ES2243447T3 - Motor de combustion interna de inyeccion directas con valvulas mandadas. - Google Patents
Motor de combustion interna de inyeccion directas con valvulas mandadas.Info
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Abstract
Motor de combustión interna de inyección que comprende un cigüeñal y por lo menos dos cilindros (1), desplazándose en cada cilindro (1) un pistón (2) que está asociado a por lo menos dos válvulas de admisión (4, 5), dispuesta cada una en un conducto de admisión (8, 9), y a por lo menos una válvula de escape (6, 7), siendo el desplazamiento de dichas válvulas (4, 5, 6, 7) independiente de la rotación del cigüeñal y mandado por un calculador (15), que manda, cilindro por cilindro, los instantes de apertura y de cierre de dichas por lo menos dos válvulas de admisión (4, 5) teniendo en cuenta el régimen motor, caracterizado porque los conductos de admisión (8, 9) están conformados para provocar un campo de velocidades del aire en el interior del cilindro paralelo al eje (X-X) de este cilindro (1), mandando dicho calculador (15) el movimiento de dichas por lo menos dos válvulas de admisión (4, 5) para adaptar la forma del campo de velocidades del aire en el interior del cilindro (1) al régimen motor, y crear un campo de velocidades elegido de entre los campos de velocidades paralelas al eje (X-X) del cilindro (1) y rotacionales alrededor del eje (X-X) del cilindro (1).
Description
Motor de combustión interna de inyección directa
con válvulas mandadas.
La presente invención se refiere a un motor de
combustión interna de inyección directa.
Más particularmente, la invención se refiere a
los motores que comprenden un cigüeñal y por lo menos dos cilindros,
en cada cilindro se desplaza un pistón que está asociado a por lo
menos dos válvulas de admisión, y a por lo menos una válvula de
escape.
En los motores de inyección directa encontrados
habitualmente, la mezcla aire/carburante se prepara de manera que
favorezca un descenso del consumo del carburante y de las emisiones
de CO_{2}. Para ello, es conocido realizar unas cabezas de pistón
perfiladas. Sin embargo, esto puede resultar insuficiente para los
motores de bajas cilindradas en la medida en que el recorrido medio
del carburante inyectado en los cilindros es muy reducido, lo que
puede inducir a fallos de combustión por falta de evaporación.
Resulta entonces necesario estabilizar la combustión removiendo la
mezcla de aire y de carburante.
A este fin, es conocido crear unos campos de
velocidades de los gases en el interior de la cámara de combustión
utilizando unas combinaciones de pistones correctamente perfilados y
unos dispositivos mecánicos situados corriente arriba de las
válvulas de admisión. Se crean así dos tipos de campos de
velocidades turbulentas: uno de los campos de velocidades se
denomina "rotacional" ("SWIRL"), es decir que los gases
fluyen perpendicularmente al eje del cilindro mientras que el otro
de los campos de velocidades se denomina "axial"
("TUMBLE") en la medida en que los gases se desplazan
paralelamente al eje de dicho cilindro.
Sin embargo, estos dispositivos mecánicos aliados
con la forma de la cabeza del pistón, son costosos y no permiten
obtener a todos los regímenes del motor unos campos de velocidades
axiales y rotacionales correctamente adaptados. Además, los
volúmenes muertos creados en los conductos de admisión en los cuales
están presentes los dispositivos mecánicos, pueden tener efectos de
reflujo del gas o de la mezcla gas/combustible indeseables.
Para evitar estos inconvenientes, se ha propuesto
ya, en particular por el documento DE 198 10 466, que el
desplazamiento de dichas válvulas sea independiente de la rotación
del cigüeñal y mandado por un calculador, que manda, cilindro por
cilindro, los instantes de apertura y de cierre de dichas por lo
menos dos válvulas de admisión teniendo en cuenta, en particular, el
régimen del motor. Pero los medios de mando necesarios, según el
documento DE 198 10 466, son complejos y costosos.
La presente invención tiene por objetivo evitar
estos inconvenientes mediante unos medios a la vez más simples y más
precisos y con un rendimiento fluídico superior.
A este fin, según la invención, un motor de
combustión interna del tipo citado y conocido por el documento DE
198 10 466 está caracterizado porque los conductos de admisión están
conformados para provocar un campo de velocidades del aire en el
interior de un cilindro paralelo al eje de este cilindro, y porque
el calculador manda el movimiento de dichas dos válvulas de admisión
para adaptar la forma del campo de velocidades del aire en el
interior del cilindro al régimen motor, y crear un campo de
velocidades seleccionado de entre los campos de velocidades
paralelos al eje del cilindro y rotacionales alrededor del eje del
cilindro.
Así, gracias a estas disposiciones, resulta
posible controlar en cualquier instante el campo de velocidades en
el interior del cilindro gracias al mando electrónico de las
válvulas.
En unos modos de realización preferidos de la
invención, se puede eventualmente recurrir además a una y/o a la
otra de las disposiciones siguientes:
- -
- el motor es un motor de encendido mandado;
- -
- la forma de la cabeza del pistón está perfilada para provocar, cuando tiene lugar el movimiento del pistón, uno de los movimientos axial y rotacional del campo de velocidades del aire;
- -
- el calculador manda la velocidad de desplazamiento de cada válvula de admisión;
- -
- el calculador controla las válvulas de admisión para provocar un campo de velocidades rotacional cuando tiene lugar el funcionamiento con carga reducida del motor y un campo de velocidades axial cuando tiene lugar el funcionamiento con carga elevada del motor;
- -
- el calculador controla las válvulas de admisión para obtener una transición continua de uno de los campos de velocidad axial y rotacional hacia el otro de los campos de velocidades axial y rotacional; y
- -
- el calculador controla los instantes de apertura y de cierre de dicha por lo menos una válvula de escape.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción
siguiente de una de sus formas de realización, dada a título de
ejemplo no limitativo, con respecto a los planos anexos, en los
que:
- la figura 1 es una vista esquemática de un
cilindro de un motor de combustión interna de inyección directa,
provisto de dos válvulas de admisión y de dos válvulas de escape que
son mandadas por un calculador;
- las figuras 2a y 2b son unos gráficos que
muestran respectivamente los movimientos sincronizados de las
válvulas de admisión según la técnica ante-
rior;
rior;
- las figuras 3a y 3b muestran respectivamente el
movimiento de las válvulas de admisión según la presente invención
para obtener un campo del tipo TUMBLE, con unos conductos de
aspiración ideados de origen para proporcionar este tipo de
flujo;
- las figuras 4a y 4b muestran respectivamente el
movimiento de las válvulas de admisión según la presente invención
para obtener un campo del tipo SWIRL; y
- las figuras 5a y 5b muestran el movimiento de
las válvulas de admisión según la presente invención para pasar de
forma continua de un campo del tipo SWIRL a un campo del tipo
TUMBLE.
La figura 1 representa esquemáticamente uno de
los cilindros 1 del motor de combustión interna de inyección
directa. Este motor es preferentemente de encendido mandado.
En este cilindro 1 se desplaza un pistón 2 que
posee una cabeza 3 frente a la cual están situadas dos válvulas de
admisión 4 y 5 así como dos válvulas de escape 6 y 7. Cada una de
las válvulas de admisión 4 y 5 está dispuesta en uno respectivamente
de los conductos de admisión 8 y 9, y las válvulas de escape 6, 7
están respectivamente dispuestas en los conductos de escape 10,
11.
Con el fin de inyectar carburante en el interior
del cilindro 1, un inyector (no representado) está posicionado, de
forma conocida, por encima de la cabeza 3 del pistón 2. Este
carburante se mezcla con el aire admitido por las válvulas de
admisión 4 y 5.
Las válvulas de admisión 4 y 5 son por ejemplo
unas válvulas electromagnéticas cuya apertura y cierre son mandados,
según la presente invención, por un calculador 15 de control motor.
Este calculador manda por otra parte el inyector y el encendido. Las
válvulas 4 y 5 son por ejemplo del tipo descrito en el documento WO
99/06677.
El pistón 2 se desplaza alternativamente
verticalmente según el eje X-X de cilindro 1. Su
cabeza 3 es de forma perfilada para provocar, entre otros, en la
medida de lo posible según sus características, unos campos de
velocidades de formas diferentes en el interior del cilindro 1 según
el régimen motor y la carga motor. La cabeza 3 del pistón 2 es por
ejemplo la descrita en el documento FR 98 10293.
Típicamente, con el fin de remover la mezcla
aire/carburante, se crean dos tipos de campos de velocidades. Un
primer campo denominado campo de velocidades "axial" o
"TUMBLE" en el cual los gases se desplazan paralelamente al eje
X-X del cilindro 1, y un segundo campo de
velocidades denominado "campo rotacional" o "SWIRL" en el
cual los gases se desplazan perpendicularmente al eje
X-X del cilindro 1.
En particular, el campo de velocidades SWIRL se
crea cuando la carga del motor es baja y el campo de velocidades
TUMBLE se crea cuando la carga del motor es elevada.
Según la presente invención, las formas de las
partes constitutivas del motor, y en particular las formas de los
conductos de admisión 8, 9, están adaptadas para obtener, por
construcción, un campo de velocidades TUMBLE.
El paso del campo de velocidades TUMBLE al campo
de velocidades SWIRL e inversamente, se obtiene, según la presente
invención, por el mando electrónico de las válvulas de admisión 4 y
5. Éstas no están conectadas a un cigüeñal del motor de manera que
pueden ser mandadas independientemente una de la otra e
independientemente del ciclo motor.
Las figuras 2a y 2b muestran respectivamente que
el movimiento de las válvulas de admisión 4, 5 de la técnica
anterior está ligado al ángulo de rotación del cigüeñal del motor.
Las válvulas tienen por tanto un movimiento que no puede ser mandado
independientemente del ciclo motor de manera que el movimiento de
las válvulas no permite modificar el campo de velocidades, en
particular la duración de plena apertura \Deltat1 es muy reducida
y no variable.
Por el contrario, según la presente invención,
las figuras 3a a 5b muestran que el mando electrónico de las
válvulas de admisión 4, 5 hace el movimiento de estas válvulas
independiente del cigüeñal y permite modificar o no modificar de
forma voluntaria, el campo de velocidades según el régimen y la
carga motor.
Así, provocando la apertura y el cierre de las
válvulas de admisión 4, 5 sustancialmente simultáneamente con
respecto a los instantes t1 y t2 tal como se ha representado en las
figuras 3a y 3b, el calculador 15 permite no modificar el campo del
tipo TUMBLE creado por la forma de las partes constitutivas del
motor.
El calculador permite además controlar la
duración de apertura \Deltat3 de las válvulas de admisión 4, 5
para obtener un efecto TUMBLE máximo.
El mando electrónico permite además mandar la
velocidad de apertura y la velocidad de cierre de las válvulas de
admisión 4, 5 para obtener una modificación más o menos rápida del
campo de velocidades. La velocidad de apertura puede ser en
particular diferente de la velocidad de cierre.
Cuando la carga del motor resulta reducida, es
necesario estabilizar la combustión, creando un campo de velocidad
rotacional (SWIRL) elevado.
Según la presente invención, este campo SWIRL se
obtiene por el mando electrónico de estas válvulas de admisión 4, 5.
Para obtener un efecto SWIRL máximo, el calculador manda en la
apertura en un instante t4 una 4 de las válvulas de admisión 4, 5 y
mantiene cerrada la otra válvula de admisión 5, tal como se ha
esquematizado en las figuras 4a y 4b. La duración de apertura
\Deltat4 está también controlada.
Además, el mando electrónico de los instantes de
apertura y de cierre de cada una de estas válvulas de admisión 4, 5,
permite pasar de uno de estos campos al otro de los campos de forma
continua.
Por ejemplo, en las figuras 5a y 5b está
representado el mando de las válvulas 4, 5 para pasar del campo
SWIRL al campo TUMBLE. La apertura de la segunda válvula de admisión
5 en un instante t8 es posterior a la apertura de la primera válvula
de admisión 4 en un instante t6, mientras que estas dos válvulas 4,
5 son cerradas casi simultáneamente en los instantes cercanos t7 y
t9. Las duraciones respectivas de apertura \Deltat5 y \Deltat6
no son por tanto iguales.
Gracias al mando electrónico de las válvulas 4, 5
resulta posible así estabilizar un campo de velocidades altamente
turbulento (SWIRL o TUMBLE) de manera que permita la combustión de
una mezcla aire/gasolina extremadamente pobre y reducir así el
consumo de carburante sin necesitar la presencia de dispositivos
mecánicos poco precisos en los conductos de admisión, corriente
arriba de las válvulas de admisión. En particular, los conductos de
admisión son de un diseño simplificado que favorece el efecto TUMBLE
(conductos de admisión rectos) y que provoca una pérdida de carga
mínima del flujo pasante.
Por otra parte, las válvulas de escape 6 y 7 son
asimismo mandadas electrónicamente. Así, además de los modos de
funcionamiento conocidos, es decir, el barrido (evacuación de los
gases del cilindro) y el EGR interno (recirculación de los gases de
escape), resulta posible estabilizar la temperatura de la cámara de
combustión para favorecer la evaporación del chorro de carburante. A
este fin, se modulan las leyes de barrido y de EGR interno para el
mando de los instantes de apertura y de cierre de las válvulas de
escape 6 y 7 para hacer recircular una cantidad de gas de escape
suplementaria y necesaria para estabilizar la temperatura media en
la cámara de combustión a un valor apropiado. Esto resulta
particularmente interesante cuando la carga es reducida puesto que
la temperatura es entonces naturalmente baja.
Se comprende que el mando electrónico de las
válvulas de admisión 4, 5 y de escape 6, 7 puede ser realizado
además de manera independiente para cada cilindro 1 del motor para
estabilizar al máximo la combustión. Cuando tiene lugar la puesta a
punto del motor, los parámetros de control de las válvulas que se
elaboran para cada cilindro en función del punto de funcionamiento
del motor f(n,q), en el que n es el régimen motor y q es la
carga, son implantados en las memorias cartográficas en el
calculador 15 de control motor.
Claims (7)
1. Motor de combustión interna de inyección que
comprende un cigüeñal y por lo menos dos cilindros (1),
desplazándose en cada cilindro (1) un pistón (2) que está asociado a
por lo menos dos válvulas de admisión (4, 5), dispuesta cada una en
un conducto de admisión (8, 9), y a por lo menos una válvula de
escape (6, 7), siendo el desplazamiento de dichas válvulas (4, 5, 6,
7) independiente de la rotación del cigüeñal y mandado por un
calculador (15), que manda, cilindro por cilindro, los instantes de
apertura y de cierre de dichas por lo menos dos válvulas de admisión
(4, 5) teniendo en cuenta el régimen motor, caracterizado
porque los conductos de admisión (8, 9) están conformados para
provocar un campo de velocidades del aire en el interior del
cilindro paralelo al eje (X-X) de este cilindro
(1), mandando dicho calculador (15) el movimiento de dichas por lo
menos dos válvulas de admisión (4, 5) para adaptar la forma del
campo de velocidades del aire en el interior del cilindro (1) al
régimen motor, y crear un campo de velocidades elegido de entre los
campos de velocidades paralelas al eje (X-X) del
cilindro (1) y rotacionales alrededor del eje (X-X)
del cilindro (1).
2. Motor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el motor es un motor de encendido
mandado.
3. Motor según una de las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque la forma de la cabeza (3) del pistón (2)
está perfilada para provocar, cuando tiene lugar el movimiento del
pistón (2), uno de los movimientos axial y rotacional del campo de
velocidades del aire.
4. Motor según cualquiera de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque el calculador (15) manda la
velocidad de desplazamiento de cada válvula de admisión (4, 5).
5. Motor según cualquiera de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque el calculador (15) controla
dichas válvulas de admisión (4, 5) para provocar un campo de
velocidades rotacional cuando tiene lugar el funcionamiento con
carga reducida del motor y un campo de velocidades axial cuando
tiene lugar el funcionamiento con carga elevada del motor.
6. Motor según cualquiera de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque el calculador (15) controla
dichas válvulas de admisión (4, 5) para obtener una transición
continua de uno de los campos de velocidad axial y rotacional hacia
el otro de los campos de velocidades axial y rotacional.
7. Motor según cualquiera de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado porque el calculador (15) controla los
instantes de apertura y de cierre de dicha por lo menos una válvula
de escape (6, 7).
Applications Claiming Priority (2)
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