ES2282215T3 - Procedimiento de control de auto-encendico en un motor de cuatro tiempos. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de control de auto-encendido en un motor de combustión interna de cuatro tiempos, en el cual medios de escape y de admisión de los cilindros son accionados para que los cilindros se llenen parcialmente de gases quemados y parcialmente de gases frescos para las fases de compresión cuando el motor funciona en carga parcial, caracterizado porque, cada cilindro (C) está equipado de al menos dos medios de escape tales como válvulas (E1, E2), los dos medios de escape de un cilindro son accionados cada uno en apertura y en cierre y de modo diferente para asegurar un escape de los gases quemados fuera del cilindro durante la fase de escape y una reintroducción de gases quemados en el cilindro durante la fase de admisión cuando el émbolo se desplaza desde su punto muerto elevado a su punto muerto bajo, porque la reintroducción de gases quemados y la admisión de gases frescos en el cilindro están decalados en el tiempo uno con relación al otro y porque la reintroducción de gases quemados comienza antes de la admisión de gases frescos y termina por el cierre del medio de escape (E2) hacia el final de la admisión de gases frescos en el cilindro.

Description

Procedimiento de control de auto-encendido en un motor de cuatro tiempos.
La invención se refiere a un procedimiento de control de auto-encendido en un motor de combustión interna de cuatro tiempos.
Es ya conocido por el documento WO 99/42718 realizar un auto-encendido de una mezcla carburada por el accionamiento de las válvulas de escape para controlar la temperatura de la mezcla aire/combustible en el cilindro. Para ello, se actúa sobre el porcentaje de gases de escape recirculados (EGR) por la variación del momento de apertura y de cierre de las válvulas. Así, está previsto cerrar precozmente la válvula de escape con el fin de mantener en la cámara de combustión una masa de EGR.
Se ha propuesto igualmente, en el documento EP-A-0863301, accionar las válvulas de escape y de admisión de los cilindros de un motor de cuatro tiempos con el fin de retener en los cilindros una cierta cantidad de gases quemados antes de admitir en ella gases frescos, controlando la cantidad retenida de gases quemados y minimizando su mezcla con los gases frescos, para que sea iniciado un auto-encendido de los gases frescos en las cámaras de combustión por los gases quemados que se encuentran a temperatura elevada y que contienen especies activas. Se puede para ello disminuir el tiempo de apertura de las válvulas de escape de los cilindros. En variante, se pueden dejar las válvulas de escape abiertas más tiempo para reintroducir gases quemados en los cilindros cuando los émbolos se desplazan desde su punto muerto elevado a su punto muerto bajo y retrasar de forma correspondiente la apertura de las válvulas de admisión. Estos accionamientos particulares de las válvulas de escape y de admisión se utilizan durante el funcionamiento en carga parcial del motor con auto-encendido controlado que produce una reducción muy fuerte de la emisión de los óxidos de nitrógeno en la atmósfera así como del consumo, mientras que en carga elevada, se vuelve a un control tradicional de las válvulas y a un encendido accionado por
chispa.
La presente invención tiene por objeto aplicar estas técnicas de auto-encendido a un motor de cuatro tiempos del tipo de varias válvulas de escape y varias válvulas de admisión por cilindro, gracias a un procedimiento de accionamiento de las válvulas de escape y de admisión que sea sencillo, eficaz y fácil de realizar.
A este respecto, la misma propone un procedimiento de control de auto-encendido en un motor de combustión interna de cuatro tiempos, en el cual medios de escape de los cilindros son accionados para que los cilindros se llenen parcialmente de gases quemados y parcialmente de gases frescos para las fases de compresión cuando el motor funciona en carga parcial, caracterizado porque, cada cilindro que está equipado con al menos dos medios de escape tales como válvulas, los dos medios de escape de un cilindro son accionados cada uno en apertura y en cierre y de modo diferente para asegurar un escape de los gases quemados fuera del cilindro durante la fase de escape y una reintroducción de gases quemados en el cilindro durante la fase de admisión cuando el émbolo se desplaza de su punto muerto alto a su punto muerto bajo, porque la reintroducción de gases quemados y la admisión de gases frescos en el cilindro están alternadas en el tiempo una con relación a la otra y porque la reintroducción de gases quemados comienza antes de la admisión de gases frescos y se termina mediante el cierre del medio de escape al final de la admisión de gases frescos en el cilindro.
El procedimiento según la invención prevé por consiguiente diferenciar y disociar las funciones de los dos medios de escape de cada cilindro, para obtener una gran cantidad de gases quemados en el cilindro, así como el control facilitado de los ciclos de aperturas y de cierres.
En una forma de realización de la invención, un primer medio de escape del cilindro está abierto y el otro cerrado durante la fase de escape cuando el émbolo se desplaza de su punto muerto bajo a su punto muerto alto y luego el primer medio de escape se cierra y el otro se abre al comienzo de la fase de admisión cuando el émbolo se desplaza desde su punto muerto alto a su punto muerto bajo.
En variante, se puede prever que los dos medios de escape del cilindro se abran durante la fase de escape cuando el émbolo se desplaza de su punto muerto bajo a su punto muerto alto, y luego que uno de los medios de escape se cierre y el otro se mantenga abierto al comienzo de la fase de admisión cuando el émbolo se desplaza desde su punto muerto alto a su punto muerto bajo.
Se reduce así la mezcla de los gases quemados y de los gases frescos en el cilindro, lo cual puede ser favorable para la obtención del auto encendido en algunas condiciones de funcionamiento.
Cuando el motor está equipado de varios medios de admisión por cilindro, los gases frescos pueden ser admitidos en el cilindro por un solo medio de admisión.
De preferencia, este medio de admisión está situado directamente frente al de los medios de escape del cilindro que se encuentra en posición cerrada durante la fase de admisión, en el caso en que las condiciones de funcionamiento impongan limitar la mezcla de los gases frescos y de los gases quemados. Por el contrario, en los otros casos, el medio de admisión está situado directamente frente al de los medios de escape del cilindro que se encuentra en posición abierta durante la fase de admisión, con el fin de favorecer las mezclas de gases.
En otra variante, los dos medios de admisión se utilizan, particularmente para favorecer las mezclas de gases.
De forma general, el procedimiento según la invención permite reintroducir en un cilindro una cantidad de gases quemados suficiente para iniciar el auto-encendido de los gases frescos admitidos seguidamente en el cilindro. El escape de los gases quemados fuera del cilindro durante la fase de admisión permite evitar la recompresión de los gases quemados en el cilindro cuando el émbolo se desplaza de su punto muerto bajo a su punto muerto alto durante la fase de escape, lo cual sería una fuente de pérdida térmica y aumentaría el trabajo del bucle de baja presión.
La invención se comprenderá mejor y otras características, detalles y ventajas de esta aparecerán más claramente con la lectura de la descripción que sigue, realizada a título de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:
- la figura 1 representa esquemáticamente un procedimiento de accionamiento según la invención de las válvulas de escape de un cilindro de un motor de combustión interna de cuatro tiempos;
- la figura 2 representa esquemáticamente una variante del procedimiento según la invención;
- la figura 3 es una vista esquemática de un ejemplo de implantación de las válvulas de admisión y de las válvulas de escape en una culata.
El funcionamiento de un primer modo de realización de la invención se ilustra esquemáticamente en la figura 1 que representa los levantamientos de las dos válvulas de escape y de una válvula de admisión de un motor de combustión interna de cuatro tiempos durante las diferentes fases de expansión, de escape, de admisión y de compresión del ciclo del
motor.
En la figura 1, la curva 1 representa el levantamiento de una válvula de escape E1 de una culata C (figura 3), la curva 2 representa el levantamiento de la segunda válvula de escape E2 de este cilindro, y la curva 3 el levantamiento de una válvula de admisión A1 de este cilindro.
Según la figura 3, se pueden disponer de varias válvulas de admisión, en particular dos: A1 y A2.
La válvula de escape E1 es accionada de forma tradicional y se abre durante el tiempo de la fase de escape, comenzando el levantamiento de esta válvula sustancialmente hacia el final de la fase de expansión cuando el émbolo se encuentra en la proximidad de su punto muerto bajo y terminándose al final de la fase de escape cuando el émbolo se encuentra en la proximidad de su punto muerto elevado.
El levantamiento de la válvula de escape E2 comienza antes del final de la fase de escape y se termina al final de la fase de admisión, cuando el émbolo llega a la proximidad de su punto muerto bajo. El final del cierre permite así controlar el porcentaje de gases residuales.
El levantamiento de la válvula de admisión A1 comienza aproximadamente en el momento del cierre de la válvula de escape E2 con el fin de minimizar la mezcla de gases frescos/gases quemados y se termina al comienzo de la fase de compresión, cuando el émbolo comienza a desplazarse desde su punto muerto bajo a su punto puerto elevado. El cruce de los desplazamientos de estas válvulas puede ayudar a controlar la mezcla de gases frescos/gases que-
mados.
Durante la fase de escape, los gases quemados son expulsados del cilindro por el émbolo que se desplaza hacia su punto muerto elevado y salen del cilindro por la válvula de escape E1. Durante la fase siguiente de admisión, una parte de los gases quemados se reintroduce en el cilindro por la válvula de escape E2 que está abierta, y llena una parte del cilindro a medida que se va produciendo el desplazamiento del émbolo hacia su punto muerto bajo y luego son admitidos gases frescos en el cilindro por la válvula de admisión A1, sustancialmente hasta el final de la fase de admisión. Los gases frescos así introducidos en la cámara de combustión se mezclan poco con los gases quemados que han sido anteriormente reintroducidos en el cilindro. Durante la fase de compresión, las válvulas de escape y de admisión se cierran de forma que la combinación de la presión, de la temperatura elevada de los gases quemados y de la presencia de especies reactivas en estos últimos pueda provocar un auto-encendido de los gases frescos en la cámara de combustión del cilindro.
En la figura 1 se aprecia que las dos válvulas de escape del cilindro son vuelta a vuelta accionadas en apertura y en cierre y que las mismas tienen funciones diferentes, una sirviendo para la evacuación de los gases quemados fuera del cilindro, la otra para la reintroducción de los gases quemados en el cilindro. Se puede pasar de un funcionamiento normal, donde las dos válvulas de escape se abren y cierran simultáneamente, al funcionamiento según la invención ilustrado en la figura 1, mediante un decalado del accionamiento de la válvula de escape E2. De igual modo, basta con decalar la apertura de la válvula de admisión A1, manteniendo el mismo momento de cierre, para llegar al modo de funcionamiento ilustrado en la
figura 1.
En el modo de funcionamiento descrito anteriormente, la válvula de admisión A2 permanece cerrada permanentemente.
Este modo de funcionamiento presenta la ventaja suplementaria de que ninguna de las dos válvulas de escape está completamente levantada cuando el émbolo se encuentra en punto muerto elevado, lo cual evita todo riesgo de interferencia de estas válvulas con la cabeza del émbolo.
Se apreciará igualmente que la de las dos válvulas de admisión A1 y A2 que se utiliza para la admisión de los gases frescos durante le funcionamiento del motor en carga parcial y en la modalidad de auto-encendido es la que se encuentra directamente frente a la válvula de escape E1, es decir de la válvula de escape que se cierra durante la fase de admisión.
La invención se aplica igualmente según la figura 1, si el cierre de la válvula E2 tiene lugar sustancialmente al mismo tiempo que el cierre de la válvula de admisión.
En una variante de realización representada esquemáticamente en la figura 2, la válvula de escape E1 es accionada del mismo modo que ya se ha descrito con referencia a la figura 1 pero el levantamiento de la válvula de escape E2 comienza aproximadamente al mismo tiempo que el de la válvula de escape E1 y se prolonga sustancialmente durante el final de la fase de admisión. El accionamiento de la válvula de admisión A1 no se modifica, como se ha representado por la curva 3.
En este modo de realización, el tiempo del levantamiento de la válvula de escape E2 es más importante y comienza más pronto que en el modo de realización ilustrado en la figura 1, para terminarse aproximadamente en el mismo momento, lo cual tiene por consecuencia que más gases quemados serán evacuados del cilindro durante la fase de escape.
Se puede llegar al modo de funcionamiento representado en la figura 2, a partir del funcionamiento habitual utilizado cuando el motor está a plena carga, no modificando el accionamiento de la válvula de escape E1, modificando el accionamiento de la válvula de escape E2 para alargar el tiempo de su levantamiento sustancialmente hasta el final de la fase de admisión, modificando el levantamiento de la válvula de admisión A1 e impidiendo el levantamiento de la válvula de admisión A2.
En otra variante de realización, se puede no modificar el accionamiento de la válvula de admisión A1, de forma que la reintroducción de gases quemados en el cilindro y la admisión de gases frescos en este cilindro tendrán lugar aproximadamente simultá-
neamente.
Bien entendido, el procedimiento según la invención es aplicable en el caso en que los medios de escape y de admisión comprendan llaves giratorias en lugar de las válvulas de desplazamiento lineal alternativo.

Claims (9)

1. Procedimiento de control de auto-encendido en un motor de combustión interna de cuatro tiempos, en el cual medios de escape y de admisión de los cilindros son accionados para que los cilindros se llenen parcialmente de gases quemados y parcialmente de gases frescos para las fases de compresión cuando el motor funciona en carga parcial, caracterizado porque, cada cilindro (C) está equipado de al menos dos medios de escape tales como válvulas (E1, E2), los dos medios de escape de un cilindro son accionados cada uno en apertura y en cierre y de modo diferente para asegurar un escape de los gases quemados fuera del cilindro durante la fase de escape y una reintroducción de gases quemados en el cilindro durante la fase de admisión cuando el émbolo se desplaza desde su punto muerto elevado a su punto muerto bajo, porque la reintroducción de gases quemados y la admisión de gases frescos en el cilindro están decalados en el tiempo uno con relación al otro y porque la reintroducción de gases quemados comienza antes de la admisión de gases frescos y termina por el cierre del medio de escape (E2) hacia el final de la admisión de gases frescos en el cilindro.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque uno de los medios de escape (E1, E2) se cierra cuando el otro se abre durante la fase de admisión.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque un primer medio de escape (E1) del cilindro está abierto y el otro (E2) cerrado durante la fase de escape cuando el émbolo se desplaza de su punto muerto bajo a su punto muerto alto, luego el primer medio de escape (E1) se cierra y el otro (E2) se abre al comienzo de la fase de admisión.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los dos medios de escape (E1 y E2) del cilindro se abren durante la fase de escape cuando el émbolo se desplaza de su punto muerto bajo a su punto muerto alto, luego el primer medio de escape (E1) se cierra y el otro (E2) se deja abierto durante la fase de admisión.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la admisión de gases frescos en el cilindro comienza antes del final de la reintroducción de los gases quemados en el cilindro.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, el motor al estar equipado de varios medios de admisión (A1, A2) por cilindro, los gases frescos son admitidos en un cilindro por un solo medio de admisión cuando el motor funciona en carga parcial.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque este medio de admisión está situado directamente frente al del (E1) de los medios de escape del cilindro que se encuentra en posición cerrada durante la fase de admisión en el caso de las condiciones de funcionamiento donde es preciso limitar la mezcla de los gases frescos y de los gases quemados.
8. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque este medio de admisión está situado directamente frente al del (E2) de los medios de escape del cilindro que se encuentra en posición abierta durante la fase de admisión en el caso de las condiciones de funcionamiento en que sea preciso favorecer la mezcla de los gases frescos y de los gases quemados.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el cual los dos medios de admisión se abren durante la fase de admisión.
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