PROCEDIMIENTO PARA EL MANEJO DE UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA DE COMPRESIÓN VARIABLE.

Un procedimiento para manejar un motor de auto -encendido de combustión interna usando una mezcla de combustible/aire,

comprendiendo el motor una primera masa de combustión (10), un pistón (11) movible en la masa de combustión (10), siendo la relación de compresión alcanzable en la masa por el movimiento del pistón (11), como mínimo, suficiente para que la mezcla de combustible/aire sea capaz de auto -encenderse, medios para variar el punto de encendido de la mezcla combustible/aire incluyendo una segunda masa (30) conectada con dicha primera masa de combustión (10), un elemento de variación de la masa (31) en la masa secundaria y medios (34) controlados sobre la base de las condiciones concretas del motor, internas y externas, que están definidas por parámetros preseleccionados, para posicionar el elemento de variación de la masa (31) para establecer tales condiciones en la masa de combustión (10) por lo cual el auto -encendido tiene lugar en una posición requerida del pisón (11) en la primera masa de combustión (10), caracterizada porque hay una unidad de procesamiento central (50) y una memoria asociada en la que son cargados los valores actuales de los parámetros preseleccionados, lo que calcula la posición del pistón (11) a la que la auto -ignición debería tener lugar para proporcionar la máxima energía y hace que los medios de control muevan el elemento (31) de variación de la masa de tal forma que la relación de compresión en la masa es tal como para proporcionar la presión y temperatura requeridas para el encendido cuando el pistón (11) alcanza esta posición

La presente invención se relación con un procedimiento para el manejo de un motor de combustión y auto – encendido internos y, en especial, a tal motor 10 adaptado para funcionar bajo situaciones de combustión pobre.

Los motores de combustión interna normal son, generalmente, de uno de dos tipos, o bien motores de gas o petróleo de encendido por chispa, o bien motores diesel que usan auto – encendido, esto es, que el fuel es inyectado bajo presión a una carga de aire que ha sido comprimida a una temperatura y presión muy altas. Después de mezclarse con la carga de aire y tras algún tiempo de espera, el encendido tiene lugar por medio de auto – ignición.

Los ciclos normalizados de aire muestran que si un motor de combustión interna pudiera ser manejado con una carga de gas de índice adiabático incrementado, sería entonces más eficiente. Los mismos ciclos normalizados de aire muestran que un incremento en el índice de alrededor de 0.1 resultaría en un aumento en eficiencia de aproximadamente un 10 % en cualquier relación de compresión. Una forma práctica de incrementar el índice adiabático es manejar el motor a relaciones más reducidas carburante – aire. Esto es porque el aire tiene el índice más alto sobre cualquier rango de temperatura para carga quemada y no quemada y el índice se reduce a medida que la relación carburante – aire se incrementa. Cuando se alcanza una mezcla estequiométrica, el índice de carga quemada empieza a incrementarse de nuevo, sin embargo, una rica mezcla de combustión es menos eficiente en su conjunto debido a la falta de oxígeno para la completa oxidación del combustible.

Si un motor pudiera ser manejado con una relación de equivalencia (la masa de combustible liberada en la carga en relación con la masa estequiométrica de carburante) de aproximadamente 0.5, un incremento medio en el índice adiabático para la carga quemada estaría por el orden de 0.06 y aproximadamente

0.02 para la carga no quemada (Fundamentos del motor de combustión interna, Heywood, 1988). A menores relaciones de equivalencia, el índice sería más alto. En esta base, si un motor fue fabricado con capacidad incrementada y con una combustión de la misma cantidad de carburante que su contraparte más pequeña, puede darse un incremento en el resultado.

En la actualidad, los motores de encendido por chispa funcionan con una relación de equivalencia de 0.8 como límite en la zona de combustión pobre. Esto es debido a la frecuencia incrementada de fallos de combustión en relaciones de equivalencia inferiores a 0.8. Hay tres causas principales para esto: fallo inicial de la chispa al iniciar una llama, lo que conduce al fallo; la llama encuentra zonas en la carga demasiado pobres como para sostener la combustión; la velocidad de la llama, o la velocidad de la combustión es demasiado lenta como para consumir la carga antes de que la expansión apague la llama.

20 Los ciclos normalizados de aire indican que otro medio de incrementar la eficiencia de un motor es el incremento de la relación de compresión. La relación de compresión se define por la suma del volumen consumido y el volumen de la cámara de combustión dividida por el volumen de la cámara de combustión. Los ciclos normalizados de aire muestran que la eficiencia térmica de un motor se incrementaría en una media de un uno por ciento por cada incremento de unidad en la relación de compresión de aproximadamente 8:1.

Hay tres principales límites prácticos al incremento de relación de 30 compresión en cualquier estado. Cuando la relación de compresión incrementa la superficie la relación de volumen se incrementa y las pérdidas de calor se hacen excesivas. Las pérdidas de calor empiezan a sobrepasar las ventajas en eficiencia a una relación de compresión de alrededor de 17:1. Al incrementarse la relación de compresión, las presiones máximas se incrementan de tal forma que las consideraciones estructurales y los necesarios incrementos de peso imponen un 5 límite práctico. Los motores diesel disponibles en el mercado generalmente aparentan tener una relación de compresión de no más de 30:1. Sin embargo, los motores de encendido por chispa están limitados a relaciones de compresión de aproximadamente 8:1 a 10:1. Está limitación se debe, principalmente, a la tendencia a “golpear” del carburante del modelo de encendido por chispa. Esto es, 10 las últimas partes de la carga aún no consumidas (denominadas “gas final”) son arrastradas a elevadas temperaturas y presiones, por lo que la misma se auto – enciende antes del principio de la llama. Este auto – encendido es, a menudo, de una naturaleza explosiva que da lugar a diferenciales de presión espacial que tienen como consecuencia que se escuchen sonidos procedentes del cilindro. Este 15 fenómeno del “golpe” se incrementa cuando la relación de compresión se incrementa. El “golpe” se debe evitar por dos razones principales. En primer lugar, el golpe puede causar un daño físico considerable al motor si se permite que el motor funcione en la zona de carga que golpea durante periodos continuados. En segundo lugar, el golpe reduce la eficiencia principalmente debido al ruido y a la vibración.

La patente estadounidense USA 2414217 describe un motor de combustión interna que utiliza un pistón auxiliar para mantener una relación de compresión constante y, cuando la relación de compresión alcanza su máximo, un sistema de válvulas libera la presión tras el pistón auxiliar. Cuando el pistón principal llega el extremo del golpe de la compresión, una válvula solenoide recibe energía para liberar la válvula y re – presurizar el pistón auxiliar para asegurar, de nuevo, que la compresión requerida, fija, se mantiene en la cámara principal.

Ulteriormente, la Patente Mundial WO97/11264 divulga un método de acuerdo con la primera parte de la reivindicación 1.

El objeto de la presente invención es proporcionar un método de manejar 5 un motor de combustión interna de auto – encendido que supera o minimiza las dificultades citadas con anterioridad.

La invención proporciona un método para el manejo de un motor de auto – encendido de combustión interna que usa una mezcla de aire y carburante, 10 comprendiendo el motor una primera masa de combustión, un pistón, movible en la masa de combustión, siendo la relación de compresión alcanzable en la masa por el movimiento del pistón, como mínimo, suficiente para que la mezcla de carburante y aire sea apta para auto – encenderse, medios para variar el punto de encendido de la mezcla de carburante y aire incluyendo una masa secundaria en 15 relación con dicha primera masa de combustión, un elemento de variación de la masa en la masa secundaria y medios controlados sobre la base de las concretas condiciones medioambientales e internas del motor, definidas por parámetros preseleccionados, para posicionar el elemento de variación del volumen para establecer un estado de la masa en el que el auto – encendido tenga lugar en una 20 posición requerida del pistón en la primera masa de combustión, caracterizado por que hay una unidad central de procesamiento y memoria asociada dentro de la que los valores actuales de los parámetros preseleccionados son cargados y que calcula la posición del pisón en la que el auto – encendido debería tener lugar para proporcionar una energía máxima y que hace que los medios de control muevan el elemento variador de la masa de tal forma que la relación de compresión en la masa es tal que suministra la presión y temperatura requeridas para el encendido cuando el pistón alcanza esta posición.

Con objeto de que la invención pueda ser más rápidamente comprendida, 30 se describirá en relación con los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La Figura 1 es una visión esquemática de un cilindro de un motor manejado por el método de la invención; La Figura 2 es una visión esquemática de una forma de sistema de control que podría ser usada con el motor de la Figura 1; 5 La Figura 3 es una visión esquemática de un método para el movimiento del pistón secundario; y La Figura 4 es una visión esquemática de un segundo de método para el movimiento del pistón secundario.

10 Antes de referirnos específicamente a los dibujos, se ha de destacar que el motor manejado por la presente invención es un motor de combustión de auto – encendido, de mezcla pobre y carga homogénea, que funciona a altas relaciones de compresión. La máxima...

1. Un procedimiento para manejar un motor de auto – encendido de combustión interna usando una mezcla de combustible/aire, 5 comprendiendo el motor una primera masa de combustión (10), un pistón (11) movible en la masa de combustión (10), siendo la relación de compresión alcanzable en la masa por el movimiento del pistón (11), como mínimo, suficiente para que la mezcla de combustible/aire sea capaz de auto – encenderse, 10 medios para variar el punto de encendido de la mezcla combustible/aire incluyendo una segunda masa (30) conectada con dicha primera masa de combustión (10), un elemento de variación de la masa (31) en la masa secundaria y medios (34) controlados sobre la base de las condiciones concretas del 15 motor, internas y externas, que están definidas por parámetros preseleccionados, para posicionar el elemento de variación de la masa (31) para establecer tales condiciones en la masa de combustión (10) por lo cual el auto – encendido tiene lugar en una posición requerida del pisón (11) en la primera masa de 20 combustión (10), caracterizada porque hay una unidad de procesamiento central (50) y una memoria asociada en la que son cargados los valores actuales de los parámetros preseleccionados, lo que calcula la posición del pistón (11) a la que la auto – ignición debería tener lugar para proporcionar la máxima energía y hace que los medios de control muevan el elemento (31) de variación de la masa de tal forma que la relación de compresión en la masa es tal como para proporcionar la presión y temperatura requeridas para el encendido cuando el pistón (11) alcanza esta posición.