ES2299952T3 - Valvula de estrangulamiento provista con un accionador electromagnetico integrado, para un colector de admision con un sistema retractil de turbulencia. - Google Patents
Valvula de estrangulamiento provista con un accionador electromagnetico integrado, para un colector de admision con un sistema retractil de turbulencia. Download PDFInfo
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Abstract
Una válvula de estrangulamiento (14) para un colector de admisión (3) con un sistema retráctil de turbulencia (13) para un motor (1) provisto con una serie de cilindros (2), la válvula de estrangulamiento (14) estando adaptada para variar la sección de paso del aire a través de un conducto de admisión (9) que conecta cada cilindro (2) con el colector de admisión (3) y está regulado mediante al menos una válvula de admisión (4), la válvula de estrangulamiento (14) estando dispuesta dentro del conducto de admisión (9) y estando provista con una mariposa (15) montada para rotar bajo el impulso de un dispositivo accionador (17), en torno a un eje (18) de rotación en disposición transversal con respecto al conducto de admisión (9), la válvula de estrangulamiento (14) estando caracterizada porque el dispositivo accionador (17) comprende su propio motor giratorio eléctrico (26), que comprende un estátor (24) y un rotor (25) alojados directamente en la respectiva mariposa (15).
Description
Válvula de estrangulamiento provista con un
accionador electromagnético integrado, para un colector de admisión
con un sistema retráctil de turbulencia.
La presente invención se refiere a una válvula
de estrangulamiento para un colector de admisión con un sistema
retráctil de turbulencia. El documento US 2003/0 150 422 muestra un
ejemplo de un sistema semejante.
Un motor de combustión interna está provisto con
una serie de cilindros, cada uno de los cuales está conectado a un
colector de admisión por medio de una respectiva válvula de
admisión, y a colector de escape por medio de una respectiva
válvula de escape. El colector de admisión recibe aire fresco (es
decir, aire procedente del entorno exterior) a través de un
conducto de suministro regulado por una válvula de mariposa, y está
conectado a los cilindros por medio de respectivos conductos de
admisión, cada uno de los cuales está regulado por una
correspondiente válvula de admisión.
Recientemente se ha propuesto introducir un
sistema de turbulencia que está adaptado para variar, durante el
funcionamiento del motor, la sección de los conductos de entrada en
función de la velocidad del motor (es decir, de la velocidad
angular de rotación del eje de transmisión). A velocidades bajas se
disminuye la sección de paso del aire a través de los conductos de
admisión, para generar movimientos turbulentos en el flujo de aire
succionado, en la proximidad de la variación de sección, movimientos
que mejoran la mezcla de aire y combustible en los cilindros; como
resultado de la presencia de estos movimientos turbulentos que
mejoran la mezcla, se quema todo el combustible inyectado, por lo
tanto con el resultado de reducir las emisiones contaminantes
generadas por la combustión. A altas velocidades se maximiza la
sección de paso del aire a través de los conductos de admisión,
para permitir el llenado completo de los cilindros, y por lo tanto
permitir la generación de la máxima potencia posible.
Para variar la sección de paso del aire a través
de los conductos de admisión, se ha propuesto disponer una
respectiva válvula de estrangulamiento de mariposa, dentro de cada
conducto de admisión, válvula que rotan en torno a un eje dispuesto
en el centro del respectivo conducto de admisión. Esta solución es
de realización sencilla y económica, pero la presencia de las
válvulas de estrangulamiento de mariposa en medio de los conductos
de admisión, implica altas pérdidas de carga en el flujo de aire,
cuando el sistema de turbulencia no está activo, debido a que el
perfil de las válvulas de mariposa está por completo inmerso en el
flujo de aire; obviamente, estas pérdidas de carga reducen el
máximo
flujo de aire que puede ser alojado por los cilindros, reduciendo de ese modo la potencia máxima que puede generarse.
flujo de aire que puede ser alojado por los cilindros, reduciendo de ese modo la potencia máxima que puede generarse.
Para intentar solucionar el inconveniente
mencionado se ha propuesto proporcionar, a cada cilindro, dos
conductos de admisión que son independientes entre sí, y de los que
solo uno está provisto con una válvula de estrangulamiento de
mariposa. Esta solución permite un mejor llenado de los cilindros a
velocidades altas, pero sin embargo es de realización más costosa y
compleja, puesto que se proporciona dos conductos de admisión
independientes para cada cilindro; además, la generación de
movimientos turbulentos a bajas velocidades no es óptima puesto
que, para cada cilindro, uno de los dos conductos de admisión no
tiene variación en su sección.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar una válvula de estrangulamiento para un colector de
admisión, con un sistema retráctil de turbulencia, que carezca de
los inconvenientes descritos arriba, y en concreto que sea de
realización sencilla y barata.
Por tanto la presente invención se refiere a una
válvula de estrangulamiento para un colector de admisión con un
sistema retráctil de turbulencia, como el enunciado en la
reivindicación 1 y preferentemente en cualquiera de las
subsiguientes reivindicaciones, dependientes directa o
indirectamente de la reivindicación 1.
La presente invención se refiere además a un
colector de admisión con un sistema retráctil de turbulencia, como
el enunciado en la reivindicación 12 y preferentemente en cualquiera
de las subsiguientes reivindicaciones, dependientes directa o
indirectamente de la reivindicación 12.
La presente invención se describe a continuación
con referencia a los dibujos anexos, que muestran una realización
no limitativa de esta, y en los cuales:
la figura 1 es una vista esquemática, de un
motor de combustión interna provisto con un colector de admisión
con un sistema retráctil de turbulencia, que utiliza las válvulas de
mariposa realizadas de acuerdo con la presente invención;
la figura 2 es una vista en sección lateral, a
través de parte del colector de admisión de la figura 1;
la figura 3 es una vista tridimensional y en
despiece parcial, de una válvula de estrangulamiento de mariposa
del colector de admisión de las figuras 1 y 2.
En la figura 1 se muestra globalmente mediante
el número 1, un motor de combustión interna, y está provisto con
cuatro cilindros 2 (de los que se muestra solo uno en la figura 1),
cada uno de los cuales está conectado a un colector de admisión 3 a
través de un respectivo conducto de admisión 4, y a un colector de
escape 5 a través de un respectivo conducto de escape 6.
El colector de admisión 3 recibe aire fresco (es
decir, aire procedente del entorno exterior) a través de un
conducto de suministro 7 regulado por una válvula de mariposa 8, y
está conectado a los cilindros 2 por medio de respectivos conductos
de admisión 9 (de los que se muestra solo uno en la figura 1), cada
uno de los cuales está regulado por la correspondiente válvula de
admisión 4. Análogamente, el colector de escape 5 está conectado a
los cilindros 2 por medio de respectivos conductos de escape 10 (de
los que se muestra solo uno en la figura 1), cada uno de los cuales
está regulado por la correspondiente válvula de escape 6. Un
conducto de descarga 11 sale del colector de escape 5 y termina en
un catalizador (conocido, y no mostrado), para emitir a la
atmósfera los gases generados por la combustión.
De acuerdo con una realización preferida, el
combustible (por ejemplo petróleo, diesel, metano, LPG, etc.) es
inyectado en cada conducto de admisión 9 mediante un respectivo
inyector 12 dispuesto en la proximidad de la correspondiente
válvula de admisión 4. De acuerdo con una realización diferente (no
mostrada), los inyectores 12 están dispuestos de forma que inyectan
directamente el combustible en cada cilindro 2.
El colector de admisión 3 comprende un sistema
de turbulencia 13 que está adaptado para variar, durante el
funcionamiento del motor 1, la sección de los conductos de admisión
9 en función de la velocidad de este motor 1. Como se muestra en la
figura 2, el sistema de turbulencia 13 comprende, para cada conducto
de admisión 9, una respectiva válvula de estrangulamiento 14 que
comprende una mariposa 15 enchavetada en un eje 46 para rotar, bajo
el impulso de un dispositivo accionador 17, en torno a un eje 18 en
disposición transversal y externa con respecto al correspondiente
conducto de admisión 9.
En funcionamiento, cada mariposa 15 se mueve
bajo el impulso del dispositivo accionador 17, entre una posición
de máxima extracción (mostrada en líneas continuas en la figura 2)
en la que la mariposa 15 reduce al mínimo la sección de paso del
aire del respectivo conducto de admisión 9, y una posición de reposo
(mostrada en líneas a trazos en la figura 2) en la que la mariposa
15 no reduce sustancialmente la sección de paso del aire del
respectivo conducto de admisión 9.
Para cada mariposa 15, el respectivo eje 16 está
incrustado en una pared 19 del respectivo conducto de admisión 9,
para rotar en torno a su respectivo eje de rotación 18; además, la
pared 19 de cada conducto de admisión 9 comprende un asiento 20 que
está adaptado para alojar la respectiva mariposa 15, cuando esta
mariposa está dispuesta en la posición de reposo. Cada mariposa 15
comprende una superficie superior 21 que, en uso, es impactada por
el flujo de aire a través del respectivo conducto de admisión 9;
cuando la mariposa 15 está dispuesta en la posición de reposo, la
superficie superior 21 de la mariposa 15 forma una continuación de
una superficie interna 22 del respectivo conducto de admisión 9, y
está conectada sustancialmente de forma continua con esta
superficie interna 22.
En funcionamiento, el dispositivo accionador 17
está adaptado para girar cada mariposa 15 en torno a su respectivo
eje 18, entre la posición de reposo y la posición de máxima
extracción; en concreto, en la posición de reposo la superficie
superior 21 de cada mariposa 15 es sustancialmente paralela al eje
central del respectivo conducto de admisión 9, mientras que en la
posición de máxima extracción, la superficie superior 21 de cada
mariposa 15 forma un ángulo de aproximadamente 30 - 45º con
respecto al eje central del conducto de admisión.
Como se muestra en la figura 3, para cada
mariposa 15 el dispositivo accionador 17 comprende un respectivo
motor giratorio eléctrico 23, que es completamente independiente de
los motores 23 de las otras mariposas 15. Cada motor 23 comprende
un estátor 24 que está alojado dentro del eje 16 de la respectiva
mariposa 15, y un rotor 15 que es rígido con el eje 16 de la
respectiva mariposa 15 para, en uso, estar acoplado con el estátor
24. En otras palabras, cada motor 23 está integrado en el eje 16 de
la respectiva mariposa 15, puesto que el eje 16 es hueco y aloja
internamente tanto el estátor 24 como el rotor 25 del motor 23; se
apreciará que el rotor 25 es rígido con el eje 16, mientras que el
estátor 24 es rígido con la pared 19 del conducto de admisión, y
está montado para permitir al eje 16 rotar con respecto al estátor
24, en torno al eje 18.
Para facilitar el montaje de cada mariposa 15
sobre el respectivo eje 16, el estátor 24 está en una disposición
interna respecto al rotor 25, y por lo tanto el estátor 24 está
conformado como un cuerpo sólido cilíndrico, mientras que el rotor
25 está conformado como un cuerpo cilíndrico tubular que comprende
un agujero central adaptado para alojar el estátor 24.
El rotor 25 de cada motor 23 está
preferentemente formado por imanes permanentes y por un paquete
magnético, y por lo tanto no necesita ningún tipo de conexión
eléctrica; por esta razón, el rotor 25 puede acoplarse fácilmente a
la respectiva mariposa 15; por contraste, el estátor 24 tiene un
bobinado que, en uso, está alimentado eléctricamente mediante un
dispositivo accionador 26 de tipo conocido.
Preferentemente, cada mariposa 15 está fabricada
de materiales plásticos moldeados, y el respectivo rotor 25 es
moldeado con la mariposa 15 conjuntamente, cuando la propia mariposa
15 está siendo moldeada; de esta forma, cada rotor 15 está
sustancialmente empotrado dentro de la respectiva mariposa 15.
De acuerdo con otra realización (no mostrada),
cada eje 15 puede además estar acoplado a un respectivo resorte,
adaptado para retener la mariposa 15 en la posición de reposo; en
funcionamiento, el motor relativo 23 desplaza la mariposa 15, desde
la posición de reposo a la posición de máxima extracción contra la
acción del resorte.
\newpage
En la realización descrita arriba, cada mariposa
15 asume de forma estable solo la posición de reposo y la posición
de máxima extracción; de acuerdo con otra realización (no mostrada),
cada mariposa 15 podría también asumir de forma estable, posiciones
intermedias entre la posición de reposo y la posición de máxima
extracción.
La solución de construcción descrita arriba
tiene muchas ventajas, puesto que es de realización sencilla y
económica ya que cada cilindro 2 está provisto con un solo conducto
de admisión 9; cuando las mariposas 15 están dispuestas en la
posición de reposo, estas mariposas 15 introducen mínimas pérdidas
de carga, o incluso cero pérdidas, con respecto al flujo de aire
succionado, habilitando así el llenado óptimo de los cilindros 2 y
un incremento en la potencia máxima que se puede generar. Además, el
hecho de que cada motor 23 esté integrado en el respectivo eje 16
hace posible eliminar cualquier parte externa a los conductos de
admisión 9, con la ventaja de un alto grado de compacidad y un alto
nivel de simplicidad de construcción. Finalmente, pruebas
experimentales han mostrado que el dispositivo accionador 17
descrito arriba tiene necesidades de potencia, y consumo de
energía, extremadamente bajos puesto que se minimiza la inercia y la
fricción; en concreto, la necesidad de potencia de un dispositivo
accionador 17 descrito arriba puede ser, en funcionamiento, de
4-6 vatios, en comparación con la necesidad de
potencia de más de 40 vatios para un dispositivo accionador
convencional.
\vskip1.000000\baselineskip
La lista de referencias citadas por el
solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del
documento de Patente Europea. Incluso habiéndose tomado especial
cuidado en recopilar las referencias, no puede descartarse errores
u omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este
respecto.
\bullet US 20 030 150 422 A [0001].
Claims (12)
1. Una válvula de estrangulamiento (14) para un
colector de admisión (3) con un sistema retráctil de turbulencia
(13) para un motor (1) provisto con una serie de cilindros (2), la
válvula de estrangulamiento (14) estando adaptada para variar la
sección de paso del aire a través de un conducto de admisión (9) que
conecta cada cilindro (2) con el colector de admisión (3) y está
regulado mediante al menos una válvula de admisión (4), la válvula
de estrangulamiento (14) estando dispuesta dentro del conducto de
admisión (9) y estando provista con una mariposa (15) montada para
rotar bajo el impulso de un dispositivo accionador (17), en torno a
un eje (18) de rotación en disposición transversal con respecto al
conducto de admisión (9), la válvula de estrangulamiento (14)
estando caracterizada porque el dispositivo accionador (17)
comprende su propio motor giratorio eléctrico (26), que comprende
un estátor (24) y un rotor (25) alojados directamente en la
respectiva mariposa (15).
2. Una válvula de estrangulamiento (14) como la
reivindicada en la reivindicación 1, en la que el eje de rotación
(18) de la mariposa (15) está en disposición sustancialmente externa
con respecto al conducto de admisión (9).
3. Una válvula de admisión (14) como la
reivindicada en la reivindicación 2, en la que la mariposa (15)
puede moverse entre una posición de máxima extracción, en la que la
mariposa (15) reduce al mínimo la sección de paso del aire del
respectivo conducto de admisión (9), y una posición de reposo en la
que la mariposa (15) sustancialmente no reduce la sección de paso
del aire del conducto de admisión (9).
4. Una válvula de estrangulamiento (14) como la
reivindicada en la reivindicación 3, en la que el conducto de
admisión (9) comprende una pared (19) que delimita la sección de
paso del aire, la mariposa (15) estando montada sobre un respectivo
eje (16) que es fijo y está incrustado en la pared (19) del
respectivo conducto de admisión (9).
5. Una válvula de estrangulamiento (14) como la
reivindicada en la reivindicación 4, en la que la pared (19) del
conducto de admisión (9) comprende un asiento (20) que está
adaptado para alojar la mariposa (15), cuando esta mariposa (15)
está dispuesta en la posición de reposo.
6. Una válvula de estrangulamiento (14) como la
reivindicada en una de las reivindicaciones 2 a 5, en la que la
mariposa (15) comprende una superficie superior (21) que, en uso, es
impactada por el flujo de aire a través del respectivo conducto de
admisión (9), esta superficie superior (21) de la mariposa (15)
formando parte de una superficie interna (22) del respectivo
conducto de admisión (9), cuando la mariposa (15) está dispuesta en
una posición de reposo en la que la mariposa (15) no reduce
sustancialmente la sección de paso del aire del respectivo conducto
de admisión (9).
7. Una válvula de estrangulamiento (14) como la
reivindicada en una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que el
rotor (25) está incrustado dentro de la mariposa (15).
8. Una válvula de estrangulamiento (14) como la
reivindicada en la reivindicación 7, en la que la mariposa (15)
está fabricada de materiales plásticos moldeados, el rotor (25)
estando moldeado conjuntamente con la respectiva mariposa (15).
9. Una válvula de estrangulamiento (14) como la
reivindicada en una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que la
mariposa (15) está montada sobre un eje (16) que soporta el rotor
(25).
10. Una válvula de estrangulamiento (14) como la
reivindicada en la reivindicación 9, en la que el eje (16) aloja el
estátor (24) internamente.
11. Una válvula de estrangulamiento (14) como la
reivindicada en una de las reivindicaciones 1 a 10, en la que el
estátor (24) está dispuesto internamente dentro del rotor (25).
12. Un colector de admisión con un sistema
retráctil de turbulencia 13 para un motor de combustión interna (1)
provisto con una serie de cilindros (2), el colector de admisión
(3) comprendiendo, para cada cilindro (2), un respectivo conducto de
admisión (9) que está adaptado para conectar el colector de
admisión (3) con el cilindro (2), y está regulado mediante al menos
una válvula de admisión (4); el sistema de turbulencia (13)
comprendiendo, para cada conducto de admisión (9), una respectiva
válvula de estrangulamiento (14) que está dispuesta dentro del
conducto de admisión (9), está adaptada para variar la sección de
paso del aire a través del conducto de admisión (9) y está provista
con una mariposa (15) montada para rotar bajo el impulso de un
dispositivo accionador (17), en torno a un eje (18) de rotación en
disposición transversal con respecto al conducto de admisión (9), el
colector de admisión (3) estando caracterizado porque el
dispositivo accionador (17) comprende, para cada mariposa (15), un
respectivo motor eléctrico giratorio (23) que es completamente
independiente respecto de los motores (23) de las otras mariposas
(15), y comprende un estátor (24) y un rotor (25) alojados
directamente en la respectiva mariposa (15).
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