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ES2230419T3 - Motor diesel multicilindrico con valvulas de actuacion variable. - Google Patents

Motor diesel multicilindrico con valvulas de actuacion variable.

Info

Publication number
ES2230419T3
ES2230419T3 ES02012524T ES02012524T ES2230419T3 ES 2230419 T3 ES2230419 T3 ES 2230419T3 ES 02012524 T ES02012524 T ES 02012524T ES 02012524 T ES02012524 T ES 02012524T ES 2230419 T3 ES2230419 T3 ES 2230419T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
exhaust
valve
intake
valves
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES02012524T
Other languages
English (en)
Inventor
Costantino Vafidis
Andrea Pecori
Lorentino Macor
Laura Gianolio
Francesco Vattaneo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centro Ricerche Fiat SCpA
Original Assignee
Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centro Ricerche Fiat SCpA filed Critical Centro Ricerche Fiat SCpA
Application granted granted Critical
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Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Abstract

Motor Diesel multicilíndrico, que comprende: - dos válvulas de admisión (VI ) y dos válvulas de escape (VE) para cada cilindro, equipada cada una de ellas con medios de retorno elásticos (4) respectivos que empujan la válvula hacia su posición cerrada, para controlar los respectivos puertos de admisión y de escape (I, E), - por lo menos un árbol de levas (10) para accionar las válvulas de admisión (VI) y de escape (VE) de los cilindros del motor por medio de los palpadores de válvula (7) respectivos, estando cada una de las válvulas de admisión (VI) y las dos válvulas de escape (VE) controladas por una leva (9) respectiva de dicho árbol de levas (10), - en el que cada uno de dichos palpadores de válvula (7) dirige la válvula de admisión (VI) o de escape (VE) respectiva contra la acción de dichos medios de retorno elásticos (4) por medio de la interposición de medios hidráulicos que incluyen una cámara de fluido presurizado.

Description

Motor diesel multicilíndrico con válvulas de actuación variable.
La presente invención se refiere a motores Diesel multicilíndricos del tipo que utilizan válvulas de actuación variable.
En la patente americana US-A-6 237 551, el solicitante ya ha propuesto un motor de este tipo que incluye:
- dos válvulas de admisión y dos válvulas de escape para cada uno de los cilindros, equipada cada una de ellas con medios de retorno elásticos respectivos que empujan la válvula hacia su posición cerrada, para controlar los respectivos puertos de admisión y de escape,
- por lo menos un árbol de levas para accionar las válvulas de admisión y de escape de los cilindros del motor por medio de los palpadores de válvula respectivos, estando cada una de las válvulas de admisión y las dos válvulas de escape controladas por una leva respectiva de dicho árbol de levas,
- en el que cada uno de dichos palpadores de válvula dirige la válvula de admisión o de escape respectiva contra la acción de dichos medios de retorno elásticos por medio de la interposición de medios hidráulicos que incluyen una cámara de fluido presurizado,
- siendo dicha cámara de fluido presurizado asociada con cada una de las válvulas de admisión o con las dos válvulas de escape adecuada para la conexión mediante una válvula solenoide a un canal de descarga, con el objetivo de desacoplar la válvula de su palpador de válvula respectivo y provocar el cierre rápido de la válvula por el efecto de los medios de retorno elásticos, y
- medios de control electrónicos para controlar cada una de las válvulas solenoide con el fin de variar el tiempo y el recorrido de la respectiva válvula de admisión o de escape según uno o más parámetros de funcionamiento del motor,
- en el que cada leva del árbol de levas presenta un perfil tal que tiende a provocar la apertura de la válvula de entrada o de las válvulas de escape respectivas que controla, no sólo durante la fase de apertura convencional del ciclo de funcionamiento normal del motor, sino también en algunas fases adicionales del ciclo,
- en el que dichos medios de control electrónicos pueden provocar la apertura de cada válvula solenoide para mantener la válvula de admisión o la válvula de escape respectivas cerradas durante la fase convencional mencionada anteriormente y/o durante una o más de dichas fases adicionales en las que la leva respectiva tendería a provocar la apertura de la válvula, a consecuencia de lo cual se puede realizar el motor de manera que funcione de forma selectiva de acuerdo con los diferentes modos de funcionamiento controlados por dichas válvulas solenoides, y
- en el que el perfil de la leva que controla las válvulas de escape es tal, que provoca una fase de apertura adicional de las válvulas de escape sustancialmente durante la parte final de la fase de inducción, llevando a cabo, por lo tanto, un ciclo de funcionamiento del tipo denominado de "postcarga", en el que, debido a un exceso de presión en el puerto de admisión, la apertura de las válvulas de escape durante la parte final de la fase de inducción hace que el aire fresco fluya primero directamente desde el puerto de admisión al puerto de escape, mientras, sucesivamente, después del incremento de presión en el puerto de escape, parte del aire retorna de dicho puerto de escape, entrando en el interior del cilindro aprovechando el exceso de presión en el puerto de escape, mejorando de este modo el rellenado del cilindro.
El objetivo de la presente invención es perfeccionar en mayor medida el motor propuesto anteriormente con el objetivo de conseguir una serie de ventajas tendentes a reducir las emisiones de escape contaminantes y/o superar los problemas de arranque en frío o crear el denominado "humo azul" en la fase de calentamiento después de un arranque en frío, y/o conseguir un rendimiento mejorado y/o reducciones en el consumo.
Con el fin de alcanzar dicho objetivo, el objeto de la presente invención es un motor de combustión interna que presenta la totalidad de las características indicadas anteriormente y que además, está caracterizado porque la leva que controla cada válvula de admisión presenta una forma tal que provoca la apertura de la válvula de admisión respectiva durante la fase de salida normal del motor para realizar la recirculación de gas de escape (EGR) en el interior del motor, debido al hecho de que durante la fase normal de salida, parte del gas de escape pasa desde el cilindro hasta el interior del puerto de admisión, y retorna a continuación al cilindro durante la fase de inducción siguiente, mientras que una parte del gas de escape que ha pasado previamente por el puerto de escape retorna al cilindro durante dicha fase de inducción debido a dicha apertura adicional de la válvula de escape, y como consecuencia de ello las cargas del gas de escape que retornan al cilindro participan en la combustión en el ciclo de motor siguiente.
Gracias a la EGR, se pueden conseguir reducciones sustanciales en el consumo y en las emisiones a cargas y revoluciones bajas cuando el motor está frío. Tal como se puede apreciar, para realizar tanto el ciclo de "postcarga" como la EGR interna, se necesita una apertura adicional de las válvulas de escape durante la fase de inducción. Sin embargo, en ambos casos se consigue la máxima eficiencia con una temporización de avance y elevación diferente para las válvulas de escape. Gracias al uso de válvulas de actuación variable, se puede utilizar una leva con una geometría predeterminada para conseguir ambos objetivos, dado que los medios de control electrónicos mencionados anteriormente que intervienen pueden realizar, para una geometría de leva dada, distintas geometrías de elevación de las válvulas de escape.
En motores tradicionales, la EGR interna únicamente puede realizarse de una forma limitada, debido a que, de otro modo, existiría una reducción excesiva en el remolino de la carga de aire introducida en el interior del cilindro debido a la introducción de una masa de gases quemados con un movimiento angular nulo o bajo o en la dirección opuesta. Según otra característica de la invención, con el fin de reducir significativamente las emisiones a través de un incremento en la tolerabilidad de la EGR interna, las secciones finales de los dos puertos de admisión asociados con cada cilindro presentan una forma tal, que uno canaliza el aire al interior del cilindro en una dirección casi tangencial, mientras que el otro, que presenta una forma de espiral, genera un vórtice giratorio alrededor de un eje que es sustancialmente paralelo al eje del cilindro, pudiendo dichos medios de control electrónicos controlar las dos válvulas de admisión asociadas con dichos puertos de un modo diferenciado y, así, modular el nivel de "remolino" del interior del cilindro. De hecho, el primer puerto de entrada, con la salida tangencial, resulta adecuado para generar un "remolino" significativo desde las primeras etapas de la apertura de la válvula de admisión, mientras que el segundo puerto presenta la función de "rellenado" y únicamente genera "remolinos" en sinergia con el primero. Así, se puede estrangular la inducción de aire al mismo tiempo que se mantiene un remolino elevado, evitando así los riesgos de pérdida de velocidad que se generan debido a una excesiva EGR. Manteniendo el primer puerto abierto y obstruyendo la elevación de la válvula en el segundo se minimizan las pérdidas debidas al efecto de pulso, que presenta un efecto negativo en el consumo.
Gracias al control sobre el ratio de compresión efectiva, el motor según la invención también puede aprovechar, del mismo modo que el motor conocido ya propuesto, la posibilidad de diseñar un motor con un ratio de compresión geométrico relativamente bajo, del orden de 17:1 por ejemplo, o incluso inferior. De este modo, los medios de control electrónicos se pueden situar para que cierren la válvula de admisión después del punto muerto inferior a las máximas revoluciones y cargas y por el contrario, avanzar el cierre de la válvula de admisión en el punto muerto inferior durante el arranque. De este modo, durante el arranque, se aprovecha la totalidad del volumen interno del cilindro para evitar el riesgo de fallo de encendido y producir "humo azul" debido a una baja presión y temperatura, dado que se aprovecha la totalidad del ratio de compresión geométrico del motor, mientras a las máximas revoluciones y cargas se utiliza un avance para la elevación de la válvula similar al convencional.
Según otra característica de la invención, los medios de control electrónicos están dispuestos para avanzar el cierre de las válvulas de admisión y/o para avanzar la apertura de la válvula de escape en arranques fríos con el fin de reducir el flujo de aire que pasa por el motor y, como consecuencia, para una cantidad de calor dada transferida al gas de escape, incrementar la temperatura de escape con el fin de obtener el mismo resultado. Gracias a estas características, se puede obtener un incremento en la temperatura del gas de escape durante el calentamiento, que resulta útil para la activación de los sistemas de tratamiento posterior (catalizadores y trabas) del gas de escape. En algunos motores conocidos, se consigue este resultado por medio de una válvula de mariposa insertada en el puerto de admisión, que, sin embargo, presenta la desventaja de una respuesta dinámica limitada.
Obviamente, el hecho de que el motor según la invención aproveche un sistema EGR en el interior del motor no excluye la posibilidad de utilizar también un sistema EGR externo. En general, la EGR interna (caliente) no resulta tan eficiente como la EGR externa (fría) en la reducción de óxidos de nitrógeno. En cualquier caso, la EGR interna (caliente) se puede utilizar para la reducción de óxidos de nitrógeno durante las primeras fases del calentamiento del motor cuando no se puede maximizar la cantidad de EGR externa debido a sus bajas temperaturas, lo cual tiene como resultado unos niveles de emisión de óxidos de carbono y de hidrocarbonos excesivos.
Otra ventaja importante del motor según la invención, que se deriva de la posibilidad de utilizar la EGR interna, es la obtención de un tipo de combustión HCCI (Ignición en la compresión de la carga homogénea). De hecho, el sistema de accionamiento de válvula variable puede controlar de forma precisa dosis elevadas internas de EGR y diluir la carga para dejarla casi estequiométrica, controlando simultáneamente su temperatura por medio de la mezcla con una EGR externa (fría). Esto resulta de una importancia extrema debido a que la temperatura de la carga influye el retraso de la ignición provocado por la elevada rarefacción de la mezcla y, gracias a la elevada concentración de radicales activos presentes en la EGR caliente, puede acelerar la velocidad de combustión.
El sistema también permite una carga mejorada de homogeneización y estratificación. El control de las válvulas de escape y de admisión de una forma diferenciada se puede ajustar según el estado de funcionamiento del motor y permitir la estratificación del aire y una EGR interna de una forma que se pueda controlar. Desde el punto de vista de controlar la autoignición y la combustión, la combinación de esta estratificación de gases con la posibilidad de introducir combustible en pequeños porciones (múltiple inyección) permite la homogeneización y/o la estratificación combustible/aire/gases residuales directamente desde las primeras fases de inducción. Además, la inyección de una pequeña cantidad (piloto) de combustible durante las últimas fases de compresión permite que se enriquezca la carga localmente y garantiza su ignición y combustión.
El uso de un sensor de oxígeno situado de forma adecuada en el escape del motor permite la corrección continua de la actuación de las válvulas y/o la introducción de combustible para corregir la intensidad de mezcla efectiva de cada uno de los cilindros sobre una base ciclo por ciclo.
Finalmente, el control de aire ciclo por ciclo y la EGR interna provista por el sistema de accionamiento de válvula variable permite la transición de la combustión HCCI a la combustión Diesel convencional sin ningún problema para la conducción del vehículo.
En la fase de apagado del motor, los elevadores de la válvula de admisión y/o de escape están modulados para minimizar la presión de compresión en el interior del cilindro y, como consecuencia, las oscilaciones del par en el eje del motor. Esta estrategia reduce significativamente las sacudidas del motor/vehículo y sustituye el dispositivo de mariposa, insertado en la línea de admisión, que en la actualidad se utiliza con la misma intención.
Además, la posibilidad de cerrar de forma selectiva tanto las válvulas de admisión como las de escape de cualquier cilindro, incluso durante el funcionamiento, permite que los otros cilindros funcionen con mayores cargas y de este modo, de una forma más eficiente en términos de consumo de combustible (modularidad).
A partir de la siguiente descripción de pondrán de manifiesto otras características y ventajas de la presente invención, proporcionadas únicamente a título de ejemplo no limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la Figura 1 es una vista esquemática que ilustra el principio de funcionamiento de un sistema de accionamiento de válvula variable en un motor de combustión interna,
- las Figuras 2 y 3 son vistas parciales en sección en un plano perpendicular al eje de los cilindros y en un plano paralelo al eje de los cilindros del cabezal de cilindro de un motor Diesel de cuatro cilindros según la invención,
- las Figuras 4 y 5 muestran una vista esquemática en perspectiva y una vista en planta que ilustran la forma de los puertos de admisión y de escape asociados con un solo cilindro del motor que se muestra en las Figuras 2 y 3,
- las Figuras 6 y 7 ilustran diagramas que muestran la elevación de las válvulas de admisión y de escape, en distintas condiciones de funcionamiento, del motor según la invención y realizada con el soporte del sistema de accionamiento de válvula variable,
- las Figuras 8(A) a 8(G) ilustran esquemáticamente el ciclo de funcionamiento del motor según la invención, realizado con el objetivo de obtener una EGR interna, y
- la Figura 9 ilustra un diagrama que muestra las ventajas que se derivan de la posibilidad de adoptar un ratio de compresión geométrica inferior, tal y como la invención permite.
La Figura 1 ilustra de forma esquemática el principio de funcionamiento de un sistema de accionamiento de válvula variable en un motor de combustión interna. El número de referencia 1 indica la válvula (que puede ser una válvula de admisión o una válvula de escape) como un conjunto, asociada con un puerto respectivo 2 (de admisión o de escape) formado en el interior del cabezal del cilindro 3 de un motor de combustión interna. La válvula 1 se desplaza hacia su posición cerrada (hacia arriba con referencia a la Figura 1) por medio de un resorte 4, al mismo tiempo que el pistón 5 que actúa en el extremo superior del tallo de la válvula fuerza su apertura. El pistón 5 se controla a su vez a través de aceite a presión que se encuentra presente en la cámara 6 por medio de un pistón 7 que soporta una copa para resorte 8 que coopera con una leva 9 de un árbol de levas 10. La copa para resorte 8 se mantiene en contacto deslizante con la leva 9 mediante un resorte 11. La cámara de presión 6 se puede conectar a un puerto 12, que a su vez se comunica con un acumulador de presión 13, a través de un obturador 14 de una válvula solenoide 15 dirigida por medios de control electrónicos (que no se ilustran) según las condiciones de funcionamiento del motor. Cuando se abre la válvula solenoide 15, se descarga aceite a presión del interior de la cámara 6, provocando el rápido cierre de la válvula 1 bajo el efecto del muelle de retorno 4.
Cuando se cierra la válvula solenoide 15, el aceite presente en la cámara 6 transmite los movimientos del pistón 7 al pistón 5 y de este modo, a la válvula 1, como consecuencia de ello, la posición de la válvula 1 viene determinada por la leva 9. Dicho de otro modo, la leva 9 normalmente controla la apertura de la válvula 1 según un ciclo que depende del perfil de la leva, pero se puede "inutilizar" en cualquier momento que se desee abriendo la válvula solenoide 15, interrumpiendo así la conexión entre el pistón 7 y la válvula 1.
La presente invención se refiere a la aplicación del sistema de accionamiento de válvula variable descrito anteriormente a un motor Diesel multicilíndrico, especialmente del tipo adecuado para la utilización en automóviles, pero también a la aplicación de cualquier otro tipo de sistema de accionamiento de válvula variable con las mismas características o similares.
Las Figuras 2 y 3 ilustran esquemáticamente el cabezal del cilindro de dicho motor, incorporando dos válvulas de admisión V_{I} y dos válvulas de escape V_{E} para cada cilindro. Cada par de válvulas de escape V_{E} se controla mediante un solo pistón actuador 5 por medio de una pieza transversal 16, mientras que las dos válvulas de admisión V_{I} de cada cilindro se controlan por medio de pistones actuadores separados 5.
Haciendo referencia a las figuras 4 y 5, la referencia E indica los dos puertos de escape asociados con cada uno de los cilindros del motor, mientras que I_{1} e I_{2} indican los puertos de admisión.
Tal y como se puede apreciar claramente en la Figura 5, el primer puerto de admisión I_{1} presenta una forma de manera que dirige el flujo de aire que entra en el cilindro en una dirección F_{1}, de modo sustancialmente tangencial con respecto al eje 17 del cilindro. El segundo puerto de admisión I_{2} tiene en su lugar una sección final en espiral que genera un vórtice de aire F_{2}, que gira alrededor de un eje sustancialmente paralelo al eje del cilindro 17, de la entrada al cilindro.
Las Figuras 6 y 7 son diagramas que ilustran la elevación de las válvulas de admisión y de escape del motor, indicadas respectivamente como A y S, correspondientes a las condiciones de funcionamiento adecuadas para llevar a cabo la "postcarga", tal y como ya se ha ilustrado anteriormente, y a las condiciones de funcionamiento adecuadas para la realización de una EGR interna. Para este objetivo, las levas de control de válvula de admisión y de escape están provistas de una protuberancia principal destinada a realizar la elevación normal de las válvulas durante las fases normales de inducción y de escape del ciclo Diesel, y de una protuberancia adicional destinada a llevar a cabo una elevación suplementaria de la válvula de escape durante la fase de inducción normal (Figuras 6 y 7) y de la válvula de admisión durante la fase de escape normal (véase la Figura 7). A pesar del hecho de que la geometría de la leva de control es fija, los diagramas de elevación de válvula en las Figuras 6 y 7 son diferentes, debido a que el cierre de la válvula de admisión se puede avanzar (véase la Figura 6) por medio del sistema de accionamiento de válvula que vacía la cámara de presión antes del cierre "natural" de la válvula de admisión, y debido a que se puede variar en elevación y en duración la fase de apertura de la válvula de escape suplementaria durante la fase de inducción, siempre como resultado de la actuación variable de las válvulas (compárese el diagrama S de la derecha en las Figuras 6 y 7).
Tal y como se ha explicado anteriormente, el modo de funcionamiento que se ha llevado a cabo con las elevaciones de la válvula que se ilustran en la Figura 6, permiten que se consiga un tipo de ciclo "postcarga", donde la apertura adicional de la válvula de escape durante la última fase de inducción asegura que parte del aire que entra en el cilindro durante la fase de inducción pasa directamente desde el puerto de admisión al puerto de escape, desde donde se fuerza posteriormente su retorno al cilindro por medio de la onda de presión creada en el colector de escape debido al hecho de que existe otro cilindro del motor en la fase de escape, con la consecuente ventaja de que mejora la respiración del motor y aumenta el par a bajas velocidades. El sistema de accionamiento de válvula variable permite el cierre de la válvula de admisión de un modo que se puede modificar, con el objetivo de aprovechar de forma óptima la onda de presión que se crea en la salida.
En el modo de funcionamiento correspondiente a los diagramas de elevación de válvula que se ilustran en la Figura 7, existe siempre una elevación de la válvula de escape durante la parte final de la fase de inducción, pero con una temporización y una duración de apertura diferentes con respecto al caso de elevación suplementaria que se ilustra en la Figura 6. Además, en este caso tiene lugar una elevación suplementaria de la válvula de admisión durante la parte inicial de la fase de escape. Este modo de funcionamiento también se ilustra en los esquemas de las Figuras 8 (A) a 8 (G). La Figura 8 (A) ilustra el cilindro en la fase de combustión, con las válvulas de admisión y de escape cerradas. La Figura 8 (B) ilustra la situación en la primera parte de la fase de escape, con la válvula de admisión cerrada y la válvula de escape abierta. En esta fase, el pistón se eleva expulsando los gases de combustión B a través del puerto de escape. La Figura 8 (C) ilustra la situación en una parte sucesiva de la fase de escape, cuando se ha abierto la válvula de escape, como consecuencia de lo cual una parte B_{A} de los gases quemados entra en el puerto de admisión y en el colector de admisión. La Figura 8 (D) ilustra la situación inmediatamente después del cierre de la válvula de admisión durante la fase de escape. En dicha fase, una cantidad B_{A} de los gases quemados permanece atrapada en el puerto de admisión, mientras que la válvula de escape siempre está abierta para permitir la descarga de los gases quemados. La Figura 8 (E) ilustra la fase de inducción sucesiva normal, en la que la válvula de escape se encuentra cerrada y la válvula de admisión, abierta. En esta fase, la cantidad de gases de escape B_{A} que permanece atrapada en el puerto de admisión vuelve a entrar en el cilindro. La válvula de escape se cierra. En la parte final de la fase de inducción normal, la apertura suplementaria de la válvula de escape (Figura 8 (F)) permite que una segunda carga de gas quemado B_{S}, que se encontraba anteriormente en el puerto de escape, vuelva a entrar en el cilindro bajo el efecto de la depresión en el mismo. La Figura 8 (G) ilustra la situación después del cierre de la válvula de admisión y al final de la fase suplementaria de apertura de la válvula, en la que las dos cantidades de gas de escape B_{A} y B_{S} quedan atrapadas en el interior del cilindro, junto con la carga de aire fresco A. De este modo, los gases quemados B_{A} y B_{S} participan en la combustión de la fase de combustión siguiente, realizando así la recirculación del gas de escape (EGR) en el interior del motor.
Según la invención, se pueden llevar a cabo de forma selectiva los accionamientos duales de las válvulas mencionados anteriormente o únicamente uno de ellos.
Además, resulta posible anticipar el cierre de la válvula de escape y, por lo tanto, atrapar los gases residuales en el interior del cilindro.
La EGR permite una reducción en el consumo de combustible y en las emisiones en condiciones de funcionamiento en frío a bajas revoluciones y cargas. Tal y como se puede apreciar, se consigue la máxima eficiencia del sistema con la elevación suplementaria de la válvula de escape, que presenta una temporización y una duración diferentes en el caso de postcarga (Figura 6) y en el caso de EGR (Figura 7). Sin embargo, a partir de estudios llevados a cabo por parte del solicitante, ha emergido la posibilidad de utilizar un único perfil de leva para ambas funciones, dado que el accionamiento variable de las válvulas permite la regulación del cierre de salida, así como la temporización y la duración de la apertura suplementaria de la válvula de escape.
En un motor según la invención, la realización de una EGR interna, en la forma de realización que se ilustra en la Figura 7, resulta particularmente ventajoso cuando se utiliza en combinación con la geometría del puerto de entrada que se ilustra en las Figuras 4 y 5. De hecho, la introducción de una EGR interna por medio de la reapertura de la válvula de escape atenúa los torbellinos en el cilindro debido a la introducción de una masa de gases quemados con un movimiento angular nulo o bajo o en la dirección opuesta. La posibilidad de accionar las dos válvulas de admisión de un modo diferente, en combinación con la distinta geometría de los puertos de admisión I_{1} y I_{2}, permite que el torbellino se incremente contrarrestando o cancelando el efecto negativo mencionado anteriormente. De hecho, el puerto I_{1} genera un torbellino intenso desde las primeras etapas de la apertura en la fase de inducción, mientras que el puerto I_{2} tiene la función del rellenado, generando torbellinos únicamente en sinergia con el primer puerto I_{1}. De este modo, accionando las dos válvulas de admisión de un modo diferente, se puede modular el torbellino, reduciendo significativamente las emisiones de escape contaminantes gracias al aumento en la tolerabilidad de la EGR. Esta solución resulta definitivamente más efectiva que la solución tradicional que utiliza una válvula de mariposa en el puerto de entrada, que no garantiza la hermeticidad perfecta y que introduce corrientes secundarias entre el puerto cerrado y el cilindro. Por otro lado, si el cierre de una de las dos válvulas de admisión introduce pérdidas debidas al efecto de pulso, con efectos negativos sobre el consumo, el sistema de accionamiento de válvula variable permite minimizar dicho efecto negativo gracias a la posibilidad de abrir parcialmente la segunda válvula de admisión. Tal y como ya se ha mencionado, este accionamiento, controlado y temporizado de forma oportuna, permite que se mantenga un intenso torbellino en el interior del cilindro con pérdidas de efecto de pulso menores y da lugar a un mejor intercambio consumo/emisión.
Contrariamente, en relación con el efecto "postcarga" realizado con el modo de funcionamiento que se ilustra en la Figura 6, el sistema de accionamiento de válvula variable permite que dicho efecto se genere y optimice sobre una amplia gama de revoluciones de motor útiles. Regulando el cierre de las válvulas de admisión, se puede conseguir un incremento del rendimiento considerable en una zona mucho más amplia de la del plano indicado. El dispositivo de accionamiento de válvula variable también proporciona la posibilidad de excluir la elevación posterior de la válvula de escape en unas condiciones de funcionamiento medias-altas, donde no se desea su presencia o ésta podría ser contraproducente.
Como se ha descrito anteriormente, gracias al control del ratio de compresión efectiva, el sistema de accionamiento de válvula variable permite la adopción de un ratio de compresión geométrica inferior (GCR), con los beneficios correspondientes en términos de prestaciones, tal y como se puede apreciar con claridad en el diagrama de la Figura 9, que muestra el gráfico de la presión media efectiva con respecto a la velocidad del motor para los ratios de compresión geométrica de 17:1 (curva superior) y 18:1 (curva inferior). Tal y como se ha descrito minuciosamente con anterioridad, el sistema de accionamiento de válvula variable proporciona el beneficio de poder realizar el inicio del motor con las válvulas de admisión cerradas en el punto muerto inferior, aprovechando de este modo la totalidad del ratio de compresión geométrica y evitando problemas de pérdida de velocidad y de humo azul debidos a unos niveles de presión y de temperatura bajos. A máximas revoluciones y cargas, se retrasa el cierre de la válvula de admisión hasta después del punto muerto inferior, mientras que a velocidades intermedias se regula para garantizar la ignición, minimizar la temperatura y reducir las emisiones contaminantes.
Tal y como se ha descrito anteriormente, según otra característica de la presente invención, el motor se controla de un modo que eleva la temperatura del gas de escape para activar los sistemas de post-tratamiento (catalizadores y trabas) en arranques fríos. Esto se consigue avanzando el cierre de la válvula de admisión para reducir el flujo de aire que pasa a través del motor, y así, para una cantidad determinada de calor transferida al gas de escape, para incrementar la temperatura de escape. También se puede conseguir el mismo efecto avanzando la apertura de la válvula de escape.
Siempre de acuerdo con la presente invención, el control del motor se proporciona con el fin de realizar un tipo de combustión HCCI por medio de una dosificación EGR, tal y como ya se ha descrito anteriormente. Además, tal como ya se ha descrito también, se puede controlar el sistema para obtener homogeneidad de carga y estratificación, control en bucle cerrado del motor, con la ayuda de un detector de oxígeno situado en la salida, y la transición de HCCI a combustión normal sin ningún problema para la conducción del vehículo. Igualmente, tal y como ya se ha explicado, se puede controlar el motor de un modo que minimice la presión de compresión en el interior del cilindro y, como consecuencia, las oscilaciones de par en el eje del motor durante la fase de desconexión.
Haciendo referencia aún al modo de funcionamiento que cumple la EGR interna, se deberá observar que la EGR interna (caliente) generalmente no resulta tan eficiente en la reducción de óxidos de nitrógeno, como los sistemas de recirculación realizados externamente al motor, los cuales permiten la refrigeración de los gases. Sin embargo, la EGR interna (caliente) se puede utilizar para reducir los óxidos de nitrógeno durante las primeras fases del calentamiento del motor después del arranque, cuando no se puede utilizar la EGR externa debido a su baja temperatura, lo que tiene como resultado una emisión de óxidos de hidrocarbono y de carbono excesiva.

Claims (10)

1. Motor Diesel multicilíndrico, que comprende:
- dos válvulas de admisión (V_{I}) y dos válvulas de escape (V_{E}) para cada cilindro, equipada cada una de ellas con medios de retorno elásticos (4) respectivos que empujan la válvula hacia su posición cerrada, para controlar los respectivos puertos de admisión y de escape (I, E),
- por lo menos un árbol de levas (10) para accionar las válvulas de admisión (V_{I}) y de escape (V_{E}) de los cilindros del motor por medio de los palpadores de válvula (7) respectivos, estando cada una de las válvulas de admisión (V_{I}) y las dos válvulas de escape (V_{E}) controladas por una leva (9) respectiva de dicho árbol de levas (10),
- en el que cada uno de dichos palpadores de válvula (7) dirige la válvula de admisión (V_{I}) o de escape (V_{E}) respectiva contra la acción de dichos medios de retorno elásticos (4) por medio de la interposición de medios hidráulicos que incluyen una cámara de fluido presurizado (6),
- siendo dicha cámara de fluido presurizado (6) asociada con cada una de las válvulas de admisión (V_{I}) o con las dos válvulas de escape (V_{E}) adecuada para la conexión mediante una válvula solenoide (15) a un canal de descarga (12), con el objetivo de desacoplar la válvula de su palpador de válvula respectivo y provocar el cierre rápido de la válvula bajo el efecto de los medios de retorno elásticos (4),
- medios de control electrónicos para controlar cada una de las válvulas solenoide (15) con el fin de variar el tiempo y el recorrido de la respectiva válvula de admisión (V_{I}) o de escape (V_{E}) según uno o más parámetros de funcionamiento del motor,
- en el que cada leva (9) del árbol de levas (10) presenta un perfil tal que tiende a provocar la apertura de la válvula de entrada (V_{I}) respectiva, o de las válvulas de escape (V_{E}) respectivas que controla, no sólo durante la fase de apertura convencional del ciclo de funcionamiento normal del motor, sino también en algunas fases adicionales del ciclo,
- en el que dichos medios de control electrónicos pueden provocar la apertura de cada válvula solenoide (15) para mantener la válvula de admisión (V_{I}) o la válvula de escape (V_{E}) respectivas cerradas durante la fase convencional mencionada anteriormente y/o durante una o más de dichas fases adicionales en las que la leva respectiva tendería a provocar la apertura de la válvula, y como consecuencia de ello se puede realizar el motor de manera que funcione de forma selectiva de acuerdo con los diferentes modos de funcionamiento controlados por dichas válvulas solenoides (15), y
- en el que el perfil de la leva (9) que controla las válvulas de escape (V_{E}) es tal que provoca una fase de apertura adicional de las válvulas de escape sustancialmente durante la parte final de la fase de inducción, llevando a cabo por lo tanto un ciclo de funcionamiento del tipo denominado de "postcarga", en el que, debido a un exceso de presión en el puerto de admisión, la apertura de las válvulas de escape (V_{E}) durante la parte final de la fase de inducción hace que el aire fresco fluya primero directamente desde el puerto de admisión al puerto de escape, mientras que de forma sucesiva, después del incremento de presión en el puerto de escape después del cierre de la válvula de admisión, parte del aire retorna desde dicho puerto de escape y entra en el interior del cilindro aprovechando el exceso de presión del puerto de escape, mejorando de este modo el llenado del cilindro,
estando también dicho motor caracterizado porque la leva de control (9) de cada válvula de admisión (V_{I}) presenta una forma tal que provoca la apertura de la válvula de admisión (V_{I}) respectiva durante la fase normal de escape del motor, para cumplir con la recirculación del gas de escape (EGR) en el interior del motor, debido al hecho de que durante la fase de escape normal, una parte del gas de escape (B_{A}) pasa del cilindro al puerto de admisión (I) y a continuación retorna al cilindro durante la fase de inducción siguiente, mientras que una parte del gas de escape (B_{S}) que ha pasado con anterioridad por el puerto de escape retorna al interior del cilindro durante dicha fase de inducción, debido a dicha apertura adicional de la válvula de escape (V_{E}), y como consecuencia de ello las cargas de gas de escape que retornan al cilindro participan en la combustión en el siguiente ciclo del motor.
2. Motor Diesel multicilíndrico según la reivindicación 1, caracterizado porque los extremos de los dos puertos de admisión (I) asociados con cada uno de los cilindros presentan una forma tal que uno canaliza aire al interior del cilindro en una dirección casi tangencial (F_{1}), mientras que el otro, que presenta una forma en espiral, genera un vórtice giratorio (F_{2}) alrededor de un eje (18) sustancialmente paralelo al eje (17) del cilindro, siendo dichos medios de control electrónicos capaces de controlar las dos válvulas de admisión (V_{I}) asociadas con dichos puertos (I) de un modo diferenciado y pudiendo modular de este modo el nivel de "torbellino" en el interior del cilindro.
3. Motor Diesel multicilíndrico según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de control electrónicos se pueden disponer de manera que cierren la válvula de admisión (V_{I}) después del punto muerto inferior a las revoluciones y cargas máximas y en su lugar, avanzar el cierre de la válvula de admisión a punto muerto inferior durante el arranque.
4. Motor Diesel multicilíndrico según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho motor está provisto de cilindros con un ratio de compresión geométrica (GCR) menor que o igual a 17:1.
5. Motor Diesel multicilíndrico según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de control electrónicos están dispuestos para avanzar el cierre de las válvulas de admisión (V_{I}) y/o para avanzar la apertura de la válvula de escape (V_{E}) en arranques fríos, con el fin de reducir el flujo de aire que pasa a través del motor y, como consecuencia de ello, para una cantidad de calor determinada transferida al gas de escape, para incrementar su temperatura y activar de este modo los sistemas de tratamiento de gas de escape, tales como catalizadores y sistemas para retener partículas.
6. Motor Diesel multicilíndrico según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye medios para la introducción de combustible en el interior del cilindro en pequeñas porciones, por medio de múltiples inyecciones desde las primeras etapas de inducción, realizando de este modo, también debido al mecanismo EGR interno, una estratificación de la carga de gas residual de combustible-aire-gas residual, lo cual permite el control de la autoignición y de la combustión.
7. Motor Diesel multicilíndrico según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye medios para inyectar una pequeña cantidad (piloto) de combustible durante las últimas etapas de compresión que permiten el enriquecimiento local de la carga y asegura su ignición y combustión.
8. Motor Diesel multicilíndrico según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye un detector de oxígeno situado en la salida del motor, estando dichos medios de control electrónicos dispuestos para llevar a cabo la corrección continua del accionamiento de las válvulas y/o para el control de la introducción del combustible, en un modo de bucle cerrado, de acuerdo con la señal generada por dicho detector, para corregir la fuerza de la mezcla efectiva de cada uno de los cilindros de acuerdo con una base ciclo por ciclo.
9. Motor Diesel multicilíndrico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de control electrónicos están dispuestos para modular la elevación de las válvulas de admisión (V_{I}) y/o de escape (V_{E}) durante la desconexión del motor para minimizar la presión de compresión del interior del cilindro y, como consecuencia de ello, también las oscilaciones del par del eje del motor.
10. Motor Diesel multicilíndrico según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de control electrónicos están dispuestos para excluir selectivamente los cilindros y elevar de este modo la carga en los otros y, como consecuencia de ello, su eficiencia térmica, minimizando así el consumo de combustible.
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