ES2352488B1 - Dispositivo variador del árbol de levas. - Google Patents

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.

Sector de la técnica

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. Estado de la técnica

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.

Breve descripción de los dibujos

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. Descripción detallada de la invención

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 semicirculares 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 airecombustible) 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 (13)

1. REIVINDICACIONES

   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.

   (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 juntosyasuvez 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 componente.

2. 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. 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. 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. 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. 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 rígida.

7. 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. 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 componente.

9. 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. 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. 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 desli

    primer componente con una zona graduada para hacer un ajuste inicial del árbol de levas respecto al cigüeñal.

    zamiento entre el primer componente y el árbol de levas.
12. 12. El dispositivo variador del árbol de levas según la reivindicación 1 caracterizado por tener un

    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

    N.º solicitud: 200850057

    ESPAÑA

    Fecha de presentación de la solicitud: 16.11.2005

    Fecha de prioridad:

    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

    51 Int. Cl. : F01L1/46 (01.01.2006) F01L1/344 (01.01.2006)

    DOCUMENTOS RELEVANTES

    Categoría

    Documentos citados Reivindicaciones afectadas

    A

    US 6640760 B1 (PLASENCIA PEDRO A) 04.11.2003, todo el documento. 1,11-12

    A

    US 4976229 A (CHARLES HERBERT N) 11.12.1990, todo el documento. 1,7,12

    A

    GB 347806 A (GEORGES BOULET) 07.05.1931, todo el documento. 1,12

    A

    US 5860328 A (REGUEIRO JOSE F) 19.01.1999, columna 4, línea 44 – columna 6, línea 65; 1,7,12

    figuras 3-4.

    A

    US 6352060 B1 (BENTLEY PAUL JOSPEH) 05.03.2002, todo el documento. 1,7

    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

    Fecha de realización del informe 03.02.2011

    Examinador J. Galán Más Página 1/4

    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

    Nº de solicitud: 200850057

    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F01L Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

    OPINIÓN ESCRITA

    Nº de solicitud: 200850057

    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 03.02.2011

    Declaración

    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-12 SI NO

    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-12 SI NO

    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

    Base de la Opinión.-

    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

    OPINIÓN ESCRITA

    Nº de solicitud: 200850057

    1. Documentos considerados.-

    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

    Documento

    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

    D01

    US 6640760 B1 (PLASENCIA PEDRO A) 04.11.2003

    D02

    US 4976229 A (CHARLES HERBERT N) 11.12.1990

    D03

    GB 347806 A (GEORGES BOULET) 07.05.1931

    D04

    US 5860328 A (REGUEIRO JOSE F) 19.01.1999

    D05

    US 6352060 B1 (BENTLEY PAUL JOSPEH) 05.03.2002

13. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

    El documento D01, considerado el más representativo del estado de la técnica, describe un dispositivo de distribución variable para un motor de combustión interna que comprende unos primeros medios (19) conectados de forma rígida al árbol de levas que incluyen un mecanismo de transmisión que tiene por lo menos un diente en espiral (31); unos segundos medios (21) movidos por el cigüeñal del motor; unos terceros medios que unen dichos primeros y segundos medios incluyendo un mecanismo de transmisión mediante al menos un diente en espiral (35) que actúa con el o los dientes en espiral de los primeros medios, y unas barras espaciadas tipo enchufe macho (43) que entran en de forma deslizante en una pluralidad de orificios dispuestos en los segundos medios, de tal manera que por un lado los primeros medios roten cuando los segundos medios sean rotados por el cigüeñal y por otro se permiten rotar los primeros medios respecto a los segundos medios para variar la posición relativa entre árbol de levas y cigüeñal.

    Teniendo en cuenta lo anterior y aunque son conocidos dispositivos de distribución variable de estructura similar a la reivindicada en la que existen primeros medios conectados al árbol de levas y segundos medios movidos por el cigüeñal, y existen unos terceros medios intermedios capaces de modificar la posición relativa entre dichos primeros medios y dichos segundos medios mediante el movimiento longitudinal de una transmisión de engranajes helicoidales, movimiento resultante de la acción de un motor unido a un tornillo sin fin sobre un anillo situado sobre el eje de los primeros medios (documentos D02 y D04), y también son conocidos dispositivos en los que se varia la temporización de la apertura y cierre de válvulas y su duración (documento D05), existen suficientes diferencias, sobre todo respecto a las características técnicas del cuarto componente, que hacen considerar que el objeto comprendido en la reivindicación 1 es nuevo e implica actividad inventiva de acuerdo a los artículos 6 y 8 de la Ley 11/1986.

    En consecuencia, las reivindicaciones dependientes 2 a 12 también se consideran nuevas y que implican actividad inventiva según dichos artículos.

    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4