ITBO990443A1 - Attuatore elettromagnetico per il comando delle valvole di un motore a scoppio . - Google Patents

Description

DE SCR IZ IONE

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad un attuatore elettromagnetico per il comando delle valvole di un motore a scoppio.

Come è noto, sono attualmente in fase di sperimentazione dei motori a scoppio in cui le valvole di aspirazione e di scarico che mettono selettivamente in comunicazione la camera di scoppio del motore con il collettore di aspirazione e, rispettivamente, con il collettore di scarico del motore sono azionate da attuatori elettromagnetici pilotati da una centralina elettronica di comando. Tale soluzione permette di variare alzata, tempo di apertura, ed istante di apertura e chiusura delle valvole in funzione della velocità angolare dell'albero a gomiti e di altri parametri di funzionamento del motore, aumentandone sensibilmente il rendimento.

Con riferimento alla figura 1, l'attuatore elettromagnetico I che attualmente fornisce le prestazioni migliori, è disposto a fianco dello stelo della valvola II del motore a scoppio da muovere assialmente, e comprende:

- un braccetto oscillante III in materiale ferromagnetico, presentante una prima estremità incernierata ad un supporto fisso IV in modo tale da poter oscillare attorno ad un asse di rotazione A orizzontale perpendicolare all'asse longitudinale della valvola II, ed una seconda estremità collegata tramite una cerniera V all'estremità superiore della valvola II del motore da muovere assialmente;

- una coppia di elettromagneti VI disposti da bande opposte del corpo del braccetto oscillante III, in modo tale da poter attrarre a comando ed alternativamente il braccetto oscillante III, facendolo ruotare attorno all'asse di rotazione A;

- ed infine un elemento elastico atto a mantenere il braccetto oscillante III in una posizione di riposo in cui esso risulta equidistante dalle teste polari dei due elettromagneti VI, in modo tale da mantenere la valvola II del motore in una posizione intermedia tra la posizione di chiusura e la posizione di massima apertura, che la valvola II assume quando il braccetto oscillante III si dispone a contatto della testa polare dell'elettromagnete VI superiore e, rispettivamente, della testa polare dell'elettromagnete VI inferiore. Il principale inconveniente dell'attuatore elettromagnetico I sopra descritto ed illustrato è che la cerniera V, dovendo essere dimensionata per resistere senza rischi di rotture a sollecitazioni meccaniche impulsive di notevole entità (il braccetto oscillante III deve sollevare o abbassare la valvola II in tempi ridottissimi), presenta peso e dimensioni notevoli, limitando sensibilmente le prestazioni complessive del dispositivo. La massa della cerniera V costituisce infatti una porzione rilevante della massa complessiva delle parti in movimento.

La necessità di sopportare senza rischi di rotture sollecitazioni meccaniche impulsive di notevole entità impone inoltre, per la costruzione del braccetto oscillante III ed in particolare per la cerniera V, l'utilizzo di materiali e processi produttivi particolarmente costosi, che incidono pesantemente sui costi complessivi di produzione dell'attuatore.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un attuatore elettromagnetico per il comando delle valvole di un motore a scoppio esente dagli inconvenienti sopra descritti.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un attuatore elettromagnetico per il comando delle valvole di un motore a scoppio che comprende almeno una camera di scoppio a volume variabile, almeno un condotto di collegamento atto a mettere in comunicazione la detta camera di scoppio con l'esterno, ed almeno una valvola atta a regolare il passaggio di fluidi da e verso la detta camera di scoppio; la detta valvola essendo mobile assialmente tra una posizione di chiusura in cui ostruisce il condotto di collegamento, ed una posizione di massima apertura in cui permette il passaggio dei fluidi attraverso il condotto di collegamento con la massima portata consentita; il detto attuatore elettromagnetico comprendendo un braccetto oscillante presentante una prima estremità incernierata ad un supporto fisso ed una seconda estremità collegata alla detta valvola, ed una coppia di elettromagneti atti a far ruotare a comando il detto braccetto oscillante per spostare assialmente la detta valvola tra la posizione di chiusura e la posizione di massima apertura; il detto attuatore elettromagnetico essendo caratterizzato dal fatto di comprendere un primo elemento elastico atto a mantenere la detta valvola in posizione di chiusura, e dal fatto che la seconda estremità del detto braccetto oscillante è disposta in battuta sulla detta valvola in modo tale da poter trasmettere solamente una spinta assiale contraria a quella del detto primo elemento elastico .

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

la figura 2 è una vista frontale, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di un motore a scoppio provvisto di un attuatore elettromagnetico per il comando delle valvole di un motore a scoppio realizzato secondo i dettami della presente invenzione;

la figura 3 è una vista frontale dell'attuatore elettromagnetico illustrato in figura 2;

la figura 4 è una vista posteriore, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, dell'attuatore elettromagnetico illustrato in figura 2.

Con riferimento alla figura 2, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un attuatore elettromagnetico atto a spostare a comando almeno una valvole 2 di aspirazione o di scarico di un motore a scoppio che, nell'esempio illustrato, comprende un basamento 3; uno o più pistoni 4 montati assialmente scorrevoli all'interno di rispettive cavità cilindriche 5 ricavate nel corpo del basamento 3 stesso; ed una testata 6 disposta sulla sommità del basamento 3 a chiusura delle cavità cilindriche 5.

All'interno della rispettiva cavità cilindrica 5, ciascun pistone 4 delimita, unitamente alla testata 6, una camera di scoppio 7 a volume variabile, mentre la testata 6 è provvista, per ciascuna camera di scoppio 7, di almeno un condotto di aspirazione 8 e di almeno un condotto di scarico 9 atti a collegare la camera di scoppio 7 stessa rispettivamente con il collettore di aspirazione e con il collettore di scarico del motore a scoppio, entrambi di tipo noto e non illustrati.

Con riferimento alla figura 2, il motore a scoppio è infine provvisto di un gruppo di valvole 2 atte a regolare l'afflusso di aria all'interno della camera di scoppio 7 attraverso il condotto di aspirazione 8, ed il deflusso dei gas combusti dalla camera di scoppio 7 attraverso il condotto di scarico 9. In particolare, il motore a scoppio presenta in corrispondenza dell'ingresso di ciascun condotto, sia esso di aspirazione 8 o di scarico 9, una rispettiva valvola 2 a fungo di tipo noto, la quale è montata sulla testata 6 in modo tale da<' >presentare il proprio stelo 2a assialmente scorrevole attraverso il corpo della testata 6, e la propria testa 2b assialmente mobile in corrispondenza dell'ingresso del condotto.

Le valvole 2 posizionate all'ingresso dei condotti di aspirazione 8 vengono comunemente chiamate "valvole di aspirazione", mentre le valvole 2 posizionate all'ingresso dei condotti di scarico 9 vengono comunemente chiamate "valvole di scarico".

Ciascuna valvola 2, sia essa "di aspirazione" o "di scarico", è mobile tra una posizione di chiusura, in cui impedisce il passaggio dei gas attraverso il condotto di aspirazione 8 o il condotto di scarico 9 da e verso la camera di scoppio 7 del motore, ed una posizione di massima apertura, in cui permette il passaggio dei gas attraverso il condotto di aspirazione 8 o il condotto di scarico 9 da e verso la camera di scoppio 7 stessa con la massima portata possibile.

Con riferimento alle figure 2, 3 e 4, l'attuatore elettromagnetico 1 comprende un telaio di supporto 10 solidale alla testata 6 del motore a scoppio; un braccetto oscillante 11 in materiale ferromagnetico, presentante una prima estremità Ila incernierata al telaio di supporto 10 in modo tale da poter oscillare attorno ad un asse di rotazione A perpendicolare all'asse longitudinale L della valvola 2, ed una seconda estremità llb sagomata in modo tale da disporsi in battuta sull'estremità superiore dello stelo 2a della valvola 2; ed una coppia di elettromagneti 12 disposti da bande opposte della porzione centrale del braccetto oscillante ·11, in modo tale da poter attrarre a comando ed alternativamente il braccetto oscillante 11, facendolo ruotare attorno all'asse di rotazione A.

Nell'esempio illustrato, il telaio di supporto 10 è costituito da una coppia di piastre 13 parallele ed affacciate tra loro, che si estendono a sbalzo dalla testata 6 del motore, lateralmente allo stelo 2a della valvola 2 da movimentare assialmente; mentre il bilanciere oscillante 11 è costituito da una piastra centrale 14 in materiale ferromagnetico disposta nello spazio esistente tra le teste polari dei due elettromagneti 12, da un elemento tubolare cilindrico 15 solidale ad un bordo laterale della piastra centrale 14, ed infine da una appendice 16 estendentesi a sbalzo dalla piastra centrale 14 dalla parte opposta dell'elemento tubolare cilindrico 15.

Con particolare riferimento alle figure 2 e 4, l'elemento tubolare cilindrico 15 si estende coassiale all'asse di rotazione A, è montato girevole sulle piastre 13 che definiscono il telaio di supporto 10 tramite l'interposizione di cuscinetti di rotolamento di tipo noto, e definisce l'estremità Ila del braccetto oscillante 11; mentre l'appendice 16 è sagomata a camma ed è disposta in battuta sull'estremità superiore dello stelo 2a della valvola 2, definendo l'estremità llb del braccetto oscillante 11 stesso.

Per quanto riguarda i due elettromagneti 12, ciascuno di essi, nell'esempio illustrato, comprende un nucleo magnetico 17 conformato ad U, fissato al telaio di supporto 10 in modo tale che le sue due teste polari risultino affacciate alla piastra centrale 14, ed una bobina 18 di materiale elettricamente conduttore calzata sul nucleo magnetico 17 stesso. È opportuno sottolineare che il nucleo magnetico 17, per ridurre le perdite di isteresi, è costituito da un pacco di lamierini in materiale ferromagnetico mantenuti aderenti tra loro da bulloni dì serraggio montati passanti attraverso le piastre 13.

Con riferimento alle figure 2, 3 e 4, l'attuatore elettromagnetico 1 comprende infine due elementi elastici atti a mantenere uno la valvola 2 in posizione di chiusura, e l'altro il braccetto oscillante 11 in battuta su uno dei due elettromagneti 12, ed in particolare su quell'elettromagnete 12 contro cui deve andare normalmente in battuta il braccetto oscillante 11 per posizionare la valvola 2 in posizione di massima apertura .

Nella fattispecie, il primo elemento elastico dell'attuatore elettromagnetico 1, di seguito indicato con il numero 20, è costituito da una molla elicoidale calzata sullo stelo 2a della valvola 2 in modo tale da presentare una prima estremità in battuta sulla testata 6 del motore, ed una seconda estremità in battuta su di un codolo di riscontro 21 fissato sullo stelo 2a della valvola 2 stessa. Il secondo elemento elastico dell·'attuatore elettromagnetico 1, di seguito indicato con il numero 22, è invece costituito, nell'esempio illustrato, da una barra di torsione inserita parzialmente all'interno dell'elemento tubolare cilindrico 15, in modo tale da presentare una prima estremità 22a angolarmente solidale all'elemento tubolare cilindrico 15, ed una seconda estremità 22b solidale ad una delle piastre 13 del telaio di supporto 10 tramite una elemento di bloccaggio e registrazione 23 presente sulla stessa.

È opportuno sottolineare che i due elementi elastici, ossia la molla elicoidale 20 e la barra di torsione 22, agiscono in contrapposizione uno all'altro e che le loro costanti elastiche sono scelte in modo tale da posizionare, quando gli elettromagneti 12 sono entrambi disalimentati, ossia in condizioni di equilibrio, il braccetto oscillante 11 in una posizione di riposo in cui quest'ultimo risulta sostanzialmente equidistante dalle teste polari dei due elettromagneti 12, in modo tale da mantenere la valvola 2 del motore in una posizione intermedia tra la posizione di chiusura e la posizione di massima apertura.

Il funzionamento dell'attuatore elettromagnetico 1 è facilmente desumibile da quanto sopra descritto ed illustrato: alimentando alternativamente i due elettromagneti 12 è possibile muovere assialmente la valvola 2 tra la posizione di massima apertura, corrispondente al braccetto oscillante 11 in battuta sull'elettromagnete 12 a ridosso della testata 6, e la posizione di chiusura, corrispondente al braccetto oscillante 11 in battuta sull'elettromagnete 12 superiore.

È opportuno sottolineare che, nell'attuatore elettromagnetico 1, il braccetto oscillante 11 agisce sull'estremità superiore dello stelo 2a della valvola 2 come una camma, esercitando sulla valvola 2 stessa esclusivamente una spinta assiale unidirezionale che, vincendo l'opposizione della molla elicoidale 20, provoca lo spostamento della valvola 2 verso la posizione di massima apertura. Per quando riguarda invece lo spostamento dalla posizione di massima apertura alla posizione di chiusura, la spinta assiale necessaria a spostare la valvola 2 è fornita dalla molla elicoidale 20, mentre il braccetto oscillante 11 agisce da riscontro cedevole per controllare la corsa di ritorno della valvola 2 stessa.

I vantaggi derivanti dall'impiego dell'attuatore elettromagnetico 1 sopra descritto ed illustrato sono evidenti: in primo luogo la massa complessiva delle parti in movimento viene sensibilmente ridotta rispetto alle soluzioni attualmente adottate, non è infatti presente la cerniera, inoltre le sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposto il braccetto oscillante 11 vengono sensibilmente ridotte, rendendo più economica la realizzazione del braccetto oscillante 11.

Un ulteriore vantaggio dell' attuatore elettromagnetico 1 è che la movimentazione assiale delle valvole 2 viene ora effettuata sfruttando la forza elastica dei due elementi elastici 20 e 22, ossia la molla elicoidale 20 e la barra di torsione 22, con un notevole incremento delle prestazioni a parità di potenza elettrica utilizzata. In questa soluzione, infatti, il braccetto oscillante 11 guidato dai due elettromagneti 12 si limita a sommare o sottrarre la propria spinta assiale a quella esercitata dalla barra di torsione 22, in modo tale da perturbare l'equilibrio tra la molla elicoidale 20 e la barra di torsione 22 così da provocare lo spostamento della valvola 2.

Risulta infine chiaro che all'attuatore elettromagnetico 1 qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (8)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Attuatore elettromagnetico (1) per il comando delle valvole (2) di un motore a scoppio che comprende almeno una camera di scoppio (7) a volume variabile, almeno un condotto di collegamento (8, 9) atto a mettere in comunicazione la detta camera di scoppio (7) con l'esterno, ed almeno una valvola (2) atta a regolare il passaggio di fluidi da e verso la detta camera di scoppio (7); la detta valvola (2) essendo mobile assialmente tra una posizione di chiusura in cui ostruisce il condotto di collegamento (8, 9), ed una posizione di massima apertura in cui permette il passaggio dei fluidi attraverso il condotto di collegamento (8, 9) con la massima portata consentita; il detto attuatore elettromagnetico (1) comprendendo un braccetto oscillante (11) presentante una prima estremità (Ila) incernierata ad un supporto fisso (10) ed una seconda estremità (llb) collegata alla detta valvola (2), ed una coppia di elettromagneti (12) atti a far ruotare a comando il detto braccetto oscillante (11) per spostare assialmente la detta valvola (2) tra la posizione di chiusura e la posizione di massima apertura; il detto attuatore elettromagnetico (1) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere un primo elemento elastico (20) atto a mantenere la detta valvola (2) in posizione di chiusura, e dal fatto che la seconda estremità (Ila) del detto braccetto oscillante (11) è disposta in battuta sulla detta valvola (2) in modo tale da poter trasmettere solamente una spinta assiale contraria a quella del detto primo elemento elastico (20).
2. 2. Attuatore elettromagnetico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo elemento elastico (22) atto a mantenere la detta valvola (2) nella posizione di massima apertura, esercitando sulla valvola (2) stessa una spinta assiale contraria a quella del detto primo elemento elastico (20).
3. 3. Attuatore elettromagnetico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto primo (20) ed il detto secondo elemento elastico (22) sono atti a mantenere, in condizione di equilibrio, la detta valvola (2) in una posizione intermedia tra la detta posizione di chiusura e la detta posizione di massima apertura.
4. 4. Attuatore elettromagnetico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il detto secondo elemento elastico (22) agisce direttamente sul detto braccetto oscillante (11).
5. 5. Attuatore elettromagnetico secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto secondo elemento elastico (22) comprende una barra di torsione (22) la quale presenta una prima estremità (22a) solidale alla detta prima estremità (Ila) del braccetto oscillante (11), ed una seconda estremità (llb) solidale al detto supporto fisso (10).
6. 6. Attuatore elettromagnetico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta valvola (2) è una valvola a fungo montata con lo stelo (2a) assialmente scorrevole attraverso la testata (6) del motore a scoppio, e che il detto primo elemento elastico (20) comprende una molla elicoidale (20) calzata sullo stelo (2a) della valvola (2), con una prima estremità in battuta sulla detta testata (6) del motore ed una seconda estremità in battuta su di un codolo di riscontro (21) fissato sullo stelo (2a) della valvola (2) stessa.
7. 7. Attuatore elettromagnetico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti due elettromagneti (12) sono disposti da bande opposte del detto braccetto oscillante (11).
8. 8. Attuatore elettromagnetico secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che ciascuno dei detti elettromagneti (12) comprende un nucleo magnetico (17) conformato ad U, fissato al detto supporto fisso (10) in modo tale che le sue due teste polari risultino affacciate braccetto oscillante (11), ed una bobina (18) di materiale elettricamente conduttore calzata sul detto nucleo magnetico (17).