ES2330268T3 - Procedimiento para controlar un motor de combustion interna. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para hacer funcionar un motor de combustión interna cuyas cámaras de combustión asociadas a cada uno de los pistones están provistas de al menos dos válvulas de admisión que incluye una etapa de determinación de la carga del motor y cuando el motor está a carga parcial, una etapa de desfase de las elevaciones de las válvulas de admisión para generar una ley de elevación equivalente a una ley de admisión amplia para realizar un ciclo de Atkinson, y una etapa de provisión de un conjunto para obtener el desfase que incluye una primera leva (10) para el control de una primera válvula de admisión, dispuesta en un primer (31) árbol de levas, una segunda leva (20) para el control de una segunda válvula de admisión, vinculada a un segundo árbol (32) de levas, concéntrico al primer árbol (31) y dispuesto en el interior del primero árbol (31), estando asociado dicho segundo árbol (32) a un desfasador angular (50) apto para hacer variar la posición angular de una leva con respecto a la otra por rotación de un árbol de levas con respecto al otro, caracterizado por que el procedimiento establece que la segunda leva (20) esté vinculada por un portador de accionamiento (21) al segundo árbol (32), desplazándose el portador (21) en una ranura del primer árbol y porque los dos árboles estén vinculados o accionados por una misma polea accionada a su vez por una correa (41), estando accionado también dicho segundo árbol (32) por la correa (41).

Description

Procedimiento para controlar un motor de combustión interna.

La presente invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar un motor de combustión interna que incluye una modificación de las etapas de admisión de aire fresco y/o de escape de los gases de combustión.

Un sistema de admisión de aire de diagrama de apertura ajustable para motor de vehículos automóviles.

En un motor de combustión interna llamado de 4 tiempos, la admisión de aire está controlada por la elevación de las válvulas de admisión movidas por un árbol de levas accionado, mediante una correa de distribución, por el cigüeñal, dando media vuelta el árbol de levas por cada vuelta del cigüeñal para un motor de 4 cilindros. Según un ciclo Otto convencional, la válvula de admisión se levanta cuando el pistón está en las proximidades del punto muerto superior, creando la bajada del pistón una aspiración que permite el llenado del cilindro. La elevación termina en el punto muerto inferior, siendo el ángulo de apertura típicamente superior a 180º, y se elige para favorecer el funcionamiento del motor a plena carga.

Para reducir el par del motor, es necesario reducir la cantidad de aire admitida cerrando la mariposa. Este movimiento de válvulas reduce efectivamente el caudal de aire, pero aumenta significativamente las pérdidas por bombeo y degrada el rendimiento del motor.

Para remediar este inconveniente, es necesario actuar sobre el diagrama de admisión de aire con el fin de reducir las pérdidas por bombeo responsables de esta degradación del rendimiento. A tal efecto, se pueden aprovechar dos aplicaciones posibles del ciclo de Atkinson:

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cierre precoz de la válvula de admisión, reduciendo su diagrama de apertura. En este caso, se busca cerrar muy pronto la válvula, con el fin de admitir muy poco aire en el cilindro, o incluso

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cierre tardío de la válvula de admisión alargando su diagrama de apertura. En este caso, se busca cerrar muy tarde la válvula para lograr como efecto que se rechace el aire admitido y así controlar la masa de aire realmente presente en el cilindro.

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Por supuesto, en los dos casos, la válvula mariposa de admisión sigue estando abierta, puesto que la masa de aire admitida, y en consecuencia la potencia, está controlada no por la propia válvula, sino por el momento de cierre de la válvula de admisión.

Estos dos enfoques permiten reducir significativamente las pérdidas por bombeo y así aumentar el rendimiento del motor en carga parcial con el fin de reducir el consumo de combustible.

Pero, en los dos casos, este aumento del rendimiento se hace al precio de una disminución de la potencia del motor, en particular, a fuerte carga, puesto que las leyes de la elevación (Esc. et Adm.) ya no se optimizan para una potencia máxima.

Se han propuesto ya numerosos dispositivos técnicos para aplicar las soluciones mencionadas anteriormente que se apoyan en una modificación del diagrama de apertura de la válvula de admisión según el ciclo de Atkinson, con el fin de mejorar el rendimiento de los motores a bajo régimen.

Se conocen en particular sistemas capaces de aplicar a la válvula de admisión diversos diagramas de apertura posibles que se pueden seleccionar según las necesidades. Estos sistemas incluyen como mínimo dos levas que presentan unas elevaciones y unas anchuras de apertura diferentes. El órgano de transmisión del esfuerzo de empuje, linguete o balancín, dispone de un sistema de "enclavamiento" que permite a la válvula desplazarse según uno de los diagramas de apertura disponibles.

Estos sistemas tienen el inconveniente de ser mecánicamente muy complejos.

La solicitud de patente francesa nº 2.603.662 hace referencia, por otra parte, a un sistema en el cual el diagrama de apertura es muy amplio. Un desfasador del árbol de levas permite realizar el ciclo de Atkinson, pero penaliza fuertemente la potencia específico del motor.

También, un problema técnico a resolver por el objeto de la presente invención es modificar el modo de funcionamiento de un motor de combustión interna para permitir el aumento del rendimiento del motor en carga parcial por la utilización de un ciclo de Atkinson, sin penalizar los resultados específicos del motor.

Una solución al problema técnico planteado consiste, para un motor que incluye al menos un cilindro provisto de un pistón y de al menos dos válvulas de admisión de aire en la cámara de combustión del cilindro, en determinar la carga del motor, y cuando el motor esté en carga parcial, en desfasar las elevaciones de las válvulas de admisión de un mismo cilindro para generar una ley de elevación equivalente a una ley de admisión amplia y realizar entonces el ciclo de Atkinson. A medida que la carga del motor cree, se reduce el desfase de modo que la potencia específica del motor no se reduce.

Más concretamente, la presente invención tiene por objeto un perfeccionamiento del procedimiento conocido a partir de la patente US 5233948 para operar un motor de combustión interna cuyas cámaras de combustión asociadas a cada uno de los pistones están provistas de al menos dos válvulas de admisión que incluyen una etapa de determinación de la carga del motor y cuando el motor está en carga parcial, una etapa de desfase de las elevaciones de las válvulas de admisión para generar una ley de elevación equivalente a una ley de admisión amplia para realizar el ciclo de Atkinson, obteniéndose el desfase por medio de un conjunto que incluye una primera leva para el control de una primera válvula de admisión, dispuesta en un primer árbol de levas y, de urna segunda leva para el control de una segunda válvula de admisión, ligada a un segundo árbol de levas, concéntrico al primer árbol y dispuesto en el interior del primer árbol, estando este segundo árbol asociado a un desfasador angular apto para hacer variar la posición angular de una leva por informe otro por rotación de un árbol de leva con respecto a la otra por rotación de un árbol de levas con respecto al otro. Según la invención. la segunda leva está vinculada por un portador de accionamiento al segundo árbol; desplazándose el portador en una muesca del primer árbol y porque los dos árboles están vinculados o accionados por una misma polea accionada a su vez por una correa, estando dicho segundo árbol accionado también por la
correa.

Según un modo de realización preferido, las válvulas de admisión presentan un mismo diagrama de apertura, de modo que la ley de elevación equivalente es especialmente simple.

Así pues, cuando los diagramas de apertura están desfasados, la ley de elevación equivalente es muy amplia, lo cual permite utilizar el ciclo de Atkinson en la versión "cierre rápido" mencionada anteriormente, y admitir el aire a presión atmosférica, es decir, sin pérdidas, y después rechazarlo durante la nueva subida del pistón, de manera que se controle la masa de aire realmente admitida por el motor.

Por el contrario, a plena carga y en función del régimen, el desfase entre los diagramas de las válvulas se reduce a fin de aumentar la masa de aire admitida. Naturalmente, cuando el desfase es nulo, se restituye el nivel de características de funcionamiento inicial del motor.

Se puede también observar que el desfase de elevación entre las válvulas permite además, generar un movimiento de torbellino ("swirl") que aumente las turbulencias y que mejore por tanto la combustión.

Además, la invención presenta la ventaja de no penalizar la masa móvil de control de válvula, contrariamente a la mayoría de los otros sistemas conocidos. El potencial de eficacia de la ley de elevación y de dominio de los rozamientos permanece por tanto intacto.

Se observará que la invención se aplica igualmente a los motores diesel.

De manera complementaria a lo que se propuso anteriormente para la admisión, con cámaras de combustión provistas de al menos dos válvulas de escape, es posible modular las elevaciones de las válvulas de escape en función de la carga del motor. En ese caso, a bajo régimen, se pretenderá obtener una ley equivalente correspondiente a una elevación estrecha, mientras que a alto régimen, se buscará ampliar la ley equivalente de las elevaciones de válvulas de escape. En efecto, para aumentar el rendimiento, es necesario favorecer la fase de expansión, es decir, reducir el avance en la apertura y en el escape. A alto régimen, una apertura demasiado breve de las válvulas en el escape es no obstante incompatible con un buen vaciado de la cámara de combustión, por lo cual, según la invención una vuelta a una ley de elevación equivalente más convencional para no limitar las prestaciones del motor.

Este modo de realización se podrá aplicar de forma similar a lo que se ha descrito para las válvulas de admisión, utilizando dos árboles de levas concéntricos para el control de una primera y de una segunda válvula de escape y un desfasador angular, o utilizando una primera leva portada por la primera válvula de escape y una segunda leva para el control de la segunda válvula de escape, dispuesta en un árbol de levas de admisión, con un desfasador angular.

La descripción siguiente respecto a los dibujos anexos, dados a título de ejemplos no limitativos permitirá comprender bien en que consiste la invención y como se puede realizar.

La figura 1a es un esquema que muestra unos diagramas de apertura no desfasados de las válvulas de admisión.

La figura 1b es un esquema que muestra unos diagramas de apertura desfasados de las válvulas de admisión, así como el diagrama equivalente.

La figura 2a es una vista en corte de un primer modo de realización de un sistema de admisión conforme a la invención.

La figura 2b es una vista de lado del sistema de la figura 2a, con levas no desfasadas.

La figura 2c es una vista de lado del sistema de la figura 2a, con levas desfasadas.

La figura 3 es un esquema en perspectiva de un segundo modo de realización del sistema de admisión, pero que no se ajusta a la invención.

Las figuras 4a y 4b son esquemas análogos a los de la figura 1b, además con un desfase de las válvulas de escape. La figura 4a ilustra una configuración de motor a carga reducida, la figura 4b de un motor a plena carga.

La figura 5 es una variante del modo de realización ilustrado en la figura 3, adaptado para permitir un desfase de las válvulas de admisión y de las válvulas de escape.

En la figura 1a se representan unos diagramas de apertura D1 y D2 de dos válvulas de admisión de un sistema de admisión de aire con diagrama de apertura ajustable. Estos diagramas son idénticos y presentan entre sí un desfase nulo, por lo cual aparecen confundidos en esta figura. Por supuesto, el diagrama equivalente DE para el sistema es localmente idéntico. Esta configuración sin desfase es la utilizada a plena carga para encontrar las características de funcionamiento iniciales del motor.

A carga parcial, existe ventaja en cuanto a poder ajustar el desfase entre los diagramas de apertura Da1 y Da2 de las válvulas a fin de utilizar un ciclo de Atkinson y aumentar el rendimiento.

Los diagramas DA1 y Da2 se muestran en la figura 1b con un gran desfase que conduce a un diagrama equivalente DaE amplio, el cual corresponde a un cierre retrasado de la admisión de aire.

Las Figuras 2a, 2b y 2c ilustran un modo de realización del sistema de admisión de aire conforme a la invención que comprende dos levas 10, 20, cada una de las cuales controla la apertura y el cierre de una válvula de admisión no representada.

Como se muestra más especialmente en la figura 2a, la leva 10 se dispone en un primer árbol 31 de levas externo hueco, mientras que la leva 20 está vinculada por un portador 21 de accionamiento a un segundo árbol 32 de levas concéntrico y dispuesto en el interior del primer árbol 31.

El árbol 31 de levas externo está directamente vinculado a una polea 40 de accionamiento, que a su vez es accionada por una correa 41, o por una cadena.

El árbol 32 de levas está vinculado a un desfasador angular 50 que permite, por rotación del árbol 32 con respecto al árbol externo 31, ajustar un desfase angular de la leva 20 con respecto a la leva 10. La rotación de la leva 20 se realiza debido a que el portador 21 está conectado a la leva 20 y al árbol interno 32 y a que se puede desplazar en una muesca 22.

La leva 32 se denomina entonces de calado variable, siendo la leva 31 de calado fijo.

El desfase angular es por tanto ajustable de manera continua entre las dos posiciones extremas del portador 21 en la ranura 22.

Cuando el desfasador 50 se regula a un valor de desfase angular adecuado según la carga del motor, el conjunto de los dos árboles 31, 32 es accionado por la polea 40 bajo la acción de la correa 41.

La figura 2b muestra las dos levas 10, 20 no desfasadas, tal como corresponde a los diagramas de la figura 1a.

La figura 2b, por el contrario muestra las dos levas 10, 20 desfasadas, realizando por ejemplo los diagramas de la figura 1b.

El modo de realización representado en la figura 3 que no se ajusta a la invención, se distingue del modo de realización según la invención en que la leva 10' que controla la válvula l de admisión de calado fijo se monta en el árbol 31' de levas de escape. Un sistema 41 de acoplamiento mecánico permite a la leva 10' de admisión montada en el árbol 31' de levas de escape controlar la válvula 1 de admisión de calado fijo.

La válvula 2 de calado ajustable es controlada por una leva 20 apta para ser desfasada angularmente por el desfasador 50 por rotación del árbol 32 de admisión, siendo fijo el árbol 31' de escape.

La diferencia esencial entre los dos modos de realización descritos es que el modo de la figura 3 no exige una configuración de árboles de levas que comprenda un árbol externo hueco en el cual se monta un segundo árbol concéntrico, dando lugar a una realización más simple.

Por el contrario, este modo de realización requiere un órgano 41 de acoplamiento entre una leva de escape y la válvula de admisión de calado fijo.

La exposición que se hace anteriormente con referencia a la figura 3 supone un desfase en la admisión. Queda claro que se puede utilizar el mismo esquema de principio en el caso de un desfase en el escape, invirtiendo simplemente los términos de escape y de admisión.

En el modo ilustrado en la figura 4, se busca desfasar a la vez una de las dos válvulas de admisión de aire y una de las dos válvulas de escape, esto último para tener, a bajo régimen del motor (figura 4A), una expansión favorecida de los gases, lo cual reduce el bombeo por rechazo, logrando al mismo tiempo un avance de la apertura en el escape AOE pequeño (las elevaciones de las válvulas De1 y De2 se confunden con la curva equivalente Dae) y un retraso del cierre en la admisión RFA, por el contrario, elevado (Da1 desfasado con respecto a Da2, dando una curva equivalente Dae amplia), y en régimen motor más elevado (figura 4B), una apertura equivalente al escape amplio (como de manera convencional en la mayoría de los motores) y un retraso de cierre en la admisión poco elevado, también como de manera convencional.

Si como se ilustra en la figura 4, se pretende obtener a la vez un desfase en la admisión y en el escape para favorecer la expansión de los gases y reducir el bombeo por retorno, a fin de obtener leyes de elevaciones equivalentes con un avance de apertura en el escape AOE pequeño y un retraso del cierre en la admisión RFA, por el contrario, elevado, se podrá utilizar el modo de la figura 5, que no se ajusta, sin embargo, a la invención.

En este modo, el árbol de levas de escape 31' porta una leva de escape de calado fijo 51 que controla la válvula 63 y una leva de admisión 10 de calado fijo. La polea de accionamiento del árbol de levas de escape es aquí una polea
fija 60.

El árbol de levas de admisión 32 es accionado por una polea 50 con desfasador angular y porta una leva de admisión 20 de calado variable que controla la válvula de calado variable 62 y una leva de escape 52 por tanto también de calado variable.

Entre los dos árboles 31' y 32, un sistema mecánico permite controlar por una parte la válvula de admisión de calado fijo 53 y la válvula de escape de calado fijo 55 y por otra parte la válvula de escape de calado variable 56. El sistema mecánico permite así a la leva de admisión dispuesta en el árbol de levas de escape controlar la válvula de admisión y viceversa.

Claims (5)

1. Procedimiento para hacer funcionar un motor de combustión interna cuyas cámaras de combustión asociadas a cada uno de los pistones están provistas de al menos dos válvulas de admisión que incluye una etapa de determinación de la carga del motor y cuando el motor está a carga parcial, una etapa de desfase de las elevaciones de las válvulas de admisión para generar una ley de elevación equivalente a una ley de admisión amplia para realizar un ciclo de Atkinson, y una etapa de provisión de un conjunto para obtener el desfase que incluye una primera leva (10) para el control de una primera válvula de admisión, dispuesta en un primer (31) árbol de levas, una segunda leva (20) para el control de una segunda válvula de admisión, vinculada a un segundo árbol (32) de levas, concéntrico al primer árbol (31) y dispuesto en el interior del primero árbol (31), estando asociado dicho segundo árbol (32) a un desfasador angular (50) apto para hacer variar la posición angular de una leva con respecto a la otra por rotación de un árbol de levas con respecto al otro, caracterizado por que el procedimiento establece que la segunda leva (20) esté vinculada por un portador de accionamiento (21) al segundo árbol (32), desplazándose el portador (21) en una ranura del primer árbol y porque los dos árboles estén vinculados o accionados por una misma polea accionada a su vez por una correa (41), estando accionado también dicho segundo árbol (32) por la correa (41).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el desfase se reduce a las cargas de motor intermedias.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las válvulas de admisión presentan un mismo diagrama de apertura.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, aplicado a un motor cuyas cámaras de combustión asociadas a cada uno de los pistones están provistas de al menos dos válvulas de escape caracterizado además por una etapa de desfase de las elevaciones de las válvulas de escape para generar una ley equivalente a una ley de escape amplia cuando el motor está a plena carga y una ley de escape estrecha cuando el motor esté a carga reducida.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que la etapa de desfase de las elevaciones de las válvulas de escape se obtiene por medio de un conjunto que incluye una primera leva (10) para el control de una primera válvula de escape, dispuesta en un primer (31') árbol de levas, una segunda leva (20) para el control de una segunda válvula de escape, vinculada a un segundo árbol (31) de levas, concéntrico con el primer árbol (31) de levas y un desfasador angular (50) apta para hacer variar la posición angular de una leva con respecto a la otra por rotación de un árbol de levas con respecto al otro.