ES2862375B2

ES2862375B2 - Cambio de marchas automatico para karting mediante accionamiento electronico

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Publication number: ES2862375B2
Application number: ES202130749A
Authority: ES
Inventors: Tortosa Victor Velasco
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2022-06-03
Anticipated expiration: 2041-07-30
Also published as: WO2023007049A1; ES2862375A1

Description

DESCRIPCIÓN

CAMBIO DE MARCHAS AUTOMÁTICO PARA KARTING

MEDIANTE ACCIONAMIENTO ELECTRÓNICO

Objeto de la invención

El objeto de esta invención es un cambio de marchas automático para karting mediante accionamiento electrónico, el cual mejora de forma significativa los sistemas aplicados en la actualidad y aquellos divulgados en el estado de la técnica actual.

Esta innovación es relativa a los modelos de motor en los que el accionamiento del cambio de marcha hace que el eje del cambio permanezca estático en la posición en la que se ha engranado una marcha y a los modelos en los que se aumentan marchas haciendo girar el eje del cambio de forma consecutiva en una dirección y se baja de marcha en la otra, quedando el eje del cambio en posición de reposo cuando la marcha está metida.

Sector de la técnica

Esta invención se ajusta a los sectores de transportes, en particular vehículos terrestres que se desplazan de otro modo que por railes, y más en particular, elementos mecánicos de motores para karts.

Antecedentes de la invención y estado de la técnica

Los karts son un tipo de vehículo especial que ha derivado en una actividad automovilística denominada karting que se ha popularizado en las últimas décadas, convirtiéndose en una disciplina que incluye una diversidad de categorías según las edades de los pilotos y el tipo de kart. Las carreras se desarrollan en circuitos especiales que no sobrepasan los 2000 metros y de una amplitud limitada que no sobrepasa, en general, los 15 metros. Por sus características, los karts suelen ser el primer coche para el aprendizaje en la conducción para pilotos profesionales de carreras de competición.

A nivel técnico, existen diferentes categorías de karts en función del tipo de motor que equipan. Existen varios tipos de motorizaciones: sin embrague (que arrancan por empuje), con embrague centrífugo (que no precisan de accionamiento manual) y con embrague manual (que se utiliza para iniciar el movimiento del kart desde parado). Habitualmente son , ,

o sin caja de cambios y refrigerados por agua o aire. Según las categorías, se introducen elementos técnicos adicionales.

En el sector del karting, el accionamiento para el cambio de marchas es de tipo mecánico y existen dos tipos de accionamiento para dicho cambio de marchas.

Un primer tipo se encuentra en los karts que equipan motores del tipo en los que el eje del cambio permanece estático en la posición en la que queda la marcha engranada, como los Rotax de dos velocidades, que realizan el cambio de marchas mediante accionamiento mecánico con levas en el volante. Al accionar la leva, ésta tira de un cable de acero que hace desplazar el eje del cambio de marcha en el motor en un movimiento lineal. De la misma forma, al presionar la leva contraria, ésta tira de otro cable de acero que desplaza el eje del cambio del motor en dirección opuesta.

El otro tipo de accionamiento mecánico para el cambio de marchas lo equipan motores en los que se hace girar el eje del cambio para engranar la marcha y posteriormente se retorna a una posición de reposo; estos son habitualmente de seis velocidades. El sistema que suelen utilizar consiste en una palanca que mediante un movimiento hacia delante y hacia atrás, actúa sobre el eje del cambio subiendo o bajando velocidades en función de la dirección en la que accionamos la palanca.

Estos tipos de accionamiento presentan algunos problemas, en especial respecto al cambio de marchas mediante accionamiento con levas y respecto al cambio de marchas con accionamiento mediante palanca.

Respecto al cambio de marchas mediante accionamiento con levas, cabe exponer tres inconvenientes en concreto.

En primer lugar, la falta de suavidad del accionamiento. Los cables de acero sobre los que actúan las levas se deslizan sobre unas camisas. El piloto, con la presión que ejerce su mano, ha de vencer la fricción que ofrece el cable contra la camisa y actuar con la fuerza necesaria para desplazar el eje del motor y engranar así la marcha. Además, en el funcionamiento interno del cambio de marchas del motor, y para evitar que el eje del cambio de marcha se desplace de forma involuntaria, se incluye un sistema de enclavamiento de este eje mediante bola y muelle, de modo que el eje tiene una hendidura donde entra la bola . por esto que el cambio de marcha ofrece cierta resistencia para el piloto.

En el mundo del karting la dirección es directa, por lo que no presenta ningún tipo de asistencia que la haga más blanda. Esto provoca que dicha dirección sea rígida y el piloto tenga que hacer un gran esfuerzo para dirigir el vehículo; este hecho acompañado por el grado de rigidez que ofrece el cambio mecánico produce un desgaste del piloto y un creciente agotamiento por el esfuerzo físico añadido.

En segundo lugar, la imprecisión en el cambio de marcha. El cambio de marchas con activación mecánica es dependiente del estado físico en el que se encuentre el piloto, ya que si éste no ejerce la presión adecuada sobre la leva, la probabilidad de que la marcha entre con fiabilidad, disminuye. El tiempo que tarda la marcha en cambiar también depende de la contundencia con la que el piloto acciona la leva.

En tercer lugar, el desengrane involuntario de la marcha. En el sistema de cambio manual de marchas, cuando se presiona la leva y ésta actúa mediante el cable de acero sobre el eje del motor y se mete la marcha, el piloto deja de hacer presión sobre la leva y existe la posibilidad de que el eje del motor retroceda y se salga la marcha. Esto solo ocurre en los modelos con levas en el volante, en los que el eje del cambio permanece estático en la posición en la que queda la marcha engranada.

Respecto al cambio de marchas con accionamiento mediante palanca, destacan los siguientes problemas.

En primer lugar, el piloto debe soltar una mano del volante para accionar la marcha, lo que deriva en una disminución de la seguridad del piloto y de la capacidad de controlar el vehículo. A esto se añade el esfuerzo físico extra que tiene que realizar el piloto para poder controlar el volante. Así mismo disminuye la precisión en la conducción del vehículo.

En segundo lugar, la falta de suavidad del accionamiento. El piloto actúa sobre la palanca empujándola hacia delante o hacia atrás mediante un toque seco, necesario para vencer mecánicamente la resistencia que ofrece el mecanismo de cambio de marcha del motor.

Los citados problemas que afectan al accionamiento mecánico para el cambio de marchas, además de las circunstancias técnicas en las que concurren, afectan directa o indirectamente al piloto y a su capacidad de atención en la conducción. El solicitante no tiene conocimiento

,

mercado, una solución técnica y funcional para solventar los problemas expuestos.

Descripción de la invención

La invención que se presenta tiene por objeto un cambio de marchas automático para karting mediante accionamiento electrónico, incorporando así mismo elementos técnicos novedosos en los karts actuales, concretados en un servomotor y en unas levas electrónicas.

Este sistema es válido tanto en motores del tipo en los que el eje de cambio permanece estático en la posición en la que queda la marcha engranada como en motores en los que se hace girar el eje del cambio para engranar la marcha y posteriormente se retorna a una posición de reposo.

Por lo que respecta a esta invención, en ambos tipos de motores se consigue el engranaje de la marcha aplicando el sistema de cambio automático de marcha por accionamiento electrónico que se reivindica con una diferencia técnica significativa resultante del funcionamiento natural de cada uno de ellos.

En los motores en los que el accionamiento del cambio de marcha hace que el eje de cambio permanezca estático en la posición en la que se ha engranado una marcha, con la implantación del nuevo sistema se consigue el bloqueo del eje de cambio de marcha en la posición que se determine puesto que se impide que éste retroceda y se produzca un desengrane involuntario de la marcha.

En los motores en los que el eje del cambio gira para engranar la marcha y posteriormente se retorna a una posición de reposo, se consigue el engranaje de dicha marcha pero no el bloqueo puesto que el funcionamiento propio del motor no lo permite.

En cualquier caso, el cambio de marchas automático para karting mediante accionamiento electrónico comprende un mecanismo electrónico de gestión del accionamiento y un software predeterminado que establece, en base a una serie de variables, el movimiento de los elementos técnicos del cambio de marcha y los tiempos que intervienen en el engranaje.

Así pues, el mecanismo electrónico comprende unos microinterruptores accionados por dos levas situadas en el volante y que incorporan una placa electrónica, una unidad de control con un software predeterminado y un servomotor, añadiendo obviamente los elementos ,

cambio, amén de varilla de accionamiento, rótulas, etc.

El funcionamiento del sistema es simple. El piloto acciona una u otra leva para subir o bajar marchas, enviando una señal a una unidad de control que la procesa y actúa sobre el servomotor, el cual gira accionando el eje de cambio de marcha del motor, desplazándolo y engranando la velocidad seleccionada.

El software predeterminado alojado en la unidad de control es la herramienta que transmite las órdenes al servomotor para que éste se desplace a una posición angular que le indica dicho software, en la que permanece y activa mecánicamente el movimiento concatenado de las piezas o elementos para engranar la marcha. Como se ha explicado, en los motores en los que el eje de cambio permanece estático en la posición en la que se ha engranado una marcha, dicho eje de cambio, desplazado en un movimiento lineal, se bloquea, resultando imposible un desengrane accidental de la marcha.

En el caso de motores con un eje de cambio que gira para engranar la marcha y posteriormente vuelve a la posición de reposo o inicio, la unidad de control trasmite igualmente las órdenes al servomotor, que igualmente se desplaza y queda en una posición angular y activa mecánicamente el movimiento de los elementos para engranar la marcha, y lo hace en respuesta a la programación determinada por el software correspondiente. Según la propia naturaleza mecánica del motor, el eje de cambio vuelve a la posición de reposo.

Descripción de los dibujos

Para una mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos, los cuales deben ser analizados y considerados únicamente a modo de ejemplo y sin ningún carácter limitativo ni restrictivo.

Figura 1: Plano conjunto de levas.

Figura 2: Plano conjunto de levas

Figura 3: Vista del conjunto accionamiento del eje de cambio

Figura 4: Vista del conjunto accionamiento del eje de cambio

Figura 5: Vista del conjunto accionamiento del eje de cambio

En estas figuras se muestra una realización preferente de la invención en un motor del tipo en los que el eje de cambio permanece estático en la posición en la que queda la marcha engranada. Se muestra de forma detallada el conjunto de levas y como se implementa y repercute su movimiento en el accionamiento del eje de cambio.

El detalle de las partes es el siguiente:

1. Leva

A. Leva para reducir marcha (leva reductora)

B. Leva para subir marcha (leva elevadora)

2. Microinterruptor

A. Micro interruptor para reducir marcha

B. Micro interruptor para subir marcha

3. Conector eléctrico existente en las levas

4. Placa anclaje motor

5. Silentblocks

6. Caja alojamiento servomotor

7. Servomotor

8. Alojamiento unidad de control

9. Leva de empuje y accionamiento del eje de cambio

10. Rótula

11. Varilla accionamiento eje cambio

12. Tuerca de fijación

13. Conector a eje de cambio

14. Conector eléctrico existente en la unidad de control

15. Unidad de control

16. Conector eléctrico alimentación

En las figuras 1 y 2 se muestra el conjunto de levas, con una primera leva reductora (1A) para reducir marcha y una segunda leva elevadora (1B) para subir marcha, las cuales integran una placa electrónica, mostrando igualmente un conector eléctrico (3) para conectar una manguera eléctrica hasta la unidad de control, un microinterruptor para reducir marcha (2A) y un microinterruptor para subir marcha (2B).

, ,

accionamiento del eje de cambio y cómo funciona el sistema que se reivindica.

El conjunto de elementos mecánicos de accionamiento está sujeto al motor mediante una placa de anclaje al motor (4) a través de unos silentblocks (5) que evitan la transmisión de vibraciones al conjunto. Para hacer girar la leva de empuje (9) y accionamiento del eje de cambio se incluye un servomotor (7), que se encuentra alojado en su correspondiente caja (6).

Estos elementos responden a las señales emitidas por una unidad de control (15) que contiene un software predeterminado y está conectada a las levas reductora y elevadora (1A y (1B) gracias a que una y otras incorporan sendos conectores eléctricos (14) (3) en cada uno de los cuales se inserta uno de los cabezales de una manguera que vincula ambos elementos.

La unidad de control (15), con su software, sirve para gestionar el funcionamiento del servomotor (7) y determinar los tiempos de funcionamiento y cortes de encendido. Esta unidad de control (15) se encuentra instalada en un alojamiento (8) diseñado expresamente para ello. Un conector eléctrico de alimentación (16) sirve de entrada de alimentación eléctrica para la unidad de control (15).

La unidad de control (15), relacionada con el servomotor (7), se activa al recibir, identificar y descodificar una señal enviada por los microinterruptores (2A y 2B) al ser estos accionados por la presión ejercida por el piloto sobre las levas reductora y elevadora (1A y 1B), procesando la unidad de control (15) dicha señal mediante su software y transmitiendo al servomotor (7) una orden de giro y desplazamiento propio hasta una posición angular en la que permanece y una orden de activación de los elementos mecánicos que intervienen en el cambio de marcha.

Respecto a su funcionamiento mecánico, el servomotor (7) está conectado mecánicamente con el eje de cambio del motor a través de una leva de empuje (9) y accionamiento del dicho eje de cambio del motor, a la que mueve, estando esta leva de empuje (9) a su vez vinculada con una varilla de accionamiento (11) del eje de cambio a través de unas rótulas (10), a la que desplaza, de modo que el conjunto leva de empuje (9) y varilla de accionamiento (11), conexas al conector (13) del eje de cambio, empujan y consiguen el desplazamiento de dicho conector (13) del eje de cambio. Con este desplazamiento, que es lineal, se produce el .

accionamiento (11) del eje de cambio mediante unas tuercas de fijación (12).

Para realizar el cambio de marcha descendente, el piloto presiona la leva reductora (1A), la cual acciona el microinterruptor (2A), que envía una señal electrónica a la unidad de control (15). Esta unidad de control (15), a su vez, actúa sobre el servomotor (7) haciéndolo girar y desplazando el eje de cambio de marcha del motor mediante el conector (13) del eje de cambio hasta la posición en que la marcha queda engranada.

Para realizar el cambio de marcha ascendente, el piloto presiona la leva elevadora (1B), la cual acciona el microinterruptor (2B) que envía una señal electrónica a la unidad de control (15). Esta unidad de control (15) actúa a su vez sobre el servomotor (7) haciéndolo girar mecánicamente y desplazando a su vez el eje de cambio de marcha del motor mediante el conector (13) del mismo hasta la posición en que la marcha quedará engranada. En este cambio de marcha ascendente, la unidad de control (15) contabiliza el tiempo desde que el servomotor (7) inicia el giro. Transcurrido cierto tiempo (milisegundos), la unidad de control (15) interrumpe el encendido electrónico del motor para permitir que el engrane de la marcha sea posible, ya que todo este proceso sucede con el acelerador presionado y sin accionar el embrague. Cuando la interrupción del encendido termina, la marcha se encuentra ya engranada.

Esta intervención de la unidad de control (15) como contador de tiempo sólo se produce al presionar la leva elevadora, (1B), que acciona el microinterruptor (2B), al subir la marcha, puesto que cuando el motor está transmitiendo potencia, se genera una fuerza de empuje sobre los engranajes del cambio y es necesario cortar el encendido para que dicha fuerza de empuje cese durante unos milisegundos y la marcha engrane.

En la situación opuesta, es decir, en la reducción de marcha, el motor no se encuentra transmitiendo potencia, por lo que electrónicamente no hay opción alguna de control. Es el movimiento debido a la inercia del vehículo el que hace que las ruedas giren por el contacto con el terreno, provocando el movimiento de retención del motor.

En ambos casos, es decir, tanto si se realiza un cambio de marcha descendente o bien un cambio de marcha ascendente y una vez engranada la marcha, si el motor es del tipo en el que el eje de cambio permanece estático en la posición en la que queda la marcha engranada, el servomotor (7) permanece en esa posición angular a la que se ha desplazado bloqueando al mismo tiempo el movimiento lineal del eje de cambio e imposibilitando que la

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gira para engranar la marcha, el mismo retrocede hasta una posición de reposo o de inicio esperando la siguiente instrucción en respuesta a las órdenes del software correspondiente.

Respecto al software de la unidad de control, cabe señalar que es una herramienta de procesamiento informático que almacena, procesa y analiza diversas variables del trabajo del motor y del kart para determinar los tiempos precisos de funcionamiento y corte de encendido, en particular cuándo y por qué debe realizarse.

En resumen, en los dos motores expuestos, el sistema de accionamiento electrónico funciona igual, con los mismos elementos novedosos - levas electrónicas, micorinterruptores, unidad de control que emite una señal modulada, servomotor que gira y se desplaza a una posición angular - con la variante del software en cada tipo de motor el cual determina cómo acciona el servomotor mecánicamente los elementos técnicos y por supuesto el resultado final: en un tipo de motor el eje de cambio engrana la marcha y queda bloqueado, en el otro tipo el eje de cambio engrana la marcha y vuelve a la posición de inicio/reposo.

A la vista de lo descrito, las ventajas del nuevo cambio de marchas mediante accionamiento electrónico, son obvias.

En primer lugar, una mayor suavidad en el accionamiento. Cuando el piloto presiona la leva electrónica con el sistema de cambio electrónico, ésta acciona un microinterruptor, haciendo que la presión que tiene que ejercer el piloto para la pulsación sea mínima, pudiendo accionarla con un solo dedo de la mano.

En segundo lugar, mayor precisión en el cambio de marcha. Cuando la leva electrónica acciona el microinterruptor, se envía una señal a la unidad de control que ésta procesa, haciendo girar un servomotor que a su vez, mecánicamente, acciona el eje de cambio e introduce la marcha. Esto hace que el proceso de cambio de marcha se repita exactamente igual cuantas veces se inicie, sin lugar a la variabilidad. El servomotor siempre tarda lo mismo en realizar el cambio de marcha y éste se produce siempre del mismo modo sin depender de la experiencia ni estado físico del piloto. Esto último trae como consecuencia que el tiempo que tarda la marcha en entrar siempre es igual, algo muy beneficioso para un deporte de competición como es el karting.

, .

involuntario de la marcha por la intervención de la unidad de control sobre el servomotor puesto que éste bloquea el movimiento del eje del motor e impide que pueda retroceder. La unidad de control emite una señal modulada por ancho de pulso (PWM) que permanece constante y que capta y recibe el servomotor, que en respuesta se desplaza hasta una posición angular en la que permanece puesto que la susodicha señal se sigue emitiendo. Cualquier intento de vencer el eje del motor y desplazarlo linealmente es fallido ante la señal que emite la unidad de control que lo mantiene en la posición establecida.

Cuando esto ocurre sin el sistema de cambio automático, la marcha puede desengranarse si no se ha engranado correctamente. Como se ha explicado, esto solo ocurre si el motor es del tipo en que el eje de cambio permanece estático en la posición en que queda la marcha engranada.

A nivel de producción, la invención se realizaría con la fabricación de los componentes que conforman el sistema mediante los procesos de fabricación que sean oportunos: mecanizado, corte por láser, tratamientos superficiales y obtención de componentes comerciales.

La invención es susceptible de aplicación industrial para el cambio de marcha electrónico en motores de karting y otros vehículos terrestres que no funcionen por railes.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción, para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan. Los materiales, forma, tamaño, posición, dirección y ángulo serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento. Los términos en que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.

Claims

REIVINDICACIONES

1° Cambio de marchas automático para karting mediante accionamiento electrónico, destinado a motores con el eje de cambio estático en la posición de engranaje de la marcha y a motores en los que el eje del cambio gira para engranar la marcha y posteriormente retorna a una posición de reposo, integrando una primera leva reductora (1A) y una segunda leva elevadora (1B) en el volante, que a su vez comprende unos microinterruptores (2A y 2B) situados en el volante y relacionados con tales levas, las cuales integran una placa electrónica caracterizado porque comprende un mecanismo electrónico de gestión del accionamiento que incorpora una unidad de control (15) que contiene un software predeterminado y que está relacionada a su vez con un servomotor (7) con movimiento de giro y con el conjunto levas reductora (1A) y elevadora (1B) y los correspondientes microinterruptores (2A y 2B), siendo el software de la unidad de control (15), instalada en un alojamiento (8), una herramienta de procesamiento informático que almacena, procesa y analiza diversas variables del trabajo del motor y del kart para determinar los tiempos precisos de funcionamiento y corte de encendido, en particular cuándo y por qué debe realizarse, contabilizando el tiempo desde que el servomotor (7) inicia su giro e interrumpiendo el encendido electrónico del motor para permitir el engrane de la marcha.
2a Cambio de marchas automático para karting mediante accionamiento electrónico, según la ia reivindicación, caracterizado porque el software de la unidad de control (15) como contador de tiempo sólo se activa al presionar la leva elevadora (1B).

3a Cambio de marchas automático para karting mediante accionamiento electrónico, según la 1a reivindicación, caracterizado porque en los motores con el eje de cambio estático en la posición de engranaje de la marcha, la conexión mecánica entre el servomotor (7), alojado en su correspondiente caja (6), y el eje de cambio de marcha del motor se consigue a través de una leva de empuje (9) y accionamiento del eje de cambio del motor, a la que mueve, a su vez vinculada con una varilla de accionamiento (11) de dicho eje de cambio a través de unas rótulas (10), a la que desplaza, estando el conjunto leva de empuje (9) y varilla de accionamiento (11) conexo al conector (13) del eje de cambio, que recibe su empuje, se desplaza, engrana la marcha y queda bloqueado.