ES2881630T3 - Motor de combustión interna, sistemas de combustión, y métodos relacionados y métodos y sistemas de control - Google Patents

Motor de combustión interna, sistemas de combustión, y métodos relacionados y métodos y sistemas de control Download PDF

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Abstract

Un sistema de motor de combustión controlado por ordenador que comprende: un motor de combustión interna (10) que incluye un eje de salida (13), una o más cámaras de combustión (23), un mecanismo de conversión de energía configurado para convertir un aumento de presión en la una o más cámaras de combustión (23) en rotación del eje de salida (13), y uno o más inyectores de aire (26) conectados de manera operativa a las correspondientes una o más cámaras de combustión, desacoplados mecánicamente del eje de salida, en comunicación fluida con una fuente de aire comprimido y configurados para inyectar sin obstrucciones aire comprimido en la una o más cámaras de combustión (23), en donde el motor de combustión interna (10) no tiene válvulas de admisión de aire para abrir y cerrar el flujo de aire en la una o más cámaras de combustión (23) distintas del uno o más inyectores de aire (26); un controlador (5) está acoplado de manera operativa a uno o más inyectores de aire (26) y que incluye un procesador (310) y una memoria (320) acoplada al procesador (310) y que contiene instrucciones ejecutables por ordenador que, cuando se ejecutan por el procesador (310), hacen que el controlador realice las acciones de: recibir una o más entradas de operación relacionadas con un parámetro operativo del motor de combustión interna (10); recibir una o más entradas de uno o más sensores; determinar una cantidad de aire comprimido a inyectar en cada una de la una o más cámaras de combustión (23) del motor de combustión interna (10) en base a al menos una de la una o más entradas del uno o más sensores o de las entradas de operación; y operar al menos uno del uno o más inyectores de aire (26) para inyectar directamente la cantidad de aire comprimido, según se determine, en cada una de la una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna (10) de una manera que produce volúmenes de combustión predeterminados en las correspondientes de la una o más cámaras de combustión (23), caracterizado por que el uno o más inyectores de aire (26) que incluyen al menos uno de un inyector de combustible de inyección directa de gasolina (GDI) o un inyector de combustible de inyección estratificada de combustible (FSI).

Description

DESCRIPCIÓN
Motor de combustión interna, sistemas de combustión, y métodos relacionados y métodos y sistemas de control Antecedentes
Esta descripción se refiere a un motor de combustión interna que puede operar con combustible gaseoso, combustible líquido, combustible sólido o combinaciones de los mismos.
Generalmente, los motores de combustión interna pueden tener cualquier número de configuraciones y tamaños. Por ejemplo, un motor de combustión interna puede tener diversas disposiciones de pistones, tales como en línea, plana (también conocida como bóxer) y configuraciones en V. También, un motor de combustión interna puede tener una configuración rotativa. Mejorar la construcción y/u operación del motor de combustión interna puede conducir a una operación mejorada o más eficiente, una vida útil mejorada, costes operativos reducidos, etc.
Por consiguiente, los usuarios y fabricantes de motores de combustión interna continúan buscando mejoras en los mismos.
El documento JP 2007 247508 A describe un motor de combustión interna de encendido por chispa del tipo de inyección de cilindro destinado a mejorar tanto la combustión temprana como la combustión tardía, en donde el combustible inyectado en un cilindro se enciende mediante una bujía en una regulación del encendido predeterminada. El motor tiene un dispositivo de inyección de gas-líquido que inyecta aire en el cilindro para suministrar una primera corriente de aire que fluye desde un lado de admisión donde un puerto de admisión se encuentra hacia un lado de escape donde un puerto de escape se encuentra en una dirección que cruza una línea central del cilindro y que inyecta aire en el cilindro para suministrar una segunda corriente de aire que fluye a lo largo de una superficie periférica interna del cilindro. El dispositivo de inyección de aire-líquido se controla de manera que la primera corriente de aire se suministre antes de la regulación del encendido y la segunda corriente de aire se suministre después de la regulación del encendido.
El documento JP 2007071037 A describe un dispositivo y un método de control de motor destinado a asegurar el par motor requerido para el arranque del motor optimizando un estado de combustión en el nuevo arranque del motor independientemente de la posición del cigüeñal en la parada del motor. En el dispositivo de control de motor, la regulación de la inyección de una válvula de inyección de aire y de una válvula de inyección de combustible se ajusta mediante la posición del cigüeñal de un cilindro en el proceso de expansión en la parada del motor. Al hacerlo así, se logra un estado de combustión apropiado en la proximidad de una bujía de encendido incluso si un pistón se detiene en una posición separada del punto muerto superior, por lo que se puede adquirir suficiente par motor con un bajo consumo de combustible.
El documento DE 102012 002566 A1 describe un motor de dos tiempos con inyección directa de combustible e inyección directa de aire comprimido en el cilindro. Todo el aire de combustión necesario es inyectado por el inyector de aire.
Compendio
La presente invención se refiere a un sistema de motor de combustión controlado por ordenador según la reivindicación 1 y un método de operación de un motor de combustión interna según la reivindicación 12.
Las realizaciones descritas en la presente memoria se dirigen a un motor de combustión interna que incluye al menos una cámara de combustión, un eje de salida y un mecanismo de conversión de energía para convertir la energía producida durante la combustión de un combustible en una salida mecánica en el eje de salida (por ejemplo, convertir el aumento de presión en la cámara de combustión en rotación del eje de salida). En una realización, el combustible y el oxidante se inyectan en la cámara de combustión y una reacción de combustión produce un aumento de presión en la misma; el motor puede incluir uno o más mecanismos de conversión de energía configurados para convertir el aumento de presión en la cámara de combustión en energía mecánica, tal como la rotación del eje de salida.
Al menos una realización incluye un motor de combustión que tiene un eje de salida y una o más cámaras de combustión. Además, tal motor de combustión incluye uno o más mecanismos de conversión, cada uno situado en las correspondientes de la una o más cámaras de combustión. El uno o más mecanismos de conversión están configurados para convertir un aumento de presión en la cámara de combustión en rotación del eje de salida. Tal motor de combustión también incluye uno o más inyectores de combustible conectados de manera operativa a un suministro de combustible y configurados para inyectar el combustible directamente en la cámara de combustión. De manera adicional, tal motor de combustión incluye uno o más inyectores de oxidante conectados de manera operativa a un suministro de un oxidante y configurados para inyectar el oxidante en la cámara de combustión. Esta descripción también implica un motor de combustión según una o más realizaciones adicionales o alternativas. Tal motor de combustión incluye un bloque de motor que incluye uno o más cilindros en el mismo. Tal motor de combustión también incluye un cigüeñal asegurado de manera giratoria al bloque de motor y uno o más pistones colocados de manera móvil en el uno o más cilindros y conectados de manera operativa al cigüeñal. Además, tal motor de combustión incluye uno o más puertos de inyección de combustible que se abren sin obstrucciones a los correspondientes del uno o más cilindros, y uno o más puertos de inyección de oxidante que se abren sin obstrucciones los correspondientes del uno o más cilindros. Tal motor de combustión incluye además uno o más inyectores de oxidante colocados en los correspondientes del uno o más puertos de inyección de oxidante y configurados para inyectar un oxidante en los correspondientes del el uno o más cilindros.
La invención implica un controlador para operar un motor de combustión interna que incluye una o más cámaras de combustión y un eje de salida que se puede rotar en respuesta a la combustión de combustible en las cámaras de combustión. El controlador incluye un procesador y una memoria acoplada al procesador y que contiene instrucciones ejecutables por ordenador. Además, la ejecución de las instrucciones ejecutables por ordenador por el procesador hace que el controlador realice las acciones de recibir una o más entradas de operación relacionadas con un parámetro operativo del motor de combustión interna y recibir una o más entradas de uno o más sensores. Además, la ejecución de las instrucciones ejecutables por ordenador por el procesador hace que el controlador realice las acciones de determinar la cantidad de aire a inyectar en la una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna y operar uno o más inyectores de aire para inyectar directamente aire en la una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna.
La invención se define mediante un sistema de motor de combustión interna controlado por ordenador según la reivindicación 1, que incluye un motor de combustión interna y un controlador. El motor de combustión interna incluye un eje de salida, una o más cámaras de combustión y un mecanismo de conversión de energía configurado para convertir un aumento de presión en la una o más cámaras de combustión en rotación del eje de salida. El motor de combustión interna también incluye uno o más inyectores de aire conectados de manera operativa a las correspondientes de la una o más cámaras de combustión, desacoplados mecánicamente del eje de salida y configurados para inyectar aire sin obstrucciones en la una o más cámaras de combustión. El controlador está acoplado de manera operativa a uno o más inyectores de aire. Además, el controlador está configurado para recibir una o más entradas de operación relacionadas con un parámetro operativo del motor de combustión interna y para recibir una o más entradas de uno o más sensores. El controlador también está configurado para determinar la cantidad de aire a inyectar en una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna y para operar uno o más inyectores de aire para inyectar aire directamente en la una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna.
La invención se define mediante un método de operación de un motor de combustión interna según la reivindicación 12.
El método incluye recibir una o más entradas de operación relacionadas con un parámetro operativo del motor de combustión interna y recibir una o más entradas de uno o más sensores. El método también incluye determinar la cantidad de aire a inyectar en una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna e inyectar una cantidad seleccionada y/o predeterminada de aire en la una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna operando uno o más inyectores de aire conectados de manera operativa a la una o más cámaras de combustión. El método incluye además inyectar una cantidad seleccionada y/o predeterminada de combustible en la una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna y quemar el combustible en la una o más cámaras de combustión, girando por ello un eje de salida del motor de combustión interna.
Las características de cualquiera de las realizaciones descritas se pueden usar en combinación unas con otras, como se define en las reivindicaciones adjuntas. Además, otras características y ventajas de la presente descripción llegarán a ser evidentes para los expertos en la técnica a través de la consideración de la siguiente descripción detallada y de los dibujos que se acompañan, como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos ilustran varias realizaciones, en donde números de referencia idénticos se refieren a elementos o características idénticos o similares en diferentes vistas o realizaciones mostradas en los dibujos.
La Figura 1 es una vista isométrica frontal de un motor de combustión interna según una realización;
La Figura 2 es una vista lateral del motor de combustión interna de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista isométrica posterior del motor de combustión interna de la Figura 1;
La Figura 4 es una vista en sección transversal longitudinal parcial del motor de combustión interna de la Figura 1; La Figura 5 es una vista en sección transversal parcial del motor de combustión interna de la Figura 1; La Figura 6 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema de combustible según una realización; La Figura 7 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema de combustible según otra realización; La Figura 8 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema de aire según una realización; La Figura 9 es un diagrama de flujo de un método de control de la operación de un motor de combustión interna según una realización;
La Figura 10 es un diagrama de flujo de un método de control de la operación de un motor de combustión interna según otra realización;
La Figura 11 es un diagrama de flujo de un método de control de la operación de un motor de combustión interna según otra realización más; y
La Figura 12 es un diagrama de bloques de un controlador según una realización.
Descripción detallada
La invención está definida por las reivindicaciones adjuntas. Las realizaciones descritas en la presente memoria están dirigidas a un motor de combustión interna que incluye al menos una cámara de combustión, un eje de salida y un mecanismo de conversión de energía para convertir la energía producida durante la combustión de un combustible en una salida mecánica en el eje de salida (por ejemplo, convertir el aumento de presión en la cámara de combustión en rotación del eje de salida). En una realización, el combustible y el oxidante se inyectan en la cámara de combustión y una reacción de combustión produce un aumento de presión en la misma; el motor puede incluir uno o más mecanismos de conversión de energía configurados para convertir el aumento de presión en la cámara de combustión en energía mecánica, tal como la rotación del eje de salida.
Generalmente, la cámara de combustión y/o el mecanismo de conversión de energía pueden variar de una realización a la siguiente. Por ejemplo, el motor de combustión interna puede incluir uno o más cilindros y los pistones correspondientes que pueden definir o formar la cámara de combustión del mismo. El mecanismo de conversión de energía puede incluir pistones móviles en los cilindros en respuesta a la combustión de una mezcla de combustible y aire. Los pistones se pueden montar de manera giratoria sobre el eje de salida (por ejemplo, en un cigüeñal), de manera que el movimiento lineal/alternativo de los mismos (por ejemplo, en un ciclo de dos o cuatro tiempos) se puede convertir en rotación del cigüeñal. De manera alternativa o adicional, el motor puede incluir un mecanismo de salida lineal que se puede mover linealmente y/o puede producir un movimiento alternativo en respuesta a la combustión y/o al aumento de presión en la cámara de combustión.
De manera adicional o alternativa, el motor de combustión interna puede ser un motor rotativo (por ejemplo, un motor Wankel, etc.) y puede incluir una cámara de combustión, al menos en parte, formada o definida por un mecanismo o mecanismos que no producen movimientos alternativos que puede convertir la energía producida durante la combustión en rotación del eje de salida. Por ejemplo, la cámara de combustión del motor puede estar formada o definida por y entre el rotor y la carcasa (por ejemplo, para un motor Wankel). Por lo tanto, por ejemplo, el mecanismo de conversión de energía puede incluir un rotor que puede girar un eje de salida en respuesta a un aumento de presión producido en la carcasa durante y/o después de la combustión del combustible.
En algunos casos, en un ciclo de cuatro tiempos de un motor de combustión interna alternativo que incluye uno o más pistones, el aire y el combustible se pueden introducir en un extremo superior del cilindro mediante el pistón descendente y se pueden comprimir a medida que los pistones suben durante su carrera ascendente. La mezcla se enciende y se quema en el cilindro, lo que fuerza a los pistones a comenzar su siguiente carrera descendente. La carrera hacia arriba final expulsa los gases resultantes de la combustión y, a partir de entonces, comienza la siguiente carrera de succión. Generalmente, el aire entra en la cámara de combustión del motor a través de una o más válvulas de admisión que se pueden abrir durante la carrera descendente del pistón. Además, el combustible se entrega al cilindro y, después de que se cierran las válvulas de admisión, comienza el ciclo descrito anteriormente. En un motor convencional, cada cilindro puede tener al menos un puerto de admisión de combustible-aire controlado por una válvula de admisión y al menos un puerto de escape para el gas de escape, que también se puede controlar por una válvula de escape. Algunos motores convencionales pueden tener dos o más válvulas de admisión y/o dos o más válvulas de escape. Generalmente, las válvulas de admisión y/o escape se pueden abrir y cerrar en momentos precisos durante el ciclo del motor, lo que puede implicar conexiones de sincronización complejas (por ejemplo, correas, cadenas, etc.) y levas que pueden accionar las válvulas de admisión y/o escape. Por ejemplo, una correa de distribución puede conectar el cigüeñal del motor a un árbol de levas que puede abrir y cerrar las válvulas de admisión y/o escape en base a la rotación del cigüeñal y a las posiciones de los pistones en los cilindros correspondientes (es decir, sincronizar las posiciones del pistón con las aberturas y cierres de las válvulas de admisión y escape). Algunos motores convencionales pueden incluir válvulas de admisión y/o escape controladas y/u operadas electrónicamente.
En algunos casos, un motor convencional puede tener un sistema de Inyección Directa de Gasolina (GDI) en el que un inyector de combustible puede alimentar combustible directamente al cilindro. Los motores convencionales con sistemas de GDI pueden incluir válvulas de admisión (por ejemplo, válvulas de resorte o de vástago) que se pueden abrir para la entrada de aire, y válvulas de escape, que pueden abrirse para el escape de gas. Por lo tanto, tales motores pueden tener un mecanismo de sincronización y un árbol de levas para sincronizar la apertura y el cierre de las válvulas de admisión y escape durante el ciclo del motor.
Generalmente, como se ha mencionado anteriormente, el motor de combustión interna según una o más realizaciones descritas en la presente memoria incluye una o más cámaras de combustión (por ejemplo, el motor de combustión interna puede tener uno o más cilindros que pueden incluir cámaras de combustión y se pueden disponer de cualquier manera adecuada y pueden tener cualquier tamaño adecuado). En una realización, el sistema de combustión incluye uno o más mecanismos para inyectar combustible, aire, mezcla de combustible-aire o combinaciones de los mismos en una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna (por ejemplo, en cilindros, en cámara o cámaras de combustión de un motor rotativo, tal como un motor Wankel, etc.). Además, en algunos ejemplos, las cantidades del combustible, aire, mezcla de combustible-aire o combinaciones de los mismos inyectados se pueden medir y/o controlar con precisión, así como ajustar durante la operación del motor de combustión interna. Mientras que en la presente memoria se hacen referencias generalmente a “aire”, se debería apreciar que cualquier oxidante adecuado se puede mezclar con combustible y/o ser inyectado en los cilindros (por ejemplo, oxígeno (O2)).
Además, en algunas realizaciones, la reducción de las partes móviles en el motor de combustión interna (en comparación con un motor de combustión convencional) puede reducir las pérdidas mecánicas durante su operación (por ejemplo, pérdidas resultantes de la fricción de diversos componentes), reducir el peso del motor de combustión interna y/o mejorar, de otro modo, la eficiencia del mismo. De manera adicional o alternativa, en al menos una realización, el motor de combustión interna puede ser más simple o menos costoso de fabricar y/o mantener durante su operación.
En una realización, el motor de combustión interna incluye uno o más inyectores de combustible para inyectar combustible directamente en la cámara o cámaras de combustión (por ejemplo, en los cilindros). Según la invención, el motor de combustión interna incluye uno o más inyectores de aire que inyectan aire directamente en la cámara o cámaras de combustión (por ejemplo, en los cilindros del motor de combustión interna). Por ejemplo, en contraste con el motor convencional, el motor de combustión interna descrito en la presente memoria no tiene válvulas de admisión para abrir y/o cerrar el flujo de aire en la cámara o cámaras de combustión.
Según la invención, los inyectores de aire se operan independientemente del estado de la cámara de combustión (por ejemplo, independiente de las posiciones del pistón y/o de la rotación del cigüeñal). Por ejemplo, durante algunas partes del ciclo de combustión, el motor de combustión interna puede comprimir combustible y/o aire en la cámara de combustión (por ejemplo, durante una carrera ascendente de los pistones). En otras palabras, el aire, combustible, la mezcla de combustible-aire se puede inyectar en la cámara de combustión en cualquier momento durante el ciclo de combustión (por ejemplo, cuando el pistón está situado en cualquier posición adecuada en el cilindro).
En una realización, el motor de combustión interna incluye uno o más puertos de escape para expulsar los gases quemados de la cámara de combustión. Bajo algunas condiciones operativas, los puertos de escape pueden operar independientemente de la rotación del eje de salida (por ejemplo, independiente de la rotación del cigüeñal y/o del movimiento alternativo de la ubicación del pistón en el cilindro o cilindros). Por ejemplo, uno, algunos o cada uno de los cilindros pueden incluir un puerto de escape dedicado, y una válvula de escape (por ejemplo, una válvula electromecánica) puede controlar el flujo de los gases de escape desde el cilindro o cilindros correspondientes a través del puerto o puertos de escape.
En al menos un ejemplo, uno, algunos o cada uno de los cilindros del motor de combustión interna incluyen un puerto de inyección de combustible, un puerto de inyección de aire y un puerto de escape, cada uno de los cuales está en comunicación fluida con los cilindros respectivos. Más específicamente, se puede inyectar combustible en el cilindro a través del puerto de inyección de combustible, se puede inyectar aire en el cilindro a través del puerto de inyección de aire y los gases de escape pueden salir del cilindro a través del puerto de escape. Como se ha mencionado anteriormente, las válvulas que controlan la inyección de combustible, la inyección de aire y el escape de gas en los puertos correspondientes pueden operar independientemente unas de otras. Además, la cantidad de aire y/o combustible inyectada en la cámara de combustión se puede determinar y/o preseleccionar antes de la inyección del mismo.
Por ejemplo, la una o más válvulas o inyectores en los puertos de inyección de aire pueden abrirse durante una cantidad de tiempo seleccionada (por ejemplo, calculada) y/o predeterminada para inyectar una cantidad seleccionada (por ejemplo, calculada) y/o predeterminada de aire en el cilindro (por ejemplo, las válvulas se pueden operar eléctrica o electromagnéticamente, operar hidráulicamente, etc.). En algunas realizaciones, uno, algunos o todos los cilindros del motor de combustión interna pueden tener múltiples puertos de inyección de combustible, múltiples puertos de inyección de aire, múltiples puertos de escape o combinaciones de los mismos.
Como se ha mencionado anteriormente en algunas realizaciones, el motor de combustión interna incluye pistones de movimiento alternativo que producen un movimiento alternativo en los cilindros correspondientes durante el ciclo de combustión. Generalmente, el movimiento alternativo de los pistones en los cilindros puede producir la rotación del cigüeñal. Por lo tanto, el número de rotaciones por minuto (RPM) del cigüeñal puede ser proporcional al número de movimientos alternativos de los pistones o ciclos en uno, algunos o todos los cilindros del motor. En un motor convencional, la apertura y/o cierre de válvulas cargadas por resorte pueden limitar la frecuencia de los ciclos del pistón en un cilindro (por ejemplo, a medida que aumenta la frecuencia de apertura de las válvulas, los resortes que cierran las válvulas pueden ser incapaces de cerrar la válvula en una cantidad de tiempo adecuada y/o las válvulas pueden llegar a estar desasentadas); esto, a su vez, puede limitar el intervalo operativo de RPM para el motor convencional. Por el contrario, no obstante, se debería apreciar que el motor de combustión interna descrito en la presente memoria puede operar en cualquier intervalo adecuado de RPM. Por ejemplo, la inyección directa de aire en los cilindros (y la ausencia de válvulas y resortes) en el motor de combustión interna puede facilitar la operación del motor a RPM más altas (en comparación con un motor convencional (por ejemplo, con un número similar de cilindros y/o cilindrada)).
La Figura 1 es una vista isométrica frontal de un motor de combustión interna 10 según una realización. En la realización ilustrada, el motor 10 incluye un bloque 12 que tiene seis cilindros en línea dispuestos en línea recta, que definen al menos parcialmente las cámaras de combustión del motor 10. Se debería apreciar, no obstante, que el motor puede tener cualquier número de cilindros y cualquier número de disposiciones de cilindros adecuadas, como se ha tratado anteriormente (por ejemplo, en V, rotativo, bóxer, etc.).
Como se ha descrito anteriormente, generalmente el motor 10 incluye una cámara de combustión, un mecanismo para quemar el combustible en la misma y un mecanismo para convertir la energía producida durante la combustión en energía mecánica (por ejemplo, rotación de un eje de salida). Por ejemplo, mientras que las cámaras de combustión del motor 10 están definidas por cilindros y los pistones correspondientes, también se debería apreciar que el motor puede tener cualquier número de cámaras de combustión configuradas adecuadamente. En algunas realizaciones, el motor puede tener múltiples pistones (por ejemplo, dos, tres, etc.) impulsados desde y/o que operan en un único cilindro, que colectivamente pueden definir una cámara de combustión. Además, como se ha señalado anteriormente, en una o más realizaciones, el motor puede ser un motor no alternativo y/o sin pistones y que puede convertir la presión producida durante la combustión directamente en movimiento rotativo (por ejemplo, motor de disco de ondas, motor Wankel, etc.).
Como se ha mencionado anteriormente, el motor incluye un eje de salida. Por ejemplo, el motor 10 incluye un cigüeñal 13 que se puede colocar de manera giratoria y/o asegurar al bloque 12. Además, como se describe con más detalle a continuación, en algunas realizaciones, los pistones producen un movimiento alternativo en los cilindros correspondientes para producir la rotación del cigüeñal 13. En algunos ejemplos, los pistones están conectados de manera giratoria al cigüeñal 13, y el movimiento alternativo del mismo produce la rotación correspondiente del cigüeñal 13. Generalmente, el cigüeñal 13 se puede conectar a cualquier número de dispositivos o sistemas adecuados y puede proporcionar potencia de rotación a los mismos.
En una realización, el movimiento alternativo de los pistones en los cilindros se genera a partir de la combustión de combustible y un oxidante (por ejemplo, aire) en el cilindro. Por ejemplo, los cilindros están, al menos parcialmente, sellados durante la combustión y la presión producida por la combustión ejerce fuerza sobre los pistones correspondientes, produciendo por ello un movimiento lineal y alternativo de los mismos (como se ha descrito anteriormente). Por ejemplo, el motor 10 incluye una culata 14 conectada o integrada con el bloque 12, y la culata 14 y el bloque 12, colectivamente, sellan o cierran los cilindros de una manera que puede formar un entorno sustancialmente hermético durante la combustión de combustible y aire en los cilindros.
En algunos ejemplos, para facilitar el sellado entre el bloque 12 y la culata 14, se puede colocar una junta de culata entre los mismos. Se debería apreciar, no obstante, que el motor puede tener cualquier número de configuraciones adecuadas y, en algunos casos, puede no requerir una junta de culata. Por ejemplo, el bloque 12 y la culata 14 pueden estar formados de manera integral.
Como se ha descrito anteriormente, se puede inyectar aire, combustible, mezcla de combustible-aire o combinaciones de los mismos directamente en uno o más de los cilindros. Por ejemplo, el motor 10 incluye líneas de combustible 24 conectadas de manera operativa con los cilindros correspondientes, de manera que el combustible se pueda inyectar a través de la línea de combustible y directamente en los cilindros. Se debería apreciar que uno, algunos o todos los cilindros pueden incluir cualquier número adecuado de líneas de combustible conectadas de manera operativa a los mismos.
En una realización, el motor 10 incluye un sensor de combustible 28 (por ejemplo, sensor de octanaje). En al menos un ejemplo, el sensor de combustible 28 está conectado de manera operativa a las líneas de combustible 24 para detectar el tipo de combustible en el mismo. Por consiguiente, por ejemplo, el motor puede recibir cualquier combustible adecuado (por ejemplo, cualquier combustible que se pueda detectar y/o identificar por el sensor 28). Por ejemplo, el sensor de combustible 28 puede diferenciar entre gasolina, etanol, gasóleo, gas natural licuado (LNG), gas de petróleo licuado (LPG), hidrógeno, etc. Se debería apreciar que una, algunas o todas las líneas de combustible 24 pueden incluir un sensor de combustible 28 separado. En una realización, el sensor de combustible 28 se puede configurar para detectar la cantidad de etanol en la gasolina y/o en un tipo similar de combustible. En algunas realizaciones, como se describe a continuación con más detalle, el motor 10 incluye un mecanismo de control para regular el flujo o la inyección de combustible desde las líneas de combustible 24 a los cilindros correspondientes. Por ejemplo, el motor puede incluir válvulas, inyectores de combustible, etc., que pueden estar colocados entre la línea de combustible 24 y el cilindro (por ejemplo, las líneas de combustible 24 pueden conectarse a los inyectores de combustible correspondientes que pueden regular el suministro y/o la inyección de combustible en tales cilindros).
En algunas realizaciones, el motor 10 incluye líneas de aire 26 conectadas de manera operativa a los cilindros correspondientes. Se debería apreciar que uno, algunos o todos los cilindros pueden incluir una o más líneas de aire conectadas de manera operativa a los mismos. Las líneas de aire 26 pueden suministrar uno o más oxidantes a los cilindros del motor 10. Como se describe a continuación, el motor puede incluir uno o más mecanismos para controlar el flujo o suministro de los oxidantes desde las líneas de aire 26 a los cilindros (por ejemplo, válvulas, inyectores de aire, etc.). Generalmente, se puede inyectar directamente en el cilindro o cilindros cualquier número de oxidantes adecuados, tales como aire. Por ejemplo, de manera similar a los inyectores de combustible, se puede colocar una válvula o un inyector de aire entre las líneas de aire 26 y el cilindro y puede regularse el suministro o la inyección de aire en el cilindro (por ejemplo, las líneas de aire 26 se pueden conectar de manera operativa a los inyectores de aire correspondientes, que pueden regular el flujo de aire desde las líneas de aire 26 al cilindro o cilindros).
En una realización, las líneas de aire 26 se conectan a un colector de admisión de aire 16 y pueden recibir aire del mismo. Se debería apreciar que una, algunas o todas las líneas de aire se pueden conectar al colector de admisión de aire 16 y pueden recibir aire del mismo. De manera alternativa, una o más de las líneas de aire se pueden conectar a cualquier número de fuentes de oxidante adecuadas (por ejemplo, conectar directamente a un compresor, a un depósito o acumulador, etc.). En cualquier caso, las líneas de aire 26 pueden suministrar aire a los cilindros del motor 10.
Como se describe a continuación con más detalle, el colector de admisión 16 puede distribuir aire a las diversas líneas de aire 26 conectadas al mismo (por ejemplo, el aire en el colector de admisión 16 puede estar comprimido). En otras palabras, en al menos una realización, las líneas de aire 26 se pueden conectar a una fuente de aire comprimido. Se debería apreciar, no obstante, que una fuente particular de aire comprimido a las líneas de aire 26 puede variar de una realización a la siguiente (por ejemplo, la fuente de aire comprimido puede incluir un depósito de aire comprimido).
Generalmente, el colector de admisión 16 forma un recinto que está configurado para contener y distribuir aire a las líneas de aire 26. En algunas realizaciones, el colector de admisión 16 tiene generalmente una forma cilíndrica tubular con extremos cerrados. Se debería apreciar, no obstante, que el colector de admisión puede tener cualquier número de formas y/o tamaños adecuados (por ejemplo, forma de sección transversal rectangular, etc.). En cualquier caso, se puede suministrar aire al colector de admisión 16 y se puede distribuir además por ello a las líneas de aire 26 conectadas al mismo.
En algunas realizaciones, un compresor 18 está conectado de manera operativa al colector de admisión 16 para suministrar aire (por ejemplo, aire comprimido) al mismo, que se puede distribuir además a través de las líneas de aire 26 en los cilindros. Generalmente, el compresor 18 puede ser cualquier compresor adecuado que pueda operar independiente de la operación del motor 10 (por ejemplo, el compresor 18 se puede alimentar eléctricamente. De manera adicional o alternativa, el compresor 18, al menos en parte, se puede impulsar u operar por o desde la rotación del cigüeñal 13. En cualquier caso, el compresor 18 puede comprimir aire y puede suministrar aire comprimido al colector de admisión 16.
En algunas realizaciones, el motor puede incluir uno o más cilindros configurados y/o dedicados para comprimir aire que se puede suministrar a las líneas de aire 26, al colector de admisión 16, a los inyectores de aire (descritos a continuación con más detalle) o a combinaciones de los anteriores. Por ejemplo, el motor puede incluir uno o más cilindros en comunicación fluida con el entorno exterior y en comunicación fluida con las líneas de aire 26, el colector de admisión 16, los inyectores de aire (descritos a continuación con más detalle) o combinaciones de los anteriores. Uno o más pistones correspondientes pueden moverse o producir un movimiento alternativo en los cilindros para admitir y comprimir el aire en los mismos. Por ejemplo, el espacio interno del cilindro se puede sellar sustancialmente hasta que se alcance una presión adecuada y, posteriormente, se pueden abrir una o más válvulas para permitir que el aire comprimido fluya a y/o hacia las líneas de aire 26, el colector de admisión 16, los inyectores de aire (descritos a continuación con más detalle), o combinaciones de los anteriores. En una realización, los pistones se pueden conectar al cigüeñal de una manera similar a los pistones de potencia del motor (por ejemplo, pistones que hacen girar el cigüeñal, como se describe a continuación). En otras palabras, en algunas realizaciones, se puede integrar un compresor con el motor.
En uno o más ejemplos, el motor puede incluir uno o más filtros, que pueden mejorar la calidad del aire suministrado a los cilindros. Por ejemplo, se puede colocar un filtro HEPA, un filtro de separación de agua, etc., entre el compresor 18 y los cilindros del motor (por ejemplo, entre el compresor 18 y el colector de admisión 16). Tal filtro o filtros pueden eliminar partículas y/o líquidos del aire que entra en el colector 16 y/o en los cilindros del motor.
El motor, según al menos una realización, puede incluir un sensor de temperatura que puede determinar o medir la temperatura del aire antes de la inyección del mismo en el cilindro. Por ejemplo, el motor 10 incluye un sensor de temperatura 17 que puede detectar la temperatura del aire en el colector de admisión 16. En la realización ilustrada, el motor 10 incluye un sensor de presión 19 (por ejemplo, un sensor de presión absoluta del colector (MAP)). Según la invención, un controlador 5 opera los inyectores de aire (descritos a continuación) de una manera que inyecta una cantidad seleccionada (por ejemplo, calculada) y/o predeterminada de aire en el cilindro, al menos en parte, en base a las lecturas del sensor de presión 19 y/o del sensor de temperatura 17. No obstante, se debería apreciar que una o más de las funciones del sensor se pueden incluir dentro de un único sensor y/o se pueden incluir uno o más sensores dentro de un único recinto. Además, en algunas realizaciones, el motor puede incluir uno o más sensores diferentes o ningún sensor (por ejemplo, tal como para ser operado manual y/o electromecánicamente).
Generalmente, como se ha mencionado anteriormente, después de la combustión del combustible en la cámara de combustión del motor, el gas producido se expulsa de la cámara de combustión (por ejemplo, para permitir que más combustible y aire entren en la cámara). Por ejemplo, el movimiento del pistón en el cilindro puede expulsar el gas de escape del cilindro a través de una o más conexiones y hacia el colector de escape 20. Por lo tanto, por ejemplo, el motor 10 incluye conexiones de escape. Más específicamente, en una realización, el motor 10 incluye un colector de escape 20 conectado de manera operativa a los cilindros, de manera que el gas de escape de los cilindros pueda entrar en el colector de escape 20.
Como se describe a continuación con más detalle, el motor según una o más realizaciones puede incluir una o más válvulas de escape que pueden controlar el flujo de gas de escape desde los cilindros al colector de escape. Además, generalmente el colector de escape puede ser similar al colector de admisión. Por ejemplo, el colector de escape 20 tiene forma tubular y extremos tapados, que puede ser similar a un cilindro de gas. Se debería apreciar, no obstante, que el colector de escape puede tener cualquier forma y/o tamaño adecuados.
Las Figuras 2-3 ilustran una vista lateral y una vista isométrica posterior respectivas del motor 10 según una realización. En la realización ilustrada, las líneas de escape 50 conectan el colector de escape 20 a los cilindros del motor 10. No obstante, se debe apreciar que, en algunos ejemplos, el gas de escape puede salir de uno, algunos o todos los cilindros en cualquier número de formas adecuadas (por ejemplo, sin entrar en las líneas de escape y/o el colector de escape). En una o más realizaciones, el motor puede tener cualquier número de sistemas de escape adecuados además y/o en lugar del escape descrito en la presente memoria.
En la realización ilustrada, el motor 10 incluye válvulas de escape 52 conectadas de manera operativa a las líneas de escape 50 correspondientes para controlar la salida de gas de escape de los cilindros. Por ejemplo, las válvulas de escape 52 se pueden colocar en las líneas de escape 52 correspondientes y pueden permitir y restringir el flujo de gas a través de las mismas. De manera adicional o alternativa, una, algunas o todas las válvulas de escape se pueden colocar entre las líneas de escape 50 y los cilindros (por ejemplo, las válvulas de escape se pueden colocar dentro del cilindro o cilindros, justo fuera del cilindro o cilindros, o de otro modo entre las líneas de escape 50 y los cilindros y/o la culata 14).
Generalmente, para controlar el flujo de salida de los gases de escape, las válvulas de escape 52 se pueden operar entre la posición completamente abierta (por ejemplo, el flujo de salida menos restrictivo o irrestricto a través de las líneas de escape 50) y la posición completamente cerrada (por ejemplo, el flujo de salida sustancial o completamente restringido a través de las líneas de escape 50). Además, las válvulas de escape 52 se pueden operar para restringir el flujo de salida de los cilindros en cualquier número de posiciones parcialmente restringidas entre las posiciones completamente abierta y completamente cerrada. En cualquier caso, el flujo de gas de escape desde uno, algunos o cada uno de los cilindros hacia el colector de escape 20 se puede controlar mediante una válvula de escape 52 correspondiente que se puede accionar eléctrica o electromecánicamente, accionar hidráulicamente, accionar neumáticamente, etc., para permitir que el gas de escape fluya fuera de los cilindros (por ejemplo, al colector de escape 20). En un ejemplo, las válvulas de escape 52 se pueden accionar desde el controlador 5. Por lo tanto, la sincronización de la apertura y/o cierre de las válvulas de escape 52 se puede controlar electrónicamente y se puede basar en cualquier número de parámetros o entradas adecuados.
Cuando las válvulas de escape 52 están cerradas, los cilindros correspondientes pueden estar sustancialmente sellados, de manera que la combustión del combustible pueda producir presión en los mismos y pueda ejercer fuerza sobre los pistones y moverlos, girando por ello el cigüeñal y generando salida mecánica del motor 10. Las válvulas de escape 52 se pueden abrir selectivamente para permitir que el gas de escape salga del cilindro durante y/o después de la combustión. Además, en algunas realizaciones, se puede crear una presión negativa o un vacío parcial en el colector de escape 50 para ayudar a eliminar el gas de escape del cilindro o cilindros. En cualquier caso, las válvulas de escape 52 se pueden operar para producir un entorno sellado en uno, algunos o todos los cilindros correspondientes durante la combustión y para permitir que el gas de escape salga del cilindro durante y/o después de la combustión (por ejemplo, el controlador 5 puede operar las válvulas de escape 52).
El motor según una o más realizaciones puede incluir uno o más sensores (por ejemplo, sensores de oxígeno) para detectar la presencia y/o la cantidad de oxígeno en el gas de escape. Por ejemplo, el motor 10 incluye un sensor de escape o de oxígeno 54 unido a las líneas de escape 50, de manera que el sensor 54 pueda detectar y/o medir la cantidad de oxígeno en el gas de escape que pasa a través de las líneas de escape 50 hacia el colector de escape 20. Se debería apreciar que, generalmente el motor puede incluir cualquier número de sensores adecuados, que pueden detectar y/o medir la composición del gas de escape (por ejemplo, a medida que el gas de escape pasa del cilindro al colector de escape), la temperatura del gas de escape, etc. En un ejemplo, el motor 10 puede incluir uno o más de los llamados “cinco sensores de gas”, que pueden detectar y/o medir la composición del gas de escape (por ejemplo, sensores configurados para detectar o identificar dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), etc.).
En la realización ilustrada, las líneas de combustible 24 se conectan a un carril de distribución 22. Por ejemplo, el carril de distribución 22 está conectado de manera operativa o fluida a un depósito de suministro de combustible (por ejemplo, un tanque de combustible). Como tal, el combustible se puede distribuir (por ejemplo, bombear) desde el depósito de suministro de combustible al carril de distribución 22 y posteriormente a las líneas de combustible 24. Como se ha descrito anteriormente, el combustible se puede inyectar directamente desde las líneas de combustible 24 a los cilindros del motor 10 (por ejemplo, el combustible en las líneas de combustible 24 puede estar presurizado y un inyector de combustible 30 puede controlar la inyección de combustible en los cilindros).
Como se ha descrito anteriormente, en la realización ilustrada, el motor 10 incluye líneas de aire 26, que se pueden dimensionar y configurar para inyectar una cantidad adecuada de aire en los cilindros del motor 10. Además, las líneas de aire se pueden conectar al colector de admisión (por ejemplo, las líneas de aire 26 del motor 10 están conectadas al colector de admisión 16). En una realización, el colector de admisión 16 se puede colocar opuesto al colector de escape 20. Se debería apreciar que el colector de admisión y el colector de escape se pueden colocar en cualquier ubicación y/u orientación con relación al motor, así como uno con relación al otro.
Generalmente, el motor según una o más realizaciones puede incluir uno o más sensores para identificar o detectar una combustión y/o detonación incorrecta del combustible en uno, algunos o todos los cilindros. En la realización ilustrada, como se muestra en las Figuras 2 y 3, el motor 10 incluye sensores de detonación 56 asociados con los cilindros del mismo para detectar la detonación del combustible en los cilindros correspondientes. Por ejemplo, el controlador 5 puede ajustar la cantidad de combustible inyectado, la sincronización de la inyección de combustible, la cantidad de aire inyectado, la sincronización de la inyección de aire, la sincronización de la chispa en el cilindro o combinaciones de los mismos, al menos en parte, en base a una señal recibida de los sensores de detonación 56. Además, se debería apreciar que uno, algunos o todos los sensores descritos en la presente memoria se pueden acoplar a y/u operar por el controlador 5. Además, como se describe a continuación con más detalle, el controlador 5 puede controlar la presión del combustible, los inyectores de combustible, la presión de aire, la presión de escape, los inyectores de aire, las bujías, etc., al menos en parte en base a la señal o información recibida de los sensores.
La Figura 4 es una vista en sección transversal longitudinal parcial del motor 10 (es decir, la sección transversal que pasa a través de múltiples cilindros a lo largo de la longitud del motor 10), y la Figura 5 es una vista en sección transversal del motor 10 (es decir, que pasa a través de un único cilindro y a lo largo de la anchura del motor 10) según una realización. Como se muestra en las Figuras 4-5 y se describe anteriormente, el motor 10 incluye cilindros 15 y pistones 21 correspondientes que pueden producir un movimiento alternativo en los cilindros 15, haciendo girar por ello el cigüeñal y generando salida de potencia mecánica del motor 10.
Como se ha mencionado anteriormente, las cámaras de combustión de un motor alternativo pueden estar formadas por los cilindros y los pistones correspondientes. Por ejemplo, el motor 10 incluye las cámaras de combustión 23 formadas o definidas por los cilindros 15 y los pistones 21 correspondientes. Se debería apreciar que el volumen real de la cámara de combustión puede cambiar dependiendo de la posición del pistón en la misma durante el encendido y/o la combustión de combustible (por ejemplo, a medida que el pistón produce un movimiento alternativo entre las posiciones de punto muerto inferior y de punto muerto superior en el cilindro). Además, como se describe a continuación con más detalle, el volumen de combustión dentro de la cámara de combustión puede depender de la cantidad de aire inyectada en el cilindro. En otras palabras, el volumen de combustión puede ser el volumen del gas (por ejemplo, aire) en la cámara de combustión cuando el gas está a presión atmosférica.
Generalmente, el combustible se puede inyectar directamente en los cilindros 15. Por ejemplo, el combustible se puede inyectar directamente en los cilindros a través de los puertos de combustible correspondientes, que se pueden abrir a los cilindros del motor correspondientes. En la realización ilustrada, el motor 10 incluye puertos de combustible 36 que se abren directamente a los cilindros (por ejemplo, desde la culata 14). Más específicamente, las líneas de combustible 24 se conectan a los inyectores de combustible 30 correspondientes situados y/o asegurados en los puertos de inyección de combustible 38. En una realización, los inyectores de combustible 30 se pueden operar para permitir o restringir el flujo de combustible o la inyección desde las líneas de combustible 24 hacia los cilindros 15 correspondientes. También se debería apreciar que el motor puede incluir cualquier número de mecanismos adecuados para inyectar combustible en los cilindros.
Además de, o en lugar de, inyectar directamente combustible en el cilindro, según la invención, se inyecta aire directamente en los cilindros del motor. En la realización ilustrada, el motor 10 incluye los puertos de inyección de aire 40 que se abren hacia los cilindros 15 correspondientes (por ejemplo, desde la culata 14). Según la invención, las líneas de aire 26 están conectados a uno o más inyectores de aire 34 correspondientes, que inyectan aire directamente en los cilindros 15 correspondientes a través de los puertos de inyección de aire 40. En algunos casos, los inyectores de aire 34 están colocados y/o asegurados en los puertos de inyección de aire 40 correspondientes y pueden estar configurados para inyectar aire a los mismos desde las líneas de aire 26. Como se ha mencionado anteriormente, el controlador puede controlar la operación de los inyectores de aire 34 (por ejemplo, la sincronización de la inyección, la duración y/o la cantidad de la inyección, etc.).
Generalmente, se puede inyectar aire y/o combustible en el cilindro en cualquier número de ángulos y/o ubicaciones adecuados. Por ejemplo, se puede inyectar al menos parte del aire de modo que forme un efecto de remolino que pueda facilitar la mezcla del aire con el combustible dentro del cilindro. En una realización, el aire y/o el combustible se pueden inyectar desde una ubicación o puertos en la culata del cilindro (por ejemplo, el aire se puede inyectar a lo largo de una dirección generalmente paralela con respecto al movimiento del pistón 21, que puede incluir una o más cavidades o rebajes que pueden dirigir el aire de una manera que produzca un efecto de remolino dentro del cilindro). De manera alternativa o adicional, al menos algo del aire y/o combustible se puede inyectar a lo largo de una dirección generalmente perpendicular con relación al movimiento del pistón 21. Por ejemplo, se puede inyectar aire en una ubicación sustancialmente opuesta a la ubicación de la inyección de combustible. Además, se debería apreciar que los inyectores de aire 34 y/o los inyectores de combustible 30 pueden inyectar aire y combustible de manera correspondiente en múltiples ángulos y/o en un ángulo de pulverización o ventilador, de modo que facilite la mezcla de aire y combustible dentro del cilindro.
Según la invención, el uno o más inyectores de aire incluyen al menos uno de un inyector de combustible de inyección directa de gasolina (GDI) o de inyección estratificada de combustible (FSI).
Por ejemplo, los inyectores de combustible pueden ser similares o iguales a los inyectores de combustible de GDI o FSI disponibles comercialmente, tales como los inyectores de combustible FSI (por ejemplo, fabricados por Bosch), los Inyectores Directos de Gasóleo, etc., que se pueden controlar eléctrica o electrónicamente (por ejemplo, mediante el controlador 5) y que se puede conectar de manera operativa al suministro de combustible (por ejemplo, a través de unos elementos de distribución, tales como el carril de distribución 22).
En cualquier caso, los inyectores de aire 34 pueden estar configurados para ser controlados para permitir una cantidad predeterminada y/o controlada de aire desde las líneas de aire 26 a los cilindros 15 correspondientes del motor 10. Además, la inyección de aire en los cilindros generalmente es sin obstrucciones. Por ejemplo, como se ha señalado anteriormente, los puertos de inyección 40 se abren directamente en los cilindros, sin ninguna obstrucción que pueda interferir o impedir el flujo de aire hacia los cilindros 15. De manera alternativa, en algunas realizaciones, el motor puede incluir una o más obstrucciones o mecanismos de redirección (por ejemplo, deflectores) que pueden guiar y/o distribuir el aire en los cilindros 15.
En algunas realizaciones, el controlador puede regular o controlar la cantidad de aire (por ejemplo, un volumen de aire a una presión o masa de aire seleccionada) inyectada en los cilindros 15 correspondientes y producir un volumen de combustión predeterminado. Por lo tanto, bajo algunas condiciones de operación, el controlador puede operar el inyector de aire 34 para inyectar una cantidad de aire que puede tener el mismo volumen que el volumen del cilindro (por ejemplo, el volumen del cilindro cuando el pistón 21 está en el punto muerto inferior). En algunos casos, el controlador 5 puede operar los inyectores de aire 34 para inyectar la cantidad de aire que puede tener un volumen mayor (por ejemplo, a presión atmosférica) que el volumen del cilindro 15 (por ejemplo, aumentando por ello el volumen operativo del cilindro 15).
Además, en algunos ejemplos, el controlador 5 puede accionar los inyectores de aire 34 para inyectar la cantidad de aire que puede ser menor que el volumen del cilindro 15 (por ejemplo, disminuyendo por ello el volumen operativo del cilindro 15 y/o produciendo una presión por debajo de la atmosférica en el cilindro 15). También se debería apreciar que reducir la presión en el cilindro 15 por debajo de la atmosférica (por ejemplo, operando el cilindro 15 en vacío parcial en algunas partes del ciclo operativo) puede mejorar o ayudar a vaporizar el combustible que se puede inyectar en el cilindro 15, mejorando por ello la combustión.
En algunas realizaciones, como se muestra en las Figuras 4-5, los puertos de inyección de combustible y/o aire 38, 40 y/o los inyectores de combustible y aire 30, 34 correspondientes están orientados aproximadamente paralelos al movimiento de los pistones 21. De maneara adicional o alternativa, los puertos de inyección de combustible y/o aire y/o los inyectores de aire y combustible correspondientes pueden tener una orientación no paralela con relación al movimiento de los pistones 21. Además, en algunos ejemplos, los puertos de inyección de combustible y/o aire y/o los inyectores de combustible y aire correspondientes pueden estar situados en una o más paredes laterales del cilindro.
En una o más realizaciones, uno, algunos o cada uno de los cilindros del motor pueden tener múltiples puertos de inyección de combustible y/o aire. En cualquier caso, los puertos de inyección de combustible y/o aire pueden tener cualquier orientación adecuada con relación a un eje central del cilindro o al movimiento del pistón en el cilindro. Como tal, se puede inyectar combustible y/o aire en el cilindro de una manera que pueda producir una distribución adecuada del mismo en el cilindro (por ejemplo, optimizar la distribución). En algunos ejemplos, los inyectores de combustible y/o aire se pueden operar de manera secuencial o asincrónica para producir una distribución y/o una mezcla adecuada del combustible y del aire en el cilindro.
Como se ha mencionado anteriormente, el aire y/o el combustible se pueden inyectar en los cilindros, generalmente sin obstrucciones (por ejemplo, a través de los puertos de inyección de combustible y aire 38, 40 correspondientes, que pueden estar sustancialmente sin obstrucciones mediante válvulas u otros elementos o componentes del motor 10). Por lo tanto, la cantidad de aire y/o combustible inyectado en el cilindro se puede controlar con precisión o mejor (por ejemplo, en comparación con los motores convencionales que incluyen válvulas). De manera adicional o alternativa, las velocidades de inyección del combustible y/o aire se pueden controlar para producir una mezcla adecuada de los mismos en el cilindro. Por ejemplo, se puede inyectar combustible y/o aire en el cilindro o cilindros en cualquier número de secuencias o etapas de inyección o inyecciones adecuadas y/o en cualquier número de ángulos adecuado (con relación al cilindro y/o entre sí).
Además, mientras que en algunas realizaciones el combustible y el aire se pueden inyectar en los cilindros a través de un puerto de inyección separado o individual y pueden mezclarse en el cilindro, esta descripción no está así limitada. Por ejemplo, el aire y el combustible pueden entrar en uno, algunos o todos los cilindros desde el mismo puerto (por ejemplo, cada cilindro puede incluir un único puerto para inyectar tanto aire como combustible a través del mismo). En una realización, el aire y el combustible se pueden mezclar previamente, al menos parcialmente, antes de entrar en el cilindro (por ejemplo, el aire y el combustible se pueden mezclar previamente, al menos parcialmente, cerca del puerto de inyección).
En una realización, el motor 10 incluye una o más bujías 46 para encender la mezcla de combustible-aire en los cilindros 15 correspondientes. Por ejemplo, las aberturas roscadas pueden abrirse en el cilindro 15 (por ejemplo, desde la culata 14) y pueden asegurar las bujías 46 correspondientes con relación al cilindro 15. En cualquier caso, en algunos casos, las bujías 46 se pueden operar para encender la mezcla de combustible-aire en los cilindros 15 correspondientes (por ejemplo, un controlador puede controlar y/o suministrar energía a las bujías en base a una sincronización seleccionada, predeterminada y/o ajustable).
En una o más realizaciones, uno, algunos o todos los cilindros 15 del motor 10 pueden operar sin la bujía 46 y/o sin operar una, algunas o todas las bujías 46. Por ejemplo, el gasóleo se puede inyectar en uno, algunos o todos los cilindros 15 del motor y se puede encender y quemar sin encendido por chispa. Además, en una realización, uno o algunos de los cilindros 15 pueden recibir gasolina, que se puede encender por una chispa de las bujías 46 correspondientes, mientras que uno o algunos de los cilindros 15 pueden recibir gasóleo, que se puede quemar durante la compresión del mismo (por ejemplo, sin operar las bujías 46 correspondientes).
En algunos ejemplos, las bujías 46 pueden estar al menos parcialmente rebajadas en la culata 14. Por ejemplo, la culata 14 puede incluir rebajes 42 que pueden estar conectados o extenderse desde las aberturas roscadas correspondientes. Como se ha mencionado anteriormente, las bujías 46 se pueden atornillar en las aberturas roscadas, de manera que las partes de generación de chispas de las bujías se extienden dentro de los cilindros 15 correspondientes.
Como se ha descrito anteriormente, el gas de escape de los cilindros 15 puede salir al colector de escape 20. En la realización ilustrada, el motor 10 incluye puertos de escape 48 en comunicación fluida con uno, algunos o cada cilindro 15. En algunos ejemplos, los puertos de escape 48 están en comunicación fluida con las líneas de escape 50 correspondientes, que pueden estar conectadas al colector 20. Por lo tanto, el gas de escape producido durante la combustión del combustible puede salir de los cilindros 15 a través de los puertos de escape 48 hacia las líneas de escape 50, y más allá hacia el colector de escape 20. En cualquier caso, el gas de escape puede salir de los cilindros 15 a través de los puertos de escape 48 correspondientes.
En algunos casos, el motor 10 puede incluir válvulas de escape 52, que pueden abrir y/o cerrar selectivamente el flujo en y/o a través de los puertos de escape 48 (por ejemplo, una, algunas o todas las válvulas de escape 52 se pueden controlar eléctrica o electrónicamente por el controlador). Más específicamente, en algunas realizaciones, el cierre las válvulas de escape 52 proporciona al menos parcialmente un entorno sellado o hermético en los cilindros 15 correspondientes (por ejemplo, durante la combustión del combustible). A la inversa, por ejemplo, la apertura de las válvulas de escape 52 permite que el gas de escape en los cilindros 15 correspondientes salga y/o se retire de los mismos.
La operación del motor y/o de los componentes o elementos del mismo también se puede representar esquemáticamente. Por ejemplo, el motor puede incluir o se puede conectar a un sistema de combustible 90a, que se representa esquemáticamente con un diagrama de bloques mostrado en la Figura 6. Como se ha mencionado anteriormente, el motor puede incluir cualquier número de cilindros, que puede variar de una realización a la siguiente. Para facilitar la descripción, el diagrama de bloques de la Figura 6 ilustra el sistema de combustible 90a que está incluido o conectado a un motor de cuatro cilindros.
En una realización, el combustible del sistema de combustible 90a se bombea desde un depósito de combustible 58a mediante una bomba 60a. Se debería apreciar que, en algunas realizaciones, el combustible se puede hacer avanzar desde el tanque de combustible con cualquier número de dispositivos o configuraciones adecuados (por ejemplo, el combustible se puede alimentar por gravedad desde el tanque de combustible). De manera adicional o alternativa, en la realización ilustrada, el sistema de combustible 90a incluye un sensor de presión 62a (por ejemplo, en comunicación fluida con el combustible) para medir la presión del combustible en las líneas de combustible (por ejemplo, directamente después de que el combustible salga de la bomba de combustible 60a).
En una realización, la bomba de combustible 60a está en comunicación fluida con y puede bombear el combustible al carril de distribución 22a. Como se ha descrito anteriormente, el carril de distribución 22a está conectado al combustible en las líneas de combustible 24a y puede distribuir combustible a las mismas. Las líneas de combustible 24a pueden distribuir el combustible hacia y/o dentro de los cilindros correspondientes del motor. En una realización, el sistema de combustible 90a incluye un regulador de presión de combustible 64a, que puede regular la presión en las líneas de combustible 24a y/o en el carril de distribución 22a. Por ejemplo, el regulador de presión de combustible 64a puede facilitar el mantenimiento de una presión aproximadamente constante en el carril de distribución 22a y/o en las líneas de combustible 24a.
En algunos casos, el regulador de presión de combustible 64a puede liberar o reducir la presión del combustible en las líneas y/o el carril de distribución 22a para producir una presión adecuada y/o seleccionada y/o predeterminada en los mismos. Por ejemplo, el regulador de presión de combustible 64a puede reducir la presión en el carril de distribución 22a permitiendo que algo de combustible salga del carril de distribución 22a. En algunas realizaciones, el combustible que sale del carril de distribución 22a puede fluir o se puede bombear de vuelta al tanque de combustible 58a (por ejemplo, a lo largo de una línea de retorno 66a).
En al menos una realización, el sistema de combustible 90a incluye uno o más sensores de combustible 28a que corresponden a las líneas de combustible 24a que conducen a los cilindros del motor. Por ejemplo, los sensores de combustible 28a pueden detectar el tipo de combustible en las líneas de combustible 24a. También, como se ha descrito anteriormente, el combustible se puede inyectar en los cilindros mediante o a través de inyectores de combustible 30a. Por ejemplo, el controlador puede determinar la duración de tiempo que los inyectores de combustible 30a permanecen abiertos, de manera que una cantidad seleccionada y/o predeterminada de combustible entre en los respectivos cilindros del motor. Se debería apreciar que el controlador también puede accionar cualquiera de los inyectores de combustible 30a en cualquier momento y durante cualquier duración de tiempo (por ejemplo, para producir una inyección personalizada de combustible para cada cilindro). Además, el controlador puede operar los inyectores de combustible 30a, al menos en parte, en base a la señal o a la lectura de uno, algunos o todos los sensores de combustible 28a.
Mientras que en algunas realizaciones el regulador de presión de combustible se puede situar secuencialmente después del carril de distribución 22 (por ejemplo, aguas abajo del flujo de combustible), esta descripción no está así limitada. La Figura 7 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema de combustible 90b según una o más realizaciones. Como se muestra en la Figura 7, en al menos un ejemplo, un regulador de presión de combustible 64b se sitúa entre el carril de distribución 22b y un tanque de gas comprimido 58b (por ejemplo, el combustible gaseoso comprimido se puede situar en el tanque de gas comprimido 58b). En una realización, el combustible en el tanque de gas comprimido 58b se puede presurizar por una bomba de combustible (si está en fase líquida) o por un compresor (si está en fase gaseosa) y se puede mantener a una presión aproximadamente constante y/o seleccionada y/o predeterminada en el tanque de gas comprimido 58b. Además, en algunas realizaciones, el sistema de combustible 90b puede incluir uno o más mecanismos para mantener el combustible (por ejemplo, en el carril de distribución, en las líneas de combustible, etc.) a una presión aproximadamente constante.
El regulador de presión de combustible 64b se puede operar por el controlador para producir o generar un flujo de combustible desde el tanque de gas comprimido 58b hacia el carril de distribución 22b (por ejemplo, según se regula por el controlador, al menos en parte, en base a señales o información del sensor de presión 62b). Por ejemplo, el regulador de presión de combustible 64b se puede operar de manera que el combustible en el carril de distribución 22b y/o en las líneas de combustible 24b esté a una presión aproximadamente constante.
Como se ha descrito anteriormente, el motor puede incluir o se puede conectar a un sistema de inyección de aire. La Figura 8 ilustra un diagrama de bloques esquemático de un sistema de inyección de aire 95 según una realización. En la realización ilustrada, el sistema de inyección de aire 95 incluye un compresor 18c, que puede extraer aire (por ejemplo, a presión atmosférica) y emitir aire presurizado (por ejemplo, a una presión que es mayor que la presión atmosférica). En algunas realizaciones, el sistema de inyección de aire 95 incluye un primer sensor de presión de aire 68 que puede detectar la presión de aire de salida del compresor de aire 18c. Por lo tanto, el controlador puede regular la operación del compresor 18c en base, al menos en parte, a las lecturas o señales del sensor de presión de aire.
En algunos ejemplos, el sistema de inyección de aire 95 incluye un regulador de presión de aire 70 que puede regular la presión entre el compresor de aire 18c y el colector de admisión 16c. Por ejemplo, el regulador de presión de aire 70 se puede ajustar a una presión seleccionada y/o predeterminada o se puede ajustar dinámica y/o automáticamente (por ejemplo, mediante el controlador) durante la operación del motor 10c. En al menos una realización, el sistema de inyección de aire 95 incluye un segundo sensor de presión de aire 72, que puede verificar la presión de aire en el colector de admisión 16c. Por ejemplo, el controlador puede ajustar el regulador de presión de aire 70, al menos en parte, en base a las lecturas o la información del segundo sensor de presión de aire 72, de modo que produzca una presión seleccionada, predeterminada y/o adecuada en el colector de admisión 16c y en las líneas de aire 26c que suministran aire a los cilindros correspondientes del motor 10. En una realización, el aire en el colector de admisión 16c y/o en las líneas de aire 26c se puede mantener a una presión aproximadamente constante.
En una o más realizaciones, la inyección de aire en los cilindros del motor se puede controlar y/o regular mediante los inyectores de aire 34c. Como se ha descrito anteriormente, los inyectores de aire 34c pueden controlar la cantidad de aire que se inyecta desde las líneas de aire 26c en los cilindros correspondientes en uno o más momentos durante el ciclo del motor. Por ejemplo, el controlador puede accionar uno, algunos o todos los inyectores de aire 34c en cualquier momento adecuado y durante cualquier duración de tiempo adecuada para permitir que una cantidad de aire adecuada o seleccionada y/o predeterminada de las líneas de aire 26c fluya a través de los inyectores de aire 34c correspondientes y se inyecte en los cilindros del motor 10c.
En algunas realizaciones, el motor puede estar inactivo durante un período de tiempo usando aire comprimido para alimentarlo. En otras palabras, el aire comprimido se puede inyectar en los cilindros operando secuencialmente los inyectores de aire 34c de una manera que fuerce a los pistones hacia abajo en una secuencia que produzca la rotación del cigüeñal. En un ejemplo, el aire comprimido se puede usar para arrancar o ayudar a arrancar el motor (por ejemplo, en el caso de que un motor de arranque esté desactivado o la energía de la batería no esté disponible para el motor de arranque). Por ejemplo, se puede suministrar aire comprimido desde un tanque (por ejemplo, un tanque de reserva) que puede contener aire presurizado. Además, en algunos ejemplos, durante la operación del motor, se puede añadir y/o hacer circular aire continuamente desde el tanque (por ejemplo, desde la operación del motor, que puede producir aire comprimido, y/o desde el compresor de aire).
Como se ha mencionado anteriormente, el motor 10c puede incluir o se puede conectar a un sistema de escape. Por ejemplo, el escape de los cilindros puede entrar en la línea de escape 50c correspondiente y puede fluir hacia el colector de escape 20c. En algunas realizaciones, el colector de escape 20c se puede conectar a uno o más componentes o elementos adicionales del sistema de escape (por ejemplo, un convertidor catalítico, un silenciador, etc.).
En una realización, uno, algunos o todos los inyectores de aire, inyectores de combustible, válvulas de escape o combinaciones de los mismos se pueden desacoplar o desconectar mecánicamente de un eje de salida (por ejemplo, del cigüeñal) y/o se pueden operar (incluyendo directa o indirectamente, tal como proporcionando instrucciones para su operación) por un controlador. Generalmente, el controlador puede ser cualquier dispositivo informático de propósito general o de propósito especial adecuado, que puede ser programable. Por ejemplo, el controlador puede incluir uno o más procesadores, memoria (por ejemplo, memoria de almacenamiento, RAM, etc.) acoplada de manera operativa al procesador o procesadores y una interfaz de entrada/salida (I/O) para recibir y enviar comandos o señales. En cualquier caso, el controlador puede estar configurado para la operación de uno o más elementos o componentes del motor (por ejemplo, al menos en parte, en base a la información o señales de los sensores descritos en la presente memoria).
En una realización, el controlador puede regular la operación de inyectores de combustible, inyectores de aire, válvulas de escape o combinaciones de los mismos en base a cualquier número de parámetros y/o entradas adecuadas. En una realización, el motor o sistema de combustión puede incluir y/o se puede conectar a un sensor de posición del acelerador, que puede detectar un cambio en la posición de un indicador del acelerador (por ejemplo, un pedal del acelerador). Además, un sensor de posición del cigüeñal puede detectar la posición del cigüeñal y puede proporcionar información acerca de la posición del cigüeñal al controlador (por ejemplo, en base a la posición del cigüeñal, el controlador puede determinar las posiciones respectivas de los pistones en uno, algunos o todos los cilindros del motor). En cualquier caso, en base a cualquier número de parámetros y/o entradas adecuadas, el controlador puede ajustar la operación del motor o de cualquier parte del mismo (por ejemplo, el suministro de combustible y/o aire a uno o algunos de los cilindros puede ser diferente al de uno o algunos de los otros cilindros y/o cualquiera o algunos de los cilindros se pueden desactivar en cualquier momento).
Se debería apreciar que, según una o más realizaciones, la activación de los inyectores de combustible y de aire y el tiempo durante el cual permanecen activados o abiertos se pueden controlar de una manera que proporcione combustible y/o aire en etapas a cada cilindro. Por ejemplo, se puede proporcionar una primera carga de combustible y/o aire en una primera posición del pistón, después de que el pistón haya completado su carrera ascendente (por ejemplo, punto muerto superior) y a medida que el pistón se mueve hacia abajo durante la carrera descendente; a medida que el pistón se mueve más hacia abajo, durante la carrera descendente, se pueden proporcionar una o más cargas adicionales de combustible y/o aire al cilindro en una o más posiciones adicionales del pistón, antes de que el pistón alcance el final de la carrera descendente (por ejemplo, punto muerto inferior). Además, se pueden suministrar cargas adicionales o alternativas de combustible y/o aire al cilindro antes de que el pistón alcance el punto muerto superior o inferior (por ejemplo, diversos ajustes de configuración y de etapas pueden configurar el motor para que sea ajustable a las características de combustión de diferentes combustibles).
En algunos ejemplos, el motor se puede operar para producir un aumento rápido de la potencia de corta duración (por ejemplo, operando el motor en un ciclo de dos tiempos). Por ejemplo, el combustible y el aire se pueden inyectar cada vez que un pistón comienza una carrera descendente (en lugar de en cada carrera alterna del ciclo de cuatro tiempos). Además, uno cualquiera o más cilindros se pueden operar en un ciclo de dos tiempos para generar un aumento rápido de la potencia de salida del motor.
Como se ha descrito anteriormente, generalmente, el motor de combustión interna incluye al menos una cámara de combustión y un eje de salida que puede girar en respuesta a la combustión de combustible en la cámara o cámaras de combustión. Por ejemplo, el motor de combustión interna puede incluir un mecanismo de conversión de energía para convertir la energía producida durante la combustión de un combustible en la cámara o cámaras de combustión en una salida mecánica en el eje de salida (por ejemplo, convertir el aumento de presión en la cámara de combustión en rotación del eje de salida). En una realización, el combustible y el oxidante se inyectan en la cámara de combustión y una reacción de combustión produce un aumento de presión en la misma; los mecanismos de conversión de energía configurados para convertir el aumento de presión en la cámara de combustión en energía mecánica, tal como la rotación del eje de salida (por ejemplo, pistones móviles en cilindros y conectados al eje de salida; una carcasa y un rotor giratorio conectados al eje de salida, etc.).
En cualquier caso, un controlador o sistema de control controla la operación del motor de combustión interna controlando la inyección del combustible y/o aire en la cámara de combustión y/o controlando el escape de la cámara de combustión. Por ejemplo, el controlador puede controlar el motor que puede incluir uno o más inyectores de combustible y/o uno o más inyectores de aire, que pueden inyectar respectivamente combustible y oxidante en las cámaras de combustión (por ejemplo, cilindros) del motor y válvulas de escape que pueden evitar o permitir que el escape salga de las cámaras de combustión correspondientes. Como se describe a continuación con más detalle, en al menos una realización los inyectores de combustible, los inyectores de aire, las válvulas de escape o combinaciones de los mismos están desacoplados o desconectados mecánicamente del eje de salida y se pueden operar por el controlador. También, generalmente, controlar la cantidad de combustible y/o aire inyectado en los cilindros, así como la sincronización de tales inyecciones, puede producir cualquier número de condiciones de operación adecuadas para el motor.
Según la invención, el controlador está acoplado de manera operativa a uno o más elementos o componentes del motor y controla o acciona la operación del mismo. Por ejemplo, un sistema de control que incluye el controlador incluye cualquier número de sensores adecuados que proporcionan diversas entradas al controlador. En algunos ejemplos, el sistema de control incluye uno o más dispositivos de interfaz de entrada (por ejemplo, un dispositivo que incluye una interfaz de usuario) acoplados al controlador, de manera que el controlador pueda recibir entradas del mismo (por ejemplo, entrada que se puede proporcionar por un usuario y/o se puede relacionar con un parámetro operativo del motor). Por lo tanto, el controlador puede recibir una o más entradas y puede operar (directa o indirectamente) elementos o componentes del motor (y/o elementos o componentes conectados al motor) y, por ello, modificar la operación del motor. Por ejemplo, el controlador puede modificar o ajustar la operación del motor para cambiar y/u optimizar la salida de potencia, el número de revoluciones por minuto (RPM) del eje de salida, la dirección de rotación del eje de salida, la eficiencia de combustión, el volumen de combustión, combinaciones de los anteriores, etc.
En una o más realizaciones, el sistema de control puede determinar o calcular una cantidad de combustible y/o aire a ser inyectado en los cilindros del motor en base a una o más entradas de operación (por ejemplo, entradas del usuario del motor). Por ejemplo, las entradas de operación pueden incluir entradas relacionadas con un requisito de salida de potencia, RPM del eje de salida, volumen de combustión, etc., y el sistema de control puede determinar parámetros para que los elementos y/o componentes del motor logren o produzcan la operación del motor que se corresponde con la entrada o entradas de operación. Por ejemplo, como se describe a continuación con más detalle, el controlador puede determinar la cantidad de combustible y/o aire a inyectar en los cilindros y/o la sincronización de tal inyección o inyecciones, la sincronización del encendido de la mezcla de aire-combustible en los cilindros, la sincronización y duración de las aperturas de las válvulas de escape, etc.
Generalmente, el motor de combustión interna puede quemar cualquier tipo de combustible adecuado, tal como gasolina, etanol, gasóleo, gas natural licuado (LNG), gas licuado de petróleo (LPG), hidrógeno, etc. Además, cualquier oxidante adecuado, tal como el oxígeno, puede facilitar y/o fomentar la combustión del combustible.
Como se ha tratado anteriormente, el motor de combustión 10 (por ejemplo, como se muestra en la Figura 1) está controlado por ordenador y se puede acoplar de manera operativa al controlador 5, según una realización. De nuevo, se debería apreciar que el motor puede tener cualquier número de cilindros y cualquier número de disposiciones de cilindros adecuadas, como se ha tratado anteriormente (por ejemplo, en V, rotativo, bóxer, etc.). Como se ha descrito anteriormente, el combustible y/o aire se pueden inyectar directamente en los cilindros del motor 10. Por ejemplo, el motor 10 incluye inyectores de combustible 30 e inyectores de aire 26 (Figura 4) que están asociados con los cilindros correspondientes del motor 10. En algunas realizaciones, el controlador 5 opera (lo que incluye operar directa o indirectamente, tal como proporcionando instrucciones para operar) el inyector de combustible 30 y/o los inyectores de aire 26, como se describe a continuación con más detalle.
Como se ha descrito anteriormente, los inyectores de aire 26 se pueden conectar a cualquier número de fuentes o suministros de aire o a cualquier número de oxidantes adecuados. En una o más realizaciones, los inyectores de aire 26 se conectan a un colector de admisión de aire 16. Por ejemplo, el colector de admisión de aire 16 puede contener y/o distribuir aire (por ejemplo, aire comprimido) a los inyectores de aire 26 (por ejemplo, a través de una o más líneas de aire correspondientes entre los inyectores de aire 26 y el colector de admisión 16. En algunas realizaciones, el colector de admisión de aire 16 puede estar en comunicación fluida con un compresor 18, que puede suministrar aire comprimido al colector de admisión de aire. De manera análoga, los inyectores de combustible 30 se pueden conectar a un suministro de combustible (por ejemplo, una bomba de combustible puede suministrar combustible a o hacia los inyectores de combustible 30).
En una o más realizaciones, el controlador 5 acciona (directa o indirectamente, tal como proporcionando instrucciones para operar) el inyector de combustible 30 y/o los inyectores de aire 26, como se describe a continuación con más detalle. Por ejemplo, las válvulas de escape 52 del motor de combustión 10 se pueden acoplar de manera operativa al controlador 5 y se pueden operar por ello entre las posiciones abierta y cerrada, de manera que en la posición abierta el escape pueda salir del cilindro durante y/o después de la combustión, y en la posición cerrada las válvulas de escape 52 impidan, al menos parcialmente, que el escape salga de los cilindros correspondientes. Además, como se ha mencionado anteriormente, el controlador 5 se puede conectar a uno o más sensores que pueden proporcionar información acerca de la operación del motor 10 y/o acerca de los parámetros operativos para la operación del motor 10. En algunas realizaciones, un sensor de octanos o de combustible se conecta al controlador 5 y coloca en contacto con el combustible que fluye a o hacia el inyector de combustible 30 (Figura 4). Por lo tanto, el controlador 5 puede recibir información o señales relacionadas con el combustible que fluye a y/o hacia los cilindros del motor 10.
El controlador 5 también se puede conectar a uno o más sensores que pueden proporcionar información acerca del oxidante que se suministra a los cilindros del motor 10. Por ejemplo, el motor 10 puede incluir un sensor de presión y/o de temperatura 17 conectado al controlador 5 y en comunicación con el aire en el colector de admisión 16. De manera similar, el controlador 5 se puede conectar a uno o más sensores que pueden proporcionar información acerca del escape que sale de uno o más cilindros del motor 10.
En una realización, el motor 10 incluye sensores de escape 54 en comunicación con el escape que sale de los cilindros correspondientes del motor 10 y que están conectados al controlador 5. Por ejemplo, los sensores de escape 54 pueden detectar o determinar la cantidad de oxígeno presente en los gases de escape que salen de los cilindros correspondientes del motor 10. Además, en algunos ejemplos, el controlador 5 se puede conectar a uno o más sensores de oxígeno en comunicación con el aire entrante (por ejemplo, el aire en el colector de admisión 16, en las líneas de aire que conectan el colector de admisión 16 a los inyectores de aire 26). Por lo tanto, el controlador puede recibir entradas o señales relacionadas con el contenido o la concentración de oxígeno en el aire que fluye hacia o a la inyección en las cámaras de combustión del motor 10.
Como se describe a continuación con más detalle, el controlador se puede conectar a y/o recibir información de cualquier número de sensores adecuados, tales como sensores de posición conectados al eje de salida, sensores de detonación, sensores de posición del acelerador, etc. Además, en algunos ejemplos, el controlador puede recibir entradas de los sensores y/o dispositivos de entrada que pueden no estar asociados con el motor. En cualquier caso, el controlador puede accionar los inyectores de aire, los inyectores de combustible, las válvulas de escape o combinaciones de los mismos, al menos en parte, en base a la información o señales recibidas de los sensores conectados al controlador.
La Figura 9 ilustra un diagrama de flujo de las operaciones o acciones que se pueden realizar por un controlador de un sistema de control, que puede controlar la combustión y/o la operación del motor de combustión interna, según al menos una realización. En una realización, el controlador realiza o ejecuta una acción 100 de recibir una o más entradas de operación relacionadas con un parámetro operativo de un motor. Por ejemplo, el controlador puede recibir una entrada o información relacionada con la salida de potencia y/o las RPM a ser producidas por el motor (por ejemplo, una solicitud para aumentar las RPM del cigüeñal del motor). Generalmente, la entrada se puede proporcionar o suministrar al controlador en cualquier número de formas adecuadas y/o desde cualquier número de interfaces de entrada y/o dispositivos de interfaz de entrada adecuados. Por ejemplo, en un vehículo, el dispositivo de interfaz de entrada puede ser un acelerador (por ejemplo, un pedal del acelerador, una palanca, una manija, etc.). En algunos casos, uno o más sensores (por ejemplo, sensores de posición) pueden recibir una entrada del acelerador y transmitir una entrada traducida (por ejemplo, desplazamiento del acelerador) al sistema de control. Por lo tanto, por ejemplo, el desplazamiento del pedal del acelerador (por ejemplo, la entrada de un usuario) se puede digitalizar o traducir a una entrada correspondiente transmitida o enviada al controlador que puede indicar al controlador la cantidad de desplazamiento del pedal del acelerador producido por el usuario. En algunos casos, el desplazamiento del pedal del acelerador (como se indica por la señal o entrada del sensor acoplado al pedal del acelerador) se puede procesar y/o asociar por el controlador con uno o más parámetros operativos del motor, tales como RPM, salida de potencia, etc.
También, debido a que el desplazamiento o desplazamientos del pedal del acelerador se pueden digitalizar, combinaciones o patrones de los desplazamientos (por ejemplo, múltiples desplazamientos cortos, múltiples desplazamientos largos, combinaciones de los mismos, etc.) se pueden correlacionar por el controlador con un parámetro operativo particular del motor. Por ejemplo, dos desplazamientos largos se pueden correlacionar por el controlador con una salida de potencia seleccionada y/o predeterminada o un aumento de porcentaje de la salida de potencia o las RPM del motor. En cualquier caso, el controlador puede recibir una o más entradas relacionadas con una salida de potencia y/o unas RPM del motor deseadas o solicitadas.
En realizaciones alternativas o adicionales, el controlador puede recibir una entrada para un volumen de combustión solicitado. Por ejemplo, una interfaz de entrada adecuada puede incluir un marcador, una interfaz con teclas, un panel táctil, una combinación de los anteriores, etc. En cualquier caso, la interfaz de entrada puede facilitar la entrada del volumen de combustión deseado o solicitado para el motor, que se puede enviar o transmitir al controlador. En algunas realizaciones, la entrada relacionada con el parámetro o parámetros operativos puede incluir un sonido (por ejemplo, una frecuencia, una tonalidad, etc.) solicitado para ser producido por el motor. Por ejemplo, una interfaz puede proporcionar o mostrar opciones de sonido (por ejemplo, sonidos de diversos motores o modelos de motor) y recibir una selección o selecciones de tales opciones; la interfaz puede transmitir al controlador tales selecciones como entrada relacionada con el parámetro operativo del motor.
Además, en una o más realizaciones, la entrada o entradas pueden estar relacionadas indirectamente con uno o más parámetros operativos del motor. Por ejemplo, el motor se puede incluir en un vehículo impulsado por motor. Por lo tanto, por ejemplo, la entrada se puede relacionar con la velocidad del vehículo, que puede depender de la orientación del vehículo (por ejemplo, inclinado, declinado, etc.), de las maniobras del vehículo, de las condiciones climáticas, etc. En tal ejemplo, la entrada del dispositivo de interfaz de entrada (por ejemplo, control de crucero) se puede traducir o convertir en uno o más parámetros o entradas que pueden estar relacionadas con el parámetro o parámetros operativos del motor, tales como las RPM del cigüeñal.
En algunas realizaciones, las entradas (por ejemplo, las entradas que pueden estar relacionadas indirectamente con los parámetros operativos del motor) se pueden relacionar y/o al menos parcialmente basar en los requisitos de potencia anticipados para el motor. Por ejemplo, la entrada o entradas de operación para controlar el motor de un vehículo alimentado por motor pueden estar relacionadas y/o al menos parcialmente basadas en el peso del vehículo y en su carga, en la ruta anticipada o planificada (por ejemplo, cuesta arriba, cuesta abajo, con giros, etc.), etc. Por lo tanto, como se describe a continuación con más detalle, el controlador puede correlacionar tal entrada con el parámetro o parámetros operativos del motor.
En algunas realizaciones, la entrada o entradas de operación pueden incluir identificar un tipo particular de combustible y/u oxidante que se suministrará a los cilindros del motor. Por ejemplo, las entradas pueden incluir selecciones o entradas de tipo de combustible y combinaciones de oxidantes, que se pueden recibir a través de cualquier interfaz adecuada que se pueda acoplar al controlador. De manera adicional o alternativa, la entrada o entradas relacionadas con los tipos de combustible y/u oxidante se pueden recibir desde uno o más sensores. En algunas realizaciones, el controlador realiza o ejecuta una acción 110 de recibir una entrada de uno o más sensores. Por ejemplo, el controlador puede recibir una entrada de sensores de combustible y/o de oxidante. Mientras que de vez en cuando la descripción se refiere a un “cilindro” o “cilindros”, se debería apreciar que tales referencias se hacen por simplicidad y que el motor puede incluir cualquier cámara o cámaras de combustión adecuadas, como se ha descrito anteriormente.
En al menos una realización, el controlador puede recibir una entrada de uno o más sensores de presión de aire, que pueden indicar la presión en las líneas de aire y/o en el colector de admisión de aire que pueden suministrar aire (u otro oxidante) colectivamente a los cilindros. En otras palabras, el controlador puede recibir información acerca de la presión o el porcentaje de compresión del aire que se puede forzar o inyectar directamente en los cilindros (por ejemplo, sin interferencia de válvulas). En algunos casos, el controlador también puede recibir una entrada de sensores adicionales o alternativos en comunicación con las líneas de aire y/o en comunicación con el colector de admisión de aire; tales sensores pueden identificar el tipo de oxidante en las líneas de aire y/o la cantidad del mismo (por ejemplo, el porcentaje de Oxígeno presente en el aire). Además, en algunos ejemplos, el controlador puede recibir una entrada de uno o más sensores de escape. Por ejemplo, los sensores de escape pueden proporcionar una entrada relacionada con el contenido de oxígeno en los gases de escape que salen de los cilindros del motor.
En una realización, el controlador puede recibir una entrada de los sensores de combustible que puede identificar el tipo de combustible que se suministra a los cilindros. Por ejemplo, los sensores de combustible pueden estar en comunicación con el combustible y pueden identificar el tipo del mismo (por ejemplo, distinguir gasolina, gasóleo, hidrógeno, gas natural, propano, etc.). En algunos casos, uno o más sensores también pueden determinar o identificar la presión del combustible (por ejemplo, en las líneas de combustible, cerca de los inyectores de combustible, etc.).
En algunas realizaciones, el controlador puede recibir entradas o señales relacionadas con la temperatura del motor, la temperatura del aire, la temperatura del combustible, etc. Por ejemplo, el controlador puede recibir información relacionada con la temperatura del motor desde uno o más sensores (por ejemplo, termopares) en comunicación térmica con una o más partes del motor. En realizaciones adicionales o alternativas, el controlador puede recibir una entrada acerca de la velocidad de rotación (RPM) y/o de la posición del cigüeñal del motor. Por ejemplo, uno o más codificadores o sensores similares se pueden conectar al cigüeñal y pueden determinar la posición de rotación del cigüeñal, así como la velocidad de rotación del mismo. Además, un ejemplo, los codificadores pueden ser codificadores absolutos y pueden mantener información de posición relacionada con la posición del cigüeñal. Por lo tanto, por ejemplo, el codificador puede mantener información de posición sin energía suministrada al mismo y puede transmitir al controlador una entrada relacionada con tal información sin rotación del cigüeñal (por ejemplo, antes de que el motor funcione). Se debería apreciar que el codificador puede tener cualquier resolución adecuada (por ejemplo, 1 grado, 1/2 grado, 1/4 de grado, etc.), de manera que el controlador reciba información o señales relacionadas con la rotación del cigüeñal en cada 1 grado, 1/2 grado, 1/4 de grado, etc. De manera alternativa o adicional, el controlador puede recibir información o señales relacionadas cada 1/4 de giro (por ejemplo, cada 90 grados) de rotación del cigüeñal.
Como se ha descrito anteriormente, en al menos un ejemplo, el motor puede impulsar un vehículo. Por lo tanto, en algunos casos, el controlador puede recibir una entrada de uno o más sensores, que pueden estar relacionados con las condiciones de operación de tal vehículo. Por ejemplo, tales sensores (por ejemplo, acelerómetros, giroscopios, etc.) pueden transmitir al controlador una entrada que puede estar relacionada con el movimiento del vehículo, tal como un movimiento inclinado o cuesta arriba, un movimiento declinado o cuesta abajo, un giro, un pivote, etc. En una realización, los sensores pueden incluir un Sistema de Posicionamiento Global (GPS), que puede proporcionar coordenadas de posicionamiento global del vehículo impulsado por el motor. Por lo tanto, por ejemplo, como se describe a continuación con más detalle, el controlador puede estimar el movimiento del vehículo, al menos en parte, en base a la entrada recibida del GPS. Por ejemplo, el controlador puede correlacionar las coordenadas de posición global y/o cambiar las mismas con la posición o posiciones en un mapa y puede determinar la ubicación del vehículo sobre el mapa y el movimiento de tal vehículo con relación al mapa.
En una o más realizaciones, el controlador realiza o ejecuta una acción 120 de determinar la cantidad de aire a inyectar en una o más cámaras de combustión del motor (por ejemplo, en uno o más cilindros del motor). Más específicamente, por ejemplo, el controlador puede determinar la cantidad de aire a inyectar en la cámara o cámaras de combustión en base a la información o lecturas recibidas de los sensores y/o en base a la entrada o entradas recibidas relacionadas con el parámetro o parámetros operativos del motor. En algunos casos, el controlador puede hacer referencia o referirse a uno o más algoritmos, tablas, bases de datos o combinaciones de los mismos para determinar la cantidad de aire a inyectar en los cilindros.
Como se ha mencionado anteriormente, el controlador puede correlacionar una o más entradas con el parámetro o parámetros operativos del motor. En particular, el controlador puede correlacionar las entradas recibidas de uno o más usuarios, sensores, etc., con el parámetro o parámetros operativos del motor. Por ejemplo, el controlador puede procesar la entrada de un GPS para determinar la ubicación del vehículo que incluye el motor y/o la corriente y anticipar el movimiento del mismo (por ejemplo, cuesta arriba, cuesta abajo, etc.); en base a la ubicación y el movimiento actual y/o anticipado del vehículo, el controlador puede determinar uno o más parámetros operativos del motor. Por ejemplo, el controlador puede determinar o calcular un volumen de combustión para el motor en base al movimiento actual y/o anticipado del vehículo y/o en base a la correlación de los requisitos de carga y/o potencia actuales y/o anticipados (por ejemplo, el controlador puede determinar un aumento en el volumen de combustión para mantener las RPM actuales en base a la inclinación anticipada en la ruta del vehículo). En algunos ejemplos, el controlador puede determinar el volumen de combustión en base a uno o más parámetros adicionales o alternativos (por ejemplo, leyes u ordenanzas locales relacionadas con las emisiones permitidas). Por ejemplo, en base a las leyes u ordenanzas locales y en base a la entrada del GPS, el controlador puede determinar reducir el volumen de combustión (por ejemplo, a menos que el volumen interno del cilindro, de manera que, por ejemplo, el volumen de combustión esté a una presión por debajo de la presión atmosférica).
En algunas realizaciones, el controlador se refiere a una tabla, gráfico, una o más fórmulas o algoritmos, etc., que pueden correlacionar cantidades seleccionadas y/o predeterminadas de combustible y de aire con las revoluciones por minuto (RPM) producidas en el cigüeñal del motor. Se debería apreciar que tal tabla puede variar de una realización a la siguiente y de un motor a otro. En cualquier caso, no obstante, al menos en parte en base a tal tabla o tablas, el controlador puede determinar la cantidad de aire a inyectar en los cilindros.
Por ejemplo, como se ha mencionado anteriormente, el controlador puede recibir una entrada relacionada con un parámetro operativo solicitado del motor, tal como las RPM del cigüeñal del motor. De manera adicional o alternativa, como se ha indicado anteriormente, el controlador puede recibir cualquier número de entradas adecuadas, que se pueden convertir y/o correlacionar con el parámetro o parámetros operativos del motor. En una realización, en base a tal entrada, el controlador puede determinar la cantidad de aire a ser inyectada en los cilindros. Por ejemplo, el controlador puede elegir o determinar (por ejemplo, en base a las preferencias del usuario) una cantidad óptima de aire para minimizar la cantidad de combustible para producir las RPM solicitadas, produciendo por ello una combustión pobre en el cilindro o cilindros, como se describe a continuación en más detalle.
Se debería apreciar que, debido a que los motores convencionales pueden no controlar con precisión la cantidad de aire que entra en el cilindro, los controles convencionales típicos pueden ajustar los mecanismos de admisión de aire (por ejemplo, acelerador, turbo, etc.) para lograr las RPM solicitadas. En al menos una realización, controlar con precisión la cantidad de aire que se inyecta en el cilindro (por ejemplo, inyectando directamente una cantidad seleccionada y/o predeterminada de aire en el cilindro) puede facilitar la producción de las RPM seleccionadas y/o predeterminadas en base a tal inyección o serie de inyecciones. En otras palabras, el controlador puede determinar una cantidad específica de aire a inyectar en la cámara o cámaras de combustión, tales como cilindros, y producir una salida de r Pm seleccionada, predeterminada y/o solicitada, en comparación con los ajustes convencionales de suministro de aire a los cilindros que se hace en base a las RPM (por ejemplo, dado que un controlador convencional puede no tener la información acerca de la cantidad precisa de aire que entra en el cilindro).
Del mismo modo, como se ha mencionado anteriormente, el controlador puede recibir una o más entradas relacionadas con un volumen solicitado para uno o más cilindros. Por ejemplo, el controlador puede recibir una solicitud para aumentar (por ejemplo, en un 100 %, 200 %, etc.) o disminuir (por ejemplo, en un 20 %, 40 %, 50 %, etc.) el volumen de combustión real del cilindro. En base a tal solicitud, el controlador puede determinar la cantidad o el volumen de aire a inyectar en el cilindro o cilindros. Se debería apreciar que, en algunos casos, la cantidad determinada de aire a inyectar puede ser menor que el volumen real del cilindro (por ejemplo, a presión atmosférica, el volumen de aire a ser inyectado en el cilindro puede ser menor que el volumen del cilindro).
En algunos ejemplos, el controlador puede determinar la cantidad de aire a inyectar en cada cilindro específico de manera independiente. Por ejemplo, el controlador puede reducir la cantidad de aire suministrado a uno o más cilindros, reduciendo por ello el volumen de combustión. De manera alternativa o adicional, el controlador puede determinar aumentar el suministro de aire a uno o más cilindros (por ejemplo, en base a un suministro reducido de combustible) para producir una combustión pobre, tal como para un aumento de ahorro de combustible. Se debería apreciar que, en algunos casos, la combustión pobre puede tener una temperatura de combustión más alta, lo que puede conducir a un aumento de la temperatura del motor. El controlador puede determinar producir selectivamente combustión pobre en uno o más cilindros y cambiar periódicamente los cilindros que producen combustión pobre (por ejemplo, en base a la entrada de temperatura de uno o más sensores de temperatura), de una manera que pueda evitar el sobrecalentamiento del motor y/o el daño de elementos o componentes del mismo.
En algunos casos, el controlador puede ajustar la cantidad de aire a ser inyectada en los cilindros en base a la entrada de uno o más sensores de escape. Por ejemplo, el controlador puede recibir una entrada que identifica la cantidad de oxígeno en el gas de escape. Como tal, el controlador puede ajustar la cantidad de aire previamente determinada en base a la cantidad de oxígeno presente en el escape. Además, en algunas realizaciones, el controlador puede ajustar el algoritmo (por ejemplo, una fórmula), los valores de la tabla, etc., para hacer futuras determinaciones de la cantidad de aire a ser inyectado en el cilindro o cilindros en respuesta a recibir las mismas entradas o similares, tales como entradas de uno o más del sensor o sensores y/o entradas de operación iguales o similares.
En una realización, el controlador realiza o ejecuta una acción 130 de operar uno o más inyectores de aire, al menos en parte, en base a la cantidad de aire determinada. En particular, por ejemplo, el controlador puede accionar (directa o indirectamente, tal como proporcionando instrucciones para operar) los inyectores de aire para inyectar aire directamente en los cilindros del motor (por ejemplo, inyectando aire de una manera al menos sustancialmente sin obstáculos). Por ejemplo, el controlador puede abrir los inyectores de aire en uno, algunos o todos los cilindros durante un período o cantidad de tiempo seleccionado y/o predeterminado, lo que permitiría que una cantidad de aire seleccionada, predeterminada y/o precisa entre en el cilindro. Como se ha mencionado anteriormente, el controlador puede recibir entradas que pueden estar relacionadas con la presión de aire en o cerca de los inyectores de aire. Como tal, por ejemplo, el controlador puede determinar la cantidad de tiempo requerida para mantener el inyector o inyectores de aire abiertos para permitir que una cantidad de aire seleccionada y/o predeterminada entre en el cilindro (por ejemplo, al menos en parte en base a la información recibida del sensor de presión de aire).
En cualquier caso, el controlador opera el inyector o inyectores de aire para proporcionar una cantidad de aire predeterminada y/o precisa en el cilindro o cilindros, operando por ello el motor en uno o más parámetros operativos seleccionados y/o predeterminados (por ejemplo, a las RPM, la temperatura, la eficiencia de combustible, etc. seleccionadas y/o predeterminadas o solicitadas). Además, mientras que las acciones anteriores se describen en un orden particular, se debería apreciar que tales acciones se pueden realizar en cualquier número de secuencias adecuadas, que pueden variar de una realización a la siguiente. Por ejemplo, el controlador puede recibir primero una entrada de uno o más sensores (acción 110) y posteriormente recibir una o más entradas de operación relacionadas con el parámetro o parámetros operativos de un motor (acción 100).
Como se ha mencionado anteriormente, el controlador puede recibir información o señales de cualquier número de sensores o fuentes de entrada adecuados, y tal información o señales pueden estar relacionadas con cualquier número de condiciones de operación o parámetros del motor. Por ejemplo, el controlador puede recibir información o señales relacionadas con el escape que sale de las cámaras de combustión del motor. Además, en algunos ejemplos, el controlador puede operar los inyectores de aire, al menos en parte, en base a la información o señales recibidas de los sensores de escape. Por ejemplo, la Figura 10 ilustra un diagrama de flujo de los pasos o acciones que se pueden realizar por un controlador según al menos una realización.
Más específicamente, en una realización, el controlador realiza o ejecuta una acción 110a de recibir una señal relacionada con los gases de escape de una o más cámaras de combustión. Por ejemplo, el controlador puede recibir información o señal de un sensor de escape, que puede indicar o puede estar relacionada con la composición de los gases de escape (por ejemplo, la señal puede estar relacionada con la cantidad de oxígeno presente en el escape). De manera adicional, en algunas realizaciones, el controlador ejecuta o realiza una acción 120a de determinar la cantidad de aire a inyectar en una o más cámaras de combustión del motor. En particular, tal determinación puede estar, al menos en parte, basada en las señales o lecturas recibidas del sensor o sensores de escape.
Por ejemplo, en base a la cantidad de Oxígeno residual presente en el escape, el controlador puede determinar la cantidad de aire a inyectar en la cámara o cámaras de combustión, de manera que el Oxígeno inyectado se consuma completa o sustancialmente durante la reacción de combustión. Por lo tanto, al menos una realización incluye una acción 130a de operar uno o más inyectores de aire, al menos en parte, en base a la cantidad de aire determinada por el controlador. Como se ha señalado anteriormente, por ejemplo, el controlador puede operar los inyectores de aire abriendo y/o manteniendo abiertos los inyectores de aire durante una cantidad de tiempo seleccionada y/o predeterminada, de manera que una cantidad de aire seleccionada y/o predeterminada entre en la cámara de combustión. De manera adicional o alternativa, el controlador puede proporcionar información que incluye la cantidad determinada de aire a ser inyectada en las cámaras de combustión; los inyectores de aire se pueden operar en base a tal información para inyectar una cantidad de aire seleccionada y/o predeterminada en la cámara o cámaras de combustión del motor.
También, en algunas realizaciones, el controlador puede determinar parámetros operativos y/o puede operar elementos o componentes adicionales o alternativos que pueden controlar la operación del motor. La Figura 11 ilustra un diagrama de flujo de los pasos o acciones que se pueden realizar por un controlador según al menos una realización. Salvo que se describa de otro modo en la presente memoria, las acciones descritas a continuación pueden ser similares o iguales que las acciones descritas anteriormente en relación con las Figuras 9-10. En el ejemplo ilustrado, el controlador realiza o ejecuta una acción 200 de recibir una o más entradas de operación relacionadas con el parámetro o parámetros operativos de un motor y la acción 210 de recibir una entrada de uno o más sensores, que pueden ser similares o iguales que las acciones 100, 110 (Figura 9).
En una realización, el controlador realiza o ejecuta una acción 220 de determinar la cantidad de aire y/o combustible a inyectar en una o más cámaras de combustión (por ejemplo, cilindros) del motor, que puede ser, al menos en parte, en base a la entrada o entradas de operación y/o a la entrada o entradas del sensor o sensores. Por ejemplo, el controlador puede determinar la cantidad de aire a inyectar en el cilindro o cilindros de la misma manera o similar a la descrita anteriormente. Además, el controlador también puede determinar la cantidad de combustible a inyectar en el cilindro o cilindros, determinando por ello la mezcla de aire-combustible a ser inyectada en el cilindro o cilindros.
También se debería apreciar que, en algunas realizaciones, el aire y el combustible pueden mezclarse fuera de la cámara o cámaras de combustión del motor y se pueden inyectar juntos. Por lo tanto, por ejemplo, el controlador puede proporcionar señales o instrucciones a uno o más elementos de control (por ejemplo, válvulas, inyectores, etc.) que pueden dispensar cantidades de aire y/o combustible seleccionadas y/o predeterminadas, que se pueden mezclar entre sí fuera de la cámara de combustión. Posteriormente, la mezcla de aire-combustible premezclada se puede suministrar a (por ejemplo, inyectar en) la cámara o cámaras de combustión del motor.
Como se ha mencionado anteriormente, el controlador puede recibir una entrada del sensor o sensores que puede identificar el tipo de combustible (por ejemplo, la composición del combustible) en la pila de combustible (por ejemplo, el tanque de gas), las líneas de combustible, cerca de los inyectores de combustible, o combinaciones de los mismos. Por lo tanto, el controlador puede determinar la cantidad de combustible a ser inyectada en el cilindro o cilindros, al menos en parte, en base al tipo de combustible que se puede inyectar en el cilindro o cilindros. En algunas realizaciones, se puede inyectar gasolina en los cilindros (por ejemplo, la reacción de oxidación de la gasolina se puede representar como:
25
- 0 2 + CSH1Q ^ 8C 02 + 9H20
¿ )■.
Como tal, por ejemplo, dependiendo de la concentración de O2 en el aire, se puede considerar que una mezcla estequiométrica de aire-gasolina se quema a una relación de 14,7:1 (aire-gasolina), en la que la gasolina se quema sin exceso de aire o de oxígeno que está disponible después de la combustión. Por lo tanto, una mezcla pobre puede tener más aire (por ejemplo, una relación mayor que 14,7:1) y una mezcla rica puede tener más combustible (por ejemplo, una relación menor que 14,7:1). Por ejemplo, la potencia máxima de salida se puede producir con una mezcla rica que puede tener aire-gasolina de aproximadamente 12,6:1, mientras que el mejor ahorro de combustible puede ser con una mezcla pobre de aire gasolina, que puede tener una relación aire-gasolina de aproximadamente 15,4:1 o mayor. Bajo algunas condiciones de operación, la relación puede ser ultra pobre, tal como de alrededor de 65:1 y/o más alta. Se debería apreciar que las mezclas ultra pobres pueden quemarse a una temperatura relativamente alta (por ejemplo, más alta que la de la mezcla estequiométrica). En algunas realizaciones, el controlador puede determinar una duración para operar el motor y/o uno o más cilindros del mismo a una temperatura elevada que puede resultar de la combustión de una mezcla pobre o ultra pobre, tal como para evitar dañar y/o romper el motor y/o uno o más cilindros del mismo. Además, el controlador puede determinar y/o seleccionar la inyección de aire y/o combustible para producir una mezcla adecuada que corresponda con una carga experimentada por el motor y/o que corresponda con una carga proyectada.
Por ejemplo, se pueden producir mezclas pobres y/o ultra pobres cuando un vehículo, tal como un coche, que es impulsado por el motor, experimenta una carga baja (por ejemplo, a velocidades constantes o reducidas, un coche que se conduce cuesta abajo, etc.). El controlador puede determinar producir una mezcla estequiométrica y/o rica cuando la carga aumenta o se proyecta que aumente (por ejemplo, cuando un coche se está conduciendo cuesta arriba o se proyecta que se conduzca cuesta arriba).
En algunos casos, el controlador puede determinar inyectar una mezcla pobre de aire-combustible (por ejemplo, para mejorar el ahorro de combustible). Además, por ejemplo, en el motor que incluye cámaras de combustión formadas por cilindros y pistones, el controlador puede modificar selectiva y/o continuamente mezclas de airecombustible inyectadas en cualquier cilindro. Por ejemplo, el controlador puede producir una combustión más pobre en uno o algunos cilindros en comparación con otro cilindro o cilindros. En algunos casos, el controlador puede producir combustión pobre en uno o algunos cilindros y combustión estequiométrica o rica en uno o más de los otros cilindros.
La combustión estequiométrica de al menos algunos combustibles (por ejemplo, gasolina) puede producir temperaturas de combustión más altas que la combustión rica, y la combustión pobre puede producir temperaturas de combustión más altas que la combustión estequiométrica. Además, bajo algunas condiciones de operación, la combustión estequiométrica y/o pobre prolongada puede dañar o romper uno o más componentes del motor y/o reducir la vida útil del motor. En una realización, el controlador puede determinar los ciclos de inyección y/o combustión que pueden mantener la combustión estequiométrica y/o pobre en uno o más cilindros, mientras que se monitorizan los cambios de temperatura en el motor, y puede modificar los parámetros de combustión en tales cámaras de combustión (por ejemplo, cilindros) para mitigar o eliminar el aumento o aumentos de temperatura que puedan ser perjudiciales para el motor. Por ejemplo, el controlador puede determinar terminar la combustión pobre estequiométrica y/o pobre en uno, algunos o todos los cilindros e iniciar una combustión rica en los mismos. De manera adicional o alternativa, el controlador puede determinar alternar entre mezclas de combustión pobre y rica en uno o múltiples cilindros (por ejemplo, algunos cilindros pueden operar con una mezcla de combustión pobre, mientras que otros pueden operar con una mezcla de combustión rica).
Además, como se ha indicado anteriormente, el controlador puede recibir una entrada o información acerca de la orientación del cigüeñal y/o de la ubicación o ubicaciones de los pistones en los cilindros (por ejemplo, de un motor de movimiento alternativo). Bajo algunas condiciones de operación, el controlador puede determinar inyectar combustible y/o aire en el cilindro o cilindros en diversos momentos y/o en múltiples ubicaciones del pistón. Por ejemplo, en lugar de una única inyección de una cantidad específica de combustible y/o aire, el controlador puede dirigir los inyectores de combustible y/o aire para realizar múltiples inyecciones de combustible y/o aire (por ejemplo, que pueden generar la misma potencia de salida en el cigüeñal que la inyección única de la misma, menor o mayor cantidad de combustible y/o aire). En algunos casos, múltiples inyecciones de combustible y/o aire pueden mejorar la mezcla de aire-combustible, la combustión del combustible, etc. De manera análoga, el controlador puede dirigir los inyectores de combustible y/o aire para realizar múltiples inyecciones de combustible y aire (respectivamente) en una cámara de combustión de un motor rotativo (por ejemplo, cuando el rotor del mismo gira).
Además, para un motor de movimiento alternativo, el controlador puede dirigir los inyectores de combustible y/o aire para inyectar combustible y/o aire, respectivamente, durante los movimientos hacia abajo y/o hacia arriba del pistón. En algunas realizaciones, el controlador puede dirigir los inyectores de combustible y/o aire para inyectar combustible y/o aire durante la carrera descendente del pistón (por ejemplo, en un ciclo de cuatro tiempos, durante la admisión y/o durante la carrera de potencia). Por ejemplo, inyectar aire y/o combustible durante la carrera de potencia puede mejorar el encendido del combustible y/o proporcionar potencia adicional. En una o más realizaciones adicionales o alternativas, el controlador puede dirigir los inyectores de combustible y/o aire para inyectar combustible y/o aire durante la carrera de escape (por ejemplo, en un ciclo de cuatro tiempos), lo que puede ayudar a evacuar los gases de escape fuera del cilindro.
En algunos casos, el controlador puede determinar realizar múltiples inyecciones de aire y combustible para producir mezclas de aire-combustible estequiométricas y/o pobres en la cámara o cámaras de combustión del motor. Por ejemplo, el controlador puede determinar la sincronización de la inyección, al menos en parte, en base a las orientaciones seleccionadas y/o predeterminadas del eje de salida (por ejemplo, la orientación del cigüeñal de un motor de movimiento alternativo), las posiciones seleccionadas y/o predeterminadas del pistón en el cilindro, combinaciones de los anteriores, etc. Además, el controlador puede determinar hacer una o más inyecciones de aire y combustible tales que pueden producir mezclas estequiométricas y/o pobres, y hacer una o más inyecciones de aire y combustible que pueden producir mezclas ricas (por ejemplo, que puede reducir o minimizar el aumento de temperatura del motor durante la combustión estequiométrica y/o pobre).
En algunos casos, el controlador puede determinar accionar uno o más cilindros del motor en cualquier ciclo de combustión de número par (por ejemplo, dos, cuatro, seis, etc.). Por ejemplo, el controlador puede determinar inyectar aire y combustible en uno, algunos o todos los cilindros en cada carrera descendente del pistón, en cada segunda carrera descendente, en cada tercera carrera descendente, y así sucesivamente. Por ejemplo, el controlador puede determinar accionar algunos o todos los cilindros en un ciclo de dos tiempos durante una cantidad de tiempo predeterminada para cumplir con los requisitos de energía solicitados en una o más entradas recibidas por el controlador y, bajo algunas condiciones, puede determinar que después de que se cumplan tales requisitos de potencia, los cilindros se pueden operar en ciclos de cuatro tiempos.
En algunas realizaciones, el controlador puede determinar apagar o cerrar una o algunas de las cámaras de combustión (por ejemplo, uno o algunos de los cilindros). Por ejemplo, el controlador puede determinar qué cilindro o cilindros se pueden apagar para mejorar la eficiencia del combustible mientras se cumplen los requisitos de salida de potencia. Por ejemplo, el controlador puede determinar apagar la inyección de combustible y/o aire a uno o más cilindros (por ejemplo, para detener la combustión del combustible en tales cilindros). Bajo algunas condiciones de operación, el controlador también puede determinar cerrar y/o mantener cerradas las válvulas de escape de los cilindros apagados.
En algunos casos, se puede requerir una chispa para producir la combustión de la mezcla de aire-combustible en el cilindro o cilindros. Por ejemplo, una mezcla de aire-gasolina se puede encender en el cilindro mediante una chispa (por ejemplo, de un encendedor de combustible, tal como una bujía). Como tal, en una o más realizaciones, el controlador realiza o ejecuta una acción 230 de determinar la sincronización de la chispa en una o más cámaras de combustión (por ejemplo, en los cilindros). Por ejemplo, para un motor de movimiento alternativo, el controlador puede determinar inyectar combustible y aire en múltiples momentos y/o ubicaciones durante la carrera descendente de un pistón. De manera similar, el controlador puede determinar uno o más momentos para proporcionar una chispa en el cilindro, que puede corresponder con uno o más momentos de inyecciones de combustible y/o aire (por ejemplo, aproximadamente en el mismo momento o momentos en los que se inyectan el combustible y el aire; en una cantidad de tiempo seleccionada y/o predeterminada después de la inyección de aire y/o combustible en el cilindro; en ubicaciones seleccionadas y/o predeterminadas del pistón y/o en la orientación del cigüeñal, que se puede basar en la entrada desde el codificador; etc.). En cualquier caso, el controlador puede determinar los tiempos adecuados para proporcionar una chispa en el cilindro o cilindros correspondiente para quemar la mezcla de airecombustible en los mismos.
Como se ha descrito anteriormente, generalmente, las bielas del pistón que pueden conectar de manera giratoria los pistones al cigüeñal, y el movimiento alternativo de los pistones en los cilindros correspondientes pueden producir la rotación del cigüeñal. Como tal, dependiendo de la posición angular de la biela del pistón con respecto al cigüeñal, la fuerza hacia abajo o el movimiento del pistón puede producir un par correspondiente sobre y/o una rotación del cigüeñal en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario al de las agujas del reloj. Por ejemplo, en el punto muerto superior (TDC), la biela puede estar paralela al eje central del cilindro y perpendicular al cigüeñal (por ejemplo, la fuerza hacia abajo sobre el pistón puede no producir rotación del cigüeñal). De manera análoga, cuando el pistón está en una ubicación que está antes del TDC (BTDC) o después del TDC (ATDC), el punto de conexión de la biela del pistón puede estar en un ángulo no perpendicular con relación al eje de rotación del cigüeñal (por ejemplo, la fuerza hacia abajo sobre el pistón puede producir la correspondiente rotación en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario al de las agujas del reloj del cigüeñal). Por ejemplo, cuando el pistón está en el BTDC, la fuerza aplicada al pistón puede producir la correspondiente fuerza relativa en el sentido contrario al de las agujas del reloj y/o la rotación del cigüeñal; cuando el pistón está después del TDC (ATDC), la fuerza aplicada al pistón puede producir la correspondiente fuerza relativa en el sentido de las agujas del reloj y/o la rotación del cigüeñal.
Como se ha señalado anteriormente, el controlador puede recibir una entrada desde un codificador, y tal entrada puede identificar una orientación relativa del cigüeñal del motor. Además, en algunos casos, en base a la orientación radial relativa del cigüeñal, el controlador puede determinar o correlacionar las posiciones del pistón o pistones en los cilindros (por ejemplo, donde cada uno de los pistones está colocado con relación al TDC). En algunas realizaciones, el controlador puede arrancar el motor sin producir una rotación inicial del cigüeñal y/o movimiento de los pistones (por ejemplo, sin un motor de arranque). Por ejemplo, el controlador puede determinar o identificar uno o más cilindros que tienen pistones colocados en ATDC y puede determinar inyectar aire y/o combustible en tales cilindros y proporcionar una chispa en tales cilindros (cuando sea adecuado) para encender la mezcla de airecombustible (por ejemplo, el controlador puede determinar o identificar los cilindros para proporcionar una mezcla de aire-combustible y encender tal mezcla para arrancar el motor).
Además, para los cilindros que tienen pistones en ATDC, el controlador puede determinar la secuencia de inyección de aire y/o combustible, así como para proporcionar una chispa para encender la mezcla de aire-combustible (por ejemplo, al menos parcialmente en respuesta a una entrada recibida que solicita el arranque del motor). Por ejemplo, el controlador puede determinar iniciar la inyección de combustible y/o aire en el cilindro que tiene el pistón en una posición o ángulo seleccionado y/o predeterminado con relación al cigüeñal (por ejemplo, el más cercano a un ángulo seleccionado y/o predeterminado y/o después de tal ángulo seleccionado y/o predeterminado). Por ejemplo, el controlador puede determinar iniciar la inyección de combustible y aire y/o puede proporcionar una chispa para encender la mezcla de aire-combustible en el cilindro que tiene un pistón al menos a 10 grados ATDC y/o lo más cerca de 10 grados con relación al cigüeñal. El controlador también puede determinar la cantidad de combustible y aire a inyectar en tales cilindros.
En algunas realizaciones, el controlador puede determinar o identificar cilindros para inyectar aire y/o combustible, así como para encender la mezcla de aire-combustible para detener y/o invertir la rotación del cigüeñal (por ejemplo, al menos parcialmente en respuesta a una entrada recibida que indica parada y/o inversión de la rotación del cigüeñal). Como se ha mencionado anteriormente, el controlador puede recibir una entrada que puede identificar las ubicaciones de los pistones en los cilindros. Por ejemplo, el controlador puede determinar o identificar los cilindros que tienen pistones colocados en BTDC (por ejemplo, en la carrera hacia arriba del pistón) y puede determinar la cantidad de aire y/o combustible adecuado para producir una presión de combustión para detener la rotación del cigüeñal y/o invertir la rotación del mismo. En otras palabras, en base al operación del motor y/o a una o más entradas recibidas (por ejemplo, las RPM del cigüeñal, la carga en el cigüeñal, tal como la carga externa de un mecanismo conectado al eje, la ubicación o ubicaciones de los pistones en los cilindros en el momento de que la solicitud recibida detenga o invierta la rotación del cigüeñal, etc.), el controlador puede determinar la cantidad de par requerido o adecuado para detener y/o invertir la rotación. Además, en algunos ejemplos, el controlador puede determinar la cantidad de aire y combustible a inyectar en uno o más cilindros para producir la cantidad de par determinada para detener y/o invertir la rotación del cigüeñal.
Como se ha mencionado anteriormente, el motor puede estar incluido en cualquier número de vehículos impulsados por motor (por ejemplo, automóvil, embarcación, aeronave, etc.). Por lo tanto, por ejemplo, un operador de tal vehículo puede proporcionar una entrada o solicitud en una interfaz para la inversión de la rotación del movimiento del vehículo. El controlador puede recibir posteriormente la entrada que indica una solicitud para la inversión de la rotación del cigüeñal del motor, y puede determinar la cantidad de aire y combustible a inyectar en el cilindro o cilindros para producir tal inversión, así como también puede identificar los cilindros específicos o adecuados para hacer tales inyecciones de aire y combustible.
En al menos una realización, el controlador realiza o ejecuta una acción 240 de operar uno o más inyectores de aire y/o inyecciones de combustible, al menos en parte, en base a la mezcla de aire-combustible determinada. Como se ha mencionado anteriormente, el combustible y/o el aire se pueden inyectar directamente en los cilindros seleccionados y/o predeterminados. En otras palabras, el controlador puede determinar o identificar uno o más cilindros para inyectar aire y combustible, así como encender la mezcla de aire-combustible en tales cilindros; el controlador puede determinar la cantidad de aire y/o combustible a inyectar; el controlador puede determinar la secuencia (por ejemplo, el orden de inyecciones de aire y/o combustible entre los cilindros); el controlador puede determinar combinaciones de los anteriores.
En algunas realizaciones, el controlador realiza o ejecuta una acción 250 de operar uno o más encendedores de combustible (por ejemplo, bujías), al menos en parte, en base a la sincronización determinada de la chispa (por ejemplo, en la acción 230). Por ejemplo, para un motor de movimiento alternativo, el controlador puede determinar la sincronización para proporcionar la chispa en uno o más de los cilindros (por ejemplo, en base a la entrada desde el codificador, que puede estar relacionada con y/o puede identificar la orientación del cigüeñal y/o las posiciones correspondientes de los pistones). Además, como se ha descrito anteriormente, el codificador puede tener cualquier resolución adecuada (por ejemplo, 1/2 grado o menos, etc.); por lo tanto, en al menos una realización el controlador puede operar los encendedores de combustible sin un retraso añadido o intencionado entre recibir la entrada desde el codificador y operar el encendedor de combustible determinado (por ejemplo, solamente con el retraso inherente en la transmisión de la señal desde el controlador al encendedor de combustible y/o en las operaciones de cálculo del controlador).
También, como se ha descrito anteriormente, el controlador puede determinar inyectar aire y/o combustible en múltiples momentos y/o posiciones del pistón en la carrera descendente del mismo. Además, el controlador puede operar los inyectores de combustible y aire para inyectar aire y combustible en el cilindro en momentos y ubicaciones determinados (de los pistones), así como en cantidades determinadas. En al menos una realización, el controlador puede operar los encendedores de combustible en múltiples momentos seleccionados y/o predeterminados y/o ubicaciones del pistón en el cilindro, que pueden estar relacionados o corresponder a los momentos de operación del controlador de los inyectores de aire y combustible.
Se debería apreciar que las acciones 210-250 descritas anteriormente se pueden realizar por el controlador en cualquier orden adecuado. Además, en algunas realizaciones, una o más de las acciones se pueden omitir y/o sustituir. Por ejemplo, el motor puede operar con cualquier número de combustibles adecuados (por ejemplo, gasóleo, hidrógeno, propano, etc.) y, bajo algunas condiciones de operación, el controlador puede operar o controlar un motor sin una chispa (por ejemplo, un motor que opera con combustible diesel). Como tal, en algunos ejemplos, las acciones 230 y/o 250 se pueden omitir.
Generalmente, el controlador descrito en la presente memoria puede incluir cualquier número de dispositivos informáticos adecuados (por ejemplo, unidades de control de motor (ECU) que pueden ser hardware y/o programadas en software y/u operadas). Además, las acciones o pasos descritos en la presente memoria se pueden ejecutar por instrucciones de software almacenadas en el dispositivo informático (por ejemplo, en la memoria del dispositivo informático) y/o por el hardware que está configurado para ejecutar tales acciones o pasos. En la Figura 12 se ilustra un ejemplo de un dispositivo informático adecuado. Más específicamente, la Figura 12 es un diagrama de bloques de un dispositivo informático 300 según una realización; el dispositivo informático 300 puede estar configurado para realizar uno o más de los procesos o acciones descritos anteriormente.
Por ejemplo, el dispositivo informático 300 puede incluir un programa informático (por ejemplo, codificado en software o hardware), que puede dirigir o proporcionar instrucciones a diversos componentes y/o elementos del dispositivo informático 300 para realizar las acciones descritas anteriormente. En una realización, el dispositivo informático puede comprender un procesador 310, una memoria 320, un dispositivo de almacenamiento 330, una interfaz de I/O 340, una interfaz de comunicación 350 o combinaciones de los mismos. Mientras que la Figura 12 ilustra un dispositivo informático 300 ejemplar, los componentes ilustrados no se pretende que sean limitantes. Se pueden usar componentes adicionales o alternativos en otras realizaciones. Además, en ciertas realizaciones, un dispositivo informático 300 puede incluir menos componentes que los mostrados en la Figura 12.
En algunas realizaciones, el procesador o procesadores 310 incluyen hardware para ejecutar instrucciones, tales como las que componen un programa de ordenador. Como ejemplo y no a modo de limitación, para ejecutar instrucciones, el procesador o procesadores 310 pueden recuperar (u obtener) las instrucciones de un registro interno, una memoria caché interna, una memoria 320 o un dispositivo de almacenamiento 330 y decodificarlas y ejecutarlas. En realizaciones particulares, el procesador o procesadores 310 pueden incluir una o más memorias caché internas para datos, instrucciones o direcciones. Como ejemplo y no a modo de limitación, el procesador o procesadores 310 pueden incluir una o más memorias caché de instrucciones, una o más memorias caché de datos y uno o más almacenadores temporales de traducción anticipada (TLB). Las instrucciones en las memorias caché de instrucciones pueden ser copias de instrucciones en la memoria 320 o en el almacenamiento 330.
El dispositivo informático 300 puede incluir una memoria 320 acoplada al procesador o procesadores 310. La memoria 320 se puede usar para almacenar datos, metadatos, programas o combinaciones de los mismos para su ejecución por el procesador o procesadores. La memoria 320 puede incluir una o más de memorias volátiles y no volátiles, tales como Memoria de Acceso Aleatorio (“RAM”), Memoria de Solo Lectura (“ROM”), un disco de estado sólido (“SSD”), Memoria Rápida, Memoria de Cambio de Fase (“PCM”) u otros tipos de almacenamiento de datos. La memoria 320 puede ser una memoria interna o distribuida.
El dispositivo informático 300 puede incluir un dispositivo de almacenamiento 330 que puede tener almacenamiento para almacenar datos y/o instrucciones. Como ejemplo y no a modo de limitación, el dispositivo de almacenamiento 330 puede comprender un medio de almacenamiento no transitorio descrito anteriormente. El dispositivo de almacenamiento 330 puede incluir una unidad de disco duro (HDD), una unidad de disquete, una memoria rápida, un disco óptico, un disco magnetoóptico, cinta magnética o una unidad de Bus Serie Universal (USB) o una combinación de dos o más de estos. El dispositivo de almacenamiento 330 puede incluir medios extraíbles o no extraíbles (o fijos) cuando sea apropiado. El dispositivo de almacenamiento 330 puede ser interno o externo al dispositivo informático 300. En algunas realizaciones, el dispositivo de almacenamiento 330 es una memoria de estado sólido, no volátil. De manera adicional o alternativa, el dispositivo de almacenamiento 330 puede incluir una memoria de solo lectura (ROM). Cuando sea apropiado, esta ROM puede ser una ROM programada con máscara, una ROM programable (PROM), una PROM borrable (EPROM), una PROM borrable eléctricamente (EEPROM), una ROM alterable eléctricamente (EAROM), una memoria rápida o una combinación de dos o más de éstas.
El dispositivo informático 300 también puede incluir una o más interfaces de entrada o salida (“ I/O”) 340, que se pueden proporcionar para permitir que un usuario proporcione entrada a, reciba salida de y, de otro modo, transfiera datos hacia y desde el dispositivo informático 300. Por ejemplo, la interfaz o interfaces de I/O 340 se pueden acoplar a uno o más sensores (descritos anteriormente (por ejemplo, sensores de presión, sensores de temperatura, sensores de combustible, etc.)) y/o a uno o más dispositivos de entrada (por ejemplo, un acelerador, una interfaz de usuario, un ratón, un teclado numérico o un teclado, una pantalla táctil, una cámara, un escáner óptico, una interfaz de red, un módem, otros dispositivos de I/O conocidos o combinaciones de los mismos). La pantalla táctil se puede activar con un lápiz óptico o con un dedo.
La interfaz o interfaces de I/O 340 pueden incluir y/o pueden tener acoplado, uno o más dispositivos para presentar la salida a un usuario, incluyendo, pero no limitado a, un motor gráfico, un visualizador (por ejemplo, una pantalla de visualización), uno o más controladores de salida (por ejemplo, controladores de visualizador), uno o más altavoces de audio y uno o más controladores de audio. En algunas realizaciones, la interfaz o interfaces de I/O 340 se pueden configurar para proporcionar datos gráficos a una pantalla para presentarlos a un usuario. Los datos gráficos pueden ser representativos de una o más interfaces gráficas de usuario y/o de cualquier otro contenido gráfico que pueda servir para una implementación particular.
El dispositivo informático 300 puede incluir además una interfaz de comunicación 350. La interfaz de comunicación puede incluir hardware, software o ambos. La interfaz de comunicación 350 puede proporcionar una o más interfaces para comunicación (tal como, por ejemplo, comunicación basada en paquetes) entre el dispositivo informático y uno o más de otros dispositivos informáticos 300 o una o más redes. Como ejemplo y no a modo de limitación, la interfaz de comunicación 350 puede incluir un controlador de interfaz de red (NIC) o un adaptador de red para comunicarse con una red Ethernet u otra red cableada o una NIC inalámbrica (WNIC) o un adaptador inalámbrico para comunicarse con una red inalámbrica, tal como una WI-FI.
Esta descripción contempla cualquier red adecuada y cualquier interfaz de comunicación 350 adecuada. Como ejemplo y no a modo de limitación, el dispositivo informático 300 puede comunicarse con una red ad hoc, una red de área personal (PAN), una red de área local (LAN), una red de área extensa (WAN), una red de área metropolitana (MAN) o una o más partes de Internet o con una combinación de dos o más de éstas. Una o más partes de una o más de estas redes pueden ser cableadas o inalámbricas. Como ejemplo, el sistema informático 300 puede comunicarse con una red PAN inalámbrica (WPAN) (tal como, por ejemplo, una WPAN de BLUETOOTH), una red WI-FI, una red WI-MAX, una red de telefonía móvil (tal como, por ejemplo, una red del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM)), u otra red inalámbrica adecuada o con una combinación de las mismas. El dispositivo informático 300 puede incluir cualquier interfaz de comunicación 350 adecuada para cualquiera de estas redes, cuando sea apropiado.
El dispositivo informático 300 puede incluir además un bus 360. El bus 360 puede comprender hardware, software o ambos que acopla componentes del dispositivo informático 300 entre sí. Como ejemplo y no a modo de limitación, el bus 360 puede incluir un Puerto de Gráficos Acelerado (AGP) u otro bus de gráficos, un bus de Arquitectura Estándar Industrial Mejorada (EISA), un bus frontal (FSB), una interconexión HYPERTRANSPORT (HT), un bus de Arquitectura Estándar Industrial (ISA), una interconexión INFINIBAND, un bus de bajo recuento de patillas (LPC), un bus de memoria, un bus de Arquitectura de Micro Canal (MCA), un bus de Interconexión de Componentes Periféricos (PCI), un bus PCI-Express (PCIe), un bus de tecnología avanzada de conexión en serie (SATA), un bus local de Asociación de Estándares Electrónicos de Video (VLB) u otro bus adecuado o una combinación de los mismos.
En algunas realizaciones, se puede usar y/o programar una unidad de control de motor (ECU) adecuada para controlar los elementos y/o componentes del motor y/o para realizar las acciones descritas en la presente memoria. Por ejemplo, el EMS-4, que está disponible en AEM Electronics, se puede programar y/o puede almacenar código de software ejecutable que puede realizar las acciones descritas en la presente memoria para un motor de 4 cilindros. Se debería apreciar que, mientras que en algunas realizaciones el controlador o un dispositivo informático puede ser un ordenador de propósito especial, tal como una ECU adecuada, en realizaciones adicionales o alternativas, el controlador o dispositivo informático puede ser un ordenador de propósito general. La invención se define por las reivindicaciones adjuntas.
Mientras que lo anterior está dirigido a realizaciones de la presente invención, se pueden concebir otras realizaciones y adicionales de la invención sin apartarse del alcance de la misma, y el alcance de la misma está determinado por las reivindicaciones que siguen.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de motor de combustión controlado por ordenador que comprende:
un motor de combustión interna (10) que incluye un eje de salida (13), una o más cámaras de combustión (23), un mecanismo de conversión de energía configurado para convertir un aumento de presión en la una o más cámaras de combustión (23) en rotación del eje de salida (13), y uno o más inyectores de aire (26) conectados de manera operativa a las correspondientes una o más cámaras de combustión, desacoplados mecánicamente del eje de salida, en comunicación fluida con una fuente de aire comprimido y configurados para inyectar sin obstrucciones aire comprimido en la una o más cámaras de combustión (23), en donde el motor de combustión interna (10) no tiene válvulas de admisión de aire para abrir y cerrar el flujo de aire en la una o más cámaras de combustión (23) distintas del uno o más inyectores de aire (26);
un controlador (5) está acoplado de manera operativa a uno o más inyectores de aire (26) y que incluye un procesador (310) y una memoria (320) acoplada al procesador (310) y que contiene instrucciones ejecutables por ordenador que, cuando se ejecutan por el procesador (310), hacen que el controlador realice las acciones de: recibir una o más entradas de operación relacionadas con un parámetro operativo del motor de combustión interna (10);
recibir una o más entradas de uno o más sensores;
determinar una cantidad de aire comprimido a inyectar en cada una de la una o más cámaras de combustión (23) del motor de combustión interna (10) en base a al menos una de la una o más entradas del uno o más sensores o de las entradas de operación; y
operar al menos uno del uno o más inyectores de aire (26) para inyectar directamente la cantidad de aire comprimido, según se determine, en cada una de la una o más cámaras de combustión del motor de combustión interna (10) de una manera que produce volúmenes de combustión predeterminados en las correspondientes de la una o más cámaras de combustión (23), caracterizado por que el uno o más inyectores de aire (26) que incluyen al menos uno de un inyector de combustible de inyección directa de gasolina (GDI) o un inyector de combustible de inyección estratificada de combustible (FSI).
2. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 1, en donde las instrucciones ejecutables por ordenador además hacen que el controlador realice las acciones de:
determinar la cantidad de combustible a inyectar en una o más cámaras de combustión (23) del motor de combustión interna (10); y
operar uno o más inyectores de combustible (26) para inyectar directamente combustible en la una o más cámaras de combustión (23).
3. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 1, en donde el motor de combustión interna incluye múltiples cilindros y pistones que definen múltiples cámaras de combustión (23), y en donde determinar la cantidad de aire comprimido a inyectar en una o más cámaras de combustión (23) del motor de combustión interna incluye determinar la cantidad de aire comprimido a inyectar en cada uno de los múltiples cilindros independientemente unos de otros en base a al menos una de la una o más entradas del uno o más sensores o de las entradas de operación.
4. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 1, en donde operar el uno o más inyectores de aire (26) para inyectar aire directamente en la una o más cámaras de combustión (23) y operar uno o más inyectores de combustible (26) para inyectar combustible directamente en la una o más cámaras de combustión (23) invierte la rotación del eje de salida del motor de combustión interna.
5. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 1, en donde las instrucciones ejecutables por ordenador además hacen que el controlador realice las acciones de iniciar la rotación del eje de salida del motor de combustión interna operando al menos uno del uno o más inyectores de aire (26) para inyectar aire directamente en al menos una de la una o más cámaras de combustión (23), operando al menos uno del uno o más inyectores de combustible (26) para inyectar directamente combustible en al menos una de la una o más cámaras de combustión (23), y encendiendo el combustible en la al menos una de las cámaras de combustión (23).
6. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 1, en donde recibir una o más entradas de uno o más sensores incluye recibir las entradas de uno o más de un sensor de combustible, un sensor de escape, un sensor de posición del eje de salida, un sistema de posicionamiento global (GPS), un sensor de presión del aire, un sensor de temperatura del aire, un sensor de presión de combustible o un sensor de detonación.
7. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 1, en donde el controlador (5) está configurado para que uno o más de operar el uno o más inyectores de aire (26) independientemente unos de otros para inyectar aire en la una o más cámaras de combustión (23), operar uno o más inyectores de combustible (26) independientemente unos de otros para inyectar combustible en la una o más cámaras de combustión (23), u operar una o más válvulas de escape independientemente unas de otras entre las posiciones abierta y cerrada.
8. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 1, que comprende además uno o más sensores conectados de manera operativa al motor de combustión interna (10) y configurados para detectar una o más condiciones relacionadas con la operación del motor de combustión interna, el uno o más sensores además acoplados de manera operativa al controlador (5) y configurados para enviar señales relacionadas con la una o más detectadas de la temperatura del aire a ser inyectado, la presión del aire a ser inyectado, la presión del combustible a ser inyectado o la cantidad de oxígeno presente en el escape.
9. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 8, en donde el controlador (5) está configurado para operar al menos uno del uno o más inyectores de aire (26) o una o más válvulas de escape, al menos en parte, en base a las señales recibidas del uno o más sensores y, opcionalmente, en donde el motor de combustión interna (10) incluye uno o más cilindros, uno o más pistones colocados de manera móvil en los correspondientes del uno o más cilindros y conectados de manera operativa al eje de salida, de manera que el movimiento de los pistones en los cilindros produce la rotación del eje de salida (13), y al menos uno del uno o más sensores está configurado para detectar la orientación del eje de salida (13).
10. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 1, en donde las instrucciones ejecutables por ordenador hacen además que el controlador (5) realice una acción de aumentar el volumen de combustión predeterminado en al menos una cámara de combustión (23) de la una o más cámaras de combustión (23) aumentando la cantidad de aire comprimido inyectado en la al menos una cámara de combustión (23), en donde la cantidad de aire comprimido inyectado en la al menos una cámara de combustión (23) es mayor que el volumen de un cilindro de la al menos una cámara de combustión (23).
11. El sistema de motor de combustión controlado por ordenador de la reivindicación 1, en donde las instrucciones ejecutables por ordenador hacen además que el controlador (5) realice una acción de disminuir el volumen de combustión predeterminado en al menos una cámara de combustión (23) de la una o más cámaras de combustión (23) reduciendo la cantidad de aire comprimido inyectado en la al menos una cámara de combustión (23), en donde la cantidad de aire comprimido inyectado en la al menos una cámara de combustión (23) es menor que el volumen de un cilindro de la al menos una cámara de combustión (23).
12. Un método de operación de un motor de combustión interna, el método que incluye:
recibir una o más entradas de operación relacionadas con un parámetro operativo del motor de combustión interna (10);
recibir una o más entradas de uno o más sensores;
determinar una cantidad de aire comprimido a inyectar en una o más cámaras de combustión (23) del motor de combustión interna (10) en base a al menos la una o más entradas del uno o más sensores o la una o más entradas de operación;
producir un volumen de combustión predeterminado en las correspondientes de la una o más cámaras de combustión (23) inyectando la cantidad de aire comprimido, según se determina en base a la una o más entradas del uno o más sensores, en la una o más cámaras de combustión (23) del motor de combustión interna operando uno o más inyectores de aire (26) conectados de manera operativa a la una o más cámaras de combustión (23), al uno o más inyectores de aire (26) que incluyen al menos uno de un inyector de combustible de inyección directa de gasolina (GDI) o un inyector de combustible de inyección estratificada de combustible, en donde el motor de combustión interna (10) no tiene válvulas de admisión de aire para abrir y cerrar el flujo de aire en la una o más cámaras de combustión (23) distintas del uno o más inyectores de aire (26);
inyectar una cantidad predeterminada de combustible en la una o más cámaras de combustión (23) del motor de combustión interna (10); y
quemar el combustible en la una o más cámaras de combustión (23), girando por ello un eje de salida del motor de combustión interna (10).
13. El método de la reivindicación 12, en donde inyectar la cantidad de aire comprimido en la una o más cámaras de combustión (23) del motor de combustión interna incluye mantener el uno o más inyectores de aire (26) abiertos durante una cantidad de tiempo predeterminado y hacer fluir aire sin obstrucciones en la una o más cámaras de combustión (23).
14. El método de la reivindicación 12, que comprende además disminuir el volumen de combustión predeterminado en al menos una cámara de combustión (23) de la una o más cámaras de combustión (23) reduciendo la cantidad de aire comprimido inyectado en la al menos una cámara de combustión (23), en donde la cantidad de aire comprimido inyectado en la al menos una cámara de combustión (23) es menor que el volumen de un cilindro de la al menos una cámara de combustión (23).
15. El método de la reivindicación 12, que comprende además aumentar el volumen de combustión predeterminado en al menos una cámara de combustión (23) de la una o más cámaras de combustión (23) aumentando la cantidad de aire comprimido inyectado en la al menos una cámara de combustión (23), en donde la cantidad de aire comprimido inyectado en la al menos una cámara de combustión (23) es mayor que el volumen de un cilindro de la al menos una cámara de combustión (23).
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