ES2637951B2 - Sistema de control para motores de combustión interna - Google Patents

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Abstract

Sistema de control para motores de combustión interna con cuatro válvulas por cilindro. Una válvula de admisión y una válvula de escape son controladas por un árbol de levas básico.#Otra válvula de admisión y otra válvula de escape son controladas por un árbol de levas de control. Los dos árboles de levas están conectados a un cigüeñal y el régimen del motor está gestionado mediante una unidad electrónica de control. El sistema comprende una unidad motor/generador de control, conectado al árbol de levas de control; un diferencial, conectado al cigüeñal y al árbol de levas de control; un eje de control, conectado al diferencial; un actuador, conectado al eje de control; una válvula restrictora unidireccional conectada a una válvula de cierre y al actuador; un circuito de aceite, conectado al actuador mediante la válvula de cierre y un solenoide de control que actúa sobre la válvula de cierre.

Description

OBJETO DE LA INVENCiÓN La presente invención se refiere a un sistema de control para motores de combustión interna, que optimiza el ciclo realizado por dicho motor variando el momento en que actúan las diferentes válvulas que realizan el ciclo.
El sistema es de aplicación en la industria de la automoción, concretamente en la industria de los motores para vehlculos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN Y PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER En un motor de combustión interna de cuatro tiempos, tanto la admisión de aire como la expulsión de los gases, están controladas por la apertura de las respectivas válvulas de admisión y de escape, que se mueven mediante un árbol de levas conectado al cigüeñal por medio de una correa o una cadena de distribución.
La entrada a los diferentes cilindros a través de las válvulas de admisión se realiza mediante un colector de admisión común que incorpora una válvula de mariposa mediante la que se controla el caudal de aire que accede a los cilindros.
De la misma forma, las válvulas de escape de los diferentes cilindros están conectadas al tubo de escape.
Un motor de gasolina sigue un ciclo de 000 básico de cuatro tiempos en el que, por cada dos vueltas del cigüeñal, se produce un ciclo completo con las cuatro fases: admisión, compresión, expansión y escape. En el interior de cada uno de los cilindros, un pistón realiza un recorrido lineal y altemativo entre un punto muerto superior y un punto muerto inferior. Cuando el pistón está cerca del punto muerto superior, se abre la válvula de admisión para permitir el paso de aire al interior del cilindro. En la fase de admisión, en el movimiento de bajada del pistón desde su posición más cercana a las válvulas, en el punto muerto superior, se genera una aspiración que contribuye al llenado del cilindro. En el caso de motores de inyección indirecta, el combustible se inyecta en el aire contenido en el colector de admisión, por lo que el aire que entra en los cilindros se encuentra ya mezclado con combustible.
Cuando el pistón llega a las cercan fas del punto muerto inferior o lo supera ligeramente, se cierra la válvula de admisión. En los motores de inyección directa, es en este momento cuando suele inyectarse el combustible en el cilindro.
S 10
En cualquiera de los dos casos, con motores de inyección directa o indirecta, el consumo de combustible es proporcional al volumen de aire que se introduce en el cilindro. Este valor es proporcional al valor del par que genera el motor. Por lo tanto, en los casos en los que se quiere reducir el consumo de combustible Y, por lo tanto, el par del motor, es decir, en situaciones donde lo que se persigue no es obtener la potencia máxima, sino una disminución del consumo, es necesario reducir la cantidad de aire admitida. Esto se lleva a cabo mediante el cierre parcial de la válvula de mariposa del colector de admisión. Este movimiento de la válvula reduce, efectivamente, el caudal de aire, pero aumenta significativamente las pérdidas por bombeo y degrada el rendimiento del motor.
15
Para remediar este inconveniente, es necesario actuar sobre el diagrama de admisión de aire con el fin de reducir las pérdidas por bombeo responsables de esta degradación del rendimiento.
20 25
A tal efecto, se pueden aprovechar dos aplicaciones posibles del ciclo de Atkinson con el fin de reducir la cantidad de aire presente en el cilindro: cierre precoz de la válvula de admisión durante la fase de admisión, reduciendo su diagrama de apertura, con el fin de admitir menos cantidad de aire en el cilindro, o cierre tardío de la válvula de admisión alargando su diagrama de apertura. En este caso, se busca cerrar la válvula de admisión después de haber superado el pistón el punto muerto inferior, para lograr como efecto que, estando ya el cilindro en la fase de compresión, se evacue parte del aire admitido, ya sea puro o mezclado con combustible, y se reduzca , asf, parte de la masa de aire presente en el cilindro.
30
Estos dos enfoques permiten, reducir significativamente las pérdidas por bombeo y asf aumentar el rendimiento del motor en carga parcial con el fin de reducir el consumo de combustible.
35
En el estado de la técnica, ya se conocen una variedad de dispositivos en los que se aplican las soluciones mencionadas anterionnente para conseguir una modificación del diagrama de apertura de la válvula de admisión en un cilindro según el ciclo de Atkinson, con el fin de mejorar el rendimiento de los motores a medio y bajo régimen.
3
Se conocen, en particular, sistemas capaces de aplicar a la válvula de admisión diversos diagramas de apertura posibles que se pueden seleccionar según las necesidades. Estos sistemas incluyen como mínimo dos levas que presentan unas elevaciones y unos tiempos de apertura diferentes. El órgano de transmisión del esfuerzo de empuje, el linguete o balancín, dispone de un sistema de enclavamiento que pennite a la válvula desplazarse segun uno de los diagramas de apertura disponibles. Habitualmente, los sistemas que consiguen que la válvula de admisión realice diferentes diagramas de apertura en función del régimen al que funciona el motor son sistemas que emplean control hidráulico de los elementos que lo
forman.
Es conocido en el estado de la técnica el documento US 52331048, que divulga un procedimiento para operar un motor de combustión intema cuyas cámaras de combustión, asociadas a cada uno de los pistones, están provistas de, al menos, dos válvulas de admisión que incluyen una etapa de determinación de la carga del motor. Cuando el motor está en carga parcial, se aplica una etapa de desfase en las elevaciones de las válvulas de admisión para generar una ley de elevación eqUivalente a una ley de admisión amplia para realizar el ciclo de Atkinson. De esta forma, se obtiene el desfase por medio de un dispositivo que incluye una primera leva para el control de una primera válvula de admisión, dispuesta en un primer árbol de levas y, de una segunda leva para el control de una segunda válvula de admisión, ligada a un segundo árbol de levas, concéntrico al primer árbol y dispuesto en el interior del primer árbol, estando este segundo árbol asociado a un desfasador angular apto para hacer variar la posición angular de una leva por rotación de un árbol de levas con respecto al otro. Segun la invención, la segunda leva está vinculada por un portador de accionamiento al
segundo árbol, desplazándose el portador en una muesca del primer árbol y porque los dos árboles están vinculados o accionados por una misma polea accionada a su vez por una correa, estando dicho segundo árbol accionado también por esta correa.
Son conocidos también los sistemas empleados por los principales fabricantes de automóviles para conseguir este efecto, de tal forma que, cada sistema empleado por cada fabricante es conocido por su propio nombre. Entre los sistemas más conocidos están el VTC de Citroen, el Valvetronic de BMW, el Valvematic de Toyota, el Vtec de Honda, el MIVEC de Mitsubishi, el Variocam Plus de Porsche, el Camtronic de Mercedes, el Valvelift Valve Timing de Audi o el MultiAir de Fiat, todos ellos ampliamente divulgados y de fácil acceso en literatura
relacionada del sector.
Sin embargo, estos sistemas presentan una serie de problemas como son la necesidad del empleo de energra hidráulica que afecta a la potencia final o la falta de continuidad en el régimen, impidiendo la posibilidad de ajustar de forma progresiva el paso de un diagrama de distribución a otro y comportándose de una manera a baja potencia y de otra a alta potencia, de forma discreta y sin ningún tipo de continuidad. Por otro lado, en caso de utilizar motores eléctricos, que permiten un control preciso del sistema a distintos regímenes, son sistemas que resultan de respuesta lenta, debido a que requieren una gran desmultiplicación. Además, el desfase máximo que pueden proporcionar es limitado.
En cualquier caso, todos estos sistemas resultan, en mayor o menor medida, complejos mecánicamente ya que poseen pequeñas piezas sometidas a un movimiento oscilante que compromete su robustez.
La presente invención elimina estos problemas presentando un novedoso sistema en el que se evita el empleo de multitud de piezas móviles y se ofrece una situación de trabajo determinada en función del régimen al que esté trabajando el motor en cada momento determinado.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN El objeto de la presente invención es un sistema de control para motores de combustión interna con cuatro válvulas por cilindro que utilizan dos árboles de levas: un árbol de levas básico y un árbol de levas de control.
El árbol de levas básico controla el movimiento de una primera válvula de admisión y de una primera válvula de escape. El árbol de levas de control controla el movimiento de una segunda válvula de admisión y de una segunda válvula de escape, por cada cilindro.
Los dos árboles de levas están conectados a un cigüeñal y el régimen del motor está gestionado mediante una unidad electrónica de control.
Como caracterlslicas principales, el sistema comprende una unidad motor/generador de control, conectado al árbol de levas de control; un diferencial, conectado al cigüeñal y al árbol de levas de control; un eje de control, conectado al diferencial y con capacidad de girar; un actuador, conectado al eje de control, con capacidad de moverse relativamente al eje de control; una válvula restrictora unidireccional conectada, por un lado, a una válvula de cierre y, por el otro lado, al actuador; un circuito de aceite, conectado al actuador mediante la válvula de cierre y un solenoide de control con capacidad de actuar sobre la válvula de cierre.
Al producirse una variación en el régimen del vehfculo, la unidad electrónica de control del vehiculo envia una señal tanto a la unidad motor/generador de control como al solenoide de control. Al recibir esta señal, por un lado, la unidad motor/generador de control se activa, provocando una variación en el giro del árbol de levas de control que, al estar conectado al diferencial, se desfasa con respecto al árbol de levas básico. El eje de control absorbe este desfase y, al girar, ejerce un esfuerzo sobre el actuador. Por otro lado, el solenoide de control activa la válvula de cierre, permitiendo el paso de aceite entre el circuito de aceite y el actuador por la válvula restrictora unidireccional.
Entonces, el actuador ejerce una fuerza de reacción sobre el eje de control. Al alcanzarse el equilibrio, se desactiva el solenoide de control y se cierra la válvula de cierre, con lo que el eje de control queda desfasado un ángulo determinado.
El actuador puede ser un cilindro dividido en una primera cámara y en una segunda cámara mediante un embolo unido a un eje rigido, ubicado en la primera cámara, de la que sobresale un extremo libre del eje rigido. mediante el que está unido al eje de control. Esta cámara aloja a un muelle coaxial al eje del émbolo. La segunda cámara está unida al circuito de aceite mediante una válvula restrictora y una válvula de cierre controlada por un solenoide de control.
La primera cámara puede estar unida al circuito de aceite mediante una segunda válvula de
cierre que también está controlada por el solenoide de control. Para trabajar en situaciones extremas, tanto la primera cámara como la segunda cámara del actuador comprenden un muelle adicional para oponer resistencia al esfuerzo ejercido por el embolo.
El solenoide de control puede ser desactivado, de forma que la energía generada por el motor/generador de control se puede dirigir a recargar la batería, a alimentar otro dispositivo del vehículo o a una mezcla de los dos, en función de las necesidades.
DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS Para completar la invención que se está describiendo y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de
realización de la misma, se acompañan unos dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado las siguientes figuras:
Las figuras 1 y 2 muestran sendas vistas de un diagrama de funcionamiento de un ciclo de cuatro tiempos realizado por un cilindro mostrando los diferentes momentos de la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape con el motor funcionando a máxima potencia y a mínima potencia, respectivamente.
La figura 3 es una vista esquemática del sistema de control para motores de combustión intema objeto de la invención.
Las figuras 4 a 6 representan el funcionamiento de las válvulas de cierre y restrictora para el paso o bloqueo de aceite entre el circuito de aceite y el actuador en situaciones de régimen estable, de aceleración y de desaceleración del motor, respectivamente.
La figura 7 muestra una segunda forma de realización del actuador.
Las figuras 8 y 9 muestran sendos diagramas de funcionamiento de un ciclo de cuatro tiempos realizado por un cilindro mostrando los diferentes momentos de la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape con el motor funcionando en zona de freno motor y en zona de sobre potencia, respectivamente.
La figura 10 muestra un diagrama de esfuerzos solicitados al eje de control en diferentes situaciones de funcionamiento del motor.
Las figuras 11 a 15 muestran diferentes momentos de trabajo del actuador en función del esfuerzo solicitado por el eje de control. A continuación se facilita un listado de las referencias empleadas en las figuras:
1.
Cigüeñal.
2.
Árbol de levas básico.
3.
Árbol de levas de control.
4.
Diferencial.
5.
Unidad Motor/Generador de control.
6.
Eje de control.
7.
Actuador. 7
8.
Primera cámara del actuador.
9.
Segunda cámara del actuador.
10.
Émbolo.
11 . Eje rigido.
5 12. Muelle.
13.
Válvula restrictora de una sola dirección.
14.
Válvula de cierre.
15.
Solenoide de control.
16. Circuito de aceite. 10 17. Manivela
18.
Orificio calibrado.
19.
Primer muelle adicional.
20.
Segundo muelle adicional.
AA1. Apertura de la válvula de admisión del árbol de levas básico.
15 CA 1 Cierre de la válvula de admisión del árbol de levas básico. AE1 . Apertura de la válvula de escape del árbol de levas básico. CE1 . Cierre de la válvula de escape del árbol de levas básico.
AA2. Apertura de la válvula de admisión del árbol de levas de control. CA2 Cierre de la válvula de admisión del árbol de levas de control. 20 AE2. Apertura de la válvula de escape del árbol de levas de control. CE2. Cierre de la válvula de escape del árbol de levas de control.
REALIZACiÓN PREFERENTE DE LA INVENCiÓN
Para superar el problema técnico planteado en el epigrafe anterior de esta memoria 25 descriptiva, surge el objeto de la invención, que es un sistema de control para motores de combustión interna.
El sistema de control objeto de la invención está desarrollado para motores multiválvulas, preferentemente de cuatro válvulas por cilindro, dos de admisión y dos de escape. Para su 30 funcionamiento se requieren dos árboles de levas (2, 3).
El sistema de control también puede emplearse en motores con otra distribución de válvulas como, por ejemplo, los existentes de tres válvulas por cilindro o de cinco válvulas por cilindro.
B
El primer árbol de levas es un árbol de levas básico (2), con la función de controlar los movimientos de apertura y cierre de una primera válvula de admisi6n y de una primera válvula de escape de cada cilindro.
El segundo árbol de levas es un árbol de levas de control (3), que se ocupa de controlar los movimientos de apertura y cierre de una segunda válvula de admisión y de una segunda válvula de escape de cada cilindro.
Un objeto de la presente invención es un sistema de control en el que se proporciona un desfase, en cada cilindro, en la apertura, en el cierre o en ambos casos, de la segunda válvula de admisión con respecto a la primera.
Otro objeto de la presente invención es un sistema de control en el que se proporciona un desfase, en cada cilindro, en la apertura, en el cierre o en ambos casos, de la segunda válvula de escape con respecto a la primera.
A continuación se describe una forma de funcionamiento del motor en función de la posición relativa de los árboles de levas (2, 3). Como, en realidad, el sistema de control sólo actúa sobre el árbol de levas de control (3), las primeras válvulas, tanto de admisión como de escape, controladas por el árbol de levas básico (2), no sufren ninguna alteración, permaneciendo los momentos de apertura y cierre invariables. Sin embargo, son las segundas válvulas, de admisión y de escape, controladas por el árbol de levas de control (3) las que sufren modificaciones en los tiempos de apertura y cierre.
De esta forma, en la figura 1 se muestra un diagrama de distribución para el funcionamiento del cilindro de un motor a máxima potencia. El árbol de levas de control (3) trabaja en fase con respecto al árbol de levas básico (2), Las dos válvulas de admisión tienen la apertura y cierre sincronizados. En cuanto a las válvulas de escape, tanto la apertura (AE2) como el cierre (CE2) de la segunda válvula de escape se encuentran adelantados con respecto a la primera válvula de escape. Se puede notar como el tiempo de apertura total de la primera válvula de escape es muy superior al de la segunda válvula de escape. La explicación de este hecho se encuentra en que el cierre de las válvulas de escape marca el final del cido y prolongarse más allá significa entrar en la fase de admisión del ciclo siguiente, lo que sería tremendamente perjudicial a la hora de valorar el rendimiento del siguiente ciclo. El sistema de distribución es interesante en cuanto que el volumen de gases generados a máxima potencia es bastante más elevado que en cualquier otro momento del régimen del motor, por lo que interesa poder disponer de un periodo de tiempo mayor para el escape de los gases. De esta forma, la apertura de la segunda válvula de escape (AE2) se produce antes de que el pistón llegue al punto muerto inferior. El cierre de la segunda válvula de escape (CE2) se adelanta, tal y como se ha comentado, aunque el cierre de la primera válvula de escape (CE1), del árbol de levas básico (2), permanece inalterado, por lo que aún permanece abierta y permite que continúe la salida de gases, por lo que no disminuye el tiempo total de apertura.
La figura 2 muestra un diagrama de distribución para el funcionamiento de un motor a mínima potencia. En este caso, el árbol de levas de control (3) ha sufrido un retraso con respecto al árbol de levas básico (2). Esto implica que los momentos de apertura y cierre de las segundas válvulas de admisión y escape se han retrasado en la misma proporción. De esta forma, por un lado, se retrasa la apertura (AA2) y el cierre (CA2) de la segunda válvula de admisión con respecto a la primera válvula de admisión. El retraso de la apertura de esta válvula (AA2), no afecta al comienzo de la admisión de aire en el cilindro, por haberse ya producido la apertura de la primera válvula de admisión (AA1). El retraso en el cierre de la válvula (CA2) implica que, estando en la fase de compresión, parte del aire que ya se encuentra en el cilindro, ya sea puro o mezclado con combustible, va a ser expulsado del cilindro a través de la propia válvula de admisión hacia el colector de admisión para ser recirculado y utilizado en el cilindro siguiente. En este caso, la cantidad de aire remanente en el cilindro es menor, reduciéndose el consumo a costa de una reducción de potencia que, en realidad, no se necesita.
El sistema de control de la invención es el encargado de llevar a cabo el retraso en la apertura y cierre de las segundas válvulas creando un desfase en el giro del árbol de levas de control
(3) con respecto al árbol de levas básico (2). La configuración del sistema de control y su funcionamiento es según se describe a continuación.
Tal y como se ha descrito anteriormente, el sistema de control de la invención se aplica a motores que incorporan un cigüeñal (1 ) conectado a dos árboles de levas (2, 3) identificados como un árbol de levas básico (2), debido a que cumple la función de cualquier árbol de levas, sin más requerimientos, y un árbol de levas de control (3), por ser el que realiza el control del
desfase de las válvulas asociadas a él.
Según se representa en la figura 3, el sistema de control de la invención comprende una unidad motor/generador de control (5) mecánicamente conectada al árbol de levas de control (3).
El sistema de control también comprende un diferencial (4) que se ubica entre el cigüeñal (1) del vehlculo y el árbol de levas de control (3). El diferencial (4) puede estar directamente conectado al árbol de levas de control (3) o a través del motor/generador de control (5).
El tercer eje conectado al diferencial (4) es un eje de control (6). En una posición de régimen estable del eje de control (6), el cigüeñal (1) Y el árbol de levas de control (3) giran en sincronización. Esto implica que el árbol de levas de control (3) gira sin desfase con respecto al árbol de levas básico (2) y las válvulas de admisión y escape de cada cilindro determinan un diagrama de distribución óptimo para obtener la máxima potencia, como el representado en la figura 1.
El eje de control (6) está conectado a un actuador (7) por medio de una manivela (17) que le permite girar un ángulo determinado y mantenerlo estable.
En el ejemplo de realización, el actuador (7) es un cilindro con un émbolo (10) que divide al actuador (7) en dos cámaras (8, 9). En el actuador (7) se encuentra, por un lado, un embolo
(10) unido a un eje rígido (11), coaxial al actuador (7) y que atraviesa una primera cámara (8) del actuador (7) y, por otro lado, un muelle (12) coaxial al eje rígido (11) Y al actuador (7), ubicado en esta misma primera cámara (8). El eje rígido (11) sobresale del actuador (7) y se une por su extremo libre al eje de control (6) mediante una manivela (17), quedando el actuador (7) unido al eje de control (6).
La segunda cámara (9) del actuador (7) está comunicada con un circuito de aceite (16) a través de una válvula restrictora de una sola dirección (13) y de una válvula de cierre (14).
La válvula restrictora (13) es una válvula de actuación mecánica que tiene un orificio de paso de fluido, que se cierra mediante un obturador, y un orificio calibrado (18) de una dimensión bastante inferior. La presión de un fluido es suficiente para vencer el obturador de la válvula restrictora (13) en una dirección y asl poder atravesarla. En la dirección contraria, el paso está restringido únicamente a través del orificio calibrado (18). En este caso, la presión del fluido sobre el obturador es en la dirección de bloquear el paso.
De esta forma, la válvula restrictora (13) cumple dos funciones. Por un lado, estando cerrada, restringe la salida de aceite de la segunda cámara (9) del actuador (7), que solamente podrá producirse a través del orificio calibrado (18), lo que impide la rápida expansión del muelle (12). Por otro lado, estando abierta, da paso libre al aceite en la dirección contraria, desde el circuito de aceite (16) hacia el actuador (7), permitiendo así la rápida compresión del muelle
(12)
y el llenado de aceite de la segunda cámara (9) del actuador (7). Entre el circuito de aceite
(16)
y la válvula restrictora (13) hay una válvula de cierre (14) accionada por medio de un solenoide de control (15) que abre o cierra un orificio de paso para el aceite.
A continuación se describe un ejemplo de funcionamiento de la presente invención.
En principio, hay que recalcar que el sistema de control de la presente invención está enfocado en optimizar el funcionamiento en regímenes a cargas parciales y a la recuperación de energía cinética en desaceleración, todo ello sin penalizar el funcionamiento del motor a plena carga.
Por un lado, la unidad motor/generador de control (5), movida junto con el árbol de levas de control (3), se encarga de determinar la resistencia al giro del conjunto. Las demandas de corriente del motor/generador de control (5) crean un requisito de torsión que es inversamente proporcional a la demanda de potencia. Esto provoca que, en situaciones de menor necesidad de potencia, el motor/generador de control (5) frene al árbol de levas de control (3) creando, a través del diferencial (4), un desfase con el cigüeñal (1) que provoca, a su vez, un giro en el eje de control (6). Esto implica que se ha producido un retraso del árbol de levas de conlrol
(3) con respecto al árbol de levas básico (2) que es proporcional al valor del giro del eje de
control (6). De esta forma, debido a la situación de desaceleración, el giro del eje de control (6) se produce en la dirección de compresión del muelle (12) del actuador (7) . La estabilidad del eje de control
(6) se alcanza al igualarse la fuerza producida por el motor/generador de control (5), que le provoca girar, con la fuerza de compresión del muelle (12). Este equilibrio, por lo tanto, puede calibrarse en función de la constante del muelle que se seleccione.
Asl, al comprimirse el muelle (12) en una desaceleración implica que aumenta la longitud libre de la segunda cámara (9) del actuador (7), creando una depresión que provoca que se abra la válvula restrictora (13) y permila el paso de aceile procedenle del circuito de aceite (16) hasta la segunda cámara (9) del actuador (7), según se ha descrito más arriba.
Por otro lado, el solenoide de control (15) hace que se abra la válvula de cierre (14) y pennita el paso de aceite desde el circuito de aceite (16) al actuador (7).
Al estabilizarse el eje de control (6), el solenoide de control (15) recibe la señal del ECU para cerrar la válvula de cierre (14), de forma que no puede circular aceite entre el circuito de aceite
(16) y el actuador (7).
Esto implica que el árbol de levas de control (3) ha quedado desfasado con respecto al árbol de levas básico (2) y el motor trabaja con un diagrama de distribución como el que se presenta en la figura 2 en las condiciones que se han descrito anteriormente.
Así, al realizar una desaceleración en el vehículo, tanto el motor/generador de control (5) como el solenoide de control (15) reciben una señal desde una unidad de control electrónico o ECU, por sus siglas en inglés, de que el vehículo debe desacelerar y entrar en una situación con requisitos de menos par y mayor ahorro de combustible. Quiere esto decir que prima el ahorro de combustible frente a la entrega de potencia.
Al igual que en caso de desaceleración, en caso de aceleración del vehiculo, el motor/generador de control (5) y el solenoide de control (15) también reciben una señal desde el ECU. El motor/generador de control (5) provoca el mismo movimiento del eje de control (6), solo que en sentido contrario, con lo que el muelle (12) del actuador (7) se expande en lugar de comprimirse. Por su lado, el solenoide de control (15) abre también la válvula de cierre (14) Y el aceite sale de forma restringida por el orificio calibrado (18) de la válvula reslrictora (13) desde la segunda cámara (9) del actuador (7) hasta el circuito de aceite (16), al estar la válvula restrictora (13) cerrada.
Una explicación del flujo de aceite entre la segunda cámara (9) del actuador (7) y el circuito de aceite (16) se representa en las figuras 4 a 6 y se describe a continuación.
En la figura 4 se representa una situación de equilibrio del eje de control (6). En esta situación, no hay flujo de aceite en ninguna dirección. La válvula restnctora (13) bloquea el orificio de paso para el aceite desde el actuador (7) hacia el circuito de aceite (16). El orificio calibrado está abierto y por él sí puede circular aceite, aunque la válvula de cierre (14) cierra el paso de aceite, quedando la válvula restrictora (13) estanca. La válvula de cierre (14) bloquea también el orificio de paso de aceite en dirección contraria. es decir, desde el circuito de aceite (16) hacia el actuador (7).
En la figura 5 se representa una situación en la que el motor se encuentra en fase de aceleración. En esta situación, por un lado, el solenoide de control (15) recibe una señal desde
el ECU para la apertura de la válvula de cierre (14). Por otro lado. el eje de control (6) gira, provocando que el muelle (12) del actuador (7) se expanda y que el embolo (10 ) expulse aceite de la segunda cámara (9) del actuador (7) hacia el circuito de aceite (16), que circulará por el orificio calibrado, al estar el orificio de paso de la válvula reslnclora (13) cerrado. La velocidad de salida del aceite está limitada por el tamaño del orificio calibrado.
En la figura 6 se representa una situación en la que el motor se encuentra en fase de desaceleración. En este caso, el solenoide de control (15) también recibe una señal para la apertura de la válvula de cierre (14) desde el ECU. Además, el eje de control (6) gira en sentido contrario que en la situación anterior, de forma que provoca la compresión del muelle (12) del actuador (7). La segunda cámara (9) del actuador (7) se agranda, creando una depresión que provoca la apertura de la válvula restrictora (13), absorbiendo aceite del circuito de aceite (16).
De esta forma, se refleja como la función de este conjunto de control está enfocado principalmente en mantener estable una posición de equilibrio alcanzado por el eje de control (6), con el correspondiente desfase del árbol de levas de control (3) y de mantener sin efecto pequeñas oscilaciones que se pudieran producir en el diferencial que provocaran oscilaciones en el eje de control (6) sin haber variado el régimen del motor.
En una segunda forma de realización, no representada en las figuras, enfocada en situaciones en las que el esfuerzo provocado en el eje de control (6) es muy grande y la segunda cámara
(9) del actuador (7) pudiera quedar en vacío, se considera un diseño en el que el circuito de aceite (16) conecta también con la primera cámara (8) del actuador (7) mediante una segunda válvula de cierre (14) y un segunda solenoide de control (15), funcionando en sincronía con el primero, de forma que esta primera cámara (8) también queda llena de aceite, provocando que la compresión del muelle (12) no pueda ser brusca.
En otra forma de realización, según se representa en la figura 7, la primera cámara (8) del actuador (7) está conectada con el circuito de aceite (16) mediante una segunda válvula de cierre (14) también controlada por el solenoide de control (15), que ahora controla a las dos válvulas de cierre (14) simultáneamente. Además, el actuador (7) incorpora un primer muelle adicional (19), ubicado en la primera cámara (8) del actuador (7), y un segundo muelle adicional (20), ubicado en la segunda cámara (9) del actuador (7). Los dos muelles adicionales (19, 20) se encuentran fijos en los extremos de las respectivas cámaras (8, 9) Y tienen como función ejercer una fuerza contra el movimiento del embolo (10) en movimientos extremos del eje de control (6). Para ello, la fuerza que ejercen estos muelles adicionales (19, 20) es muy superior a la fuerza que ejerce el muelle (12) inicial. De esta forma, se consigue crear dos modos de funcionamiento extremos que exceden los ajustes para operación normal de trabajo del motor, una para freno motor, con un retraso extra, y otra para sobrepotencia, con avance extra, con un amplio cruce de válvulas, en configuración más deportiva.
Los movimientos de las válvulas para estas dos nuevas situaciones, se representan en las figuras 8 y 9, con el motor trabajando, respectivamente, en zona de freno motor y en zona de sobre potencia.
La figura 10 representa un diagrama de esfuerzos soportados por el embolo (10) en cada una de las situaciones en que trabaja el motor. En el eje de ordenadas está representado el valor de la fuerza ejercida por los muelles (12, 19, 20) sobre el embolo (10) y en el eje de abscisas las diferentes posiciones del actuador (7). La posición del actuador (7) viene representada en las figuras 11 a 15 para las posiciones más significativas del proceso.
Asl, en la figura 11 se representa una posición de freno motor, donde el émbolo (10) actúa sobre el primer muelle adicional (19), ubicado en la primera cámara (8).
La figura 12 representa una posición de ralentí, donde el émbolo (10) aún no ha comenzado a actuar sobre el primer muelle adicional (19), ubicado en la primera cámara (8), estando el embolo (10) en la posición límite.
La figura 13 representa una posición de potencia parcial del motor, en un proceso de aceleración como los que se han descrito en la otra forma de realización del actuador (7) con un único muelle (12).
La figura 14 representa una posición de máxima potencia normal, donde se puede observar que la fuerza solicitada sobre el actuador (7) es cero. En este caso, el émbolo (10) se encuentra en la posición limite antes de comenzar a actuar sobre el segundo muelle adicional (20), ubicado en la segunda cámara (9). Asi, si la fuerza ejercida sobre el actuador (7) es nula, el actuador (7) tenderá a llevar el motor a dicha situación de máxima potencia normal si la válvula de cierre (14) está abierta. Esto es así porque, en caso de fallo de la ECU o del motor/generador (5), el motor podría seguir operando normalmente con solo abrir la valvula de cierre (14), pasando a controlar el aire admitido con una válvula de mariposa convencional de reserva que, en el resto de los casos, permanece abierta.
La figura 15 representa una posición de sobrepotencia, donde el émbolo (10) actúa sobre el segundo muelle adicional (20), ubicado en la segunda cámara (9).
En la figura 10 se puede ver como la función de los muelles adicionales (19, 20), situados en los extremos de cada una de las cámaras (8, 9) del actuador (7), es aumentar considerablemente la pendiente de la curva, es decir, aumentar el esfuerzo solicitado al émbolo (10) en gran medida para cambios de régimen pequeños, cuando el émbolo (10) entra en contacto con ellos para que las zonas de retención y sobre-potencia queden peñectamente delimitadas.
La velocidad de respuesta en deceleración puede ser tan grande como se desee simplemente montando el motor/generador de control (5) con las dimensiones apropiadas. En cuanto a la aceleración, el limite vendrá impuesto por la fuerza de los muelles (12, 19, 20) Y la restricción que la válvula restnctora (13) permita según su diseño, principalmente en cuanto a la dimensión del orificio calibrado (18).
De hecho, el motor/generador de control (5), incluso, pOdría sustituir al generador del vehículo. En este caso, basta con bloquear la función del solenoide de control (15) y permitir que las válvulas de los cilindros sigan funcionando segun el diagrama de distribución que segulan hasta el momento. En estos casos, la energla eléctrica generada por el motor/generador de control (5) es destinada a recargar las baterías de vehículo o bien a cubrir el consumo eléctrico de otros disposrtivos del vehlculo.
En cualquier caso, el motor/generador de control (5) también puede actuar como motor eléctrico para colaborar en situaciones de aceleración, según sea la forma en que sea solicitado. De esta forma, el motor/generador de control (5) podrla, incluso, sustituir al motor de arranque.
Hay que resaltar que, estando la válvula de cierre (14) abierta, en todas las posiciones se puede alcanzar una situación de equilibrio oponiendo la acción del motor/generador de control (5), mediante el esfuerzo sobre el actuador (7) imprimido por el eje de control (6), a la acción de los muelles (12,19, 20). Y, una vez alcanzado el equilibrio y cerrarse las válvulas de cierre (14), el esfuerzo sobre el embolo (10) del actuador (7) se contrarresta por la presión del aceite
ubicado en las cámaras (8, 9).
En proceso de aceleración, la energía consumida por el motor/generador de control (5), cuando impulsa el eje de control (6), se transmite al motor de combustión y, por tanto, no sólo ordena acelerar sino que también contribuye a dicha aceleración.
En proceso de desaceleración, las corrientes generadas por el motor/generador de control (5) no s610 obligan al motor de combustión a reducir su régimen, sino que también recuperan energía cinética que puede ser almacenada.
Por el contrario, cuando se cierra la válvula de cierre (14), el motor de combustión mantiene sus prestaciones fijas, mientras que el motor/generador de control (S) puede, según convenga,
o bien generar energía para otros usos actuales o posteriores o bien contribuir al movimiento
del vehículo. De esta forma, se realizan dos funciones simultáneamente. Por una parte, se controla el motor de combustión sin coste energético V, por otra, se crea un conjunto de motor hlbrido con ambos motores eléctrico V de combustión en perfecta sincronía.
Asl, no solo la capacidad de retención es también superior a la de un motor convencional sino que, con el sistema de la invención, se aumenta el rendimiento del motor de combustión V, no s610 no se penaliza su máxima entrega de potencia, sino que además, en caso necesario, también la puede incrementar.
En este eplgrafe se ha descrito una realización preferente de la invención, a partir de lo aquí descrito se podrán desarrollar otras realizaciones. Por tanto, el alcance real de la invención lo confieren las reivindicaciones que a continuación se muestran.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema de control para motores de combustión interna con cuatro válvulas por cilindro que utilizan un árbol de levas básico (2), que controla el movimiento de una primera válvula de admisión y de una primera válvula de escape, y un árbol de levas de control (3) que controla el movimiento de una segunda válvula de admisión y de una segunda válvula de escape, por cada cilindro, estando los dos árboles de levas (2, 3) conectados a un cigüeñal y estando el régimen del motor gestionado mediante una unidad electrónica de control, caracterizado por que comprende:
    una unidad motor/generador de control (5) conectado al árbol de levas de control (3), un diferencial (4) conectado al cigüeñal (1) y al árbol de levas de control (3), un eje de control (6), conectado al diferencial (4), con capacidad de girar, un actuador (7), conectado al eje de control (6), con capacidad de moverse relativamente al eje de control (6), una válvula reslrictora unidireccional (13) conectada por un lado, a una válvula de cierre (14) y, por el otro lado, al actuador (7), un circuito de aceite (16) conectado al actuador (7) mediante la válvula de cierre (14), un solenoide de control (15) con capacidad de actuar sobre la válvula de cierre (14),
    donde, al producirse una variación en el régimen del vehlculo, la unidad electrónica de control del vehlculo envla una señal a la unidad motor/generador de control (S) y al solenoide de control (15) de forma que:
    la unidad motor/generador de control (5) se activa provocando una variación en el giro del árbol de levas de control (3) que, debido al diferencial (4), se desfasa con respecto al árbol de levas básico (2), absorbiendo este desfase el eje de control (6) que, al girar, ejerce un esfuerzo sobre el actuador (7), y el solenoide de control (15) activa la válvula de cierre (14), permitiendo el paso de aceite entre el circuito de aceite (16) y el actuador (7) por la válvula restrictora unidireccional (13),
    de forma que, el actuador (7) ejerce una fuerza de reacción sobre el eje de control (6) y, al alcanzarse el equilibrio, se desactiva el solenoide de control (15), cerrándose la válvula de cierre (14) Y quedando el eje de control (6) desfasado un ángulo determinado.
  2. 2. Sistema de control para motores de combustión interna, según la reivindicación 1, caracterizado por que el actuador (7) es un cilindro dividido en una primera cámara (8) y en
    35 una segunda cámara (9) mediante un embolo (10) que está unido a un eje rígido (11), coaxial a un muelle (12) y ubicado en la primera cámara (8), de la que sobresale un extremo libre del
    eje r1gido (11), mediante el que está unido al eje de control (6), estando la segunda cámara
    (9) unida al circuito de aceite mediante una válvula restnctora (13) y una válvula de cierre (14) controlada por un solenoide de control (15).
    5 3. Sistema de control para motores de combustión interna, según la reivindicación 2, caracterizado por que la primera cámara (8) está unida al circuito de aceite (16) mediante una segunda válvula de cierre (14) controlada por el solenoide de control (15).
  3. 4. Sistema de control para molores de combustión inlema, según la reivindicación 2 o 3, 10 caracterizado por que tanto la primera cámara (8) como la segunda cámara (9) del actuador
    (7) comprenden un muelle adicional (19, 20) para oponer resistencia al esfuerzo ejercido por el embolo (10).
  4. 5. Sistema de control para motores de combustión interna, según cualquiera de las
    15 reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el solenoide de control (15) es desactivable para que la energla generada por el motor/generador de control (5) se dirija a realizar una función a seleccionar entre recargar la baterla, alimentar otro dispositivo del vehículo y una mezcla de los dos.
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