Un motor de pistón de válvula libre o sin levas es un motor que tiene válvulas de asiento operadas por medio de actuadores electromagnéticos, hidráulicos o neumáticos [ cita requerida ] en lugar de levas convencionales . Los actuadores se pueden usar para abrir y cerrar válvulas, o para abrir válvulas cerradas por resortes u otros medios.
Los árboles de levas normalmente tienen un lóbulo por válvula, con una duración y elevación de la válvula fijas. Aunque muchos motores modernos utilizan la fase del árbol de levas, ajustar la elevación y la duración de la válvula en un motor en funcionamiento es más difícil. Algunos fabricantes utilizan sistemas con más de un lóbulo de leva, pero esto sigue siendo un compromiso, ya que solo unos pocos perfiles pueden estar en funcionamiento a la vez. Este no es el caso del motor sin levas, donde la elevación y la sincronización de las válvulas se pueden ajustar libremente de una válvula a otra y de un ciclo a otro. También permite múltiples eventos de elevación por ciclo y, de hecho, ningún evento por ciclo, apagando el cilindro por completo.
Desarrollo sin levas
Los trenes de válvulas sin levas han sido investigados durante mucho tiempo por varias empresas, incluidas Renault , BMW , Fiat , Valeo , General Motors , Ricardo , Lotus Engineering , Ford , Jiangsu Gongda Power Technologies y la empresa hermana de Koenigsegg, FreeValve. [1] [2] [3] [4] [5] Algunos de estos sistemas están disponibles comercialmente, aunque todavía no se encuentran en los motores de los vehículos de producción por carretera. En la primavera de 2015, Christian von Koenigsegg dijo a los periodistas que la tecnología que persigue su empresa se está "preparando para dar frutos", pero no dijo nada específico sobre el calendario de su empresa. [6] [7]
En noviembre de 2016, el fabricante chino de automóviles Qoros Auto exhibió el hatchback Qoros 3 en el Salón del Automóvil de Guangzhou 2016, que mostró un nuevo motor Qoros 'Qamfree'. El diseñador sueco FreeValve del motor afirma que el motor turboalimentado de 1.6 litros (98 pulgadas cúbicas) producirá 170 kW (230 hp) y 320 N⋅m (240 lb⋅ft) de torque. También afirman que, en comparación con un motor tradicional similar, ofrece una reducción del 50% en tamaño (incluida una altura 50 mm (2,0 pulgadas) más baja), una reducción del peso del 30%, una mejora del 30% en la potencia y el par, una mejora del 30% en economía de combustible y una reducción del 50% en las emisiones. [8] Christian von Koenigsegg afirma en un video que el motor Qamfree con la tecnología sin cámara PHEA se basa en un motor Qoros existente que fue "... desarrollado en Alemania y Austria hace cinco, seis años ...". [9]
Christian von Koenigsegg también afirma que la tecnología sin levas PHEA permite la eliminación del precatalizador, porque el convertidor catalítico estándar puede alcanzar la temperatura rápidamente manipulando el ciclo de escape. [9]
Motores sin levas en estaciones marinas y eléctricas
Ventajas
Debido a que los motores sin levas no tienen árbol de levas , es posible que tengan menos partes móviles. En estos sistemas, los rodillos del árbol de levas y las varillas de empuje han sido reemplazados por un sistema de actuador electrohidráulico que utiliza las bombas de combustible existentes, reduciendo así los riesgos de desarrollo del nuevo sistema al emplear la tecnología existente. [10] El cambio de dirección en los motores B & W MC más antiguos se activaba cambiando físicamente la dirección del rodillo de levas, mientras que con el nuevo motor sin levas, es controlado por una computadora. Esto elimina el riesgo de fallas mecánicas que podrían dañar el motor si hubiera un mal funcionamiento al cambiar de dirección. Además, debido a que no hay una conexión de cadena entre el cigüeñal y el árbol de levas, el motor es más liviano y tiene menos puntos de falla. La ausencia de un árbol de levas también significa que la carga parásita en el motor es menor, lo que es particularmente útil en motores marinos grandes, ya que puede equivaler a una gran cantidad de ahorro de energía. Con un motor sin levas, la inyección de combustible y la sincronización del escape se controlan directamente mediante una unidad de control del motor y se pueden cambiar y ajustar constantemente sin detener el motor. Esto permite que el motor funcione a menos RPM, una característica útil en los barcos, ya que permite mejores maniobras a baja velocidad durante el atraque. Además, cuando un barco está maniobrando, la inyección de combustible controlada por computadora y la sincronización de la válvula permiten un control más rápido de las RPM y, por lo tanto, una parada más rápida en situaciones de emergencia.
Emisiones
Los motores sin levas pueden producir menos emisiones que sus homólogos de árbol de levas equivalentes porque pueden controlar con mayor precisión el procedimiento de combustión, lo que permite una combustión más completa de todos los hidrocarburos. La computadora puede detectar cuándo no se está consumiendo todo el combustible y relajar inmediatamente los tiempos de las válvulas para suministrar menos combustible a un cilindro. La ECU puede ajustar constantemente la sincronización de la válvula, la altura y las mezclas de aire / combustible para optimizar la eficiencia para una carga de par / RPM determinada. Puede detectar cuándo hay una gran cantidad de emisión de NOx y SOx ( óxido de azufre ) y cambiar la sincronización para hacer que el gas de escape sea más caliente o más frío. Dado que el motor funciona de forma electrónica y no mecánica, los motores sin levas se pueden actualizar para cumplir con las nuevas regulaciones de emisiones sin modificaciones mecánicas.
Inyección de combustible
Los motores sin levas pueden reducir aún más las emisiones de NOx con el uso de la clasificación de combustible. En lugar de simplemente inyectar un flujo constante de combustible, la clasificación de combustible inyecta el combustible en el momento óptimo para la combustión más completa. La inyección de combustible se puede apagar cuando hay suficiente presión y agregar más combustible cuando hay menos presión, lo que permite que los motores funcionen más cerca de un ciclo diésel perfecto . Esto permite que el motor funcione tan eficientemente como lo permitan el entorno y la capacidad calorífica del metal.
Efectos a largo plazo
Debido a que estos nuevos motores pueden diagnosticarse por sí mismos y funcionar de manera eficiente sin que un operador cambie la configuración, estos motores requieren una tripulación más pequeña para mantenerlos en el mar. Esta reducción de tripulación equivale a un envío más barato y más comercio global. [11]
Motores sin levas en automóviles
La empresa británica Camcon Technology [12] está desarrollando un motor sin levas para vehículos de pasajeros basado en su sistema patentado de Actuación de Válvula Inteligente (IVA). Camcon ha colaborado con Jaguar Land Rover para instalar el IVA en un motor de gasolina Ingenium 2.0l de 4 cilindros y publicaron conjuntamente los resultados en el Coloquio de Aquisgrán de 2017. [13] Camcon también discutió características y beneficios en un artículo y video que fue publicado en la revista Autocar. [14]
La empresa sueca Freevalve AB (antes Cargine), una empresa hermana de Koenigsegg Automotive AB , está desarrollando un sistema sin levas en un motor de automóvil SAAB existente. [15] [16] [17] [18]
En abril de 2016, el fabricante de automóviles chino Qoros presentó un prototipo que incorpora la tecnología Freevalve. [19]
En marzo de 2020, Koenigsegg Automotive AB anunció su primer megacoche de cuatro plazas, el Gemera, que funciona con un motor de tres cilindros en línea de 2.0l turboalimentado secuencial junto con tres motores eléctricos. Dos de esos motores eléctricos, cada uno de los cuales produce 600 bhp y 738 lb-ft de torque, están en las ruedas traseras. El tercer motor está conectado al cigüeñal del motor y genera 400 bhp y 369 lb-ft de torque. Trabajar con el motor para propulsar las ruedas delanteras es lo que Koenigsegg llama el motor Tiny Friendly Giant (TFG). Tiene una potencia de 600 bhp y 443 lb-pie de torsión y utiliza la tecnología Freevalve sin leva. [20]
Ver también
- Árbol de levas helicoidal
- Multiair
Referencias
- ^ US 6871618 , Serge Masse, "Dispositivo de accionamiento de válvula y método para controlarlo", publicado el 29 de marzo de 2005 , asignado a Renault Sport
- ^ "Valeo prueba el sistema sin leva para motores de gas; el proveedor espera producir tecnología de ahorro de combustible para el 2008: Revista AutoWeek" . Autoweek.com. 2009-02-06. Archivado desde el original el 22 de mayo de 2011 . Consultado el 2 de octubre de 2009 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ "Sistema de investigación de trenes de válvulas activas Lotus" . Grouplotus.com. Archivado desde el original el 20 de agosto de 2008 . Consultado el 2 de octubre de 2009 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ "Cargine" . Cargine. Archivado desde el original el 17 de julio de 2009 . Consultado el 2 de octubre de 2009 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- ^ Lou, Zheng David; Deng, Qiangquan; Wen, Shao; Zhang, Yunhai; Yu, Mengjin; Sun, Ming; Zhu, Guoming (2013). "Progreso en la actuación de válvula variable sin leva con péndulo de dos resortes y enclavamiento electrohidráulico". Revista Internacional de Motores SAE . 6 : 319–326. doi : 10.4271 / 2013-01-0590 .
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enlaces externos
- "Página de inicio del motor EVIC" . David Bowes. 2011-01-20. Archivado desde el original el 10 de julio de 2011 . Consultado el 20 de enero de 2011 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- "Valeo prueba un sistema sin levas para motores de gas; el proveedor espera producir tecnología de ahorro de combustible para el 2008" . AutoWeek . Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2007 . Consultado el 14 de octubre de 2005 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )
- "Grupo de investigación de actuadores avanzados, Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Carolina del Sur" .
- "Valeo contrata a 'varios fabricantes mundiales de automóviles' para motores sin cámara" . Archivado desde el original el 18 de marzo de 2012 . Consultado el 12 de julio de 2020 .
- "Estudio de un Híbrido Neumático asistido por un Sistema de Tecnología de Válvula Libre Controlada por FPGA" .[ enlace muerto permanente ]
- "ME Engines - la nueva generación de motores diesel" (PDF) .