ES2845144T3 - Motor de combustión interna de pistón alternativo con dispositivo para aumentar su par motor - Google Patents

Abstract

Motor de combustión interna en modo constructivo de pistón alternativo, con una sola válvula de admisión (3) dispuesta en una cabeza de cilindro (1) de un cilindro (2), a la que está conectado un conducto de entrada (4), a través del cual se puede alimentar aire de combustión (5) al cilindro (2), con un acumulador de aire comprimido (6), desde el que se puede introducir aire comprimido en el cilindro (2) del motor de combustión interna a través de una válvula controlable (7), en donde el motor de combustión interna presenta un elemento de bloqueo (8) en el conducto de entrada (4) para bloquear la sección transversal del flujo del conducto de entrada (4), caracterizado porque la válvula (7) y el elemento de bloqueo (8) pueden controlarse en función el uno del otro y de la potencia requerida del motor de combustión interna de tal manera que, sobre la base de una señal de control, puede alimentarse aire comprimido adicional (9) desde el acumulador de aire comprimido (6) a una zona del conducto de entrada (4) en la que está dispuesta la válvula de admisión (3) y, con el elemento de bloqueo (8) en su posición de cierre, se limita esencialmente a la cabeza de cilindro (1), y el par puede aumentarse en caso de una mayor cantidad de inyección, en donde la válvula de admisión (3) puede llevarse brevemente de nuevo a una posición de apertura mediante un elemento de control que define su movimiento durante la carrera de compresión, durante la cual el aire comprimido (9) puede introducirse desde el acumulador de aire comprimido (6) en el cilindro (2), a través de la válvula controlada (7), y el elemento de bloqueo (8) se encuentra en su posición de cierre, o, en caso de fallo de un compresor de un turboalimentador de gases de escape que comprende el compresor y una turbina de gases de escape, todo el aire de combustión puede alimentarse al cilindro (2) desde el acumulador de aire comprimido (6) y la turbina de gases de escape acciona entonces un compresor adicional para alimentar el acumulador de aire comprimido (6).

Description

DESCRIPCIÓN

Motor de combustión interna de pistón alternativo con dispositivo para aumentar su par motor

La invención se refiere a un motor de combustión interna de pistón alternativo con las características conforme al preámbulo de la reivindicación 1.

Se conocen, en principio, motores de combustión interna de pistón alternativo, en los que el aire de combustión puede implantarse en el cilindro a través de una válvula de admisión dispuesta en la cabeza de cilindro de un cilindro, que corresponde al modo constructivo de principio de los motores de combustión interna de pistón alternativo, y que además tienen un dispositivo para aumentar el par motor del motor de combustión interna en forma de un acumulador adicional de aire comprimido, desde el que también puede alimentarse aire de combustión adicional al cilindro a través de la válvula de admisión presente en el conducto de entrada dispuesto en la cabeza de cilindro. Según los dispositivos conocidos, el aire de combustión adicional alimentado al cilindro desde el recipiente de presión adicional es, o bien alimentado directamente al cilindro a través de la cabeza de cilindro y una válvula de admisión de aire adicional dispuesta en el mismo, o al cilindro a través del conducto de entrada delante de la válvula de admisión en la cabeza de cilindro.

Según el documento DE 112007000944 T5, una inyección de aire de combustión adicional tiene lugar durante la carrera de compresión, y precisamente en particular durante el comienzo de la carrera de compresión. El aire de combustión adicional se mantiene en un recipiente de aire comprimido a una presión de aproximadamente 200 bares. Esto permite ejercer una influencia positiva en las emisiones y, en el caso de los motores multicilíndricos, también en el comportamiento general de funcionamiento del motor de combustión interna. Sin embargo, para presiones tan altas en el recipiente de presión, se requiere una cantidad considerable de energía adicional para mantener un volumen suficientemente grande de aire a una presión relativamente alta de este tipo.

El documento DE 10 2010 033 591 describe un motor de combustión interna con un comportamiento mejorado de arranque en frío, en el que, tras la aspiración o la admisión de una mezcla de combustible y aire en el cilindro, antes del proceso de ignición propiamente dicho, esta mezcla se comprime y luego se introduce adicionalmente aire comprimido en el cilindro desde un acumulador de aire. De esta manera, se puede mejorar el comportamiento de arranque en frío de un motor de combustión interna de este tipo, en donde la introducción de aire comprimido adicional sólo se realiza con el propósito de arrancar en frío.

Para poder influir positivamente en la emisión y el rendimiento de un motor de combustión interna, en el documento RU 2 435 065 C2 se describe un dispositivo, en el que está prevista una admisión de aire adicional en el cilindro de un motor de combustión interna, a través de la cual se introduce a presión en el cilindro aire comprimido procedente de un acumulador de presión tras el final del encendido, con el fin de mejorar el comportamiento de la combustión y, por tanto, el rendimiento del motor mediante oxígeno adicional.

En el documento DE 102004047975 A1 se describe que el aire suplementario en forma de aire comprimido procedente de un acumulador de presión se alimenta al cilindro de forma sincronizada durante la fase de admisión, en donde el recipiente de aire comprimido de un sistema de frenos de aire comprimido se utiliza como recipiente de presión. El rendimiento general de un motor de combustión interna puede mejorarse mediante la inyección sincronizada de aire suplementario, que se ajusta en términos de cantidad y duración de la inyección a los parámetros de funcionamiento del motor de combustión interna. El aire suplementario es alimentado al conducto de aspiración durante la fase de admisión, por lo que se debe poner a disposición un volumen relativamente grande de aire procedente del recipiente de presión para cada ciclo de inyección respectivo.

Asimismo, el documento DE 10 2012 014 204 B4 y el documento DE 10 2012 014 205 B3 describen un motor de combustión interna, en el que se alimenta aire de combustión adicional a un cilindro desde un recipiente de presión previsto adicionalmente a un canal de aspiración, dividido en dos ramales parciales, a través de un elemento de bloqueo controlable para variar la sección transversal del flujo de uno de los dos canales parciales. El recipiente de presión se conecta a este respecto aguas abajo del elemento de bloqueo controlable al canal parcial correspondiente, de modo que sólo el volumen en el canal parcial, pero no el volumen de ambos canales parciales de aspiración, tiene que recibir el aire de combustión adicional presurizado. Sin embargo, la división del canal de aspiración en canales parciales es relativamente complicada y aumenta los costes de un motor de combustión interna conocido de este tipo.

Además de esto, a partir del documento DE 10 2008 000 326 A1 se describe un motor de combustión interna sobrealimentado en el que está previsto un dispositivo adicional para inyectar aire comprimido adicional entre un turboalimentador previsto, es decir, el compresor del turboalimentador, y la válvula de admisión del motor de combustión interna en el tracto de admisión de aire. El aire comprimido adicional no se introduce de forma permanente en el tracto de admisión, sino sólo si ello conduce a un comportamiento de funcionamiento ventajoso del vehículo en función de la situación de funcionamiento actual del vehículo, teniendo en cuenta la seguridad del conductor, el consumo de combustible y la comodidad de la conducción, así como el desgaste del embrague. También con este procedimiento conocido, se debe inyectar un volumen relativamente grande de aire comprimido adicional en el tracto de admisión, ya que esto implica un volumen relativamente grande, lo que lleva a un rápido consumo del aire de combustión almacenado en un acumulador adicional de aire comprimido.

En el documento DE 102 24 719 B4 se describe un motor de combustión interna, en el que también está previsto un acumulador de presión, desde el que se controlan las válvulas mediante un aparato de control del motor para aplicar al tracto de admisión, de forma sincronizada, del motor de combustión interna aire de combustión adicional. En este caso, la aplicación de aire de combustión presurizado adicional a todo el tracto de admisión se considera desventajosa debido al tamaño del volumen del tracto de admisión, porque para ello se necesitaría un recipiente de presión bastante voluminoso. Sin embargo, para evitar este problema, se utiliza un conducto de aspiración adicional de menor dimensión, a través de la cual el aire de combustión adicional se alimenta al verdadero tracto de admisión justo antes de que entre en el cilindro. El acumulador de presión está ahora conectado al conducto adicional del tracto de admisión. Esto complica todo el sistema de conductos necesario para el motor de combustión interna, lo que es contrario al requisito de un alto grado de compactación de un motor de combustión interna de este tipo, por ejemplo en un automóvil de pasajeros, y que además aumenta la complejidad de la estructura y, por lo tanto, los costes de un motor de combustión interna de este tipo.

Además de esto, se conoce una ayuda a la aceleración para un motor de combustión interna turboalimentado por gas de escape del documento DE 3906312 C1. La ayuda a la aceleración consiste en que está previsto un recipiente adicional de aire comprimido, desde el cual se inyecta aire de combustión presurizado a los respectivos cilindros. La presión en este recipiente de aire comprimido es del orden de 5 bares, en donde la inyección de aire se sincroniza de tal manera que, por ejemplo, al pisar el pedal del acelerador, no se introduce inmediatamente combustible adicional en el cilindro, sino que la inyección de aire suplementario tiene lugar primero y sólo entonces se aumenta la cantidad de combustible. Para ello está prevista una válvula automática para suministrar al colector de admisión del motor de combustión interna aire de carga auxiliar adicional. La válvula automática adicional presente está dispuesta de este modo en la entrada del colector de aire de admisión, pero no en las proximidades del cilindro respectivo, de modo que se requiere un volumen relativamente grande de aire para aumentar la presión en el colector de admisión.

También se describe en el documento DE 102008 000324 A1 un motor de combustión interna con un dispositivo para inyectar aire comprimido adicional en un tracto de admisión de aire entre un turboalimentador, es decir, el compresor del turboalimentador, y la admisión directa en la zona de la válvula de admisión en la cabeza de cilindro del motor de combustión interna. El aire comprimido que se inyecta adicionalmente en el tracto de admisión de aire se controla en términos de momento, duración, presión y/o volumen en función de la potencia requerida del motor de combustión interna, su estado de carga, la velocidad del vehículo y los procesos para cambiar la multiplicación de la transmisión. El aire comprimido se inyecta en la conducto de aspiración, por lo que se requiere un volumen relativamente grande de aire. A lo sumo, la duración de la inyección de aire se controla dependiendo de la posición de la válvula de mariposa.

Y finalmente, se conoce del documento US 3673 796 un motor de combustión interna con un sistema de admisión de aire de un motor turboalimentado, en el que está prevista un estrangulador de aire entre el compresor del turboalimentador de gases de escape y la admisión al cilindro, por medio del cual, por así decirlo, debe obtenerse una cierta obturación del conducto de aspiración en dirección al compresor del turboalimentador de gases de escape. Como este estrangulador está situado en las proximidades del compresor, el volumen del tracto de admisión presente entre el estrangulador y la válvula de admisión sigue siendo bastante grande, de modo que un dispositivo de este tipo requiere un recipiente de presión voluminoso para que se proporcione el aire de combustión adicional.

En comparación con los dispositivos conocidos, la tarea de la invención consiste en producir un motor de combustión interna de pistón alternativo con par motor aumentado, que tiene una construcción sencilla, asegura un suministro fiable de aire de combustión adicional a los cilindros, en donde el motor de combustión interna debe, no obstante, tener un alto grado de compactación y, en términos de sus dimensiones, ocupar, a lo sumo, un espacio insignificantemente mayor.

Esta tarea se resuelve con un motor de combustión interna en modo constructivo con pitón alternativo con las características según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen unos perfeccionamientos prácticos.

Según la invención, el motor de combustión interna en tipo constructivo con pistón alternativo tiene al menos una válvula de admisión dispuesta en una cabeza de cilindro de un cilindro, a la que se conecta un conducto de admisión. El aire de combustión se alimenta al cilindro a través del conducto de admisión. En el caso de un motor de aspiración natural, el aire de combustión se aspira a través del conducto de admisión, mientras que en el caso de un motor sobrealimentado, el aire de combustión se alimenta al cilindro a través de un órgano de carga, normalmente en forma de un compresor accionado por una turbina de gas de escape. Además de esto, está previsto un acumulador de aire comprimido, que está conectado al menos a una parte del conducto de entrada por medio de una válvula controlable. Para que el aire comprimido, que se alimenta desde un acumulador de aire comprimido al conducto de entrada y, por tanto, a través de la conducto de entrada al cilindro, no tenga que llenar todo el volumen mayor del conducto de entrada, está previsto un elemento de bloqueo en el conducto de entrada, mediante el cual se puede bloquear la sección transversal del flujo del conducto de entrada. De este modo, el volumen del conducto de entrada, al que se alimenta aire comprimido desde el acumulador de aire comprimido, se reduce considerablemente en comparación con todo el conducto de entrada. Con el aire comprimido procedente del acumulador de aire comprimido, al menos en una parte del conducto de entrada, la presión que prevalece allí se eleva por encima de la que existe de otra manera, por ejemplo, debido a un compresor de un turboalimentador de gases de escape que actúa como órgano de carga. Este aumento de la presión en el conducto de entrada con el aire comprimido alimentado adicionalmente conduce a un aumento de la densidad del aire de carga y, por lo tanto, a un mayor suministro de oxígeno en la cámara de combustión del cilindro.

La válvula, a través de la cual se alimenta aire comprimido desde el acumulador de aire comprimido, puede ser controlada de tal manera que el aire comprimido sea alimentado desde el acumulador de aire comprimido a la zona del conducto de entrada, en la que la válvula de admisión está dispuesta, mediante un dispositivo de control en base a una señal de control. Esto significa que el aire comprimido se alimenta desde el acumulador de aire comprimido lo más cerca posible del cilindro. El elemento de bloqueo está ahora dispuesto de tal manera, que la zona del conducto de entrada en la que se alimenta el aire comprimido desde el acumulador de aire comprimido está esencialmente limitada a sólo una parte del conducto de entrada en la cabeza del cilindro cuando el elemento de boqueo está cerrado, es decir, cuando la sección transversal del flujo del conducto de entrada está cerrada. El elemento de cierre se encuentra, por lo tanto, a la menor distancia posible de la válvula de admisión. Preferiblemente, el elemento de bloqueo está dispuesto en el punto del conducto de entrada, en el que el conducto de entrada en sí está conectado a la cabeza del cilindro. De manera habitual, la válvula de admisión se controla con respecto a su movimiento mediante un elemento de activación, preferiblemente una leva dispuesta en un árbol de levas. Según la invención, la forma de leva está adaptada de tal manera, que la válvula de admisión puede llevarse brevemente a una posición abierta otra vez durante la carrera de compresión, durante la cual el aire comprimido adicionalmente utilizado como aire de combustión puede ser introducido desde el acumulador de aire comprimido al cilindro, a través de la válvula controlada, y el elemento de bloqueo está en su posición de cierre bloqueando la sección transversal del flujo del conducto de entrada.

Con el elemento de bloqueo adicional se consigue que el aire comprimido adicional del depósito de aire comprimido sólo se introduzca en un volumen relativamente pequeño al conducto de entrada, de modo que el aire comprimido que se mantiene en el acumulador de aire comprimido pueda ponerse a disposición del mayor número posible de procesos de combustión en el cilindro. El espacio más pequeño o reducido también ofrece al aire comprimido, como medio compresible, su introducción más rápida en el cilindro en términos de tiempo y, por esta razón, tiene una influencia beneficiosa en el llenado del cilindro. El elemento de bloqueo y la válvula son controlados a este respecto por el dispositivo de control de manera coordinada. El elemento de bloqueo puede ser controlado aquí preferiblemente de forma activa; sin embargo, también puede ser controlado, al menos parcialmente, por medio de la energía cinética del aire de combustión que fluye.

Preferiblemente, el elemento de bloqueo está configurado como una válvula de clapeta controlada por aire comprimido, que se mueve entre dos posiciones. Cuando la válvula controlable está abierta, dicha válvula de clapeta puede moverse por la energía cinética del aire de combustión o del aire comprimido desde el acumulador de presión, a una presión más alta que la que estaría presente en el conducto de entrada, a una posición que bloquea el conducto de entrada. Cuando el elemento de bloqueo se desplaza a esta posición, bloqueando la sección transversal del flujo del conducto de entrada, el aire comprimido alimentado cuando la válvula está abierta mantiene el elemento de bloqueo en la posición de cierre, hasta que se interrumpe la alimentación de aire comprimido adicional en la parte bloqueada del conducto de entrada, como resultado de lo cual, al comienzo del siguiente ciclo de admisión o succión, la energía cinética del aire de combustión mueve la válvula de clapeta de nuevo a una posición de apertura que libera el conducto de entrada. Si la energía cinética del aire de combustión no fuera suficiente, se puede prever que se mueva adicionalmente, en particular que pivote, el elemento de bloqueo entre su posición de apertura y su posición de cierre mediante un dispositivo de accionamiento activo.

Preferiblemente, un actuador de este tipo está configurado eléctrica, magnéticamente o como una combinación de al menos dos de estos tipos de accionamiento.

Preferiblemente, la válvula de admisión se controla en base a su accionamiento preferiblemente controlado por levas en función del movimiento de la válvula de clapeta, y precisamente de tal manera, que se abre sólo después de que la válvula de clapeta se haya movido a su posición de cierre y se cierra antes de que la válvula de clapeta se haya movido de nuevo a su posición de apertura.

La leva del árbol de levas, que controla preferiblemente la válvula de admisión, tiene una rampa de apertura adicional mediante la cual la válvula de admisión se vuelve a abrir durante la carrera de compresión. Por supuesto, la apertura de la válvula de admisión está controlada a este respecto de tal manera, que sólo se abre durante una fase de la carrera de compresión en la que la presión en el cilindro es inferior a la presión del aire comprimido en el acumulador de aire comprimido.

Sin embargo, también es posible que esté prevista una leva adicional en el árbol de levas para controlar la válvula de admisión para la reapertura. Preferiblemente, esta leva también puede estar configurada como una leva inclinada, de modo que los momentos de apertura y cierre de la válvula de admisión para su reapertura durante la carrera de compresión puedan variar en función de la carga respectiva del motor.

Preferiblemente, el aire comprimido adicional en el acumulador de aire comprimido tiene una presión en el rango de 10 a 15 bares, pero también puede tener valores más altos, en particular en un rango de 10 a 30 bares.

La válvula dispuesta entre el elemento de cierre, configurado como válvula de clapeta, y la válvula de admisión para controlar el aire comprimido en la zona del conducto de entrada, justo delante de la válvula de admisión, es preferiblemente controlable de tal manera, que el aire comprimido puede alimentarse al conducto de entrada en función de los parámetros de funcionamiento del motor, como por ejemplo la carga del motor.

Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un motor de combustión interna en modo constructivo de pistón alternativo también con al menos una válvula de admisión, dispuesta en una cabeza de cilindro de un cilindro, a la que está conectado un depósito de admisión. A través del depósito de admisión, el aire de combustión se alimenta al cilindro, y precisamente desde un acumulador de aire comprimido que está directamente conectado al depósito de admisión a través de una válvula controlable. El depósito de admisión está diseñado a este respecto en un volumen, que es más pequeño que el volumen normalmente existente de un conducto de entrada completo, pero que en los motores de combustión interna convencionales es lo suficientemente grande, como para que se pueda suministrarse suficiente aire de combustión al cilindro respectivo, dependiendo del estado de carga del motor de combustión interna. Según la invención, la válvula es controlable de tal manera que, sobre la base de una señal de control, el aire de combustión puede alimentarse desde el acumulador de aire comprimido a una zona del depósito de admisión en la cabeza de cilindro, en la que la válvula de admisión está dispuesta. Es decir, la válvula está dispuesta en las inmediaciones de la válvula de admisión en la cabeza de cilindro, pero no está dispuesta en la propia cabeza de cilindro. Con esta estructura es posible utilizar diseños convencionales de cabezas de cilindro y, dado el caso, convertir los motores existentes a un modo constructivo de este tipo con suministro del aire de combustión desde un acumulador de aire comprimido, sin tener que llevar a cabo una construcción de motor completamente nueva. La válvula de admisión se controla con respecto a su movimiento requerido mediante un elemento de activación, preferiblemente una leva, preferiblemente un árbol de levas, en donde el elemento de activación está configurado de tal manera, que durante la carrera de compresión del motor de combustión interna la válvula de admisión puede llevarse de nuevo a una posición de apertura, durante la cual el aire de combustión puede volver a ser introducido en el cilindro desde el acumulador de presión a través de la válvula controlada, y se cierra de nuevo antes del final de la carrera de compresión, de modo que la presión que prevalece en el cilindro no supera todavía la presión que prevalece en el acumulador de aire comprimido.

El motor de combustión interna se describe con el ejemplo de un control de válvulas por medio del árbol de levas. Sin embargo, el control de válvulas no se limita a los árboles de levas. Más bien, también se pueden concebir otros sistemas de control de válvulas, como por ejemplo los sistemas de control de válvulas eléctricos, electromagnéticos o hidráulicos.

A continuación se explican detalladamente, con referencia al dibujo,ventajas, detalles y conformaciones adicionales del motor de combustión interna conforme a la invención. En el dibujo muestran:

la figura 1: una sección transversal de principio a través del cilindro de un motor de combustión interna con una válvula controlable en el conducto de entrada, para alimentar aire comprimido adicional desde un acumulador de aire comprimido según la invención;

la figura 2: una vista según la figura 1, en la que la válvula de admisión y la válvula de salida se muestran en su fase de solapamiento de válvulas, y la válvula controlable para alimentar aire comprimido desde el acumulador de aire comprimido en su posición abierta;

la figura 3: una vista según la figura 1, en la que se muestra la reapertura de la válvula de admisión para alimentar aire comprimido desde el acumulador de aire comprimido con el conducto de entrada bloqueado;

la figura 4: un diagrama esquemático de principio de un motor de combustión interna sobrealimentado con un turboalimentador de gases de escape, con un acumulador de aire comprimido adicional para alimentar el aire comprimido utilizado como aire de combustión adicional al conducto de entrada del motor de combustión interna;

la figura 5: una zona del conducto de entrada del motor de combustión interna, justo delante de la válvula de admisión con el elemento de bloqueo abierto para alimentar aire de combustión a través del conducto de entrada a la válvula de admisión;

la figura 6: una sección de la cabeza de cilindro de un motor de combustión interna con la válvula de admisión cerrada, y la afluencia indicada de aire de combustión desde el sistema de sobrealimentación del motor de combustión interna o de aire comprimido desde el acumulador de aire comprimido; y

la figura 7: una vista de sección transversal de principio de un motor de combustión interna según la invención, en la que todo el aire de combustión se alimenta al cilindro o a la cámara de combustión desde un acumulador de aire comprimido.

La figura 1 muestra en una representación de principio una sección transversal a través de un cilindro 2 con cabeza de cilindro 1 y el pistón indicado 12 en el cilindro de un motor de combustión interna, con una válvula de admisión 3 y una válvula de escape 10, así como una boquilla de inyección 11 en la cabeza de cilindro 1. La válvula de admisión 3 se muestra en su posición que obtura una cámara de combustión 15 del cilindro 2 con respecto al conducto de entrada 4. De manera similar, la válvula de escape 10 se muestra en su posición que obtura el conducto de gases de escape 17 con respecto a la cámara de combustión 15 del cilindro 2. De manera habitual, el pistón 12, que está configurado como émbolo buzo y está unido con a una biela 13 en un bulón de pistón 14, se mueve entre una posición de punto muerto inferior y una posición de punto muerto superior. Este movimiento está indicado por la doble flecha que se muestra en el pistón 12. En el conducto de entrada 4 está dispuesta una válvula controlable 7, que está conectada mediante un conducto con una válvula de bloqueo 18 dispuesta en ella a un acumulador de aire comprimido, que no se muestra en la figura 1. La válvula controlable 7 se ha representado en su posición cerrada en la figura 1.

La flecha que se muestra en el conducto de entrada 4 representa el aire de combustión 5 transportado al conducto de entrada 4 desde un sistema de carga. Como resultado de la energía cinética del aire de combustión 5, un elemento de bloqueo 8 en forma de válvula de clapeta se desplaza desde la posición que cierra la sección transversal del conducto de entrada 4, que se muestra en la figura 1, hasta la posición que se abre representada a trazos. Dependiendo de la energía cinética del aire de combustión 5, que fluye en el conducto de entrada, esta válvula de clapeta también puede abrirse sustancialmente por completo, liberando completamente la sección transversal del conducto de entrada 4.

En la figura 1, el pistón 12 se muestra en su carrera de trabajo, durante la cual la válvula de admisión 3 y la válvula de escape 10 están cerradas. Durante la carrera de trabajo, el combustible previamente inyectado a través de la boquilla de inyección 11 se quema, de tal manera que el pistón 12 puede ejecutar su carrera de trabajo y, con ello, moverse desde el punto muerto superior hacia el punto muerto inferior.

La figura 2 muestra una representación de principio de un cilindro 2 con cabeza de cilindro 1 de un motor de combustión interna según la figura 1, en la que el pistón 12 se ha desplazado una distancia desde el punto muerto inferior hacia el punto muerto superior, en donde el inicio de la carrera de compresión se caracteriza por la fase de solapamiento de válvulas, en la que la válvula de admisión 3 está abierta y la válvula de escape 10 sigue abierta. Por lo tanto, el aire de combustión 5 fluye desde el conducto de entrada 4 hasta la cámara de combustión 15, a fin de apoyar una salida del aire quemado a través de la válvula de escape abierta 10 hacia el conducto de escape 17, como gas de escape 16 desde la cámara de combustión 15, para poder llevar a cabo la eliminación más completa posible de los gases quemados desde la cámara de combustión 15.

Se utilizan los mismos números de referencia para componentes y partes iguales, de modo que su significado no se repite aquí en cada caso. Cuando la válvula de bloqueo 18 está abierta, el aire comprimido 9 se alimenta desde el acumulador de aire comprimido, que no se muestra, a través de la válvula 7 a la zona del conducto de entrada 4 justo delante de la válvula de admisión 3. La presión en el acumulador de aire comprimido es en general considerablemente más alta que la presión del aire de combustión 5 generada por el órgano de carga en el conducto de entrada 4. Por lo tanto, cuando el aire comprimido 9 es alimentado a través de la válvula 7 a la zona del conducto de entrada 4 justo delante de la válvula de admisión 3, el elemento de bloqueo 8 se cierra, y precisamente incluso contra la acción de la energía cinética del aire de combustión fluyente 5. Un efecto de recarga nada despreciable del cilindro o de la cámara de combustión 15 se logra así con este aire comprimido 9 adicional. El control de la válvula de admisión 3, de la válvula 7 y de la válvula de escape 10 están a este respecto coordinados de tal manera, que este efecto de recarga se produce sin que el aire comprimido adicional, alimentado bajo una mayor presión en el conducto de entrada 4 y a través de la válvula de admisión 3 en la cámara de combustión 15, pueda escapar a través de la válvula de escape 10. Por lo tanto, la válvula de escape 10 se cierra a tiempo para aumentar la carga del cilindro 2 con aire fresco, y precisamente antes de que la válvula de admisión 3 se cierre de nuevo.

La ventaja de una disposición de este tipo consiste también en que, por ejemplo, en caso de fallo del órgano de carga, el elemento de bloqueo 8 preferible accionado activamente asegura, en su posición cerrada, que el volumen a llenar con el aire comprimido procedente del acumulador de aire comprimido de esa parte del conducto de entrada 4, situada cerca de la válvula de admisión 3, para el llenado del cilindro sólo con aire de combustión, puede mantenerse relativamente pequeño como aire comprimido 9 procedente del acumulador de aire comprimido.

Esta conformación según la invención también es particularmente ventajosa si, cuando el sobrecargador está funcionando, el aire comprimido adicional 9 es aún así alimentado desde el acumulador de aire comprimido 6 (véase la figura 4), a través de la válvula 7, adicionalmente al conducto de entrada 4 y por lo tanto al cilindro 2, es decir, a la cámara de combustión 15, para conseguir un efecto de recarga deseado. El control de la válvula 7 puede llevarse a cabo, a este respecto,en función de las respectivas condiciones de carga del motor de combustión interna.

En la figura 3 se muestra ahora una representación, también según la figura 1, de un motor de combustión interna, es decir, de su cilindro 2 y de la cabeza de cilindro 1, en el que la fase de compresión incipiente, es decir, el movimiento ascendente del pistón 12 desde el punto muerto inferior en dirección al punto muerto superior, se ha iniciado y ejecutado hasta tal punto, que la válvula de escape 10 ya está cerrada y la presión en la cámara de combustión 15 está todavía por debajo de la presión presente en el acumulador de aire comprimido 6. En este estado, la válvula de admisión 3, después de haber sido llenada con aire fresco para el llenado normal de la cámara de combustión 15 a través del aire de combustión 5 procedente del sobrealimentador, se vuelve a abrir brevemente, en donde esta breve posición de apertura se muestra en la figura 3, de modo que, con la válvula 7 abierta y el elemento de bloqueo 8 cerrado al mismo tiempo, se puede introducir aire comprimido adicional 9 en el cilindro 2 desde el acumulador de aire comprimido 6 en el sentido de un efecto de recarga. El aire comprimido adicional 9 asegura una mayor proporción de oxígeno disponible para la combustión, de modo que con una cantidad de inyección correspondientemente ajustada se puede aumentar el par motor y, por lo tanto, la potencia del motor de combustión interna.

En la figura 4 se muestra en una representación de principio la disposición de un motor de combustión interna con el turboalimentador de gases de escape 19, 20 y el intercooler 21, así como el acumulador de aire comprimido 6 presente adicionalmente, para recargar el cilindro 2 del motor de combustión interna según la invención. En este caso, el aire fresco es aspirado como aire de combustión 5 por un compresor 19 del turboalimentador de gases de escape, que comprende este compresor 19 y una turbina de gases de escape 20, comprimido en el compresor 19 y refrigerado de vuelta por un intercooler 21 dispuesto en el conducto de entrada 4 para aumentar la densidad del aire de combustión 5. El aire de combustión 5 continúa fluyendo en el elemento de bloqueo 8 en dirección a la válvula de admisión, que no se muestra, hasta la cámara de combustión 15 del cilindro 2, que está limitada en su parte inferior por el pistón 12, que está conectado a un cigüeñal, que no se muestra, a través de una biela 13 articulada en un bulón de pistón 14. Además de esto, se muestra el acumulador de aire comprimido 6, que está conectado al conducto de entrada 4 a través de un conducto intermedio, a través de una válvula de bloqueo 18. Un dispositivo de control 22 controla la válvula regulable 7 y el elemento de bloqueo 8 de tal manera que, o bien puede alimentarse aire comprimido adicional 9 desde el acumulador de aire comprimido 6 al conducto de entrada 4 y, por tanto, al cilindro en la cámara de combustión 15 en el sentido de un efecto de recarga, de modo que el par motor del motor de combustión interna puede aumentarse con una cantidad de inyección correspondientemente mayor, o bien todo el aire de combustión del acumulador de aire comprimido 6 se alimenta al cilindro 2 cuando el elemento de bloqueo 8 cierra la sección transversal del conducto de entrada 4. Esto último puede utilizarse sobre todo cuando, por ejemplo, el turboalimentador de gases de escape 19, 20 está fuera de servicio, lo que bien puede ocurrir en caso de fallo de, por ejemplo, el compresor 19 debido a una avería. En tal caso, la turbina de gas de escape puede, no obstante, funcionar y usarse su energía, según la invención, a través de un compresor adicional, no mostrado, para alimentar el acumulador de aire comprimido 6. El dispositivo de control 22 controla por lo tanto la válvula controlable 7 y el elemento de bloqueo 8 en función una del otro y en función de la potencia requerida o deseada del motor de combustión interna.

En una vista de principio se muestra la zona del conducto de entrada 4 en la figura 5, que está dispuesta inmediatamente adyacente a la válvula de admisión 3, de la que se muestra el disco de la válvula. Justo delante de la válvula de admisión 3 está dispuesto un elemento de bloqueo 8 que, en la representación que se muestra en la figura 5, está dispuesto en su posición de apertura que libera la sección transversal del conducto de entrada 4. En esta posición, el aire de combustión, que por ejemplo es suministrado por un sobrecargador, puede ser transportado a través del conducto de entrada 4 y de la válvula de admisión 3 al cilindro, para llenar la cámara de combustión con aire fresco. El elemento de bloqueo 8 puede estar configurado, por ejemplo, de tal manera que la energía cinética del aire de combustión afluyente desvíe el elemento de bloqueo 8, configurado como una válvula de clapeta y, de este modo, libere la sección transversal del flujo para el aire de combustión en dirección al cilindro.

Según la invención, el aire comprimido 9 se alimenta adicionalmente desde un acumulador de aire comprimido 6, en la zona de la válvula de admisión 3, a través de una válvula controlable 7. Para simplificar, esta válvula controlable 7 no se muestra en la figura 5. La presión en el acumulador de aire comprimido 6 es en cualquier caso superior a la presión del aire de combustión generado por el sobrecargador en el conducto de entrada 4. Como resultado de ello, cuando la válvula regulable 7 está abierta, el elemento de bloqueo 8 también bascula en contra la energía cinética del aire de combustión 5 que fluye en su posición de cierre, en la que la sección transversal de apertura del conducto de entrada 4 está esencialmente cerrada por completo. Sin embargo, también es posible que el elemento de bloqueo 8 pueda ser accionado activamente por medio de un actuador 27. Cuando el actuador 27 ha llevado el elemento de bloqueo 8 a su posición de cierre, o cuando la mayor presión del aire comprimido 9 procedente del acumulador de aire comprimido 6 ha hecho que el elemento de bloqueo 8 bascule a su posición de cierre, se puede llenar completamente el cilindro 2 con aire comprimido 9 procedente del acumulador de aire comprimido 6, o se puede realizar un suministro adicional de aire comprimido 9 al cilindro 2, con la válvula de admisión 3 reabierta para un efecto de recarga durante la fase de compresión del pistón 12.

La figura 6 muestra una válvula de admisión 3 en la cabeza de cilindro 1 con el aire de combustión 5 procedente de un conducto de entrada 4 o con el aire comprimido 9 procedente de un acumulador de aire comprimido 6 (no representado). En la figura 6 sólo se muestra el colector de la última parte del conducto de entrada 4, es decir, de la zona que conduce directamente a la válvula de admisión 3. Según la invención, un acumulador de aire comprimido 6 también puede estar directamente conectado a este colector de entrada en la cabeza de cilindro 1, que proporciona todo el aire de combustión para el proceso de combustión en el cilindro 2 de un motor de combustión interna.

En la figura 7 se muestra un ejemplo de realización en una representación en corte de principio para un motor de combustión interna según la invención. De la manera habitual, el pistón 12 que obtura la cámara de combustión 15 hacia abajo se muestra con su bulón de pistón 14, en donde en la cabeza de cilindro, que obtura la cámara de combustión 15 hacia arriba, tanto la válvula de admisión 3 como la válvula de escape 10 se muestran en sus respectivas posiciones cerradas. A través del conducto de gases de escape 17, cuando la válvula de escape 10 está abierta, el gas de escape quemado puede salir del cilindro 2 después de finalizar la carrera de trabajo. Esto se muestra con la flecha 16. Inmediatamente adyacente a la zona de la válvula de admisión 3 se ha dibujado un acumulador de aire comprimido 6, que suministra aire comprimido 9 a un depósito de entrada 25 justo delante de la válvula de admisión 3. Cuando la válvula de admisión 3 está abierta, el aire comprimido 9 puede ser introducido por lo tanto en el cilindro 2 del motor de combustión interna. Esto se puede realizar durante todo el cambio de carga, así como durante una fase de recarga, cuando la válvula de admisión 3 se abre de nuevo durante la carrera de compresión. La válvula de admisión 3 está controlada por una leva 24, que se encuentra en un árbol de levas que no se muestra. Esta leva tiene además una rampa de apertura, con la que se realiza una reapertura durante la fase de compresión. En principio, sin embargo, también es posible prever una leva separada en el árbol de levas para la reapertura, lo que sin embargo no se muestra en la figura 7.

Lista de símbolos de referencia

1 Cabeza de cilindro

2 Cilindro

3 Válvula de admisión

4 Conducto de entrada

5 Aire de combustión

6 Acumulador de aire comprimido

7 Válvula

8 Elemento de bloqueo/Válvula de clapeta

9 Aire comprimido

10 Válvula de escape

11 Boquilla de inyección

12 Pistón

13 Biela

14 Bulón del pistón

15 Cámara de combustión

16 Gas de escape

17 Conducto de gases de escape

18 Válvula de bloqueo

19 Compresor

20 Turbina

19, 20 Turboalimentador de gases de escape

21 Intercooler

22 Dispositivo de control

23 Tope Elemento de bloqueo

24 Leva Válvula de admisión

25 Depósito de entrada

26 Rampa de apertura

27 Actuador Elemento de bloqueo

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. - Motor de combustión interna en modo constructivo de pistón alternativo, con una sola válvula de admisión (3) dispuesta en una cabeza de cilindro (1) de un cilindro (2), a la que está conectado un conducto de entrada (4), a través del cual se puede alimentar aire de combustión (5) al cilindro (2), con un acumulador de aire comprimido (6), desde el que se puede introducir aire comprimido en el cilindro (2) del motor de combustión interna a través de una válvula controlable (7), en donde

el motor de combustión interna presenta un elemento de bloqueo (8) en el conducto de entrada (4) para bloquear la sección transversal del flujo del conducto de entrada (4), caracterizado porque la válvula (7) y el elemento de bloqueo (8) pueden controlarse en función el uno del otro y de la potencia requerida del motor de combustión interna de tal manera que, sobre la base de una señal de control, puede alimentarse aire comprimido adicional (9) desde el acumulador de aire comprimido (6) a una zona del conducto de entrada (4) en la que está dispuesta la válvula de admisión (3) y, con el elemento de bloqueo (8) en su posición de cierre, se limita esencialmente a la cabeza de cilindro (1), y el par puede aumentarse en caso de una mayor cantidad de inyección,

en donde la válvula de admisión (3) puede llevarse brevemente de nuevo a una posición de apertura mediante un elemento de control que define su movimiento durante la carrera de compresión, durante la cual el aire comprimido (9) puede introducirse desde el acumulador de aire comprimido (6) en el cilindro (2), a través de la válvula controlada (7), y el elemento de bloqueo (8) se encuentra en su posición de cierre, o, en caso de fallo de un compresor de un turboalimentador de gases de escape que comprende el compresor y una turbina de gases de escape, todo el aire de combustión puede alimentarse al cilindro (2) desde el acumulador de aire comprimido (6) y la turbina de gases de escape acciona entonces un compresor adicional para alimentar el acumulador de aire comprimido (6).

2. - Motor de combustión interna según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de bloqueo (8) es una válvula de clapeta controlada por aire comprimido que se mueve entre dos posiciones, en donde, cuando la válvula controlable (7) está abierta, el elemento de bloqueo (8) puede moverse mediante la energía cinética del aire comprimido (9) desde el acumulador de aire comprimido (6) con su mayor presión respecto al conducto de entrada (4) a una posición que bloquea el conducto de entrada (4) y la mantiene allí y, cuando la válvula controlable (7) está cerrada, la válvula de clapeta puede moverse mediante la energía cinética del aire de combustión (5) presente en el conducto de entrada (4) a una posición de apertura que libera el conducto de entrada (4).

3. - Motor de combustión interna según la reivindicación 2, caracterizado porque la válvula de clapeta se puede mover, en particular bascular, desde su posición de apertura a su posición de bloqueo y viceversa con un actuador controlable (27).

4. - Motor de combustión interna según la reivindicación 3, caracterizado porque el actuador (27) se puede accionar eléctrica, magnéticamente o como una combinación de al menos dos de estos tipos de accionamiento.

5. - Motor de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la válvula de admisión (3) puede controlarse de tal manera, que se abre sólo después de que el elemento de bloqueo (8) se haya movido a su posición de cierre y se cierra antes de que el elemento de bloqueo (8) se haya movido a su posición de apertura.

6. - Motor de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque está prevista una rampa de apertura adicional (26) para la reapertura de la válvula de admisión (3) en el elemento de activación que controla la válvula de admisión (3), en forma de una leva (24) de un árbol de levas.

7. - Motor de combustión interna según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque está prevista una leva separada sobre el árbol de levas para reabrir la válvula de admisión (3).

8. - Motor de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el elemento de bloqueo (8) está dispuesto en la zona de entrada del conducto de entrada (4) en la cabeza de cilindro (1).

9. - Motor de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque prevalece una presión de 10 a 15 bares en el acumulador de aire comprimido (6).

10. - Motor de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la válvula (7) que controla la alimentación de aire comprimido (9) al conducto de entrada está dispuesta entre el elemento de bloqueo (8) y la válvula de admisión (3).

11. - Motor de combustión interna según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el aire comprimido (9) puede alimentarse al conducto de entrada (4) por medio de la válvula controlable (7) en función de los parámetros de funcionamiento del motor.