) y hace girar la rueda dentada 17
en una dirección de las agujas del reloj con referencia a la Fig. 4
(flecha C) con un movimiento que tiende a conducir el disco de
mariposa 5 hacia la posición cerrada; en un cierto punto, la
proyección 44 de la rueda dentada 17 se apoya contra el extremo 43
del resorte antagonista 36 provocando que el resorte antagonista 36
y, por lo tanto, el miembro móvil 40 giren en una dirección de las
agujas del reloj con referencia a la Fig. 4 (flecha C) hasta que la
proyección 42 del miembro móvil 40 se apoya sobre el cuerpo de
soporte 37 del cuerpo de válvula 2 como se muestra en la Fig. 4. En
este punto, la rotación posterior de la rueda dentada 17 en la
dirección contraria a las agujas del reloj con referencia a la Fig.
4 (flecha C) deforma el resorte antagonista 36 que, por
retroalimentación, genera un par motor resistente que equilibra el
par motor generado por el resorte de retorno 35 y provoca que el
árbol 6 se detenga en la posición inicial flexible.
En la realización mostrada en la Fig. 4, es
necesario modificar la posición del cuerpo de soporte 37 para
regular el valor del flujo de aire en la posición inicial flexible;
sin embargo, esta operación no es sencilla puesto que el cuerpo de
soporte 37 se obtiene directamente sobre el cuerpo de válvula 2.
De acuerdo con una realización alternativa
mostrada en la Fig. 5, el cuerpo de soporte 37 está formado por un
tornillo de soporte 37 atornillado en el cuerpo de válvula 2; de
esta manera, es extremadamente sencillo regular el valor del flujo
de aire en la posición inicial flexible atornillando o
desatornillando el tornillo de soporte 37 con respecto al cuerpo de
válvula 2. Durante la etapa de producción, la válvula de mariposa 1
se dispone en particular en una estación de ensayo (conocida y no
mostrada) en la que el valor del flujo de aire en la posición
inicial flexible se mide en tiempo real; en estas condiciones, la
posición axial del tornillo de soporte 37 con respecto al cuerpo de
válvula 2 se regula atornillando o desatornillando el tornillo de
soporte 37 hasta que se obtiene de forma precisa el valor deseado
del flujo de aire en la posición inicial flexible. Preferiblemente,
una vez establecida la posición axial del tornillo de soporte 37 con
respecto al cuerpo de válvula 2, el tornillo de soporte 37 se
bloquea con respecto al cuerpo de válvula 2 para evitar cualquier
clase posterior de desplazamiento (típicamente como resultado de las
vibraciones generadas durante el uso del motor).
Debe observarse que la unidad formada por el
árbol 6, el resorte de retorno 35 y el miembro móvil 40 provisto
con el resorte antagonista 36 puede ensamblarse previamente por
separado e insertarse mediante una operación de ensamblaje
sencilla, que puede automatizarse, en el cuerpo de válvula 2.
En comparación con la solución convencional en
la que los resortes de retorno y antagonista son ambos resortes
espirales, la solución para la válvula de mariposa 1 como se ha
descrito anteriormente en la que el resorte de retorno 35 es un
resorte de espiral y el resorte antagonista 36 es un resorte de hoja
plana tiene diversas ventajas ya que permite la reducción de
fricción y en volumen, es más fiable y hace posible reducir los
tiempos de montaje.
Claims (10)
1. Una válvula de mariposa
servo-asistida (1) que comprende un cuerpo de
válvula (2), un asiento de válvula (4) formado en el cuerpo de
válvula (2), un disco de mariposa (5) adaptado para engranarse en el
asiento de válvula (4), un árbol (6) sobre el que se enchaveta el
disco de mariposa, un motor eléctrico (3) acoplado al árbol
mediante una transmisión de engranajes (8) que comprende al menos
una primera rueda dentada (17) para girar el disco de mariposa (5)
entre una posición de máxima abertura y una posición cerrada del
asiento de válvula (4), un resorte de espiral de retorno (35)
adaptado para hacer girar el disco de mariposa (5) hacia la
posición cerrada, y un resorte antagonista (36) adaptado para hacer
girar el disco de mariposa (5) hacia una posición parcialmente
abierta o posición inicial flexible definida por un cuerpo de
soporte (37) contra la acción del resorte de retorno (35); estando
caracterizada la válvula de mariposa (1) porque el resorte
antagonista (36) es un resorte de hoja plana y se monta sobre un
miembro móvil (40) que se monta coaxialmente e intermedio sobre el
árbol (6) y comprende una proyección (42) adaptada para engranarse
apoyándose contra el cuerpo de soporte (37), estando libre un
primer extremo (43) del resorte antagonista (36) y disponiéndose a
lo largo de la primera rueda dentada (17) para orientarse hacia una
superficie interna (44) de esta primera rueda dentada (17), esta
primera rueda dentada (17) que comprende a proyección (45) que se
proyecta de una manera perpendicular con respecto a la superficie
interna (44) para apoyarse contra el primer extremo (43) del
resorte antagonista (36) durante la rotación de la primera rueda
dentada (17).
2. Una válvula de mariposa (1) de
acuerdo con la reivindicación 1, en la que la transmisión de
engranajes (8) comprende una segunda rueda dentada (16) rígido con
un árbol (15) del motor eléctrico (3) y un engranaje final (18)
enchavetado sobre el árbol (6), estando montada la primera rueda
dentada (17) intermedia sobre el cuerpo de válvula (2) e
interpuesta entre la segunda rueda dentada (16) y el engranaje final
(18).
3. Una válvula de mariposa (1) de
acuerdo con la reivindicación 2, en la que la primera rueda dentada
(17) tiene un primer conjunto de dientes (19) acoplado a la segunda
rueda dentada (16) y un segundo conjunto de dientes (20) acoplado
al engranaje final (18), siendo diferente el diámetro del primer
conjunto de dientes (19) del diámetro del segundo conjunto de
dientes (20).
4. Una válvula de mariposa (1) de
acuerdo con la reivindicación 3, en la que el engranaje final (18)
está formado por un cuerpo cilíndrico central sólido (21)
enchavetado sobre el árbol (6) y provisto con una porción de rueda
de levas circular (22) provista con un conjunto de dientes acoplado
a la primera rueda dentada (17).
5. Una válvula de mariposa (1) de
acuerdo con la reivindicación 4, que comprende un tornillo de marcha
lenta (34), cuya función es evitar el acuñamiento del disco de
mariposa (5), que está atornillado en el cuerpo de válvula (2) y
coopera con la porción de rueda de levas circular (22) del engranaje
final (18).
6. Una válvula de mariposa (1) de
acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 5, en la que el resorte
de retorno (35) tiene un primer extremo conectado mecánicamente al
cuerpo de válvula (2) y un segundo extremo (38) conectado
mecánicamente al engranaje final (18).
7. Una válvula de mariposa (1) de
acuerdo con la reivindicación 6, en la que el engranaje final (18)
se proporciona con un asiento (39) adaptado para recibir el segundo
extremo (38) del resorte de retorno (35).
8. Una válvula de mariposa de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 7, en la que un segundo extremo
(41) del resorte antagonista (36) opuesto al primer extremo (43) es
rígido con el miembro móvil (40), comprendiendo el miembro móvil
(40) la proyección (42) adaptada para engranare apoyándose contra el
cuerpo de soporte (37) en la locación del segundo extremo (41) del
resorte antagonista (36).
9. Una válvula de mariposa (1) de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el cuerpo
de soporte (37) se obtiene directamente en el cuerpo de válvula
(2).
10. Una válvula de mariposa (1) de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el cuerpo de
soporte (37) está formado por un tornillo de soporte atornillado en
el cuerpo de válvula (2).
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