ES2231280T3 - Motor de combustion interna de varios cilindros. - Google Patents

Abstract

Motor de combustión interna de varios cilindros con al menos una línea de cilindros que presenta una carcasa de culata con válvulas de admisión y de escape dispuestas en ella que, a través de medios de control, suministran el aire de combustión a los cilindros en dependencia de la posición de giro del cigüeñal y eliminan los gases de escape resultantes de la combustión mediante una instalación de escape, caracterizado porque están previstos medios (44'') para la realización de diferentes desarrollos de la carrera de las válvulas de escape de al menos dos cilindros dispuestos en una línea de cilindros, que llevan a una reducción de las fases de apertura coincidente de dichas válvulas (28) de escape, en donde la válvula (26) de admisión y la válvula (28) de escape de uno de los dos cilindros se encuentran justamente en una fase de apertura coincidente.

Description

Motor de combustión interna de varios cilíndricos.

La invención toma como base un motor de combustión interna de varios cilindros de acuerdo con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

En los motores de combustión interna de varios cilindros los gases de escape que se originan durante la combustión se descargan al exterior con ayuda de los codos de escape de los gases asignados individualmente a los cilindros los cuales desembocan en un colector de gases de escape común. En una secuencia de encendido predeterminada se alcanzan condiciones de servicio en las cuales coinciden las fases de apertura de las válvulas de escape de dos cilindros dispuestos en una línea de cilindros. Esta condición se torna especialmente crítica cuando las válvulas de admisión y de escape del cilindro elegido como primero en la secuencia de encendido se encuentran todavía justamente en la fase de apertura coincidente. Debido a la apertura de la válvula de escape del cilindro en el que se produce más tarde la explosión y con ello también es en el que se produce más tarde el escape, puede llegar a este el gas de escape provisto de un elevado impulso de presión procedente del interior del cilindro que ha expulsado más pronto el gas de escape. Las consecuencias de ello son tasas elevadas de gases residuales con consecuencias negativas sobre el punto límite de resistencia a la detonación así como un insuficiente llenado del cilindro con gas fresco. El empleo de tiempos de control variables refuerza la dispersión del consumo de aire de los cilindros individuales y por cierto tanto más cuanto más grandes sean los márgenes de ajuste. La reducción del consumo de aire de los cilindros perjudicados puede conducir a que se produzca una reducción del consumo de aire en particular con medios de admisión con ángulos de calaje por debajo de 100º, con lo cual se reduce notablemente el crecimiento deseado del momento de giro.

Es por tanto tarea de la invención eliminar o reducir ese tipo de consecuencias negativas y conseguir un óptimo y unitario grado de llenado de los cilindros a lo largo de toda la línea de cilindros del motor de combustión interna.

La tarea queda resuelta de acuerdo con la invención mediante la parte significativa de las características indicadas en la reivindicación 1.

Mediante la reducción de las fases de apertura coincidente de las válvulas de escape en los cilindros dispuestos en una línea de cilindros se reduce el chorro de gases de escape previos al escape que procedente del cilindro que descarga más tarde alcanza en la fase de apertura coincidente de las válvulas de admisión y de escape del cilindro que descarga más pronto. Con ello se produce para todos los cilindros un grado sustancialmente unitario de llenado de los cilindros con gas fresco.

En las restantes reivindicaciones se contienen otras configuraciones ventajosas y mejoras del motor de combustión interna de varios cilindros acorde con la invención.

Se puede conseguir de una manera sencilla la reducción de las fases de apertura coincidente de las válvulas de escape que corresponden a los cilindros dispuestos en una línea de cilindros, debido a que las levas dispuestas en un árbol de levas de escape presentan diferentes formas de levas.

Se produce un agrupamiento satisfactorio de las curvas de consumo de aire para todos los cilindros a lo largo de todo el rango de revoluciones, en particular cuando los cilindros favorecidos por la secuencia de encendido se equipan con levas que presentan una anchura de leva menor que aquellos cilindros en los que, debido a la secuencia de encendido, el chorro de gases de escape previos al escape del cilindro que descarga más tarde en la línea de cilindros alcanza en la fase de apertura coincidente de las válvulas de admisión y de escape del cilindro que descarga más pronto.

Se consigue una optimización de los cilindros perjudicados por la secuencia de encendido cuando la estrecha leva del cilindro que descarga más pronto presenta una anchura de leva que disminuye en 10º a 20º el ángulo de calaje por cada 1 mm de carrera de válvula.

En particular, en un motor V8 con, por ejemplo, un acodado de 90º del cigüeñal, el cual dispone de un buen equilibrio de masas y de momentos, können mit con la reducción de las fases de apertura coincidentes de las válvulas de escape se pueden compensar ampliamente las desventajas de los cambios de carga que en particular surgen en esta ejecución de motor.

Las desventajas del cambio de cargas en un motor de combustión interna de este tipo se hacen notar en particular cuando el codo de escape de los gases de cuatro ramales unido por bridas con el lado de escape de las dos líneas de cilindros se transforma tras un corto tramo de recorrido en un tubo colector común de escape. La ventaja de este tipo de conducto de escape consiste en que se pueden usar catalizadores primarios próximos al motor y únicamente se tienen que integrar en el tubo colector de escape previsto un catalizador primario y una sonda lambda por cada línea de cilindros. Sin embargo, debido a lo cortos que son los tubos acodados de escape existe el peligro de que una gran parte del chorro de gases de escape previos al escape del cilindro que descarga más tarde llegue y penetre en el cilindro que descarga más pronto. En el caso de un motor V8 con un conducto de escape de este tipo se pueden compensar por tanto con plena eficacia las desventajas del cambio de cargas, con lo cual los efectos de los tiempos variables de control desarrollan su efectividad en todo el rango de revoluciones, de manera que se consigue el deseado desarrollo compacto del momento de giro.

A continuación se explica con más detalle un ejemplo de ejecución de la invención representado en los dibujos.

La figura 1 muestra una representación en sección de un motor V8, la figura 2 un representación esquemática de las dos líneas de cilindros de un motor V8, la figura 3 la secuencia de encendido de un motor V8 con una representación parcial del cambio de cargas de tres cilindros contiguos, la figura 4 una representación esquemática de una línea de un banco de cilindros, la figura 5 una representación gráfica de las curvas de elevación de las válvulas y la figura 6 un árbol de levas de escape provisto con diferentes anchuras de levas.

Descripción del ejemplo de ejecución

El motor de combustión interna configurado como motor V8 presenta un cigüeñal 12 dispuesto en una carcasa 10 de cigüeñal. En los gorrones 14 de apoyo del cigüeñal dispuestos al tresbolillo con un desplazamiento de 90º están los pies 16 de las bielas, de los cuales solamente uno está representado de forma visible, firmemente atornillados a la biela 18, las cuales nuevamente a través de los ojos 20 de las bielas están unidas con los ocho pistones 22 dispuestos en las dos líneas de bancos de cilindros. Las dos cabezas 24 de los cilindros fijadas sobre la carcasa 10 del cigüeñal alojan los componentes necesarios y ya conocidos para el proceso de combustión de cuatro tiempos, encontrando su aplicación en cada uno de los cuatro cilindros dispuestos en una línea las mismas piezas componentes. Cada cilindro dispone de dos válvulas 26 de admisión y dos válvulas 28 de escape, de las cuales de acuerdo con el plano de corte de la figura 1 solamente una de cada clase está visible. Las válvulas 26 de admisión controlan los canales 32 de admisión que conducen a la cámara 30 de combustión mientras que las válvulas 28 de escape controlan los canales 34 de escape que conducen igualmente a la cámara 30 de combustión.

Los cuatro canales 34 de escape embridados a cada una de las dos líneas de bancos de cilindros están configurados como codos de escape de cuatro ramales los cuales, tras un corto tramo de recorrido desembocan respectivamente en un colector 36 de escape común. Los canales 32 de admisión que se encuentran en el lado de aspiración están alimentados con aire de combustión a través de una instalación de aspiración no representada. El accionamiento de las válvulas 26, 28 de admisión o de escape se produce con la ayuda de un árbol 38 de levas de admisión y un árbol 40 de levas de escape. Los árboles 38, 40 de levas de admisión y de escape presentan cada uno cuatro pares de levas 42 de admisión y de levas 44 de escape, describiéndose posteriormente con más detalle la configuración particular específica para cada cilindro de las levas.

El movimiento de giro de los árboles 38, 40 de levas de admisión y de escape se convierte a través de empujadores 46 y 48 con forma de taza configurados como servo-levas en un movimiento de elevación de las válvulas 26, 28 de admisión y de escape. Con la ayuda de muelles 50, 52 dispuestos coaxiales con el eje de válvula de las válvulas 26, 28 de admisión y de escape se asegura entre otras cosas que las válvulas 26, 28 de admisión y de escape durante la fase principal de las levas 46, 48 cierran con seguridad los canales 32, 34 de admisión y de escape. Con la ayuda de válvulas 54 de inyección se inyecta combustible en los canales 32 de admisión el cual durante la apertura de la válvula 26 de admisión es llevado con ayuda de un dispositivo de encendido configurado como bujía 56 de encendido al interior de la cámara 30 de combustión para ser quemado.

En la figura 3 está representada la secuencia de encendido de los cilindros 1 a 4 o bien 5 a 8 que se encuentra dispuestos de forma distribuida en las dos líneas de bancos de cilindros. Como se puede ver claramente en la ilustración de la parte inferior la secuencia de encendido es asimétrica con respecto a las dos líneas de bancos de cilindros y presenta tres separaciones de encendido diferentes para cada línea de un banco de cilindros. Entre los cilindros 1 y 3 la separación del encendido alcanza 90º de ángulo de calaje, entre los cilindros 2 y 3 y entre los 1 y 4 alcanza 180º de ángulo de calaje y entre los cilindros 2 y 4 alcanza 270º de ángulo de calaje. De modo análogo a esto, las separaciones del encendido en la segunda línea de un banco de cilindros 5 a 8 alcanzan 90º de calaje entre los cilindros 5 y 6, mientras que entre los cilindros 6 y 7 así como entre los cilindros 5 y 8 alcanzan 180º de ángulo de calaje y entre los cilindros 7 y 8 alcanzan 270º de ángulo de calaje. Como a continuación se explica con más detalle con la ayuda de las figuras 3 y 4, en la secuencia 1 - 3 - 7 - 2.- 6 - 5 - 4 - 8 de encendido los cilindros 3 y 4 pertenecientes a una de las líneas de un banco de cilindros y los cilindros 5 y 7 pertenecientes a la otra línea de cilindros quedan perjudicados frente a los restantes cilindros en lo que respecta al grado de llenado con gas fresco, en lo sucesivo denominado como consumo de aire.

Con la ayuda de la ilustración de la parte superior de la figura 3 en la que se encuentran representadas las curvas de elevación de válvulas de las válvulas 28 de escape, de los cilindros 1, 3 y 2 en fase de descarga con una separación de 90º y 180º del ángulo de calaje, se puede apreciar el mutuo impedimento en la descarga de los cilindros 1 y 3 que se encienden o descargan con una separación de 90º del ángulo de calaje. Mucho más gravosa con respecto al cambio de cargas resulta sin embargo la fase de coincidencia del escape de las válvulas de los cilindros que descargan con una separación de 180º del ángulo de calaje en una línea de un banco de cilindros. Como se representa de un modo ejemplar con ayuda de las curvas de elevación de las válvulas correspondientes a las válvulas 28 de escape de los cilindros 2 y 3, el chorro de los gases de escape previos al escape del cilindro 2 que está encendiendo y descargando más tarde con una separación de 180º de ángulo de calaje llegan y penetran en el cilindro 3 en la fase de apertura coincidente de las dos válvulas 26, 28 de admisión y de escape. Este conocido "retorno al interior de los gases de escape" relacionado con la fase de coincidencia de las válvulas de admisión y de escape no se puede evitar del todo en los motores Otto controlados por válvulas puesto que se tiene que encontrar un compromiso entre por una parte el comportamiento satisfactorio durante el vaciado y por otra parte una suficiente sección de abertura temporal de las válvulas con elevado número de revoluciones. El chorro de salida de gas de escape representado como onda W de presión del gas de escape en la ilustración de la parte superior de la figura 3 reduce el consumo de aire "a" del cilindro 3 que ya se encuentra en el tiempo de aspiración. El empleo de tiempos variables de control de las válvulas, que se pueden realizar por ejemplo con ayuda de un regulador axial del árbol de levas, refuerza la dispersión del consumo de aire de los cilindros individuales y por cierto, tanto más cuanto mayores sean los rangos de regulación. A este respecto se puede llegar a una disminución del consumo de aire con lo cual se reduce notablemente el deseado crecimiento del momento de giro. La posibilidad de regulación de los tiempos de abertura de las válvulas de admisión está ejemplarmente representada en la ilustración de la parte de arriba de la figura 3 con ayuda de la curva E3' para el cilindro 3 representada con trazos, la cual está desplazada en la dirección "más pronto" con respecto a la curva E3 de abertura de la válvula.

Para la reducción de las fases de coincidencia en la apertura de los cilindros 1 y 3 o bien 1 y 4 que descargan con una separación de 180º de ángulo de calaje dentro de la línea 1 - 4 de cilindros y de los cilindros 6 y 7 o bien 5 y 8 dentro de la linea 5 - 8 de cilindros, los cilindros 3, 4, 5, 7 perjudicados desde el punto de vista del consumo de aire presentan una mayor anchura de levas para las levas 44 dispuestas en el árbol 40 de levas de escape. En la figura 5 está representada con la curva A continua de la izquierda la elevación de la válvula para las válvulas 28 de escape de los cilindros 3, 4, 5, 7, mientras que la curva A' de elevación de válvula, de menor tamaño y representada con trazos corresponde a las válvulas 28 de escape de los cilindros 1, 2, 6, 8. Mediante las estrechas levas 44' de escape para los cilindros 1, 2, 6, 8 se reduce la fase de apertura coincidente de las válvulas 28 de escape correspondientes a los cilindros 1, 2, 6, 8 con las válvulas 28 de escape de los cilindros 3, 4, 5, 7 que abren respectivamente más pronto con una separación de 180º de ángulo de calaje. En particular, se consiguen agrupamientos satisfactorios de las curvas de consumo de aire, es decir, un consumo unitario "a" de aire por cada cilindro a lo largo de todo el rango de revoluciones cuando las levas 44' estrechas presentan una anchura de leva menor entre 10º y 20º de ángulo de calaje por cada 1mm de carrera de válvula, que las anchas levas 44. Mediante las pequeñas anchuras de leva, debido al trazado firmemente prefijado del contorno de la leva, se reduce para los cilindros 1, 2, 6, 8, tal como está representado en la figura 5, también la carrera máxima de válvula de las válvulas 28 de escape correspondientes a los cilindros. La curva E representada en la parte derecha de la figura 5 muestra el desarrollo de la elevación de válvula de las válvulas 26 de admisión, el cual está configurado por igual para todos los cilindros del 1 al 8.

Con un concepto de este tipo del árbol de levas, ejecutado en particular para motores V8 con acodamiento de 90º del cigüeñal y una ejecución 4 en 1 de los codos de escape de los gases entran en acción los efectos de los tiempos variables de control de las válvulas en todo el rango de revoluciones, lo cual está ligado con el deseado trazado agrupado de los momentos de giro. Puesto que en el caso de motores V8, debido al número de catalizadores primarios o de sondas lambda se tiende a una ejecución 4 en 1 de los codos de escape de los gases con tubos acodados muy cortos, en la cual sin embargo se presentan los efectos perjudiciales descritos al principio referentes al llenado de los cilindros con aire fresco, se puede emplear con toda efectividad el concepto de árbol de levas antes descrito.

Sin embargo, en lugar de levas específicas para cada cilindro también son posibles otras formas de ejecución para la reducción de las fases de coincidencia en la apertura de las válvulas de escape de los motores de combustión interna de varios cilindros. Con la ayuda de controles de válvulas totalmente variables, como por ejemplo el accionamiento puramente mecánico completamente variable de las válvulas, el accionamiento mecánico-hidráulico completamente variable de las válvulas y el accionamiento electromecánico de las válvulas también permiten realizar el concepto anteriormente descrito.

Claims (6)

1. Motor de combustión interna de varios cilindros con al menos una línea de cilindros que presenta una carcasa de culata con válvulas de admisión y de escape dispuestas en ella que, a través de medios de control, suministran el aire de combustión a los cilindros en dependencia de la posición de giro del cigüeñal y eliminan los gases de escape resultantes de la combustión mediante una instalación de escape, caracterizado porque están previstos medios (44') para la realización de diferentes desarrollos de la carrera de las válvulas de escape de al menos dos cilindros dispuestos en una línea de cilindros, que llevan a una reducción de las fases de apertura coincidente de dichas válvulas (28) de escape, en donde la válvula (26) de admisión y la válvula (28) de escape de uno de los dos cilindros se encuentran justamente en una fase de apertura coincidente.

2. Motor de combustión interna de varios cilindros según la reivindicación 1, caracterizado porque las válvulas (26) de admisión y las válvulas (28) de escape se accionan mediante un árbol (38, 40) de levas y un servo (44, 44') del árbol de levas, presentando las levas (44, 44') dispuestas en el árbol (40) de levas de escape diferentes formas de levas.

3. Motor de combustión interna de varios cilindros según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las levas (44, 44') dispuestas en el árbol (40) de levas de escape presentan diferentes anchuras de levas.

4. Motor de combustión interna de varios cilindros según la reivindicación 3, caracterizado porque en 1 mm de carrera de válvula la/las levas (44') estrechas presentan una anchura de leva menor en 10º a 20º que la/las levas (44) anchas.

5. Motor de combustión interna de varios cilindros según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el motor de combustión interna está configurado como motor V8 provisto con dos líneas de cilindros, cuyo cigüeñal presenta un acodamiento de 90º.

6. Motor de combustión interna de varios cilindros según la reivindicación 5, caracterizado porque en el lado de escape de cada una de las dos líneas de cilindros está previsto un codo de escape de cuatro ramales de los gases que desemboca siempre en un tubo (36) de escape común.