ES2333355T3 - Colector de admision de geometria variable para un motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Un colector de admisión de geometría variable (3) para un motor de combustión interna (1); comprendiendo el colector de admisión (3): - al menos una tubería de admisión (9), que conecta el colector de admisión (3) con al menos un cilindro (2) del motor (1) de combustión interna; - un dispositivo de parcialización (13) para variar la geometría del colector de admisión (3) que comprende al menos un cuerpo de parcialización (15), que se emplaza en el interior de la tubería de admisión (9) y se proporciona con un árbol (16) montado de modo que pueda girar alrededor de un eje (18) de giro; y - al menos un sensor de posición angular (23) para determinar la posición angular del árbol (16) con respecto al eje (18) de rotación; el colector de admisión (3) se caracteriza por que el sensor de posición angular (23) comprende: - un imán permanente (24) fijado sobre el árbol (16) y emplazado sobre una parte del interior de la tubería de admisión (9); y - un lector 25, que se diseña para leer la orientación del imán permanente (24) y se emplaza en el exterior de la tubería de admisión (9) en la proximidad de una pared (19) de la misma tubería de admisión (9) y en la proximidad del imán permanente (24).
Description
Colector de admisión de geometría variable para
un motor de combustión interna.
La presente invención se refiere a un colector
de admisión de geometría variable para un motor de combustión
interna.
Un motor de combustión interna está provisto de
un número de cilindros, cada uno de los cuales se conecta a 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 recibe aire limpio (es decir, aire que proviene
del ambiente externo) a través de una tubería de suministro provista
de una válvula reguladora y se conecta a los cilindros por medio de
las respectivas tuberías de admisión, cada una de las cuales termina
en una posición que corresponde a al menos una válvula de
admisión.
En un motor de combustión interna moderno, el
colector de admisión puede ser del tipo de geometría variable; es
decir, puede proporcionarse con un dispositivo de parcialización que
varíe la sección transversal de las tuberías de admisión en función
del régimen del motor (es decir, las rpm. del árbol del motor). A
bajas rpm., se reduce la sección para el paso del aire a través de
las tuberías de admisión de modo que se generan turbulencias en el
flujo de admisión de aire lo que mejora la mezcla entre el aire y el
combustible en los cilindros. Gracias a la presencia de estas
turbulencias que mejoran la mezcla, se quema todo el combustible
inyectado y, de este modo, se reducen las emisiones contaminantes
generadas por la combustión. A altas rpm., se maximiza la sección
para el paso del aire a través de las tuberías de admisión de modo
que se posibilita un llenado completo de los cilindros y, por lo
tanto, la generación de la máxima potencia posible.
Por ejemplo, los dispositivos de parcialización
del mismo tipo que el descrito anteriormente pueden ser dispositivos
por centrifugado o bien dispositivos por turbulencia. Un
dispositivo por centrifugado usa para cada tubería de admisión un
cuerpo de parcialización que se mueve lejos de y hasta una posición
de activación, en la que el cuerpo de parcialización reduce la
sección transversal de la tubería de admisión. Un sistema por
turbulencia contempla que cada tubería de admisión comprenda dos
canales paralelos entre sí y emplazados uno al lado del otro y usa,
para cada tubería de admisión, un cuerpo de parcialización que sea
movible lejos de y hasta una posición de activación, en la que el
cuerpo de parcialización cierra completamente uno de los dos canales
de la tubería de admisión.
En los dispositivos de parcialización presentes
en el mercado, todos los cuerpos de parcialización se instalan
sobre un árbol común a fin de girar juntos lejos de y hasta la
posición de activación bajo el empuje de un dispositivo accionador
común, que se diseña para controlar de forma simultánea y
sincronizada la posición de todos los cuerpos de parcialización.
Adicionalmente, en los dispositivos de parcialización presentes en
el mercado, se proporciona un sensor de posición, que generalmente
se acopla al dispositivo accionador común o al árbol común y que
determina la posición de los cuerpos de parcialización determinando,
de este modo, la posición angular del árbol
común.
común.
Sin embargo, actualmente los sensores de
posición conocidos usados en los dispositivos de parcialización
disponibles en el mercado son costosos y complejos de instalar.
Adicionalmente, como los sensores de posición conocidos detectan la
posición angular del árbol común, éstos no detectan directamente la
posición real de los cuerpos de parcialización y, por lo tanto, no
son capaces de detectar si, a causa de un problema mecánico, uno de
los cuerpos de parcialización ya no recibe el movimiento del
dispositivo accionador. Finalmente, debido a sus dimensiones, los
sensores de posición conocidos son adecuados para acoplarse con el
árbol común, pero no son adecuados para acoplarse con un solo
cuerpo de parcialización para determinar de forma directa la
posición real del propio cuerpo de parcialización. Con respecto a
esto, debe apreciarse que el funcionamiento apropiado de un
dispositivo de parcialización es necesario para reducir las
emisiones contaminantes generadas por la combustión a bajas rpm.
Por consiguiente, es necesario un control preciso del funcionamiento
apropiado del dispositivo de parcialización para cumplir los
requerimientos de la norma de la Comunidad-Europea
denominada EURO-4.
El documento WO2006045027A1 describe un método y
aparto accionador para la válvula de control del movimiento de
carga que utiliza un motor, un árbol del motor, un circuito de
control y un sensor para proporcionar un control de bucle cerrado
de la posición del árbol del motor dentro del motor; la respuesta
del sensor posibilita al circuito de control controlar la posición
del árbol del motor y el circuito de control puede también producir
datos relacionados con la posición del árbol del motor.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un colector de admisión de geometría variable para un
motor de combustión interna que estará libre de los inconvenientes
descritos anteriormente y, en particular, será ventajosamente fácil
y económico de fabricar.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un colector de admisión de geometría variable para un
motor de combustión interna de acuerdo con lo que se enumera en las
reivindicaciones adjuntas.
La presente invención se describirá a
continuación con respecto a las hojas de dibujos anexas, que
ilustran algunos ejemplos no limitantes de la misma realización y
en las que:
\bullet La Figura 1 es una vista esquemática
de un motor de combustión interna provisto de un colector de
admisión construido de acuerdo con la presente invención;
\bullet La Figura 2 es una vista a una escala
ampliada y con partes eliminadas por razones de visibilidad del
colector de admisión de la Figura 1;
\bullet La Figura 3 es una vista esquemática
en perspectiva de un cuerpo de parcialización del colector de
admisión de la Figura 1;
\bullet La Figura 4 es una vista esquemática
de la sección transversal con partes eliminadas por razones de
visibilidad de un sensor de posición del colector de admisión de la
Figura 1;
\bullet La Figura 5 es una vista esquemática
de un motor de combustión interna provisto de una realización
diferente de un colector de admisión construido de acuerdo con la
presente invención; y
\bullet La Figura 6 es una vista esquemática
en perspectiva de un cuerpo de parcialización del colector de
admisión de la Figura 5.
En la Figura 1, el número de referencia 1
designa como un todo a un motor de combustión interna provisto de
cuatros cilindros 2 (sólo uno de ellos se ilustra en la Figura 1),
cada uno de los cuales se conecta a un colector de admisión 3
mediante al menos una válvula de admisión 4 y a un colector de
escape 5 mediante al menos una válvula de escape 6.
El colector de admisión 3 recibe aire limpio (es
decir, aire que proviene del ambiente externo) a través de una
tubería de suministro 7 regulada por una válvula reguladora 8 y se
conecta a los cilindros 2 por medio de las respectivas tuberías de
admisión 9 (sólo una de ellas se ilustra en la Figura 1), cada una
de las cuales se regula por la correspondiente válvula de admisión
4. De la misma forma, el colector de escape 5 se conecta a los
cilindros 2 por medio de las respectivas tuberías de escape 10 (sólo
una de ellas se ilustra en la Figura 1), cada una de las cuales se
regula por la correspondiente válvula de escape 6. Una tubería de
salida 6 se deriva desde el colector de escape 5, que termina con
un silenciador (conocido y no ilustrado) para introducir en la
atmósfera los gases producidos por la combustión.
De acuerdo con la realización ilustrada, el
combustible (por ejemplo, gasolina, diésel, metano, LPG, etc.) se
inyecta dentro de cada tubería de admisión 9 por medio de un
inyector 12 emplazado en la proximidad de la válvula de admisión 4.
De acuerdo con una realización diferente (no ilustrada), los
inyectores 12 se disponen a fin de inyectar el combustible de forma
directa dentro de los cilindros 2.
El colector de admisión 3 comprende un
dispositivo de parcialización 13 de un tipo de centrifugado que
varía la sección transversal de las tuberías de admisión 9 en
función de las rpm. del motor. De acuerdo con lo que se ilustra en
la Figura 2, el dispositivo de parcialización 13 comprende una
válvula de parcialización 14, para cada tubería de admisión 9, que
tiene un cuerpo de parcialización 15 instalado sobre un árbol 16 a
fin de girar bajo el empuje del dispositivo accionador 17 alrededor
de un eje 18 de giro emplazado en una dirección transversal y de
forma externa con respecto a la tubería de admisión 9
correspondiente.
Preferiblemente, se proporciona un solo
dispositivo accionador común 17, que se conecta de forma mecánica
con todos los cuerpos de parcialización 17 de las cuatro válvulas de
parcialización 14. Como alternativa, cada válvula de parcialización
14 podría comprender su propio dispositivo accionador 17 y, de este
modo, ser mecánicamente independiente de las otras válvulas de
parcialización 14. En otras palabras, los cuerpos de parcialización
15 de las cuatro válvulas de parcialización 14 pueden no conectarse
de forma mecánica con otra y, por lo tanto, podrían ser libres de
girar una con respecto a otra.
En uso, cada cuerpo de parcialización 15 gira
bajo el empuje de un dispositivo accionador 17 entre una posición
de activación (ilustrada con una línea continua en la Figura 2), en
la que el cuerpo de parcialización 15 reduce la sección para el
paso del aire de la tubería de admisión 9 y una posición de reposo
(ilustrada con una línea discontinua en la Figura 2), en la que el
cuerpo de parcialización 15 no produce ninguna reducción en la
sección para el paso del aire de la tubería de admisión 9.
Para cada cuerpo de parcialización 15, el árbol
16 se incrusta en una pared 19 de la tubería de admisión 9 y gira
alrededor del eje de giro 18. Adicionalmente, la pared 19 de cada
tubería de admisión 9 tiene un asiento interno 20, que se diseña
para alojar al cuerpo de parcialización 15 cuando el mismo cuerpo de
parcialización 15 se emplaza en la posición de reposo. Cuando un
cuerpo de parcialización 15 se emplaza en la posición de reposo,
una superficie superior 21 del cuerpo de parcialización 15
constituye un seguimiento de una superficie interna 22 de la
tubería de admisión 9 y se redondea sustancialmente sin solución de
continuidad con la misma superficie interna 22. En particular, en
la posición de reposo, la superficie superior 21 de cada cuerpo de
parcialización 15 es sustancialmente paralela al eje central de la
tubería de admisión 9, mientras que, en la posición en la que más
sale, la superficie superior 21 de cada cuerpo de parcialización 15
forma un ángulo de aproximadamente 30 - 45º con el eje central de
la tubería de admisión 9.
De acuerdo a lo que se ilustra en las Figuras 3
y 4, el dispositivo de parcialización 13 comprende un sensor de
posición 23 acoplado a uno de los cuerpos de parcialización 15 para
determinar la posición angular que corresponde al árbol 16 con
respecto al eje 18 de giro. Normalmente, el sensor de posición 23 se
acopla al cuerpo de parcialización 15 mucho más lejos del
dispositivo accionador 17, en la medida en que dicho cuerpo de
parcialización 15 se emplace en la última posición de la transmisión
mecánica que transmite movimiento desde el dispositivo accionador
17 y, por lo tanto, es la más sujeta a cualquier posible problema
mecánico.
De acuerdo con una realización diferente (no
ilustrada), el dispositivo de parcialización 13 comprende, para
cada cuerpo de parcialización 15, un sensor de posición 23
correspondiente. Obviamente, dicha elección es imperativa cuando
cada válvula de parcialización 14 comprende su propio dispositivo
accionador 17 y, por consiguiente, es mecánicamente independiente de
las otras válvulas de parcialización 14.
El sensor de posición angular 23 comprende un
imán permanente 24 fijado sobre el árbol 16 y un lector 25, que es
de un tipo magneto-resistivo, se diseña para leer la
orientación del imán permanente 24 y se emplaza en el exterior de
la tubería de admisión 9 en la proximidad de la pared 19 de la misma
tubería de admisión 9 y en la proximidad del imán permanente
24.
De acuerdo a lo que se ilustra en la Figura 3,
el árbol 16 tiene una forma cilíndrica y tiene una pared lateral
cilíndrica 26 y un par de paredes terminales planas 27 opuestas
entre sí. El imán permanente 24 del sensor de posición angular 23
se fija a una pared terminal 27 del árbol 16. Preferiblemente, el
imán permanente 24 del sensor de posición angular 23 se incrusta en
el árbol 16 y se co-moldea junto con el propio árbol
16.
De acuerdo con una realización preferida
ilustrada en la Figura 4, la pared 19 de la tubería de admisión 9
comprende un asiento externo ciego 28, alojado en ella que es el
lector 25 del sensor de posición angular 23. Preferiblemente, el
lector 25 del sensor de posición angular 23 se atornilla al asiento
externo 28. Como alternativa, el lector 25 puede reposar sobre la
pared 19 de la tubería de admisión 9 (es decir, en contacto
directo con la pared 19 de la tubería de admisión 9) o bien puede
elevarse ligeramente con respecto a la pared 19 de la tubería de
admisión 9.
De acuerdo con una realización diferente
ilustrada en las Figuras 5 y 6, cada tubería de admisión 9
comprende, en una porción intermedia de la misma, dos canales 29
paralelos entre sí. El dispositivo de parcialización 13 es de un
tipo por turbulencia y comprende, para cada tubería de admisión 9,
una válvula de parcialización 14, que se monta a lo largo de uno de
los dos canales 29 de la tubería de admisión 9 y se diseña para
variar la sección para el paso del aire a través del propio canal
29. En particular, el cuerpo de parcialización 15 de cada válvula
de parcialización 14 se mueve entre una posición de cierre, en la
que esta cierra completamente el canal 29 y una posición de abertura
máxima.
El uso del sensor de posición angular 23
descrito anteriormente presenta numerosas ventajas en la medida en
que dicho sensor de posición angular 23 es económico, conveniente y
rápido de instalar y presenta una medición de alta precisión. En
particular, la instalación del sensor de posición angular 23 es
conveniente y rápida en la medida en que el lector 25 del sensor de
posición angular 23 se emplaza en el exterior de la tubería de
admisión 9 y, por lo tanto, no es necesario hacer ningún tipo de
perforación en la tubería de admisión 9. Adicionalmente, es simple
y sencillo realizar controles, operaciones de mantenimiento o
sustitución del lector 25 del sensor de posición angular 23 incluso
cuando el colector de admisión 3 se instala en el motor 1.
El sensor de posición angular 23 descrito
anteriormente no introduce ningún tipo de fricción en el giro del
árbol 16 en la medida en que el lector 25 del sensor de posición
angular 23 es del tipo sin contacto y, por consiguiente, es
mecánicamente independiente del imán permanente 24 y en la medida en
que no requiere la presencia de ningún anillo de sello dinámico o
estático acoplado con el árbol 16.
Finalmente, el sensor de posición 23 descrito
anteriormente detecta de forma directa la posición efectiva del
cuerpo de parcialización 15 y, por lo tanto, es capaz de detectar
si, debido a un problema mecánico, el cuerpo de parcialización 15
ya no recibe el movimiento del dispositivo accionador 17.
Claims (11)
1. Un colector de admisión de geometría variable
(3) para un motor de combustión interna (1); comprendiendo el
colector de admisión (3):
- -
- al menos una tubería de admisión (9), que conecta el colector de admisión (3) con al menos un cilindro (2) del motor (1) de combustión interna;
- -
- un dispositivo de parcialización (13) para variar la geometría del colector de admisión (3) que comprende al menos un cuerpo de parcialización (15), que se emplaza en el interior de la tubería de admisión (9) y se proporciona con un árbol (16) montado de modo que pueda girar alrededor de un eje (18) de giro; y
- -
- al menos un sensor de posición angular (23) para determinar la posición angular del árbol (16) con respecto al eje (18) de rotación;
el colector de admisión (3) se
caracteriza por que el sensor de posición angular (23)
comprende:
- -
- un imán permanente (24) fijado sobre el árbol (16) y emplazado sobre una parte del interior de la tubería de admisión (9); y
- -
- un lector 25, que se diseña para leer la orientación del imán permanente (24) y se emplaza en el exterior de la tubería de admisión (9) en la proximidad de una pared (19) de la misma tubería de admisión (9) y en la proximidad del imán permanente (24).
2. El colector de admisión (3) de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el árbol (16) tiene una forma
cilíndrica y tiene una pared lateral cilíndrica (26) y un par de
paredes terminales planas (27) opuestas entre sí; el imán
permanente (24) del sensor de posición angular 23 se fija a una
pared terminal (27) del árbol (16).
3. El colector de admisión (3) de acuerdo con la
reivindicación 1 o con la reivindicación 2, en el que la pared (19)
de la tubería de admisión (9) comprende un asiento externo ciego
(28), alojado en ella que es el lector (25) del sensor de posición
angular (23).
4. El colector de admisión (3) de acuerdo con la
reivindicación 3, en el que el lector (25) del sensor de posición
angular (23) se atornilla a la pared (19) del la tubería de admisión
(9).
5. El colector de admisión (3) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el lector
(25) del sensor de posición angular (23) es de un tipo
magneto-resistivo.
6. El colector de admisión (3) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el imán
permanente (24) del sensor de posición angular (23) se incrusta en
el árbol (16) y se co-moldea junto con el mismo
árbol (16).
7. El colector de admisión (3) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el
dispositivo de parcialización (13) es de un tipo por centrifugado y
el cuerpo de parcialización (15) se mueve hacia una posición de
activación en la que el mismo cuerpo de parcialización (15) reduce
la sección trasversal de la tubería de admisión (9).
8. El colector de admisión (3) de acuerdo con la
reivindicación 7, en el que el eje (18) de giro del cuerpo de
parcialización (15) se emplaza en el exterior con respecto a la
tubería de admisión (9), de tal forma que, en una posición de
reposo, el cuerpo de parcialización (15) no produce ninguna
reducción sobre la sección para el paso del aire de la tubería de
admisión (9).
9. El colector de admisión (3) de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que el árbol (16) del cuerpo de
parcialización (15) se incrusta en una pared (19) de la tubería de
admisión (9).
10. El colector de admisión (3) de acuerdo con
la reivindicación 9, en el que la pared (19) de la tubería de
admisión (9) tiene un asiento interno (20), que se diseña para
alojar el cuerpo de parcialización (15) cuando el mismo cuerpo de
parcialización (15) se emplaza en una posición de reposo.
11. El colector de admisión (3) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la tubería
de admisión (9) comprende, en una porción intermedia de la misma,
dos canales (29) paralelos entre sí, el dispositivo de
parcialización (13) es de un tipo por turbulencia y el cuerpo de
parcialización (15) se emplaza dentro de un canal (29) de la
tubería de admisión (9) con el fin de desplazarse entre una posición
de cierre en la que se cierra completamente el canal (29) y una
posición de abertura máxima.
Applications Claiming Priority (1)
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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