ES2239252T3 - Procedimiento y dispositivo para igualar el llenado de los cilindros de un motor de combustion multicilindro. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para igualar el llenado de los cilindros de un motor de combustion multicilindro.Info
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Abstract
Procedimiento para igualar el llenado de los cilindros de un motor de combustión multicilindro (14) que presenta un impulsor de válvula mecánico completamente variable (20), con un árbol de regulación (1) que controla la carrera de las válvulas de admisión de un grupo de cilindros y que, junto con su leva de regulación (2) unida solidariamente en rotación, puede ser hecho girar por un actuador electromecánico (3), caracterizado porque, estando el motor (14) en marcha, se miden por medio de un sensor (16) datos del motor dependientes del llenado y, en un aparato de control (15), se transforman éstos, por medio de un software adecuado, en señales con las cuales el actuador (3) hace que gire el árbol de regulación (2) con selectividad de cilindros y fidelidad de fase de apertura y ajusta así la carrera o la sección transversal en el tiempo de las distintas válvulas de admisión y, a consecuencia de ella, el llenado de los distintos cilindros a un valor nominal deseado.
Description
Procedimiento y dispositivo para igualar el
llenado de los cilindros de un motor de combustión
multicilindro.
La invención concierne a un procedimiento y un
dispositivo para igualar el llenado de los cilindros de un motor de
combustión multicilindro, especialmente según el preámbulo de las
reivindicaciones 1 y 8.
En el documento DE 100 06 018 A1 se divulga un
motor de combustión multicilindro que presenta un impulsor de
válvula mecánico completamente variable, con un árbol de regulación
que controla la carrera de todas las válvulas de admisión de un
grupo de cilindros y que, junto con su leva de regulación unida
solidariamente en rotación, puede ser hecho girar por un actuador
electromecánico.
En motores de combustión interna con impulsor de
válvula mecánico completamente variable se obtienen en la baja
marcha en vacío unas carreras de válvula de unas pocas décimas de
milímetro. Por este motivo, las tolerancias de fabricación de los
componentes del impulsor de válvula tienen una repercusión
relativamente fuerte y conducen a carreras de válvula relativamente
diferentes. Éstas conducen, sobre todo en la baja marcha en vacío y
en el intervalo de número de revoluciones y de carga próximo a la
marcha en vacío, a diferencias de llenado parcialmente
considerables entre los cilindros y, por tanto, a una marcha no
estabilizada del motor.
Son ya perceptibles diferencias de llenado
ocasionadas por diferencias de carrera de válvula de unas pocas
centésimas de milímetro. A esto se añade como agravante el hecho de
que los ocupantes de automóviles de turismo pueden registrar
claramente una falta de uniformidad de giro y fluctuaciones de
número de revoluciones del motor en la baja marcha en vacío debido
a la falta de ruidos de circulación. Sin embargo, afortunadamente,
al aumentar el número de revoluciones y la carga del motor aumenta
también rápidamente la carrera de válvula de admisión óptima
necesaria para ello. De este modo, un poco por encima del número de
revoluciones de marcha en vacío y con cargas medias del motor, una
desviación de la carrera de las válvulas apenas tiene influencia
todavía sobre la estabilidad de marcha del motor.
Una posibilidad de intervenir en las tolerancias
de las carreras de válvula consiste también en una distribución de
componentes del impulsor de válvula en grupos de tolerancia
diferentes. Sin embargo, este camino está ligado a un coste
considerable durante el montaje de los grupos de cilindros. Lo mismo
rige para el empleo de dispositivos de ajuste y elementos de
compensación para compensar tolerancias.
Por este motivo, la invención se basa en el
problema de crear para un motor de combustión del género expuesto
con impulsor de válvula mecánico completamente variable un
procedimiento para evitar faltas de uniformidad de giro
condicionadas por el llenado, especialmente en la baja marcha en
vacío y en el intervalo de carga y número de revoluciones próximo a
la marcha en vacío del motor.
El problema se resuelve con las características
de la reivindicación 1. La captación de los datos del motor
dependientes del llenado mientras está en marcha el motor tiene la
ventaja de que se pueden captar también influencias que se
manifiestan solamente en el curso del funcionamiento del motor, por
ejemplo influencias de desgaste o de variaciones de longitud
condicionadas por la temperatura de las partes de control o incluso
influencias ajenas al sistema de control, como vibraciones del tubo
de aspiración, y estas influencias pueden tenerse en cuenta también
al regular el llenado de los cilindros. Mediante aparatos de
control correspondientemente rápidos se procesan inmediatamente los
datos y se transforman éstos en movimientos de ajuste del actuador
electromecánico. Mediante su giro del árbol de regulación selectivo
en cilindros y fiel a la fase de apertura, se regula la igualación
del llenado de los cilindros de un grupo de cilindros en función de
las secciones transversales en el tiempo de las válvulas de
admisión.
Se aminora el problema de una regulación rápida
del árbol de regulación debido a que la falta de uniformidad de giro
del motor motivada por tolerancias se presenta en primer lugar en
el dominio de la marcha en vacío.
Son también ventajosos los tiempos de apertura de
las válvulas de admisión acortados en estos puntos de funcionamiento
con fases de reposo de duración correspondiente.
Las desviaciones de las carreras de válvula
respecto de un valor nominal pueden ser medidas también con un
dispositivo adecuado en un grupo de cilindros montados antes de la
puesta en funcionamiento del motor. Las desviaciones medidas pueden
depositarse como campo característico en el aparato de control del
impulsor de válvula o en el aparato de control central del motor. En
el funcionamiento del motor se efectúa entonces la corrección
selectiva en cilindros de las tolerancias a base de este campo
característico. En este método es posible solamente un control del
llenado de los cilindros. No se puede realizar aquí una regulación
que tenga en cuenta también variaciones que se presenten durante el
funcionamiento del motor.
La regulación según la invención del llenado de
los cilindros se puede materializar sin un coste de construcción
mecánica adicional. El aparato de control ha de equiparse
únicamente con funciones adicionales y eventualmente con una
potencia de cálculo elevada y se tiene que incrementar algo la
potencia del motor de regulación.
Sin embargo, resultan en conjunto ventajas de
costes y de funcionamiento frente a procedimientos mecánicos de
compensación de tolerancias, tal como la asociación por parejas de
los módulos.
La elevada estabilidad de marcha del motor ofrece
en cualquier caso la ventaja de reducciones de costes en la
periferia del motor. Esto rige, por ejemplo, en el caso de un
volante de impulsión de dos masas o en el caso de la suspensión del
motor y de la amortiguación de ruidos.
En la fabricación son posibles ahorros debido a
tolerancias más grandes de los componentes del impulsor de las
válvulas, ya que estas tolerancias pueden compensarse mediante la
regulación del llenado.
Es ventajoso también que, por ejemplo, la falta
de uniformidad de giro o el valor lambda, en combinación con la
cantidad de inyección o la duración de inyección del carburante o
la señal de un sensor de autoencendido, puede servir para
dictaminar sobre el llenado de los distintos cilindros, es decir que
puede recurrirse a señales de sensor existentes. La falta de
uniformidad de giro es una secuencia de ciclos de trabajo que se
desarrollan con diferente rapidez, la cual puede ser leída, por
ejemplo, en marcas dispuestas en el perímetro del volante de
impulsión. Una sonda lambda de alta resolución permite, en
combinación con boquillas de inyección calibradas, sacar
conclusiones sobre el llenado de los distintos cilindros. Un sensor
de autoencendido hace posible determinar el tiempo de apertura de
las válvulas de admisión a través de una medición del sonido
estructural.
La falta de uniformidad de giro conduce a la
corrección del llenado de los distintos cilindros, ya que en el
aparato de control se generan por medio de un software
correspondiente, sobre la base de diferencias de tiempos de marcha
de los ciclos de trabajo de los distintos cilindros, unas curvas de
adaptación que son reajustadas por el actuador con selectividad
para los cilindros y fidelidad de fase de apertura y que conducen,
a través del árbol de regulación, a correcciones correspondientes
de las secciones transversales en el tiempo de las distintas
válvulas de admisión y, por tanto, del llenado de los distintos
cilindros.
Se consigue una corrección especialmente precisa
de los valores de llenado efectuando la igualación del llenado de
los distintos cilindros en pasos determinados y a través de un
número mayor de ciclos de trabajo, hasta que finalmente las
desviaciones se encuentran por debajo de un umbral límite
establecido.
Se consigue una corrección especialmente rápida
de los valores de llenado efectuando la compensación de las
diferencias de tiempos de marcha condicionadas por el llenado de
los ciclos de trabajo de los distintos cilindros mediante unos
valores de adaptación que están depositados en un campo
característico del aparato de control en función de, por ejemplo,
la diferencia de tiempos de marcha.
Para un funcionamiento con una corrección óptima
del llenado es ventajoso que los valores de adaptación últimamente
utilizados se depositen en una memoria no volátil del aparato de
control al parar el motor y estén disponibles para el arranque
siguiente del motor.
Se consigue también una adaptación óptima del
llenado en estados de funcionamiento extremos haciendo que unos
valores de adaptación para estados de funcionamiento, como arranque
en frío y arranque en caliente, así como funcionamiento en frío y
funcionamiento en caliente del motor, estén almacenados en un campo
característico del aparato de control.
El dispositivo necesario para la puesta en
práctica del procedimiento se caracteriza porque está previsto un
aparato de control que está unido, a través de una primera línea
eléctrica, con un emisor para señales del motor de combustión
relevantes para el llenado de los cilindros y, a través de una
segunda señal eléctrica, con un motor de accionamiento del
actuador.
Usualmente, está previsto para un motor de cuatro
cilindros un único árbol de regulación con el actuador que se
regula. En el caso de un motor de seis o de doce cilindros puede
ser conveniente, con miras a una desconexión de cilindros, que
grupos de tres cilindros estén provistos, cada uno de ellos, de un
árbol de regulación propio y un actuador correspondiente que entren
en acción alternativamente. De este modo, se puede parar cada vez
la mitad de los cilindros mediante un ajuste de carrera cero,
mientras que, no obstante, se mantendrían todos los cilindros en
estado caliente para funcionar.
Otras características de la invención se
desprenden de la descripción siguiente y del dibujo, en el que se
representan esquemáticamente ejemplos de ejecución de la
invención.
Muestran:
la figura 1a, un alzado lateral de un actuador
electromecánico, visto en la dirección axial del árbol de
regulación;
la figura 1b, un alzado lateral del actuador de
la figura 1a, pero visto transversalmente al árbol de regulación y
con un esquema de conexión de un dispositivo para igualar el
llenado de los cilindros;
la figura 2, un diagrama con señales de cigüeñal
de instantes de encendido en la secuencia de encendido de un motor
de cuatro cilindros;
la figura 3, una curva de compensación ajustada
al diagrama de la figura 2 para el actuador a fin de corregir la
carrera de las válvulas de admisión de un motor de cuatro
cilindros; y
la figura 4, un esquema de desarrollo del
programa para el proceso de compensación electromecánica de
tolerancias del llenado de los cilindros.
Las figura 1a y 1b muestran un árbol de
regulación 1 con levas de regulación 2 para un impulsor mecánico de
válvula completamente variable, no representado, de un motor de
combustión multicilindro 14 y una actuador electromecánico 3 para el
árbol de regulación 1.
El actuador 3 presenta una palanca de regulación
4, una palanca de horquilla 5, una transmisión de husillo 6 y un
motor eléctrico 7. La transmisión de husillo 6 está constituida por
una tuerca de husillo 8 con un husillo roscado 9 guiado en
ella.
La palanca de regulación 4 está unida
solidariamente en rotación con el árbol de regulación 1. El extremo
ahorquillado de la palanca de regulación 4 está unido con la
palanca de horquilla 5 a través de un bulón de cojinete 10.
La palanca de horquilla 5 y la tuerca de husillo
8 presentan otros dos bulones de cojinete 11 que las unen
articuladamente, con un eje común que pasa por el centro y por el
eje de la tuerca de husillo 8. De esta manera, la tuerca de husillo
8 está asegurada contra rotación.
El husillo roscado 9 y el árbol 12 del motor
eléctrico están construidos en una sola pieza. Se suprime así un
acoplamiento - necesario en otro caso - entre el husillo roscado 9
y el árbol 12 del motor eléctrico, con lo que resulta una forma de
construcción compacta, rígida y sencilla del actuador 3.
El árbol 12 del motor eléctrico presenta dos
cojinetes y el husillo roscado 9 presenta un cojinete de empuje
adicional 13. Este último es necesario a causa de las altas fuerzas
transversales transmitidas por la palanca de horquilla 5 al husillo
roscado 9 a través de la tuerca de husillo 8. Los tres cojinetes
están dispuestos solidariamente de la culata y uno de ellos está
construido como un cojinete fijo.
Para minimizar la holgura en la transmisión de
husillo, ésta puede hacerse de construcción pretensada. El
pretensado puede conseguirse, por ejemplo, mediante cuerpos de
rodadura con sobremedida.
El pequeño rozamiento del actuador permite el
empleo de un motor eléctrico 7 de débil par de giro que carga la red
de a bordo en solamente una pequeña medida.
La relación de multiplicación entre el motor
eléctrico 7 y el árbol de regulación 1 viene determinada por la
longitud de la palanca de regulación 4 y de la palanca de horquilla
5, así como por el paso y el ajuste de ataque del husillo roscado
9. Con estos componentes mecánicos relativamente sencillos y, por
tanto, baratos se puede lograr una alta relación de reducción entre
el motor eléctrico 7 y el árbol de regulación 1. Esto rige
especialmente para la fase final del movimiento de regulación, en
la que la palanca de horquilla 5 está en posición aproximadamente
perpendicular al husillo roscado 9 y provoca entonces una alta
relación de multiplicación y al mismo tiempo requiere un bajo par de
accionamiento.
El actuador 3 puede montarse en el árbol de
regulación 1 en cualquier posición longitudinal y angular y puede
adaptarse así a las condiciones de montaje del motor de combustión
14.
El actuador 3 se caracteriza por un modo de
construcción sencillo, rígido y compacto. Debido a una holgura
reducida consigue una alta precisión de posicionamiento y debido a
un pequeño rozamiento consigue una alta velocidad de regulación,
junto con una baja carga de la red de a bordo.
Resulta así adecuado de manera especial para un
dispositivo 21 destinado a materializar un procedimiento de
igualación del llenado de los distintos cilindros del motor de
combustión multicilindro 14 representado en la figura 1b. Además
del actuador existente 3, el dispositivo 21 necesita únicamente un
aparato de control 15 que esté unido, a través de una primera línea
eléctrica 17, con un emisor 16 de medida de la falta de uniformidad
de giro del cigüeñal y, a través de una segunda línea eléctrica 18,
con el motor eléctrico 7 del actuador 3. La unión operativa -
existente de todos modos cuando el actuador 3 está montado - entre
las levas de regulación 2 y el impulsor de válvula mecánico
variable 20 está insinuada mediante una línea de trazos 19.
El aparato de control 15 puede ser parte de un
aparato de control central del motor, estar integrado en éste o ser
parte de un aparato de control especial del dispositivo 21.
Eventualmente, se tienen que incrementar su capacidad de cálculo y
su volumen de funciones.
El coste suplementario de equipamiento para el
dispositivo se reduce al emisor 16 (existente ya en parte) y
eventualmente a un motor eléctrico 7 más potente. No se necesitan
módulos mecánicos adicionales de ninguna clase.
La falta de uniformidad de giro del cigüeñal del
motor de combustión 14 está representada en un diagrama de la figura
2, concretamente sobre un eje de tiempos en grados de ángulo de
leva como intervalo temporal diferente de las señales portadoras o
instantes de encendido ZOT de un motor de cuatro tiempos y cuatro
cilindros en su secuencia de encendido
1-3-4-2. La
separación temporal de los instantes de encendido ZOT corresponde a
la duración de los respectivos ciclos de trabajo, la cual depende
del llenado de los distintos cilindros. Cortos tiempos de ciclo de
trabajo corresponden a un llenado alto con combustión rasante y
tiempos de ciclo de trabajo largos corresponden a un llenado pequeño
con combustión arrastrada.
En la figura 3 se representa un diagrama que está
ajustado al diagrama de la figura 2. En abscisas se han registrado
en grados de ángulo de leva los puntos muertos de solapamiento ÜOT
de los cilindros en la secuencia de encendido
1-3-4-2 del motor de
cuatro tiempos y cuatro cilindros. En ordenadas se han registrados
las diferencias de las carreras de las válvulas de admisión con
respecto a una línea 23 que representa la carrera promediada de las
válvulas de admisión para el respectivo estado de funcionamiento
actual. Entre los puntos muertos de solapamiento ÜOT están
representadas curvas de compensación 22 que se han generado
mediante una evaluación correspondiente de las señales del emisor
en combinación con un software correspondiente sobre la base de
tiempos de ciclo de trabajo diferentes en el aparato de control 15.
Las curvas de compensación 22 contrarrestan las diferencias de
llenado condicionadas por las tolerancias mediante correcciones de
la carrera de las válvulas. En cilindros con un llenado demasiado
pequeño sobrepasan la línea 23 (lo que es igual a un aumento de la
carrera de las válvulas) y se quedan por debajo de esta línea en
cilindros con un llenado demasiado alto (lo que es igual a una
reducción de la carrera de las válvulas).
Las curvas de compensación 22 son reajustadas por
el actuador 3 de conformidad con la fase. Así, se adaptan la
respectiva carrera de válvula y la duración de admisión ligada a
ella. En este caso, para un llenado uniforme es menos decisiva la
misma carrera de válvula que, por el contrario, la misma sección
transversal en el tiempo de las válvulas de admisión.
Es posible también alcanzar escalonadamente los
valores de las curvas de compensación 22, lo que puede efectuarse en
pasos determinados a través de una secuencia mayor de maniobras de
trabajo hasta que, finalmente, las diferencias de tiempos de marcha
de los ciclos de trabajo de los distintos cilindros estén por
debajo de un umbral de valor límite establecido.
El diagrama de desarrollo representado en la
figura 4 se refiere exclusivamente a la rutina que regula la
compensación electromecánica de tolerancias. Otras funciones del
aparato de control del motor para, por ejemplo, preparación de la
mezcla, evaluación de los deseos del conductor, tratamiento
posterior de los gases de escape, etc. se desarrollan aquí en
paralelo y no se han representado en el diagrama de desarrollo.
Después del arranque del motor, se comprueba
mediante un proceso (posición 24) si están presentes, de marchas
precedentes del motor, valores de compensación para la compensación
electromecánica de tolerancias (en lo que sigue llamada
abreviadamente EMT). En caso de que no existan valores, se arranca
con valores estándar, por ejemplo cero.
Se comprueba después si están previstos (posición
25) el número actual de revoluciones del motor y el estado de
funcionamiento para la EMT. El motor de combustión se hace funcionar
(posición 26) sin EMT, por ejemplo a números de revoluciones del
motor por encima de un número de revoluciones límite, o en
funcionamiento de empuje (en caso de desconexión del empuje). Si se
presenta un intervalo de funcionamiento conveniente, se convierten
las curvas de compensación por medio del actuador (posición 26). Si
no ocurre esto, no tiene lugar ninguna modulación de la carrera de
las válvulas con selectividad de cilindros (posición 27).
Durante la marcha con EMT se determinan por medio
del aparato de control y algoritmos adecuados las fluctuaciones del
sincronismo de marcha entre los distintos cilindros (posición 28).
En caso de que éstas estén fuera de un determinado límite de
tolerancia (posición 29), se efectúa una adaptación de los valores
de adaptación y una variación correspondiente de la curva de
adaptación (posición 30) que deberá ser reajustada por el actuador
en la pasada siguiente por el bucle. Si las diferencias de tiempo
de marcha o de llenado están dentro del límite de tolerancia, se
mantienen inalterados los valores (vía, véase la posición 31).
En caso de que se pare el motor (posición 32), se
depositan los valores de compensación para los respectivos cilindros
en una memoria no volátil del aparato de control del motor. En caso
contrario, se recorre nuevamente el bucle (vía, véase la posición
33).
| 1 | Árbol de regulación |
| 2 | Leva de regulación |
| 3 | Actuador electromecánico |
| 4 | Palanca de regulación |
| 5 | Palanca de horquilla |
| 6 | Transmisión de husillo |
| 7 | Motor eléctrico |
| 8 | Tuerca de husillo |
| 9 | Husillo roscado |
| 10 | Bulón de cojinete |
| 11 | Otro bulón de cojinete |
| 12 | Árbol del motor eléctrico |
| 13 | Cojinete de empuje |
| 14 | Motor de combustión |
| 15 | Aparato de control |
| 16 | Emisor relevante para el llenado |
| 17 | Primera línea eléctrica |
| 18 | Segunda línea eléctrica |
| 19 | Unión operativa |
| 20 | Impulsor de válvula mecánico |
| completamente variable | |
| 21 | Dispositivo para igualar el llenado |
| 22 | Curva de compensación |
| 23 | Línea |
| 24 a 33 | Posición del diagrama de desarrollo |
Claims (8)
1. Procedimiento para igualar el llenado de los
cilindros de un motor de combustión multicilindro (14) que presenta
un impulsor de válvula mecánico completamente variable (20), con un
árbol de regulación (1) que controla la carrera de las válvulas de
admisión de un grupo de cilindros y que, junto con su leva de
regulación (2) unida solidariamente en rotación, puede ser hecho
girar por un actuador electromecánico (3), caracterizado
porque, estando el motor (14) en marcha, se miden por medio de un
sensor (16) datos del motor dependientes del llenado y, en un
aparato de control (15), se transforman éstos, por medio de un
software adecuado, en señales con las cuales el actuador (3) hace
que gire el árbol de regulación (2) con selectividad de cilindros y
fidelidad de fase de apertura y ajusta así la carrera o la sección
transversal en el tiempo de las distintas válvulas de admisión y, a
consecuencia de ella, el llenado de los distintos cilindros a un
valor nominal deseado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque, por ejemplo, la falta de uniformidad
de giro o el valor lambda, en combinación con la cantidad de
inyección o la duración de inyección del carburante o la señal de
un sensor de autoencendido, sirven para dictaminar sobre el llenado
de los distintos cilindros.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque en el aparato de control (15) se
generan por medio de un software correspondiente, sobre la base de
diferencias de tiempos de marcha de los ciclos de trabajo de los
distintos cilindros, unas curvas de adaptación (22) que son
reajustadas por el actuador (3) con selectividad de cilindros y
fidelidad de fase de apertura y que conducen, a través del árbol de
regulación (1), a correcciones correspondientes de las secciones
transversales en el tiempo de las distintas válvulas de admisión y,
por tanto, del llenado de los distintos cilindros.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la igualación del llenado de los
distintos cilindros se efectúa en pasos determinados y a través de
un número mayor de ciclos de trabajo hasta que las desviaciones
estén por debajo de un umbral límite establecido.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la compensación de las diferencias de
tiempos de marcha - condicionadas por el llenado -
de los ciclos de trabajo de los distintos cilindros se efectúa por medio de valores de adaptación establecidos que están depositados en un campo característico del aparato de control (15).
de los ciclos de trabajo de los distintos cilindros se efectúa por medio de valores de adaptación establecidos que están depositados en un campo característico del aparato de control (15).
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque los valores de adaptación últimamente
utilizados se depositan en una memoria no volátil del aparato de
control (15) al parar el motor (14) y quedan disponibles para el
siguiente arranque del motor.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque en un campo característico del aparato
de control (15) están almacenados valores de adaptación para
estados de funcionamiento tales como arranque en frío y en
caliente, así como funcionamiento en frío y en caliente del motor
(14).
8. Dispositivo para igualar el llenado de los
cilindros de un motor de combustión multicilindro (14),
especialmente para la puesta en práctica del procedimiento según
una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el motor (14) presenta
un impulsor de válvula mecánico completamente variable (20), con un
árbol de regulación (1) que controla la carrera de las válvulas de
admisión de un grupo de cilindros y que, junto con sus levas de
regulación (2) unidas solidariamente en rotación, puede ser hecho
girar a través de un actuador electromecánico (3),
caracterizado porque está previsto un aparato de control
(15) que está unido, a través de una primera línea eléctrica (17),
con un emisor (16) para señales del motor de combustión (14)
relevantes para el llenado de los cilindros y, a través de una
segunda línea eléctrica (18), con un motor de accionamiento (7) del
actuador (3).
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