ES2200231T3 - Motor de alto rendimiento con muy baja emision de sustancias nocivas. - Google Patents
Motor de alto rendimiento con muy baja emision de sustancias nocivas.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN MOTOR DE COMBUSTION CON UN DISPOSITIVO DE AJUSTE PARA UN ARBOL DE LEVAS DE ESCAPE Y UN DISPOSITIVO DE CONTROL DEL ENCENDIDO. PARA CONSEGUIR UN MOTOR DE COMBUSTION CON EL QUE SE REDUZCAN MAS LAS EMISIONES CONTAMINANTES Y PUEDAN ALCANZARSE VALORES LIMITES DE EMISIONES CONTAMINANTES TODAVIA MAS EXIGENTES, SE PROPONE CONTROLAR UN DISPOSITIVO DE AJUSTE PARA EL ARBOL DE LEVAS DE ESCAPE EN LA ZONA DE MEDIA CARGA DE TAL FORMA QUE SE "RETRASE" EL ARBOL DE LEVAS. AL MISMO TIEMPO EL DISPOSITIVO DE CONTROL DEL ENCENDIDO SE OCUPA DE "RETRASAR" EL PUNTO DE ENCENDIDO.
Description
Motor de alto rendimiento con muy baja emisión de
sustancias nocivas.
La invención se refiere a un motor de combustión
según el preámbulo de la reivindicación 1 y a un procedimiento para
hacer funcionar un motor de combustión.
Un objetivo de desarrollo esencial en los motores
de combustión actuales es una reducción de las emisiones de
sustancias nocivas. Las actividades de desarrollo realizadas hasta
ahora tenían sobre todo el objetivo de una optimización del sistema
de limpieza de los gases de escape. Los sistemas actuales de
limpieza de los gases de escape han obtenido entretanto unos
porcentajes de transformación para las sustancias nocivas
superiores al 97%, de tal manera que ya casi no es posible una
ulterior reducción de las emisiones de sustancias nocivas por medio
de sistemas de tratamiento de gases de escape.
El documento
US-A-5293741 hace patente un retardo
del momento de encendido con un retardo simultáneo del tiempo de
apertura de la válvula de escape durante el estado de
funcionamiento sin carga del motor de combustión, para obtener de
esta forma un calentamiento más rápido.
Por el contrario, frente a la misión y a la
solución que se proponen en la reivindicación 1, debe activarse
otro retardo del momento de encendido y de la válvula de escape,
precisamente en la región de carga parcial, de tal forma que se
reduzcan las emisiones de HC.
Por ello es misión de la misión crear un motor de
combustión y un procedimiento para hacer funcionar un motor de
combustión, con el que puedan reducirse ulteriormente las emisiones
de sustancias nocivas así como obtenerse unos valores límite más
rigurosos para emisiones de sustancias nocivas, como los que se
exigen por ejemplo para los ultra low emission vehicles, de forma
abreviada ULEV.
Esta misión es resuelta con las particularidades
de las reivindicaciones independientes. La invención se basa en el
conocimiento de que para una ulterior reducción de las emisiones de
sustancias nocivas y para obtener unos valores límite todavía más
rigurosos es necesaria una clara reducción de las emisiones en
bruto del motor de combustión.
Conforme a la invención se propone activar un
dispositivo de ajuste previsto para el árbol de levas de salida en
una región de carga parcial, de tal forma que se desplace en el
sentido de "retardo" el árbol de levas de salida. Al mismo
tiempo un mecanismo de control de encendido se ocupa de que el
momento de encendido se desplace en el sentido de "retardo".
El ajuste del momento de encendido provoca una ulterior reducción
de las emisiones de HC. Al mismo tiempo se compensa de nuevo la
reducción del consumo específico de combustible conseguida por
medio del ajuste del árbol de levas de salida. Evidentemente, en
total se reducen claramente con ayuda de la combinación de estas
dos medidas las emisiones específicas de HC del motor de
combustión.
En las reivindicaciones subordinadas se describen
unos perfeccionamientos ventajosos de la invención.
Un diseño especialmente ventajoso de las dos
medidas antes descritas puede obtener por medio de que se desplace
el momento de encendido en el sentido de "retardo", hasta el
punto de que se compense de nuevo fundamentalmente la mejora del
consumo específico de combustible, obtenido mediante el ajuste del
árbol de levas de salida. Con este diseño se consigue una clara
reducción de las emisiones HC, sin que se haya aumentado el consumo
específico de combustible. Al mismo tiempo se eleva la temperatura
de los gases de escape a causa del retardo del momento de
encendido, con lo que se obtiene un calentamiento más rápido de un
sistema de gases de escape postconectado al motor de
combustión.
Puede obtenerse una reducción ulterior de la
emisión en bruto mediante el empleo de un mecanismo de ajuste para
el árbol de levas de entrada. Con un ajuste del árbol de levas de
entrada en el sentido de adelanto, adicionalmente al ajuste antes
descrito del árbol de levas de salida, pueden reducirse
ulteriormente tanto las emisiones específicas de HC como el consumo
específico del combustible. De nuevo puede desplazarse la posición
del momento de encendido para una reducción óptima de las emisiones
de HC, de tal modo que se obtenga una reducción máxima de las
emisiones HC con un consumo específico de combustible
invariable.
Una conmutación prevista además adicionalmente de
la carrera del árbol de levas de entrada infiere otra posibilidad
de reducir las emisiones en bruto del motor de combustión, ya que
con una menor carrera de la válvula, por motivos geométricos, puede
adelantarse todavía más el medio de admisión.
Las dos medidas adicionales para influir en el
árbol de levas de entrada tienen el objetivo de llevar a una
posición óptima la región de cruce entre las válvulas de escape y
entrada (es decir, la región en la que las válvulas de escape y las
de entrada están abiertas simultáneamente) así como el momento del
cierre de las válvulas de entrada. Esta posición óptima depende de
las condiciones de combustión dentro del motor de combustión y por
ello debe establecerse por separado para cada motor de combustión.
Si en especial se supera el valor óptimo de la región de corte,
esto lleva a un rápido empeoramiento del proceso de combustión y de
esta forma a emisiones en bruto que crecen a saltos. Por medio de
esto se ponen límites a la influencia del árbol de levas de
entrada.
A continuación se explica con más detalle la
invención con base en el ejemplo de ejecución representado en las
figuras.
Aquí muestran
la fig. 1 un corte a través de un motor de
combustión,
la fig. 2 un diagrama de las regiones de ajuste
de las válvulas de escape y de las válvulas de entrada;
la fig. 3 un diagrama del consumo específico de
combustible y de las emisiones de HC en dependencia de una posición
de un ajuste del árbol de levas de salida y
la fig. 4 un diagrama de las emisiones en bruto
de HC con y sin el empleo del dispositivo conforme a la
invención.
Un motor de combustión 1 está dotado de un primer
mecanismo de ajuste 2 para un árbol de levas de entrada 3 y de un
segundo mecanismo de ajuste 4 para un árbol de levas de salida 5.
Un aparato de control de motor 6 activa el primer mecanismo de
ajuste 2 así como el segundo mecanismo de ajuste 4. Además de esto
el motor de control de motor 6 activa igualmente un mecanismo de
encendido 7 del motor de combustión 1. Debido a que, como se
representa más adelante, la activación de los mecanismos de ajuste
2, 4 y del mecanismo de encendido 7 se realiza en dependencia
mutua, una activación común es especialmente sencilla por medio de
un único aparato de control de motor. Para la activación de los
mecanismos de ajuste 2, 4 y del mecanismo de encendido 7, el
aparato de control de motor 6 recibe y trata entre otras las
señales de un transmisor de ángulos 8 del eje de cigüeñal, un
transmisor de temperatura 9, un transmisor de temperatura 10 y un
transmisor de masa de aire 11.
La eficacia del segundo mecanismo de ajuste 4 se
ha representado en el diagrama de la fig. 2 para los tiempos de
control del árbol de levas de salida 5. Se ha aplicado la carrera
de la válvula, es decir, la carrera VA del árbol de levas de salida
5 dentro del ángulo del eje de cigüeñal KW. El punto muerto superior
se ha designado con OT; en este punto el ángulo del eje de cigüeñal
KW asume el valor cero. El valor máximo de la carrera VA se ha
designado como medio de escape AM. Un ajuste del árbol de levas de
salida 5 en el sentido de "retardo" se representa en la fig. 2
como desplazamiento de la curva VA hacia la derecha.
El modo de funcionamiento del mecanismo de
control de motor 6 con relación a la activación del segundo
mecanismo de ajuste 4 se explica a continuación con más detalle con
base en el diagrama representado en la fig. 3. En este diagrama se
han aplicado curvas del consumo específico de combustible be para
las emisiones específicas de HC para diferentes momentos de
encendido ZZP. En el diagrama se han representado regiones del
momento de encendido ZZP, desde 50º antes del punto muerto superior
OT hasta 15º antes del punto muerto superior OT. Las tres curvas A,
B, C representadas se diferencian con relación al ángulo del árbol
de levas de salida 5 ajustado por medio del segundo mecanismo de
ajuste 4: en la curva A se ha ajustado un medio de escape AM de
154º, en la curva B un medio de escape AM de 113º y en la curva C
un medio de escape AM de 102º para el ángulo del eje de cigüeñal KW
antes del punto muerto superior OT. El diagrama se basa en un
número de revoluciones constante, aquí 2.000 rpm, el motor de
combustión 1 y un ajuste angular fijo del primer mecanismo de
ajuste 2 y de esta forma también el árbol de levas de entrada
5.
La curva A muestra en comparación la situación
con un medio de escape de 154º de ángulo del eje de cigüeñal.
La curva B muestra un ajuste del árbol de levas
de salida 5, como la que se elige como resultado de una
optimización dirigida a un mínimo consumo específico de combustible
be y a unas mínimas emisiones específicas de HC, a plena carga del
motor de combustión 1. Como resultado de esta optimización se
obtiene el punto de funcionamiento B1, incluyendo el ajuste del
ángulo de encendido ZZP. Para comparar las curvas A, B y C entre sí
se aplican los valores para el consumo específico de combustible be
y las emisiones específicas de HC para este punto de funcionamiento
B1, en cada caso al 100%.
Como puede verse en la curva C, en la región de
funcionamiento con carga parcial representada se dispone de otro
potencial más para una optimización del consumo específico de
combustible be y de las emisiones específicas de HC mediante el
ajuste del árbol de levas de salida 5 en el sentido de
"retardo". En la región de funcionamiento representada en la
fig. 3 aparece como óptimo el punto de funcionamiento C1 con
relación al consumo específico de combustible be y a las emisiones
específicas de HC. Con base en el conocimiento de que para una
reducción ulterior de las emisiones totales de sustancias nocivas
del motor de combustión 1, incluyendo el sistema de gases de escape
no representado, es de importancia decisiva una disminución de las
emisiones en bruto generadas directamente por el motor de
combustión 1, se ajusta sin embargo en lugar de ello el punto de
funcionamiento C2. En este punto de funcionamiento C2 se alcanza el
mismo consumo específico de combustible que en el punto de
funcionamiento B1 anteriormente ajustado; al mismo tiempo se
obtiene sin embargo una reducción de las emisiones específicas de
HC de 30º. Una comparación con el punto de funcionamiento C1
muestra que esto representa una reducción de las emisiones
específicas de HC en otros 11º.
En resumen, el control de motor 6 ajusta la
posición angular del árbol de levas de salida 5 y al mismo tiempo
la posición del momento de encendido ZZP, de tal manera que se
obtenga una reducción de las emisiones específicas de HC con un
consumo específico de combustible constante.
Adicionalmente se ha previsto influir en la
posición del árbol de levas de entrada 3 por medio del primer
mecanismo de ajuste 2. En el diagrama de la fig. 2 se han
representado los tiempos de control del árbol de levas de entrada 3
como primera carrera VE1 dentro del ángulo del eje de cigüeñal KW.
El máximo valor de la carrera VE1 se ha designado como primer medio
de admisión EM1. Un ajuste del árbol de levas de entrada 5 en el
sentido de "adelanto" se representa en la fig. 2 como
desplazamiento de la curva VE1 hacia la izquierda. No se ha
representado con más detalle un dispositivo para reducir la carrera
del árbol de levas de entrada 3 según la segunda curva VE2 para el
árbol de levas de entrada 3. Aquí el máximo valor de la carrera VE2
se ha designado como segundo medio de admisión EM2. La región en la
que la curva VA del árbol de levas de salida 5 así como la curva
VE1 del árbol de levas de admisión 3 (o la curva VE2 con una
carrera reducida del árbol de levas de entrada 3) se solapan, se ha
caracterizado como región de
\hbox{corte U.}
Las curvas D y E representadas además en la fig.
2 muestran la influencia del ajuste ulterior del árbol de levas de
entrada 3 -curva D- y de la ulterior reducción de la carrera del
árbol de levas de entrada 3 -curva E-. También aquí se ajusta el
momento de encendido ZZP para una reducción óptima de las emisiones
específicas de HC, de tal manera que el consumo específico de
combustible be permanece fundamentalmente invariable.
La fig. 4 muestra en forma de un diagrama el
resultado del ajuste descrito del árbol de levas de salida 5 con el
resultado de una prueba de gases de escape FTP. Las columnas
rayadas muestran los valores de las emisiones en bruto de HC con un
ajuste del árbol de levas de salida 5, como el que se ha descrito
anteriormente, en comparación con las columnas no rayadas durante
el funcionamiento sin ajuste del árbol de levas de salida 5.
Durante esta prueba de gases de escape se recogen los gases de
escape del vehículo en tres bolsas, llamadas bags. La bag 1
contiene aquí una proporción de gases de escape con el motor de
combustión 1 caliente por funcionamiento y una proporción de gases
de escape con el motor de combustión 1 frío. Para la bag 1 la
columna izquierda indica las emisiones totales, la columna
siguiente la proporción con el motor de combustión 1 frío y la
tercera columna la proporción con el motor de combustión 1
caliente.
Debido a que con el motor de combustión 1 frío el
calentamiento del motor de combustión 1 y las condiciones de
funcionamiento especiales del motor de combustión 1 tienen
prioridad en aire caliente, el ajuste del árbol de levas de salida
5 no es aquí efectivo. En toda la otra región, es decir, en la
proporción caliente de la bag 1, en la bag 2 y en la bag 3 pueden
reducirse sin embargo claramente las emisiones en bruto de HC, en
un orden de magnitud de aprox. el 30%.
Claims (8)
1. Motor de combustión con las siguientes
particularidades:
- un dispositivo de ajuste (4) para un árbol de
levas de salida (5),
- un mecanismo de encendido (7) y
- un mecanismo de control (6) para activar el
dispositivo de ajuste (4) y el mecanismo de encendido (7),
caracterizado
porque
- el mecanismo de control (6) desplaza, en una
región de carga parcial del motor de combustión (1), el árbol de
levas de salida (5) en el sentido de retardo y un momento de
encendido (ZZP) del mecanismo de encendido (6) en el sentido de
retardo.
2. Motor de combustión según la reivindicación 1,
caracterizado porque el mecanismo de control de encendido
(6) desplaza el momento de encendido (ZZP) en el sentido de
retardo hasta que un consumo específico de combustible (be) es
fundamentalmente igual antes y después del ajuste del árbol de
levas de salida (5).
3. Motor de combustión según la reivindicación 1
ó 2, caracterizado porque está previsto un dispositivo de
ajuste (2) para un árbol de levas de entrada (3) y el mecanismo de
control (6), durante un ajuste del árbol de levas de salida (5) en
el sentido de retardo, ajusta al mismo tiempo el árbol de levas de
entrada (3) en el sentido de adelanto.
4. Motor de combustión según la reivindicación 1,
2 ó 3, caracterizado porque está previsto un dispositivo de
conmutación para una carrera del árbol de levas de entrada (3) y el
mecanismo de control (6), durante un ajuste del árbol de levas de
salida (5) en el sentido de retardo, reduce al mismo tiempo la
carrera del árbol de levas de entrada (3).
5. Procedimiento para hacer funcionar un motor de
combustión, caracterizado por los pasos de
- detección de una región de carga parcial
- activación de un dispositivo de ajuste (4) para
el árbol de levas de salida (5) en el sentido de un ajuste en el
sentido de retardo
- activación de un mecanismo de control de
encendido (6) en el sentido de un ajuste del momento de encendido
(ZZP) en el sentido de retardo.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque la activación del mecanismo de control
de encendido (6) se determina de tal forma, que un consumo
específico de combustible (be) es fundamentalmente igual antes y
después del ajuste del árbol de levas de salida (5).
7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque, además de la activación del
dispositivo de ajuste (4) para el árbol de levas de salida (5) con
miras a un ajuste en el sentido de retardo, se activa un
dispositivo de ajuste (2) para un árbol de levas de entrada (3) con
miras a un ajuste en el sentido de adelanto.
8. Procedimiento según la reivindicación 5, 6 ó
7, caracterizado porque, además de la activación del
dispositivo de ajuste (4) para el árbol de levas de salida (5) con
miras a un ajuste en el sentido de retardo, se activa un
dispositivo de conmutación para una carrera del árbol de levas de
entrada (3) con miras a una reducción de la carrera del árbol de
levas de
\hbox{entrada (3).} Applications Claiming Priority (2)
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