ES2245673T3 - Procedimiento y dispositivo de posicionamiento de un motor termico, en una posicion de parada facilitando el arranque. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo de posicionamiento de un motor termico, en una posicion de parada facilitando el arranque.Info
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Abstract
Un procedimiento de posicionamiento de los órganos móviles (2, 3, 4) de un motor térmico (6), en una posición de parada del motor (6) que facilita la nueva puesta en marcha, y el motor incluye al menos un pistón (2) móvil de manera alternativa en un cilindro, que está conectado con un cigüeñal (4) por medio de una biela (3) que impulsa el cigüeñal (4) de forma rotatoria en torno a un eje (5), de acuerdo con el cual se regula la posición angular del cigüeñal (4) en torno a su eje de rotación (5), con el fin de colocarle en una posición angular (Pm) predeterminada, con ayuda de una máquina giratoria eléctrica (10) conectada de forma rotatoria con el cigüeñal (4), caracterizado por el hecho de que se frena el motor térmico (6) con ayuda de la máquina giratoria eléctrica (10), durante la parada del motor térmico (6), de modo que, en el momento de la parada completa del motor térmico (6), el cigüeñal (4) se encuentra en su posición angular (Pm) predeterminada.
Description
Procedimiento y dispositivo de posicionamiento de
un motor térmico, en una posición de parada facilitando el
arranque.
La presente invención hace referencia a un
procedimiento y un dispositivo de posicionamiento de los órganos
móviles de un motor térmico, en una posición de parada del motor que
facilita su puesta en marcha.
Los motores térmicos de combustión interna
incluyen al menos un pistón móvil de manera alternativa en un
cilindro, y generalmente varios pistones montados cada uno de ellos
de forma móvil en un cilindro, y el pistón o cada uno de los
pistones está conectado con un cigüeñal mediante una biela que
desplaza el cigüeñal de forma rotatoria alrededor de un eje.
Se ha constatado que, después de la parada de un
motor térmico, la potencia necesaria para volver a poner en marcha
el motor es esencialmente variable entre una potencia mínima de
puesta en marcha y una potencia máxima que es aproximadamente un 30%
superior a la potencia mínima. Por lo tanto, con el fin de optimizar
el funcionamiento de los motores en el momento del arranque y de
exigir lo menos posible al dispositivo de arranque y a la batería
que alimenta el dispositivo de arranque, sería conveniente regular
las condiciones de funcionamiento del motor, de modo que éste se
pueda poner en marcha en todos los casos con una potencia cercana a
la potencia mínima.
El inventor de la presente solicitud de patente
ha podido constatar que la potencia de arranque dependía de forma
específica de la posición de los órganos móviles del motor en estado
de parada antes de la puesta en marcha, y de forma más específica de
la posición angular del cigüeñal.
Hasta la fecha no se ha diseñado un procedimiento
que permita facilitar la puesta en marcha de un motor térmico.
Ya se ha propuesto (US A 5.687.682) la
utilización de una máquina eléctrica para regular la posición
angular del cigüeñal de un motor. No obstante, el procedimiento y el
dispositivo realizados de conformidad con la tecnología anterior no
permiten regular la posición de parada del motor.
Por lo tanto, la presente invención hace
referencia a un procedimiento de posicionamiento de los órganos
móviles de un motor térmico, en una posición de parada del motor que
facilite su puesta en marcha, y el motor incluye al menos un pistón
móvil de manera alternativa en un cilindro, conectado con un
cigüeñal mediante una biela que desplaza el cigüeñal de forma
rotatoria alrededor de un eje, de acuerdo con el cual se regula la
posición angular del cigüeñal alrededor de su eje de rotación, con
el fin de colocarle en una posición angular predeterminada, con la
ayuda de una máquina giratoria eléctrica conectada de forma
rotatoria con el cigüeñal, procedimiento que se caracteriza por el
hecho de que se frena el motor térmico con ayuda de la máquina
giratoria eléctrica, durante la parada del motor térmico, de modo
que, en el momento de la parada completa del motor térmico, el
cigüeñal se encuentra en su posición angular predeterminada.
Con el fin de comprender correctamente la
invención, se describirán, a título de ejemplo, y en referencia a
las Figuras adjuntas, dos materializaciones del procedimiento de
posicionamiento realizado de conformidad con la presente invención
que facilita la puesta en marcha del motor térmico.
La Figura 1 es una perspectiva esquemática que
ilustra los órganos móviles, el pistón, la biela y el cigüeñal, de
un motor térmico y las posiciones angulares de parada del
cigüeñal.
La Figura 2 es una vista en perspectiva que
ilustra un dispositivo que permite aplicar el procedimiento de la
presente invención.
La Figura 3 es un logigrama relativo a la
aplicación del procedimiento de la presente invención.
En la Figura 1 se ha representado de manera
esquemática un pistón (1) de un motor de combustión interna que se
desplaza, durante el funcionamiento del motor, en el interior de un
cilindro del motor, tal y como ilustra la flecha doble (2).
El pistón (1) está conectado por medio de una
biela (3) con un cigüeñal (4) montado de forma rotatoria en torno a
un eje (5).
Por supuesto, las dimensiones relativas de los
órganos del motor se han representado de manera totalmente
convencional. En especial, la sección del cigüeñal (4) se ha
exagerado mucho con el fin de mostrar las posiciones angulares de
parada del cigüeñal.
El cigüeñal (4) es impulsado de forma rotatoria
en torno a su eje (5) por medio de la biela (3) que transforma el
movimiento lineal del pistón (1) en un movimiento de rotación.
Se ha constatado que el cigüeñal del tipo
cigüeñal (4) de motor térmico, en el momento de la parada del motor,
se detiene sistemáticamente en una posición angular alrededor de su
eje de rotación, que está situada en una zona angular que se
extiende por ambas partes desde una posición intermedia (Pm) con una
amplitud angular respectiva (A1 y A2).
En la Figura 1 se ha representado, sobre un
círculo punteado centrado sobre el eje (5) del cigüeñal (4), la
posición de parada intermedia (Pm) y las posiciones extremas de
parada (Pm + A1 y Pm - A2).
Se ha constatado asimismo que la puesta en marcha
del motor se lleva a cabo con más facilidad a partir de la posición
intermedia inicial (Pm) y que la puesta en marcha es cada vez más
difícil a medida que la posición inicial del cigüeñal se acerca a
las posiciones extremas (Pm + A1 y Pm - A2).
Cuando se realiza una puesta en marcha a partir
de los dos puntos extremos (Pm + A1 y Pm - A2), la potencia de
encendido necesaria es aproximadamente un 30% superior a la potencia
correspondiente a la posición intermedia inicial (Pm).
A partir de esta constatación, el inventor de la
presente solicitud de patente ha diseñado un procedimiento y un
dispositivo que permiten facilitar la puesta en marcha de un motor
térmico, así como efectuar, en todos los casos, una puesta en marcha
del motor en condiciones prácticamente óptimas.
Por lo tanto, la presente invención hace
referencia a un procedimiento y un dispositivo que permiten colocar
los órganos móviles del motor, y de forma específica, el cigüeñal,
de manera automática, en una posición que facilita la puesta en
marcha del motor, y que permiten una puesta en marcha con una
potencia de encendido mínima.
En la Figura 2 se ilustra de manera esquemática
un dispositivo que permite aplicar el procedimiento de la invención,
con el fin de facilitar la puesta en marcha de un motor térmico (6)
representado de manera convencional con una forma de
paralelepípedo.
El motor térmico (6) incluye un cigüeñal montado
de forma rotatoria de acuerdo con un eje longitudinal del motor (6)
y unido, en sus extremos longitudinales, a una polea (7) y un
volante (8), respectivamente.
El dispositivo de reglaje de la posición de
parada del motor realizado de conformidad con la invención incluye
una máquina eléctrica giratoria (10) que puede ser, tal y como se
explicará más adelante, un alternador o un motor eléctrico.
En el árbol de salida rotatorio (11) de la
máquina giratoria (10) se calza una polea (12). Una correa de
arrastre (13) que pasa por las poleas (7 y 12) permite realizar una
conexión rotatoria del cigüeñal del motor térmico (6) y del árbol de
salida de la máquina giratoria (10). Por supuesto, la conexión
rotatoria del cigüeñal del motor (6) y del árbol de la máquina
giratoria (10) se puede llevar a cabo por otros medios diferentes de
las poleas y la correa.
La máquina giratoria eléctrica (10) está
conectada, por medio de un módulo de accionamiento electrónico (9),
a una batería (14) que puede ser la batería de un vehículo automóvil
impulsada por el motor térmico (6).
Un captador de posición permite identificar de
forma muy precisa la posición angular del volante (8) y del cigüeñal
del motor (6). El captador de posición (15) está conectado con el
módulo de accionamiento electrónico (9), de modo que transmite una
señal de posición representativa de la posición instantánea del
cigüeñal del motor térmico (6). El módulo de accionamiento
electrónico (9) recibe asimismo una señal de instrucción (16) que se
corresponde con una señal de posición que representa la posición
intermedia ideal (Pm) del cigüeñal del motor térmico (6), en la que
se obtiene una puesta en marcha con una potencia de encendido
mínima.
Se lleva a cabo el reglaje de la posición angular
del cigüeñal del motor, durante la parada del motor, con el fin de
obtener una posición favorable para la nueva puesta en marcha del
motor después de su parada.
En el momento en el que la parada del motor es
activada por el conductor (función de parada -stop-), se transmite
una orden a la caja electrónica de accionamiento (9), de modo que se
lleva a cabo la recepción de la señal de la posición angular del
cigüeñal del motor térmico (6) transmitida por el captador de
posición (15). La caja de accionamiento electrónico (9) lleva a cabo
la recepción de forma continua de la posición angular instantánea
del cigüeñal del motor térmico (6). Se puede realizar asimismo la
recepción de la velocidad de rotación del cigüeñal, en tiempo real,
durante la desaceleración del motor.
La máquina giratoria eléctrica (10), que puede
estar constituida por el alternador del vehículo automóvil, ha sido
realizada y es accionada de modo que pueda funcionar de forma
reversible.
Durante la parada y la desaceleración del motor
térmico, la máquina eléctrica reversible (10) permite dirigir la
desaceleración del motor con el fin de forzar su parada en la
posición angular preferente (Pm) del cigüeñal del motor térmico (6).
La máquina eléctrica es dirigida por la caja de accionamiento
electrónico (9), de forma que se crea un par resistente que permite
frenar el motor térmico (6). La corriente producida por la máquina
eléctrica reversible (10) permite entonces recargar la batería
(14).
El accionamiento de la máquina eléctrica (10) se
encuentra adaptado para tener en cuenta, en todos los regímenes de
funcionamiento del motor térmico, el valor del par producido, de
modo que se garantice una aproximación correcta a la posición de
parada ideal del cigüeñal.
En la Figura 3 se ha representado, en forma de
logigrama, la aplicación del procedimiento de conformidad con la
invención.
La unidad de accionamiento electrónico de la
máquina eléctrica constituida, por ejemplo, por un alternador de
tipo reversible, recibe de entrada una señal de posición del
cigüeñal del motor (\thetamot). La señal de posición es procesada
en una primera unidad (17) del módulo de accionamiento, de modo que
se obtiene la velocidad del motor expresada en revoluciones / minuto
con la forma del valor N, y es comparada, tal y como se representa
en 18 a, 18 b, y 18 c en la Figura 3, con la velocidad del motor al
ralentí (Nr) y con una velocidad (N1) predeterminada que es inferior
a la velocidad al ralentí (Nr).
Cuando la velocidad instantánea del motor (N)
está incluida entre N1 y Nr, el alternador es accionado por la caja
electrónica (9), de manera que se lleva a cabo un frenado continuo
del motor térmico (6). Esta etapa del procedimiento se representa en
(19 a).
Cuando la velocidad del motor (N) es inferior a
la velocidad (N1), antes de la parada del motor térmico, se lleva a
cabo un frenado periódico del motor térmico (6) por medio del
alternador, tal y como se ilustra en 19 b. El frenado periódico
consiste en frenar el motor térmico (6) cuando el cigüeñal se
encuentra entre las dos posiciones extremas (Pm + A1 y Pm - A2), es
decir, en la zona angular de parada del cigüeñal. Se modula el par
resistente ejercido sobre el motor térmico desde el alternador (10),
de manera que se aumenta el par resistente a medida que nos
aproximamos a la posición ideal (Pm) del cigüeñal.
Cuando se ha realizado la parada completa del
motor, tal y como se representa en 18 c, se lleva a cabo una
comparación entre la posición del cigüeñal medida por el captador de
posición (15) y la posición teórica ideal (Pm). Si se detecta una
diferencia entre estas dos posiciones, se realiza un
reposicionamiento estático tal y como se representa en la etapa 19 c
de la Figura 3. El reposicionamiento estático del cigüeñal consiste
en alimentar el alternador que funciona como motor, con el fin de
hacerle girar en un sentido o en otro hasta alcanzar la posición
ideal del cigüeñal.
El alternador se puede utilizar entonces como
motor para llevar a cabo la puesta en marcha del motor térmico con
una potencia de encendido reducida.
La función del alternador reversible que lleva a
cabo, en el momento de la parada del motor, su posicionamiento en la
posición angular ideal y la nueva puesta en marcha del motor a
partir de dicha posición ideal puede facilitar la aplicación de una
función de "parada y encendido" ("stop and start").
Por lo tanto, el procedimiento realizado de
conformidad con la invención permite posicionar rápidamente los
elementos móviles del motor en el momento de la parada o después de
la parada del motor térmico, con el fin de obtener unas condiciones
ideales de puesta en marcha, con motivo de la utilización futura del
motor.
En el caso de que se aplique el procedimiento de
la invención utilizando un alternador reversible que puede ser el
alternador del vehículo automóvil cuyo motor térmico garantiza su
tracción, los medios suplementarios necesarios para dicha aplicación
están constituidos únicamente por un captador de medición de la
posición angular del cigüeñal y por una unidad de cálculo y de
accionamiento programado. Por lo tanto, la aplicación del
procedimiento de la invención sólo implica un coste adicional muy
reducido dentro del marco de la producción industrial de un vehículo
automóvil.
No obstante, es posible utilizar un motor
eléctrico independiente del alternador con el fin de llevar a cabo
el posicionamiento del motor térmico, o un sistema mecánico
desconectable.
La aplicación del procedimiento de la invención
permite por otra parte obtener un ahorro de energía, debido al hecho
de que se recupera la energía de carga de la batería, durante el
frenado del motor térmico, con motivo de su parada. Además, la
obtención de la posición ideal del motor se realiza más rápidamente
que cuando se efectúa una colocación consecutiva a la parada del
motor. Sin embargo, la aplicación del procedimiento de la invención
es relativamente compleja y requiere la utilización de unos medios
de cálculo y de accionamiento de gran complejidad.
La presente invención no se limita a las
materializaciones descritas.
Por lo tanto, se puede utilizar en lugar de un
alternador reversible un conjunto constituido por un alternador y un
motor.
Se puede utilizar una máquina eléctrica de
cualquier tipo, con alimentación de corriente continua o
alterna.
La presente invención se puede aplicar a
cualquier motor térmico, y de forma específica a los motores
térmicos que garantizan la tracción de vehículos automóviles.
Claims (9)
1. Un procedimiento de posicionamiento de los
órganos móviles (2, 3, 4) de un motor térmico (6), en una posición
de parada del motor (6) que facilita la nueva puesta en marcha, y el
motor incluye al menos un pistón (2) móvil de manera alternativa en
un cilindro, que está conectado con un cigüeñal (4) por medio de una
biela (3) que impulsa el cigüeñal (4) de forma rotatoria en torno a
un eje (5), de acuerdo con el cual se regula la posición angular del
cigüeñal (4) en torno a su eje de rotación (5), con el fin de
colocarle en una posición angular (Pm) predeterminada, con ayuda de
una máquina giratoria eléctrica (10) conectada de forma rotatoria
con el cigüeñal (4), caracterizado por el hecho de que se
frena el motor térmico (6) con ayuda de la máquina giratoria
eléctrica (10), durante la parada del motor térmico (6), de modo
que, en el momento de la parada completa del motor térmico (6), el
cigüeñal (4) se encuentra en su posición angular (Pm)
predeterminada.
2. Un procedimiento realizado de conformidad con
la 1ª reivindicación, caracterizado por el hecho de que se
modula el frenado del motor térmico (6) en función de la velocidad
de rotación del motor térmico (6) medida durante la parada del motor
térmico (6).
3. Un procedimiento realizado de conformidad con
la 2ª reivindicación, caracterizado por el hecho de que se
realiza un frenado continuo del motor térmico (6) al ejercer un par
resistente sobre el cigüeñal (4) cuando la velocidad del motor
térmico (6) está incluida entre una velocidad predeterminada (N1)
inferior a la velocidad de ralentí (Nr) del motor y la velocidad de
ralentí (Nr), y porque se realiza un frenado periódico del motor
cuando su velocidad es inferior a la velocidad (N1) predeterminada
inferior a la velocidad de ralentí, y el frenado del motor se lleva
a cabo en el transcurso de períodos en los que el cigüeñal se
encuentra en una zona de parada que se extiende por ambas partes
desde la posición angular predeterminada (Pm).
4. Un procedimiento realizado de conformidad con
la 3ª reivindicación, caracterizado por el hecho de que se
modula el frenado periódico del motor en la zona angular de parada
del cigüeñal (4), haciendo que el par resistente de la máquina
eléctrica (10) sea máximo en la posición angular predeterminada (Pm)
del cigüeñal (4).
5. Un procedimiento realizado de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 4ª, caracterizado por
el hecho de que, después de la parada completa del motor térmico
(6), se lleva a cabo un reposicionamiento estático de la posición
del cigüeñal (4), utilizando la máquina giratoria eléctrica como
motor.
6. Un procedimiento realizado de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 5ª, caracterizado por
el hecho de que se mide la posición angular del cigüeñal (4) del
motor, que se compara esta posición angular con la posición angular
predeterminada (Pm), y que se elabora, a partir del resultado de la
comparación, una señal de accionamiento de la máquina giratoria
eléctrica (10) con el fin de llevar a cabo al menos una de las
funciones de frenado y de reposicionamiento del motor térmico
(6).
7. Un dispositivo de posicionamiento de los
órganos móviles (2, 3, 4) de un motor térmico (6), en una posición
de parada del motor (6) que facilita la puesta en marcha, y el motor
térmico (6) incluye al menos un pistón (2) móvil de manera
alternativa en un cilindro, que está conectado con un cigüeñal (4)
por medio de una biela (3) que impulsa el cigüeñal de forma
rotatoria en torno a un eje (5), caracterizado por el hecho
de que incluye una máquina eléctrica giratoria (10) conectada de
forma rotatoria con el cigüeñal (4) del motor térmico (6) y unos
medios de accionamiento electrónico (9, 23) de la máquina eléctrica
(10) con el fin de frenar y detener el motor térmico (6) con su
cigüeñal en una posición angular predeterminada (Pm).
8. Un dispositivo realizado de conformidad con la
7ª reivindicación, caracterizado por el hecho de que la
máquina giratoria eléctrica (10) es un alternador reversible que
puede funcionar como alternador o como motor.
9. Un dispositivo realizado de conformidad con
cualquiera de las reivindicaciones 7ª y 8ª, caracterizado por
el hecho de que los medios de accionamiento de la máquina giratoria
eléctrica (10) incluyen unos medios de comparación de la velocidad
del motor con unos valores predeterminados y unos medios de
accionamiento del frenado del motor térmico (6) por medio de la
máquina giratoria eléctrica (10) en función de los resultados de la
comparación de la velocidad del motor con los valores
predeterminados.
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