ES2323181T3 - Dispositivo estrangulador para un sistema de adminsion de un motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo estrangulador (13) para un sistema de admisión de un motor de combustión interna (1); comprendiendo el sistema de admisión al menos un colector de admisión (3) y un numero de conductos de admisión (9), cada uno de los cuales conecta el colector de admisión (3) con al menos un cilindro (2) del motor de combustión interna (1); comprendiendo el dispositivo estrangulador (13) al menos un cuerpo estrangulador (15) alojado dentro de un conducto de admisión (9) y un dispositivo accionador (17) para ajustar el cuerpo estrangulador (15) en una posición operativa en la que el cuerpo estrangulador (15) reduce la sección transversal del conducto de admisión (9); el dispositivo estrangulador (13) está caracterizado por que el dispositivo accionador (17) comprende al menos un miembro accionador filiforme (23) hecho de un material con memoria de forma que cambia de forma cuando se somete a tensión física externa y que comprende una primera parte (24) embebida en el cuerpo estrangulador (15) y una segunda parte (25) localizada fuera del cuerpo estrangulador (15) y asegurada mecánicamente a una parte fija; y el cuerpo estrangulador (15) puede deformarse elásticamente para satisfacer la reducción de longitud del miembro accionador (23).
Description
Dispositivo estrangulador para un sistema de
admisión de un motor de combustión interna.
La presente invención se refiere a un
dispositivo estrangulador para un sistema de admisión de un motor de
combustión interna.
Un motor de combustión interna tiene numerosos
cilindros, cada uno de los cuales está conectado con un colector de
admisión mediante al menos una válvula de admisión y a un colector
de escape mediante al menos una válvula de escape. El colector de
admisión se suministra con aire fresco (por ejemplo del exterior)
mediante un conducto de suministro equipado con una válvula
reguladora y está conectado con los cilindros mediante conductos de
admisión respectivos cada uno de los cuales termina al menos en una
válvula de admisión.
Se ha propuesto recientemente un dispositivo
estrangulador para ajustar la sección transversal de los conductos
de admisión como una función de la velocidad del motor (es decir, la
velocidad de rotación de un árbol motor). A baja velocidad, la
sección de la corriente de aire de los conductos de admisión se
reduce para generar turbulencia en la admisión de aire y, de esta
manera, mejorar la mezcla del aire y el combustible en los
cilindros, de manera que todo el combustible inyectado se quema,
reduciendo de esta manera las emisiones de contaminantes generadas
por la combustión. A alta velocidad, la sección de la corriente de
aire de los conductos de admisión se maximiza para llenar los
cilindros completamente y conseguir una potencia máxima.
Los dispositivos estranguladores como se han
descrito anteriormente pueden ser de tipo volteo, denominados
simplemente dispositivos de volteo, o de tipo remolino, denominados
simplemente dispositivos de remolino. Un dispositivo de volteo
emplea, para cada conducto de admisión, un cuerpo estrangulador que
puede moverse hacia y desde una posición activa en la que el cuerpo
estrangulador reduce la sección transversal del conducto de
admisión. En un sistema de remolino, cada conducto de admisión
comprende dos canales paralelos, lado a lado, y para cada conducto
de admisión, se usa un cuerpo estrangulador que puede moverse hacia
y desde una posición activa que cierra completamente uno de los dos
canales del conducto de admisión.
En los dispositivos estranguladores
comercializados actualmente, todos los cuerpos estranguladores están
instalados en un árbol común para girar juntos hacia y desde la
posición operativa bajo el control de un accionador común, que
simultánea y sincronizadamente controla la posición de todos los
cuerpos estranguladores. El accionador se define mediante un motor
eléctrico que tiene un rotor conectado mecánicamente al árbol común.
Esta solución, sin embargo, es relativamente pesada y relativamente
voluminosa (teniendo en cuenta también la electrónica que controla
el motor eléctrico) y sólo es suficientemente fiable, aunque no
particularmente (debido a los fallos de funcionamiento frecuentes
de la electrónica que controla el motor eléctrico). En los motores
comercializados actualmente, se ha propuesto hacer funcionar el
árbol común usando un accionador neumático. Esta solución, sin
embargo, también es relativamente pesada y, sobre todo,
extremadamente voluminosa.
El documento EP1568866 describe una válvula
estranguladora para un colector de admisión con un sistema de
volteo retráctil para un motor provisto con numerosos cilindros. La
válvula estranguladora está adaptada para variar la sección de paso
del aire a través del conducto de admisión que conecta cada cilindro
con el colector de admisión y está regulada por al menos una
válvula de admisión; la válvula estranguladora comprende una
mariposa montada para girar alrededor de un eje de rotación
dispuesto transversalmente y externamente con respecto al conducto
de admisión correspondiente bajo el empuje de un motor eléctrico
rotatorio correspondiente que comprende un estator y un rotor
alojados directamente en la mariposa.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un dispositivo estrangulador para el sistema de
admisión de un motor de combustión interna, diseñado para eliminar
los inconvenientes mencionados anteriormente y que, en particular,
sea barato y fácil de producir.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un dispositivo estrangulador para un sistema de admisión
de un motor de combustión interna, de acuerdo con las
reivindicaciones adjuntas.
Una realización no limitante de la presente
invención se describirá a modo de ejemplo con referencia a los
dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 muestra una vista esquemática de un
motor de combustión interna que tiene un sistema de admisión
equipado con un dispositivo estrangulador de acuerdo con la presente
invención;
La Figura 2 muestra una vista a mayor escala,
con piezas retiradas por claridad, del sistema de admisión de la
Figura 1;
La Figura 3 muestra una vista esquemática en
perspectiva de un cuerpo estrangulador del dispositivo estrangulador
de la Figura 1.
El número 1 en la Figura 1 indica en su conjunto
un motor de combustión interna que tiene cuatro cilindros 2 (sólo
se muestra uno en la Figura 1), cada uno de los cuales está
conectado con un colector de admisión 3 mediante al menos una
válvula de admisión 4 y con un colector de escape 5 mediante al
menos una válvula de escape 6.
El colector de admisión 3 está suministrado con
aire fresco (es decir, del exterior) mediante un conducto de
suministro 7 regulado mediante una válvula reguladora 8 y está
conectado con los cilindros 2 mediante los conductos de admisión
respectivos 9 (sólo se muestra uno en la Figura 1), cada uno de los
cuales está regulado por la válvula de admisión 4 correspondiente.
Similarmente, el colector de escape 5 está conectado con los
cilindros 2 mediante los conductos de escape respectivos 10 (sólo se
muestra 1 en la Figura 1), cada uno de los cuales está regulado por
la válvula de escape correspondiente 6; y una tubería de escape 11
se extiende desde el colector de escape 5 y termina con un
silenciador conocido (no mostrado) para expulsar los gases de
combustión hacia la atmósfera.
En la realización mostrada, el combustible (por
ejemplo, gasolina, combustible diesel, metano, LPG,...) se inyecta
en cada conducto de admisión 9 mediante un inyector 12 localizado
cerca de la válvula de admisión 4. En una realización alternativa
no mostrada, los inyectores 12 están localizados de manera que
inyectan el combustible directamente en los cilindros 2.
El colector de escape 3 comprende un dispositivo
estrangulador de tipo volteo 13 (denominado simplemente dispositivo
de volteo 13), que ajusta la sección transversal de los conductos de
admisión 9 como una función de la velocidad del motor 1. Como se
muestra en la Figura 2, para cada conducto de admisión 9, el
dispositivo de volteo 13 comprende una válvula estranguladora 14
que tiene un cuerpo estrangulador 15 o un regulador 15 instalado en
un árbol 16 respectivo y que gira mediante un dispositivo accionador
17 respectivo alrededor de un eje 18 transversalmente hacia dentro
y hacia fuera del conducto de admisión 9 correspondiente. Es
importante observar que cada válvula estranguladora 14 es
mecánicamente independiente de las otras válvulas estranguladoras
14, es decir, los reguladores 15 de las cuatro válvulas
estranguladoras 14 no están conectados mecánicamente entre sí y
giran libremente unos con respecto a los otros.
En el uso actual, cada regulador 15 gira
mediante el dispositivo accionador 17 respectivo entre una posición
totalmente extraída (mostrada por la línea continua en la Figura 2),
en la que el regulador 15 reduce la sección de la corriente de aire
del conducto de admisión 9 a un mínimo y una posición de reposo
(mostrada mediante la línea discontinua en la Figura 2), en la que
el regulador 15 no reduce de ninguna manera la sección de la
corriente de aire del conducto de admisión 9.
El árbol 16 de cada regulador 15 está embebido
en una pared 19 del conducto de admisión 9, y gira alrededor del
eje 18 de rotación; y la pared 19 de cada conducto de admisión 9
tiene un asiento 20 para alojar el regulador 15 cuando el regulador
15 está en la posición de reposo. Cuando el regulador 15 está en la
posición de reposo, una superficie superior 21 del regulador 15
define una continuación de una superficie interna 22 del conducto
de admisión 9 y la combina de forma sustancialmente continua con la
superficie interna 22. Más específicamente, en la posición de
reposo, la superficie superior 21 de cada regulador 15 es
sustancialmente paralela al eje central del conducto de admisión 9;
y, en la posición totalmente extraída, la superficie superior 21 de
cada regulador 15 forma un ángulo de aproximadamente
30-45º con el eje central del conducto de admisión
9.
Como se muestra en las Figuras 2 y 3, cada
dispositivo accionador 17 comprende un miembro accionador filiforme
23 hecho de un material con memoria de forma y que se activa
calentándolo para cambiar de forma y, de esta manera, hacer girar
el regulador 15 alrededor del eje 18 de rotación.
Un material con memoria de forma es una aleación
metálica capaz de cambiar una de sus características físicas cuando
se somete a una tensión física externa. Más específicamente, se usan
aleaciones metálicas (por ejemplo, una aleación de
níquel-titanio o de cobre) capaz de cambiar de
tamaño cuando se calientan. En otras palabras, la forma del miembro
accionador 23 se cambia calentando (es decir, aumentando la
temperatura de) el miembro accionador 23.
El miembro accionador tiene una longitud dada a
temperatura ambiente aunque, cuando la temperatura del miembro
accionador 23 supera un umbral de temperatura predeterminado
(dependiendo de las características físico-químicas
del material), se acorta en una cantidad predeterminada (dependiendo
de las características físico-químicas del
material), reduciendo de esta manera la distancia entre los extremos
opuestos del miembro accionador 23. El miembro accionador 23
funciona "en dos sentidos" es decir, se acorta cuando se
calienta y se hace espontáneamente más largo para volver a su
tamaño original cuando se enfría.
El miembro accionador 23 tiene forma de U y
comprende una parte 24 embebida en el regulador 15, y una parte 25
fuera el regulador 15 y asegurada mecánicamente a una parte fija, en
particular a la pared 19 del conducto de admisión 9. A temperatura
ambiente, el miembro accionador 23 es de tal longitud que mantiene
el regulador 15 en la posición de reposo. Cuando la temperatura del
miembro de accionamiento 23 supera la del umbral de temperatura
dado, el miembro accionador 23 se acorta una cantidad
predeterminada; y como la parte 25 del miembro accionador 23 se
asegura mecánicamente a la pared 19 del conducto de admisión 9, la
reducción en la longitud del miembro accionador 23 tira del
regulador 15 hacia la pared 19 del conducto de admisión 9, haciendo
girar de esta manera el regulador 15 alrededor del eje 18 de
rotación y, de esta manera, moviendo el regulador 15 desde la
posición de reposo hasta la posición totalmente extraída.
Similarmente, el aumento de longitud del miembro accionador 23
cuando el miembro accionador 23 se enfría, hace girar el regulador
15 en la dirección opuesta alrededor del eje 18 de rotación,
moviendo de esta manera el regulador 15 desde la posición totalmente
extraída a la posición de reposo.
Para que los cambios en la longitud del miembro
accionador 23 hagan girar al regulador 15 alrededor del eje 18 de
rotación, el miembro accionador 23 es preferiblemente ligeramente
excéntrico con respecto al eje 18 de rotación.
En la parte 24 del miembro accionador 23 que
está embebida en el regulador 15, la reducción en la longitud del
miembro accionador 23 tiende a deformar el regulador 15. Para evitar
una tensión mecánica excesiva del miembro accionador 23 y del
regulador 15, es preferible que el regulador 15 se deforme sin
demasiada resistencia y satisfaga la reducción de longitud del
miembro accionador 23. Para este propósito, al menos una parte
deformable 26 del regulador 15 se puede deformar elásticamente sin
experimentar daños y sin requerir una tensión mecánica excesiva del
miembro accionador 23 y la parte rígida no deformable elásticamente
27 restante del regulador 15. La parte deformable 26 del regulador
15 se localiza preferiblemente en la pared 19 del conducto de
admisión 9 y es más pequeña que la parte rígida restante 27 del
regulador 15.
El regulador 15 normalmente se hace de un
material plástico moldeado (polímero) y se produce
co-moldeando el material plástico junto con el
miembro accionador 23. En una primera realización, un primer
material plástico rígido se usa para producir una parte rígida 27
del regulador 15 y un segundo material plástico deformable se usa
para producir una parte deformable 26 del regulador 15. Como
alternativa, puede usarse un material plástico tanto para la parte
rígida 27 como para la parte deformable 26 del regulador 15, pero
con una densidad y/o espesor para la parte rígida 27 y una densidad
y/o espesor diferentes para la parte deformable 26.
El miembro accionador 23 está conectado con un
dispositivo activador 28 para calentar el miembro accionador 23
suficientemente para elevar la temperatura del miembro accionador 23
por encima de dicho umbral de temperatura. El dispositivo activador
28 aplica una tensión entre los extremos del miembro accionador 23
para producir un flujo de corriente eléctrica a lo largo del
miembro accionador 23 y para calentar de esta manera el miembro
accionador 23 mediante el efecto Joule.
Para ayudar a refrigerar el miembro accionador
23 una vez que se ha cancelado el calentamiento por parte del
dispositivo activador 28, el regulador 15 tiene un número de
orificios de ventilación 29 formados en el miembro accionador 23
para exponer parte del miembro accionador 23 a la corriente de aire
fresco que fluye dentro del conducto de admisión 9. Durante el uso
actual, la corriente de aire fresco dentro del conducto de admisión
9 fluye, a través de los orificios de ventilación 29, sobre parte
del miembro accionador 23 para enfriar rápidamente el miembro
accionador 23 una vez que se ha cancelado el calentamiento por parte
del dispositivo activador 28. Los orificios de ventilación 29
pueden ser orificios de paso, es decir, a través del regulador 15 en
el miembro accionador 23, u orificios muertos.
En la realización preferida mostrada en la
Figura 3, un miembro accionador con forma de U 23 se embebe dentro
de cada regulador 15. En una realización alternativa no mostrada,
más de un miembro accionador 23 puede embeberse dentro de cada
regulador 15. En una realización adicional más no mostrada, el
miembro accionador 23 puede ser distinto de forma en U.
La solución constructiva descrita anteriormente
tiene numerosas ventajas: es barata y fácil de producir y,
comparada con la realización eléctrica o neumática convencional, es
más sencilla y mucho más ligera, más compacta y más fiable. Los
ensayos han mostrado que las necesidades energéticas y el consumo de
energía del dispositivo de volteo 13 como se ha descrito
anteriormente son muy bajos y mucho menores que una realización con
motor eléctrico convencional. Más específicamente, en el uso
actual, los dispositivos accionadores 7 descritos anteriormente
pueden funcionar con una potencia total de menos de 10 vatios
comparado con los más de 40 vatios en el caso de un dispositivo
accionador con motor eléctrico convencional.
Claims (27)
1. Un dispositivo estrangulador (13) para un
sistema de admisión de un motor de combustión interna (1);
comprendiendo el sistema de admisión al menos un colector de
admisión (3) y un numero de conductos de admisión (9), cada uno de
los cuales conecta el colector de admisión (3) con al menos un
cilindro (2) del motor de combustión interna (1); comprendiendo el
dispositivo estrangulador (13) al menos un cuerpo estrangulador (15)
alojado dentro de un conducto de admisión (9) y un dispositivo
accionador (17) para ajustar el cuerpo estrangulador (15) en una
posición operativa en la que el cuerpo estrangulador (15) reduce la
sección transversal del conducto de admisión (9);
el dispositivo estrangulador (13) está
caracterizado por que el dispositivo accionador (17)
comprende al menos un miembro accionador filiforme (23) hecho de un
material con memoria de forma que cambia de forma cuando se somete
a tensión física externa y que comprende una primera parte (24)
embebida en el cuerpo estrangulador (15) y una segunda parte (25)
localizada fuera del cuerpo estrangulador (15) y asegurada
mecánicamente a una parte fija; y el cuerpo estrangulador (15)
puede deformarse elásticamente para satisfacer la reducción de
longitud del miembro accionador (23).
2. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que la segunda parte (25) del
miembro accionador (23), localizada fuera del cuerpo estrangulador
(15), se asegura mecánicamente a una pared (19) del conducto de
admisión (9).
3. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 1 ó 2, en el que el miembro accionador (23)
cambia de longitud cuando se calienta.
4. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 3, en el que el miembro accionador (23) se
acorta cuando la temperatura del miembro accionador (23) supera un
umbral de temperatura predeterminado.
5. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 4, en el que el miembro accionador (23)
trabaja "en dos sentidos", es decir, se hace más corto cuando
se calienta y se hace espontáneamente más largo para volver a su
tamaño original cuando se enfría.
6. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el cuerpo
estrangulador (15) comprende al menos una parte deformable (26) que
puede deformarse elásticamente; y una parte que permanece rígida
(27) que no puede deformarse elásticamente.
7. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 6, en el que la parte deformable (26) del
cuerpo estrangulador (15) se localiza en una pared (19) del conducto
de admisión (9).
8. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 6 ó 7, en el que la parte deformable (26) del
cuerpo estrangulador (15) es más pequeña que la parte rígida
restante (27).
9. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 6, 7 u 8, en el que la parte rígida (27) del
cuerpo estrangulador (15) está hecha de un primer material plástico
rígido, y la parte deformable (26) del cuerpo estrangulador (15)
está hecha de un segundo material plástico deformable.
10. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 6, 7 u 8, en el que el cuerpo estrangulador
(15) está hecho de un solo material plástico.
11. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 9 ó 10, en el que la parte rígida (27) del
cuerpo estrangulador (15) es de mayor densidad que la parte
deformable (26) del cuerpo estrangulador (15).
12. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 9, 10 u 11, en el que la parte rígida (27)
del cuerpo estrangulador (15) es de mayor espesor que la parte
deformable (26) del cuerpo estrangulador (15).
13. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el miembro
accionador (23) tiene forma de U.
14. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el dispositivo
accionador (17) comprende un dispositivo activador (28) para
suministrar corriente eléctrica a través del miembro accionador
(23) para calentar el miembro accionador (23) por efecto Joule.
15. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el cuerpo
estrangulador (15) comprende al menos un orificio de ventilación
(29) formado en el miembro accionador (23) para exponer parte del
miembro accionador (23) a la corriente de aire fresco dentro del
conducto de admisión (9).
16. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 15 en el que el orificio de ventilación (29)
es un orificio de paso a través del cuerpo estrangulador (15).
17. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 15, en el que el orificio de ventilación (29)
es un orificio muerto.
18. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 17, en el que el dispositivo
accionador (17) comprende numerosos miembros accionadores (23).
19. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 18, en el que el cuerpo
estrangulador (15) está montado sobre un árbol (16) y gira mediante
el dispositivo accionador (17) alrededor de un eje (18) de
rotación.
20. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 19, en el que el miembro accionador (23) es
excéntrico con respecto al eje (18) de rotación.
21. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 20, en el que el eje (18) de rotación del
cuerpo estrangulador (15) se localiza fuera del conducto de admisión
(9) de manera que en una posición de reposo, el cuerpo
estrangulador (15) no reduce la sección de la corriente de aire del
conducto de admisión (9).
22. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 21, en el que el árbol (16) del cuerpo
estrangulador (15) está embebido en una pared (19) del conducto de
admisión (9).
23. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 22, en el que la pared (19) del conducto de
admisión (9) tiene un asiento (20) para alojar el cuerpo
estrangulador (15) cuando el cuerpo estrangulador (15) está en una
posición de reposo.
24. Un dispositivo estrangulador (13) para un
sistema de admisión de un motor de combustión interna (1);
comprendiendo el sistema de admisión al menos un colector de
admisión (3), y numerosos conductos de admisión (9), cada uno de
los cuales conecta el colector de admisión (3) a al menos un
cilindro (2) del motor de combustión interna (1); comprendiendo el
dispositivo estrangulador (13) al menos un cuerpo estrangulador (15)
alojado dentro de un conducto de admisión (9) y un dispositivo
accionador (17) para ajustar el cuerpo estrangulador (15) a una
posición operativa en la que el cuerpo estrangulador (15) reduce la
sección transversal del conducto de admisión (9);
estando caracterizado el dispositivo
estrangulador (13) por que el dispositivo accionador (17) comprende
al menos un miembro accionador filiforme con forma de U (23) hecho
de un material con memoria de forma que cambia de forma cuando se
somete a una tensión física externa, y que comprende una primera
parte (24) embebida en el cuerpo estrangulador (15) y una segunda
parte (25) localizada fuera del cuerpo estrangulador (15) y
asegurada mecánicamente a una parte fija.
25. Un dispositivo estrangulador (13) para un
sistema de admisión de un motor de combustión interna (1);
comprendiendo el sistema de admisión al menos un colector de
admisión (3), y numerosos conductos de admisión (9), cada uno de
los cuales conecta el colector de admisión (3) a al menos un
cilindro (2) del motor de combustión interna (1); comprendiendo el
dispositivo estrangulador (13) al menos un cuerpo estrangulador (15)
alojado dentro de un conducto de admisión (9) y un dispositivo
accionador (17) para ajustar el cuerpo estrangulador (15) a una
posición operativa en la que el cuerpo estrangulador (15) reduce la
sección transversal del conducto de admisión (9);
estando caracterizado el dispositivo
estrangulador (13) por que el dispositivo accionador (17) comprende
al menos un miembro accionador filiforme (23) hecho de un material
con memoria de forma que cambia de forma cuando se somete a una
tensión física externa y que comprende una primera parte (24)
embebida en el cuerpo estrangulador (15) y una segunda parte (25)
localizada fuera del cuerpo estrangulador (15) y asegurada
mecánicamente a una parte fija; y el cuerpo estrangulador (15)
comprende al menos un orificio de ventilación (29) formado en el
miembro accionador (23) para exponer parte del miembro accionador
(23) a la corriente de aire fresco dentro del conducto de admisión
(9).
26. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 25, en el que el orificio de ventilación (29)
es un orificio de paso a través del cuerpo estrangulador (15).
27. Un dispositivo estrangulador (13) de acuerdo
con la reivindicación 16, en el que el orificio de ventilación (29)
es un orificio muerto.
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