ES2309702T3 - Un sistema de torbellino para el colector de adminsion de un motor de combustion interna con un accionador hecho con un material con memoria de forma. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de torbellino (13) para un colector de admisión (3) de un motor de combustión interna (1) provisto con numerosos cilindros (2); comprendiendo el sistema de torbellino (13): al menos una válvula reguladora (14) para variar la sección de paso del aire a través de la tubería de admisión (9), que conecta al menos un cilindro (2) con el colector de admisión (3), y al menos un dispositivo accionador (17) para gobernar la válvula reguladora (14); el sistema de torbellino (13) se caracteriza porque el dispositivo accionador (17) comprende: al menos un primer elemento accionador (23), que es filiforme, que se enrolla en una espiral para asumir la conformación de un resorte, está hecho de un material con memoria de forma que genera un desplazamiento de activación de la válvula reguladora (14) modificando su propia geometría después de la aplicación de una tensión externa de naturaleza física; al menos un segundo elemento accionador (24), que es filiforme, que se enrolla en una espiral para asumir la conformación de un resorte, está hecho de un material con memoria de forma que genera un desplazamiento de desactivación de la válvula reguladora (14) modificando su propia geometría después de la aplicación de una tensión externa de naturaleza física; y medios de activación eléctricos (34, 37) para aplicar una tensión externa de naturaleza física a los elementos accionadores (23, 24).
Description
Un sistema de torbellino para el colector de
admisión de un motor de combustión interna con un accionador hecho
con un material con memoria de forma.
La presente invención se refiere a un sistema de
torbellino para el colector de admisión de un motor de combustión
interna.
Se proporciona un motor de combustión interna
con numerosos cilindros, cada uno de los cuales está conectado a un
colector de admisión mediante al menos una válvula de admisión y a
un colector de escape mediante al menos una válvula de escape. El
colector de admisión recibe aire fresco (es decir, aire que viene
del entorno externo) a través de una tubería de suministro regulada
por una válvula reguladora y está conectada a los cilindros
mediante tuberías de admisión respectivas, cada una de las cuales
está regulada por al menos una válvula de admisión.
Recientemente se ha propuesto la introducción de
un sistema de torbellino (por ejemplo como se describe en el
documento GB2313625A) que está diseñado para variar la sección
transversal de las tuberías de admisión de acuerdo con la r.p.m.
del propio motor (es decir, de la velocidad angular de rotación del
cigüeñal del motor). A bajas r.p.m., la sección del paso de aire a
través de las tuberías de admisión se reduce para generar
turbulencia en el flujo de aire de admisión y en un punto
correspondiente a la variación de sección, que mejora la mezcla
entre el aire y el combustible en los cilindros. En particular,
gracias a la presencia de esta turbulencia, que mejora la mezcla,
se quema todo el combustible inyectado, y de esta manera se reducen
las emisiones de contaminantes generados por combustión. A mayores
r.p.m., la sección del paso del aire a través de las tuberías de
admisión se maximiza para permitir un llenado completo a los
cilindros y de esta manera permitir la generación de la máxima
potencia posible.
Para variar la sección de paso del aire a través
de las tuberías de admisión se ha propuesto proporcionar, dentro de
cada tubería de admisión, un cuerpo regulador, que está equipado en
un árbol común para girar entre una posición de trabajo, en la que
el cuerpo regulador reduce la sección de la tubería de admisión y
una posición de descanso en la que el cuerpo regulador no reduce la
sección de la tubería de admisión. El árbol común gira mediante un
accionador que está diseñado para controlar de una manera simultánea
y sincrónica la posición de todos los cuerpos
regula-
dores.
dores.
En los motores disponibles actualmente en el
mercado, el accionador del sistema de torbellino responsable de
controlar los cuerpos reguladores comprende un motor eléctrico que
tiene un rotor conectado mecánicamente al árbol común. Sin embargo,
dicha disposición implica un peso relativamente pesado, es
relativamente voluminoso (teniendo en cuenta también la presencia
de dispositivos electrónicos para dirigir el motor eléctrico), y
presenta un nivel aceptable, aunque no particularmente alto, de
fiabilidad (en particular, dicha solución está sometida a fallos de
funcionamiento de los dispositivos electrónicos para dirigir el
motor eléctrico). En los motores actualmente disponibles en el
mercado, se ha propuesto también el uso de un accionador neumático
para dirigir el árbol común. Sin embargo, también esta disposición
tiene un peso relativamente pesado y por encima de todo dimensiones
globales considera-
bles.
bles.
En el documento US4517367A1 describe un
dispositivo para controlar la apertura una aleta de obturación de
una tubería; la aleta de obturación de la tubería se controla en una
primera dirección mediante un dispositivo que usa un resorte hecho
de una aleación con memoria de forma tan pronto como la temperatura
sube y un resorte de retorno que activa la aleta en una dirección
opuesta a la primera dirección tan pronto como la temperatura
cae.
El documento EP0343515A1 describe un dispositivo
para regular el caudal de entrada de aire al carburador de un motor
de combustión interna durante el arranque en frío. El dispositivo
está compuesto por una válvula de mariposa dispuesta aguas arriba
del difusor del carburador, medios en oposición elásticos y un
accionador que funciona mediante el aumento de la temperatura del
motor y medios de transmisión mecánicos que conectan el accionador,
los medios de oposición y la válvula de mariposa juntos de manera
que se mantiene esta última normalmente cerrada cuando el motor
está frío; el accionador incorpora un elemento con memoria de forma
dispuesto para asumir selectivamente, como una función de la
temperatura de motor instantáneo, una pluralidad de formas
predeterminadas.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un sistema de torbellino para el colector de admisión
de un motor de combustión interna que no tendrá los inconvenientes
descritos anteriormente y, en particular, será fácil y
económicamente ventajoso de producir.
De acuerdo con la presente invención, un sistema
de torbellino para el colector de admisión de un motor de
combustión se proporciona de acuerdo con las reivindicaciones
adjuntas.
La presente invención se describirá ahora con
referencia a la serie de dibujos adjunta, que ilustra algunos
ejemplos no limitantes de realizaciones de la misma y en los
que:
- La Figura 1 es una vista esquemática de un
motor de combustión interna provisto con un colector de admisión
que tiene un sistema de torbellino hecho de acuerdo con la presente
invención;
- La Figura 2 es una vista de sección lateral,
con partes quitadas por razones de claridad, de parte del colector
de admisión de la Figura 1;
- La Figura 3 es una vista frontal esquemática
de un accionador del sistema de torbellino de la Figura 1;
- La Figura 4 es una vista lateral esquemática
del accionador de la Figura 3;
- La Figura 5 es una vista frontal esquemática
de una realización diferente de un accionador del sistema de
torbellino de la Figura 1; y
- La Figura 6 es una vista lateral esquemática
del accionador de la Figura 5.
En la Figura 1, el número de referencia 1
designa en su conjunto un motor de combustión interna provisto con
cuatro cilindros 2 (solo uno de los cuales se ilustra en la Figura
1) cada uno de ellos está conectado a un colector de admisión 3
mediante al menos una válvula de admisión 4 y a un colector de
escape 5 mediante al menos una válvula de escape 6.
El colector de admisión 3 recibe aire fresco (es
decir, aire que viene del entorno externo) a través de una tubería
de suministro 7 regulada por una válvula reguladora 8 y está
conectada a los cilindros 2 mediante tuberías de admisión
respectivas 9 (solo una de las cuales se ilustra en la Figura 1),
cada una de las cuales está regulada por la válvula de admisión
correspondiente 4. Igualmente, el colector de escape 5 está
conectado a los cilindros 2 mediante tuberías de escape respectivas
10 (solo una de las cuales se ilustra en la Figura 1), cada una de
las cuales está regulada por la válvula de escape correspondiente 6.
Alejándose del colector de escape 5 hay una tubería de emisión 11,
que termina con un silenciador (conocido y no ilustrado) para emitir
a la atmósfera el gas producido por la combustión.
De acuerdo con la realización ilustrada, el
combustible (por ejemplo, gasolina, diesel, metano, LPG, etc.) se
inyecta en cada tubería de admisión 9 mediante un inyector 12
ajustado en la proximidad de la válvula de admisión correspondiente
4. De acuerdo con una realización diferente (no ilustrada), los
inyectores 12 se disponen para inyectar el combustible directamente
a los cilindros 2.
El colector de admisión 3 comprende un sistema
de torbellino 13, que está diseñado para variar la sección de las
tuberías de admisión 9 en función de las r.p.m. del motor 1. De
acuerdo con ilustrado en la Figura 2, el sistema de torbellino 13
comprende para cada tubería de admisión 9 una válvula reguladora 14
que tiene una mariposa reguladora 15 equipada con un árbol común 16
para girar bajo el empuje de un dispositivo accionador 17 alrededor
de un eje 18 ajustado transversal y externamente con respecto a la
tubería de admisión correspondiente 9. Debe enfatizarse que el
árbol 16 es común a las cuatro válvulas reguladoras 14; es decir,
las mariposas reguladoras 15 de las cuatro válvulas reguladoras 14
están equipadas en un solo árbol común 16 de manera que el
dispositivo accionador 17 podrá controlar simultáneamente las cuatro
válvulas reguladoras 14.
De acuerdo con una realización diferente (no
ilustrada) cada válvula reguladora 14 tiene un dispositivo
accionador 17 propio, que está diseñado para girar la mariposa
reguladora 15 respectiva independientemente de las otras mariposas
reguladoras 15.
Durante el uso, cada mariposa reguladora 15 gira
bajo el empuje de un dispositivo accionador 17 entre una posición
de extracción máxima (representada con una línea continua en la
Figura 2), en la que la mariposa reguladora 15 reduce a un valor
mínimo la sección de paso del aire de la tubería de admisión 9, y
una posición de descanso (ilustrada con línea discontinua en la
Figura 2), en la que la mariposa reguladora 15 no provoca ninguna
reducción en la sección de paso del aire de la tubería de admisión
9.
Para cada mariposa reguladora 15, el árbol 16
está embebido en una pared 19 de la tubería de admisión 9 para
girar alrededor del eje 18 de rotación. Adicionalmente, la pared 19
de cada tubería de admisión 9 tiene un asiento 20 que está diseñado
para alojar a la mariposa reguladora 15 cuando la propia mariposa
reguladora 15 se ajusta en la posición de descanso. Cuando la
mariposa reguladora 15 se ajusta en la posición de descanso, una
superficie superior 21 de la mariposa reguladora 15 constituye una
continuación de una superficie interna 22 de la tubería de admisión
9 y se redondea sustancialmente sin ninguna discontinuidad con la
propia superficie interna 22. En particular, en la posición de
descanso, la superficie superior 21 de cada mariposa reguladora 15
es sustancialmente paralela al eje central de la tubería de admisión
9, mientras que en la posición de máxima extracción, la superficie
superior 21 de cada mariposa reguladora 15 forma un ángulo de
aproximadamente 30-45º con el eje central de la
tubería de admisión 9.
De acuerdo con lo ilustrado en las Figuras 3 y
4, el par de torsión producido por el dispositivo accionador 17 y
que actúa sobre el árbol 16 se genera mediante un par de elementos
accionadores 23 y 24, que están hechos de un material con memoria
de forma y están activados por calentamiento para modificar su
propia geometría y en consecuencia provocar la rotación del árbol
16.
Un material con memoria de forma es una aleación
metálica capaz de modificar sus propias propiedades físicas después
de la aplicación de una tensión externa que es también de una
naturaleza física. En particular, se usan aleaciones metálicas (por
ejemplo, una aleación de níquel-titanio o una
aleación basada en cobre) capaces de modificar sus propias
dimensiones después de la aplicación de calor. En otras palabras, la
variación de geometría de los elementos accionadores 23 y 24 se
obtiene mediante calentamiento (es decir, elevando la temperatura)
del los propios elementos accionadores 23 y 24.
Preferiblemente, cada elemento accionador 23 ó
24 es filiforme y se enrolla en una espiral para asumir la
conformación de un resorte que tiene dos extremos opuestos. A
temperatura ambiente, cada elemento accionador 23 ó 24 tiene una
longitud dada mientras que cuando la temperatura del elemento
accionador 23 ó 24 supera un umbral de temperatura
pre-establecido (dependiendo de las características
físico-químicas del material), el elemento
accionador 23 ó 24 se acorta en una cantidad
pre-establecida (dependiendo de las características
físico químicas del material) que provocan una reducción en la
distancia existente entre los extremos opuestos del propio elemento
accionador 23 ó 24.
De acuerdo con una primera realización, cada
elemento accionador 23 ó 24 es un elemento de "una vía", es
decir, se acorta cuando se calienta pero no se alarga
espontáneamente para volver a sus dimensiones iniciales cuando se
enfría; en este caso, debe ejercerse una fuerza externa para
provocar que el elemento accionador 23 ó 24 vuelva de nuevo a su
configuración original. De acuerdo con una realización alternativa,
cada elemento accionador 23 ó 24 es un elemento de "dos vías",
es decir, se acorta cuando se calienta y se alarga espontáneamente
para volver a sus dimensiones iniciales cuando se enfría,
El dispositivo accionador 17 comprende un marco
fijo 25 en el que se hace un asiento 26, que recibe el árbol 16 que
permite que el propio árbol 16 gire libremente alrededor del eje 18
de rotación.
Ajustado co-axialmente a un
extremo del árbol 16 hay un disco 27, que está fijado de esta manera
al propio árbol 16; subiendo desde el disco 27 hay dos pernos 28 y
29, que se ajustan paralelos al eje 18 de rotación, se disponen de
manera excéntrica con respecto al eje 18 de rotación y se ajustan
simétricamente en lados opuestos del propio eje 18 de rotación. Un
extremo 30 del elemento accionador 23 está conectado mecánicamente
al perno 28, mientras que el extremo opuesto 31 del elemento
accionador 23 está conectado mecánicamente al marco 25. Un extremo
32 del elemento accionador 24 está conectado mecánicamente al perno
29, mientras que el extremo opuesto 33 del elemento accionador 24
está conectado mecánicamente al marco 25.
Acoplado al elemento accionador 23 hay un
dispositivo activador 34, que está diseñado para provocar el
calentamiento del elemento accionador 23 suficiente para subir la
temperatura del propio elemento accionador 23 por encima del umbral
de activación mencionado anteriormente. El dispositivo activador 34
está diseñado para aplicar una tensión entre los extremos 30 y 31
del elemento accionador 23 de manera que provoca el paso de una
corriente eléctrica a lo largo del elemento accionador 23 y
calienta el propio elemento accionador 23 por efecto Joule. En su
conjunto, el dispositivo activador 34 comprende un miembro
electrónico 35 que provoca el cierre de un circuito eléctrico que
conecta los extremos 30 y 31 del elemento accionador 23 a un
generador eléctrico 36.
Igualmente, acoplado también al elemento
accionador 24 hay un dispositivo de activación 37 que está diseñado
para provocar un calentamiento del elemento accionador 24 que es
suficiente para elevar la temperatura del elemento accionador 24
por encima del umbral de activación mencionado anteriormente. El
dispositivo de activación 37 está diseñado para aplicar una tensión
entre los extremos 32 y 33 del elemento accionador 24 de manera que
provoca el paso de una corriente eléctrica a lo largo del elemento
accionador 24 y calienta el propio elemento accionador 24 por
efecto Joule. En su conjunto, el dispositivo de activación 37
comprende un miembro electrónico 38 que provoca el cierre de un
circuito electrónico que conecta los extremos 32 y 33 del elemento
accionador 24 al generador eléctrico 36.
De acuerdo con una posible realización, los dos
elementos accionadores 23 y 24 se dimensionan de manera que, en
ausencia de activación, es decir, cuando ninguno de los dos
elementos accionadores 23 y 24 está sometido a calentamiento,
ningún elemento accionador 23 y 24 prevalece sobre el otro elemento
accionador 24 ó 23, y de esta manera el árbol 16, es decir, las
mariposas reguladoras 15 se mantienen en una posición intermedia.
En este caso, uno de los dos elementos accionadores 23 y 24 debe
estar siempre activado para mantener el árbol 16 en una posición
angular correspondiente a la posición de descanso (ilustrada con una
línea discontinua en la Figura 2) de las mariposas reguladoras 15 o
en una posición angular correspondiente a la posición de extracción
máxima (ilustrada con línea continua en la Figura 2) de las
mariposas reguladoras 15.
De acuerdo con una realización diferente, los
dos elementos accionadores 23 y 24 se dimensionan de manera que, en
ausencia de activación, es decir, cuando ninguno de los dos
elementos accionadores 23 y 24 está sometido a calentamiento, el
elemento accionador 24 ejerce sobre el disco 27 un mayor par de
torsión que el del elemento accionador 23, y de esta manera el
árbol 16 se mantiene en una posición angular correspondiente a la
posición de descanso de las mariposas reguladoras 15.
Cuando el elemento accionador 23 se activa, es
decir, cuando se somete a calentamiento, el propio elemento
accionador 23 se acorta provocando de esta manera la aproximación
mutua de sus propios extremos 30 y 31; dicha aproximación mutua de
los extremos 30 y 31 del elemento accionador 23 genera en el disco
27 un par de torsión que ajusta el árbol 16 en rotación hasta que
las mariposas reguladoras 15 se llevan desde la posición de descanso
(ilustrada con una línea discontinua en la Figura 2) a la posición
de máxima extracción (ilustrada con línea continua en la Figura 2).
Cuando el elemento accionador 24 se activa, es decir, cuando se
somete a calentamiento, el propio elemento accionador 24 se acorta,
provocando de esta manera la aproximación mutua de sus propios
extremos 32 y 33; dicha aproximación mutua de los extremos 32 y 33
del elemento accionador 24 genera en el disco 27 un par de torsión
que ajusta el árbol 16 en rotación hasta que las mariposas
reguladoras 15 se llevan desde la posición de extracción máxima
(ilustrada con una línea continua en la Figura 2) a la posición de
descanso (ilustrada con una línea discontinua en la Figura 2). Por
supuesto, los dos elementos accionadores 23 y 24 nunca deben
activarse simultáneamente para evitar los pares de torsión
discordantes que se generarían en el disco 27, lo que provocaría un
fallo mecánico.
Si el elemento accionador 23 es un elemento de
"una vía", la acción del elemento accionador 23 es necesaria
para desplazar las mariposas reguladoras 15 desde la posición de
descanso a la posición de máxima extracción, y la acción del
elemento accionador 24 es necesaria para desplazar las mariposas
reguladoras 15 desde la posición de máxima extracción a la posición
de descanso.
Si el elemento accionador 23 es un elemento de
"dos vías" para desplazar las mariposas reguladoras 15 desde
la posición de máxima extracción a la posición de descanso, es
suficiente con desactivar el elemento accionador 23, es decir,
interrumpir el calentamiento. La refrigeración natural del elemento
accionador 23 provoca un alargamiento del propio elemento
accionador 23, que genera un par de torsión que ajusta en rotación
el árbol 16 hasta que las mariposas reguladoras 15 se lleven de
nuevo a su posición de descanso. Sin embargo, para aumentar la
velocidad a la que las mariposas reguladoras 15 se desplazan desde
la posición de máxima extracción a la posición de descanso, es
preferible desactivar el elemento accionador 23, es decir,
interrumpir el calentamiento y simultáneamente activar, es decir,
someter a calentamiento, el elemento accionador 24.
A modo de ejemplo, para calentar cada
dispositivo accionador 23 ó 24 se requiere una energía eléctrica de
aproximadamente 5-10 W.
De acuerdo con una realización diferente (no
ilustrada) solo el elemento accionador 23 está hecho de un material
con memoria de forma que se activa por calentamiento, mientas que el
elemento accionador 24 está hecho de un resorte de acero ordinario.
Por supuesto, en este caso, es absolutamente necesario que el
elemento accionador 23 sea un elemento de "dos vías". Dicha
realización presenta pequeños costes de producción que hacen a la
realización ilustradas en las Figuras 3 y 4 (en particular, teniendo
en cuenta la ausencia del dispositivo activador 37 del elemento
accionador 24) pero, por orto lado, es más lento en su
desplazamiento desde la posición de máxima abertura a la posición de
descanso.
De acuerdo con una realización adicional (no
ilustrada), solo está presente el elemento accionador 23. Por
supuesto, en este caso, es absolutamente necesario que el elemento
accionador 23 sea un elemento de "dos vías". Dicha realización
presenta unos costes de producción aún menores pero, por otro lado,
es más lento que ambos en su desplazamiento desde la posición de
descanso a la posición de apertura máxima y en su desplazamiento
desde la posición de apertura máxima a la posición de descanso.
De acuerdo con una realización alternativa
ilustrada con una línea discontinua en la Figura 3, el dispositivo
de activación 34 del elemento accionador 23 comprende un miembro de
refrigeración 39 que está diseñado para provocar una refrigeración
forzada en el elemento accionador 23. La función del miembro de
refrigeración 39 puede entenderse fácilmente y consiste en aumentar
la velocidad de desplazamiento de las mariposas reguladoras 15
desde la posición de máxima abertura a la posición de descanso. El
miembro de refrigeración 39 comprende al menos una celda Peltier 40
(o un módulo termoeléctrico similar) montada en el elemento
accionador 23 y un miembro electrónico 41 (típicamente un
transistor), que provoca el cierre de un circuito eléctrico que
conecta la celda Peltier 40 con el generador eléctrico 36. Durante
el uso, la celda Peltier 40 se activa cerrando el miembro
electrónico 41 para provocar una refrigeración forzada y, de esta
manera, más rápida del elemento accionador 23. Cada celda Peltier
40 está conectada típicamente a la superficie lateral del elemento
accionador 23 y puede ser plana o curva para adaptarse a la forma
del propio elemento accionador 23. Cada celda Peltier 40 tiene una
forma cuadrada/redonda que tiene un lado/diámetro de aproximadamente
20 mm y un espesor de aproximadamente 2-3- mm.
Durante la refrigeración forzada, cada celda Peltier 40 absorbe una
energía eléctrica generalmente entre 10 y 20 W.
De acuerdo con una variante (no ilustrada)
también el dispositivo 37 para activar el elemento accionador 24
comprende un miembro de refrigeración similar al miembro de
refrigeración 39.
De acuerdo con una realización diferente (no
ilustrada) el calentamiento del elemento accionador 23 y/o del
elemento accionador 24 se obtiene mediante un efecto de un tipo
magnético/electromagnético (típicamente por calentamiento por
inducción), por radiación, o también explotando un flujo de un
líquido o de un gas.
De acuerdo con una realización ilustrada en las
Figuras adjuntas, el disco 27 se ajusta directamente al árbol 16.
De acuerdo con una realización diferente (no ilustrada) el disco 27
transmite el movimiento del árbol 16 por interposición de un
mecanismo que amplifica el movimiento producido por los elementos
accionadores 23 y 24.
De acuerdo con la realización ilustrada en las
Figuras 3 y 4, los elementos accionadores 23 y 24 son resortes de
extensión, es decir, modifican su propia geometría acortándose
cuando se activan por calentamiento. De acuerdo con una realización
diferente ilustrada en las Figuras 5 y 6, los elementos accionadores
23 y 24 son resortes de compresión, es decir, modifican su propia
geometría alargándose cuando se activan por calentamiento.
De acuerdo con lo ilustrado en las Figuras 5 y
6, el dispositivo accionador 17 comprende un árbol 42, que se monta
para deslizarse axialmente y tiene un extremo 43 conectado
mecánicamente al árbol 16 por interposición de una varilla de
conexión 44 de manera que el deslizamiento axial del árbol 42
provoca una rotación correspondiente del árbol 16 alrededor del eje
18 de rotación. Ajustado al árbol 42 hay un disco central 45
ajustado entre dos discos finales 46 y 47, cada uno de los cuales
está montado en una posición fija y tiene un orificio central (no
ilustrado en detalle) a través del cual el árbol 42 se desliza
libremente. En otras palabras, el árbol 42 se desliza libremente
entre los discos finales 46 y 47 que permanecen en una posición
fija, mientras que el disco central 45 se desplaza en forma fija
con el árbol 42 en consecuencia variando su propia posición con
respecto a los discos finales 46 y 47.
Preferiblemente, los dos discos finales 46 y 47
constituyen las dos bases opuestas de un cuerpo cilíndrico 48 que
es hueco para alojar en su interior el disco central 45 y parte del
árbol 42. La superficie lateral 49 y/o los discos finales 46 y 47
del cuerpo cilíndrico 48 pueden aislarse térmicamente (es decir,
proporcionarse una capa de material térmicamente aislante) para
minimizar la transmisión de calor desde el exterior al interior.
Ajustados entre el disco final 46 y el disco
central 45 hay tres elementos accionadores 23 (solo dos de los
cuales se ilustran en las Figuras 5 y 6), que están distribuidos
simétricamente alrededor del árbol 42. Igualmente, ajustados entre
el disco final 47 y el disco central 45 hay tres elementos
accionadores 24 (solo se ilustran dos de ellos en las Figuras 5 y
6), que están distribuidos simétricamente alrededor del árbol 42.
Queda claro que el número de elementos accionadores 23 y 24 puede
modificarse de acuerdo con la intensidad del par de torsión
necesario y generalmente puede variar de dos a cinco.
El funcionamiento del dispositivo accionador 17
ilustrado en las Figuras 5 y 6 es similar al del dispositivo
accionador 17 ilustrado en las Figuras 3 y 4. Cuando los elementos
accionadores 23 se activan, es decir, cuando se someten a
calentamiento de acuerdo con las modalidades descritas
anteriormente, los elementos accionadores 23 se alargan provocando
una recesión mutua de sus propios extremos 30 y 31; dicha recesión
mutua de los extremos 30 y 31 de los elementos accionadores 23
provoca una recesión del disco central 45 con respecto al disco
final 46 con un desplazamiento axial consecuente del árbol 42, que
ajusta el árbol 16 en rotación hasta que las mariposas reguladoras
15 se llevan desde la posición de descanso (ilustrada con una línea
discontinua en la Figura 2) a la posición de máxima extracción
(ilustrada con una línea continua en la Figura 2). Cuando los
elementos accionadores 24 se activan, es decir, se someten a
calentamiento de acuerdo con las modalidades descritas
anteriormente, los elementos accionadores 24 se alargan, provocando
una recesión mutua de sus propios extremos 32 y 33; provocando
dicha recesión mutua de los extremos 32 y 33 de los elementos
accionadores 24 una recesión del disco central 45 con respecto al
disco final 47 con un desplazamiento axial consecuente del árbol
42, que ajusta el árbol 16 en rotación hasta que las mariposas
reguladoras 15 se llevan desde la posición de máxima extracción
(ilustrada con una línea continua en la Figura 2) hasta la posición
de descanso (ilustrada con una línea discontinua en la Figura 2).
Obviamente, los elementos accionadores 23 y 24 nunca deben activarse
simultáneamente para evitar la generación de, en el disco central
45, fuerzas opuestas, que podrían provocar un fallo mecánico.
De acuerdo con una realización preferida, se
proporciona un miembro de refrigeración 39, que está diseñado para
provocar una refrigeración forzada de los elementos accionadores 23
y de los elementos accionadores 24. Los miembros de refrigeración
39 comprenden al menos una celda Peltier 40 (o un módulo
termoeléctrico similar), que se inserta en el disco central 45 o,
como alternativa, define el disco central 45. Durante el uso, la
celda Peltier 40 se activa con una tensión dada para transferir
calor desde los elementos accionadores 23 a los elementos
accionadores 24 o también se activa con una tensión de un signo
opuesto para transferir calor desde los elementos accionadores 24 a
los elementos accionadores 23. De esta manera, una sola celda
Peltier 40 es capaz de provocar tanto calentamiento/refrigeración
de los elementos accionadores 23 y simultáneamente
refrigeración/calentamiento de los elementos accionadores 24.
La solución de la realización descrita
anteriormente presenta numerosas ventajas, en la medida de que es
sencilla y económica de producir y permite, comparada con una
realización eléctrica o neumática tradicional, una reducción de
peso de aproximadamente el 80% que puede obtenerse, así como una
reducción considerable en las dimensiones globales, y una mayor
fiabilidad. Adicionalmente, el accionador 17 descrito anteriormente
proporciona un sistema que presenta un alto nivel de integración y
es sencillo desde el punto de vista de construcción. Finalmente los
ensayos experimentales han puesto de manifiesto el hecho de que el
dispositivo accionador 17 descrito anteriormente presenta
requisitos en términos de energía y de consumo energético que son
extremadamente contenidos y notablemente menores comparados con una
realización tradicional con motor eléctrico. En particular, el
dispositivo accionador 17 descrito anteriormente puede requerir
durante el uso una energía de 5-10 W contra un
requisito de energía de un dispositivo accionador tradicional mayor
de 40 W.
Claims (23)
1. Un sistema de torbellino (13) para un
colector de admisión (3) de un motor de combustión interna (1)
provisto con numerosos cilindros (2); comprendiendo el sistema de
torbellino (13):
al menos una válvula reguladora (14) para variar
la sección de paso del aire a través de la tubería de admisión (9),
que conecta al menos un cilindro (2) con el colector de admisión
(3), y
al menos un dispositivo accionador (17) para
gobernar la válvula reguladora (14);
el sistema de torbellino (13) se
caracteriza porque el dispositivo accionador (17)
comprende:
al menos un primer elemento accionador (23), que
es filiforme, que se enrolla en una espiral para asumir la
conformación de un resorte, está hecho de un material con memoria de
forma que genera un desplazamiento de activación de la válvula
reguladora (14) modificando su propia geometría después de la
aplicación de una tensión externa de naturaleza física;
al menos un segundo elemento accionador (24),
que es filiforme, que se enrolla en una espiral para asumir la
conformación de un resorte, está hecho de un material con memoria de
forma que genera un desplazamiento de desactivación de la válvula
reguladora (14) modificando su propia geometría después de la
aplicación de una tensión externa de naturaleza física; y
medios de activación eléctricos (34, 37) para
aplicar una tensión externa de naturaleza física a los elementos
accionadores (23, 24).
2. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 1, en el que los elementos accionadores (23, 24)
se dimensionan de manera que, en ausencia de activación externa, un
elemento accionador (24) prevalece sobre el otro elemento
accionador (23).
3. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 2, en el que cada elemento accionador (23, 24) es
filiforme y se enrolla en una espiral para asumir la conformación de
un resorte.
4. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 3, en el que cada elemento accionador (23, 24) se
enrolla en una espiral para asumir la conformación de un resorte de
compresión.
5. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 3, en el que cada elemento accionador (23, 24) se
enrolla en una espiral para asumir la conformación de un resorte de
extensión.
6. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 3, la reivindicación 4 ó la reivindicación 5, en
el que cada elemento accionador (23, 24) se enrolla en una espiral
para asumir la conformación de un resorte de una vía.
7. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 3, la reivindicación 4 ó la reivindicación 5, en
el que cada elemento accionador (23, 24) se enrolla en una espiral
para asumir la conformación de un resorte de dos vías.
8. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que cada
elemento accionador (23, 24) modifica su propia geometría después de
la aplicación de calor.
9. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 8, en el que cada elemento accionador (23, 24) se
calienta por efecto Joule, provocando la circulación de una
corriente eléctrica a través del propio elemento accionador (23,
24).
10. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que: el
dispositivo accionador (17) comprende medios de calentamiento (34,
37) para calentar los elementos accionadores (23, 24) y medios de
refrigeración (39) para refrigerar los elementos accionadores (23,
24); y el dispositivo accionador (17) está diseñado para calentar
el primer elemento accionador (23) y enfriar simultáneamente el
segundo elemento accionador (24), y viceversa.
11. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 10, en el que los medios de calentamiento (34,
37) están diseñados para provocar el calentamiento a un elemento
activador (23, 24) aplicando tensión entre los extremos (30, 31,
32, 33) del elemento accionador (23, 24) de manera que proporciona
un paso para una corriente eléctrica a través del elemento
accionador (23, 24) y calienta el propio elemento accionador (23,
24) por efecto Joule.
12. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 10 o la reivindicación 11 en el que el medio de
refrigeración (39) comprende una celda Peltier.
13. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que: el
dispositivo accionador (17) comprende un árbol (42) montado para
deslizarse axialmente, un disco central (45) fijado al árbol (42),
y dos discos finales (46, 47), que están dispuestos en lados
opuestos al disco central (45), están montados en una posición fija
y tienen orificios centrales respectivos a través de los cuales el
árbol (42) se desliza libremente; ajustado entre un primer disco
final (46) y el disco central (45) hay un número de elementos
accionadores (23) distribuidos simétricamente alrededor del árbol
(42); y ajustados entre un segundo disco final (47) y el disco
central (45) hay un número de elementos accionadores (24)
distribuidos simétricamente alrededor del árbol (42).
14. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 13, en el que los dos discos finales (46, 47)
constituyen las dos bases opuestas al cuerpo del cilindro (48), que
es hueco para alojar en su interior el disco central (45) y parte
del árbol (42).
15. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 14, en el que la superficie lateral (49) y/o los
discos finales (46, 47) del cuerpo cilíndrico (48) están aislados
térmicamente.
16. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 13, la reivindicación 14 o la reivindicación 15,
en el que el dispositivo accionador (17) comprende un medio de
refrigeración (39) que está diseñado para provocar una
refrigeración forzada de los elementos accionadores (23, 24) y está
integrado en el disco central (45).
17. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 16, en el que el medio de refrigeración (39)
comprende al menos una celda Peltier (40) insertada en el disco
central (45).
18. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 16, en el que el medio de refrigeración (39)
comprende al menos una celda Peltier (40) que define el disco
central (45).
19. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que: el
dispositivo accionador (17) comprende un marco fijo (25), y un disco
(27) que está montado de manera que puede girar en el marco fijo
(25) para girar alrededor de un eje (18) de rotación y está
conectado mecánicamente a la válvula reguladora (14); subiendo
desde al disco (27) hay dos pernos (28,29) que se ajustan paralelos
al eje (18) de rotación, se disponen de manera excéntrica con
respecto al eje (18) de rotación y se ajustan simétricamente en
lados opuestos del propio eje (18) de rotación; un primer extremo
(30) del primer elemento accionador (23) está conectado
mecánicamente a un primer perno (28), y un segundo extremo (31) del
primer elemento accionador (23) está conectado mecánicamente al
marco fijo (25) y un primer extremo (32) del segundo elemento
accionador (24) está conectado mecánicamente a un segundo perno
(29), y un segundo extremo (33) del segundo elemento accionador
(24) está conectado mecánicamente al marco fijo (25).
20. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en el que: el primer
elemento activador (23) está diseñado para generar un par de torsión
para desplazar la mariposa reguladora desde una posición de
descanso a una posición de extracción máxima, y el dispositivo
accionador (17) comprende al menos un segundo elemento accionador
(24) diseñado para generar un par de torsión para desplazar la
mariposa reguladora desde la posición de extracción máxima a la
posición de descanso; los dos elementos activadores (23, 24) están
dimensionados de manera que, en ausencia de activación, el segundo
elemento accionador (24) ejerce un par de torsión mayor que el
ejercido por el primer elemento accionador (23), y la mariposa
reguladora se ajusta de esta manera en la posición de descanso.
21. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en el que: la
válvula reguladora (14) comprende una mariposa reguladora (15)
montada en un árbol (16) para girar bajo el empuje del dispositivo
accionador (17) alrededor de un eje (18) de rotación; y el eje (18)
de rotación de la mariposa reguladora (15) se ajusta
sustancialmente en el exterior con respecto a la tubería de admisión
(9) de manera que, en posición de descanso, la mariposa reguladora
(15) no provoca ninguna reducción en la sección de paso del aire de
la tubería de admisión (9).
22. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 21, en el que: la tubería de admisión (9) tiene
una pared (19) que delimita la sección de paso del aire; y la
mariposa reguladora (15) está montada en un eje respectivo (16)
embebido en la pared (19) de la tubería de admisión respectiva
(9).
23. El sistema de torbellino (13) de acuerdo con
la reivindicación 22, en el que la pared (19) de la tubería de
admisión (9) tiene un asiento (20) que está diseñado para alojar la
mariposa reguladora (15) cuando la propia mariposa reguladora (15)
se ajusta en una posición de descanso.
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