ES2373396T3 - Accionador electromecánico de mando de válvula para motor de combustión interna y motor de combustión interna provisto de un acicionador de este tipo. - Google Patents

Accionador electromecánico de mando de válvula para motor de combustión interna y motor de combustión interna provisto de un acicionador de este tipo. Download PDF

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ES2373396T3 ES05300200T ES05300200T ES2373396T3 ES 2373396 T3 ES2373396 T3 ES 2373396T3 ES 05300200 T ES05300200 T ES 05300200T ES 05300200 T ES05300200 T ES 05300200T ES 2373396 T3 ES2373396 T3 ES 2373396T3
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Mohamed Gabsi
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Emmanuel Sedda
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Abstract

Accionador (800, 850, 875) electromecánico que manda una válvula de un motor de combustión interna, comprendiendo este accionador: - un plato (806) unido a una válvula, - un electroimán (804) que genera un primer campo magnético, de modo variable, siendo este electroimán (804) apto para atraer al plato, - al menos un imán (802) asociado al electroimán, generando este imán un segundo campo magnético, - al menos un istmo saturado magnéticamente por este campo parcial del imán cuando el electroimán no genera ningún flujo, - circulando el campo magnético del electroimán a través de este istmo cuando el plato es atraído por el electroimán, caracterizado por que el imán está inclinado con respecto al electroimán al cual está asociado.

Description

Accionador electromecanico de mando de valvula para motor de combusti6n interna y motor de combusti6n interna provisto de un accionador de este tipo
La presente invenci6n se refiere a un accionador electromecanico de mando de valvula para motor de combusti6n interna y a un motor de combusti6n interna provisto de un accionador de este tipo.
Un accionador conocido en el estado de la tecnica y de acuerdo con el preambulo de la reivindicaci6n 1, esta divulgado especialmente por el documento US 6 763 789.
Un accionador 100 electromecanico (vease la figura 1) de valvula 110 comprende medios mecanicos, tales como muelles 102 y 104, y medios electromagneticos, tales como electroimanes 106 y 108, para mandar la posici6n de la valvula 110 por medio de senales electricas. A tal efecto, la cola de la valvula 110 esta aplicada contra el vastago 112 de un plato magnetico 114 situado entre los dos electroimanes 106 y 108.
Cuando una corriente circula por la bobina 109 del electroiman 108, este ultimo es activado y genera un campo magnetico que atrae al plato 114 que entra en contacto con el.
El desplazamiento simultaneo del vastago 112 permite al muelle 102 colocar a la valvula 110 en posici6n cerrada, yendo la cabeza de la valvula 110 contra su asiento 111 e impidiendo los intercambios de gases entre el interior y el exterior del cilindro 117.
De modo analogo (no representado), cuando una corriente circula por la bobina 107 del electroiman 106, estando el electroiman desactivado, este ultimo es activado y atrae al plato 114 que entra en contacto con el y desplaza al vastago 112, con la ayuda del muelle 104, de tal modo que este vastago 112 actua sobre la valvula 110 y coloca a esta ultima en posici6n abierta, quedando la cabeza de la valvula alejada de su asiento 111 para permitir, por ejemplo, una admisi6n o una inyecci6n de gases en el cilindro 117.
Asi, la valvula 110 alterna posiciones abiertas o cerradas, denominadas conmutadas, con desplazamientos transitorios entre estas dos posiciones. En lo que sigue, se denominara estado conmutado al estado de una valvula abierta
o cerrada.
Por otra parte, el accionador 100 puede estar provisto de imanes, 118 situado en el electroiman 108, y 116 situado en el electroiman 106, destinados a reducir la energia necesaria para el mantenimiento del plato 114 en una posici6n conmutada.
A tal efecto, cada iman esta situado entre dos subelementos del electroiman al cual esta asociado de modo que su campo magnetico, eventualmente combinado con el campo creado por el electroiman, refuerza el mantenimiento en posici6n abierta o cerrada de la valvula 110. Por ejemplo, el iman 116 esta comprendido entre dos subelementos 106a y 106b.
Gracias a la acci6n del iman sobre el plato magnetico, un electroiman 106 o 108 de este tipo denominado electroiman de iman o electroiman polarizado, requiere sensiblemente menos energia para controlar a una valvula, representando el mantenimiento de una valvula en una posici6n conmutada un consumo importante de energia para el accionador.
La presente invenci6n resulta de la constataci6n de que en un accionador polarizado conocido de este tipo, el flujo magnetico del electroiman atraviesa el iman o los imanes que estan asociados a el, lo que provoca un aumento del entrehierro equivalente considerado por este electroiman durante su acci6n sobre el plato. Por consiguiente, para controlar la valvula es necesaria una corriente mas elevada, y por tanto un consumo mayor.
La presente invenci6n pretende resolver este problema. Esta se refiere a un accionador electromecanico que manda una valvula de un motor de combusti6n interna por medio de un primer campo magnetico, generado de modo variable por un electroiman, y de un segundo campo magnetico, generado por al menos un iman asociado al electroiman, caracterizado por que el accionador comprende al menos un istmo que forma un circuito magnetico, que favorece el paso del flujo generado por la bobina, para una parte del campo generado por el iman, siendo este istmo saturado magneticamente por este campo parcial del iman.
En un accionador de este tipo, el campo magnetico del electroiman circula por el istmo del accionador cuando el plato es atraido o mantenido por el accionador de tal modo que la eficacia de la acci6n del electroiman sobre el plato no resulta disimulada por la presencia de un iman.
De modo corolario, el campo magnetico del electroiman atraviesa solo parcialmente al iman que le esta asociado durante este funcionamiento del accionador (atracci6n y mantenimiento del plato) de tal modo que el iman no corre el riesgo de ser desimantado.
Por otra parte, si el accionador pone en practica durante el despegue del plato un campo magnetico de reducci6n de flujo destinado a compensar el campo del iman, este campo atraviesa el entrehierro en sentido inverso al creado por el iman y asi disminuye la fuerza de atracci6n del plato.
Ademas, un accionador de acuerdo con la invenci6n tiene un circuito magnetico fijo a nivel del electroiman que esta constituido por una sola pieza, lo que proporciona una buena rigidez mecanica y una facilidad de ensamblaje incrementadas para el accionador.
En una realizaci6n, presentando el electroiman una forma de E, al menos un iman esta situado en uno de los ramales de este electroiman, por ejemplo uno de los dos ramales terminales.
De acuerdo con una realizaci6n, al menos un iman esta situado en cada uno de los ramales del accionador.
De acuerdo con la invenci6n, el eje confundido con la secci6n del iman esta inclinado con respecto al eje del electroiman en forma de E.
De acuerdo con una realizaci6n, los ramales terminales tienen una secci6n mitad del ramal central.
En una realizaci6n, cuando el electroiman genera un campo magnetico destinado a alejar un plato magnetico m6vil con respecto al accionador, este campo desimanta parcialmente al iman asociado.
De acuerdo con una realizaci6n, cuando el electroiman genera un campo magnetico destinado a atraer y/o a mantener un plato magnetico m6vil con respecto al accionador, el istmo forma un circuito magnetico para este campo del electroiman.
En una realizaci6n, el accionador comprende una pluralidad de imanes dispuestos de modo simetrico en el accionador, por ejemplo encima de la bobina del electroiman.
De acuerdo con una realizaci6n, el accionador comprende una pluralidad de istmos.
En una realizaci6n, el accionador comprende al menos un istmo entre la bobina del electroiman y cada iman.
La invenci6n se refiere tambien a un motor provisto de un accionador electromecanico que manda una valvula de un motor de combusti6n interna por medio de un primer campo magnetico, generado de modo variable por un electroiman, y de un segundo campo magnetico, generado por un iman asociado al electroiman, caracterizado por que el accionador, que comprende un istmo tal que este forma un circuito magnetico para una parte del campo generado por el iman, siendo este istmo magneticamente saturado por este campo parcial del iman, es de acuerdo con una de las realizaciones precedentes.
Finalmente, la invenci6n se refiere a un vehiculo provisto de un accionador electromecanico que manda una valvula de un motor de combusti6n interna por medio de un primer campo magnetico, generado de modo variable por un electroiman, y de un segundo campo magnetico, generado por un iman asociado al electroiman, caracterizado por que el accionador, que comprende un istmo tal que este forma un circuito magnetico para una parte del campo generado por el iman, siendo este istmo saturado magneticamente por este campo parcial del iman, es de acuerdo con una de las realizaciones precedentes.
Otras caracteristicas y ventajas de la invenci6n se pondran de manifiesto con la descripci6n detallada efectuada seguidamente, a titulo ilustrativo y no limitativo, de realizaciones preferidas de la invenci6n con la ayuda de las figuras anejas, en las cuales:
La figura 1, ya descrita, representa un accionador polarizado conocido,
Las figuras 2a, 2b, 3a, 3b y 4 representan accionadores conocidos provistos de un istmo para cada iman comprendido en estos accionadores,
La figura 5 representa las diferencias de eficacia entre un accionador de acuerdo con la invenci6n y un accionador de acuerdo con la tecnica anterior,
Las figuras 6a, 6b y 7 representan accionadores conocidos provistos de dos istmos por iman comprendido en estos accionadores, y
Las figuras 8a, 8b y 8c representan accionadores de acuerdo con la invenci6n que presentan una concentraci6n del flujo magnetico de cada iman.
En la figura 2a esta representado un accionador 200 en forma de E, provisto de imanes 202, que generan un campo magnetico Haim, y de un electroiman 204 que genera un campo magnetico Hele para atraer, y eventualmente mantener, el plato 206 contra este accionador 200.
El accionador comprende un istmo 201 que forma un circuito magnetico para una parte del campo Haim generado por un iman 202, siendo este istmo saturado magneticamente por este campo parcial del iman cuando el accionador no genera ningun flujo.
Sin embargo, durante la atracci6n del plato 206 por el accionador 200, el campo Hele generado por el electroiman 200 es de sentido contrario al sentido del campo del iman en este istmo.
En otras palabras, la acci6n de los campos de los imanes 202 y del electroiman 204 se combina a nivel del plato 206, asegurando una acci6n intensa sobre este ultimo, mientras que estos campos son de sentidos opuestos a nivel del istmo 201 por el cual circula el flujo del campo Hele del electroiman.
Debido a esto, como se indic6 anteriormente, el iman 202 es atravesado solo parcialmente por este flujo del campo Hele del electroiman de tal modo que no corre el riesgo de ser desimantado.
Cuando el plato 206 es liberado por el accionador 250 (vease la figura 2b) de acuerdo con la invenci6n, el electroiman 204 genera un campo Hele de sentido opuesto al campo Hele utilizado para atraer o mantener al plato 206.
En este caso, el campo Hele del electroiman 204 es opuesto al campo Haim de los imanes 202 a nivel del plato 206, oponiendose la acci6n del electroiman a la acci6n del iman con respecto al plato 206.
A nivel del istmo 201, los campos Hele del electroiman 204 y Haim de los imanes son del mismo sentido de tal modo que, estando el istmo 201 saturado, el campo Hele del electroiman 204 atraviesa parcialmente los imanes 202.
Una situaci6n de este tipo presenta la ventaja, como se detalla posteriormente, de disminuir el campo magnetico generado por el iman y de asi favorecer la liberaci6n del plato.
Se ve, que para secci6n Sa de iman dada, la altura x de un istmo 201 de este tipo resulta de un compromiso entre la obtenci6n del flujo magnetico del iman requerido en el plato, por ejemplo para asegurar el mantenimiento de este ultimo en posici6n conmutada, lo que necesita valores pequenos de altura x de istmo, y la mejora de la rigidez mecanica del electroiman asi como la mejora de la acci6n de este electroiman sobre el plato, favorecidas por valores elevados de la altura x del istmo.
Finalmente, conviene observar que el accionador 200 descrito en la figura 2a difiere del accionador 250 descrito en la figura 2b en que la bobina del electroiman 204 esta situada debajo (vease la figura 2a) o encima (vease la figura 2b) de los imanes 202.
Experiencias han demostrado que la configuraci6n que presentan los imanes encima de la bobina era preferible, en terminos de consumo energetico, a la configuraci6n que presentan los imanes debajo de la bobina.
De modo analogo, en las figuras 3a y 3b estan representados accionadores 300 y 350 que difieren uno de otro solamente en la disposici6n de las bobinas del electroiman 304 considerado debajo, respectivamente encima, de los imanes 302 asociados a este electroiman.
Por otra parte, estas realizaciones difieren de las realizaciones descritas en las figuras 2a y 2b en que los imanes 302 utilizados presentan espesores ea reducidos con respecto a la bobina del electroiman 304, contrariamente a las realizaciones descritas en las figuras 2a y 2b en las que los imanes 202 y la bobina tenian un espesor igual.
Estos espesores ea reducidos presentan la ventaja de permitir la utilizaci6n de imanes 302 de bajo coste y permitir una mayor rigidez en los circuitos ferromagneticos. �ediciones han demostrado que espesores de imanes comprendidos entre dos y ocho milimetros eran suficientes.
�ndependientemente del espesor de los imanes, istmos 301 de una altura del orden de 2 mm han dado resultados satisfactorios.
Finalmente, conviene subrayar que, por razones de claridad, el campo generado por el electroiman 304 no esta representado en las figuras 3a y 3b.
En la figura 4 esta representada otra realizaci6n tal que se asocia un istmo 401 a cada iman 402 del accionador 400, como se describi6 anteriormente en las figuras 2a, 2b, 3a y 3b.
Sin embargo, en este caso, el accionador 400 presenta los istmos 401 entre la bobina del electroiman 404 y los imanes 402 del accionador.
En la figura 5 esta representado un diagrama que compara las fuerzas ejercidas por accionadores polarizados, ya sea provistos de un istmo (curva Cist) de acuerdo con la invenci6n o desprovisto de de un istmo (curva Caa) de acuerdo con la tecnica anterior.
Este diagrama comprende un eje de ordenadas 500 que indica la fuerza (en �e�ton) ejercida por un accionador considerado en funci6n de la corriente que recorre las bobinas de los electroimanes de estos accionadores, indicada segun el eje de las abscisas 502 en Amperios/hora.
Se observa asi que, cuando una corriente positiva recorre estas bobinas y el accionador atrae al plato, el accionador de acuerdo con la invenci6n (curva Cist) ejerce una fuerza superior a un accionador de acuerdo con la tecnica anterior (curva Caa).
De hecho, la presencia de istmo o istmos en el accionador permite a este ultimo tener un electroiman mas eficaz para reforzar el flujo magnetico de los imanes, dada la ausencia de entrehierro equivalente formado por el iman con respecto al flujo magnetico del electroiman que circula por el istmo.
Por otra parte, cuando una corriente negativa atraviesa la bobina, es decir cuando el plato se aleja del accionador, la fuerza ejercida por el accionador que comprende un istmo disminuye mas rapidamente que la fuerza ejercida por un accionador desprovisto de istmo, lo que reduce el consumo de energia necesaria para el alojamiento de la paleta.
En las figuras 6a y 6b estan representados otros accionadores 600 y 650 tales que dos istmos 601 y 603 estan situados, respectivamente, encima de los imanes 602 y entre estos imanes 602 y la bobina del electroiman 604 considerado, presentando esta realizaci6n la ventaja de confinar los imanes y de favorecer la rigidez mecanica del accionador.
En esta realizaci6n, los istmos tienen una altura x/2 mitad menor que la altura x de los istmos en las realizaciones precedentes en las que un unico istmo esta asociado a cada iman.
En la figura 6b esta representado un accionador 650 con dos istmos por iman, utilizando imanes 652 de pequeno espesor ea y especialmente de espesor ea inferior al espesor de la bobina del electroiman 654.
Ademas, las relaciones entre la secci6n Sa del iman y los espesores (e y 2e) de los ramales del circuito ferromagnetico son tales que estos concentran el flujo del campo magnetico a nivel del plato con el fin de incrementar su acci6n.
Por otra parte, de acuerdo con otras consideraciones que optimizan el funcionamiento del accionador, el espesor epp del plato magnetico 656 es equivalente al espesor e de los ramales terminales del accionador, mientras que la altura x/2 de los istmos es igual a la mitad de la altura x de los istmos cuando un solo istmo esta asociado a un iman.
En la figura 7 esta representado un accionador 700 que comprende cuatro imanes 702 dispuestos en el accionador de tal modo que estos forman tres istmos 701, 703 y 705. Una configuraci6n de este tipo presenta la ventaja de una mayor resistencia mecanica.
En este estado, conviene observar que las realizaciones anteriormente descritas utilizan imanes cuyos bordes estan dispuestos paralelamente a los bordes de las bobinas del accionador.
De acuerdo con la invenci6n, es posible utilizar imanes 802 (veanse las figuras 8a, 8b u 8c) inclinados con respecto a los electroimanes asociados con el fin de aumentar la secci6n Sa del iman para altura Ha del accionador fijada, como se describe en detalle mas adelante.
En una primera realizaci6n (vease la figura 8a), el accionador 800 comprende un circuito magnetico de secci6n constante con la ayuda del plato 806 magnetico, de secci6n epp practicamente igual a la secci6n ep de los ramales terminales del accionador E y a la mitad de la secci6n ep/2 del ramal central de este accionador, lo que implica una concentraci6n del flujo magnetico y por tanto un aumento de la fuerza ejercida por el electroiman 804 sobre el plato
806.
Gracias a una disposici6n de este tipo, la secci6n Sa de los imanes 802 puede ser superior a la altura Ha disponible para alojar los imanes en el electroiman, siendo esta altura Ha igual a la altura H del electroiman reducida en la altura Hb de las bobinas del electroiman 804.
Al permitir el aumento de la secci6n Sa del iman, esta realizaci6n permite aumentar paralelamente la acci6n del iman sobre el plato, y por tanto reducir el consumo de corriente necesaria para el electroiman para actuar sobre este ultimo.
En las figuras 8b y 8c estan representadas otras variantes de accionadores 850 y 875 cuyos imanes 802 estan igualmente inclinados con respecto a los electroimanes respectivos.
Sin embargo, en estas variantes, los imanes estan situados en los ramales terminales de los electroimanes de tal modo que estos imanes 802 disponen de una altura H igual a la altura del electroiman para ser alojados en este ultimo.
En otras palabras, la altura de las bobinas del electroiman 804 no es limitativa respecto de la secci6n Sa de los imanes.
�nversamente, la presencia de los imanes 802 no presenta limitaciones con respecto a la altura posible de la bobina de los electroimanes 804.
Conviene observar que, en funci6n de la disposici6n de los imanes con respecto a las bobinas del electroiman 804, el electroiman 850 u 875 presentan diferentes propiedades.
5 Asi, la disposici6n (vease la figura 8b) de los imanes 802 tal que la extremidad 803 de los imanes 802 que esta mas pr6xima al plato 806 sea tambien la extremidad de este iman 802 que esta alejada de la bobina 804, presenta la ventaja de poner en practica un plato de menores dimensiones que cuando (vease la figura 8c) la extremidad 803 de los imanes 802, que esta pr6xima al plato 806, es igualmente la extremidad mas pr6xima a la bobina 804.
Sin embargo, conviene observar que cuando (vease la figura 8c) la extremidad 803 de los imanes 802 es igualmente
10 la extremidad mas pr6xima a la bobina 804, el accionador presenta la ventaja de permitir la utilizaci6n de imanes 802 de mayores secciones.
Por otra parte, las realizaciones descritas en las figuras 8a, 8b y 8c presentan la ventaja de asegurar un buen mantenimiento de los imanes 802 puesto que estos ultimos estan dispuestos en el interior del accionador.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Accionador (800, 850, 875) electromecanico que manda una valvula de un motor de combusti6n interna, comprendiendo este accionador:
    un plato (806) unido a una valvula,
    un electroiman (804) que genera un primer campo magnetico, de modo variable, siendo este electroiman (804) apto para atraer al plato,
    al menos un iman (802) asociado al electroiman, generando este iman un segundo campo magnetico,
    al menos un istmo saturado magneticamente por este campo parcial del iman cuando el electroiman no genera ningun flujo,
    circulando el campo magnetico del electroiman a traves de este istmo cuando el plato es atraido por el electroiman,
    caracterizado por que el iman esta inclinado con respecto al electroiman al cual esta asociado.
  2. 2. Accionador (800, 850, 875) de acuerdo con la reivindicaci6n 1 caracterizado por que, presentando el electroiman
    (804) una forma de E, al menos un iman (802) esta situado en uno de los ramales de este electroiman, por ejemplo uno de los dos ramales terminales.
  3. 3.
    Accionador (800, 850, 875) de acuerdo con la reivindicaci6n 2 caracterizado por que al menos un iman (802) esta situado en cada uno de los ramales del accionador.
  4. 4.
    Accionador (800, 850, 875) de acuerdo con las reivindicaciones 2 o 3 caracterizado por que el eje confundido con la secci6n (Sa) del iman (802) esta inclinado con respecto al eje de simetria del electroiman (804) en forma de E.
  5. 5.
    Accionador (800, 850, 875) de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4 caracterizado por que los ramales terminales tiene una secci6n (e) mitad de la secci6n (2e) del ramal central.
  6. 6.
    Accionador (800, 850, 875) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes caracterizado por que, cuando el electroiman (804) genera un campo magnetico destinado a alejar un plato magnetico (806) m6vil con respecto al accionador, este campo del electroiman desimanta parcialmente al iman.
  7. 7.
    Accionador (800, 850, 875) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes caracterizado por que, cuando el electroiman (804) genera un campo magnetico destinado a atraer y/o a mantener un plato magnetico m6vil
    (806) con respecto al accionador, el istmo forma un circuito magnetico para este campo del electroiman.
  8. 8.
    Accionador (800, 850, 875) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes caracterizado por que comprende una pluralidad de imanes (802) en el accionador, por ejemplo encima de la bobina del electroiman.
  9. 9.
    Accionador (800, 850, 875) de acuerdo con la reivindicaci6n 8 caracterizado por que comprende una pluralidad de istmos.
  10. 10.
    Accionador (800, 850, 875) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes caracterizado por que comprende al menos un istmo entre la bobina del electroiman y cada iman.
  11. 11.
    �otor provisto de un accionador (800, 850, 875) electromecanico que manda una valvula de un motor de combusti6n interna por medio de un primer campo magnetico, generado de modo variable por un electroiman (804), y de un segundo campo magnetico, generado por un iman (802) asociado al electroiman, caracterizado por que el accionador, que comprende un istmo que forma un circuito magnetico para una parte del campo generado por el iman, siendo este istmo saturado magneticamente por este campo parcial del iman, es de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.
  12. 12.
    Vehiculo provisto de un accionador (800, 850, 875) electromecanico que manda una valvula de un motor de combusti6n interna por medio de un primer campo magnetico, generado de modo variable por un electroiman (804), y de un segundo campo magnetico, generado por un iman (802) asociado al electroiman, caracterizado por que el accionador, que comprende un istmo que forma un circuito magnetico para una parte del campo generado por el iman, siendo este istmo saturado magneticamente por este campo parcial del iman, es de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10.
ES05300200T 2005-03-18 2005-03-18 Accionador electromecánico de mando de válvula para motor de combustión interna y motor de combustión interna provisto de un acicionador de este tipo. Active ES2373396T3 (es)

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