ES2307130T3 - Procedimiento de equilibrado para motor y dispositivo para la puesta en practica de este procedimiento. - Google Patents
Procedimiento de equilibrado para motor y dispositivo para la puesta en practica de este procedimiento. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento de equilibrado para un motor (3) que genera un par de desequilibrado de orden 1, par de desequilibrado que excita al menos un modo vibratorio, procedimiento en el que se anula al menos en parte el par de desequilibrado de orden 1 haciendo que se genere a cada instante un par opuesto al par de desequilibrado por al menos un elemento (7, 8) batiente controlado asociado al motor (3), en al menos un intervalo de frecuencias de equilibrado próximo a dicho modo vibratorio excitado por el par de desequilibrado, y se detecta al menos el régimen del motor para controlar dicho elemento (7, 8) batiente en función de este régimen, según una ley predeterminada adaptada para que el elemento batiente anule al menos en parte el par de desequilibrado de orden 1.
Description
Procedimiento de equilibrado para motor y
dispositivo para la puesta en práctica de este procedimiento.
La presente invención se refiere a los
procedimientos de equilibrado para motores particularmente de
combustión interna, y a los dispositivos para la puesta en práctica
de estos procedimientos.
Más particularmente, la invención se refiere a
un procedimiento de equilibrado para un motor, particularmente
para motor de combustión interna de vehículo, que genera un par de
desequilibrado de orden 1 (dicho de otro modo, a la frecuencia
correspondiente a la rotación del motor), par de desequilibrado que
excita al menos un modo vibratorio.
Se conocen procedimientos de este tipo en los
que el equilibrado se obtiene mediante la adición de un árbol de
equilibrado, tal como se describe por ejemplo en el documento
WO-A-02/075134 para motores de
combustión interna de 3 cilindros.
Estos procedimientos conocidos presentan no
obstante los siguientes inconvenientes: por un lado, el árbol de
equilibrado es una pieza costosa y, por otro lado, este árbol es
una pieza relativamente pesada cuya puesta en movimiento provoca un
derroche de energía.
La presente invención tiene particularmente como
objetivo paliar dichos inconvenientes.
Se conoce por otro lado, a partir del documento
FR-A2 533 042, un dispositivo antivibratorio en el
que una masa batiente se desplaza en oposición de fase con un
cuerpo en rotación, para neutralizar las vibraciones producidas por
este cuerpo.
Para paliar los inconvenientes anteriormente
mencionados, la invención propone un procedimiento de equilibrado
para un motor que genera un par de desequilibrado de orden 1, par
de desequilibrado que excita al menos un modo vibratorio,
procedimiento en el que se anula al menos en parte el par de
desequilibrado de orden 1 haciendo que se genere a cada instante un
par opuesto al par de desequilibrado por al menos un elemento
batiente controlado asociado al motor, en al menos un intervalo de
frecuencias de equilibrado próximo a dicho modo vibratorio excitado
por el par de desequilibrado, y se detecta al menos el régimen del
motor y se controla dicho elemento batiente en función de este
régimen, según una ley predeterminada adaptada para que el elemento
batiente anule al menos en parte el par de desequilibrado de orden
1.
Gracias a estas disposiciones se equilibra al
menos en parte el motor por un precio moderado, y sobre todo con un
exceso muy limitado de consumo energético. Este exceso de consumo
de energía es tanto más limitado al poderse detener el
accionamiento del elemento batiente controlado cuando el motor gira
a una velocidad superior a una cierta velocidad de rotación
límite.
Por elemento batiente controlado se
entiende:
- -
- un elemento batiente activo, con un accionador que genera un esfuerzo contrario que actúa en oposición al par de desequilibrado (ejemplos de elementos batientes activos se describen por ejemplo en la solicitud de patente FR-A-2 860 658, o también en el documento US-A-5 718 418, u otros),
- -
- o un elemento batiente de modo variable, cuyo modo puede regularse por ejemplo haciendo variar la rigidez o la masa.
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En diversos modos de realización del
procedimiento según la invención, puede recurrirse eventualmente
además a una y/o a otra de las disposiciones siguientes:
- -
- se utiliza al menos un elemento batiente activo para generar a cada instante un par opuesto al par de desequilibrado;
- -
- se utilizan al menos dos elementos batientes activos y se controlan estos elementos batientes activos en oposición de fase para generar a cada instante un par opuesto al par de desequilibrado;
- -
- el motor es de combustión interna, detectándose (directamente o no) al menos una fase del ciclo de funcionamiento del motor y se controla dicho elemento batiente en función de esta detección, según una ley predeterminada adaptada para que el elemento batiente anule al menos en parte el par de desequilibrado de orden 1;
- -
- el motor del que se anula el par de desequilibrado es un motor de combustión interna de dos, tres o cinco cilindros;
- -
- el motor del que se anula el par de desequilibrado es un motor de combustión interna de vehículo, unido al chasis del vehículo por una suspensión pendular;
- -
- el intervalo de frecuencias de equilibrado está comprendido entre una frecuencia de ralentí del motor y \sqrt2.f_{\Theta x}, donde f_{\Theta x} es la frecuencia de dicho modo vibratorio,
- -
- se equilibra un motor de vehículo automóvil.
\vskip1.000000\baselineskip
Por otro lado, la invención tiene también como
objeto un dispositivo para la puesta en práctica de un
procedimiento tal como se ha definido anteriormente, comprendiendo
este dispositivo un motor que, en funcionamiento, genera un par de
desequilibrado de orden 1, par de desequilibrado que excita al
menos un modo vibratorio, caracterizado porque comprende al menos
un elemento batiente controlado que está asociado al motor y que
está controlado por al menos una unidad central electrónica para
anular al menos en parte el par de desequilibrado de orden 1,
haciendo que se genere a cada instante un par opuesto al par de
desequilibrado por el elemento batiente, en al menos un intervalo
de frecuencias de equilibrado próximo a dicho modo vibratorio
excitado por el par de desequilibrado, comprendiendo el dispositivo
además al menos un detector adaptado para detectar al menos el
régimen motor, estando adaptada la unidad central para controlar el
elemento batiente en función de este régimen, según una ley
predeterminada adaptada para que el elemento batiente anule al
menos en parte el par de desequilibrado de orden 1.
En diversos modos de realización del dispositivo
según la invención puede recurrirse eventualmente además a una y/o
a otra de las disposiciones siguientes:
- -
- dicho elemento batiente es un elemento batiente activo;
- -
- el dispositivo comprende al menos dos elementos batientes activos controlados por la unidad central en oposición de fase;
- -
- el motor es un motor de combustión interna y el dispositivo comprende al menos un detector adaptado para detectar al menos una etapa particular del ciclo de funcionamiento del motor y se controla dicho elemento batiente en función de esta detección, según una ley predeterminada adaptada para que el elemento batiente anule al menos en parte el par de desequilibrado de orden 1;
- -
- el motor es un motor de combustión interna de dos, tres o cinco cilindros;
- -
- el dispositivo comprende un vehículo que presenta un chasis, estando dicho motor unido al chasis por una suspensión pendular;
- -
- el motor pertenece a un bloque motor--propulsor que se extiende longitudinalmente entre dos extremos y los dos elementos batientes están situados respectivamente cerca de los dos extremos del bloque motor-propulsor;
- -
- el intervalo de frecuencias de equilibrado está comprendido entre una frecuencia de ralentí del motor y \sqrt2.f_{\Theta x}, donde f_{\Theta x} es la frecuencia de dicho modo vibratorio.
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Finalmente, la invención tiene también como
objeto un vehículo automóvil que comprende un dispositivo tal como
se ha descrito anteriormente.
Otras características y ventajas de la invención
resultarán evidentes en el transcurso de la descripción siguiente
de uno de sus modos de realización, dado a título de ejemplo no
limitativo, con respecto a los dibujos adjuntos.
- la figura 1 es una vista esquemática en
perspectiva de un vehículo dotado de un dispositivo antivibratorio
según una forma de realización de la invención;
- las figuras 2 y 3 son, respectivamente, vistas
esquemáticas desde delante y desde arriba del grupo
motor-propulsor de la figura 1;
- y las figuras 4 a 6 son gráficos que muestran
la intensidad de las vibraciones en el intervalo de uno de los
asientos del vehículo, respectivamente según tres ejes
perpendiculares.
En las diferentes figuras, las mismas
referencias designan elementos idénticos o similares.
La figura 1 muestra un vehículo (1) automóvil
que comprende un grupo (2) motor-propulsor que
comprende un motor (3) de combustión interna (por ejemplo un motor
de dos, tres o cinco cilindros) y una caja (4) de cambios fijada
rígidamente al motor (3). El bloque (2)
motor-propulsor puede extenderse por ejemplo según
una dirección Y transversal del vehículo y puede comprender
eventualmente, en sus dos extremos longitudinales, dos consolas
(3a, 4a) rígidas solidarias respectivamente al motor (3) y a la
caja (4) de cambios.
El bloque (2) motor-propulsor
está unido al chasis (5) del vehículo mediante una suspensión motor
que, en el ejemplo representado, es de tipo pendular. Tal como
puede verse más detalladamente en las figuras 2 y 3, esta
suspensión pendular puede comprender por ejemplo:
- -
- dos soportes (3b, 4b) elásticos que pueden unir por ejemplo las dos consolas (3a, 4a) al chasis (5) del vehículo,
- -
- y una biela (6) de recuperación de par que limita y amortigua los movimientos de pivotado del bloque (2) motor-propulsor alrededor del eje Y transversal, uniendo esta biela el bloque (2) motor-propulsor al chasis (5) y extendiéndose por ejemplo en el plano (X, Z).
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En funcionamiento, el motor (3) genera un par de
desequilibrado de orden 1, es decir, a la frecuencia
correspondiente a la rotación del motor. Estos efectos pueden ser
particularmente sensibles con un motor (3) de dos o tres cilindros,
y especialmente a regímenes próximos al de ralentí. Por ejemplo, si
el régimen de ralentí es de 900 revoluciones por minuto, la
frecuencia de excitación correspondiente f_{1N} (o excitación de
orden 1) es de 15 Hz.
El par de desequilibrado en cuestión puede ser
un par en rotación alrededor del eje (X) longitudinal del vehículo
y/o un par en rotación alrededor del eje Z vertical.
Este par de desequilibrado excita ciertos modos
vibratorios, especialmente:
- -
- un modo vibratorio de cabeceo \Thetax en rotación alrededor del eje (X), a una frecuencia f_{\Theta x},
- -
- y/o un modo vibratorio \Thetaz en rotación alrededor del eje (Z), a una frecuencia f_{\Theta z},
\vskip1.000000\baselineskip
Este o estos modo(s) vibratorio(s)
en rotación está(n), por otro lado, asociado (s) a modos de bombeo,
especialmente a un modo de bombeo T_{z} en dirección vertical,
en función de la geometría del bloque (2)
motor-propulsor.
La excitación de estos diferentes modos
vibratorios conlleva vibraciones transmitidas al chasis (5) del
vehículo y que se sienten de manera desagradable por los usuarios
del vehículo, especialmente cuando el motor funciona a bajo
régimen.
Según la invención, se anula al menos en parte
el o los par(es) de desequilibrado de orden 1, haciendo que
se genere a cada instante al menos un par opuestos al (a los)
par(es) de desequilibrado por al menos un elemento batiente
controlado unido al bloque (2) motor-propulsor, en
al menos un intervalo de frecuencias de equilibrado próximo al del
o de los modo(s) vibratorio(s) excitado(s) por
el o los par(es) de desequilibrado.
Por elemento batiente controlado se
entiende:
- -
- o bien un elemento batiente activo, con un accionador que genera un esfuerzo contrario que actúa en oposición al par de desequilibrado (ejemplos de elementos batientes activos se describen por ejemplo en la solicitud de patente FR-A-2 860 658, o también en el documento US-A-5 718 418, u otros),
- -
- o bien un elemento batiente de modo variable, cuyo modo puede regularse por ejemplo haciendo variar la rigidez de los medios elásticos de recuperación de la parte batiente o la masa de la parte batiente.
\vskip1.000000\baselineskip
En el ejemplo representado en las figuras 1 a 3,
el bloque (2) motor-propulsor está equipado con dos
elementos (7, 8) batientes activos fijados por ejemplo sobre las
consolas (3a, 4a) anteriormente mencionadas para maximizar la
distancia e entre los elementos (7, 8) batientes según la dirección
(Y). Estos elementos batientes activos están controlados por una
unidad (10) central electrónica (CPU) en función de la información
proporcionada por un detector (9) (S) que proporciona por ejemplo
una señal de impulso correspondiente al punto muerto alto de uno de
los pistones del motor (2), lo que permite conocer al mismo tiempo
el régimen motor y la fase del ciclo de funcionamiento del
motor.
\newpage
Los elementos (7, 8) batientes activos pueden
accionarse en oposición de fase por la unidad (10) central para
generar a cada instante un par opuesto al par de desequilibrado. El
par de desequilibrado se conoce en cada instante ya que está
asociado de manera biunívoca con la información proporcionada por
el detector (9), de modo que los elementos (7, 8) batientes
activos puede accionarse por la unidad (10) central según una ley
predeterminada adaptada para que los elementos batientes anulen al
menos en parte el par de desequilibrado de orden (1), incluso
igualmente un par de desequilibrado de orden (2).
La disposición representada en los dibujos, con
los elementos (7, 8) batientes orientados verticalmente para
producir fuerzas verticales hacia arriba y hacia abajo, permite
esencialmente anular el par de desequilibrado alrededor del eje (X)
y por tanto tratar el modo \Thetax. No obstante, es posible
orientar los elementos (7, 8) batientes de manera diferente para
anular simultáneamente el par de desequilibrado alrededor del eje
(Z) y por tanto tratar así el modo \Thetaz. Como variante, sería
posible prever al menos un elemento batiente activo complementario,
incluso dos elementos batientes complementarios, para anular
específicamente el par de desequilibrado alrededor del eje (Z) y
por tanto tratar el modo \Thetaz.
El intervalo de frecuencias de equilibrado
anteriormente mencionado puede estar comprendido por ejemplo entre
la frecuencia de ralentí del motor f_{1N} y \sqrt2.f_{\Theta
x}, donde f_{\Theta x} es la frecuencia del modo vibratorio
tratado excitado por la frecuencia de ralentí.
La invención permite reducir muy sensiblemente
las vibraciones percibidas por el usuario del vehículo, tal como
muestran los gráficos de las figuras 4 a 6 que representan, en
función de la frecuencia (f), la amplitud (A) de las vibraciones
generadas por el motor (3) al ralentí, al nivel de uno de los
asientos de un vehículo (1) particular dotado de un motor de tres
cilindros, sin la invención (curva con linea continua) y con los
elementos (7, 8) batientes activos descritos anteriormente (curva
con línea punteada). La figura 4 muestra las vibraciones medidas
según el eje (Z) vertical, la figura 5 según el eje (X) longitudinal
del vehículo y la figura 6 según el eje (Y) transversal del
vehículo.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se dirige únicamente a ayudar al lector y no forma
parte del documento de patente europea. Incluso si se ha procurado
el mayor cuidado en su concepción, no se pueden excluir errores u
omisiones y el OEB declina toda responsabilidad a este
respecto.
- \bullet WO 02075134 A (0003)
- \bullet FR 2860658 A (0009) (0025)
- \bullet FR 2533042 A (0006)
- \bullet U5 5718418 A (0009) (0025)
Claims (17)
1. Procedimiento de equilibrado para un motor
(3) que genera un par de desequilibrado de orden 1, par de
desequilibrado que excita al menos un modo vibratorio,
procedimiento en el que se anula al menos en parte el par de
desequilibrado de orden 1 haciendo que se genere a cada instante un
par opuesto al par de desequilibrado por al menos un elemento (7,
8) batiente controlado asociado al motor (3), en al menos un
intervalo de frecuencias de equilibrado próximo a dicho modo
vibratorio excitado por el par de desequilibrado, y se detecta al
menos el régimen del motor para controlar dicho elemento (7, 8)
batiente en función de este régimen, según una ley predeterminada
adaptada para que el elemento batiente anule al menos en parte el
par de desequilibrado de orden 1.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que se utiliza al menos un elemento (7, 8) batiente activo para
generar a cada instante un par opuesto al par de
desequilibrado.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en
el que se utilizan al menos dos elementos (7, 8) batientes activos
controlándose estos elementos batientes activos en oposición de
fase para generar a cada instante un par opuesto al par de
desequilibrado.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el motor es de combustión
interna, detectándose al menos una fase del ciclo de funcionamiento
del motor (3) para controlar dicho elemento (7, 8) batiente en
función de esta detección, según una ley predeterminada adaptada
para que el elemento batiente anule al menos en parte el par de
desequilibrado de orden 1.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el motor (3) del que se
anula el par de desequilibrado es un motor de combustión interna de
dos, tres o cinco cilindros.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el motor (3) del que se
anula el par de desequilibrado es un motor de combustión interna de
vehículo, unido al chasis (5) del vehículo por una suspensión
pendular.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el intervalo de frecuencias
de equilibrado está comprendido entre una frecuencia de ralentí del
motor y \sqrt2.f_{\Theta x}, donde f_{\Theta x} es la
frecuencia de dicho modo vibratorio.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que se equilibra un motor de
vehículo automóvil.
9. Dispositivo para la puesta en práctica de un
procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, comprendiendo este dispositivo un motor (3) que, en
funcionamiento, genera un par de desequilibrado de orden 1, par de
desequilibrado que excita al menos un modo vibratorio,
comprendiendo este dispositivo al menos un elemento (7, 8) batiente
controlado que está asociado al motor (3) y que está controlado
por al menos una unidad (10) central electrónica para anular al
menos en parte el par de desequilibrado de orden 1 haciendo que se
genere a cada instante un par opuesto al par de desequilibrado por
el elemento (7, 8) batiente en al menos un intervalo de frecuencias
de equilibrado próximo a dicho modo vibratorio excitado por el par
de desequilibrado, comprendiendo el dispositivo además al menos un
detector (9) adaptado para detectar al menos el régimen del motor
(3), estando adaptada la unidad central para controlar el elemento
(7, 8) batiente en función de este régimen, según una ley
predeterminada adaptada para que el elemento batiente anule al
menos en parte el par de desequilibrado de orden 1.
10. Dispositivo según la reivindicación 9, en el
que dicho elemento (7, 8) batiente es un elemento batiente
activo.
11. Dispositivo según la reivindicación 10, que
comprende al menos dos elementos (7, 8) batientes activos
controlados por la unidad (10) central en oposición de fase.
12. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, en el que el motor (3) es un motor de
combustión interna y el dispositivo comprende al menos un detector
adaptado para detectar al menos una etapa particular del ciclo de
funcionamiento del motor, controlándose dicho elemento batiente en
función de esta detección, según una ley predeterminada adaptada
para que el elemento batiente anule al menos en parte el par de
desequilibrado de orden 1.
13. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 12, en el que el motor (3) es un motor de
combustión interna de dos, tres o cinco cilindros.
14. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 13, en el que el dispositivo comprende un
vehículo (1) que presenta un chasis (5), estando dicho motor (3)
unido al chasis (5) por una suspensión (4a, 4b, 6) pendular.
15. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 14, en el que el motor (3) pertenece a un
bloque (2) motor-propulsor que se extiende
longitudinalmente entre dos extremos y los dos elementos (7, 8)
batientes están situados respectivamente cerca de los dos extremos
del bloque motor-propulsor.
16. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 15, en el que el intervalo de frecuencias de
equilibrado está comprendido entre una frecuencia de ralentí del
motor y \sqrt2.f_{\Theta x}, donde f_{\Theta x} es la
frecuencia de dicho modo vibratorio.
17. Vehículo automóvil que comprende un
dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a
16.
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