ES2236392T3 - Procedimiento para el mando del funcionamiento de un motor alternativo de combustion interna, asi como utilizacion de un dispositivo para el control de la mezcla en un procedimiento de este tipo. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el mando del funcionamiento de un motor alternativo de combustión interna, en especial de un motor de gas, cuyo motor de combustión interna contiene al menos un cilindro (4) en el que trabaja un pistón (6) unido con un cigüeñal (10), cuyo cilindro presenta al menos un orificio (16) de admisión en el que trabaja una válvula (18) de admisión que se abre y que se cierra en correspondencia con la rotación del cigüeñal, y que une temporalmente el cilindro con un canal (14) de aspiración que termina en el orificio de admisión, y presenta al menos un orificio (20) de escape, en el que trabaja una válvula (24) de escape que se abre y se cierra en correspondencia con la rotación del cigüeñal, y que une temporalmente el cilindro con un canal (22) de escape que sale del orificio de escape, estando previsto un elemento (34) para la demanda de potencia, cuya posición determina la cantidad de la mezcla de aire fresco que irrumpe por el orificio de admisión, estando dispuesta en el conducto (14) de aspiración, aguas arriba de la válvula (18) de admisión, otra válvula (28; 60, 62; 272, 278) que para demanda decreciente de potencia, se cierra crecientemente antes del momento de cierre de la válvula de admisión, caracterizado porque la otra válvula (28; 60, 62; 272, 278) se abre de tal manera que una onda de presión que se configura al abrir la otra válvula y con la válvula (18) de admisión todavía cerrada, como consecuencia de la depresión existente entre la otra válvula y la válvula de admisión, llega después de la reflexión en el extremo (100) abierto del tubo de aspiración, a la válvula de admisión en el instante en que precisamente esta se abre, de manera que se disminuye el trabajo de aspiración a prestar por el pistón.

Description

Procedimiento para el mando del funcionamiento de un motor alternativo de combustión interna, así como utilización de un dispositivo para el control de la mezcla en un procedimiento de este tipo.

La invención se refiere a un procedimiento para el mando del funcionamiento de un motor alternativo de combustión interna, en especial para un motor de gas, así como a la utilización de un dispositivo para el control de la mezcla en un procedimiento semejante.

Una de las causas por la que los motores alternativos de combustión interna, en especial motores alternativos de combustión interna de cuatro tiempos, mandados con una válvula de estrangulamiento, y con carga amovible, tienen un mayor consumo específico creciente, es decir, consumo por unidad útil producida, reside en las pérdidas por estrangulamiento. Aguas abajo de la válvula de estrangulamiento se forma en el volumen del conducto de admisión entre la válvula de estrangulamiento y la válvula de admisión, con la válvula de estrangulamiento crecientemente cerrada, una depresión creciente que desaparece durante el tiempo en el que está cerrada la válvula de admisión. La energía acumulada en el volumen sometido a depresión, se pierde pues para la energía útil. La depresión producida durante el movimiento hacia abajo del pistón en la carrera de aspiración, ocasiona en el diagrama p - V un ciclo de cambio de mezcla, afectado por la pérdida.

En el documento US 5,105,784 se describe un motor de combustión interna en el que aguas arriba de la válvula de admisión está dispuesta una válvula de distribuidor giratorio cuyo distribuidor giratorio presenta una abertura de paso que se ensancha en dirección axial con relación al ángulo periférico. Por desplazamiento axial del distribuidor giratorio puede modificarse la duración de la apertura de la válvula de distribuidor giratorio. Modificando el decalaje entre el distribuido giratorio y el cigüeñal que lo acciona, puede modificarse el comienzo de la apertura. Globalmente, de este modo puede ajustarse, por ejemplo, un instante predeterminado de cierre para una duración predefinida de apertura, haciendo que la posición axial del distribuidor giratorio se ajuste primeramente de conformidad con el tiempo deseado de apertura, y después se ajusta el decalaje de manera que se produzca el instante deseado de cierre.

La válvula de distribuidor giratorio, conocida previamente, sirve en primera línea para impedir salidas no deseadas de corrientes del cilindro en el canal de admisión, durante los solapamientos de las aperturas de la válvula de escape y de la válvula de admisión. Por lo demás, el dispositivo para el control de la mezcla trabaja convencionalmente con válvula de estrangulamiento.

Una característica particular del precitado dispositivo para el control de la mezcla, reside en que pueden modificarse la posición axial y el decalaje, generalmente en combinación, lo cual es relativamente costoso tanto constructivamente, como también desde el punto de vista técnico del control. Además, la duración temporal de los flancos de apertura y cierre de la válvula de distribuidor giratorio, es función del número de revoluciones del cigüeñal, lo cual para bajo número de revoluciones, cuando se llega a una exactitud alta, conduce a flancos largos de apertura y cierre, con lo que no sólo se influye desventajosamente la exactitud, sino que también aumentan las pérdidas por cambio de mezcla. Otra característica particular de la conocida válvula de distribuidor giratorio de rodillos, consiste en que se modifica la sección transversal de su abertura con la duración de la apertura (referida al ángulo de calaje de la manivela).

Por el documento DE 29 38 118 A1 se conoce un dispositivo para el control de la mezcla, en el que aguas arriba de una válvula de admisión está dispuesta una válvula de distribuidor giratorio, que es accionada por el cigüeñal y cuyo decalaje con relación a la rotación del cigüeñal es variable. Una válvula semejante de distribuidor giratorio, puede mandarse de tal manera que para demanda decreciente de potencia, se cierre crecientemente antes que la válvula de admisión, de manera que para el mando de la mezcla, en lugar de una válvula de estrangulamiento, se utilice la válvula de distribuidor giratorio. De este modo se pueden conseguir reducciones de consumo respecto a motores mandados con válvulas de estrangula-
miento.

El documento US 4,738,233 describe un sistema de aspiración para un motor alternativo de combustión interna, en el que aguas arriba de una válvula normal de admisión, configurada como válvula de mando, o de una válvula de cambio de mezcla, está dispuesta otra válvula que abre y cierra cíclicamente el conducto de admisión. Aguas arriba de la otra válvula está dispuesto en el conducto de admisión, un depósito cuya función consiste en transformar una onda negativa de presión que al reflejarse, parte de la otra válvula al cerrarse, en una onda positiva de presión, que conduce en la cámara de combustión, a la subida de la mezcla. La otra válvula está configurada como válvula rotatoria, que se acciona por el cigüeñal mediante un dispositivo 22 modificador de fases. En un motor de combustión interna que marcha a alto número de revoluciones, la duración del tiempo de apertura de la válvula 18 rotatoria, coincide en lo esencial con el de la válvula 11 de admisión (véase columna 5, líneas 5 a 8). Con el motor de combustión interna girando crecientemente más despacio, se retrasa el tiempo de apertura de la válvula 18 giratoria respecto a la válvula de admisión a un momento, incluso hasta después del momento en el que el pistón se encuentre en su punto muerto superior. Al contrario que en la teoría de la reivindicación 1, en el objeto del documento US 4,738233, el momento de cierre de la otra válvula se traslada, por tanto, crecientemente después del momento de cierre de la válvula de admisión, siendo el criterio de mando el "número decreciente de revoluciones", y no la "demanda decreciente de potencia". Cuando la otra válvula se abra, la válvula de admisión ya está abierta. Así pues las notas características de la reivindicación 1, no se aproximan tampoco en ninguna manera a las del documento US 4,738,233.

El documento JP 08177536 A describe un motor de combustión interna con una válvula de admisión configurada como válvula de vástago, y con una válvula de distribuidor giratorio, dispuesta aguas arriba en el conducto de admisión, delante de la válvula de admisión, accionándose la válvula de admisión y la válvula de distribuidor giratorio, cada una con un accionador, por ejemplo, un motor paso a paso. Mediante un dispositivo de mando puede modificarse el tiempo normal de apertura / cierre de la válvula 15 de admisión de tal manera que se cierre más rápidamente que el tiempo normal de apertura / cierre de la válvula 15 de admisión. Al dispositivo de mando se alimentan señales de entrada de un sensor 8 de carga, de un sensor 9 del ángulo de la manivela, de un sensor 2a de la presión de aspiración y de un sensor 18a de presión de los gases de escape. Los tiempos de apertura y cierre de la válvula, se ajustan óptimamente en función del régimen de funcionamiento.

La misión de la invención se basa en crear un procedimiento y un dispositivo para su realización, con el o con los que sea posible un funcionamiento especialmente económico de un motor alternativo de combustión interna. La misión de la invención se basa, además, en señalar una utilización de un dispositivo para el control de la mezcla, para un procedimiento semejante.

Una solución de la parte de la misión, que afecta al procedimiento, se obtiene con un procedimiento según la reivindicación 1.

Con el procedimiento según la invención, en el que la depresión que se forma en el conducto de aspiración, entre la válvula de admisión y la otra válvula, se aprovecha en la zona de carga parcial, para una disminución de las pérdidas por cambio de mezcla, y que puede designarse como "sobrealimentación por oscilación de admisión para carga parcial", se disminuye más el consumo del motor de combustión interna en la zona de carga parcial.

Las reivindicaciones 2 a 4 están orientadas a formas ventajosas de realización del procedimiento según la invención.

La reivindicación 5 caracteriza una primera utilización para la solución de la parte de la misión de la invención, que se refiere a ella.

La válvula de distribuidor giratorio accionada según la invención mediante un motor eléctrico paso a paso, permite mandar el proceso de apertura y cierre de la otra válvula directamente y con independencia uno de otro. Tales motores paso a paso son sencillos en la forma conocida en sí misma pero, sin embargo, pueden mandarse con precisión, permitiendo ciclos muy rápidos de movimiento -para un momento de inercia, correspondientemente bajo, del componente constructivo mandado-, y pudiendo mantenerse fijo el componente constructivo accionado, en todas las posiciones.

La utilización del dispositivo para el control de la mezcla según la reivindicación 5, se perfecciona en forma ventajosa con las notas características de las reivindicaciones 6 a 8.

La reivindicación 9 caracteriza otra utilización de un control de la mezcla para la solución de la parte de la misión de la invención, que se refiere a ella. La válvula accionada electromagnéticamente de esta forma de realización, trabaja en función de la presión, y puede mandarse de este modo con vista a sus funciones de apertura y de cierre, en forma libremente variable y precisa.

La reivindicación 10 secundaria caracteriza una forma de realización de la válvula, utilizada ventajosamente.

La reivindicación 11 está orientada a otra forma de realización utilizada ventajosamente, del dispositivo para el control de la mezcla, con el que pueden funcionar ventajosamente cilindros con dos válvulas de admisión.

La invención se puede emplear para todos los tipos de motores alternativos de combustión interna mandados por válvulas, para motores de dos tiempos, motores de cuatro tiempos, motores Otto, motores Diesel, etc.

La invención se explica a continuación de la mano de dibujos esquemáticos, como ejemplo, y con ulteriores detalles.

Se representan:

Figura 1 Una vista de principio, de un cilindro de un motor alternativo de combustión interna con una válvula de distribuidor giratorio preconectada.

Figura 2 El funcionamiento del motor según la figura 1, en diferentes fases de funcionamiento.

Figura 3 Una vista en perspectiva de una válvula de distribuidor giratorio en representación desarrollada.

Figura 4 Una vista en corte de una válvula de distribuidor giratorio, en un cilindro con dos válvulas de admisión.

Figura 5 Una disposición de principio de la válvula de distribuidor giratorio, para la explicación de un procedimiento de sobrealimentación.

Figura 6 Diagramas de trabajo de diferentes conducciones del proceso.

Figura 7 Una vista en corte de una forma de realización de una válvula de distribuidor giratorio, con motor eléctrico integrado.

Figura 8 Un dispositivo de registro de sobrealimentación, y

Figura 9 Una forma de realización de una válvula.

Según la figura 1, un motor de combustión interna, por ejemplo, el motor de un vehículo industrial utilitario, accionado por gas y que se mueve relativamente lento, presenta un cilindro 4 en el que trabaja un pistón 6 que acciona rotativamente un cigüeñal 10 mediante una biela 8. Con UT y OT se designan los respectivos puntos en los que el pistón 8 adopta su posición más baja y la más alta.

La alimentación de mezcla fresca a la cámara 12 de combustión del cilindro, se lleva a cabo mediante un conducto 14 de admisión, trabajando una válvula 18 de admisión en el orificio 16 de admisión en el que desemboca en el cilindro 3, el conducto 14 de admisión. En el orificio 20 de escape del que sale un canal 22 de escape, trabaja una válvula 24 de escape.

Para el encendido de la mezcla en la cámara 12 de combustión, está prevista una bujía 26. La válvula 18 de admisión y la válvula 24 de escape, se mandan en forma conocida en sí misma mediante uno o varios árboles de levas, que puede, o pueden, accionarse rotativamente por el cigüeñal 10, con decalaje fijo o variable.

No está representado un dispositivo conocido en sí mismo en el que el combustible (gas) se alimenta al aire fresco, de manera que en el conducto 14 de admisión exista mezcla fresca combustible de una composición predefinida (proporción de aire).

Para el mando del motor descrito de combustión interna, sirve, como se conoce en sí mismo, un aparato 26 de mando, provisto con un microprocesador y las memorias correspondientes.

El motor descrito hasta ahora es conocido en sí mismo en su estructura y, por tanto, no se explicará más en detalle.

Lo más cerca posible, aguas arriba del orificio 16 de admisión, en el tubo de admisión está dispuesta una válvula 28 de distribuidor giratorio, cuyo distribuidor 30 giratorio configurado como rodillo, presenta dos aberturas opuestas que opcionalmente enlazan una con otra, o separan una de otra, las dos ramas del conducto 14 de admisión, separadas una de otra por la válvula 28 de distribuidor giratorio. Para el accionamiento del distribuidor 30 giratorio está previsto un motor 32 eléctrico, por ejemplo, un motor paso a paso que se manda por el aparato 26 de mando. El aparato 26 de mando presenta varias entradas, entre otras una entrada que está unida con el acelerador (34). Otras entradas pueden estar unidas con un sensor del número de revoluciones, para registrar el número de revoluciones, o de la posición rotativa del cigüeñal 10, una sonda de temperaturas, etc.

El motor de combustión interna está provisto con ventaja con una sobrealimentación conocida en sí misma, por ejemplo, un sobrealimentador de gases de escape, o una sobrealimentación accionada mecánicamente, de manera que en el conducto 14 de admisión exista una sobrepresión aguas arriba de la válvula 28 de distribuidor giratorio.

La figura 2 muestra distintas fases de funcionamiento del motor descrito de combustión interna. El mando de la válvula 18 de admisión y de la válvula 24 de escape, es aquí a título de ejemplo, tal que la válvula de admisión se abre 27,5º antes del punto muerto superior y se cierra 38,5º después del punto muerto inferior, y que la válvula de escape se abre 57º antes del punto muerto inferior y se cierra 25º después del punto muerto superior.

La figura 2a muestra el estado de admisión, en el que el pistón 6 se ha movido hacia abajo con la válvula 18 de admisión abierta y la válvula 28 de distribuidor giratorio, abierta hasta unos 45º antes del punto muerto inferior. Durante el movimiento ulterior hacia abajo del pistón 6, según la figura 2b, se cierra la válvula 28 de distribuidor giratorio, de manera que en el espacio aguas abajo de la válvula de distribuidor giratorio, se genera una depresión que desaparece durante el movimiento del pistón más allá del punto muerto inferior, de una forma sin pérdidas, hasta que la válvula 18 de admisión se cierre 38,5º después del punto muerto inferior.

Según la figura 2c la válvula 18 de admisión permanece cerrada durante la siguiente carrera de compresión, mostrando la figura 2c la situación en la que se produce el encendido. Durante la carrera de expansión según la figura 2d, están cerradas, la válvula 18 de admisión y la válvula 24 de escape, y desde entonces puede abrirse la válvula 28 de distribuidor giratorio. La figura 2e muestra el estado después de una carrera de expansión, con la válvula 24 de escape abierta al comienzo de un tiempo de escape, con la válvula 18 de admisión cerrada y la válvula 28 de distribuidor giratorio, ya abierta. Cuando el pistón llega a la posición 27,5º antes del punto muerto superior, se abre la válvula 18 de admisión, y se cierra la válvula 24 de escape 25º después del punto muerto superior, de manera que poco después de esto, se alcanza de nuevo la posición de la figura 2a.

La figura 3 muestra en representación en perspectiva, según a) en estado ensamblado, y según b) en representación desarrollada, un conjunto constructivo con el que, pueden embridarse la o las válvulas 28 de distribuidor giratorio (figura1) en una culata no representada.

Una carcasa 40 presenta dos bridas 42 y 44 de unión, de las cuales una puede embridarse a una culata no representada del motor de combustión interna, y en la otra puede embridarse el conducto de admisión (no representado). La carcasa 40 presenta dos canales 46 y 48 de paso que se corresponden con aberturas de conexión configuradas en la culata, en las cuales terminan dos canales de admisión independientes uno de otro, que conducen a dos válvulas de admisión de un cilindro.

Transversales a los canales 46 y 48 de paso están configurados en la carcasa 40, taladros 50 y 52 pasantes. En cada uno de los taladros 50 y 52 pasantes, trabaja una válvula de distribuidor giratorio, descrita a continuación, describiéndose tan sólo la válvula de distribuidor giratorio coordinada al taladro 50 pasante.

En el taladro 50 está insertado un casquillo 54 con ajuste, el cual presenta dos aberturas 56 y 58 opuestas. El casquillo 54 está alojado en la carcasa 40 sin poder girar. Las aberturas 56 y 58 se alinean con el canal 46 de paso y corresponden a la superficie de su sección transversal.

En el casquillo 54 está insertado un distribuidor 60 giratorio de rodillos, que está configurado con aberturas situadas opuestas, de las que sólo es visible la abertura 62.

El distribuidor 60 giratorio de rodillos puede girar dentro del casquillo 54, y presenta en su cara superior cerrada, un pivote 64 que es arrastrado por un acoplamiento 66 de unión, que está insertado en una parte 68 superior atornillada con la carcasa 40.

El distribuidor giratorio de rodillos se guía y apoya en el pivote 69 guía, mediante rodamientos 70. El pivote 69 guía tiene, además, la misión de conducir la corriente de la mezcla, o de impedir un desdoblamiento o desprendimiento de la vena fluida, en la válvula. Para ello el pivote 69 guía está posicionado sólidamente y asegurado contra torsión en la placa 73 base, mediante la tuerca 74 estriada, de manera que durante el montaje (atornillamiento) de la placa 73 base a la carcasa 40 de la válvula, los pasos 76 del canal en el pivote 69 guía, y los pasos 46, 48 del canal en la carcasa 40 de la válvula, se alineen exactamente. Los componentes 71, 72, y 75 constructivos (arandelas de tope y tornillos) sirven para el posicionamiento de los rodamientos 70 en el pivote 69 guía. Para evitar un volumen muerto en el espacio entre la superficie del pivote guía y la superficie interior del distribuidor 60 giratorio de rodillos, el diámetro exterior del pivote 60 guía estacionario es sólo insignificantemente menor que el diámetro interior del distribuidor 60 giratorio de rodillos, que gira. La medida del intersticio entre estos dos componentes (60 y 69) constructivos está elegida aquí de manera que se produzca un buen efecto de obturación en la marcha sin contacto de los componentes constructivos.

Los componentes 54, 69, 60 y 62 constructivos forman la válvula 28 de distribuidor giratorio de la figura 1.

Como puede verse en la figura 3, los dos canales 46 y 48 de paso pueden separarse y mandarse con independencia uno de otro, mediante las válvulas de distribuidor giratorio, que trabajan en los taladros 50 y 52 pasantes, cada uno con su propio motor paso a paso, de manera que, por ejemplo, en caso de baja exigencia de carga (pequeño accionamiento del acelerador 34), un canal de admisión del cilindro permanezca totalmente cerrado, con lo que la mezcla alimentada al cilindro, irrumpe según la configuración del canal de admisión en una corriente espiral (eje del vórtice paralelo a la dirección del movimiento del pistón), o en una corriente de tambor (eje del vórtice perpendicular a la dirección del movimiento del pistón). Con carga creciente, las dos válvulas de distribuidor giratorio se mandan de tal manera que se igualan crecientemente las mezclas que irrumpen por los dos canales de admisión, con lo que la formación de vórtices en el cilindro o cámara de combustión, puede adaptarse al estado funcional del motor con vistas a una velocidad de combustión / desarrollo de la combustión, óptimos. De esta manera se pueden obtener en caso de mezcla parcial, buenas condiciones termodinámicas para una combustión eficaz, sin que en caso de plena mezcla se resienta el llenado del cilindro.

La figura 4 muestra un alzado lateral de la carcasa 40 cortada parcialmente. Se ven claramente la carcasa 40, la parte 68 superior de la carcasa, el pivote 64 del distribuidor 60 giratorio de rodillos, así como motores 90 paso a paso superpuestos sobre los acoplamientos 66 de unión. Cada acoplamiento 66 de unión contiene un plato 80 de arrastre en el que se encaja solidario en rotación el árbol 82 del motor. El plato 80 de arrastre está unido mediante un componente 84 constructivo elástico flexible que transmite el par de rotación, con otro plato 86 de arrastre, que se encaja solidario en rotación o con arrastre de forma, en el pivote 64 del distribuidor 60 de rodillos. De esta manera se crea un acoplamiento de unión, elástico flexible y rígido a la torsión.

Cuando en la forma descrita de realización, los dos motores paso a paso son mandados diferentemente por el aparato 26 de mando, por ejemplo, de tal manera que el distribuidor giratorio de rodillos coordinado al canal 48 de paso (figura 3), cierre el canal 48 de paso antes de que se cierre el canal 46 de paso, por el canal 46 de paso irrumpe en el cilindro más mezcla fresca, lo cual conduce para una configuración correspondiente de los canales de admisión y de las válvulas de admisión, a una formación de vórtices en la cámara de combustión. El mando diferente de los motores paso a paso puede limitarse a las zonas funcionales del motor en las que con ello se obtienen ventajas especiales, por ejemplo, en el funcionamiento con carga reducida. Naturalmente este concepto del mando contiene asimismo la posibilidad de cerrar completamente un canal de admisión mediante el distribuidor giratorio de rodillos, con lo que se realiza una desconexión completa del canal.

Gracias al mando de la o de las válvulas de distribuidor giratorio con ayuda de los motores 32 eléctricos (figura 1) o motores 90 paso a paso (figura 4), es posible una amplia libertad de los instantes de apertura y de cierre de las válvulas de distribuidor giratorio con relación a las válvulas de admisión dispuestas detrás de aquellas. Mediante la elección pertinente de las longitudes del conducto de admisión y de los instantes de apertura y de cierre, adaptados a ellas, de las válvulas de distribuidor giratorio, es posible, por ejemplo, aprovechar acertadamente la depresión que se forma en la fase de admisión de la figura 2b entre la válvula 28 de distribuidor giratorio y la válvula 18 de admisión, de tal manera que una onda de presión que se configura al abrir la válvula de distribuidor giratorio y con la válvula de admisión todavía cerrada, alcance la válvula de admisión en el instante en que se abre esta, de modo que se disminuya el trabajo de aspiración a prestar por el pistón. Además, mediante la amplia libertad de los instantes de apertura y de cierre de las válvulas de distribuidor giratorio respecto a las válvulas de admisión dispuestas detrás de aquellas, puede ejercerse acertadamente influencia en ella, cuando una onda producida a través de la depresión provocada, reflejada en el extremo abierto del tubo de admisión, llega como onda de presión hacia el final de la carrera de admisión a la válvula abierta de admisión, de manera que se obtiene un efecto de sobrealimentación, que eleva el llenado del cilindro y disminuye el trabajo de aspiración a aplicar.

En la figura 5 está esquematizada la influencia citada anteriormente. La válvula 28 de distribuidor giratorio subdivide el conducto 14 de admisión con la longitud L total y el volumen V total, en dos zonas I y II parciales, con L_{1}, V_{1} y L_{2}, V_{2}. La depresión acumulada en el volumen V_{1} parcial con la válvula cerrada de distribuidor giratorio y la válvula cerrada de admisión, produce cuando se abre la válvula de distribuidor giratorio, una onda que se refleja en el extremo 100 abierto del conducto de admisión, y tras recorrer la longitud L total del conducto, llega como onda de presión a la válvula 18 abierta de admisión. La posición 200 caracteriza el asiento de la válvula de admisión, de manera que la longitud L eficaz del conducto está determinada por las posiciones 100 y 200. Este efecto se puede aprovechar en amplias zonas funcionales del motor, puesto que puede garantizarse la sincronización necesaria para provocar la propagación de las ondas y la reflexión en el extremo abierto del conducto mediante los instantes variables de apertura y de cierre de la válvula 28 de distribuidor giratorio.

Se comprende que la variabilidad de los instantes de apertura y de cierre de la o de las válvulas de distribuidor giratorio, es de tal manera que tanto el instante de apertura, como también el instante de cierre, puede solapar el intervalo total de apertura de la válvula de admisión.

A causa de la libertad de mando, las fases de apertura y en especial de cierre de las válvulas de distribuidor giratorio mandadas por motor paso a paso, son esencialmente más cortas que en las válvulas de distribuidor giratorio mandadas forzadas (accionadas mediante el cigüeñal con multiplicación fija). De este modo se acorta el decalaje o el recorrido del pistón, durante el tiempo de admisión, mientras se generan pérdidas por estrangulamiento condicionadas por la sección transversal de la válvula de distribuidor giratorio.

El sistema según la invención puede emplearse con ventaja para motores sobrealimentados.

La ventaja del sistema según la invención para motores sobrealimentados se señala porque el funcionamiento de la limitación de la sobrealimentación, que normalmente se ejerce desde una válvula de puerta de descarga (desviación de los gases de escape para pasar por el rodete de la turbina), es asumido por el mando acertado de la o de las válvulas de distribuidor giratorio. Aquí al alcanzar o/y rebasar la presión máxima de sobrealimentación, se regula precozmente el instante de cierre de las válvulas de distribuidor giratorio. De este modo se reduce la mezcla del cilindro y así condicionada se reduce la cantidad de energía alimentada al turbosobrealimentador. Por este procedimiento se efectúa el máximo trabajo posible de compresión en el compresor del turbosobrealimentador, mediante la distensión máxima de la corriente másica de los gases de escape. No se pierde ninguna energía a través de la válvula de puerta de descarga. Gracias a la regulación precoz acertada de las válvulas de distribuidor giratorio se alimenta al cilindro, la deseada cantidad de mezcla del cilindro en la forma específica para el punto de trabajo, para una diferencia óptima de presión entre la presión de la mezcla y la presión antagonista de los gases de escape. La diferencia óptima de presión, arriba citada, ocasiona en su caso, una porción positiva de cambio de mezcla que proporciona trabajo, en el diagrama PV. Este procedimiento es conocido con la denominación de ciclo Miller. El sistema según la invención representa una realización específica del ciclo Miller.

La figura 6 muestra diagramas de trabajo, indicando la vertical el logaritmo de la presión P en el recinto de trabajo del cilindro, y la horizontal, el volumen V del recinto de trabajo. OT y UT indican el punto muerto superior y el punto muerto inferior del pistón.

La figura 6a muestra el diagrama de trabajo de un motor de cuatro tiempos mandado por válvulas de estrangulamiento. Los trazos curvos individuales significan:

1 - 2: Compresión politrópica.

2 - 3: Aportación isocórica de calor con desprendimiento de los productos Q de la combustión.

3 - 4: Expansión politrópica (rendimiento del trabajo).

4 - 5: Disipación isocórica del calor (escape abierto).

5 - 6 - 7: Compresión isobárica (carrera de expulsión).

7 - 8: Apertura de la admisión

8 - 1: Admisión isobárica.

La superficie rayada indica el trabajo perdido en el bombeo; la superficie sombreada con líneas cruzadas, indica el rendimiento del trabajo.

La figura 6b muestra el diagrama de trabajo en caso de mando de la potencia mediante cierre variable de la válvula de admisión. La diferencia respecto a la figura 6a consiste en que la carrera 5 - 7 de expulsión y la carrera 7 - 6' de admisión, se llevan a cabo al mismo nivel de presión, y en que la expansión 6' - 1 politrópica y la compresión 1 - 6' politrópica, se llevan a cabo a la misma presión, de manera que la superficie de pérdidas por bombeo se anula. El punto 6 ó 6' (cierre de la válvula de admisión) es variable.

La figura 6c muestra el ciclo clásico de Miller, en el que, como en las figuras 6a y 6b, en el punto muerto inferior, después de la expansión politrópica desde 3 a 4, se suministra una cantidad Q_{a} de calor. La carrera de expulsión desde 5 a 7, tiene lugar para una presión antagonista de los gases de escape relativamente pequeña. La carrera de admisión desde 8 a 9 tiene lugar a una presión más alta producida por el sistema de sobrealimentación, de manera que en la superficie sombreada oblicua, se obtiene trabajo, al contrario que en el procedimiento según la figura 6a. 9 designa el punto en el que se cierra la válvula de admisión.

La figura 6d indica el diagrama de trabajo para un ciclo de Miller en el que es variable el cierre de la válvula de admisión (punto 9), con lo que puede optimizarse más, todo el ciclo de trabajo.

La figura 7 muestra una vista en corte de una válvula de distribuidor giratorio modificada respecto a la figura 3. Los componentes constructivos similares funcionalmente, están dotados con los mismos símbolos de referencia que en la figura 3. El distribuidor 60 giratorio de rodillos con la abertura 62, está alojado giratorio en la carcasa 40 que presenta las bridas 42 y 44 de unión. La carcasa 40 está cerrada por los dos lados con tapas 102. Dentro de las tapas 102 están dispuestos anillos 104 de rodamientos, mediante los cuales está apoyado giratorio en la carcasa 40, el rotor o distribuidor 60 giratorio de rodillos.

A diferencia de la forma de realización según las figuras 3 y 4, el motor eléctrico configurado como motor paso a paso, está integrado en la válvula de distribuidor giratorio, en la que las bobinas 106 del rotor con polos Norte y Sur que se alternan, están unidas con el rotor o distribuidor 60 giratorio de rodillos. Las bobinas 108 del estator del motor eléctrico están rígidamente unidas con la carcasa 40, y dispuestas en escotaduras correspondientes de la carcasa 40.

Con la disposición descrita se ha creado una válvula de distribuidor giratorio, extraordinariamente compacta, con motor paso a paso integrado. Las conexiones eléctricas para el mando de las bobinas 108 del estator mediante un aparato de mando, no están representadas.

La figura 8 muestra un motor de 6 cilindros equipado con válvulas de distribuidor giratorio para el control de mezcla, con un dispositivo adicional de registro de sobrealimentación.

El motor presenta dos bancadas 112 de cilindros, cada una con tres cilindros, que están unidos mediante conductos 114 de admisión con un distribuidor 116 de mezcla o de aire.

En cada uno de los conductos de admisión trabajan, correspondiendo a las dos válvulas de admisión previstas en cada cilindro, dos válvulas 118 de distribuidor giratorio que pueden accionarse eléctricamente.

Los conductos 120 de escape de todos los cilindros están reunidos en un colector 122, y se aprovechan para el accionamiento de dos turbosobrealimentadores 124 y 126.

Desde el colector 122 de gases de escape, una tubería 130 conduce a la turbina 131 de gases de escape del turbosobrealimentador 126, y de allí a otra tubería 132 para la turbina 133 de gases de escape del turbosobrealimentador 124, de donde sale una tubería 134 de escape a un silenciador no representado. En la tubería 130 está dispuesta una válvula 140 distribuidora accionada eléctricamente con la que una parte de la corriente de gases de escape que vienen del colector 122, desemboca en un ramal 142 que va a la turbina de gases de escape del turbosobrealimentador 124.

El suministro de mezcla del motor de combustión interna se efectúa haciendo que el aire fresco se aspire por un filtro 150 de aire, el aire fresco se mezcla en una unidad 152 mezcladora con gas en una proporción predefinida que puede depender de las condiciones funcionales del motor de combustión interna, la mezcla se comprime a continuación en la turbina 154 de sobrealimentación del turbosobrealimentador 124, la mezcla comprimida se alimenta mediante una tubería 156, a través de un refrigerador 158 del aire de admisión, a la turbina 160 de sobrealimentación del turbosobrealimentador 126 de gases de escape, y desde allí se alimenta mediante otro refrigerador 162 del aire de admisión al distribuidor 116 de aire.

Para el mando de las válvulas 118 de distribuidor giratorio, de la válvula 140 distribuidora, así como en su caso, de las posiciones de las paletas en las entradas de las turbinas 131 y 133 de gases de escape de los turbosobrealimentadores 124 y 126, en caso de que estos estén dotados de geometría variable de las turbinas, sirve un aparato 164 electrónico de mando, cuyas entradas están unidas con sensores para registrar los parámetros funcionales del motor de combustión interna, y de la posición de un acelerador 166, y cuyas salidas están unidas con los componentes constructivos eléctricos citados que pueden controlarse. Los conductores eléctricos, así como los sensores no se han dibujado para mayor claridad.

En el aparato 164 de mando están almacenados los parámetros para el ajuste de las válvulas 118 de distribuidor giratorio, de la válvula 140 distribuidora, así como en su caso, de las geometrías de entrada de los turbosobrealimentadores 124 y 126, en función de los parámetros funcionales del motor de combustión interna, de tal manera que los instantes de apertura y de cierre de las válvulas 118 de distribuidor giratorio, así como la cantidad de gases de escape alimentada a cada turbina de gases de escape, y en su caso la geometría de las turbinas, estén adaptados óptimamente unos a otros, de tal manera que la potencia exigida se produzca con el mejor rendimiento posible del motor de combustión interna.

La figura 9 muestra una forma modificada de realización de una válvula dispuesta en el conducto 14 de aspiración (figura 1).

Según la figura 9, el conducto 14 de admisión presenta en el corte longitudinal, a través del conducto de admisión, un tabique 270 de forma de meandros, en el que transversalmente a la dirección axial del conducto de admisión, en el ejemplo representado están configuradas cuatro aberturas 272 de la válvula. Transversalmente a través del conducto de admisión y de las aberturas de la válvula, se extiende un elemento de la válvula, designado globalmente con 274, que presenta un vástago 276 y platos 278 colocados rígidos en él y que rodean el vástago 278. La disposición es de tal manera que el plato 278 superior y el tercero por arriba, en la posición abierta de la válvula, representada en la figura 9, se encuentran aguas abajo, referidos al flujo de admisión a través del conducto de admisión, de las respectivas aberturas 272 de la válvula, y los otros dos platos 278 se encuentran aguas arriba de las respectivas aberturas 272 de la válvula. El diámetro de los platos 278 corresponde aproximadamente al diámetro de las aberturas 272 de la válvula, de manera que la válvula está cerrada cuando el vástago 276 junto con los platos 278, se haya movido según la figura 9 hacia arriba tanto, que los platos 278 se encuentren dentro de las aberturas 272. Con ventaja los platos 278 están conformados aerodinámicos.

Para el accionamiento de la válvula el vástago 276 presenta fuera del conducto 14 de admisión un suplemento 280 cilíndrico en el que se aloja una bobina 282 que está rodeada por un imán 284 configurado de preferencia como electroimán, que está alojado en una carcasa 286 fijada al conducto de aspiración.

El vástago 276 está guiado desplazable longitudinalmente en el conducto 14 de admisión, en casquillos 288. El suplemento 280 cilíndrico está configurado de tal manera que la carrera del vástago 276 o del elemento 274 de la válvula, esté limitada por su tope, por una parte en la cara exterior del conducto 14 de admisión, y por otra parte, en el saliente que penetra en él, de la carcasa 286.

Un muelle 290 empuja el elemento 274 de la válvula a su posición abierta.

El funcionamiento de la válvula descrita es como sigue:

La bobina 282 está conectada al aparato 26 de mando (figura 1). Normalmente la válvula está abierta bajo la acción del muelle 290. Aplicando a la bobina 282 la corriente correspondiente, se mueve el elemento de la válvula según la figura 9, hacia arriba, a una posición en la que los platos 278 se encuentran dentro de las aberturas 272 de la válvula, y cierran la circulación de fluido a través de las aberturas de la válvula. Como puede verse, estando cerrada la válvula, cuando por ejemplo, a la izquierda de la válvula reine una sobrepresión, esta sobrepresión actúa sobre el plato superior y sobre el tercero por arriba, de tal manera que el elemento de la válvula es oprimido hacia abajo, por el contrario la sobrepresión actúa sobre el plato inferior y sobre el tercero por abajo, de tal manera que oprime el elemento de la válvula hacia arriba, de manera que globalmente el elemento de la válvula está libre de fuerzas con independencia de la diferencia de presiones.

Una ventaja que se obtiene con la válvula expuesta consiste en que se puede mover con extraordinaria rapidez desde la posición de cierre a la posición de apertura, y viceversa, de manera que es posible un mando preciso con las menores pérdidas posibles por efecto Joule.

En una forma preferente representada de realización, el vástago 276 está unido con un sensor 291 del recorrido de regulación. Este sensor 291 del recorrido de regulación suministra información sobre la posición instantánea exacta del vástago 276 ó de los platos 278. El aparato 26 de mando regula la corriente a través de la bobina 282 de tal manera que la posición actual de los cuerpos (276, 278) de válvula, corresponda en cualquier momento del intervalo del desarrollo de movimiento, a la posición teórica programada en el aparato de mando. De este modo se garantiza que en motores de varios cilindros, la cantidad de llenado por cilindro sea igual para tiempos iguales de control.

Se comprende que el accionamiento electromagnético puede variarse en forma muy diferente, estando configurado, por ejemplo, el suplemento 280 cilíndrico como armadura del electroimán sin bobina propiamente dicha. La forma representada de realización (voice coil) tiene la ventaja de una inercia magnética mucho menor. El elemento de la válvula puede modificarse juntamente con el tabique, de tal manera que las aberturas de la válvula se cierren o se abran para una rotación de 90º.

La válvula de la figura 9 puede utilizarse en lugar de las válvulas de las formas precitadas de realización, de manera que las ventajas funcionales obtenidas con la invención, también puedan obtenerse con una válvula según la figura 9. El instante de cierre de la válvula está situado con demanda decreciente de potencia, crecientemente delante del instante de cierre de la válvula de admisión. El instante de apertura se adapta con independencia del instante de cierre, al número de revoluciones del motor, para obtener el efecto de sobrealimentación descrito más arriba, para un trabajo disminuido de aspiración.

Es ventajoso cuando para instante constante de cierre o cantidad constante de llenado del cilindro (gasto de aire), el instante de apertura de la válvula se modifica de tal manera que el efecto de sobrealimentación se aprovecha también en caso de carga parcial para la optimización del cambio de mezcla.

El efecto expuesto puede designarse como sobrealimentación por oscilación de admisión para carga parcial, para la minimización de las pérdidas por cambio de mezcla.

Claims (11)

1. Procedimiento para el mando del funcionamiento de un motor alternativo de combustión interna, en especial de un motor de gas, cuyo motor de combustión interna contiene al menos un cilindro (4) en el que trabaja un pistón (6) unido con un cigüeñal (10), cuyo cilindro presenta al menos un orificio (16) de admisión en el que trabaja una válvula (18) de admisión que se abre y que se cierra en correspondencia con la rotación del cigüeñal, y que une temporalmente el cilindro con un canal (14) de aspiración que termina en el orificio de admisión, y presenta al menos un orificio (20) de escape, en el que trabaja una válvula (24) de escape que se abre y se cierra en correspondencia con la rotación del cigüeñal, y que une temporalmente el cilindro con un canal (22) de escape que sale del orificio de escape, estando previsto un elemento (34) para la demanda de potencia, cuya posición determina la cantidad de la mezcla de aire fresco que irrumpe por el orificio de admisión, estando dispuesta en el conducto (14) de aspiración, aguas arriba de la válvula (18) de admisión, otra válvula (28; 60, 62; 272, 278) que para demanda decreciente de potencia, se cierra crecientemente antes del momento de cierre de la válvula de admisión,

caracterizado porque

la otra válvula (28; 60, 62; 272, 278) se abre de tal manera que una onda de presión que se configura al abrir la otra válvula y con la válvula (18) de admisión todavía cerrada, como consecuencia de la depresión existente entre la otra válvula y la válvula de admisión, llega después de la reflexión en el extremo (100) abierto del tubo de aspiración, a la válvula de admisión en el instante en que precisamente esta se abre, de manera que se disminuye el trabajo de aspiración a prestar por el pistón.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, mandándose la otra válvula (28; 60, 62; 272, 278) teniendo en cuenta el volumen desplazado y/o la presión de elevación de un dispositivo (124, 126) de sobrealimentación.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, estando previstos varios turboalimentadores de gases de escape con turbinas de gases de escape conectadas en serie, y turbinas de sobrealimentación conectadas en serie, y mandándose una válvula distribuidora de gases de escape para la aplicación inmediata de la turbina de gases de escape conectada a continuación, con gases de escape, en sintonización con el mando de la o de las válvula(s) de distribuidor giratorio.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, presentando las turbinas de gases de escape una geometría variable de entrada, que se manda en sintonización con la o las otra(s) válvula(s).

5. Utilización de un dispositivo para el control de la mezcla, en un procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la otra válvula (28; 60, 62) dispuesta en el conducto (14) de admisión que contiene el dispositivo para el control de la mezcla, presenta un distribuidor (30; 60) giratorio apoyado dentro de una carcasa (40), y que está accionado directamente por un motor eléctrico configurado como motor (32; 90) paso a paso, que se manda por un aparato (26) electrónico de mando.

6. Utilización de un dispositivo para el control de la mezcla según la reivindicación 5, caracterizada porque entre el distribuidor (60) giratorio y el motor (90) eléctrico está dispuesto un acoplamiento (66) de unión, elástico flexible y rígido a la torsión.

7. Utilización de un dispositivo para el control de la mezcla, según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque el distribuidor (60) giratorio forma con el rotor (60) del motor eléctrico, configurado como portador de polos magnéticos, una unidad constructiva.

8. Utilización de un dispositivo para el control de la mezcla según alguna de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque la carcasa (40) y el estator del motor eléctrico, configurado como portador de bobinas de campo magnético, forman una unidad constructiva.

9. Utilización de un dispositivo para el control de la mezcla, en un procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la otra válvula dispuesta en el conducto (14) de admisión que contiene el dispositivo para el control de la mezcla, presenta un elemento (274) de la válvula con un vástago (276) móvil por un electroimán (282, 284) que puede mandarse por un aparato (26) de mando, cuyo vástago atraviesa transversalmente el conducto (14) de admisión, y al menos dos platos (278) unidos rígidamente con el vástago, eficaces como elementos de cierre, que rodean el vástago, y que actúan en combinación con aberturas (272) correspondientes de la válvula, dispuestas en corte longitudinal a través del conducto de admisión, en un tabique (270) del conducto (14) de admisión, en forma de meandros, estando dispuestos los platos, cuando está abierta la válvula, con referencia a la dirección de la corriente a través del conducto de admisión, a lados diferentes de las aberturas de la válvula, de tal manera que se compensan las diferencias de presión que actúan en los elementos de cierre.

10. Utilización de un dispositivo para el control de la mezcla, según la reivindicación 9, caracterizada porque están previstas cuatro aberturas (272) de la válvula con sus correspondientes platos (278).

11. Utilización de un dispositivo para el control de la mezcla, según alguna de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizada porque cada cilindro presenta dos orificios de admisión con las correspondientes válvulas de admisión, y en cada conducto (46, 48) de admisión que conduce a los orificios de admisión, está dispuesta otra válvula.