ES2226656T3 - Sistema de conductos con valvula de estrangulacion. - Google Patents

Abstract

Sistema de conductos (11, 12, 13) provisto de válvula de estrangulación (16), situada en el tramo de aspiración de un motor de combustión interna, en el que se ha dispuesto pivotante la válvula de estrangulación en una sección transversal (17), que es parte del sistema de conductos para el fluido a estrangular, estando dispuesta la válvula de estrangulación (16) en la zona de la entrada (18) del tramo de aspiración de un motor de combustión interna, siendo la zona la entrada (18) del tramo de aspiración de la zona de la boquilla, caracterizado porque la válvula de estrangulación (16) en la posición de cierre deja libre una sección transversal residual (30), a través de la cual puede circular el fluido a estrangular, rodeando la sección transversal residual (30) la válvula de estrangulación (16).

Description

Sistema de conductos con válvula de estrangulación.

Estado de la técnica

La presente invención se refiere a un sistema de conductos provisto de válvula de estrangulación en el tramo de aspiración de un motor de combustión interna, según la clase de la reivindicación 1. La invención se refiere, además, a un procedimiento para el mando de un sistema de conductos según la clase de la reivindicación 4.

En general, es conocido que la sección transversal de un tubo de aspiración de un motor de combustión interna para aire de combustión se abre y cierra con ayuda de válvulas de estrangulación. Además, estas válvulas se pueden utilizar también en estado parcialmente abiertas. Esta utilización ofrece la ventaja de reducir el ruido de aspiración en los regímenes de servicio del motor, en los que se necesita la sección transversal completa del tramo de aspiración para la alimentación del aire de combustión. Esto ocurre mediante el cierre parcial de la válvula de estrangulación. Para ello, la sección transversal plana del canal de flujo del lado del aire sin filtrar se mantiene la más estrecha posible adaptada al estado de régimen. En el punto de trabajo de plena potencia se garantiza la alimentación de aire al motor mediante una apertura completa de la sección transversal del tubo. La sección transversal de la superficie residual, situada entre la pared del tubo y la válvula de estrangulación, se puede ajustar, por ejemplo, proporcionalmente al flujo de masa necesario. Esto origina, en una primera aproximación, siempre la misma velocidad de flujo medio en la zona de la válvula de estrangulación.

Sin embargo, el ajuste continuo de la válvula de estrangulación plantea problemas. En caso de precisarse pequeñas secciones transversales de superficie resultan. entre la pared del tubo y la válvula de estrangulación. espacios estrechos, que pueden provocar condiciones de flujo desfavorables. Especialmente sí la válvula de estrangulación y la sección transversal del tubo se han realizado redondas se puede generar, a través de la rendija en forma de hoz, un ruido de silbido, que puede notarse como desagradable, como el ruido de aspiración a evitar.

Una posibilidad de solución de este problema se propone en el documento EP 889 298. Según éste el tubo de aspiración del motor de combustión interna presenta dos secciones transversales, que están separadas una de la otra por una pared intermedia. La válvula de estrangulación se encuentra sólo en una de las secciones transversales parciales, con lo cual, con una velocidad de rotación del motor reducida, se puede cerrar una sección transversal del tubo de aspiración. De este modo se puede conseguir una reducción del ruido de aspiración.

El perfil de cámaras múltiples para el dispositivo de aspiración descrito origina, además, costes adicionales. Se generan un mayor gasto de material, que, no en último lugar, también provoca un incremento del peso total del dispositivo de aspiración, y dificulta la fabricación. Con ello se perjudica la rentabilidad de la solución propuesta, por lo cual su utilización se puede excluir para las variantes económicas de las series de motores.

El objetivo de la presente invención es por ello proponer un dispositivo para el estrechamiento de la sección transversal de un sistema de conductos, el cual sea fiable durante su funcionamiento y económico en la fabricación, y presente un comportamiento acústico favorable.

Este objetivo se consigue mediante las características de la reivindicación 1. Además, se reivindica un procedimiento para el mando del sistema de conductos según la reivindicación 4.

Ventajas de la invención

El sistema de conductos según la invención presenta una válvula de estrangulación, que está dispuesta pivotante en una sección transversal del sistema de conductos. El sistema de conductos conduce un fluido a estrangular. Según la invención, sin embargo, el dimensionado de la válvula de estrangulación es de tal manera que ésta deja libre en la posición de cierre una sección transversal residual. Con la posición de cierre se denomina a aquella posición de la posición de la válvula de estrangulación en la que mediante ésta se cubre la superficie máxima de la sección transversal a estrangular. Si la válvula de estrangulación se ha realizado plana, entonces alcanza la posición de cierre cuando la superficie de la válvula de estrangulación se encuentra perpendicular a la corriente del fluido.

En esta posición de cierre, en comparación con las válvulas de estrangulación convencionales, se dispone todavía, sin embargo, de la sección transversal residual para el paso del fluido. Si la válvula de estrangulación se emplea en la zona de entrada del tramo de aspiración de un motor de combustión interna, entonces no se desea un cierre completo de la sección transversal de aspiración. Por ello se puede dimensionar la válvula de estrangulación de tal manera que en la posición de cierre no puede cerrar por completo la sección transversal. La alineación vertical de la válvula, desde el punto de vista acústico, es de gran provecho. De esta manera las ondas sonoras, que llegan desde el motor de combustión interna a través del tramo de aspiración a la boca del tubo de aspiración, se reflejan por la válvula de estrangulación. Esto provoca una reducción del ruido de aspiración, dado que las ondas sonoras no pueden abandonar el sistema a través de la abertura de aspiración. Las ondas sonoras reflejadas se sobreponen a las que llegan, lo que puede provocar una anulación total o parcial.

De esta manera, se puede reducir el ruido de aspiración del motor de combustión interna, sobre todo en las gamas inferior y media de la velocidad de rotación. Al mismo tiempo, se evitan los ruidos de silbidos, como se presentan en las válvulas de estrangulación convencionales cuando éstas se cierran hasta formar una rendija. Para evitar los ruidos de silbidos se dispone la sección transversal residual convenientemente en forma de anillo alrededor de la válvula de estrangulación. La válvula de estrangulación no debe realizarse circular. De igual modo, es imaginable una realización oval o anular, debiéndose dotar la sección transversal del sistema de conductos a la forma de la válvula.

La válvula de estrangulación se puede accionar mediante diferentes actuadores. Se propone también, por ejemplo, motores eléctricos paso a paso o cajas de depresión graduables de forma continua. También es imaginable una graduación escalonada de la válvula de estrangulación. Incluso una forma de realización con sólo dos etapas, es decir, válvula de estrangulación abierta y cerrada, que se puede activar de forma económica mediante una caja de depresión, aporta las ventajas acústicas descritas. Sin embargo, no se puede adaptar la acústica del tubo de aspiración sin escalones de forma continua a un comportamiento de servicio del motor de combustión interna. Hay que definir más bien regímenes de servicio en los que se emplean las distintas posiciones de maniobra de la válvula de estrangulación.

Según otra realización favorable de la invención, se dispone la válvula de estrangulación en la sección transversal más estrecha con perfil de la sección transversal en forma de tubo de Venturi. El perfil en forma de tubo de Venturi tiene un efecto favorable sobre la acústica del tubo de aspiración.

La válvula de estrangulación no ha de ser redonda. Puede presentar diferentes formas, por ejemplo, rectangular. La sección transversal de la sección del conducto correspondiente debe adaptarse correspondientemente a la forma de la válvula. De acuerdo con ello, la sección transversal residual, que rodea la válvula de estrangulación y que está limitada por las paredes del sistema de conducto, no tiene porque ser de forma anular circular. La sección transversal residual anular se adapta más bien a los contornos. Sólo es importante en la configuración de la sección residual, que independientemente de la posición de la válvula, no se origine ninguna zona en la que la separación entre el borde de la válvula y la pared del sistema de conductos sea tan reducida que puedan originar ruidos de silbidos.

Los efectos acústicos descritos se pueden utilizar de forma especialmente eficiente si la sección transversal residual representa una parte de la superficie del 10% al 40% de la superficie total de la sección transversal, en la que se encuentra la válvula de estrangulación. Con ello se encuentra, por una parte, una sección transversal suficientemente grande para el régimen del motor con necesidad de aire máxima disponible, y, por otra parte, se puede reducir efectivamente la sección transversal mediante la válvula de estrangulación.

Una válvula de estrangulación presenta las ventajas según la invención que con un montaje en el sistema de conductos ya descrito lleva a resultados óptimos en cuanto a la acústica del sistema de conductos. Esto significa que los ruidos de corriente del fluido a conducir se reducen y las ondas sonoras se amortiguan en el interior del sistema de tubos.

Para que, con el empleo de la válvula de estrangulación, dentro del tramo de aspiración de un motor de combustión interna, se consiga un acústica de aspiración favorable en toda la gama de velocidades de rotación del motor de combustión interna, se utiliza un procedimiento según la reivindicación 7, en el que la posición de la válvula se gradúa en función de la cantidad necesaria de aire de combustión del motor de combustión interna. Para ello se pueden utilizar diferentes parámetros como magnitudes de medición. Una solución simple y de coste favorable resulta si como magnitudes de ajuste se utiliza para el ángulo \alpha de la válvula la velocidad de rotación n del motor de combustión interna. Éste se encuentra en la mayor parte de regímenes del motor en una relación proporcional a esta necesidad de aire. Con un número de revoluciones reducido, se puede cerrar la válvula de estrangulación más y más, hasta que alcance su posición de cierre. En la gama superior de velocidad de rotación se abre completamente la válvula de estrangulación, de tal manera que sólo se estrechan la proyección de los bordes de la válvula la sección del tramo de aspiración.

El procedimiento para el mando de la válvula de estrangulación debe garantizar en todos los casos que el motor de combustión interna se abastezca, en cualquier régimen, con la cantidad mínima de aire necesaria. Puede ser conveniente, en determinados regímenes, no limitar el aire al mínimo necesario, sino disponer de una sección transversal de aspiración mayor. Este tiene como consecuencia que el ruido de aspiración es mayor que el valor mínimo aplicable. Esto es conveniente, por ejemplo, en la fase de aceleración del motor para permitir al conductor una realimentación acústica con el motor de combustión interna. De este modo éste puede reconocer mejor los dos momentos de cambio para las marchas. En caso de que el motor debiera funcionar durante un largo periodo, con una velocidad de rotación constante, entonces se desea un ruido de aspiración lo más reducido posible.

Una activación correspondiente de la válvula de estrangulación se puede conseguir si, además, la aceleración del motor se capta como señal. Junto con ello, puede representar una captación de la depresión existente en el tubo de aspiración, una magnitud de regulación adicional con la cual se puede evitar una falta de suministro de aire de combustión al motor de combustión interna.

Ésta y otras características de perfeccionamientos procedentes de la invención se desprenden, además, de las reivindicaciones, también de la descripción y por los dibujos, pudiéndose realizar las características individuales cada una de ellas por sí sola o varias en forma de combinaciones, en la forma de realización de la invención y en otras áreas, y pueden representar realizaciones favorables capaces de protegerse, para las cuales se pide aquí la protección.

Dibujo

Otros detalles de la invención se describen en los dibujos, mediante ejemplos de realización esquemáticos, en los que muestran:

la figura 1, el esquema de bloqueas de un tramo de aspiración con válvula de estrangulación y su activación,

la figura 2, la sección transversal parcial a través de un elemento de válvula de estrangulación de montaje inyectado con brida de fijación representada parcialmente en sección, y

la figura 3, el nivel de ruido de aspiración en función de la velocidad de rotación del motor de combustión interna, con diferentes ajustes de la válvula de estrangulación.

Descripción de los ejemplos de realización

En la figura 1 se ha representado esquemáticamente el tramo de aspiración de un motor de combustión interna 10. Este comprende una boca de aspiración 11 en forma de tubo de Venturi, un filtro de aire 12, un tubo de aspiración 13 que conduce a los diferentes cilindros 14, garantizando un tubo de escape 15 la salida de los gases quemados.

Una válvula de estrangulación 16 se ha colocado en la sección más estrecho 17 del tubo de Venturi. La válvula de estrangulación 16, según la figura 1, se ha representado en el estado completamente abierto. La válvula de estrangulación, es recorrida por el aire de aspiración a partir de una entrada 18 del tubo de aspiración, lo que se indica por una flecha.

La posición \alpha de la válvula de estrangulación se ajusta mediante un motor paso a paso 19. El ajuste tiene lugar a través de una unidad de control 20, que evalúa las diferentes magnitudes del tramo de aspiración, para averiguar la posición de la válvula de exploración. Por una parte, se puede medir la depresión p que se encuentra en el tubo de aspiración. Además, se averigua la velocidad de rotación n del motor de combustión interna, la señal de la velocidad de rotación con ayuda de un cronómetro 21, que proporciona la señal t, se puede utilizar para determinar la aceleración n'.

La figura 2 muestra un ejemplo para la configuración constructiva de la válvula de regulación 16 según la invención. La válvula de estrangulación se ha fabricado de una sola pieza, con un eje de estrangulación 22 y nervios de apoyo 23. Esta unidad está montada en el marco de la válvula 24, de tal manera que resulta un módulo de válvula de estrangulación 25. Éste se puede montar como componentes estándar en diferentes sistemas de conductos, para lo cual se ha colocado en la periferia 3 bridas de fijación 26 con orificios de alojamiento 27 para tornillos.

La válvula de estrangulación está representada en la posición de cierre. Entre un borde de válvula 28 y una pared interior 29, el marco de la válvula 24 se ha formado una sección transversal residual 30, que puede estar atravesada por el fluido. La válvula se puede abrir ahora de forma continua, por lo cual se abre cada vez más una sección de apertura, rodeada por la proyección del borde de la válvula de la sección transversal 21 y por el borde interior de la sección transversal residual. La sección transversal de la abertura máxima 21, con la válvula completamente abierta, está indicada en la figura 2, estando formada por el borde de la sección transversal de apertura, en este caso, por el eje de la válvula 22. La sección transversal que puede se atravesada de forma efectiva por el fluido, está formada por la suma de la sección transversal residual y la sección transversal de abertura.

El efecto de la graduación de la válvula de estrangulación se ha representado en la figura 3. En este ejemplo, se gradúa la posición de estrangulación de la válvula en función de la velocidad de rotación n. La válvula de estrangulación cerrada completamente cubre el 81% de la superficie de sección transversal. Las curvas de trazos muestran el ruido de aspiración en diferentes posiciones de la válvula de estrangulación. Queda claro que, mediante un cierre paso a paso de la válvula de estrangulación hasta la sección transversal residual, el ruido de aspiración puede reducirse hasta 18 dB.

Con la válvula de estrangulación cerrada, no se abastece el motor en la zona de la velocidad de rotación más elevada suficientemente con el aire de combustión. Por ello, en función de la velocidad de rotación se debe abrir cada vez más la válvula de estrangulación. Con ello se obtiene la curva resultante del ruido de aspiración a, en la que, según esta curva, la válvula de estrangulación se ajusta de tal manera que el motor de combustión interna se abastece siempre con la cantidad de aire mínima necesaria.

Para incrementar el ruido de aspiración en la fase de aceleración, la válvula de estrangulación se puede abrir más rápidamente que lo necesario. Para ello aumenta en esta zona el ruido de aspiración del motor de combustión interna y permite de esta manera una realimentación acústica para el conductor. Este modo operativo se representa por la curva b.

Para la generación de la curva b se gradúa la válvula de estrangulación de forma discontinua en relación a la velocidad de rotación. De este modo se puede influir el ruido de aspiración a voluntad, con lo cual también se pueden satisfacer los deseos del cliente de un diseño de sonido.

Claims (6)

1. Sistema de conductos (11, 12, 13) provisto de válvula de estrangulación (16), situada en el tramo de aspiración de un motor de combustión interna, en el que se ha dispuesto pivotante la válvula de estrangulación en una sección transversal (17), que es parte del sistema de conductos para el fluido a estrangular, estando dispuesta la válvula de estrangulación (16) en la zona de la entrada (18) del tramo de aspiración de un motor de combustión interna, siendo la zona la entrada (18) del tramo de aspiración de la zona de la boquilla, caracterizado porque la válvula de estrangulación (16) en la posición de cierre deja libre una sección transversal residual (30), a través de la cual puede circular el fluido a estrangular, rodeando la sección transversal residual (30) la válvula de estrangulación (16).

2. Sistema de conductos, según la reivindicación 1, caracterizado porque la válvula de estrangulación (16) se dispone en la sección transversal más estrecha de un segmento de tubo con un perfil de sección transversal en forma de tubo de Venturi, especialmente en una boca de aspiración (11).

3. Sistema de conductos, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la sección transversal residual (30) presenta una superficie que representa entre el 10 y el 40% de la superficie total de la sección transversal (17).

4. Procedimiento para el mando de un sistema de conductos, según una de las anteriores reivindicaciones, situado en el tramo aspiración de un motor de combustión interna, caracterizado porque la posición de la válvula se gradúa en función de la cantidad necesaria de aire de combustión del motor de combustión interna.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque para la magnitud de regulación para la posición de la válvula, se toma la velocidad de rotación del motor de combustión interna.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque los estados del servicio del motor de combustión interna, en los que el conductor necesita una retracción acústica para el motor, la sección transversal de la abertura (21) libre para la válvula de estrangulación se elige mayor de lo que sería necesario para un suministro suficiente del motor de combustión con el aire de combustión.