DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece un sistema electromecánico de leva axial cilindrica de doble cara que accione la apertura y cierre de válvulas para un motor de combustión interna, preferentemente un motor de cuatro tiempos, donde la apertura de las válvulas es variable, tanto en tiempo, velocidad en la apertura y cierre de las válvulas como en la longitud de la apertura.

Caracteriza a la presente invención el especial diseño y configuración de todas y cada una de las piezas que forman parte del sistema electromecánico de apertura y cierre, particularmente del diseño de una leva axial cilindrica de doble cara disposición horizontal y con su eje paralelo a la dirección longitudinal de desplazamiento de las levas.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los medios empleados en la apertura y cierre de las válvulas de motores de combustión interna.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el estado de la técnica se conocen sistemas de apertura y cierre de válvulas como el denominado “freevalve” que es un sistema de distribución que prescinde de árbol de levas tanto en la admisión como en el escape. Sin utilizar correa de distribución ni arboles de leva. Cada válvula es controlada por un sistema hidráulico-neumático y electrónico, con lo que se traduce en infinitas posibilidades de lograr una combustión a la carta.

Sin embargo, este sistema presenta algunos inconvenientes, por un lado, la fuerza aplicable a las válvulas es limitada, por lo cual la masa de las válvulas limita la aceleración que el sistema es capaz aplicar a dichas válvulas. Por lo tanto, tiene un máximo de vueltas de motor o RPM (Revoluciones Por Minuto) dependiendo de la masa de las válvulas. También sucede que no puede controlarse la velocidad de apertura y cierre. Además, ante un fallo electrónico o neumático puede dejar abierta una o más válvulas permitiendo que el o los pistones choquen con ellas produciendo un fallo catastrófico en el motor.

Los distintos sistemas electromecánicos de apertura y cierre de válvulas conocidos en el estado de la técnica tampoco permiten la regulación del tiempo y velocidad de apertura y cierre.

Por otro lado, los sistemas de apertura y cierre de válvulas electromecánicos solamente sirven o bien para un ciclo Otto, o bien para un ciclo Atkinson de manera excluyante.

El ciclo Otto requiere dos revoluciones para lograr las cuatro carreras, y cada una de ellas posee el mismo desplazamiento, mientras que el ciclo Atkinson realiza las cuatro carreras en una revolución, y son mayores las carreras y tiempos de expansión y escape que las carreras y tiempos de admisión y compresión.

Una leva es un elemento mecánico que sirve para impulsar por contacto directo a otro elemento, llamado seguidor, para que desarrolle un movimiento especificado.

Las levas pueden clasificarse atendiendo a muchos y diferentes criterios. A continuación, se exponen los más comunes: - Según la forma del seguidor. Éste puede ser de rodillo (disco o circular), de hongo (o cara esférica), de cara plana y de punta de cuchillo (o de cuña).

- Según el tipo de cierre. Para mantener unidos dos elementos que se encuentran en movimiento es necesario asegurar en todo momento el contacto entre ambos. De lo contrario, podría ocurrir que se perdiese el control sobre el seguidor, con lo cual éste ya no realizaría el movimiento pretendido. Tal situación puede evitarse de dos formas:

- Cierre de fuerza: se emplea un resorte que asegura el contacto del seguidor con la leva.

- Cierre de forma: en este caso el seguidor está en contacto con más de una superficie a la vez, es decir, se encuentra inmerso dentro de la propia leva en una ranura o canal por donde se mueve. El contacto está asegurado porque se dispone de una doble superficie de leva y el seguidor se encuentra aprisionado entre ambas.

- Según el movimiento propio del seguidor. En este caso, puede hablarse de seguidor traslacional (también denominado traslatorio, reciprocante, alternativo o lineal) si éste describe una trayectoria recta, u oscilatorio si lo que hace es oscilar alrededor de un pivote o centro de giro, describiendo, por tanto, un arco de circunferencia.

- Según el movimiento del seguidor en relación con el de la leva. Se habla entonces de leva radial o axial: en el primero de los casos, el seguidor se mueve de forma perpendicular al eje de rotación de la leva; si ambas direcciones fuesen paralelas se estaría frente a una leva de tipo axial.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un sistema de apertura y cierre de válvulas que permiten, por medio de una leva axial cilindrica de doble cara, mecanizada según las necesidades de diseño del motor de combustión interna, para realizar los óptimos ciclos de apertura y cierre de válvulas según las revoluciones y carga solicitadas al motor.

Además, la válvula de leva axial cilindrica de doble cara permitirá combinar los ciclos Otto con Atkinson, como así otro tipo de ciclos. Se podrá realizar ciclos de soplado, por el cual el pistón funciona como una bomba de aire. Si la salida de aire es expulsada por la válvula de escape, se tendrá un motor que permita apagar cilindros sin la necesidad de comprimir aire, bajando el consumo cuando se desactiven cilindros por baja carga y/o revoluciones del motor o el vehículo viaje a vela, únicamente movido por la inercia, con todos los cilindros en este modo. Si en cambio se procede a devolver el aire por las válvulas de admisión (teniendo cerradas las válvulas de escape durante todo el ciclo) se podrá tener un proceso similar a un compresor. Con la ayuda de una válvula que cierre la entrada de aire del exterior del múltiple de admisión y cuando los cilindros soplen aire al múltiple, permitirá que en este se acumule aire comprimido y sea utilizado por los cilindros que en ese momento funcionen en ciclo Otto o Atkinson. Esto permitirá que motores de vahos cilindros estando en baja carga y revoluciones utilicen parte de los cilindros como compresión y los restantes para producir potencia. Esto permitirá bajar el consumo sin la necesidad de incorporarle un turbo compresor al motor.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención queda recogido en su esencialidad en la reivindicación independiente y las diferentes realizaciones están recogidas en las reivindicaciones dependientes.

La presente invención tiene por objeto un sistema electromecánico de leva axial cilindrica de doble cara para la apertura y cierre de válvulas regulable para un motor de combustión interna.

La invención remplaza el clásico árbol de levas por un par de levas axiales cilindricas de doble cara con su eje de giro paralelo a la dirección longitudinal de desplazamiento de las levas por cilindro, es decir son levas que presentan una cara superior y otra cara inferior, que cuentan preferentemente una elevación. El sistema electromecánico de apertura y cierre regulable de válvulas para un motor de combustión interna comprende de una leva axial cilindrica de doble cara encargada de transmitir un movimiento de apertura y cierre de las válvulas de admisión y una leva similar para la apertura y cierre de las válvulas de escape. Se tendrán un par de levas axiales cilindricas por cilindro del motor, que permite una apertura y cierre regulable de forma automática en cuanto al tiempo de apertura y cierre, la altura de apertura y la velocidad de apertura de las válvulas.

La leva axial cilindrica es solidaria a las válvulas, pero un cojinete le permite rotar con respecto a las válvulas. Se cuenta con unos medios de guiado móviles que están en conexión con unos medios seguidores de manera que el desplazamiento de los medios de guiado móviles produce el desplazamiento de los medios seguidores sobre la superficie de la leva espacial axial produciendo un movimiento de elevación y descenso de las válvulas.

En una primera forma de realización el movimiento de los medios de guiado móvil es de manera transversal a la leva, y por ende el posicionamiento de los medios seguidores sobre la cara superior e inferior de la leva producen, al girar la leva por medio de las elevaciones y descensos que presenta la leva, un movimiento de descenso y elevación de las válvulas respectivamente.

En una segunda forma de realización el movimiento de los medios de guiado que producen un desplazamiento de la leva axial cilindrica respecto de los medios seguidores dispuestos sobre la cara superior e inferior de la leva, en vez de un desplazamiento de los propios medios seguidores, como en la primera forma. Los medios seguidores son solidarios a las válvulas, que producen la apertura y cierre de las válvulas.

Además, el posicionamiento, a diferente distancia radial de la leva axial cilindrica, de los medios seguidores sobre la leva deriva en numerosos caminos de contacto con la leva, dichos numerosos caminos de contacto derivan en múltiples posibilidades de tiempos de apertura y cierre, velocidades de apertura y cierre, y alturas de apertura y cierre, según se mecanice la leva axial cilindrica.

Mecanizando la leva con diferentes elevaciones por cada radio posible, permite abrir y cerrar las válvulas en diferentes tiempos y alturas. Esto permitirá diseñar la leva para optimizar el motor a diferentes regímenes de RPM y carga del motor. Cada leva tiene dos caras simétricas y la guía dos seguidores del tipo rueda o esfera, que permitirá no solo abrir las válvulas, sino también cerrarlas en una forma similar al método desmodrómico, eliminando la necesidad de la utilizar los resortes para el cerrado de las válvulas. Dependiendo de la geometría de los seguidores, puede ser que las caras de la leva no sean exactamente ¡guales o simétricas, pero que permitan el movimiento continuo de los seguidores entre las dos caras de la leva.

Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende un experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria.

A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra “comprende” y sus vahantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.

EXPLICACION DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.

En la figura 1A podemos observar una representación en perspectiva de una primera forma de realización del sistema electromecánico de apertura y cierre regulable de válvulas para motores de combustión interna objeto de la invención. Esta primera forma y preferente, se basa en una guía móvil y leva solidaria a las válvulas.

En la figura 1 B se observa una primera vahante de la primera forma de realización en la que los medios de guiado están en contacto con una sola cara de la leva conformando un sistema axial de una sola cara con recuperación mediante un muelle.

En la figura 1 C podemos observar una representación en perspectiva de una segunda forma de realización. Esta segunda forma y alternativa se basa en una leva móvil y una guía fija solidaria a las válvulas.

En la figura 2 se observan vahas vistas de un ejemplo de leva axial cilindrica de doble cara empleada en el sistema objeto de la invención.

En la figura 3 se muestra de forma explosionada todo el sistema de transmisión del árbol de levas hasta las válvulas.

En la figura 4 se muestra de forma explosionada una forma de realización de los medios de guiado y de los medios seguidores de la superficie de la leva axial cilindrica.

En la figura 5 se muestra un motor de un cilindro con su pistón y árboles de levas provistos de un sistema electromecánico de apertura y cierre como el que es objeto de la solicitud. En las figuras 6A, 6B, 7 A y 7B se muestran diferentes ángulos de rotación, así como el perímetro de rotación dependiendo de si los medios seguidores están posicionamos más hacia el exterior o hacia el interior.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

En la figura 1A podemos observar una primera forma de realización preferente que en ningún caso es limitativa, se observa parte de un árbol de levas (1 ), donde el sistema electromecánico de apertura y cierre comprende, al menos una leva axial cilindrica de doble cara (2) donde el eje de giro de la leva (2) está alineado con la dirección longitudinal de desplazamiento de unas válvulas (7) a las que se transmite un movimiento de elevación y descenso mediante unos medios de transmisión, donde el movimiento de elevación y descenso de las válvulas (7) es regulable en cuanto a la velocidad de apertura y cierre, la altura de apertura y cierre y el tiempo de apertura por medio de unos medios de guiado (3) que están en conexión con unos medios seguidores (4) que hacen contacto con la leva (2), en esta realización, sobre su cara superior y su cara inferior.

Donde los medios de guiado (3) actúan directamente sobre los medios seguidores (4) produciendo su desplazamiento.

En la vahante mostrada en la figura 1 B el sistema axial actúa sobre una de las caras de la leva (2) contando además con un muelle de recuperación (25) colocado bajo o sobre la leva (2) en la parte opuesta al medio seguidor (4).

En la realización mostrada en la figura 1 A los medios de guiado comprenden una guía móvil que tiene forma de “C” y es desplazada por unos medios de transmisión por medio de un posicionador (9), donde los medios de guiado (3) cuentan en los extremos libres de unos brazos de la estructura en forma de “C con unos medios seguidores (4).

El desplazamiento de los medios de guiado (3) es de manera transversal al eje de giro la leva (2).

Los medios seguidores (4) en la realización mostrada son unas ruedas, pudiendo ser unas esferas u otro medio seguidor estándar. Los medios de guiado (3) en la realización mostrada consisten un posicionador (9) que en su eje posee un piñón (16) que engrana con un engranaje de cremallera (17), pudiendo ser dichos medios de transmisión un tornillo sin fin.

En la figura 3, complementaria a la figura 1A, se muestran los detalles de los medios de transmisión del movimiento de elevación y descenso de las válvulas (7) desde la leva (2). Comprenden de un eje exterior (5) que atraviesa la leva (2) y sobre el extremo superior del eje exterior (5) se coloca un primer cojinete (10.1 ), mientras que sobre su extremo inferior se coloca un segundo cojinete (10.2), donde la circunferencia exterior de ambos cojinetes (10.1 y 10.2) se insertarán en la tapa de cilindros, soportando al medio de transmisión; comprende también un eje interior (6) que discurre internamente por el eje exterior (5) y que tiene en el extremo inferior de dicho eje interior (6) un tercer cojinete (13), disponiendo el eje exterior (5) en su extremo superior una ventana (5.1 ), mientras que el eje interior (6) dispone en su extremo superior una perforación (6.1 ) de manera que dispuestos de forma coincidente permite alojar un pasador (11 ) a través de ellos.

La unión entre las válvulas (7) y el eje interior (6) se realiza por medio de una pieza de enganche y sujeción (12) sobre la que se fija el extremo inferior del eje interior (6) los extremos superiores de las válvulas (7). Para que el eje interior (6) pueda girar libremente con respecto a las válvulas (7), la unión entre la pieza de enganche (12) y el eje interior (6) se realiza por medio de un cojinete (13). El giro de cada una de las levas se logra por medio un engranaje de transmisión que en la realización mostrada es un engranaje troncocónico (8).

En la figura 1 C se muestra una forma de realización diferente de la mostrada en la figura 1A, donde es la leva axial cilindrica la que se mueve horizontalmente para modificar la posición de los medios seguidores con respecto al radio de la leva (2). El posicionador (9) están conectados con unos medios de guiado (3), que en este caso producen un desplazamiento de la leva axial cilindrica (2), y donde los medios de guiado fijos (15) y los medios seguidores (4) permanecen en posición fija con respecto a las válvulas (7), siendo el desplazamiento horizontal de la leva axila cilindrica (2) respecto de los medios seguidores (4) los que producen las diferentes elevaciones y descensos de las válvulas (7).

Esta forma de realización precisa como medio de giro de la leva un piñón de leva (18) dispuesto sobre el extremo superior del eje, estando dicho piñón (18) engranado con un tomillo sinfín (19) que transmite el movimiento de giro al piñón

(18) y le permite a éste desplazarse horizontalmente a lo largo del tomillo sinfín

(19).

En la figura 2 se puede apreciar una forma de realización de la leva axial cilindrica de doble cara (2) con eje de giro alineado con el movimiento longitudinal de elevación y descenso de las válvulas, apreciándose que la leva cuenta con al menos una elevación (2.1 ), además de con una cara superior (2.2) y una cara inferior (2.3), de manera que los medios seguidores contactan tanto con la cara superior (2.2) como con la cara inferior (2.3).

En las figuras 3 y 4 se pueden apreciar todos los elementos anteriormente descritos y su posicionamiento relativo.

En la figura 4 cabe reseñar que los medios de guiado consisten en una guía móvil (3) con un engranaje de cremallera (17) y dos brazos horizontales que conforman una “C”. Se disponen unas guías fijas (14), que limitan el desplazamiento de la guía móvil (3) de forma radial a la leva axial (2).

En la figura 5 se puede ver un par de levas axiales cilindricas (2) y su relación con las válvulas (7) y el pistón (20) de un motor de combustión interna de un cilindro. Se muestra como un eje de transmisión (21 ), por válvula axial cilindrica (2), conectados al cigüeñal (22) del motor por medio de una correa o cadena (23), de forma similar a como se conectan los arboles de leva tradicionales, proporciona la rotación al medio de transmisión por medio de un engranaje trocaico (24) en el eje de transmisión (21 ) y otro en el medio transmisor (8).

En las figuras 6A y 6B se muestra un ejemplo donde el radio exterior (línea continua) y el radio interior (línea discontinua), representan el desplazamiento que sufren las válvulas (7), en la figura 6A se muestra el desplazamiento con relación al ángulo de rotación, mientras que en la figura 6B se muestra el desplazamiento con relación al perímetro de la leva (2). En dichas figuras se puede apreciar que el radio exterior tiene una apertura de 16 mm y un ángulo de apertura de 140°, mientras que el radio interior tiene una apertura de 10mm y un ángulo de apertura de 130°. Por lo que en máximas revoluciones del motor convendrá utilizar el radio exterior y en mínimas revoluciones el radio interior.

En la figura 6A se puede apreciar que la línea continua que se corresponde con un radio exterior frente a la línea discontinua que se corresponde con un radio interior, presenta una mayor pendiente y elevación, es decir, una mayor velocidad de apertura y una mayor altura de las válvulas.

En la figura 6B que muestra el desplazamiento con relación al perímetro de la leva (2) se puede observar como la línea discontinua que se corresponde con el perímetro interior, muestra una elevación antes que la elevación de la línea continua. En la figura 6B se puede apreciar que ambos desplazamientos, interior y exterior poseen una pendiente de acenso y descenso de 45°. Pero en la figura 6A se ve que el mayor radio exterior y por consiguiente la mayor distancia recorrida hacen que la pendiente de acenso o descenso sea mayor a 45° con respecto al ángulo de giro de la leva (2).

En las figuras 7A y 7B se muestran unas imágenes similares a las de las figuras 6A y 6B, pero donde el radio es 5mm mayor. Entre el radio útil mínimo (radio interior de la figura en 6A) y con una anchura de 5mm hay una superficie de altura constante que define la apertura del ciclo Atkinson. Se ve en la figura 7A con línea de puntos la apertura de la válvula de admisión podrá estar abierta 40° más que lo normal, definiendo así un ciclo Atkinson.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.