Prototipo de sistema para control de válvulas de admisión y escape

Abstract

RESUMEN: En el presente documento se describe una propuesta de diseño para el desarrollo de un prototipo de un sistema montable en un motor de combustión interna de 4 tiempos a gasolina que no cuenta en su mecanismo interior con un árbol de levas, con el objetivo de alcanzar un rendimiento más óptimo, además de una mejor autonomía, estabilidad térmica y la obtención de más potencia (Horsepower - HP) en la salida del motor para así llegar a un incremento en la velocidad angular del motor y por consiguiente un aumento en la velocidad lineal del vehículo. Siendo auxiliado mediante un sistema independiente de control digital. El sistema independiente de control digital llevará a cabo la tarea de controlar los tiempos de la apertura y cierre de las válvulas de admisión y escape de cada cilindro por medio de un sensor de efecto Hall el cual va a censar en todo momento el eje de transmisión de potencia para así tener el conocimiento de la posición en tiempo real del primer pistón, lo que nos va a permitir ordenar mediante el controlador el mejor momento para la activación de cada una de las válvulas, mejorando así el funcionamiento de trabajo del motor. El sensor va colocado con un cierto ángulo desfasado del primer pistón, este empezará su labor en el momento que un imán se coloque en posición frontal, procediendo a mandar un pulso a la plataforma de desarrollo, el cual será leído por la interrupción, a la cual con anterioridad se determinó que lleve a cabo la orden del tiempo de apertura de las válvulas dependiendo de la velocidad con la que se registren los pulsos. En consecuencia y tomando en cuenta la emergencia sanitaria actual por la que pasa todo el mundo no contamos con las condiciones económicas ni humanas más favorables para la realización previamente propuesta y, por ende, nos vimos en la necesidad de apoyar el trabajo con una simulación realizada en Matlab y llevada a cabo con ayuda de una plataforma de desarrollo de hardware libre llamada Arduino que nos brindará una muestra precisa y detallada de los ciclos de trabajo con este sistema. Además de obtener un mejor rendimiento y un incremento en la potencia, esto resultará beneficioso en cuestión al consumo de gasolina, ya que se lograría una reducción de consumo del 12 al 17% con respecto a un motor con el árbol de levas gracias a la pérdida de peso, que en un automóvil sedan promedio es de aproximadamente 3 kilos y 100 gramos. El presente proyecto tiene como objetivo el implementar esta innovación en motores que no fueron previamente orientados durante su diseño para poder operar con este sistema, pues en la actualidad este sistema aún no se establece en una producción masiva a gran escala, sino más bien artesanal, en la mayoría de los vehículos automotores debido al alto costo de utilidad que se requiere para la obtención de este mismo, por lo que de igual forma, este proyecto se concentra en encontrar la manera de que este sistema pueda ser accesible para cualquier tipo de automóvil y lograr implementarlo hasta en vehículos de generaciones anteriores al año en curso, ayudando de esta misma manera a obtener resultados de mayor beneficio con los contaminantes generados en pro del medio ambiente durante el proceso de la combustión. ABSTRACT: This document describes a proposal of a design for the development of a four-stroke gasoline internal combustion engine prototype that does not have a camshaft in its mechanism, with the aim of reach better performance, in addition to better autonomy, thermal stability, and power gain (Horsepower (HP)) at the outlet of my engine to obtain an increase in the angular velocity of the engine and consequently an increase in linear velocity for the vehicle, being assisted by an independent digital control system. The independent digital control system will perform the task of open and close the intake and exhaust valves of each cylinder using a Hall effect sensor, which is going to register the power transmission shaft at all times to know the position in real-time of the first piston, which will allow us to order through the controller the best moment for the activation of each of the valves, improving the working performance of the engine. The sensor goes in the position with a certain angle of phase shift concerning the first piston, it will start its work when a magnet is placed in front position, proceeding to send a pulse to the development platform, which will be read by the interruption, which previously determined to carry out the order of the valves depending on the speed with which the pulses are registered. Consequently, and taking into account the current health emergency that everyone is going through, we do not have the most favorable economic or human conditions for the previously proposed implementation and, therefore, we found ourselves in the need to support the work with a simulation carried out in Matlab and carried out with the help of a free hardware development platform called Arduino that will provide us with a precise and detailed sample of the work cycles with this system. In addition to obtaining better performance and an increase in power, this will be beneficial in terms of gasoline consumption, since it would achieve a consumption reduction of 12 to 17% compared to an engine with the camshaft thanks to the loss of weight, which is an average sedan car is approximately 3 kilos and 100 grams. The present project aims to implement this innovation in engines that were not previously oriented during their design to be able to operate with this system because at present this system is not yet established in mass production on a large scale, but rather artisanal. in most motor vehicles due to the high utility cost required to obtain it, so in the same way, this project focuses on finding a way that this system can be accessible for any type of car and manage to implement it even in vehicles of generations prior to the current year, helping in this same way to obtain more beneficial results with the pollutants generated for the environment during the combustion process.