Máquinas y procedimientos de trabajo con fluidos.

Máquina de trabajo con fluidos que comprende un controlador (12) y una cámara (2,

100) de trabajo de volumen cíclicamente variable, presentando la cámara de trabajo una válvula primaria (14, 106) de baja presión controlable electrónicamente asociada con la misma para controlar la conexión de la cámara de trabajo con un colector (16, 108) de baja presión, pudiendo hacerse funcionar el controlador para controlar de manera activa al menos la válvula primaria de baja presión, en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo, para determinar el desplazamiento neto de fluido por parte de la cámara de trabajo de ciclo a ciclo, caracterizada porque la cámara de trabajo comprende además un orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión que puede abrirse y cerrarse en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo para conectar la cámara de trabajo a un colector (26, 122) de baja presión, para permitir que el fluido fluya hacia el interior o el exterior de la cámara de trabajo simultáneamente a través de la válvula primaria de baja presión y el orificio secundario de baja presión durante una parte de al menos algunos ciclos de volumen de cámara de trabajo.

Máquinas y procedimientos de trabajo con fluidos Campo de la invención La invención se refiere al campo de las máquinas de trabajo con fluidos, en particular a máquinas de trabajo con fluidos que comprenden al menos una cámara de trabajo de volumen cíclicamente variable, en las que el desplazamiento neto de fluido a través de la o de cada cámara de trabajo se regula mediante al menos una válvula controlable electrónicamente, de ciclo a ciclo, para determinar el caudal neto de fluido a través de la o de cada cámara de trabajo.

Algunas realizaciones de la invención se refieren a un procedimiento para suministrar fluido a, o recibir fluido desde, una cámara de trabajo de una máquina de trabajo con fluidos. Algunas realizaciones de la invención tienen como objetivo facilitar la apertura de una válvula controlable electrónicamente durante un ciclo de motorización de una máquina de trabajo con fluidos.

Antecedentes de la invención Las máquinas de trabajo con fluidos incluyen máquinas accionadas mediante fluidos y/o máquinas de impulsión de fluidos, tales como bombas, motores y máquinas que pueden funcionar como una bomba o como un motor en diferentes modos de funcionamiento.

Cuando una máquina de funcionamiento de fluidos funciona como una bomba, un colector de baja presión actúa normalmente como una fuente neta de fluidos y un colector de alta presión actúa normalmente como un sumidero neto de fluidos. Cuando una máquina de trabajo con fluidos funciona como un motor, un colector de alta presión actúa normalmente como una fuente neta de fluidos y un colector de baja presión actúa normalmente como un sumidero neto de fluidos. En esta descripción y en las reivindicaciones adjuntas, los términos “colector de alta presión” y “colector de baja presión” se refieren a colectores con una presión superior e inferior entre sí. La diferencia de presión entre los colectores de alta y de baja presión, y los valores absolutos de la presión en los colectores de alta y de baja presión, dependerán de la aplicación. Por ejemplo, la diferencia de presión puede ser mayor en el caso de una bomba que esté optimizada para una aplicación de bombeo de gran potencia que en el caso de una bomba que esté optimizada para determinar de manera precisa el desplazamiento neto del fluido, por ejemplo, una bomba para dispensar una cantidad medida de fluido (por ejemplo, un combustible líquido) , que solamente pueda tener una diferencia de presión mínima entre los colectores de alta y de baja presión. Una máquina de trabajo con fluidos puede tener más de un colector de baja presión.

Aunque la invención se ilustrará con referencia a aplicaciones en las que el fluido es un líquido, tal como un líquido hidráulico generalmente incompresible, el fluido puede ser alternativamente un gas.

Se conocen máquinas de trabajo con fluidos que comprenden una pluralidad de cámaras de trabajo de volumen cíclicamente variable, en las que el desplazamiento del fluido a través de las cámaras de trabajo se regula mediante válvulas controlables electrónicamente, de ciclo a ciclo y en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo, para determinar el caudal neto de fluido a través de la máquina. Por ejemplo, el documento EP 0 361 927, considerado como la técnica anterior más cercana, desvela un procedimiento para controlar el caudal neto de fluido a través de una bomba con múltiples cámaras mediante la apertura y/o cierre de válvulas de vástago controlables electrónicamente, en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo, para regular la comunicación de fluidos entre las cámaras de trabajo individuales de la bomba y un colector de baja presión. Como resultado, un controlador puede seleccionar cámaras individuales, de ciclo a ciclo, para desplazar un volumen fijo predeterminado de fluido o para pasar por un ciclo inactivo sin ningún desplazamiento neto de fluido, permitiendo de ese modo que el caudal neto de la bomba se adapte dinámicamente a la demanda.

El documento EP 0 494 236 desarrolló este principio e incluyó válvulas de vástago controlables electrónicamente que regulan la comunicación de fluidos entre cámaras de trabajo individuales y un colector de alta presión, facilitando de ese modo la provisión de una máquina de trabajo con fluidos que funciona como una bomba o como un motor en modos de funcionamiento alternantes. El documento EP 1 537 333 introdujo la posibilidad de ciclos parciales, permitiendo que los ciclos individuales de las cámaras de trabajo individuales desplacen cualquiera de una pluralidad de diferentes volúmenes de fluido para adaptarse mejor a la demanda.

Factores clave que determinan el rendimiento de las máquinas de trabajo con fluidos de este tipo incluyen las características de rendimiento de las válvulas controlables electrónicamente. Estas válvulas son normalmente válvulas de vástago accionadas electromagnéticamente, aunque también se concibe la utilización de otros tipos de válvula. Las características de rendimiento relevantes incluyen la velocidad a la que se abren y se cierran las válvulas controlables electrónicamente, la diferencia de presión que deben vencer para poder abrirse, su vida útil operativa y la sección transversal de la trayectoria de flujo a través de la válvula cuando está abierta, que limita el caudal de fluido e influye en las características de flujo de fluido dentro y fuera de las cámaras de trabajo. Por consiguiente, las válvulas controlables electrónicamente son un componente caro y que limitan el rendimiento de tales máquinas de trabajo con fluidos, siendo deseable reducir al menos una de las necesidades impuestas en las válvulas controlables electrónicamente.

En particular, un problema técnico importante, que determina la especificación de las válvulas controlables electrónicamente para una aplicación particular, surge cuando el fluido fluye hacia el interior de una cámara de trabajo de una bomba desde un colector de baja presión durante una carrera de expansión de una cámara de trabajo. El caudal del fluido está limitado por la sección transversal y la geometría de la trayectoria de flujo a través de la válvula de vástago y por las propiedades del fluido de trabajo. Cuando el fluido que fluye hacia el interior de la cámara de trabajo es un líquido, se somete a cavitación, lo que aumenta el ruido, reduce la eficacia al necesitar una diferencia de presión a través de la válvula de vástago y genera daños en la máquina. Un problema diferente surge durante la carrera de contracción de una cámara de trabajo en un motor, cuando el fluido sale hacia un colector de baja presión, donde una mayor caída de presión provoca un funcionamiento poco eficiente y donde la válvula de vástago puede cerrarse de manera involuntaria provocando posibles daños a la válvula y un bombeo involuntario.

Este problema se ha solucionado normalmente especificando válvulas controlables electrónicamente más grandes para aplicaciones de mayor caudal o para aplicaciones que requieren características de flujo de fluido más específicas. Sin embargo, las válvulas controlables electrónicamente más grandes son más caras y puede haber un detrimento en las características de rendimiento. Por ejemplo, las válvulas controlables electrónicamente más grandes pueden abrirse y cerrarse más lentamente que las válvulas más pequeñas o pueden necesitar más energía eléctrica, forzando el establecimiento de soluciones intermedias.

Por consiguiente, algunos aspectos de la invención tienen como objetivo reducir las demandas de rendimiento en las válvulas controlables electrónicamente para facilitar un rendimiento mejorado o para permitir la utilización de válvulas controlables electrónicamente de especificación más pequeña y/o reducida, a diferencia de otros casos, para obtener una máquina de trabajo con fluidos con características de rendimiento especificadas. Algunos aspectos de la invención también tienen como objetivo reducir la acumulación de fluido caliente que puede producirse en la caja de cigüeñal de motores y/o bombas de pistón radial.

Aspectos adicionales de la invención afrontan problemas asociados con la apertura de la válvula de baja presión, que conecta una cámara de trabajo con un colector de baja presión, en un motor de trabajo con fluidos (tal como una máquina de trabajo con fluidos que puede funcionar solamente como un motor, o una máquina de trabajo con fluidos que puede funcionar como un motor o como una bomba en diferentes modos de funcionamiento) . En un ciclo de motorización,... [Seguir leyendo]

1. Máquina de trabajo con fluidos que comprende un controlador (12) y una cámara (2, 100) de trabajo de volumen cíclicamente variable, presentando la cámara de trabajo una válvula primaria (14, 106) de baja presión controlable electrónicamente asociada con la misma para controlar la conexión de la cámara de trabajo con un colector (16, 108) de baja presión, pudiendo hacerse funcionar el controlador para controlar de manera activa al menos la válvula primaria de baja presión, en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo, para determinar el desplazamiento neto de fluido por parte de la cámara de trabajo de ciclo a ciclo, caracterizada porque la cámara de trabajo comprende además un orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión que puede abrirse y cerrarse en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo para conectar la cámara de trabajo a un colector (26, 122) de baja presión, para permitir que el fluido fluya hacia el interior o el exterior de la cámara de trabajo simultáneamente a través de la válvula primaria de baja presión y el orificio secundario de baja presión durante una parte de al menos algunos ciclos de volumen de cámara de trabajo.

2. Máquina de trabajo con fluidos según la reivindicación 1, en la que el controlador (12) puede hacerse funcionar, con respecto a al menos algunos ciclos de volumen de cámara de trabajo en los que tanto la válvula (14, 106) primaria de baja presión como el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión están abiertos simultáneamente, para interrumpir la comunicación entre la cámara (2, 100) de trabajo y el o cada uno de dichos colectores (16, 108) de baja presión, un cierto tiempo después de que se cierre el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión.

3. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la válvula primaria (14, 106) de baja presión y el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión pueden abrirse simultáneamente en el instante de una carrera de expansión o de contracción, según sea apropiado, en que la tasa de cambio de volumen de la cámara (2, 100) de trabajo es máxima.

4. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de dichas cámaras (2, 100) de trabajo, en la que el controlador (12) puede hacerse funcionar para controlar una pluralidad de válvulas controlables electrónicamente, incluyendo al menos la válvula primaria (14, 106) de baja presión controlable electrónicamente asociada con cada una de la pluralidad de dichas cámaras de trabajo, de ciclo a ciclo, para determinar el desplazamiento neto de fluido por parte de cada una de la pluralidad de dichas cámaras de trabajo.

5. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la máquina de trabajo con fluidos es una bomba, o un motor, o puede hacerse funcionar como una bomba o como un motor en diferentes modos de funcionamiento.

6. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión puede abrirse y cerrarse mediante una válvula secundaria controlable electrónicamente.

7. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión puede abrirse y cerrarse por medio de una válvula de retención normalmente cerrada que puede abrirse mediante presión.

8. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión puede abrirse y cerrarse mediante una disposición (28) mecánica relacionada de manera operativa al ciclo de expansión y de contracción de la cámara (2, 100) de trabajo.

9. Máquina de trabajo con fluidos según la reivindicación 8, en la que el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión comprende al menos una abertura en la cámara (2, 100) de trabajo y la máquina de trabajo con fluidos comprende al menos un tubo de conducción de fluido, pudiendo hacerse funcionar la máquina de trabajo con fluidos para alinear periódicamente el al menos un tubo de conducción de fluido con la al menos una abertura para establecer de ese modo una comunicación de fluidos entre la cámara de trabajo y un colector (16, 108) de baja presión durante un periodo de tiempo, en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo.

10. Máquina de trabajo con fluidos según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, donde la máquina de trabajo con fluidos es una bomba de pistón radial, en la que la cámara (2, 100) de trabajo tiene un volumen definido por un cilindro (4, 102) y un pistón (6, 104) de movimiento alternante, presentando el cilindro una base en contacto deslizante con una excéntrica (116) acoplada a un cigüeñal giratorio (8) , comprendiendo el orificio secundario (118) de baja presión una abertura (118) en la base del cilindro, donde la excéntrica comprende al menos un tubo (120) de conducción de fluido adaptado para establecer periódicamente una comunicación de fluidos entre la abertura y un colector (16, 108) de baja presión en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo.

11. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la válvula primaria (14, 106) de baja presión y el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión pueden abrirse para

establecer e interrumpir una comunicación de fluidos entre la cámara (2, 100) de trabajo y diferentes colectores de baja presión.

12. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la válvula primaria (14, 106) de baja presión y el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión están dispuestos de manera espaciada a lo largo de la longitud de la cámara de trabajo.

13. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cámara (2, 100) de trabajo es un cilindro (4, 102) de pistón que presenta un extremo generalmente fijo y un extremo móvil, y en la que la válvula primaria (14, 106) de baja presión está provista en el extremo fijo del cilindro y el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión está provisto en el extremo móvil del cilindro.

14. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un árbol giratorio (8) , cuyo desplazamiento angular está relacionado de manera mecánica con el volumen instantáneo de la cámara (2, 100) de trabajo; y un sensor (10) de posición de árbol que puede hacerse funcionar para determinar el desplazamiento angular de dicho árbol giratorio.

15. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos un colector (16, 26, 108, 122) en comunicación con la cámara de trabajo.

16. Máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que funciona como una bomba en la que, en funcionamiento, al principio de la carrera de expansión de un ciclo de bombeo, la válvula primaria (14, 106) de baja presión y el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión están cerrados simultáneamente y el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión permanece cerrado durante un periodo de tiempo que es suficiente para hacer que la presión dentro de la cámara de trabajo descienda por debajo de la presión del colector (16, 108) de baja presión, de manera que hay un diferencial de presión neto a través del colector (16, 108) de baja presión, provocando que se abra la válvula (14, 106) de baja presión.

17. Procedimiento para suministrar fluido hacia o recibir fluido desde una cámara (2, 100) de trabajo de máquina de trabajo con fluidos de volumen cíclicamente variable, durante una carrera de admisión o de descarga de la cámara de trabajo respectivamente, que comprende abrir una válvula primaria (14, 106) de baja presión controlable electrónicamente, en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo, para establecer una comunicación de fluidos entre la cámara de trabajo y un colector (16, 108) de baja presión bajo el control activo de un controlador (12) de ciclo a ciclo, caracterizado porque el procedimiento comprende además abrir un orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión, en una relación en fase con ciclos de volumen de cámara de trabajo, para establecer una comunicación de fluidos entre la cámara de trabajo y un colector de baja presión a través de una segunda trayectoria, de manera que, durante una parte de al menos algunos ciclos de volumen de cámara de trabajo, la válvula primaria de baja presión y el orificio secundario de baja presión están abiertos simultáneamente de manera que el fluido fluye hacia el interior o el exterior de la cámara de trabajo, según sea apropiado, a través de la válvula primaria de baja presión y el orificio secundario de baja presión.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, en el que con respecto a al menos algunos ciclos de volumen de cámara de trabajo en los que la dicha válvula primaria (14, 106) de baja presión y el dicho orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión están abiertos simultáneamente, el controlador puede hacerse funcionar para cerrar la válvula primaria de baja presión un cierto tiempo después de que se cierre el orificio secundario de baja presión.

19. Procedimiento según la reivindicación 17 o la reivindicación 18, en el que la máquina de trabajo con fluidos es una bomba, o un motor, o puede hacerse funcionar como una bomba o como un motor en diferentes modos de funcionamiento.

20. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en el que, en funcionamiento, al principio de la carrera de expansión de un ciclo de bombeo, la válvula (14, 106) primaria de baja presión y el orificio secundario (22, 118, 123, 124) de baja presión están cerrados simultáneamente y el orificio secundario de baja presión permanece cerrado durante un periodo de tiempo que es suficiente para hacer que la presión dentro de la cámara de trabajo descienda por debajo de la presión del colector (16, 108) de baja presión, de manera que hay un diferencial de presión neto a través del colector de baja presión, provocando que se abra la válvula de baja presión.

21. Código de programa que, cuando se ejecuta en un controlador (12) de máquina de trabajo con fluidos, hace que la máquina de trabajo con fluidos funcione como una máquina de trabajo con fluidos según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, o que se suministre fluido a, o se reciba fluido desde, una cámara de trabajo de máquina de trabajo con fluidos según el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20.