ES2731917T3 - Sistemas de válvula desmodrómica y sus métodos de funcionamiento - Google Patents

Abstract

Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica que comprende un elemento de accionamiento en forma de un balancín (92; 192; 392; 400; 500) y un conjunto para acoplar un vástago de válvula (50; 150; 250; 402; 502) al balancín (92; 192; 392; 400; 500), comprendiendo el conjunto: un cojinete esférico (68; 168; 268; 408; 508) que tiene dos partes (70, 71; 170, 171; 430, 432) cada una de las cuales define una superficie de cojinete respectiva que es complementaria a la superficie de cojinete definida por la otra parte, siendo al menos una de las superficies parcialmente esférica, estando una de las partes dispuesta para ser acoplada al balancín (92; 192; 392; 400; 500) y estando la otra parte dispuesta para ser acoplada al vástago de válvula; caracterizado por que el conjunto incluye una disposición elástica (60; 160; 260; 442; 542) que ejerce una fuerza de empuje sobre una de las partes de cojinete y proporciona elasticidad al acoplamiento proporcionado por el conjunto entre el vástago de válvula (50; 150; 250; 402; 502) y el balancín (92; 192; 392; 400; 500).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas de válvula desmodrómica y sus métodos de funcionamiento

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un conjunto para acoplar un vástago de válvula a un elemento de accionamiento de un accionador en un mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica, a un mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica que tiene tal conjunto y a un motor de combustión interna que tiene tal mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica. La presente invención también se encuentra en un vehículo, tal como un automóvil, provisto de tal motor de combustión interna.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de válvula desmodrómica para válvulas de admisión y escape de motor son bien conocidos y un subconjunto de estos mecanismos que utilizan una biela de empuje y tracción combinada para accionar una válvula también están establecidos desde hace mucho tiempo. Tradicionalmente, estos mecanismos dejan una determinada cantidad de holgura entre las partes de apertura y cierre del mecanismo para evitar posibles “enfrentamientos” entre las dos acciones que surgen por errores de tolerancia o por cambios en las dimensiones de los componentes por la temperatura. Tal posibilidad podría provocar un rápido desgaste del mecanismo o una falla catastrófica debido al bloqueo del mecanismo. Una válvula de escape puede “aumentar” 0,15 mm con bastante facilidad a plena carga.

La práctica común anterior era cerrar la válvula de manera positiva a pocas milésimas de pulgada del asiento y luego permitir que la presión del cilindro hiciera el resto. La figura 1 muestra un ejemplo de un sistema desmodrómico conocido. La figura muestra dos válvulas, cada una de las cuales es abierta y cerrada por un par respectivo de brazos balancín que a su vez se accionan abriendo y cerrando levas en un árbol de levas común. Como se puede ver en la figura, los brazos balancín de cierre están provistos de resortes de torsión que actúan alrededor del eje de los brazos balancín de cierre. Sin embargo, estos son resortes auxiliares que se utilizan para suprimir ruido de traqueteo y no proporcionan ninguna fuerza de empuje de cierre significativa sobre las válvulas.

Más recientemente, las regulaciones de emisiones han hecho que este enfoque sea poco práctico y la válvula ahora debe cerrarse usando fuerza de resorte. Los diseños de motores Ducati (que utilizan sistemas de válvula desmodrómica) utilizan un resorte no muy diferente en cuanto a la fuerza de resorte de un resorte convencional para este propósito. El problema aquí es que estos resortes actúan en paralelo con fuerzas de leva, de modo que la leva de apertura debe proporcionar suficiente fuerza para comprimir el resorte y acelerar la masa de válvula (ver figura 2). Esto es una desventaja porque aumenta las cargas en el sistema y, por tanto, las tensiones, la masa de sistema y las pérdidas parasitarias.

El documento JP 63-132808 muestra un sistema de válvula desmodrómica que utiliza un resorte, para ayudar a cerrar la válvula, que actúa en paralelo con las fuerzas de leva.

Este enfoque tampoco es adecuado para mecanismos de accionamiento de válvula independientes en los que, en lugar de una conexión mecánica entre la salida de motor, se utiliza un accionador electromagnético.

Por ejemplo, en el caso de los sistemas de accionamiento de válvula electromagnética del presente solicitante (como se describe en los documentos WO 2004/097184 y WO2011/061528), el par adicional requerido del accionador para comprimir un resorte en paralelo con la masa de válvula es doblemente no deseado. No solo requeriría un accionador eléctrico significativamente mayor, sino que la demanda de energía eléctrica también aumentaría significativamente, a expensas de la eficiencia general de un motor equipado con tal mecanismo.

El documento EP 2198129 (Pattakos) muestra un mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica en el que un accionador de válvula ejerce una fuerza de cierre sobre un vástago de válvula a través de una arandela elástica que ayuda a asegurar que la válvula, cuando está cerrada, se selle contra su asiento. La arandela es transportada en el accionador, de modo que esta última funciona en la arandela solo cuando la válvula está cerrada. Sin embargo, el mecanismo utiliza una conexión compleja para conectar el accionador a la salida del motor y varias tolerancias en ese mecanismo, y el hecho de que la válvula, en efecto, flote sobre la arandela significa que el movimiento del accionador debe ser firmemente restringido.

Para ello, la culata del motor está formada con una guía integral para el accionador, lo que aumenta aún más el peso y la complejidad del sistema.

Sumario de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un mecanismo de accionamiento de válvula desmodrónica que comprende un elemento de accionamiento en forma de balancín y un conjunto para acoplar un vástago de válvula al balanción, comprendiendo el conjunto:

un cojinete esférico que tiene dos partes cada una de las cuales define una superficie de cojinete respectiva que es complementaria a la superficie de cojinete definida por la otra parte, siendo al menos una de las superficies parcialmente esférica, estando una de las partes dispuesta para ser acoplada al balancín y estando la otra parte dispuesta para ser acoplada al vástago de válvula; caracterizado por que el conjunto incluye

una disposición elástica que ejerce una fuerza de empuje sobre una de las partes de cojinete y proporciona elasticidad al acoplamiento proporcionado por el conjunto entre el vástago de válvula y el balancín

El cojinete esférico proporciona un medio compacto y liviano para adaptarse a tolerancias y restricciones de embalaje que pueden derivar en desalineaciones entre, por ejemplo, el eje de vástago de válvula y ejes de leva, así como en compensaciones de traslación y errores angulares.

Dado que la elasticidad que impulsa la válvula a su posición cerrada se proporciona en el acoplamiento entre el vástago de válvula y el elemento de accionamiento, no es necesario que el conjunto realice un trabajo significativo en la disposición elástica cuando la válvula está en una posición no asentada.

Por lo tanto, de manera preferible, el conjunto está configurado de manera que, en uso, la válvula se abre por el movimiento del conjunto en una dirección de apertura y se cierra por el movimiento del conjunto en una dirección de cierre, permitiendo el acoplamiento más movimiento en la dirección de cierre, contra la acción de la disposición elástica, cuando la válvula está asentada.

De ese modo, el conjunto también proporciona un acoplamiento elástico de movimiento perdido entre la válvula y el balancín, que se adapta a la holgura de válvula.

Preferiblemente, la disposición elástica comprende un elemento elástico que, en uso, es comprimido por dicho movimiento de cierre cuando la válvula está asentada.

Preferiblemente, el elemento elástico comprende un resorte de compresión.

El cojinete esférico puede configurarse de manera que, en uso, el balancín actúe a través del cojinete para provocar tanto el movimiento de apertura como el de cierre.

Por ejemplo, si el elemento de accionamiento comprende un brazo balancín, el cojinete puede comprender una cavidad parcialmente esférica en el brazo y una parte de bola en una biela de conexión conectada, en uso, al vástago de válvula.

Alternativamente, el conjunto puede incluir un cojinete esférico adicional a través del cual, en uso, el balancín actúa sobre el vástago de válvula para abrir la válvula.

En este caso, el cojinete esférico adicional comprende preferiblemente una primera parte de cojinete que tiene una superficie cóncava, parcialmente esférica y de preferencia sustancialmente hemisférica, y una segunda parte de cojinete, que tiene una superficie complementaria en el extremo del vástago de válvula opuesta a la cabeza de válvula. Esto permite que la segunda parte se forme de manera solidaria con el vástago de válvula, facilitando así una construcción de conjunto de peso liviano y baja inercia.

Preferiblemente, el conjunto comprende además una biela para fijarla al balancín y una cuna que está montada en la biela y que contiene una de las partes del mencionado primer cojinete esférico, estando dicha cuna dispuesta para balancearse con respecto al vástago de válvula a medida que dicha biela es movida por el balancín.

La disposición elástica puede comprender de manera conveniente un resorte de disco que se coloca para rodear el vástago de válvula en uso. Por ejemplo, el resorte del disco puede ser una arandela Bellville.

La cuna permite que la biela se conecte de manera pivotante al balancín, ya que el movimiento pivotante del balancín y la biela pueden transmitir después un movimiento lineal al vástago de válvula.

Preferiblemente, el conjunto incluye medios de ajuste para ajustar la posición de la cuna sobre la biela, y por tanto la precarga en la disposición elástica cuando la válvula no está asentada.

Esto se puede lograr mediante, por ejemplo, una conexión roscada para tornillo entre la biela y la cuna, y proporciona una disposición en la que la precarga se puede ajustar de manera relativamente fácil en vista de la accesibilidad relativa de la cuna.

Alternativamente, cuando el conjunto tiene una biela para conectar por un extremo al vástago de válvula, la disposición elástica puede, en uso, interponerse entre la biela, por su zona extrema opuesta y el balancín, de modo que el balancín actúe sobre la biela a través de la disposición elástica para provocar el movimiento de cierre del conjunto.

Preferiblemente, en este caso, la disposición elástica comprende un resorte de compresión.

Esta posición de la disposición elástica permite que un regulador de precarga se sitúe en una posición de fácil acceso (es decir, en la zona de la biela opuesta al vástago de válvula).

De manera preferible, el conjunto incluye una biela de conexión para conectar un vástago de válvula al balancín, en donde la biela de conexión se acopla al balancín a través de dicho conjunto.

De preferencia, el mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica es para un motor de combustión interna, comprendiendo además el mecanismo una válvula de admisión o de escape; un accionador para abrir y cerrar la válvula, teniendo el accionador un balancín acoplado a la válvula a través del conjunto.

La invención también se encuentra en un motor de combustión interna que tiene un mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica de este tipo y en un automóvil provisto de tal motor.

De preferencia, el cojinete esférico del conjunto permite un movimiento de rotación relativo entre el vástago de válvula y el elemento de accionamiento.

Se proporciona un conjunto que ofrece la fuerza de asiento de válvula necesaria cuando la válvula está en la posición cerrada, aunque no impone una fuerza relacionada con esa fuerza de asiento de válvula en todo el mecanismo de válvula cuando la válvula no está asentada. Incluye un medio de compensación de tolerancias dimensionales en componentes y cambios de dimensiones debidos a la expansión y contracción térmica.

Se proporciona holgura junto con carga por resorte dentro del mecanismo, a diferencia de las disposiciones conocidas en las que una carga por resorte está “conectada a tierra” con la estructura del motor.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de la invención se describirán ahora, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva de dos válvulas para un cilindro de un motor de combustión interna y un tipo conocido de mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica para abrir y cerrar las válvulas;

La figura 2 es una vista esquemática que ilustra las diferentes cargas en otro tipo conocido de mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica;

La figura 3 es una vista en alzado frontal de dos ejemplos de una primera realización del mecanismo de accionamiento de válvula de acuerdo con la invención;

La figura 4 es una vista en alzado lateral de uno de los mecanismos mostrados en la figura 3;

La figura 5 es una vista en sección de los mecanismos de las figuras 3 y 4, tomada por la línea A-A en la figura 4;

La figura 6 es una vista lateral en sección de una segunda realización del mecanismo de accionamiento de válvula de acuerdo con la invención;

La figura 7 es una vista más detallada de una parte del mecanismo de la figura 6;

La figura 8 es un alzado frontal parcialmente en corte de una tercera realización del mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica de acuerdo con la invención, y también muestra parte de la culata (incluido el asiento de válvula) en la cual funciona la válvula del mecanismo, mostrando la figura el mecanismo cuando la válvula está en su posición cerrada;

La figura 9 es una vista correspondiente del mecanismo cuando la válvula está en su posición abierta;

La figura 10 es una vista en sección transversal más detallada del mecanismo mostrado en las figuras 8 y 9, cuando la válvula está en la posición cerrada;

La figura 11 es una vista más detallada de una parte del mecanismo mostrado en las figuras 3-5, cuando la válvula está en posición abierta;

La figura 12 es una vista frontal en corte de una cuarta realización del mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica de acuerdo con la invención, mostrando también la figura la parte de la culata en la que se mueve la válvula y el asiento de válvula, mostrándose el mecanismo cuando la válvula está en su posición cerrada;

La figura 13 es una vista correspondiente a la figura 12, que muestra el mecanismo cuando la válvula está en su condición abierta;

La figura 14 es una vista frontal en corte, a escala ampliada, de la realización del mecanismo que se muestra en las figuras 12 y 13;

La figura 15 es una vista frontal en corte de una quinta realización del mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica de acuerdo con la invención, que también muestra una parte de la culata en la que se mueve la válvula, mostrándose el mecanismo cuando la válvula está cerrada;

La figura 16 es una vista correspondiente a la figura 15, que muestra el mecanismo cuando la válvula está abierta; y

La figura 17 es una vista frontal en corte, a escala ampliada, de una parte del mecanismo mostrado en las figuras 15 y 16.

Descripción detallada de los dibujos

En el mecanismo mostrado en la figura 1, hay dos válvulas, indicadas como 2 y 4, cada una de las cuales puede comprender una válvula de entrada o una válvula de salida que tiene vástagos de válvula, indicados, respectivamente, como 6 y 8. Cada válvula se abre y se cierra mediante elementos de accionamiento en forma de un par respectivo de brazos balancín. El mecanismo del cual forma parte la válvula 4 es idéntico al de la válvula 2 y por tanto solo se describirá este último. Los brazos incluyen un brazo de apertura 10 que tiene un extremo exterior que puede apoyarse en el extremo del vástago de válvula 6 (opuesto a la cabeza de válvula) y que está provisto de un manguito 12 para montar de manera giratoria el brazo en un husillo correspondiente (no mostrado). El otro extremo 14 del brazo se activa mediante una leva de apertura 16 de un árbol de levas 18 que es accionado por el cigüeñal del motor (al que se conecta mediante un mecanismo adecuado).

Un collarín 18 está fijado a la zona superior del vástago 6 (en una posición separada del extremo superior del vástago) y coopera con un brazo de cierre 20 que también tiene un manguito 22 para un husillo correspondiente. El extremo del brazo 20 opuesto al collarín 18 es accionado por una leva de cierre 24. Las levas 16 y 24 pivotan alternativamente el brazo 10 en sentido antihorario y el brazo 20 en sentido horario para abrir y cerrar la válvula 2. Cuando la válvula 2 está asentada, no puede cerrarse más y, por tanto, el mecanismo se atascaría si el brazo 20 no hubiera completado su recorrido en ese momento. Para asegurarse de que esto no suceda (cuando el sistema está frío), se dejaría algo de espacio entre la válvula 2 y su asiento (es decir, holgura de válvula), quedando la válvula cerrada por la presión de los gases de combustión, con los problemas asociados anteriormente explicados. El mecanismo incluye un resorte auxiliar 26, pero esto funciona simplemente para suprimir el traqueteo en el sistema y no proporciona ninguna elasticidad u holgura en el acoplamiento entre la palanca 20 y la válvula 2.

En el sistema que se muestra esquemáticamente en la figura 2, se muestra una cabeza de válvula 28 cuando está contra un asiento 30 de modo que el vástago (referencia 32) y, por tanto, el seguidor de leva (que puede ser una palanca o balancín) 34 en el extremo del vástago 32 no pueden realizar ningún otro movimiento de cierre. El seguidor 34, aunque está apoyado sobre una leva de apertura 36, está separado de la leva de cierre 38 una pequeña distancia, mostrándose el espacio entre el seguidor y la leva de cierre en 40 y constituyendo la holgura de válvula. Un resorte de compresión 42 que actúa entre la válvula y su montaje (por ejemplo, la culata del motor) empuja la válvula a su posición cerrada. Sin embargo, este resorte actúa en paralelo a las fuerzas ejercidas por las levas 36 y 38, de modo que el accionador que acciona la leva de apertura 36 tiene que trabajar sobre el resorte 42 durante el transcurso de todo el movimiento de apertura de la válvula. Para tener la resistencia requerida, el resorte 42 también debe ser relativamente grande y esto se suma a la inercia del sistema.

Los dos mecanismos de accionamiento de válvula mostrados en la figura 3 son sustancialmente idénticos entre sí y generalmente se indican con los números de referencia 44 y 46. El mecanismo 46 gira alrededor de un eje vertical 180° en comparación con el mecanismo 44, de modo que la figura muestra lados opuestos de los mecanismos 44 y 46. Dado que los mecanismos son idénticos, solo se describirá en detalle el mecanismo 46 y los componentes del mecanismo 44 se indicarán con los mismos números de referencia que se usan con respecto al mecanismo 46.

Cada mecanismo incluye una válvula que tiene una cabeza de válvula 48 formada en un extremo de un vástago de válvula 50. En la otra zona extrema del vástago 50 hay una cuna en forma de estribo 52. Como se puede ver en las figuras 5 y 11, el estribo 52 tiene una base anular 54 que define una abertura central 56 a través de la cual se extiende el vástago 50. La abertura 56 tiene un diámetro mayor que el vástago 50, de modo que, en uso, el estribo 52 puede balancearse con relación al vástago de válvula 50. La superficie superior de la base anular 54 contiene una arandela 58 que soporta el borde inferior externo radial de una arandela de resorte Bellville 60.

Como se puede ver en las figuras 5 y 11, la arandela 58 y la Bellville 60 rodean el vástago de válvula 50 y la periferia interior, indicada como 62, y por tanto el borde superior de la Bellville 60 se apoya sobre un reborde anular 64 de una parte inferior 66 de un cojinete esférico 68. La parte inferior 66 es anular y tiene una superficie parcialmente esférica orientada generalmente hacia arriba y cóncava 71 que se apoya sobre una superficie complementaria orientada generalmente hacia abajo, parcialmente esférica y convexa 70 de una parte de cojinete superior anular 72.

El vástago de válvula 50 también se extiende a través de las partes de cojinete superior e inferior 72 y 66 e incluye en su zona superior un rebaje radial anular 74 para recibir chavetas de válvula 76 para colocar la parte de cojinete superior 72 sobre el vástago (tanto axial como angularmente).

La parte superior del vástago 50 está situada aproximadamente en el centro dentro de una jaula definida por la base 54 de la cuna, una parte superior anular 78 de la cuna y unas barras de conexión axial, por ejemplo, la barra 80 que está formada de manera solidaria con la base 54 y la parte superior 78 y se extiende desde la parte superior hasta la base de la cuna.

La parte superior del vástago de válvula tiene una superficie convexa, generalmente hemisférica 82, que puede acoplarse con una superficie de cojinete cóncava, generalmente hemisférica complementaria 83 en la base de una biela de conexión 84.

Las superficies 82 y 83 proporcionan un cojinete esférico adicional a través del cual, en uso, la fuerza de apertura se ejerce sobre el vástago de válvula 50. Las superficies 70, 71 y 82 tienen radios de curvatura que comparten el mismo centro para evitar que “se enfrenten” errores cinemáticos que provocan las rotaciones permitidas por los dos cojinetes.

La biela 84 se extiende hasta el estribo 52 a través de un orificio roscado para tornillo 86 en la parte superior del estribo. El orificio roscado para tornillo 86 coopera con una parte externamente roscada correspondiente de la biela 87 de modo que la rotación del estribo 52 alrededor del eje de la biela 84 varía la distancia hasta la que sobresale la biela 84 hacia el estribo 52.

La parte externamente roscada para tornillo 87 de la biela 84 también contiene una tuerca de retención 88 que se puede apretar contra la parte superior 78 del estribo 52 a fin de evitar la rotación del estribo 52 con respecto a la biela 84, y por tanto establecer la distancia hasta la que sobresalga la biela 84 hacia el estribo 52.

La parte superior de la biela 84 se fija de manera pivotante, mediante una junta de pivote 90, a un elemento de accionamiento que tiene forma de balancín 92. Como se puede ver en la figura 5, la biela 84 es hueca y tiene una construcción en dos partes, con un manguito exterior 94 al que se fija un conector superior 96. El conector 96 es cilíndrico y su parte superior 98 es roscada para tornillo. Esta parte se extiende hasta una cavidad roscada para tornillo correspondiente 100 que forma parte de la junta de pivote 90. La medida en la que puede extenderse la parte 98 hasta la cavidad 100 puede variarse, durante el montaje del mecanismo, girando la biela 84 alrededor de su eje. Esto proporciona un ajuste de la longitud efectiva de la biela, es decir, la distancia entre el eje de la junta de pivote 90 y la superficie inferior 83 de la biela 84. Una vez que se ha logrado la longitud deseada, una tuerca de retención 102 se puede apretar contra el borde inferior de la cavidad 100 para evitar que siga girando la biela 84.

El balancín 92 está montado de manera pivotante en un eje de balancín 104 y contiene un seguidor de rodillo 106 para una leva de apertura 108. El rodillo 106 está montado sobre una placa 110 que constituye el cuerpo principal del balancín 92. También fijado a esta placa hay un brazo, cuyo extremo contiene un seguidor de rodillo 112 que coopera con una leva de cierre 114. En la figura 5, el brazo está detrás de la placa 110, pero se puede ver en 116 en la figura 4. El brazo correspondiente sobre el balancín del mecanismo 44 también se indica con el número de referencia 116 en la figura 3. El brazo 116 está montado de manera giratoria en el eje 104, pero está fijado a la placa 110 de manera que, en uso, las levas 108 y 114 provocan un movimiento de balanceo unitario del balancín 92 alrededor del eje 104.

Las levas de apertura y cierre 108 y 114 están montadas en un eje común que se puede conectar mediante una conexión mecánica adecuada al cigüeñal del motor o, preferiblemente, a un accionador electromagnético, tal como el que se describe en los documentos WO 2004/097184 y WO 2011/061528.

En uso, el accionador gira las levas de apertura y cierre 108 y 114 al unísono, como resultado de lo cual la leva de apertura 108 empujará periódicamente (una vez por revolución) hacia abajo sobre el rodillo 106, lo que hará que el balancín 92 gire alrededor del eje 104 en sentido antihorario (como se ve en la figura 5). De este modo, el balancín empuja hacia abajo la biela 84 y también hace que gire en sentido antihorario alrededor del pivote 90. Esto, a su vez, hace que el extremo inferior de la biela 84 sea empujado contra la parte superior del vástago de válvula 50 y empuje hacia abajo este último, haciendo también que el estribo 52 gire (alrededor de la parte superior del vástago de válvula) en sentido antihorario a medida que el vástago 50 se mueve hacia abajo y la válvula en consecuencia se abre.

Durante este movimiento, la Bellville permanece sin comprimir ya que, en efecto, está conectada en serie entre la biela 84 y el vástago de válvula 50.

La parte de radio grande de la leva de cierre 114 está separada angularmente 180° de la parte correspondiente de la leva 108, de modo que la leva 114 funciona en contrafase con respecto a la leva 108. De este modo, después de que la leva 108 haya abierto la válvula, la leva 114 comenzará a apoyarse sobre el seguidor 112, haciendo que el balancín 92 gire en sentido antihorario para elevar así, y por tanto cerrar, la válvula. Durante este movimiento, la biela 94 y el estribo 52 se mueven en sentido horario. La válvula alcanzará su asiento antes de que se completen estos movimientos del balancín, la biela y el estribo. De este modo, una vez que la válvula se ha asentado, el estribo 52 continuará subiendo, levantando así la superficie 83 de la biela alejándola de la superficie 82 del vástago de válvula, mientras que la base 54 asciende hacia las partes 72 y 66 del cojinete 68, y por tanto hace que la Bellville 60 se comprima. Cuando el estribo 52 está en su estado completamente elevado, la Bellville 60 ejerce una fuerza de empuje de cierre (típicamente 100 Newtons) en la válvula para sellarla contra su asiento. Aunque el mecanismo tiene que trabajar en la Bellville para comprimirla, esto solo ocurre a una distancia relativamente corta del movimiento del estribo 52, y por tanto genera una demanda de energía significativamente menor en comparación con un sistema en el que la válvula es empujada para cerrarla mediante un resorte conectado en paralelo.

Al igual que con otros mecanismos de accionamiento de válvula, las tolerancias y restricciones de embalaje hacen que sea prácticamente imposible garantizar que el eje de las levas corte el eje de válvula, y el sistema también debe poder adaptarse a errores angulares, así como a compensaciones de traslación. El uso de un cojinete esférico como uno de los soportes para la Bellville 60 puede ser compatible con estas variaciones, permitiendo al mismo tiempo que el conjunto sea una construcción de peso liviano y baja inercia. En la figura 11, la Bellville 60 se muestra en su condición sin comprimir en la que la fuerza ejercida por la Bellville 60 sobre el cojinete 68 corresponde a la precarga de válvula establecida para el mecanismo de la manera descrita anteriormente.

La figura 6 muestra un mecanismo de accionamiento de válvula en el que un elemento de accionamiento de válvula se acopla a una válvula a través de un conjunto que también incluye un estribo en el que se proporciona elasticidad al acoplamiento. El mecanismo tiene muchas características que son iguales o muy similares a las características de la primera realización del mecanismo, y por tanto se indican con los números de referencia utilizados en las figuras 3-5 y 11, incrementados en 100. Por lo tanto, un balancín 192 tiene seguidores de rodillo 212 y 206 que se acoplan respectivamente con levas de apertura y cierre (que se han omitido en la figura) para hacer que el balancín experimente oscilaciones angulares alrededor de un eje 204. Estas oscilaciones se transmiten a través de un pivote 190 a una biela 184 que está fijada a un estribo 152 que actúa sobre el vástago de válvula 150 a través de una Bellville 160 y un cojinete esférico 168.

El mecanismo mostrado en la figura 6, difiere de el de las figuras 3-5 y 11 en la construcción de la biela 184 y en la forma en que se monta en el estribo 152. Más en concreto, mientras que la primera realización usa una parte roscada 98 en la parte superior de la biela 94 y un cavidad roscada correspondiente en el pivote 90 para el ajuste de holgura, este ajuste en la disposición de la figura 6 se logra utilizando un inserto acopado 220 que se encuentra en la parte inferior de la biela 184 y tiene una rosca a través de la cual se conecta de manera ajustable a un manguito 222 que forma parte del conjunto de biela. La parte roscada para tornillo del inserto 220 también contiene una tuerca de retención 224 que se puede apretar contra el manguito 222 para retener el inserto 220 en una posición seleccionada, correspondiente a una cantidad seleccionada de holgura.

Además, el conjunto de biela 184 está conectado al estribo 152 a través de un pivote 226. El pivote 226, estrictamente hablando, no es necesario para que se puedan adaptar entre sí los movimientos requeridos del conjunto de biela, el estribo y el vástago de válvula, pero en algunas circunstancias puede facilitar el montaje del mecanismo.

El extremo superior del manguito 222 también aloja una parte internamente roscada para tornillo que recibe un extremo roscado para tornillo correspondiente 228 de una barra 230 del conjunto de biela 184.

La conexión roscada para tornillo entre la barra 230 y el manguito 222 permite la colocación del estribo 152 con respecto al vástago 150 cuando la válvula se cierra para ser ajustada, y, por tanto, proporciona un medio para establecer la precarga de válvula (la fuerza ejercida por la Bellville 160 sobre el cojinete 168 cuando la válvula no está asentada). La precarga deseada se establece luego apretando una tuerca de retención 232 que también se encuentra en la parte roscada para tornillo 228, contra la parte superior del manguito 222.

La realización mostrada en las figuras 8-10 es idéntica a la primera realización en todos los aspectos distintos de la naturaleza de la disposición elástica que actúa a través de los cojinetes esféricos. Por consiguiente, las características que corresponden a las de la primera realización se indican mediante los números de referencia de las figuras 3-5 y 11, incrementados en 200.

Mientras que el cojinete esférico de la primera realización se acciona a través de una única Bellville, la tercera realización usa una doble Bellville 260 que actúa entre la arandela 258 y la parte inferior 266 del cojinete esférico 268.

En la figura 10, se muestra algo de espacio entre la parte superior del vástago de válvula 250 y la parte inferior de la biela 284. Esto surge porque la válvula está en su condición cerrada. En la figura 11, la parte de estribo del conjunto de acoplamiento se muestra también cuando la válvula está en su posición cerrada, pero en este caso no hay espacio libre. Esto se debe a que la figura muestra la situación en la que la válvula está caliente y se ha expandido a su longitud máxima, mientras que en la figura 10 el vástago de válvula 250 está más frío, y por tanto es más corto.

Las figuras 8 y 9 también muestran, en 231, una parte de la culata hasta la que se extiende la válvula. El asiento para la válvula se muestra en 233.

En la realización mostrada en las figuras 12-14, un elemento de accionamiento en forma de balancín 400 se acopla a un vástago de válvula 402 mediante un conjunto de acoplamiento 404 en el que una biela 406 está fijada de manera pivotante por un extremo al vástago de válvula 404 y conectada por el otro extremo al balancín 400 a través de un cojinete esférico 408. El mecanismo se puede accionar para mover la cabeza, se indica en 412, de la válvula desde la posición cerrada mostrada en la figura 12, en la que la válvula está sellada contra su asiento 414 en la culata 416 hasta la posición abierta mostrada en la figura 13, en la que la cabeza de válvula 412 está alejada del asiento 414.

El conjunto de acoplamiento se fija al vástago de válvula mediante un conector que comprende un manguito inferior internamente roscado 418, cuya parte superior está conectada a una placa 420 a través de la cual un pasador de pivote 422 se extiende de manera pivotante para montar una parte de cavidad 424 en el manguito 418. La parte de cavidad está internamente roscada y coopera con una parte roscada correspondiente en la superficie exterior de la zona inferior de la biela 406 para mantener la biela en posición con respecto a la cavidad 424. Se apreciará que hay otras formas en las que la biela 406 puede fijarse a la cavidad 424 (por ejemplo, mediante soldadura).

La zona superior de la biela también está roscada para tornillo y recibe una tuerca de ajuste de brazo de conexión 426 y una tuerca de retención asociada 428. La tuerca 426 se puede mover hacia arriba y hacia abajo por la parte superior del eje para determinar la distancia mínima entre el cojinete 408 y la parte superior del vástago de válvula 402 (es decir, la distancia cuando se abre la válvula), y la tuerca de retención puede ser apretada contra la tuerca de ajuste para mantener esta última en posición una vez que se haya establecido la distancia mínima adecuada.

El cojinete esférico 408 incluye una parte de bola 430 que se mantiene presa dentro de una parte de cavidad formada de manera correspondiente, es decir, parcialmente esférica 432, de un brazo 434 formado de manera solidaria con el balancín 400. La parte de cavidad 432 tiene el mismo radio de curvatura que la parte de bola 432 y es concéntrica con ella, de modo que la parte de bola 430 puede girar alrededor de su centro de curvatura dentro del cavidad 432 mientras se mantiene presa dentro de esta última. Las figuras 12 y 13 están parcialmente en sección, en el cojinete esférico, y se puede ver que la parte de bola 430 tiene un paso central a través del cual se extiende la biela 406, y la parte superior de la biela 406 sobresale más allá del brazo 434. La zona superior 438 está externamente roscada para tornillo y contiene una estera de ajuste de precarga 440. Un resorte de compresión helicoidal 442 actúa entre una arandela 444 justo debajo de la tuerca 440 y un tope 446 soportado por la parte superior de la parte de bola 430.

El balancín 434 tiene una función similar a los balancines de las otras realizaciones y, por tanto, se monta para oscilaciones angulares alrededor de un eje de balancín 450, y contiene un seguidor de rodillo 452 que coopera con una leva de cierre 454 y un seguidor de rodillo adicional 456 que coopera con una leva de apertura 458.

La parte de bola 430 puede deslizarse con respecto a la biela 406 y puede adaptarse a los movimientos de rotación relativos de la biela 406 y el balancín 434. Sin embargo, como la parte de bola 430 se mantiene presa dentro del cavidad 432, el balancín 434 puede continuar su recorrido angular en la dirección de cierre (es decir, en sentido antihorario, como se ve en las figuras 12 y 13) después de que la válvula 412 sea sellada contra el asiento 414. Este movimiento adicional del balancín hace que la bola 430 suba por la biela 406, comprimiendo así el resorte 442 y permitiendo que aparezca holgura de válvula en el conjunto como un espacio 460 entre la tuerca 426 y la parte inferior de la parte de bola 430. Una vez que el balancín 400 ha recorrido el ángulo máximo en sentido antihorario, la leva 458 actúa a través del rodillo 456 para hacer girar el balancín 400 en la dirección opuesta. Inicialmente, la parte de bola 430 se desliza hacia abajo a lo largo de la biela 406, reduciendo la compresión sobre el resorte 442 hasta que la parte de bola 430 se encuentre con la tuerca 426. Continuando en sentido horario, el movimiento del balancín 400 mueve la válvula a la posición abierta, como se muestra en la figura 13. La medida en que la válvula se abre por este movimiento se rige por la posición de la tuerca 426, y la posición de la tuerca 440, cuando se abre la válvula, regula la cantidad de precarga sobre el resorte 442 (es decir, la fuerza de empuje en esa etapa ejercida por el resorte 442 entre la parte de bola 430 y la tuerca 440).

El resorte 442 puede tener un índice de elasticidad mucho más bajo que el de las arandelas Bellville de las otras realizaciones, y por tanto puede proporcionar una compatibilidad mejorada de la carga de asiento. Además, la precarga ejercida por el resorte 442 se puede ajustar fácilmente en vista del índice de elasticidad inferior y del hecho de que el resorte y la tuerca de ajuste ahora estén situados en la parte superior de la biela 406. La disposición de cojinete esférico y resorte mostrada en las figuras 12-14, también facilita el montaje del mecanismo, ya que la válvula y la conexión pivotante inferior en 422 se pueden montar antes de montar el accionador en el motor. La biela 406 se puede acoplar a la palanca 434 cuando el balancín está montado y atornillado. Una vez hecho esto, el tope 446, el resorte 442, la arandela 444 y la tuerca 440 se pueden montar en la biela y el cojinete.

La realización de los mecanismos mostrados en las figuras 15-17 es similar en muchos aspectos a lo que se muestra en las figuras 12-14 y, por tanto, las características correspondientes se indican con los números de referencia de las figuras 12-14 incrementados en 100.

En las realizaciones mostradas en las figuras 15-17, el paso 536 a través de la parte de bola 530 tiene una parte inferior estrecha 531 y una parte superior agrandada 533. Estas dos partes se encuentran en un escalón 535 que actúa como un asiento para el resorte de compresión 542, cuyo extremo inferior está alojado dentro de la parte de bola 530.

La parte de bola 530 está formada de manera solidaria con una parte de cuello cilíndrica 537 que se extiende, coaxialmente con la biela 506, hacia arriba desde el cuerpo de la bola 530 para definir una extensión hasta la parte más ancha del paso 536. La parte de cuello actúa como una guía para el resorte de compresión 542, y la parte superior del resorte de compresión 542 se apoya sobre un collarín de retención 539 que está fijado en un rebaje circunferencial 541 en la zona de la parte superior del vástago 506. El cuello 537 está externamente roscado para tornillo y retiene una tuerca de tapa 543 que tiene una rosca que se ajusta muy estrechamente a la rosca del cuello 537 para proporcionar una conexión roscada para tornillo relativamente rígida entre la tapa 543 y el cuello 537. La parte superior de la tapa 543 incluye un orificio roscado para tornillo que recibe un eje roscado para tornillo correspondiente 545. Cuando se abre la válvula, la parte inferior del eje 545 se apoya sobre la parte superior de la biela 506, de modo que la distancia que recorre el eje 545 hasta la tuerca de tapa 543 y el índice de elasticidad del resorte 542 determinarán la cantidad de precarga de resorte en el mecanismo. Esto se puede ajustar girando el eje 545 usando un destornillador (no mostrado) que puede encajar en una ranura 547 en la parte superior del eje 545. Una vez que se ha seleccionado la precarga deseada, el eje 545 se puede bloquear en su posición mediante una tuerca de retención 549.

Cuando la válvula está en su posición abierta, por ejemplo, como se muestra en la figura 16, el resorte 542 empuja la biela 506 hacia arriba, con relación al cojinete esférico, empujando así la parte superior de la biela 506 contra la parte inferior del eje 545 con una fuerza que corresponde a la precarga. Cuando la válvula está en su posición cerrada, un movimiento de “cierre” adicional del balancín 500 hará que el reborde 535 se mueva hacia la parte superior de la biela 506 (que ya no se puede elevar porque la válvula está asentada), comprimiendo así el resorte 542 y creando un espacio libre en 560 entre la parte inferior del eje 545 y la parte superior de la biela 506. En las figuras 15-18 de la realización, el mecanismo de ajuste de longitud para ajustar la longitud efectiva entre el centro de la parte de bola 530 y la conexión pivotante 522 ya no se proporciona en la zona del brazo 534, sino que se logra mediante una parte inferior roscada para tornillo de la biela 506 (indicada con el número de referencia 551) que permite atornillar la biela 506 en la cavidad de conector 524 en un grado variable, estableciéndose la posición seleccionada mediante una tuerca de seguridad de ajuste de longitud 553.

Las válvulas mostradas en las figuras 3 a 5 se deslizan por guías que no se muestran. Tanto la leva de apertura como la de cierre están montadas en el mismo eje y están desplazadas entre sí a lo largo del eje de árbol; ver figura 4. Un solo balancín por válvula cuenta con 2 seguidores de rodillo y un rodillo se apoya sobre cada resalte de leva; los perfiles de resalte en sí no se muestran, sino que están representados simplemente por sus círculos barridos. Las bielas de tracción y empuje se giran hacia los balancines y se empujan directamente en un extremo hemisférico del vástago de válvula. La función de “tracción” de la biela de tracción y empuje se logra mediante una fijación a una cuna, que puede ser o no libre para pivotar en la biela de tracción y empuje y que se ajusta por debajo de un collarín de retención de válvula fijado al vástago de válvula mediante chavetas de válvula convencionales.

Cuando la leva de cierre ejerce una fuerza sobre la biela de tracción y empuje, ésta se transmite a la cuna mediante el pasador de pivote de cuna y la cuna tira de la válvula de nuevo hacia su asiento a través de un mecanismo accionado por resorte compacto y un cojinete esférico que permite que la cuna se balancee en relación con el vástago de válvula. La figura 7 muestra una vista ampliada del conjunto de cuna.

El mecanismo puede necesitar ser regulado para funcionar correctamente. Inicialmente, el regulador de holgura de válvula (figuras 6 y 7) debe aflojarse y ajustarse para proporcionar un espacio libre excesivo para no interferir en el ajuste de precarga de asiento de válvula. Para establecer la carga de asiento, la posición de la leva debe establecerse primero en el círculo de base de la posición cerrada de válvula. El regulador de precarga de asiento, figura 6, debe estar en una posición que ofrezca una holgura clara en el sistema (como se detectaría en el balancín). El regulador se gira después hasta que se acaba de asumir la holgura, es decir, el resorte de disco simplemente se fija, pero no se carga. A continuación, el regulador debe girarse un ángulo predeterminado que será una función del paso de rosca para aplicar una compresión específica al resorte. Esta compresión, calculada en combinación con el índice de elasticidad, proporcionará la carga de asiento de válvula deseada en las condiciones de ajuste nominal y el regulador ahora se puede bloquear mediante la tuerca de seguridad. Una vez hecho esto, el ajuste de holgura de válvula ahora se puede hacer usando el otro regulador y, en el diseño tal como está, se puede hacer mediante el “ángulo de giro” si no hay acceso a galgas de espesores.

Por lo tanto, un mecanismo configurado correctamente seleccionará la holgura de modo que, a medida que el motor se caliente y los diferentes componentes se expandan en diferentes cantidades, no se dará la situación en la que la válvula se levante del asiento porque la biela de empuje es “demasiado larga”. La carga de asiento variará a medida que el motor se caliente, aunque, correctamente diseñada, permanecerá siempre dentro de límites aceptables.

El mecanismo logra la carga de asiento mediante la aplicación de, en efecto, un ajuste de “holgura negativa” en el mecanismo de leva de cierre, aunque esta holgura negativa no da lugar a cargas excesivas porque el resorte del disco puede adaptarse a la variación de la holgura negativa sin imponer cargas excesivas al sistema o permitir que se bloquee volviéndose “sólido”.

Si es necesario, la compresión máxima del resorte de disco puede limitarse asegurándose de que la espiga de retención de resorte que encuentra la identificación del resorte de disco sea lo suficientemente larga como para que entre en contacto con la superficie de asiento de resorte en la cuna con la compresión adecuada.

Aunque el elemento de resorte es un resorte de disco en las realizaciones descritas anteriormente, se apreciará que la elasticidad requerida puede lograrse usando otros conjuntos o componentes elásticos.

El cojinete esférico en el retenedor de válvula debe tener el mismo centro que el radio esférico en el extremo de la válvula, de lo contrario, habrá un error cinemático y las dos rotaciones entrarán en conflicto entre sí.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica que comprende un elemento de accionamiento en forma de un balancín (92; 192; 392; 400; 500) y un conjunto para acoplar un vástago de válvula (50; 150; 250; 402; 502) al balancín (92; 192; 392; 400; 500), comprendiendo el conjunto:

un cojinete esférico (68; 168; 268; 408; 508) que tiene dos partes (70, 71; 170, 171; 430, 432) cada una de las cuales define una superficie de cojinete respectiva que es complementaria a la superficie de cojinete definida por la otra parte, siendo al menos una de las superficies parcialmente esférica, estando una de las partes dispuesta para ser acoplada al balancín (92; 192; 392; 400; 500) y estando la otra parte dispuesta para ser acoplada al vástago de válvula; caracterizado por que el conjunto incluye

una disposición elástica (60; 160; 260; 442; 542) que ejerce una fuerza de empuje sobre una de las partes de cojinete y proporciona elasticidad al acoplamiento proporcionado por el conjunto entre el vástago de válvula (50; 150; 250; 402; 502) y el balancín (92; 192; 392; 400; 500).

2. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según la reivindicación 1, en el que el conjunto está configurado de manera que, en uso, la válvula (48; 248; 412; 512) se abre por el movimiento del conjunto en una dirección de apertura y se cierra por el movimiento del conjunto en una dirección de cierre, permitiendo el acoplamiento más movimiento en la dirección de cierre, contra la acción de la disposición elástica, cuando la válvula está asentada.

3. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según la reivindicación 1 o 2, en el que una de las superficies de cojinete (70; 170, 430; 530) es parcialmente esférica y convexa, siendo la otra de las superficies de cojinete (71; 171; 432; 532) parcialmente esférica y cóncava.

4. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto proporciona una conexión elástica de movimiento perdido entre la válvula y el balancín (92; 192; 392; 400; 500), que se adapta a la holgura de válvula.

5. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición elástica comprende un elemento elástico (60; 160; 260; 442; 542) que, en uso, es comprimido por dicho movimiento de cierre, cuando la válvula está asentada.

6. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según la reivindicación 5, en el que el elemento elástico comprende un resorte de compresión (60; 160; 260; 442; 542).

7. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cojinete esférico (68; 168; 268; 408; 508) está configurado de modo que, en uso, el balancín (92; 192; 392; 400; 500) actúa a través del cojinete con el fin de provocar tanto el movimiento de apertura como el de cierre.

8. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según la reivindicación 7, en el que el cojinete comprende una cavidad parcialmente esférica (432; 532) en el balancín (400; 500) y una parte de bola (430; 530) en una biela de conexión (406; 506) conectada, en uso, al vástago de válvula (402; 502).

9. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el conjunto incluye un cojinete esférico adicional (82, 83; 282, 283) a través del cual, en uso, el balancín (192; 392) actúa sobre el vástago de válvula (150; 250) para abrir la válvula.

10. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según la reivindicación 9, en el que el cojinete esférico adicional comprende una primera parte de cojinete (83; 283) que tiene una superficie parcialmente esférica cóncava y una segunda parte de cojinete que tiene una superficie complementaria (82; 282) en el extremo del vástago de válvula (150; 250) opuesta a la cabeza de válvula.

11. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto comprende además una biela (84; 184; 284) para fijar al balancín (92; 192; 392), y una cuna (52; 152; 252) que está montada sobre la biela y que contiene una de las partes del cojinete esférico (68; 168; 268), estando dispuesta dicha cuna para balancearse, en relación con el vástago de válvula (50; 150; 250), a medida que dicha biela es movida por el balancín (92; 192; 392).

12. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición elástica comprende un resorte de disco (60; 160; 260) que se coloca para rodear el vástago de válvula (50; 150; 250) en uso.

13. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según la reivindicación 12, en el que el resorte de disco (60; 160; 260) comprende una arandela Bellville.

14. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según la reivindicación 11, en el que el conjunto incluye medios de ajuste (86, 87; 286, 287; 222, 228) para ajustar la posición de la cuna sobre la biela, y por tanto la precarga en la disposición elástica cuando la válvula no está asentada.

15. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según la reivindicación 14, en el que los medios de ajuste comprenden una conexión roscada para tornillo entre la biela y la cuna.

16. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según cualquiera de las reivindicaciones 11, 14 o 15, en el que la disposición elástica (60; 160; 260) está, en uso, interpuesta entre la biela (84; 184; 284), en su zona extrema alejada de la zona de la biela conectada al vástago de válvula, y el elemento de accionamiento, de modo que el elemento de accionamiento (92; 192; 392) actúa sobre la biela a través de la disposición elástica para provocar el movimiento de cierre del conjunto.

17. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según la reivindicación 16, en el que el conjunto incluye un regulador de precarga (86, 87; 268, 287; 222, 228) situado en dicha zona extrema de la biela.

18. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto incluye una biela (84; 184; 284; 406; 506) para conectar un vástago de válvula al balancín, y en el que la biela se acopla al balancín a través de dicho conjunto.

19. Mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, para un motor de combustión interna, comprendiendo el mecanismo una válvula de admisión o escape; un accionador para abrir y cerrar la válvula, teniendo el accionador un balancín acoplado a la válvula a través del conjunto.

20. Motor de combustión interna que tiene un mecanismo de accionamiento de válvula desmodrómica según reivindicación 19.

21. Automóvil equipado con un motor de combustión interna según la reivindicación 20.