BRPI0520523B1 - Método para operação de um motor de combustão interna - Google Patents
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Abstract
método para operação de um motor de combustão interna. a presente invenção se refere a um método para operação de um motor de combustão interna (10), referido motor (10) compreendendo uma pluralidade de cilindros (12) cada um dos quais possuindo pelo menos uma válvula de um primeiro tipo, uma válvula de admissão (5), e pelo menos uma válvula de um segundo tipo, uma válvula de exaustão (7), disposta em uma parte de extremidade do cilindro (12), cada um de referidos cilindros (12) adicionalmente possuindo um pistão (2) movivelmente disposto no mesmo, referido pistão (2) estando adaptado para reciprocar entre uma primeira posição de extremidade (tdc) e uma segunda posição de extremidade (bdc), em que a primeira posição de extremidade (tdc) está localizada mais próxima para as válvulas (5, 7) do que a posição de extremidade inferior (bdc), referido motor (10) estando adaptado para possibilitar desativação de pelo menos um cilindro (12) pela redução de seu suprimento de combustível, referido motor (10) adicionalmente estando adaptado para possibilitar tempos de abertura variados das válvulas de admissão (5) e/ou das válvulas de exaustão (7) a presente invenção está caracterizada pelo fato de que o referido método compreende a etapa de extensão do tempo de abertura total de pelo menos um tipo de válvula (5, 7) de um cilindro desativado (12) comparado com o tempo de abertura do mesmo tipo de válvula (5, 7) quando o cilindro (12) está ativo, referida extensão do tempo de abertura total sendo desempenhada de maneira que pelo menos uma válvula (5, 7) de referido tipo é aberta pelo menos parcialmente tanto durante um primeiro curso de êmbolo de motor, em que o pistão (2) se movimenta em uma direção em direção de sua segunda posição de extremidade (bdc), e quanto bem como durante um segundo curso de êmbolo de motor consecutivo, em que o pistão (2) se movimenta em uma direção em direção de sua primeira posição de extremidade (tdc).
Description
(54) Título: MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA (51) Int.CI.: F02D 13/06 (73) Titular(es): VOLVO LASTVAGNAR AB (72) Inventor(es): PERSSON PER
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MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA
CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO
Λ presente invenção se refere a um método para operação de um motor de combustão interna que funciona com um ou diversos cilindros desativados. Em particular, a presente invenção se refere a um método para operação de um motor a diesel funcionando tanto com cilindros ativos e quanto com cilindros desativados.
PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO
Sistemas de pós-tratamento de gás de exaustão de motor de combustão interna normalmente necessitam ser operados dentro de um determinado intervalo de temperatura. Ocasionalmente, as condições de operação de motor são tais que a temperatura de gás de exaustão se torna excessivamente baixa para o sistema de pós-tratamento de gás de exaustão funcionar apropriadamente. Tipicamente, este é um problema que pode aparecer durante condições de operação em carga baixa de um motor a diesel.
Uma maneira de aumentar a temperatura de gás de exaustão é a de utilizar uma restrição de gás posicionada tanto na lateral de exaustão, de maneira a aumentar a carga de motor, ou quanto na lateral de admissão, de maneira a reduzir a quantidade de ar adentrando os cilindros. Esta abordagem tem, entretanto, algumas desvantagens: na primeira situação isto conduz ao consumo de combustível aumentado, e na segunda situação isto pode, pelo menos para um motor a diesel, conduzir para falha de detonação e normalmente um novo componente irá ser requerido.
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Come oescriro, ρρ r ^xempí , na pai. em __ C CÀ ocrics
US 6.668.546, i,ihã ocm r-eeeme ie mmeVar temperatura de gás de exaustão durante partida a frio e condições cie operaçao em carga õaixa é a de desativar um ou diversos cilindros pela interrupção da injeção de combustível para estes cilindros e aumentar a quantidade de combustível injetado nos cilindros que permanecem ativos. Desta maneira, a temperatura de gás de exaustão dos cilindros ativos irá aumentar. Quando um determinado cilindro é desativado ar frio irá fluir através dele a partir da lateral de admissão para a lateral de exaustão se
| as | válvulas são | operadas | da | mesma | maneira como as | válvulas |
| de | um cilindro ativo. Um | tal | fluxo | de gás frio irá | diminuir | |
| a | temperatura | de gás | de | exaustão. Se o conceito de | ||
| desativação de | cilindro | é | para | ser utilizado, | é r por |
consequência, importante prevenir ou pelo menos diminuir um fluxo de gás frio (ar) por intermédio do(s) cilindro(s) desativado (s).
Uma solução convencional para este problema para motores a diesel é a de desativar as válvulas de admissão dos cilindros desativados de maneira que eles são mantidos fechados. Este efeito pode ser conseguido com uma disposição rotineiramente referida como movimentações de válvula variável do tipo movimentação perdida. O resultado é o de que o ar frio é prevenido de vir a fluir através do cilindro na medida em que a este não é permitido nem mesmo adentrar o cilindro. Um efeito desta solução é o de que a pressão no cilindro desativado se torna muito baixa durante períodos dos ciclos de motor, em particular na extremidade do curso de êmbolo de influxo/começo do
Α
3/23 curso de embolo de compressão t no ext remido de do corso de êim^l^ ot cApooo.; i aroes que a va : τιν '„o de exavstãc -senha a abrir). Este efeito possui a desvantagem de que, pelo menos quando o pistão esta reiativamente próximo de sua posição de centro morto de fundo (ponto morto inferior) (JBDC) , a pressão de cilindro se torna mais baixa do que a pressão de gás de caixa ae manivela (carter) o que apresenta um risco de que gás de caixa de manivela irá ser transferido a partir da caixa de manivela para o cilindro. Gás de caixa de manivela contém óleo que, se transferido para o cilindro, subsequentemente irá ser expelido para o sistema de pós-tratamento de gás de exaustão e determinar geração de níveis de emissão aumentados e degradação dos conversores catalíticos. Em adição, isto conduz para um consumo aumentado de óleo de motor. O risco de transferência de óleo para o cilindro é, em particular, um problema para motores a diesel que normalmente não são equipados com anéis de pistão adaptados para prevenir transferência de gás de caixa de manivela (cárter).
A patente norte americana número US 6.161.521 apresenta uma outra variante de impedimento de fluxo direto (sem interrupção) de ar para motores Otto (de ciclo Otto) onde eixo de comando de regulagem de tempo é utilizado para controle das válvulas, e por consequência, do fluxo de ar, durante assim chamada desaceleração por fechamento de combustível [Decelera tion Fuel Shut Off - (DFSO) ] , onde todos os cilindros são desativados ao mesmo tempo. Esta variante, entretanto, não é fácil de ser aplicada para um motor a diesel na medida em que o(s) eixo(s) de comando íi normalmente pode(m) não estar em fase na mesma extensão na
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medida em que isto envolve zer as válvulas com.ple vamenre ulmLus, ou per o menos en ema orando exlensão, quando o pistão está na posição de centro morto de topo (ponto morto supenop (TDC) que o deveria conduzir à interferência entre as válvulas e o pistão. Em um motor a diesel, funcionando com uma relação de compressão muito mais alta do que um mo Lot útfo, a distância acima do pistão em (TDC) é muito mais curta. Além do mais, não está claro (não é evidente) a partir da patente norte americana número US 6.161.521 de que maneira os princípios deveríam ser aplicados em um caso onde alguns cilindros são supostos estarem ativados.
A partir do anteriormente descrito se segue que existe uma necessidade para aperfeiçoamentos em prevenir fluxo de ar através dos cilindros desativados de um motor de combustão interna, em particular levando-se em consideração motores a diesel.
APRESENTAÇÃO DA PRESENTE INVENÇÃO objetivo desta presente invenção é o de proporcionar um método aperfeiçoado para operação de um motor de combustão interna que funciona com um ou diversos cilindros desativados. Este objetivo é conseguido pelas características técnicas contidas na reivindicação de patente independente 1 posteriormente. As reivindicações de patente dependentes posteriormente contêm concretizações vantajosas, desenvolvimentos e variações adicionais da presente invenção.
A presente invenção diz respeito a um método para operação de um motor de combustão interna, referido motor
5/23 • ·’ η · ; ΤΑ /-η G compreendeudo imiâ piu ra : idaae ac g v4 a —í— pvóS uiílUò p6 j. U Dtmí.O i 1ΠI â V ci 1 V l.j .3 Cl Θ CUT p C uma válvula de admissão, e pelo menos uma válvula de um segundo tipo, uma va l.vuia de exaustão, disposta em uma parte de extremidade do cilindro, cada um de referidos cilindros adicionalmente possuindo um pistão movivelmente disposto no mesmo, referido- pistão estando adaptado para reciprocar entre uma primeira posição de extremidade e uma segunda posição de extremidade, em que a primeira posição de extremidade está localizada mais próxima para as válvulas do que a posição de extremidade inferior, referido motor estando adaptado para possibilitar desativação de pelo menos um cilindro pela redução de seu suprimento de combustível, referido motor adicionalmente estando adaptado para possibilitar tempos de abertura variados das válvulas de admissão e/ou das válvulas de exaustão. A presente invenção está caracterizada pelo fato de que o referido método compreende as etapas de extensão do tempo de abertura total de pelo menos um t ipo de válvula de um cilindro desativado comparado com o tempo de abertura do mesmo tipo de válvula quando o cilindro está ativo, referida extensão do tempo de abertura total sendo desempenhada de maneira que pelo menos uma válvula de referido tipo está aberta pelo menos parcíalmente tanto durante um primeiro curso de êmbolo de motor, em que o pistão se movimenta em uma direção em direção de sua segunda posição de extremidade, e quanto bem como durante um segundo curso de êmbolo de motor consecutivo, em que o pistão se movimenta em uma direção em direção de sua íü primeira posição de extremidade.
►
6/??
: ViSOílíjpiη ' i d , ii ;b nesmo d·? ;· νήίνυϊο. -----1 : êrlv:· I ; .ι-.; íur consecutivos ;
que renha adentrado o ci Líndro êmbol;
êmbolí d i s s o deixar o cilindro . 1 > - . 4 J ç.i f .7 l. j r·. J V . x h 6 X * c c.t.. dois - - c · ? s d· esultando em que gás ou ar durante c primeiro curso de durante o segundo curso de na mesma maneira que ele adere r ou. Por i nt.e rmédio nc-nhum ar ürio ira pasmar através ao limar o desatuvad;'. Adicionalmente, o primeiro curso de embolo de motor corresponde tanto para um curso de êmbolo de influxo ou quanto para um curso de êmbolo de expansão.
Convencionalmente, as válvulas de um cilindro desativado estão próximas durante este primeiro curso de êmbolo de motor na medida em que a válvula de admissão seja mantida fechada na solução convencional do tipo movimentação perdida, e na medida em que a válvula de exaustão normalmente esteja fechada durante este curso de êmbolo. Em contraste, em concordância com o método inventivo, pelo menos uma válvula está aberta durante este primeiro curso de êmbolo de motor. Uma vantagem em concordância com o método inventivo é, por conseqüência, a de que nenhum trabalho é requerido para ultrapassar a baixa pressão criada em um cilindro com as válvulas fechadas durante o primeiro curso de êmbolo de motor. Isto torna um motor operado em concordância com a presente invenção mais eficiente. Uma vantagem adicional é a de que de evita a situação de ter uma pressão de cilindro muito baixa durante o final do primeiro curso de êmbolo de motor, o que elimina o risco de transferência de óleo a partir da caixa de manivela (cárter) para o cilindro.
bi Em uma primeira concretização vantajosa da presenre
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invenção, o método compreende a etapa de extensão do tempo ao cocr oaici oCui pe n,· menos nra va.. va, ^.a Oe admissão- do um cilindro desativado, em que o primeiro curso de êmbolo de motor corresponde para um curso de êmbolo de influxo e o segundo curso de êmbolo de motor corresponde para um curso de êmbolo de compressão. Preferivelmente, isto é conseguido pelo retardamento a tr aso) do tempo de fechamento da válvula de admissão de um cilindro desativado comparado com o tempo de fechamento da válvula de admissão quando o cilindro está ativo, ou pela abertura de pelo menos uma válvula de admissão durante o segundo curso de êmbolo de motor.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO
A presente invenção irá ser descrita em maiores detalhes posteriormente, de uma maneira nao limitante, com referência para concretizações ilustrativas da presente invenção mostradas nos Desenhos acompanhantes, nos quais:
A Figura 1 mostra, em uma vista esquemática, uma representação de um motor de combustão interna para o qual a presente invenção pode ser aplicada;
A Figura 2 mostra, em uma vista esquemática, um detalhe do motor de combustão interna em concordância com a
Figura 1; e
A Figura 3 mostra, em uma vista esquemática, movimentações de uma válvula de admissão e uma válvula de exaustão durante operação convencional de um motor, e bem como durante operação de um motor em concordância com uma primeira e uma segunda concretização da presente invenção.
íC As Figuras são somente representações esquemáticas e a
Sz 23 , * ·, / · ’ r
?. cj <; o + ί ΓΊ ve ο ção n a o -? s * c 1 s . k . . . < 1 · j < 1 .·· .
CONCRETIZAÇÃO(ÕES) DA PRESENTE INVENÇÃO
A Figura 1 propor oi ona uma representação esquema t ica de um motor de combustão intern a (10) na forma ae um motor c.i mesmi. 0 motor (10) mprcnude ^m ioi_ooo ae motor (11) possuindo seis cilindros de pistão (12) juntamente com manifold de admissão (13) e manifold de exaustão (14) .
1C Gases de exaustão a partir do motor são alimentados por intermédio de uma linha de exaustão (15) para um rotor de turbina (17) de uma unidade de turbocharger (16) . Um eixo de turbina (18) traciona uma roda de compressor (19) da unidade de turbocharger (16), que por intermédio de uma linha de influxo (20) comprime ar adentrando e entrega este ar para o manifold de admissão (13) por intermédio de um intercooler (refrigerador) de ar (21). Combustível é alimentado para cada cilindro (12) por intermédio de injetores de combustível (9) (ver Figura 2). Gases de exaustão que tenham passado através da unidade de turbocharger (16) são conduzidos para frente por intermédio de uma linha de exaustão (22) para um dispositivo de póstratamento de gás de exaustão (23) . Adicionalmente, o motor (10) possui um sistema para retorno de gases de exaustão
3 para a lateral de influxo do motor (10), o assim chamado gás de EGR, por intermédio de uma tubulação (31) . Esta linha compreende uma válvula de EGR (32) e um refrigerador de EGR (33). Uma unidade de controle de motor (não mostrada) contendo, por exemplo, programa de controle, está
3i conectada para diversos dispositivos de motor, tais como o
9/23 sistema de irmeção de coe.bost ívei e a válvula de EGR (32), determinação, por exemplo, de velocidade de motor e posição de pedal de acelerador, paia controlo do motor com referência para dados de entrada. Embora a Figura 1 ilustre um motor de seis cilindros, a presente invenção pode também ser utilizada em conjunção- com outras configurações de cilindro.
A Figura 2 mostra, em uma vista esquemática, um dos io cilindros (12) do motor (10) em concordância com a Figura 1. Um pistão (2) é reciprocamente montado em um cilindro (12) em que uma haste de conexão (6) conecta o pistão (2)
| para um eixo de comando (8) | * | 0 pistão | (2) | está |
| proporcionado com anéis de pistão | (3) | . 0 cilindro | (12) | está |
| 15 proporcionado com uma válvula | de | admissão | (5) | para |
possibilitar que influxo de ar venha a adentrar o cilindro (12) e uma válvula de exaustão (7) para possibilitar que produtos de combustão venham a deixar o cilindro (12) . Um injetor de combustível (9) está posicionado sobre o topo do cilindro (12).
A operação das válvulas (5, 7), durante operação normal, ativa do cilindro poderia ser controlada de uma maneira mecânica convencional pela movimentação de um eixo de excêntrico (não mostrado). Alternativamente, as válvulas podem ser eletronicamente controladas. Para conseguir uma atuação de válvula variável como adicionalmente descrito abaixo se pode, por exemplo, utilizar um sistema mecânico mais sofisticado, um sistema mecânico convencional em combinação com uma disposição hidráulica, ou acionadores eletronicamente controlados. Um exemplo de um sistema útil
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está descr1 to no pedi dc de pa Lente ί nt e me ό oni ' túterc WO
2004/005677.
Uma operação convencional de um motor de combustão interna de quatro tempus, ídi como aquele mostrado na
Figura 1 e na Figura 2, pode ser descrita da seguinte maneira principal:
(I) . Curso de êfibolc de influxo (ângulo de eixo de comando 0° - 180°) : O pistão (2) se movimenta a partir de uma primeira, posição de extremidade superior [centro morto de topo (ponto morto superior), TDC] descendentemente, em direção do eixo de comando (8), para uma segunda, posição de extremidade inferior [centro morto de fundo (ponto morto inferior) , BDC] . Durante este curso de êmbolo a válvula de admissão (5) está aberta e a válvula de exaustão (7) está fechada de maneira que ar flui para o cilindro (12).
(II) . Curso de êmbolo de compressão (ângulo de eixo de comando 180° - 360°) : 0 pistão (2) se movimenta a partir de BDC para TDC com ambas válvulas (5, 7) fechadas de maneira a comprimir o ar.
(III). Curso de êmbolo de expansão (ângulo de eixo de comando 360° - 540°) : As válvulas (5, 7) são mantidas fechadas. Combustível é injetado quando o pistão (2) está próximo para TDC. A reação de combustão entre o combustível e o ar comprimido as força o pistão (2) em direção de BDC.
(IV) . Curso de êmbolo de exaustão (ângulo de eixo de comando 540° - 720°) : 0 pistão (2) se movimenta a partir de BDC para TDC com a válvula de exaustão (7) aberta de maneira que o gás de exaustão é empurrado para fora a partir do cilindro (12).
As expressões curso de êmbolo de influxo, de ΐ
11/23 compressao, _l c ^uiíiciilc H t_ÍG O U ã /1 <3.
cilindro desativado.
de expansão e de exaustão podem não ser s nancio se 'e-r; nde para nm.
Entretanto, estas expressões são convenien tes também para descrição da operação de um cilindro desativado e deveríam ser interpretadas como curses de êmbolo correspondendo para aqueles de um cilindro
A Figura 3 mostra, em uma vista esquemática, movimentações da válvula de admissão (5) e da válvula de exaustão (7) durante uma operação convencional de um motor como descrito anteriormente, e bem como exemplos de movimentações da válvula de admissão (5) e da válvula de exaustão (7) durante operação de um motor em concordância com a presente invenção. O eixo geométrico (x) determina o ângulo de eixo de comando em graus, enquanto que o eixo geométrico (y) mostra uma elevação de válvula em mm; a parte superior do eixo geométrico (y) se refere para a válvula de admissão (5) e a parte inferior do eixo geométrico (y) se refere para a válvula de exaustão (7) .
Pode ser observado que a elevação de válvula é uma representação de quanto a válvula está aberta, por exemplo, se a elevação válvula é zero a válvula está fechada. Os numerais romanos (I) - (IV) se referem aos quatro cursos de êmbolo de motor descritos anteriormente. As linhas sólidas (51) e (71) correspondem para as movimentações da válvula de admissão (5) e da válvula de exaustão (7) , respectivamente, durante operação normal de um motor de combustão interna. Estas linhas sólidas (51) e (71), por conseqüência, representam ambas as movimentações de válvula normais do cilindro (12) quando ele está ativado, e bem
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copo qual que-' ci.l ladra ativo· em um mee cm de combustão d i.ή '- mm1-oo; ./ov^hícudo se o morem esfá ou rão está operando com quaâ(is)quer cilindro(s) desativadoís).
Referindo-se agora paia <u parte superior da Figura 3, a linha tracejada (52) corresponde para as moví mentações da vád vula de admissão (5) de um cilindro desativado em um motor de combustão interna operarão em concordância com uma primeira concretização da presente invenção. A linha tracejada (52) está somente mostrada onde as movimentações de válvula se diferenciam a partir da situação normal. Como observado a partir da parte superior da Figura 3, a válvula de admissão (5) está aberta em concordância com a operação normal durante o curso de êmbolo de influxo, mas esta é após isso mantida aberta, com uma elevação de válvula em torno de 4 mm, durante a maior parte do curso de êmbolo de compressão. A válvula de admissão (5) não é fechada até que o pistão (2) venha a se aproximar de TDC na extremidade do curso de êmbolo de compressão. O fechamento da válvula de admissão (5) é, por conseqüência, atrasado comparado com um cilindro ativo. Como observado a partir da parte superior da Figura 3, a válvula de admissão (5) está aberta durante um período de tempo correspondendo para um intervalo de ângulo de eixo de comando em torno de 360°, em que referido período de tempo inclui um ponto em tempo onde o ângulo de eixo de comando é de 180° no qual o pistão (2) está em sua posição de extremidade inferior (BDC) . Por conseqüência, a válvula de admissão (5) está aberta tanto durante um primeiro curso de êmbolo de motor, o curso de êmbolo de influxo (I), em que o pistão (2) se movimenta em direção ao eixo de comando (8) , e quanto bem como durante um segundo
13/23 curso de êmbolo de motor nmsecumve, o curso de embolo de (II), eu Out . c s i. a o (2) se ro v 2 m e ne para f Τ' r a a partir do eixo de comando (8).
Nvvamente se refeiinao para a parte superior da Figura
3, a linha tracejada (52') corresponde para as movimentações da válvula de admissão (5) de um cilindro desativada em um motor ae comoustão interna operando em concordância com uma variante da primeira concretização da presente invenção. A linha tracejada (52') está somente mostrada onde as movimentações de válvula diferem a partir da situação normal. Como observado a partir da parte superior da Figura 3, a válvula de admissão (5) é aberta e fechada em concordância com a operação normal durante o curso de êmbolo de influxo, mas ela é após isso aberta novamente, até para uma elevação de válvula em torno de 4 mm, durante o curso de êmbolo de compressão. Na elevação de válvula em torno de 4 mm, as duas linhas tracejadas (52) e (52') coincidem. Por conseqüência, novamente a válvula de admissão (5) não é fechada até que o pistão (2) venha a se aproximar de TDC na extremidade do curso de êmbolo de compressão. Também neste caso, a válvula de admissão (5) está aberta tanto durante um primeiro curso de êmbolo de motor, o curso de êmbolo de influxo (I) , em que o pistão (2) se movimenta em direção ao eixo de comando (8) , e quanto bem como durante um segundo curso de êmbolo de motor consecutivo, o curso de êmbolo de compressão (II), em que o pistão (2) se movimenta para fora a partir do eixo de comando (8).
Um resultado deste fechamento em retardo (atrasado), ou pós-fechamento adicional, da válvula de admissão (5) é o
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frio irá de qxe o a r cpe ter ha aderí raoo o c i 1 .i ndro des at iva do (12)
- ra ra rt e t c^ mu du êmboÍLO oe rn ιυχο e i ι vre para deixar, e irá deixar, o cilindro (12) por intermédio da válvula de admissão aberta (5) durante o seguinte curso de embolo de compressão. Na medida em que a válvula de admissão (5) está fechada durante os próximos dois cursos de êmbolo, isto é, de êmbolo de expansão e de exaustão, nenhum ar passar o cilindro e se misturar, e conseqüentemente frio, o gás de exaustão à jusante do 10 cilindro. Uma vantagem de se deixar a válvula de admissão (5) aberta durante ambos os cursos de êmbolo de influxo e de compressão, comparada com a solução convencional do tipo movimentação perdida onde a válvula de admissão (5) é mantida fechada, é a de que nenhum trabalho é requerido 15 para dominar a baixa pressão criada no cilindro (12) com a válvula de admissão (5) fechada durante o curso de êmbolo de influxo. Isto torna um motor operado em concordância com a presente invenção mais eficiente. Uma vantagem adicional é a de que se evita a situação de ter uma pressão de cilindro muito baixa durante o final do curso de êmbolo de influxo e o começo do curso de êmbolo de compressão, o que elimina o risco de transferência de óleo a partir da caixa de manivela (cárter) para o cilindro durante estes cursos de êmbolo.
Referindo-se agora para a parte inferior da Figura 3, a linha tracejada (72) corresponde para as movimentações da válvula de exaustão (7) de um cilindro desativado em um motor de combustão interna operando em concordância com uma sequnda concretização da presente invenção. Como to anteriormente, a linha tracejada (72) está somente mostrada
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15/23 onde as movimentações de válvuln se diferenciam a partir da i t naçae normal . Cur observa ao a pa rl. r r da pa rt a inferior da Figura 3, a válvula de exaustão (7) está aberta já no começo do cur So de êmboio de expansao. Depois do que ela é mantida aberta durante o curso de êmbolo de expansão com uma elevação de válvula em torno de 4 mm e após isso, convencionaimente, mantida aberta durante o curso de êmbolo de exaustão. A válvula de exaustão (7) é, por conseqüência, aberta limitadamente depois que o pistão (2) vem a deixar
TDC em 360° entre o curso de êmbolo de compressão e o curso de êmbolo de expansão. A abertura da válvula de exaustão (7) é, por conseqüência, avançada comparada com um cilindro ativo. Como observado a partir da parte inferior da Figura 3, a válvula de exaustão (7) está aberta durante um período de tempo correspondendo para um ângulo de intervalo de eixo de comando de quase 360°, em que referido período de tempo inclui um ponto em tempo onde o ângulo de eixo de comando é de 540° no qual o pistão está em sua posição de extremidade inferior (BDC). Por conseqüência, a válvula de exaustão (7) está aberta tanto durante um primeiro curso de êmbolo de motor, o curso de êmbolo de expansão (III), em que o pistão (2) se movimenta em direção ao eixo de comando (8) , e quanto bem como durante um segundo curso de êmbolo de motor consecutivo, o curso de êmbolo de exaustão (IV), em que o pistão (2) se movimenta para fora a partir do eixo de comando (8) .
Novamente se referindo para a inferior da Figura 3, a linha tracejada (72') corresponde para as movimentações da válvula de exaustão (7) de um cilindro desativado em um motor de combustão interna operando em concordância com uma
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Η ,-,
S c CJ ’ύ tid U CΟll C Γ6 11 Zd Cd C> d d p t ei « f.-Δ γ- r j=i
cimo a.r: t criormont e, o 1_ljiucí LidcejdQd (72) está somente mostrada onde as movimentações de válvula diferem a partir da situação normal. Coruu ooservado a partir da parte inferior da Figura 3, as partes à esquerda das duas linhas tracejadas (72) e (72') coincidem, o que significa que ^ambém neste caso a válvula de exaustão (7) está já aberta no começo do curso de êmbolo de expansão, isto é, em torno no ponto em tempo quando o pistão (2) deixa TDC em 360° entre o curso de êmbolo de compressão e o curso de êmbolo de exaustão. Entretanto, depois de uma elevação de válvula em torno de 4 mm, a válvula de exaustão (7) está, nesta variante, fechada novamente durante um estágio posterior do curso de êmbolo de expansão por intermédio do que a válvula de exaustão (7) é convencionalmente operada, isto é, durante o curso de êmbolo de exaustão. Também neste caso, a válvula de exaustão (7) está aberta tanto durante um primeiro curso de êmbolo de motor, o curso de êmbolo de expansão (III), em que o pistão (2) se movimenta em direção ao eixo de comando (8) , e quanto bem como durante um segundo curso de êmbolo de motor consecutivo, o curso de êmbolo de exaustão (IV) , em que o pistão (2) se movimenta para fora a partir do eixo de comando (8).
Um resultado desta abertura em avanço, ou pré-abertura adicional, da válvula de exaustão (7) é a de que uma porção de gás de exaustão é possibilitada adentrar o cilindro (12) por intermédio da válvula de exaustão aberta (7) durante o curso de êmbolo de expansão. No próximo curso de êmbolo, o curso de êmbolo de exaustão, esta porção de gás irá deixar o cilindro (12) da mesma maneira em que ela adentrou. Uma
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vantagem de ÍTamergão da vá i va La de exausoão (7) aia roo te oójub o o c ui sos oe emooi o de expansão e de exaustão, comparada com o caso normal onde a válvula de exaustão (7) está aberta somente durante o curso de êmbolo de exaustão, é a de que nenhum trabalho é requerido para dominar a baixa pressão criada no cilindro com a válvula de exaustão (7) fech ada durante o curso de êmbolo de expansão. Em similaridade para o que está descrito anteriormente, levando-se em consideração a válvula de admissão (5) , isto torna um motor operado em concordância com a presente invenção mais eficiente. Uma vantagem adicional é a de que se evita a situação de ter uma pressão de cilindro muito baixa durante o final do curso de êmbolo de expansão, o que elimina o risco de transferência de óleo a partir da caixa de manivela (cárter) para o cilindro neste estágio.
Comum para as concretizações e variantes da presente invenção descritas anteriormente é que a válvula, isto é, tanto a válvula de admissão (5) ou quanto a válvula de exaustão (7), estão ambas abertas durante um primeiro curso de êmbolo de motor em que o pistão (2) se movimenta em uma direção em direção ao eixo de comando (8) , isto é, para fora a partir das válvulas (5, 7), e bem como durante um segundo curso de êmbolo de motor consecutivo, isto é, um curso de êmbolo de motor se seguindo diretamente depois do
5 primeiro curso de êmbolo de motor, em que o pistão (2) se movimenta em uma direção para fora a partir do eixo de comando (8), isto é, em direção às válvulas (5, 7). Uma característica adicional comum é a de que o tempo de abertura total da válvula, isto é, tanto da válvula de admissão (5) ou quanto da válvula de exaustão (7), é
18/23 estendido comparado som o 2 empo ne aoer tu r a da vá ivnla pisa cov; o o; i mdr (12) eiLd dii vo, i st o e, durante operacã normal dc cilindro (12).
Λ maneira invtnit i Vd cie va naçao das movimentações da 5 válvula de admissão (5) como descrita anteriormente, pode em principio, ser aplicada levando-se em consideração as movimentações da válvula de exaustão (7). Entretanto, para assegurar que as quantidades de ar frio fluindo através do cilindro (12) permanecem em um mínimo, a válvula de exaustão (7) é preferivelmente mantida fechada pelo menos durante o curso de êmbolo de compressão, o que também é o caso durante operação normal da válvula de exaustão (7) . Reciprocamente, a forma inventiva de variação das movimentações da válvula de exaustão (7) como descrita anteriormente pode, em principio, ser aplicada levando-se em consideração as movimentações da válvula de admissão (5) . Se as movimentações da válvula de admissão (5) são realizadas em concordância com uma operação normal de um cilindro ativo (12) , isto é, em concordância com a linha sólida (51) na Figura 2, não existe nenhum ponto em abertura da válvula de exaustão (7) já no curso de êmbolo de expansão com respeito ao fluxo de ar direto (sem interrupção) através do cilindro (12) . Entretanto, em um tal caso, a temperatura do ar deixando o cilindro (12) por intermédio da válvula de exaustão (7) foi aumentada devido para compressão primeiro (anterior) curso de êmbolo de motor. Este calor de compressão pode ser utilizado para aumentar a temperatura do gás de exaustão. Se, por um lado, a válvula de admissão (5) é mantida fechada, as vantagens anteriormente mencionadas da presente invenção da maneira
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Inventiva de variação das movimentações -ia válvula de ex-navrao (7) vrao va. cuiocCjuioas.
efeito o mais vantajoso é, entretanto, conseguido pela combinação Qd maneira inventiva de variação das movimentações tanto da válvula de admissão (5) e quanto da vá.lvula de exaustão (7) . Todas estas maneiras das vantagens antericrmente mencionadas levando-se em consideração fluxo de ar, eficiência e diferença de pressão irão ser conseguidas efetivamente. Como observado a partir da Figura
3, a válvula de admissão (5) e a válvula de exaustão (7) não estão, em principio, abertas ao mesmo tempo, o que reduz o risco de transferência de ar frio para a lateral de exaustão.
A presente invenção pode ser realizada com um motor de combustão interna que está adaptado para possibilitar desativação de pelo menos um cilindro pela redução de seu suprimento de combustível e que está adaptado para possibilitar tempos de abertura variados das válvulas de admissão e/ou das válvulas de exaustão. Movimentações de válvula ou acionamento de válvula variável pode, por exemplo, ser controlados utilizando acionadores eletrônicos, sistemas mecânicos ou um sistema combinado envolvendo uma disposição hidráulica. Um exemplo de uma disposição que pode ser utilizada para controle de pelo menos as válvulas de admissão em concordância com a presente invenção, está descrito no pedido de patente internacional número WO 2004/005677. A disposição descrita compreende um circuito hidráulico que é utilizado para variar o fechamento de válvula de admissão durante o curso de êmbolo de influxo de maneira a se deslocar entre
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ie operação . rota di soco içâc íoo do Ciíiiit-xi d ct d o rasa r o i. ecnainent o de orna vá 1 vu 1 a de admissão de um cilindro desativado até algum ponto em tempo duranoe o curso de êmoo Lo de compressão, por c intermédio disso estendendo o período de tempo durante o qual a válvula está aberta.
Na Figura 3, o método inventivo está exemplificado com uma elevação de válvula de 4 mm. Adicionalmente, a presente invenção está exemplificada com um tempo de abertura de válvula estendido em torno de 180°, como observado a partir das linhas tracejadas (52) e (72), conduzindo para um tempo de abertura total em torno de 360°, isto é, em torno de dois cursos de êmbolo de motor, para cada tipo de válvula. Ainda adicionalmente, a presente invenção está exemplificada com pós-abertura e pré-abertura em torno de 90°, como observado a partir das linhas tracejadas (52') e <72') . Estas Figuras estão somente determinadas como Figuras adequadas para um determinado motor e não deveríam ser interpretadas como qualquer tipo de limitação da presente invenção. Os efeitos vantajosos da presente invenção são significativos, e em muitos casos também suficientes, também com elevações de válvula inferiores e tempos de abertura mais curtos do que aqueles mostrados na Figura 3. Determinada a informação neste texto, deveria ser possível para uma pessoa especializada no estado da técnica testar elevações de válvula adequadas e tempos de abertura para um motor em particular. Levando-se em consideração o primeiro parâmetro, a elevação de válvula, existe tipicamente um valor limiar que deveria ser excedido para se obter um fluxo suficiente de gás para o ou a partir do
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cilindro. Este valor limiar poae ser em morno ae 1 mm. r.eT7 :no·· co co. ii.nsidei doai o· stpunao parâmetro, o tempo d^· abertura de válvula, os efeitos vantajosos irão, p.rincipa imente, aumentar com a duração da abertura tão longa quanto as válvulas estejam abertas durante os cursos de êmbolo de motor adequados como descritos anteriormente.
A presente invenção não é limitada para as concretizações descritas anteriormente, mas pode ser modificada de diversas maneiras dentro do escopo das reivindicações de patente posteriormente. Por exemplo, o cilindro (12) pode compreender mais do que uma válvula de admissão (5) e/ou mais do que uma válvula de exaustão (7). Para conseguir as vantagens da presente invenção é suficiente que uma válvula de admissão (5) e/ou uma válvula de exaustão (7) seja controlada em concordância com a presente invenção. É também possível deixar um conj unto de válvulas do tipo similar cooperarem de maneira tal que a combinação de um conj unto de válvulas particular é operado em concordância com o método inventivo descrito anteriormente. Por exemplo, uma válvula de admissão (5) pode ser aberta durante o curso de êmbolo de influxo enquanto que uma outra válvula de admissão (5) pode ser de pós-abertura durante o curso de êmbolo de compressão.
A presente invenção está enfocada sobre operação de cilindros desativados em um motor a diesel em uma situação de baixa carga com o propósito primordial de aumento da temperatura de gás de exaustão, ou pelo menos diminuição da refrigeração do gás de exaustão, em que um ou diversos cilindros estão desativados enquanto um ou diversos io cilindros operam com um suprimento de combustível aumentado
A
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| <^rr rrlcdc | ativado normas. Em | um | t a 1 | case, o met | o do | |
| m/o pr | ’ C Σ C l·’ ’v> | 5 1 m v i i i_ t u i [ 1 p e | eme | uma | ou diversas | das |
| seguintes etapas: | determinação | de | uma | representação | da | |
| carga de m; | o t. o r, | determinação | oe | uma | representação | da |
| temperatura | de gás | de exaustão, | redução | do s up r i me n t o | de | |
| combustível | para | os cilindros | a | serem | desativados, | e |
aumento do suprimento de comoustivei para os cilindros ativos. Entretanto, a presente invenção pode ser aplicada também em outras situações, tais como durante DFSO de motores Otto.
Adicionalmente, a presente invenção não está limitada para uma situação onde um determinado número, ou fração, de cilindros está desativado. Por outras razões, tal como para evitar vibrações de motor, pode, entretanto, ser vantajoso para desativar um determinado número de cilindros em um motor em particular. Por exemplo, para um motor com seis é normalmente uma vantagem desativar três cilindros ao invés de somente um. Se um tal motor está dividido em dois bancos de cilindros, se pode utilizar um destes bancos para desativação e, por conseqüência, adaptar somente este banco para o método inventivo.
A idéia fundamental subjacente à presente invenção é a de que uma válvula de um cilindro desativado está aberta pelo menos parcialmente durante cada um de dois cursos de êmbolo de motor consecutivos de maneira a evitar uma pressão de cilindro muito baixa, ou pelo menos diminuir o número de ocasiões de baixa pressão, enquanto ao mesmo tempo evitando que gás frio (ar) venha a ser transportado por intermédio do cilindro para o sistema de pós-tratamento de gás de exaustão.
ΤΑ
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Ειτι uma ou era cone ret inação da prosem, e invenção, mm dc o/tíLuía de váivOiâ Oo n ! rnOm desativado (12) -
| reverta | .da de j | maneira | qne | a válvula | l de exaustão | (7) | está |
| aberta | durante | o curso | cie | èmooio ae | íntiuxo e/ou o | curso de | |
| êrribclo | de compressão | e | a válvula | de admíssão | (5) | está | |
| aberta | durante | o curso | de | êmbolo de | expansão e/ou | os cursos | |
| de embolo- de exaustão. | |||||||
| Portanto, | embora | a | presente | invenção tenha | sido |
descrita com referência para concretizações específicas, 10 deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que a presente invenção não é para ser considerada como estando limitada para as concretizações ilustrativas, preferidas e vantajosas descritas anteriormente, mas certamente, um número de variações e de modificações é conceptível dentro do escopo de proteção das reivindicações de patente posteriormente.
1/3
Claims (2)
1/3
I !
1. MéLüdo pâie operação a-· un motor de interna (10) para aumento da temperatura de gás de exaustão, referido motor (10) compreendendo uma pluralidade de cilindros (12) cada um dos quais possuindo pelo menos uma válvula de um primeiro tipo, uma válvula de admissão (5) , e pelo menos uma válvula de um segundo tipo, uma válvula de exaustão (7) , disposta em uma parte de extremidade do cilindro (12), cada um de referidos cilindros (12) adicionalmente possuindo um pistão (2) movivelmente disposto no mesmo, referido pistão (2) estando adaptado para reciprocar entre uma primeira posição de extremidade (TDC) e uma segunda posição de extremidade (BDC) , em que a primeira posição de extremidade (TDC) está localizada mais próxima para as válvulas (5, 7) do que a posição de extremidade inferior (BDC), referido motor (10) estando adaptado para possibilitar desativação de pelo menos um cilindro (12) pela redução de seu suprimento de combustível, referido motor (10) adicionalmente estando adaptado para possibilitar tempos de abertura variados de pelo menos uma das válvulas de exaustão (7) , referido método estando caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
- aumento do suprimento de combustível para pelo menos um cilindro ativo (12); e
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- extensão αο tempo de abertura total dc pele menos uma valvmla <m exaustão (7) do um cilindro aesstdvado (12) comparado com o tempo de abertura da mesma válvula quando o cilindro (12) está ativo, referida extensão do tempo de abertura total sendo desempenhada de maneira que pelo menos uma válvula de exaustão (7) está aberta pelo menos parcialmente tanto durante um primeiro curso de êmbolo de motor, em que o pistão (2) se movimenta em uma direção em direção de sua segunda posição de extremidade (BDC) , como
10 também durante um segundo curso de êmbolo de motor consecutivo, em que o pistão (2) se movimenta em uma direção em direção de sua primeira posição de extremidade (TDC) , e em que o primeiro curso de êmbolo de motor corresponde para um curso de êmbolo de expansão e o segundo
caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de:
- avanço do tempo de abertura da válvula de exaustão
20 (7) de um cilindro desativado (12) comparado com o tempo de abertura da válvula de exaustão (7) quando o cilindro (12) está ativo.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de:
2 5 - abertura de pelo menos uma válvula de exaustão (7) durante o primeiro curso de êmbolo de motor.
Μ
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4. Método de acorde com qualquer unin das roiv..mioaçoo? 1-3, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de:
- extensão do tempo de abertura total de pelo menos uma válvula de admissão (5) de um cilindro desativado (12), em que o primeiro curso de êmbolo ae motor corresponde para
motor (10) é um motor a díesel.
2/3
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