ES2352488A1 - Dispositivo variador del árbol de levas. - Google Patents
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Abstract
El presente invento es un dispositivo variador del árbol de levas para un motor de combustión interna que incluye un cigüeñal y un árbol de levas. El dispositivo incluye un (1º componente) que se une de forma rígida al árbol de levas del motor por lo tanto la rotación del 1º componente producirá la rotación del árbol de levas; un (2º componente) que será rotado por el cigüeñal del motor; un (3º componente) que une el 1º componente y 2º componente entre sí, y a su vez rotar el 1º componente respecto al 2º componente para variar la posición y la velocidad parcial del árbol de levas respecto al cigüeñal y un (4º componente) para producir movimiento longitudinal y longitudinal alternativo del 3º componente. El objetivo del dispositivo es permitir variar el tiempo y duración de apertura y cierre de las válvulas mediante la variación de la posición y velocidad parcial del árbol de levas respecto al cigüeñal.
Description
Dispositivo variador del árbol de levas.
El presente invento está relacionado a motores
de combustión interna, concretamente es un dispositivo para variar
la posición del árbol de levas de un motor de combustión
interna.
Un motor de combustión interna típico incluye un
bloque motor, una pluralidad de pistones reciprocantes que se mueven
de forma alternativa dentro del bloque de cilindros, del motor, un
cigüeñal unido a los pistones para ser rotado por el movimiento
alternativo de dichos pistones y un árbol de levas movido por el
cigüeñal por medio de una cadena o correa de distribución. Al rotar
el árbol de levas, el perfil de la leva unida al árbol de levas
empuja las válvulas ya sean válvulas de admisión o válvulas de
escape, produciendo la apertura de dichas válvulas. Después que
dicho perfil del árbol de levas deje de actuar dicha válvula
regresará a su posición original gracias a la acción de un resorte
cerrando la válvula. El diseño del perfil de la leva así como la
posición determina entre otras cosas el tiempo que la válvula
permanecerá abierta.
En un motor de cuatro tiempos estandar, un ciclo
de operación comprendido de (admisión, compresión, potencia y
escape) toman lugar sobre los cuatro tiempos del pistón, realizando
éstas operaciones en 2 revoluciones completas del cigüeñal. Cuando
el pistón está en el punto máximo del cilindro en el comienzo de la
carrera de admisión, la válvula de admisión abre y el pistón en su
movimiento descendente absorbe mezcla
aire-combustible. Cuando se alcanza el punto mínimo
del pistón en su carrera de descenso, la válvula de admisión se
cierra y el pistón comienza a subir en su carrera de compresión.
Justo antes que el pistón alcance el punto máximo, la mezcla aire
combustible comprimida es encendida por un chispazo mandado por una
bujía, forzando al pistón a bajar en el ciclo de potencia. Cuando el
pistón alcanza el punto más bajo en este ciclo, la válvula de escape
abre permitiendo que los productos de la combustión sean forzados
hacia fuera a través de la válvula de escape.
Algunos motores de combustión interna usan dos
árboles de levas, uno para operar las válvulas de admisión y el otro
para operar las válvulas de escape. Ambos árboles de levas en un
motor con doble árbol de levas puede ser movidos por una cadena o
correa de distribución.
La eficiencia de un motor de combustión interna
puede ser aumentada cambiando la posición del árbol de levas
respecto al cigüeñal. Por ejemplo, el árbol de levas puede ser
"retardado" atrazando el cierre de las válvulas de admisión o
"avanzado" para un cierre adelantado de las válvulas de
admisión. En un motor con doble árbol de levas, retrazar o adelantar
el árbol de levas puede ser logrado cambiando la posición de uno de
los árboles de levas, usualmente del árbol de levas que opera las
válvulas de admisión del motor respecto al otro árbol de levas y al
cigüeñal. Retrazar o avanzar el árbol de levas varia el tiempo del
motor en términos de operación de las válvulas de admisión respecto
a las válvulas de escape, o en términos de operación de las válvulas
respecto a la posición del cigüeñal. Esto es lo que consigue el
dispositivo de mi propiedad la Patente No: US 6.640.760.
Por otra parte la eficiencia de un motor de
combustión interna también puede ser aumentada si la válvula de
admisión es capaz de permanecer durante más tiempo abierta en el
ciclo de admisión, permitiendo mayor cantidad de entrada de mezcla
aire-combustible.
Entonces la eficiencia de un motor de combustión
interna puede ser aumentada de ambas formas:
- 1.-
- cambiando la posición del árbol de levas respecto al cigüeñal o cambiando la posición usualmente del árbol de levas de admisión respecto al otro árbol de levas y al cigüeñal (función realizada ya en la otra patente U.S 6.640.760) y
- 2.-
- manteniendo la válvula de admisión durante un mayor tiempo abierta permitiendo mayor cantidad de entrada de mezcla aire-combustible al pistón.
Fig. 1 Es una vista lateral del dispositivo
variador del árbol de levas, donde una mitad del dibujo presenta un
corte longitudinal
Fig. 2 Es un corte longitudinal del dispositivo
variador del árbol de levas
Fig. 3 Es una vista de la sección longitudinal
del despiece del dispositivo variador del árbol de de levas.
Fig. 4 Es una vista tomada en la línea 4 - 4 de
la Fig. 2 con partes añadidas y omitidas para mejor claridad
Fig. 5 Es una vista tomada en la línea 5 - 5 de
la Fig. 2 con partes omitidas para mejor claridad
Fig. 6 Es una vista de la sección longitudinal
del mecanismo de transmisión del 1º componente del dispositivo
variador del árbol de levas
Fig.7 Es una vista en perspectiva del mecanismo
de transmisión del 3º componente del dispositivo variador del árbol
de levas.
Fig. 8 Es una vista en perspectiva del bloque
deslizante del 3º componente del dispositivo variador del árbol de
levas
Fig. 9 Es una vista en perspectiva de las guías
pertenecientes al 3º componente del dispositivo variador del árbol
de levas
Fig. 10 Es una vista frontal del anillo del 2°
componente del dispositivo variador del árbol de levas.
Fig. 11 Es una vista en perspectiva del 4º
componente del dispositivo variador del árbol de levas
Fig. 12 Es una vista tomada en la línea 12 - 12
de la Fig. 1 del dispositivo variador del árbol de levas.
Fig. 13 Es una vista tomada en la línea 13 - 13
de la Fig. 12 del dispositivo variador del árbol de levas.
Fig. 14 Es una vista tomada en la línea 14 - 14
de la Fig. 13 del dispositivo variador del árbol de levas.
El dispositivo variador del árbol de levas 11
esta diseñado para usarlo en combinación con un motor de combustión
interna típico, el de un automóvil por ejemplo.
El motor de combustión interna incluye un
cigüeñal 13 y el árbol de levas 15 que tienen un eje longitudinal
17.
El dispositivo variador del árbol de levas 11
incluye un primer componente 19, preferiblemente alineado con el eje
longitudinal 17 del árbol de levas 15, para ser conectado fijamente
o unido al árbol de levas 15 por lo tanto la rotación de éste
causará que el árbol de levas 15 rote; un segundo componente 21,
preferiblemente alineado con el eje longitudinal 17 del árbol de
levas 15, para ser rotado por el cigüeñal 13; y un tercer componente
23, preferiblemente alineado con el eje longitudinal 17 del árbol de
levas 15, para unir el primer y segundo componente 19, 21 uno al
otro, para que el primer componente 19 rote cuando el segundo
componente 21 sea rotado por el cigüeñal 13 y para rotar el primer
componente 19 respecto al segundo componente 21 con el fin de variar
la posición del árbol de levas 15 respecto al cigüeñal 13.
El dispositivo variador del árbol de levas 11
está preferiblemente diseñado para que el movimiento longitudinal
del tercer componente 23 respecto al primer componente 19 cause
rotación del mencionado primer componente 19 respecto al segundo
componente 21 y preferiblemente incluye un cuarto componente 25 para
producir el movimiento longitudinal del tercer componente 23. El
cuarto componente 25 incluye un componente de fuerza motriz como
unos motores eléctricos 100 y 101 que mediante un mecanismo de
engranajes hace girar en un sentido u otro el cuarto componente 25
aplicando una fuerza longitudinal y longitudinal alternativa sobre
el 3º componente 23 desplazándolo en sentido longitudinal.
El primer componente 19 incluye preferiblemente
un mecanismo de transmisión del primer componente 29 que tiene uno o
más (preferiblemente tres) dientes en espiral 31 y un tercer
componente 23 que incluye preferiblemente un mecanismo de
transmisión 33 que tiene uno o más(preferiblemente tres por
lo menos) dientes en espiral 35 que actúan con los dientes en
espiral 31 del mecanismo de transmisión del primer componente 29 por
lo tanto el movimiento longitudinal del mecanismo de transmisión del
tercer componente 33 relativo al mecanismo de transmisión del primer
componente 29 causará la rotación del mecanismo de transmisión del
primer componente 29. El mecanismo de transmisión del componente 29
puede ser maquinado o si no construido como un eje central con
dientes en espiral de acero al carbono o similar. El mecanismo de
transmisión del tercer componente 33 puede ser maquinado y
construido de acero al carbono, como un anillo con dientes en
espiral.
El segundo componente 21 preferiblemente incluye
una rueda 37 formada por una polea externa con dientes que encaja en
una cadena o correa de distribución 39 que a su vez es movida por
una polea con dientes 40, montada en el cigüeñal 13 (ver por ejemplo
la Fig. 4).
Así, el engranaje 37 puede tener dientes
externos para usarse con una cadena de distribución o ranuras
externas para usarse con una correa de distribución.
El segundo componente 21 incluye preferiblemente
un cuerpo o un anillo 41 al cual el engranaje de distribución está
fijamente unido. El anillo 41 puede ser maquinado y hecho de acero o
un plástico como nylon o similar.
El tercer componente 23 esta asegurado
preferiblemente al segundo componente 21 en una manera que previene
la rotación del mecanismo de transmisión del tercer componente 33
respecto al segundo componente 21 y este a su vez permite el
movimiento longitudinal del mecanismo de transmisión del tercer
componente 33 respecto al segundo componente 21. Por ejemplo, el
tercer componente 23 incluye una pluralidad de barras o guías
espaciadas entre sí tipo enchufe macho 43, y el segundo componente
21 debe tener una pluralidad de orificios circulares 45 espaciados
entre sí (tipo enchufe hembra) en el anillo 41 para servir de
receptor deslizante de las barras o guías 43 del tercer componente
23 para así asegurar el segundo y el tercer componente 21,23 juntos
de tal manera que permita el movimiento longitudinal del tercer
componente 23 respecto al segundo componente 21 mientras restringe o
previene la rotación del tercer componente 23 respecto al segundo
componente 21. Las guías o barras 43 pueden ser maquinadas y
fabricadas de acero al carbono incluso pueden ser huecas para
reducir peso (Ver Fig. 9A).
Los casquillos 47 son preferiblemente colocados
entre las guías o barras 43 y los orificios circulares 45. Los
casquillos 47 pueden ser maquinados y fabricados de bronce o un
material similar.
El tercer componente 23 incluye preferiblemente
un bloque deslizante 49 para unir el mecanismo de transmisión del
tercer componente 33 y las guías 43. Por ejemplo, el bloque
deslizante 49 debe tener orificios 51 para recibir los extremos de
las barras o guías 43 y dichas guías ser fijamente unidas por
tornillos y una abertura central 53 para recibir el mecanismo de
transmisión del tercer componente 33.
El bloque deslizante 49 debe ser maquinado y
construido de acero al carbono o un material similar.
El dispositivo variador del árbol de levas 11
incluye preferiblemente un primer cojinete de empuje 55 colocado
entre el primer componente 19 y el segundo componente 21 para
permitir rotación sin restricción entre el primer componente 19 y el
segundo componente 21, y un segundo cojinete de empuje 57 colocado
entre el tercer componente 23 y el cuarto componente 25 para
permitir rotación sin restricción entre el tercer componente 23 y el
cuarto componente 25.
El tercer componente 23 incluye preferiblemente
un borde saliente 59 perteneciente a las barras espaciadas entre sí
tipo macho 43 y otro borde saliente 61 perteneciente al bloque
deslizante 49, ambos bordes salientes 59 y 61 sirven para:
permitir el movimiento longitudinal del cuarto
componente 25 solidario con el tercer componente 23 y a su vez
permitir la rotación del cuarto componente 25 respecto al 3º
componente 23.
El tercer componente 23 preferiblemente incluye
una pluralidad de tornillos 63 que se extienden a través del bloque
deslizante 49 y el mecanismo de transmisión del tercer componente 33
para asegurar estas piezas entre sí, aparte dicho mecanismo de
transmisión del 3º componente 33 tiene un borde 105 tipo chaveta que
encaja en su respectivo chavetero en el bloque deslizante 49 para
asegurar que no haya rotación de éste respecto al bloque deslizante
49.
El cuarto componente 25 incluye preferiblemente
un primer y segundo anillo contenedor 71, 65 que están juntos y
unidos de forma rígida a la pista externa del cojinete de empuje 57
para prevenir o restringir el movimiento longitudinal del cuarto
componente 25 respecto al segundo cojinete de empuje 57 y por lo
tanto al 3º componente 23. Estas dos piezas contenedoras 71 y 65
pueden ser hechas de nylon o un material similar.
El primer anillo contenedor 65 presenta en una
de sus caras una pluralidad (por lo menos 2) de perfiles o relieves
de altura variable 65A para que al girar dicho anillo 65 aplique una
fuerza longitudinal en un punto de contacto determinado como son la
pluralidad de perfiles o relieves redondeados 69A pertenecientes al
anillo 69.
El cuarto componente 25 debe incluir una
pluralidad de tornillos que se extienden a través del primer anillo
contenedor 65 y del segundo anillo contenedor 71 para mantener
dichas piezas unidas.
El segundo componente 21 incluye preferiblemente
un tercer y cuarto anillo contenedor 75, 77 que están unidos y sirve
para centrar el cojinete de empuje principal 55 respecto al anillo
41 y unir de forma rígida dicho cojinete de empuje 55 al 2º
componente 21 permitiendo la rotación de ambas piezas entre sí. El
tercer y cuarto anillo contenedor 75, 77 debe ser maquinado y
fabricado de plástico como nylon u otro material como acero al
carbono o un material similar.
El segundo componente 21 debe incluir una
pluralidad de tornillos para unir el primer anillo contenedor 75, el
segundo anillo contenedor 77 y el anillo 41 para asegurar estas
partes entre sí.
El mecanismo de transmisión del primer
componente 29 consiste preferiblemente de una prolongación del eje
que tiene un extremo 79 y el otro extremo 81 donde se encuentran los
dientes en espiral 31.
El primer componente 19 incluye preferiblemente
un primer conector 83 que se une al extremo 79 del mecanismo de
transmisión del primer componente 29 por medio de una chaveta 85 y
chavetero para la chaveta 85 en ambos tanto en el extremo del eje 79
como en el primer conector 83; y una serie de tornillos 86 que se
extienden a través del primer conector 83 hacia la chaveta 85. El
primer conector 83, tiene un cambio de sección de diámetro 89 que se
usa para alojar la cabeza de un tornillo que une el tercer conector
95 y el segundo conector 93 con el árbol de levas 15. El primer
conector 83 debe ser maquinado y construido de acero al carbono o un
material similar.
El primer componente 19 debe incluir un tercer
conector 95 que se conecta al segundo conector 93 y dicho conector
93 se conecta al primer conector 83. Los conectores 95, 93 y 83
deben ser hechos de acero al carbono o un material similar.
Y un pasador 96 que atraviesa el segundo
conector 93, y se extiende desde el primer conector 83 hacia el
tercer conector 95.
El primer componente 19 debe incluir una
pluralidad de tornillos para asegurar el primer conector 83 con el
segundo conector 93. Por otra parte el primer conector 83, el
segundo conector 93 y el tercer conector 95 están asegurados de
forma rígida gracias al pasador 96 evitando deslizamiento entre los
conectores 83, 93 y 95. El segundo y tercer conector 93 y 95 unidos
forman un espacio para contener el cojinete de empuje 55 y
restringir el movimiento longitudinal del segundo componente 21
respecto al primer componente 19 mientras que permite la rotación
del segundo componente 21 respecto al primer componente 19 y por
medio de los mecanismos de transmisión del primer componente y
tercer componente 29 y 33.
Los conectores segundo y tercero 93, 95 tienen
un orificio central para ser asegurado de forma rígida (que no
exista rotación entre los conectores 93, 95 y el árbol de levas)
mediante un tornillo a un extremo del árbol de levas 15 por lo tanto
el árbol de levas 15 rotará o girará cuando el cigüeñal 13 haga que
el segundo componente 21 gire por medio de la unión entre la correa
o cadena de distribución 39 y el engranaje de distribución 37,
causando de este modo que el tercer componente 23 rote por medio de
la unión entre el anillo 41 y las guías 43, causando así que el
primer componente 19 rote por la interacción entre el primer y
tercer mecanismo de transmisión 29, 33 tal como se muestra en los
dibujos. Entonces el variador del árbol de levas podrá adelantar o
atrazar el tiempo de las válvulas cuando diversos sensores
instalados en el motor den una señal que hará girar el motor
eléctrico 100 moviendo el cuarto componente 25 y éste aplique una
fuerza longitudinal sobre el 3º componente 23 consiguiéndose que el
1º componente 19 gire ligeramente respecto al 2º componente 21
alrededor del eje longitudinal 17 del árbol de levas 15 por medio de
la interacción entre el mecanismo de transmisión del primer
componente y el tercer componente 29, 33 y la interacción entre el
anillo de nylon 41 y las guías 43. Otro diseño de las guías 43 (ver
figura 9A) es que su parte central presenta un orificio lo que la
hace ser más liviana.
El 4º componente 25 está compuesto por varias
partes y su finalidad es aplicar una fuerza longitudinal al 3º
componente 23. Es el mismo que el usado en el proyecto anterior
(Véase la patente de mi propiedad Patent No: US 6.640.760) pero
colocado en otra posición y con piezas adicionales. Antes se
encontraba en la parte final del 3º componente 23 y ahora se
encuentra ubicado entre el 2º componente 21 y 3º componente 23 con
la finalidad de hacer más compacto el dispositivo y lograr mayor
precisión y ajuste de un motor. Dicho 4º componente queda formado
por:
- .-
- Un anillo con una pluralidad de extensiones 69 (por lo menos 2) con perfiles o relieves redondeados 69A en sus extremos y orificios circulares en sus extremos para fijarse a las barras 98,
- .-
- otro anillo 65 que presenta en una de sus caras una pluralidad de perfiles o relieves de altura variable 65A y en otra de sus caras presenta una pluralidad de cavidades donde encajan y actúan una pluralidad de perfiles o relieves de altura variable 67A y presenta en su periferia dientes de engranaje 65B y en su parte trasera presenta un cambio de sección para dar cabida al cojinete de empuje 57
- .-
- otro anillo 67 que presenta en una de sus caras una pluralidad de cavidades donde encaja y actúa una pluralidad de perfiles o relieves de altura variable 73B, adicional presenta en su cara opuesta una pluralidad (por lo menos 4) perfiles o relieves de altura variable 67A y presenta en su periferia dientes de engranaje 67B.
- .-
- otro anillo 73 que presenta en una de sus caras una cavidad semi-circular 73A donde actúa la excéntrica 91 y en su cara opuesta presenta una pluralidad de perfiles o relieves de altura variable 73B
- .-
- otro anillo 71 que presenta en una de sus caras un cambio de sección y junto con la parte trasera del anillo 65 forman una cavidad para dar cabida a un cojinete de empuje 57 y se unen de forma rígida a la pista externa de dicho cojinete de empuje 57
- .-
- las barras 98 donde se fijan de forma rígida los motores 100 y 101, el anillo con la pluralidad de extensiones 69, la pluralidad de engranajes 106, 107 y 108 que están acoplados y sincronizados en movimiento entre el 2º y 4º componente (21, 25) y las excéntricas 91
- .-
- y dos motores eléctricos 100 y 101, donde el motor eléctrico 100 que mediante un tornillo sin fin 102 actúa sobre los dientes de engranaje 65B mueve el anillo 65 en ambos sentidos y el 2º motor eléctrico 101 que mediante un tornillo sin fin 103 actúa sobre los dientes de engranaje 67B moviendo el anillo 67 en ambos sentidos.
- .-
- y el anillo 41 que presenta en su periferia una pluralidad de engranajes 41A que están acoplados y sincronizados en movimiento con una pluralidad de engranajes 107, 108 y 106 que mueven las excéntricas 91 y 91A
- .-
- una pluralidad de excéntricas 91 y 91A unidas a un engranaje 106 donde dichas excéntricas 91 y 91A que actúan sobre las cavidades semi-circulares 73A del anillo 73
- .-
- una pluralidad de engranajes 107 y 108 para sincronizar con precisión el movimiento del 2º componente 21 (mediante los engranajes 41A) con la excéntrica 91 (mediante los engranajes 106).
El anillo con la pluralidad de extensiones 69
con perfiles o relieves redondeados 69A interactúan con los perfiles
o relieves variables 65A del anillo 65, dicho anillo con la
pluralidad de extensiones 69 está unido de forma rígida a las barras
98 mediante los orificios 69B. Las barras 98 se usan para fijar de
forma rígida el anillo con extensiones o relieves redondeados 69 y
el motor eléctrico 100 y 101. El motor eléctrico 100 cuyo engranaje
102 interactúa con los dientes rectos 65B del anillo 65. Dicho
anillo 65 es la pieza existente del diseño anterior pero modificada,
ya que se le han quitado los pasadores laterales de conexión
existentes y se ha colocado una pluralidad de dientes de engranaje
65B en la parte externa de la pieza. El cojinete de empuje 57 está
encerrado entre los bordes 59 de la guía 43 y el borde 61 del bloque
deslizante 49 que restringen el movimiento longitudinal del 4º
componente 25 respecto al 3º componente 23 y permiten la rotación de
dicho cojinete de empuje 57 respecto al 4º componente 25, es decir
permite la rotación del 4º componente 25 respecto al 3º componente
23. Entonces al girar el tornillo sin fin 102 del motor eléctrico
100 e interactuar con los dientes de engranaje rectos 65B del anillo
65 girará dicho anillo 65 alrededor del eje y por lo tanto girará el
conjunto unido a dicho anillo 65 formado por el anillo 71 y el
cojinete de empuje 57. Al girar dicho anillo 65 la pluralidad de
perfiles o relieves de altura variable 65A actuarán sobre la
pluralidad de perfiles o relieves redondeados 69A del anillo con
extensiones o relieves redondeados 69 produciendo un desplazamiento
longitudinal del anillo 65 y también del conjunto solidario a dicho
anillo 65 formado por: el anillo 71 y el cojinete de empuje 57 por
lo tanto producirá un desplazamiento longitudinal del 3º componente
23 respecto al 1º componente 19. Este desplazamiento longitudinal
del 3º componente 23 producido por el 4º componente 25 causará que
el 1º componente 19 rote ligeramente respecto al 2º componente 21
alrededor del eje longitudinal 17 del árbol de levas 15 gracias a la
interacción entre el primer y tercer mecanismo de transmisión 29, 33
y la interacción entre el anillo 41 y las guías 43, como se muestra
en los dibujos. El diseño del 4º componente 25 es sencillo ya que
las piezas que lo componen (los 2 anillos, el cojinete y otras) no
son complejas, por el contrario son muy sencillas ya que no
presentan ranuras internas intrincadas para funcionar o
acoplamientos complejos con otras piezas, haciendo de ellas piezas
de fácil fabricación y por lo tanto hace del 4º componente 25 un
conjunto sin costes de producción excesivos, por otra parte no
requiere alta precisión mecánica ni de formas intrincadas para
cumplir un buen funcionamiento y duración.
Otra de las mejoras introducidas en el 4º
componente es el anillo con extensiones o relieves redondeados 69
que está unido de forma rígida a la pluralidad de barras 98 y que a
su vez contiene al 4º componente 25 (conjunto formado por los
anillos 65, 67, 71 y el cojinete de empuje 57), su función es actuar
con el anillo de perfiles o relieves variables 65 y disminuir las
vibraciones del dispositivo.
Todas éstas mejoras hechas en el actuador y
otras partes del dispositivo están orientadas a mejorar el
funcionamiento y fiabilidad. Una de las ventajas adicionales del
actuador o 4º componente 25 antes descrito es que se puede variar la
altura de los perfiles o relieves 65A del anillo 65 y por lo tanto
se puede conseguir adaptar la respuesta del dispositivo a las
necesidades particulares de cada motor y en un rango determinado de
rpm específico.
Por lo tanto el dispositivo puede avanzar o
retrazar el tiempo de las válvulas cuando el 4º componente 25 active
una fuerza longitudinal que actuará sobre el 3º componente 23 y
causará que el 1º componente 19 rote ligeramente respecto al 2º
componente 21 alrededor del eje longitudinal 17 del árbol de levas
15 gracias a la interacción entre el primer y tercer mecanismo de
transmisión 29, 33 y la interacción entre el anillo 41 y las guías
43, como se muestra en los dibujos.
El dispositivo variador del árbol de levas de la
presente invención provee de un dispositivo mecánico capaz de variar
la posición del árbol de levas de un motor de combustión interna
permitiendo altos valores de potencia y par motor a altas
revoluciones por minuto (rpm) y altos valores de potencia y par
motor y una velocidad estable en vacío a bajas revoluciones por
minuto y menor consumo de combustible y menor desgaste mecánico del
motor de combustión interna. En otras palabras el dispositivo logra
que el motor sea más elástico (entrega de potencia a más bajo
régimen de revoluciones por minuto). El dispositivo variador del
árbol de levas está compuesto de una primera parte o 1º componente
19 para ser conectado o unido al árbol de levas 15, una segunda
parte o 2º componente 21 en la cual va la correa o cadena de
distribución del cigüeñal 13 y un 3º componente 23 o parte
intermedia que une el 1º y 2º componente 19 y 21 respectivamente de
tal manera que permita que el 1º componente 19 o parte interna y el
2º componente 21 o parte externa se muevan con diferentes
velocidades, lo cual produce un movimiento rotacional en el 1º
componente 19 o parte interna cuando una fuerza longitudinal es
aplicada al 3º componente 23 o parte intermedia, la cual es capaz de
variar la posición del árbol de levas 15 respecto al cigüeñal 13
mientras el motor está funcionando. Uno de los propósitos
principales de variar la posición del árbol de levas 15 es cambiar
el ángulo entre la leva de admisión y la leva de escape, ya que el
ángulo entre la leva de admisión y escape juega un papel importante
en la cantidad de mezcla aire-combustible que entra
en el cilindro-pistón. Dependiendo en si la leva
abre la válvula de admisión antes o después, permitiendo más o menos
cantidad de mezcla aire-combustible. Por ejemplo,
un motor con un árbol de levas que tenga un ángulo entre la leva de
admisión y la leva de escape de 114° tiene buenos valores de par
motor y potencia a bajas (rpm) y una buena velocidad de vacío. Por
otra parte, un motor con un ángulo entre la leva de admisión y
escape de 108° desarrolla mejores valores de par motor y potencia a
altas rpm. Cuando la leva de admisión abre la válvula de admisión
antes y la válvula de escape no está cerrada completamente, dichos
gases de escape siguen saliendo por la válvula de escape creando un
vacío. Este vacío aumenta la cantidad de gases de entrada (mezcla
aire-combustible) y permite que entre mayores
cantidades de gases de entrada al cilindro-pistón.
Esto es exactamente lo que se busca a altas rpm porque se requiere
un llenado eficiente de mezcla aire-combustible en
el cilindro-pistón tanto como sea posible para
obtener una combustión más eficiente. Cuando la leva de admisión
abre la válvula de admisión antes (respecto a los precisos momentos
mecánicos de apertura y cierre de válvulas) a bajas rpm, parte de
los gases de entrada escapan a través de la válvula de escape
(porque ésta no está completamente cerrada) y por lo tanto el
llenado del cilindro pistón es pobre. El resultado es una mala e
irregular velocidad en vacío, alto consumo y bajo par motor y
potencia a bajas rpm. Mientras el motor está funcionando en ambos
alta y bajas rpm, la presente invención hace que el árbol de levas
de admisión rote respecto al árbol de levas de escape, cambiando el
ángulo entre la leva de admisión y la leva de escape por lo tanto es
posible conseguir un mejor llenado de mezcla
aire-combustible del cilindro -pistón cuando el
presente dispositivo haga que la válvula de admisión abra antes de
tiempo, cerrando el ángulo entre la leva de admisión y escape a
altas rpm. El presente invento está preferiblemente ajustado a bajas
rpm, lo cual quiere decir que el ángulo entre la leva de admisión y
escape están ajustadas con el arreglo de "fábrica" a bajas rpm,
con un ángulo relativamente amplio entre la leva de admisión y
escape, haciendo que la válvula de admisión abra más tarde. La
presente invención permite que el ángulo entre la leva de admisión o
entrada y la leva de escape sea cambiada simplemente aplicando una
una fuerza longitudinal mejorando par motor y potencia en un rango
más amplio entre bajas rpm y altas rpm, proveyendo de mejores
valores de par motor y potencia, disminuir consumo de combustible y
menor desgaste mecánico del motor.
Aunque la presente invención ha sido descrita e
ilustrada de una forma determinada e inclinada hacia un determinado
uso, ésta no se limita sólo a un determinado uso ya que ciertas
modificaciones y cambios puedan ser hechos en ésta estando
completamente en el alcance propuesto de la invención.
El nuevo diseño del 4º componente 25 además de
permitir la variación del tiempo de las válvulas permite una función
adicional nueva que es la variación de la duración de apertura y
cierre de las válvulas con precisión.
Esto es gracias a un 2º motor 101 que interactúa
con los dientes de engranaje 67B, girando el anillo 67 que produce
un movimiento longitudinal del anillo 73 debido a la interacción
sobre los perfiles de relieve variable 73B. Al desplazarse en
sentido horizontal el anillo 73 va a interactuar con la excéntrica
91 concretamente con la zona semicircular 73A y al estar dicha
excéntrica 91 girando va a producir un movimiento longitudinal
alternativo en la zona 73A y por lo tanto del anillo 73, éste a su
vez transmitirá dicho movimiento longitudinal alternativo sobre el
anillo 67 y éste último sobre el anillo 65 gracias a la interacción
de los perfiles de relieve variable 73B y 67A respectivamente.
Entonces se moverá en sentido longitudinal
alternativo el 3º componente 23 puesto que es solidario al anillo 65
que forma parte del 4º componente 25.
El movimiento de desplazamiento longitudinal
alternativo del anillo 73 producido por la excéntrica 91 se produce
en el momento preciso cuando la válvula se está abriendo y cerrando
para variar el tiempo de dicha "apertura" y "cierre" de la
válvula. La transmisión de movimiento se logra ya que la excéntrica
91 está sincronizada en movimiento con el 2º componente 21 que a su
vez está sincronizado en movimiento con el cigüeñal 13 entonces al
girar dicho 2º componente 21 girará la excéntrica 91. El movimiento
se transmite por la interacción de los dientes de engranaje 106
pertenecientes a la excéntrica 91 por medio de los dientes de
engranajes 107 y 108 respectivamente hasta los dientes del engranaje
41A del 2º componente 21 y éste último movido por una cadena o
correa de distribución por el cigüeñal 13.
El movimiento longitudinal alternativo del 4º
componente 25 se produce justo cuando el árbol de levas 15 comienza
a cerrar la válvula, trayendo como consecuencia un atrazo adicional
de dicho árbol de levas 15 respecto al cigüeñal 13 y por lo tanto
retardando el cierre de dicha válvula aumentando de ésta manera el
tiempo de apertura de dicha válvula llamado duración.
Con esto se consigue que la válvula permanezca
más tiempo abierta de lo que puede originalmente lograr el árbol de
levas 15 y por lo tanto se consigue un mayor llenado de mezcla
aire-combustible del cilindro.
Una vez que la válvula está cerrada la
excéntrica 91 deja de actuar sobre el 4º componente 25, el
movimiento longitudinal alternativo termina regresando dicho 4º
componente 25 y el 3º componente 23 a su posición original, por lo
tanto el árbol de levas 15 regresa a su desfase inicial (desfase que
es producido por el movimiento longitudinal del 4º componente 25 por
la acción del motor (100) sobre los dientes de engranaje 65B del
anillo 65.
Todo el dispositivo anteriormente explicado y
mostrado correspondiente al 4º componente 25 no tiene una elevada
complejidad mecánica, puesto que su fabricación es más sencilla.
Y por otra parte su diseño permite una función
adicional nueva como es la variación de duración de apertura y
cierre de válvulas. Aparte el diseño permite el uso de materiales
plásticos en lugar de acero al carbono lo que lo hace ser más
liviano, económico y a la vez altamente fiable.
Ninguno de los sistemas que existen en el
mercado actualmente tiene la capacidad de variar la duración de
apertura y cierre de válvulas.
Claims (12)
1. El dispositivo variador del árbol de levas
para un motor de combustión interna formado por un cigüeñal, árbol
de levas y pistones consiste de las siguientes partes:
(a) un primer componente que esta conectado de
forma rígida al árbol de levas y por lo tanto al rotar este primer
componente causará la rotación del árbol de levas; dicho primer
componente incluye un mecanismo de transmisión del primer componente
que tiene por lo menos un diente en espiral.
(b) un segundo componente que va a ser movido
por el cigüeñal del motor; y
(c) un tercer componente que une el primer y el
segundo componente uno al otro, de manera que el primer componente
rote cuando el segundo componente sea rotado por el cigüeñal y para
rotar el primer componente relativo al segundo componente para
variar la posición del árbol de levas relativa al cigüeñal; dicho
tercer componente incluye un mecanismo de transmisión del tercer
componente que tiene por lo menos un diente en espiral que actúa con
dicho diente espiral del mencionado mecanismo de transmisión del
primer componente por lo tanto el movimiento longitudinal del
mencionado mecanismo de transmisión del tercer componente relativo
al mencionado mecanismo de transmisión del primer componente causará
la rotación del mencionado mecanismo de transmisión del primer
componente;
dicho tercer componente incluye una pluralidad
de barras espaciadas tipo enchufe macho y dicho segundo componente
tiene una pluralidad de orificios circulares espaciados entre sí
tipo enchufe hembra para servir de receptor deslizante de las
mencionadas barras tipo enchufe macho del tercer componente para
asegurar que dicho segundo y tercer componentes estén juntos de modo
que permita movimiento longitudinal del tercer componente respecto a
dicho segundo componente y a la vez prevenir la rotación de dicho
tercer componente respecto a dicho segundo
componente.
componente.
(d) un cuarto componente situado entre el
segundo y el tercer componente. Dicho cuarto componente al girar
movido por unos mecanismos de engranajes, aplica una fuerza
longitudinal sobre el tercer componente que lo hace desplazarse en
sentido longitudinal. Éste 4º componente tiene restringido su
movimiento longitudinal respecto al 3º componente por 2 bordes
unidos de forma rígida a dicho 3º componente asegurando así el
movimiento longitudinal del 3º componente y el 4º componente juntos
y a su vez permitir la rotación del 4º componente respecto al 3º
componente gracias al cojinete de empuje que tiene el 4º componente,
dicho cojinete de empuje está encerrado por los bordes ya
mencionados del 3º componen-
te.
te.
2. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 1 caracterizado porque el cuarto
componente está formado por un primer anillo (69) con al menos 2
extensiones que presenta perfiles o relieves redondeados (69A) en
sus extremos y unos orificios circulares también en sus extremos
para fijarse a unas barras (98).
3. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 2 caracterizado porque el cuarto
componente está formado por un segundo anillo (65) que presenta en
su periferia dientes de engranaje (65B) y presenta en una de sus
caras una pluralidad de perfiles o relieves de altura variable (65A)
y en otra de sus caras presenta una pluralidad de cavidades donde
encajan y actúan una pluralidad de perfiles o relieves de altura
variable (67A) de un tercer anillo (67) perteneciente al cuarto
componente y en su parte trasera presenta un cambio de sección para
dar cabida a un cojinete de empuje (57).
4. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 3 caracterizado porque el tercer
anillo (67) del cuarto componente presenta en su periferia dientes
de engranaje y presenta en una de sus caras una pluralidad de
cavidades donde encaja y actúa una pluralidad de perfiles o relieves
de altura variable (73B) de un cuarto anillo (73) y adicionalmente
presenta en su cara opuesta por lo menos 4 perfiles o relieves de
altura variable (67A) que actúan en el segundo anillo.
5. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 4 caracterizado porque el cuarto
anillo (73) del cuarto componente presenta en una de sus caras una
cavidad semi-circular donde actúa una excéntrica
(91) y en su cara opuesta presenta una pluralidad de perfiles o
relieves de altura variable (73B) que actúan en el tercer
anillo.
6. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 5 caracterizado porque el cuarto
componente está formado por un quinto anillo que presenta en una de
sus caras un cambio de sección que, junto con la parte trasera del
segundo anillo forman una cavidad para dar cabida al cojinete de
empuje (57), al que están unidos de forma rígi-
da.
da.
7. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 6 caracterizado porque el cuarto
componente incluye dos motores eléctricos, donde el 1º motor
eléctrico mediante un tornillo sin fin actúa sobre los dientes de
engranaje del segundo anillo para girar dicho anillo en ambos
sentidos y el 2º motor eléctrico que mediante un tornillo sin fin
actúa sobre los dientes de engranaje del tercer anillo moviendo
dicho anillo en ambos sentidos.
8. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 7 caracterizado porque el segundo
componente presenta en su periferia una pluralidad de dientes de
engranaje para transmitir fuerza motriz alternativa al 4º componente
mediante una pluralidad de engranajes acoplados y sincronizados en
movimiento entre el segundo componente y el cuarto componen-
te.
te.
9. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 8 caracterizado porque el 4º
componente incluye una pluralidad de excéntricas movidas por la
pluralidad de engranajes acoplados y sincronizados.
10. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 9 caracterizado porque a las barras
donde se fija el primer anillo, se fijan también los 2 motores
eléctricos, la pluralidad de engranajes acoplados y sincronizados
entre el segundo y cuarto componente y las excéntricas.
11. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 1 caracterizado por un primer
componente que es un eje compuesto, dicho primer componente posee
una sección que tiene una cavidad para la cabeza de un tornillo
facilitando la unión del árbol de levas con el primer componente
mediante dicho tornillo y un pin, éste último para evitar
deslizamiento entre el primer componente y el árbol de
levas.
levas.
12. El dispositivo variador del árbol de levas
según la reivindicación 1 caracterizado por tener un primer
componente con una zona graduada para hacer un ajuste inicial del
árbol de levas respecto al cigüeñal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200850057A ES2352488B1 (es) | 2005-11-16 | 2005-11-16 | Dispositivo variador del árbol de levas. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200850057A ES2352488B1 (es) | 2005-11-16 | 2005-11-16 | Dispositivo variador del árbol de levas. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2352488A1 true ES2352488A1 (es) | 2011-02-21 |
| ES2352488B1 ES2352488B1 (es) | 2011-12-29 |
Family
ID=43536543
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200850057A Expired - Fee Related ES2352488B1 (es) | 2005-11-16 | 2005-11-16 | Dispositivo variador del árbol de levas. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2352488B1 (es) |
Citations (5)
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| US6640760B1 (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-04 | Pedro A. Plasencia | Camshaft rearranging device |
-
2005
- 2005-11-16 ES ES200850057A patent/ES2352488B1/es not_active Expired - Fee Related
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| US6640760B1 (en) * | 2002-05-17 | 2003-11-04 | Pedro A. Plasencia | Camshaft rearranging device |
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|---|---|
| ES2352488B1 (es) | 2011-12-29 |
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