OBJE TO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a una electroválvula para amortiguador que tiene como objetivo esencial evitar la aparición de vibraciones y cambios incontrolados de estado cuando se opera en el interior de un amortiguador hidráulico gestionando el paso de aceite entre una primera cámara y una segunda cámara de un amortiguador .

Asi pues, el objeto de la invención es una electroválvula para amortiguador cuya característica estructural mejora de forma sustancial el mecanismo de apertura y cierre de la válvula, evitando la aparición de fenómenos vibratorios, así como los cambios indeseados del estado de apertura al de cierre y viceversa, en su aplicación a los amortiguadores hidráulicos sin verse incrementada la dimensión de la propia electroválvula de la invención .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los amortiguadores utilizados habitualmente en vehículos automóviles, independientemente del tipo que sean, forman parte del sistema de suspensión conjuntamente con las ruedas y las ballestas, siendo los elementos que recogen y reciben las oscilaciones, absorbiéndolas y transformándolas en calor.

Los amortiguadores hidráulicos están basados en la resistencia que ofrece todo fluido viscoso al paso por un orificio calibrado.

En el caso de amortiguadores hidráulicos, generalmente utilizados en vehículos automóviles, se conforman por un cilindro denominado cuerpo (habitualmente unido a la rueda) por cuyo interior discurre un pistón conectado a un vástago de accionamiento (habitualmente unido al chasis), definiendo el pistón en el interior del cilindro dos cámaras, una de compresión y otra de tracción, inundadas ambas de fluido, generalmente aceite.

El pistón cuenta con una serie de orificios y válvulas que obturan en mayor o menor medida el paso del fluido, consiguiéndose asi una dificultad variable a la circulación del fluido que pasa de una cámara a otra. Dicha dificultad de circulación del fluido se materializa en una caída de presión entre las dos cámaras de trabajo, generando una fuerza resultante que se opone al movimiento relativo entre el vástago y el cuerpo del amortiguador, reduciéndose de esta manera las oscilaciones del vehículo.

Aunque tradicionalmente la gestión del paso de fluido entre cámaras se realiza de forma pasiva, es cada vez más frecuente el uso de válvulas activas o electroválvulas para modificar la dificultad de paso y circulación de fluido.

Es habitual el uso de electroválvulas, cuya estructura general incluye una estructura de control, un actuador y un mecanismo de apertura y cierre.

El sistema de control es el responsable de alimentar y gestionar el actuador de la electroválvula, permitiendo comandar la misma de manera autónoma e independiente.

El actuador por lo general comprende un solenoide, siendo el encargado de desarrollar los esfuerzos necesarios para modificar el estado de la electroválvula (cerrada/abierta) , según la consigna del sistema de control .

Por su parte, el mecanismo de apertura/cierre, que puede estar compuesto por una o varias piezas, es el que físicamente establece o elimina la comunicación entre los espacios gestionados por la electroválvula.

En el caso de amortiguadores hidráulicos, su diseño es especialmente crítico, ya que dicha electroválvula debe gestionar adecuadamente diferencias de presión elevadas y grandes caudales en relación a su reducida dimensión.

Además, dicha electroválvula se debe enfrentar a flujos bidireccionales de gran variabilidad y alta frecuencia, con fuertes restricciones de espacio para la instalación de la electroválvula .

El problema de las electroválvulas existentes en el mercado radica en que, el limitado espacio disponible para la electroválvula obliga a actuar al sistema con fuerzas relativamente bajas, de magnitud comparable a aquéllas inducidas sobre el mecanismo de apertura/cierre por las presiones y flujos propios del amortiguador.

Por ello, es frecuente la aparición de fenómenos vibratorios o la modificación indeseada del estado de apertura o cierre de la electroválvula.

Actualmente, la solución que se emplea para solventar dichos problemas es el incremento de tamaño del solenoide que rodea la electroválvula para poder incrementar de ese modo la fuerza que pueda soportar en el mecanismo de apertura/cierre, presentando esta solución el problema de precisar un elevado espacio que ocupa dicho solenoide.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en los apartados anteriores, la invención propone una electroválvula para amortiguador que cuenta en principio con una carcasa en cuyo interior se define un espacio longitudinal de configuración cilindrica donde se aloja una corredera móvil desplazable axialmente mediante un solenoide en combinación con un resorte tendente a situar a la corredera móvil hacia la posición de cierre, mientras que la activación del solenoide desplaza la corredera móvil hacia una posición de apertura venciendo la resistencia del citado resorte.

La esencialidad de la invención se centra en que la corredera móvil integra en un extremo de la misma un borde anular extremo enfrentado con un asiento inferior que delimita la parte baja de un canal anular intermedio que separa el espacio longitudinal citado y un hueco interno de la carcasa, contando ésta además con unos orificios radiales que comunican el exterior de la carcasa con el canal anular; caracterizándose además porque el borde anular extremo de la corredera móvil presiona frontalmente contra el asiento inferior en la posición de cierre, posición esta en la que se interrumpe la circulación de fluido a través de los orificios radiales y hueco interno y por consiguiente se interrumpe la circulación de fluido entre una primera cámara y una segunda cámara del amortiguador .

La corredera móvil se caracteriza porque comprende: - Una cabeza superior ajustada en un primer tramo alargado del espacio longitudinal de la carcasa, cabeza superior que hace tope contra un fondo frontal de tal tramo alargado en la posición de apertura de la electroválvula .

- Un estrechamiento intermedio, alrededor del cual se define una cavidad que forma parte del espacio longitudinal de la carcasa.

Un cuerpo inferior en forma de cazoleta invertida cuyo extremo libre constituye el borde anular extremo dispuesto en correspondencia con el canal anular de la carcasa, estando guiado y ajustado tal cuerpo inferior en un segundo tramo del espacio longitudinal, segundo tramo este que tiene un mayor diámetro que el primer tramo alargado.

Otra característica de la invención es que el fondo del cuerpo inferior en forma de cazoleta de la corredera móvil, incorpora tal fondo al menos una primera perforación longitudinal, incorporando la cabeza superior de tal corredera móvil al menos una segunda perforación longitudinal.

El resorte se aloja en el segundo tramo del espacio longitudinal de la carcasa, haciendo tope tal resorte por un extremo del mismo contra el fondo del cuerpo inferior de la corredera móvil, mientras que el extremo opuesto de tal resorte hace tope contra un escalón anular que separa ambos tramos del espacio longitudinal.

Otra característica de la invención es que el asiento inferior del canal anular intermedio comprende un plano inclinado convergente hacia el hueco interno, de manera que sobre tal asiento inferior del canal anular intermedio contacta y presiona una arista que forma parte del borde anular extremo del cuerpo inferior en forma de cazoleta, en la posición cerrada de la electroválvula .

Otra característica de la invención es que una porción terminal del cuerpo inferior en forma de cazoleta de la corredera móvil, integra tal porción terminal un regruesamiento diametral exterior dispuesto en correspondencia con el canal anular intermedio de la carcasa.

Otra característica de la invención es que el regruesamiento diametral exterior se complementa con un deflector constituido por un resalte anular dispuesto en la parte más elevada del citado regruesamiento diametral exterior a la vez que está próximo al fondo lateral del canal anular intermedio de la carcasa.

A continuación para facilitar una mejor comprensión de la memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Figura 1.- Muestra una vista en alzado seccionado de la electroválvula para amortiguador, objeto de la invención. La electroválvula se encuentra en una posición cerrada correspondiente con la posición de reposo. Comprende básicamente una carcasa que define en su interior un primer espacio longitudinal en el que se guía una corredera desplazable axialmente mediante un solenoide en combinación con un resorte. La electroválvula puede adoptar una posición abierta en la que la posición de la corredera permite la comunicación del exterior de la electroválvula con un hueco interno de la carcasa que permite la circulación del fluido entre una primera cámara y una segunda cámara de un amortiguador, elementos estos últimos que no están representados en las figuras.

En cambio, en la posición cerrada de la electroválvula, la comunicación entre el exterior de la electroválvula y el hueco interno de la carcasa está interrumpido mediante un tramo terminal de la corredera y por tanto está interrumpida la circulación de fluido entre la primera y segunda cámaras del amortiguador.

Figura 2.- Muestra una vista en explosión de los distintos elementos que componen la electroválvula.

Figuras 3 y 4.- Muestran respectivas vistas en sección de una parte de la electroválvula de la invención en las que se destaca un característico regruesamiento diametral exterior incorporado en el tramo terminal de la corredera móvil .

Figuras 5 y 6.- Muestran otras vistas similares a las mostradas en las dos figuras anteriores, en las que se destaca un deflector unido al regruesamiento diametral exterior de la corredera móvil.

DESCRIPCIÓN DE UN EJEMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Considerando la numeración adoptada en las figuras, la electroválvula para amortiguador comprende la siguiente nomenclatura empleada en la descripción:

1.- Carcasa.

- Espacio longitudinal.

- Corredera móvil.

- Solenoide.

- Resorte.

- Hueco interno.

- Orificios radiales.

- Canal anular intermedio. 9. - Asiento inferior.

10. - Borde anular extremo.

11. - Cabeza superior.

12. - Estrechamiento intermedio.

13.- Cuerpo inferior.

14. - Fondo.

15. - Primera perforación longitudinal.

15'.- Segunda perforación longitudinal.

16. - Primer tramo alargado.

17.- Segundo tramo.

18. - Escalón anular.

19. - Regruesamiento diametral exterior.

20. - Deflector.

21 - 21 ' . - Aristas .

22.- Fondo frontal.

Comprende una carcasa 1 que define en su interior un espacio longitudinal 2 en el que se guia una corredera móvil 3 desplazable axialmente mediante un solenoide 4 en combinación con un resorte 5.

La electroválvula puede adoptar una posición abierta mediante la activación del solenoide 4 en la que la posición de la corredera móvil 3 permite la comunicación del exterior de la válvula con un hueco interno 6 de la carcasa 1 que es continuación de un extremo inferior del espacio longitudinal 2 de la carcasa 1, de manera que tal hueco interno 6 permite la comunicación entre una primera cámara y una segunda cámara del amortiguador para facilitar el paso de fluido entre ambas cámaras de tal amortiguador, cámaras no representadas en las figuras.

La comunicación del exterior de la carcasa 1 con el hueco interno 6 se realiza a través de unos orificios radiales 7 dispuestos en tal carcasa 1, desembocando tales orificios radiales 7 en correspondencia con un canal anular intermedio 8 que separa el espacio longitudinal 2 y el hueco interno 6 de la carcasa 1. El canal anular intermedio 8 cuenta con un asiento inferior 9 definido por un plano inclinado enfrentado con un borde anular extremo 10 de la corredera móvil 3.

En la posición abierta de la electroválvula, la activación del solenoide 4 debe vencer la resistencia del resorte 5 y otras fuerzas menores que se especificarán más adelante .

En cambio en la posición cerrada de la electroválvula, la comunicación entre el exterior de la electroválvula y el hueco interno 6 de la carcasa 1, está interrumpido al apoyar el borde anular extremo 10 de la corredera móvil 3 contra el asiento inferior 9 del canal anular intermedio 8, de manera que en esta posición de cierre la corredera móvil 3 presiona en principio axialmente contra el citado asiento inferior 9 con la fuerza ejercida por el resorte 5 tendente siempre a posicionar la corredera móvil 3 hacia la posición de cierre. De esta manera se bloquea el paso de fluido entre la primera cámara y la segunda cámara en uno u otro sentido .

La corredera móvil 3 de configuración cilindrica, comprende una cabeza superior 11, un estrechamiento intermedio 12 y un cuerpo inferior 13 en forma de cazoleta invertida que integra el borde anular extremo 10 enfrentado para el asiento inferior 9 del canal anular intermedio 8.

A su vez, el fondo 14 del citado cuerpo inferior 13 en forma de cazoleta y la cabeza superior 11 de la corredera móvil 3, incorporan tales elementos una primera perforación longitudinal 15 y una segunda perforación longitudinal 15', respectivamente, que permiten el paso de fluido entre distintas cavidades que forman parte del espacio longitudinal 2 de la carcasa 1, con el fin de equilibrar presiones dentro de la electroválvula.

El espacio longitudinal 2 comprende un primer tramo alargado 16 donde se ajusta la cabeza superior 11 de la corredera móvil 3 y un segundo tramo 17 de mayor diámetro que desemboca en el hueco interno 6 de la carcasa 1, de manera que en tal segundo tramo 17 se guia y acopla el cuerpo inferior 13 de la corredera móvil 3, alojándose en tal segundo tramo 17 además, el resorte 5 que apoya por un extremo contra el exterior del fondo 14 del cuerpo inferior 13, mientras que el extremo opuesto del resorte 5 apoya contra un escalón anular 18 que separa ambos tramos 16-17 conformantes del espacio longitudinal 2 de la carcasa 1.

En una realización mostrada en las figuras 3 y 4, el cuerpo inferior 13 de la corredera móvil 3 cuenta en su porción terminal con un regruesamiento diametral exterior 19 dispuesto en correspondencia con el canal anular intermedio 8 de la carcasa 1.

En otra realización mostrada en las figuras 5 y 6, el regruesamiento diametral exterior 19 de la corredera móvil 3 se complementa con un deflector 20 constituido por un resalte anular dispuesto en la parte más elevada del citado regruesamiento diametral exterior 19, a la vez que está próximo al fondo lateral del canal anular intermedio 8 de la carcasa 1.

Durante el cierre de la electroválvula, el apoyo de la corredera móvil 3 sobre el asiento inferior 9 de la carcasa 1 comprende un apoyo diametral correspondiente con una arista 21-21' del borde anular extremo 10 de tal corredera móvil 3, consiguiéndose asi un cierre más estable, seguro y efectivo.

La corredera móvil 3 cumple una doble función: en primer lugar cierra el circuito electromagnético permitiendo la conversión de la energía eléctrica aplicada al solenoide 4 en energía mecánica.

En segundo lugar, en un extremo opuesto de la corredera móvil 3 se encuentra configurada la zona de cierre y apertura de la válvula entre las dos cámaras del amortiguador al apoyar o separarse el borde inferior de la corredera móvil sobre el asiento inferior 9 de la carcasa 1. Cuando se activa el solenoide 4 se genera una fuerza electromagnética sobre la corredera móvil 3 que supera la fuerza aplicada por el resorte 5 y la aleja del asiento inferior 9 abriendo una sección de paso entre las cámaras del amortiguador reguladas por la electroválvula .

Cuando se interrumpe el suministro de energía eléctrica al solenoide 4, la fuerza aplicada sobre la corredera móvil 3 por el resorte 5 es suficiente para desplazar a la corredera móvil 3 hasta apoyar nuevamente sobre el asiento inferior 9 interrumpiendo la comunicación entre cámaras y por tanto la circulación de fluido entre ellas .

La fuerza electromagnética aplicada sobre la corredera móvil 3 cuando se desea abrir la electroválvula, debe ser suficiente para vencer la fuerza del resorte 5, el rozamiento entre la corredera móvil 3 y el segundo tramo 17 del espacio longitudinal 2, así como las posibles fuerzas de oposición derivadas de la diferencia de presiones entre las cavidades internas generadas en el espacio longitudinal 2 de la carcasa.

Para minimizar estas últimas fuerzas, se han realizado las perforaciones longitudinales 15-15' en la corredera móvil 3, cuya función principal es la de igualar la presión del fluido en las cavidades internas de la propia electroválvula. No se tiene en cuenta la fuerza derivada de la gravedad de la propia corredera móvil por ser normalmente despreciable para la aplicación.

La responsabilidad del cierre de la electroválvula desde la posición de apertura recae sobre la fuerza aplicada por el resorte 5, que debe ser capaz de vencer el rozamiento entre la corredera móvil 3 y el tramo inferior 17 de guiado perteneciente al espacio longitudinal 2 de la carcasa 1, así como todas las fuerzas de oposición que pudieran aparecer como consecuencia de la diferencia de presión entre las cavidades reguladas por la electro álvula .

El mantenimiento de la posición de cierre viene garantizado por la fuerza del resorte 5 y el rozamiento entre la corredera móvil 3 y su guiado dentro del segundo tramo 17, asi como por las fuerzas derivadas de la diferencia de presiones entre cavidades del interior de la carcasa .

El mantenimiento de la posición de apertura de la electroválvula lo garantiza la fuerza electromagnética, ayudada por la fuerza de rozamiento entre la corredera móvil 3 y su guiado dentro del segundo tramo 17 del espacio longitudinal 2 de la carcasa 1. De igual modo, la diferencia de presión entre las distintas cavidades internas de la carcasa y su variación, pueden favorecer o dificultar el mantenimiento de la apertura.

La cabeza superior 11 de la corredera móvil 3 hace tope contra un fondo frontal 22 que delimita el tramo alargado 17 en la posición de apertura de la electroválvula.

Como se ha apuntado anteriormente, la electroválvula debe ser dimensionada, tanto para mantener correctamente las posiciones de apertura y cierre, como para asegurar el cambio de posición en el entorno de trabajo. Sin embargo, una parte importante de las fuerzas aplicadas sobre la corredera móvil 3 de la electroválvula depende del entorno en el que ésta opera.

En el caso de amortiguadores hidráulicos, el mantenimiento de las posiciones de apertura y cierre es especialmente critico debido a las fuerzas que induce el flujo que se desarrolla entre las distintas cámaras.

Cuando la electroválvula se encuentra cerrada, la considerable diferencia de presiones que se llega a establecer entre las cámaras a regular genera un caudal de fuga entre ambas. En tal caso, el mantenimiento de la posición de cierre se ve comprometido por las reacciones que ejerce el chorro de fuga que, aun siendo en general de pequeño caudal, puede alcanzar velocidades muy altas.

Dichas reacciones tienden a cerrar la electroválvula cuando el flujo se establece en un sentido, lo que facilita el mantenimiento de la posición de la corredera móvil 3, pero intentan abrirla cuando el flujo se establece en sentido contrario. Los sentidos del flujo de fuga están asociados con la compresión o extensión del amortiguador.

La fuerza generada por el chorro de fuga es proporcional al caudal del chorro y a su velocidad, de forma que si es capaz de desplazar el elemento de cierre móvil constituido por la corredera móvil 3, su magnitud se ve reducida por una disminución importante en su velocidad, siendo suficiente la fuerza aplicada por el resorte 5 para volver a cerrar la válvula.

Con la válvula cerrada, la reacción ejercida por el chorro de fuga vuelve a aumentar, siendo de nuevo suficiente para abrir la electroválvula, lo que establece un patrón de movimiento vibratorio.

La vibración de la corredera móvil 3 induce vibraciones alternas e incontroladas en la fuerza de amortiguamiento e incluso ruido en función de la frecuencia de la oscilación.

La invención que nos ocupa aprovecha la diferencia de presiones entre cámaras, origen del chorro de fuga, para generar una nueva fuerza sobre la corredera móvil que neutraliza la reacción aplicada por la fuga.

A tal fin, el cuerpo inferior 13 de la corredera móvil

3 incorpora en su porción terminal el regruesamiento diametral exterior 19 y deflector 20, tal como se muestra en las figuras 3 a 6.

El regruesamiento diametral comprendido entre los dos diámetros de la pared lateral del cuerpo inferior 13 está sometido a la diferencia de presiones establecida entre ambas cámaras, aplicando una fuerza de cierre cuando el chorro de flujo intenta abrir la electroválvula .

Por el contrario, también aplica una indeseable fuerza de apertura cuando el chorro de fuga ayuda al cierre de la electroválvula por inversión del flujo.

Sin embargo, la configuración habitual del amortiguador hidráulico hace que la fuerza de cierre obtenida sea sustancialmente mayor a la fuerza de apertura que se genera gracias a dicho regruesamiento diametral exterior 19, permitiendo dimensionar el área de tal regruesamiento 19 para garantizar la posición de cierre de la válvula en todo el régimen de operación del amortiguador .

Por otro lado el mantenimiento de la posición de apertura de la electroválvula se ve comprometido por las fuerzas hidrodinámicas y el efecto Venturi que genera el chorro de fluido intercambiado entre las cámaras a través del área de paso.

Para un correcto diseño, se debe evitar que el cierre incontrolado de la electroválvula ocurra en el rango de operación del amortiguador.

Asimismo, en la posición de apertura de la electroválvula, el área del regruesamiento diametral exterior 19 añadida para garantizar un cierre robusto y sin vibración también incluye, en uno de los sentidos del flujo, una ayuda para mantener la posición de apertura de la electroválvula, pero en el otro sentido tiende a cerrarla .

A causa de la configuración y diseño del amortiguador, en ambos sentidos del flujo, las fuerzas aplicadas sobre la corredera móvil 3 cuando la electroválvula está abierta, son netamente inferiores a aquéllas fuerzas inducidas cuando la electroválvula está cerrada.

Por tanto, el efecto del área del regruesamiento diametral exterior como se ha mencionado anteriormente, reduce el rango de trabajo del amortiguador para el que la electroválvula se encuentra libre de cierres incontrolados, siendo necesaria una segunda modificación para mejorar la situación .

Dicha modificación es la inclusión del deflector 20 sobre el regruesamiento diametral exterior 19 permitiendo aprovechar el cambio de momento angular experimentado por el fluido a su paso por la electroválvula, para generar una fuerza que garantice el mantenimiento de la apertura para todo el rango de operación del amortiguador.

Esta fuerza aumenta con el caudal de fluido intercambiado, como también lo hacen las fuerzas que comprometen el mantenimiento de la posición de la válvula, pudiendo neutralizar su efecto en un rango aplicado de caudales .

La inclusión del deflector 20 no tiene efecto cuando la electroválvula se encuentra cerrada.

Por lo tanto, la parte de cierre de la corredera móvil compuesta por el regruesamiento diametral exterior 19, junto con la incorporación del deflector 20 permiten, mediante un dimensionado adecuado, garantizar el mantenimiento robusto de las posiciones de apertura y cierre de la electroválvula para todo el rango de operación del amortiguador, evitando fenómenos vibratorios y la modificación indeseada del estado de apertura o cierre de la electroválvula en su aplicación en amortiguadores hidráulicos .