ITBO20010570A1 - Sistema elettromagnetico per il comando delle valvole di un motore - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad un sistema elettromagnetico per il comando delle valvole di un motore .

Come è noto, sono attualmente in fase di sperimentazione motori a combustione interna, in cui la movimentazione delle valvole di aspirazione e di scarico è effettuata da attuatori elettromagnetici (del tipo di quelli descritti nella domanda di brevetto europeo EP1087110. Tali attuatori elettromagnetici presentano indubbi vantaggi, in quanto permettono di comandare ciascuna valvola secondo una legge ottimizzata per qualunque condizione operativa del motore, mentre i tradizionali attuatori meccanici (tipicamente alberi a camme) richiedono la definizione di un profilo jii alzata delle valvole che rappresenti un compromesso accettabile per tutte le possibili condizioni di funzionamento del motore.

Un attuatore elettromagnetico per una valvola di un motore a combustione interna del tipo di quello sopra descritto normalmente comprende un corpo attuatore, il quale è collegato allo stelo della valvola ed in condizioni di riposo viene mantenuto da almeno una molla in una posizione intermedia tra due elettromagneti diseccitati; in uso, gli elettromagneti vengono comandati da una unità di controllo in modo tale da esercitare alternativamente una forza di attrazione di origine magnetica sul corpo attuatore per spostare il corpo attuatore stesso tra le due posizioni limite di battuta, le quali corrispondono ad una posizione di massima apertura e di chiusura della rispettiva valvola.

Scopo della presente invenzione è di realizzare un sistema elettromagnetico per il comando delle valvole di un motore, il quale presenti un collegamento elettrico tra l'unità di controllo e ciascun elettromagnete che sia di facile ed economica realizzazione .

In accordo con la presente invenzione viene realizzato un sistema elettromagnetico per il comando delle valvole di un motore e comprendente una unità di controllo e per ciascuna valvola un rispettivo l'attuatore elettromagnetico provvisto di una coppia di elettromagneti, di un corpo attuatore, il quale è meccanicamente collegato alla rispettiva valvola ed è montato mobile tra i due elettromagneti per spostarsi sotto l'azione degli elettromagneti stessi, e di almeno un corpo elastico, il quale è collegato al corpo attuatore per mantenere il corpo attuatore stesso in una posizione di riposo intermedia tra i due elettromagneti; ciascun elettromagnete comprendendo un nucleo magnetico, un avvolgimento, il quale è accoppiato al nucleo magnetico ed è provvisto di una bobina di potenza ed una bobina ausiliaria di misura, ed un cavo di collegamento, il quale è atto a collegare elettricamente l'avvolgimento alla unità di controllo; il sistema elettromagnetico essendo caratterizzato dal fatto che ciascun detto elettromagnete comprendere un rispettivo cavo di collegamento flessibile, il quale è direttamente integrato nel rispettivo avvolgimento per collegare elettricamente senza ulteriori interposizioni il rispettivo avvolgimento alla unità di controllo.

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

- la figura 1 è una vista schematica, in elevazione laterale e parzialmente sezionata di una valvola di un motore e di un relativo attuatore elettromagnetico;

- la figura 2 illustra schematicamente un circuito elettromagnetico dell'attuatore della figura 1; e la figura 3 è una vista in sezione di una struttura di supporto contenente una coppia di attuatori elettromagnetici realizzati in accordo con la presente invenzione.

Nella figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un attuatore elettromagnetico (del tipo di quello descritto nella domanda di brevetto EP1087110) accoppiato ad una valvola 2 di aspirazione o di scarico di un motore a combustione interna di tipo noto per spostare la valvola 2 stessa lungo un asse 3 longitudinale della valvola tra una posizione di chiusura (nota e non illustrata) ed una posizione di massima apertura (nota e non illustrata).

L'attuatore 1 elettromagnetico comprende un braccetto 4 oscillante realizzato almeno parzialmente in materiale ferromagnetico, il quale presenta una prima estremità incernierata ad un supporto 5 in modo tale da poter oscillare attorno ad un asse 6 di rotazione trasversale all'asse 3 longitudinale della valvola 2, ed una seconda estremità collegata tramite una cerniera 7 ad un'estremità superiore della valvola 2. L'attuatore 1 elettromagnetico comprende, inoltre, due elettromagneti 8 portati in posizione fissa dal supporto 5 in modo da risultare disposti da bande opposte del braccetto 4 oscillante, ed una molla 9 accoppiata alla valvola 2 ed atta mantenere il braccetto 4 oscillante in una posizione intermedia (illustrata nella figura 1) in cui il braccetto 4 oscillante stesso risulta equidistante dalle espansioni 10 polari dei due elettromagneti 8. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, la molla 9 accoppiata alla valvola 2 viene affiancata o sostituita da una molla a barra di torsione accoppiata alla cerniera presente tra il supporto 5 ed il braccetto 4 oscillante .

In uso, un'unità 11 di controllo controlla in retroazione ed in modo sostanzialmente noto la posizione del braccetto 4 oscillante, cioè la posizione della valvola 2, in base alle condizioni di funzionamento del motore; in particolare l'unità 11 di controllo eccita gli elettromagneti 8 con una rispettiva corrente i(t) elettrica per esercitare alternativamente o simultaneamente una forza di attrazione di origine magnetica sul braccetto 4 oscillante in modo da fare ruotare il braccetto 4 oscillante stesso attorno all'asse 6 di rotazione spostando, di conseguenza, la valvola 2 lungo il rispettivo asse 3 longitudinale e tra le citate posizioni di massima apertura e di chiusura (non illustrate) .

Secondo quanto illustrato nella figura 1, la valvola 2 si trova nella citata posizione di chiusura (non illustrata) quando il braccetto 4 oscillante è in battuta sull'elettromagnete 8 superiore eccitato, si trova nella citata posizione di massima apertura (non illustrata) quando il braccetto 4 oscillante è in battuta sull'elettromagnete 8 inferiore eccitato, e si trova in una posizione di apertura parziale quando i due elettromagneti 8 sono entrambi disalimentati ed il braccetto 4 oscillante è nella citata posizione intermedia (illustrata nella figura 1) per effetto della forza esercitata dalla molla 9.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, ciascun elettromagnete 8 comprende un rispettivo nucleo 12 magnetico accoppiato ad una corrispondente bobina 13, la quale viene alimentata dall'unità 11 di controllo con una corrente i(t) variabile nel tempo per generare un flusso q>(t) attraverso un rispettivo circuito 14 magnetico accoppiato alla bobina 13. In particolare ciascun circuito 14 magnetico è composto dal relativo nucleo 12 di materiale ferromagnetico, dal braccetto 4 oscillante di materiale ferromagnetico e dal traferro 15 esistente tra il relativo nucleo 12 ed il braccetto 4 oscillante.

A ciascun nucleo 12 magnetico è accoppiata una ulteriore bobina 16 ausiliaria (composta da almeno una spira e provvista di un numero Na di spire) collegata ad un circuito di misura (noto e non illustrato) dell'unità 11 di controllo, il quale è atto a misurare in tempo reale il valore del flusso cp(t) attraversante il corrispondente circuito 14 magnetico.

In particolare, ai morsetti della bobina 16 ausiliaria viene collegato un voltmetro; essendo i morsetti della bobina 16 ausiliaria sostanzialmente aperti (la resistenza interna del voltmetro è così elevata da potersi ritenere infinita senza per questo introdurre errori apprezzabili), la bobina 16 ausiliaria non è percorsa da corrente e la tensione ai suoi morsetti dipende unicamente dalla derivata del flusso (p(t) nel tempo, da cui si può ricavare il valore del flusso cp(t) mediante una operazione di integrazione.

Nella realizzazione pratica, in un elettromagnete 8 la rispettiva bobina 13 e la rispettiva bobina 16 ausiliaria vengono avvolte insieme in un unico avvolgimento 17 per semplificare sia la realizzazione delle bobine 13 e 16 stesse, sia il loro accoppiamento con il relativo nucleo 12 magnetico. Inoltre, ciascun elettromagnete 8, o meglio ciascun avvolgimento 17, deve venire collegato all'unità 11 di controllo mediante un rispettivo cavo 18 di collegamento provvisto di quattro conduttori 19 elettrici indipendenti (due per la circolazione della corrente i (t), due per la misura della tensione ai capi della bobina 16 ausiliaria).

Secondo quanto illustrato nella figura 3, per installare gli attuatori 1 elettromagnetici del tipo di quelli sopra descritti viene preferibilmente utilizzato un corpo 20 scatolato, il quale alloggia due attuatori 1 elettromagneti atti a comandare rispettive valvole 2. In particolare, il corpo 20 scatolato viene preferibilmente utilizzato per comandare le due valvole 2 di scarico o di aspirazione di uno stesso cilindro (non illustrato) in un motore a combustione interna avente quattro valvole per cilindro, in quanto in tali motori le due valvole 2 di scarico o di aspirazione di uno stesso cilindro sono disposte in posizioni tra loro relativamente molto ravvicinate.

Ciascun avvolgimento 17 comprende un rispettivo cavo 18 di collegamento flessibile, il quale è direttamente integrato nell'avvolgimento 17 stesso e comprende quattro conduttori 19 elettrici inseriti in una stessa guaina 21 isolante. In particolare, il cavo 18 di collegamento non viene aggiunto all'avvolgimento 17 dopo la realizzazione dell'avvolgimento 17 stesso, ma viene formato durante la realizzazione dell'avvolgimento 17 utilizzando come conduttori 19 elettrici gli stessi conduttori utilizzati per la realizzazione dell'avvolgimento 17 (evitando, quindi, di eseguire giunzioni elettriche) . Eventualmente, ai conduttori 19 elettrici all'interno della guaina 21 possono venire aggiunti ulteriori isolamenti, in particolare per separare i due conduttori 19 elettrici di potenza (attraverso i quali circola la corrente i(t)) dai due conduttori 19 elettrici di segnale (attraverso i quali viene misurata la tensione ai capi della bobina 16 ausiliaria).

Per ciascun elettromagnete 8, il corpo 20 scatolato comprende un rispettivo foro 22 passante, attraverso il quale viene fatto passare il rispettivo cavo 18 di collegamento, in modo da permettere la connessione del cavo 18 di collegamento stesso all'unità 11 di controllo.

Per collegare elettricamente il cavo 18 all'unità 11 di controllo, le porzioni terminali dei rispettivi conduttori 19 elettrici possono venire inserite in morsetti di collegamento (non illustrati) dell'unità 11 di controllo, oppure le porzioni terminali dei rispettivi conduttori 19 elettrici possono venire inserite in un connettore (noto e non illustrato) sganciabile per consentire un collegamento/scoilegamento rapido con l'unità 11 di controllo.

Il fatto di utilizzare per ciascun elettromagnete 8 un rispettivo unico cavo 18 di collegamento direttamente integrato nel corrispondente avvolgimento 17 permette di realizzare la connessione dell'elettromagnete 8 all'unità 11 di controllo in modo semplice (semplificando sia la costruzione, sia il montaggio degli attuatori 1 elettromagnetici), economico e con una riduzione dei problemi di collegamento elettrico (in quanto il cavo 18 di collegamento essendo flessibile sia adatta a molteplici percorsi).

Claims (6)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Sistema elettromagnetico per il comando delle valvole (2) di un motore e comprendente una unità (11) di controllo e per ciascuna valvola (2) un rispettivo attuatore (1) elettromagnetico provvisto di una coppia di elettromagneti (8) , di un corpo (4) attuatore, il quale è meccanicamente collegato alla rispettiva valvola (2) ed è montato mobile tra i due elettromagneti (8) per spostarsi sotto l'azione degli elettromagneti (8) stessi, e di almeno un corpo (9) elastico, il quale è collegato al corpo (4) attuatore per mantenere il corpo (4) attuatore stesso in una posizione di riposo intermedia tra i due elettromagneti (8); ciascun elettromagnete (8) comprendendo un nucleo (12) magnetico, un avvolgimento (17), il quale è accoppiato al nucleo (12) magnetico ed è provvisto di una bobina (13) di potenza e di una bobina (16) ausiliaria di misura, ed un cavo (18) di collegamento, il quale è atto a collegare elettricamente l'avvolgimento (17) alla unità (11) di controllo; il sistema elettromagnetico essendo caratterizzato dal fatto che ciascun detto elettromagnete (8) comprende un rispettivo cavo (18) di collegamento flessibile, il quale è direttamente integrato nel rispettivo avvolgimento (17) per collegare elettricamente senza ulteriori interposizioni l'avvolgimento (17) stesso alla unità (11) di controllo.
2. 2) Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun detto cavo (18) di collegamento comprende quattro conduttori (19) elettrici inseriti in una stessa guaina (21) isolante per collegare elettricamente sia la rispettiva bobina (13) di potenza, sia la rispettiva bobina (16) ausiliaria di misura alla detta unità (11) di controllo.
3. 3) Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui i detti quattro conduttori (19) elettrici di uno stesso cavo (18) di collegamento sono gli stessi conduttori elettrici utilizzati per la realizzazione della bobina (13) di potenza e della bobina (16) ausiliaria del rispettivo avvolgimento (17).
4. 4) Sistema secondo la rivendicazione 3, in ciascun detto cavo (18) di collegamento comprende ulteriori isolamenti elettrici alloggiati all'interno della rispettiva guaina (21).
5. 5) Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, e comprendente un corpo (20) scatolato atto ad alloggiare una coppia di detti attuatori (1) elettromagnetico per il comando di due rispettive dette valvole (2); il detto corpo (20) scatolato presentando quattro fori passanti per il passaggio dei corrispondenti detti cavi (18) di collegamento.
6. 6) Attuatore elettromagnetico per il comando della valvola (2) di un motore; 1'attuatore (1) elettromagnetico comprendendo una coppia di elettromagneti (8), un corpo (4) attuatore, il quale è meccanicamente collegato alla valvola (2) ed è montato mobile tra i due elettromagneti (8) per spostarsi sotto l'azione degli elettromagneti (8) stessi, ed almeno un corpo (9) elastico, il quale è collegato al corpo (4) attuatore per mantenere il corpo (4) attuatore stesso in una posizione di riposo intermedia tra i due elettromagneti (8); ciascun elettromagnete (8) comprendendo un nucleo (12) magnetico, un avvolgimento (17), il quale è accoppiato al nucleo (12) magnetico ed è provvisto di una bobina (13) di potenza e di una bobina (16) ausiliaria di misura, ed un cavo (18) di collegamento, il quale è atto a collegare elettricamente l'avvolgimento (17) ad una unità (11) di controllo; 1'attuatore (1) elettromagnetico essendo caratterizzato dal fatto che ciascun detto elettromagnete (8) comprende un rispettivo cavo (18) di collegamento flessibile, il quale è direttamente integrato nel rispettivo avvolgimento (17) per collegare elettricamente senza ulteriori interposizioni l'avvolgimento (17) stesso alla unità (11) di controllo.