BR102014024477A2

BR102014024477A2 - processo para operação de um motor de combustão interna

Info

Publication number: BR102014024477A2
Application number: BR102014024477A
Authority: BR
Inventors: Alexander Eichhorn; Andreas Kufferath; David Lejsek
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-10-06
Also published as: DE102013219982A1

Abstract

processo para operação de um motor de combustão interna. a presente invenção refere-se a um processo para operação de um motor de combustão interna de 4 tempos (1), com ignição independente, com gás como combustível, sendo que uma posição de um pistão (3) na câmara de combustão (2) está definida com base na posição de um eixo de manivela (kw) e é indicada partindo do ponto morto superior de pulverização (zot), com -360? kw e + 360? kw para o ponto morto superior de troca de carga, sendo que ocorre uma injeção direta do gás na câmara de combustão (2) através de um bocal injetor (5), e sendo que uma primeira pulverização começa entre -360? kw e -180? kw, de preferência, entre -360? kw e -280? kw.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA OPERAÇÃO DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA".

ESTADO DA TÉCNICA A presente invenção refere-se a um processo para operação de um motor de combustão interna de quatro tempos, com ignição independente, com gás como combustível. Além disso, são mostrados um aparelho de controle e um motor de combustão interna para execução do processo.

Em motores à gasolina, é do estado da técnica a introdução (pulverização) no lado do tubo de aspiração de gás, particularmente, gás natural (também: CNG), para conversão na câmara de combustão. Nesse caso, trata-se de sistemas bi-(tri-)valentes, que, além do uso de gás, também injetam outros combustíveis líquidos, tal como gasolina ou etanol, diretamente na câmara de combustão ou no tubo de aspiração. Os mesmos estão otimizados para a operação com gasolina e não aproveitam completamente o potencial do gás como combustível. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Medições realizadas no âmbito da invenção para a injeção direta (também: insuflação ou pulverização) de gás como combustível na câmara de combustão mostraram que a seleção da estratégia de insuflação tem uma influência significativa sobre o comportamento de operação do motor. Através da seleção da estratégia de insuflação, a corrente interna de cilindro e o nível de turbulência na câmara de combustão e, portanto, a homogeneização da mistura, a velocidade de combustão, o comportamento de detonação e as emissões, podem ser influenciados tanto positivamente como também negativamente. Adicionalmente, através da seleção da estratégia de insuflação em determinados estados de serviço, pode ser influenciado um enchimento de câmara de combustão em camadas e a relação de combustível-ar, sobretudo, na proximidade das velas de ignição. Com isso, pode ser obtida uma inflamabilidade robusta e uma boa suavidade de funcionamento. Por esse motivo, é indispensável uma concepção exata da estratégia de insuflação. No âmbito da invenção foi constatado que por uma insuflação ou pulverização direta do gás na câmara de combustão está à disposição uma janela de injeção muito maior do que é o caso na injeção direta de combustíveis líquidos. Assim, de acordo com a invenção, começa uma primeira pulverização entre -360°KW ou depois do fecho da válvula de saída, e -180°KW. De preferência, essa primeira pulverização começa entre -360°KW e -280°KW. Na pulverização de gás direta, portanto, pode-se começar a pulverização muito mais cedo. Devido ao combustível gasoso, não existe o risco de uma umectação de superfícies na câmara de combustão. Os momentos para as pulverizações ou, por exemplo, para o momento de ignição ZP, são indicados na dependência de uma posição do pistão na câmara de combustão. A posição do pistão na câmara de combustão, por sua vez, refere-se à posição angular do eixo de manivela (KW) conectado com o pistão. Como 0°KW está definido o ponto morto superior da ignição (ZOT). Partindo desse ponto morto superior de ignição (ZOT) situa-se em -360°KW (posição do eixo de manivela) um ponto morto superior de troca de carga (LWOT) e em +360°KW, um outro ponto morto superior de troca de carga (LWOT). Entre o ponto morto superior de troca de carga (LWOT) e o ponto morto superior de ignição (ZOT) situa-se, em cada caso, um ponto morto inferior (UT). O ciclo de quatro tempos do motor de combustão interna estende-se, portanto, do ponto morto superior de troca de carga (LWOT), a -360°KW até o ponto morto superior de troca de carga (LWOT) seguinte, a +360°KW. As vantagens descritas acima são obtidas por um processo para operação de um motor de combustão interna de quatro tempos, com ignição independente, com gás como combustível, sendo que uma injeção direta do gás na câmara de combustão dá-se através de um bocal inje-tor e sendo que a primeira pulverização começa entre -360°KW e 180°KW, de preferência entre -360°KW e -280°KW. De preferência, a última pulverização termina poucos graus antes do ZZP. É essencial na invenção uma estratégia de insuflação adaptada ao respectivo estado de serviço do motor de combustão interna para a insuflação direta de gás. Em motores conhecidos com injeção direta de gasolina, uma estratégia de injeção muito detalhada já é estado da técnica. No entanto, essa estratégia de injeção diferencia-se consideravelmente no estabelecimento de metas, uma vez que as condições marginais na insuflação de gás são totalmente diferentes pelo combustível gasoso, do que na injeção de combustível líquido. Na injeção direta de gasolina está em primeiro plano, predominantemente, evitar a umectação de componentes, tais como, por exemplo, válvulas de entrada, vela de ignição, pistões ou camisa de cilindro, para obter um filme de parede pequeno, uma borda homogeneização de mistura e, associadas a isso, emissões baixas. Adicionalmente, a seleção do ponto de injeção precisa sempre ser suficientemente cedo, para garantir a preparação do combustível líquido para a fase gasosa. Por outro lado, na presente invenção essa restrição não existe, uma vez que ocorre uma insuflação direta de gás. Na insuflação do gás pode-se levar em consideração, seletivamente, o aumento da turbulência na câmara de combustão. Isso ocorre, sobretudo na proximidade da vela de ignição. Adicionalmente, a estratégia de insuflação precisa estar selecionada de tal modo que é evitado um deslocamento de enchimento fresco pela insuflação de gás. Além disso, de acordo com a invenção, pode ser gerada uma carga em camadas na proximidade da vela de ignição.

As reivindicações secundárias mostram aprimoramentos preferidos da invenção. A seguir, para estados de serviço diferentes do motor de combustão interna são descritas diversas pulverizações, tal como, por exemplo, uma primeira pulverização inicial. Nesse caso, as pulverizações estão, em cada caso, numeradas e são realizadas no ciclo de acordo com suas numerações. Em vez do termo "pulverização", também pode ser usado o termo "insuflação" ou "injeção". Nesse caso, sempre se trata de uma introdução direta do gás na câmara de combustão do motor de combustão interna.

Especialmente para o arranque do motor de combustão interna, está prevista, de preferência, uma primeira pulverização de arranque, que começa entre -360°KW e -280°KW. Uma segunda pulverização de arranque opcional começa entre -250°KW e -120°KW, Uma terceira pulverização de arranque opcional começa entre -90°KW e -30°KW. O fim de uma quarta pulverização de arranque opcional está definida na dependência do momento de ignição (ZZP). A quarta pulverização de arranque termina 10° a 0o, de preferência, 5o a 1o, antes do momento de ignição (ZZP). O motor de combustão interna operado com gás, particularmente, como motor em um veículo automotor, deve, tal como usual, atingir automaticamente, com ajuda do dispositivo de arranque, o número de rotações da marcha em vazio. Quando, de acordo com a invenção, ocorre uma pulverização direta na câmara de combustão, então por preparação individual das aberturas de saída, adaptada ao nível de pressão do sistema, pode ser exercida influência sobre o campo de turbulência que prevalece no momento da ignição na proximidade da vela de ignição. Como não ocorre nenhuma umec-tação da vela de ignição, raios de ignição individuais podem apoiar de modo muito positivo a formação de núcleo de chama. Para esse fim, é preferido prever uma configuração dirigida da geometria do injetor ou pulverizador. A estratégia de incremento do motor prevê, para esse fim, primeiramente, a formação de uma mistura de fundo que, de acordo com o nível de temperatura do motor também pode ser empobrecí- da, e a pulverização usada pouco antes ou durante o processo de ignição de uma determinada carga de combustível para a formação de turbulências adicionais. A estratégia descrita, com até quatro pulverizações de arranque, pode ser otimizada de modo correspondente para o respectivo motor de combustão interna. É decisivo que pelo grau de liberação adicional, a saber, a não ocorrência da umectação, são possíveis consideráveis vantagens e aplicações do processo de arranque em camadas de alta pressão existente. Por exemplo, em uma função de arranque-parada do motor de combustão interna em um veículo, para aumento do conforto, é aplicado o arranque direto, amplificado pelo dispositivo de arranque. Nesse caso, na câmara de combustão do motor de combustão interna parado gás é introduzido diretamente e, depois de correspondente introdução de dados, posto em ignição. O dispositivo de arranque apoia nesse caso, por um lado, por giro do motor de combustão interna para a posição correta e, por outro lado, por um torque adicional, o incremento. Particularmente, também nesse caso de aplicação, o processo descrito possibilita com até quatro pulverizações de arranque um aumento de turbulência e um processo de arranque ainda mais robusto do que é o caso no uso de combustíveis líquidos. Além disso, desse modo, o limite de temperatura de motor de outro modo usual de cerca de 5 a 7°C do arranque direto pode ser baixado adicionalmente.

De preferência, está previsto que na primeira pulverização de arranque são injetados 15 a 45% da quantidade de gás. Na segunda pulverização de arranque são injetados, de preferência 15 a 45% da quantidade de gás. Na terceira pulverização de arranque são injetados, de preferência, 15 a 45% da quantidade de gás. Na quarta pulverização de arranque são injetados, de preferência, 5 a 15% da quantidade de gás. O técnico, consequentemente, estabelece aqui uma relação das quantidades de gás nas até quatro pulverizações de arran- que, de modo que, no total, são injetados 100% da quantidade de gás para o ciclo. No uso de menos de quatro pulverizações de arranque, as quantidades ou a divisão são adaptadas de modo correspondente.

Particularmente para o preaquecimento de um catalisador, está previsto que uma pulverização e aquecimento começa entre -360KW e -180°KW, de preferência, entre -360°KW e -220°KW, ou termina, o mais tardar, entre -10°KW e +10°KW. Uma segunda pulverização de aquecimento começa entre +10°KW e +35°KW, de preferência, entre +15°KW e +30°KW. O fim da segunda pulverização de aquecimento está definido em relação ao momento de ignição (ZZP). A segunda pulverização de aquecimento termina, de preferência, no âmbito de 10° antes do momento de ignição (ZZP), até 10° depois do momento de ignição (ZZP).

De preferência, está previsto que o momento de ignição (ZZP), particularmente para o aquecimento do catalisador, situa-se no âmbito de +10°KW até +35°KW, de preferência, de +15°KW até +30°KW.

Para o aquecimento do catalisador, está prevista a estratégia de uma injeção principal (primeira pulverização de aquecimento), que gera uma mistura básica homogênea, ligeiramente pobre. A posição da primeira injeção é posicionada, nesse caso, sobre um âmbito angular de eixo de manivela muito longo, entre o fecho da válvula de saída e o ponto morto superior de ignição, uma vez que, devido ao uso do gás, não existe nenhum risco de umectação de componentes, mesmo em ângulos de insuflação muito precoces. No aquecimento do catalisador, é selecionada a segunda pulverização de aquecimento, muito tardia, para apoiar a inflamação nos ângulos de ignição tardios, pelo aumento do nível de turbulência e adaptação da relação de com-bustível-ar na proximidade das velas de ignição e, com isso, aperfeiçoar a suavidade de funcionamento e, portanto, só então possibilitar o ângulo de ignição tardio e, assim, gerar uma corrente de entalpia alta no gás de escape. Nesse momento, o nível de turbulência na câmara de combustão é muito baixo, uma vez que a turbulência, que é gerada por um tombamento da câmara de combustão, já está dissipada. Por esse motivo, a segunda pulverização de aquecimento no âmbito de ±10°KW em torno do momento de ignição (ZZP) é executada (fim da injeção). Aqui, também é possível anular ainda uma terceira pulverização de aquecimento nesse âmbito. Essa segunda e, alternativamente, também a terceira pulverização de aquecimento têm por objetivo aumentar a turbulência na proximidade das velas de ignição. Adicionalmente, na proximidade das velas de ignição é gerada uma camada de carga ligeiramente rica em combustível. Com isso, fica garantida a estabilidade da inflamação e aperfeiçoada a suavidade de funcionamento. Por uma estratégia desse tipo, só assim as posições angulares de ignição tardias, visadas, são possíveis. Adicionalmente, uma umecta-ção de parede pode ser completamente evitada e, com isso, a emissão de partículas no aquecimento do catalisador pode ser nitidamente baixada.

De preferência, está previsto que na primeira pulverização de aquecimento, 65 a 95% da quantidade de gás sejam injetados. Na segunda pulverização de aquecimento, são injetados 35 a 5% da quantidade de gás. O técnico pode selecionar aqui faixas de valores que possibilitam uma injeção total de 100% da quantidade de gás necessária.

Particularmente para a marcha em vazio do motor de combustão interna, está prevista uma primeira pulverização de marcha em vazio, que começa entre -360°KW e -180°KW, de preferência, entre -360°KW e -220°KW. O término da primeira pulverização de marcha em vazio está definido em relação ao momento de ignição (ZZP). Se a injeção estiver fora do âmbito preferido, ela precisa estar concluída, o mais tardar, 5o ou, o mais tardar, 10° antes do ZZP. A primeira pulverização de marcha em vazio termina, de preferência, o mais tardar, 5o, de preferência, o mais tardar, 10°, antes do momento de ignição (ZZP). Alternativamente, também pode ser executada uma segunda pulverização de marcha em vazio. A mesma também precisa estar terminada 10° a 2°KW antes do ZZP. O momento de ignição situa-se, de preferência, no âmbito de -40° KW até 0o KW, de modo particularmente preferido, no âmbito de -30° KW até -10° KW.

Na primeira pulverização de marcha em vazio são injetados, de preferência, 75 a 99% da quantidade de gás. Na segunda pulverização de marcha em vazio, são injetados 1 a 25% da quantidade de gás. O técnico também aqui pode selecionar faixas de valores que garantem uma injeção total de 100% da quantidade de gás necessária.

Na marcha em vazio é seguida uma estratégia similar como no aquecimento do catalisador. O serviço pode dar-se de modo homogêneo com apenas uma insuflação, que, por sua vez, pode ser aplicada sobre um âmbito angular de eixo de manivela muito largo, entre o fecho da válvula de saída e 10° KW antes do momento de ignição. A posição, nesse caso, é selecionada de tal modo que a turbulência é assistida de modo dirigido e, com isso é obtida uma boa inflamação, um tempo de combustão curto e uma alta suavidade de funcionamento. A posição da injeção, nesse caso, depende do motor e depende, decisivamente, da corrente interna do cilindro. Mas, como na marcha em vazio o nível de turbulência é baixo, devido às correntes de massa baixas e, com isso, o nível de tombamento é baixo, através da segunda pulverização de marcha em vazio, preferida, pouco antes do momento de ignição (ZZP), a estabilidade da combustão pode ser nitidamente aperfeiçoada por um aumento do nível de turbulência na vela de ignição. Particularmente para a operação de carga parcial do motor de combustão interna, está prevista uma primeira pulverização de carga parcial, que começa entre -360°KW e -120°KW, de preferência, entre -360° KW e -220° KW, e termina, o mais tardar, 5o, o mais tardar, de preferência 10°, antes do momento de ignição. Além disso, está prevista uma segunda pulverização de carga parcial, preferida, que termina 1o a 3o antes do momento de ignição (ZZP). O momento de ignição (ZZP) para a operação de carga parcial situa-se, de preferência, no âmbito de 40° KW a 0o KW, de modo particularmente preferido, de -30° KW a -10° KW, ou de modo que a posição do centro de gravidade de combustão em rendimento ótimo se situa a 8o KW η, Z0T.

Na primeira pulverização de carga parcial são injetados, de preferência, 35% a 99% da quantidade de gás. Na segunda pulverização de carga parcial, ocorre uma injeção, de preferência, de 0 a 65% da quantidade de gás. O técnico pode novamente estabelecer os âmbitos de valores de tal modo que, no total, são injetados 100% da quantidade de gás desejada no ciclo.

Na primeira carga parcial, a posição de injeção pode ser variada, em princípio, livremente, entre o fecho da válvula de saída e até 10° KW antes do momento de ignição (ZZP), no entanto, de preferência, é posicionada de tal modo que a insuflação assiste um tomba-mento da câmara de combustão e não inibe a corrente de entrada da carga fresca. A intensidade da ação que amplia ou destroi a turbulência, depende, além da posição a insuflação também, significativamente, da forma de pulverização da respectiva configuração do injetor. Uma influência pequena sobre a corrente de entrada pode ser garantida com a maior probabilidade quando a insuflação ocorre apenas depois do fecho da válvula de entrada. Depois, o tombamento na câmara de combustão já está formado completamente. Adicionalmente, pode ser impedido, desse modo, um refluxo de combustível ao tubo de aspi- ração, gerado por pulsação. Sobretudo com uma sobreposição de válvulas positivas, podem ser reduzidas, desse modo, as emissões de HC. Adicionalmente, através da segunda pulverização de carga parcial, o nível de turbulência pode ser aumentado na proximidade das velas de ignição e a estabilidade de combustão pode ser aperfeiçoada. Desse modo, a velocidade de combustão e, com a mesma, a compatibilidade de gás residual podem ser aumentadas. Com o que índices de gás residual interno ou externo mais altos podem ser obtidos. Desse modo, pode ser obtida uma liberação adicional do motor e, com a mesma, um aumento de eficiência adicional.

De preferência, também está previsto o uso de uma regulação de pressão para a pressão de gás na injeção direta. Através dessa regulação de pressão, pode ser regulada a duração das pulverizações individuais. A duração de pulverização, por sua vez, tem uma influência decisiva sobre o nível de turbulência na câmara de combustão e, com isso, também o comportamento de operação do motor de combustão interna. Uma pressão de pulverização regulável representa, portanto, outro parâmetro de influência na otimização da estratégia de insuflação.

Na operação de carga total, é aumentado, de preferência, o enchimento do cilindro e, com o mesmo, a potência do motor, pelo fato de que a pulverização só ocorre depois de a válvula de entrada estar fechada. Desse modo, pode ser impedido que pela pressão de partículas do gás sejam deslocados até 10% do enchimento fresco. O término da insuflação situa-se, de preferência em 5 a 15° KW antes do momento de ignição (ZZP). Quando a números de rotações mais altos, a janela de tempo de pulverização, que está à disposição, fica curta demais, então o término da pulverização é estabelecido em 10° KW antes do momento de ignição (ZZP) e crescentemente prolongado até um momento anterior. A posição de 10° KW antes de ZZP é depen- dente do fato de se nesse momento, a pressão de cilindro ainda pode ser insuflada. Se Pzy, > Pcng (pressão de cilindro maior do que a pressão do sistema de gás), o término da injeção deve situar-se correspondentemente mais cedo. Adicionalmente, pela insuflação, depois de a válvula de entrada ser fechada, em pontos de serviço com uma sobreposição de válvula positiva, a emissão de HC pode ser significativamente reduzida, uma vez que, assim, pode ser impedida uma mistura com combustível não queimado.

Particularmente para uma operação homogênea com combustível pobre do motor de combustão interna, está prevista uma primeira pulverização homogênea, que começa entre -360° KW e -280° KW. Uma segunda pulverização homogênea preferida começa entre -70° KW e -30° KW. Uma terceira pulverização homogênea preferida termina entre 5o e 0o, de preferência, entre 3o e 1o, antes do momento de ignição (ZZP).

Na primeira pulverização homogênea, são injetados, de preferência 65 a 95% da quantidade de gás. Na segunda pulverização homogênea, são injetados, de preferência, 5 a 30% da quantidade de gás. Na terceira pulverização homogênea, ocorre uma injeção, de preferência, de 5 a 15%. A quantidade total de gás é novamente determinada pelo técnico em 100%.

Para a operação homogênea com combustível pobre, é gerada uma mistura global pobre, coma primeira pulverização homogênea. O momento de pulverização situa-se, nesse caso, entre o fechamento da válvula de saída e cerca de 50° antes do momento de ignição (ZZP), mas é selecionado de tal modo que a pulverização tem uma ação assistida por tombamento. Por uma ou duas outras pulverizações homogêneas em um âmbito em torno do momento de ignição (ZZP), a turbulência na vela de ignição é aumenta e é obtida uma formação em camadas de carga. Desse modo, é aperfeiçoada a estabili- dade de inflamação. Com isso, o limite de ignição pode ser deslocado em direção a estados pobres. Esse número é necessário para uma redução das emissões de Nox.

No âmbito de números de rotações inferiores, a altas cargas do motor na operação carregada, no uso de um turbocarregador de gás de escape como unidade de carregamento, está prevista, de preferência, uma operação de lavagem do motor de combustão interna. Para essa operação de lavagem, a válvula de saída e a válvula de entrada estão abertas ao mesmo tempo por um determinado período no ponto morto superior de troca de carga (LWOT). Uma pulverização de lavagem termina, de preferência, 10° KW, antes do ZZP. Pode ser usada uma segunda pulverização de lavagem, que, de preferência também começa depois do ZZP. Alternativamente a isso, a primeira injeção pode ser posicionada de tal modo que ela dura por mais tempo do que até o ZZP.

Ocorre uma insuflação, cujo término situa-se, de preferência 10° KW antes do momento de ignição (ZZP) e gera uma relação d e combustível-ar estequiométrica. Adicionalmente, é executada uma segunda insuflação, depois do momento de ignição (ZZP), sendo que particularmente o término se situa depois de ZZP, de modo que é gerado um gás de escape global de lambda = 1 ou pelo menos a relação de combustível-ar no gás de escape é reduzida. Quando a segunda insuflação é dispensada, é executada apenas a primeira insuflação, que termina, o mais tardar, 10° KW antes do momento de ignição (ZZP). A distância de 10° KW do momento de ignição(ZZP) pode aumentar, desde que o término de insuflação de Pzy, > término de insuflação de PCNG e desloca-se para mais cedo, até o término de insuflação de Pzyi < término de insuflação de PCNG. A formação de carga transitória a números de rotações baixos pode ser eficientemente apoiada pela chamada lavagem com ar (também: scaveging). Nesse caso, uma parte da carga é levada do sistema de entrada ao tubo curvado de gás de escape, durante a troca de carga. Isso é obtido pelo fato de que a válvula de entrada e a válvula de saída estão abertas ao mesmo tempo. Com isso, aumenta a corrente de entalpia em um turbocarregador de gás de escape, usado preferivelmente. A turbina do turbocarregador de gás de escape pode, portanto, ser operada com potência mais alta e, portanto, transportara mais massa de ar através do compressor ao motor de combustão interna.

[00027] Como sob as condições de uma relação de combustível-ar estequiométrica, prevalecente, portanto, globalmente, uma mistura gorda é convertida na câmara de combustão, hidrocarbonetos parcialmente queimados e grandes quantidades de CO são emitidos primariamente. Sob pressupostos favoráveis, esses componentes de gás de escape oxidam antes da entrada na turbina do turbocarregador de gás de escape, sob consumo do ar ali carregado pela lavagem (scaven-ging), e aumentam fortemente a corrente de entalpia e, portanto, adicionalmente, a potência da turbina. Essa reação suplementar pode ser usada, particularmente, para aumento do binário de torção angular de motores de combustão interna pequenos. Especialmente no uso de CNG como combustível, são expelidos como componentes de gás de escape primários CO e CH4, que apenas sob altas temperaturas e relações de misturas favoráveis podem reagir no sistema de gás de escape.

Como na introdução direta do combustível gasoso não o-corre nenhuma umectação de componentes, também pode ser executada de modo muito flexível uma pulverização tardia no momento de ignição ZZP ou depois do mesmo. Isso é usado para a finalidade de que na operação de lavagem, depois do fechamento das válvulas de entrada, primeiramente é ajustada uma mistura estequiométrica na câmara de combustão. A mistura pode ser vantajosamente comprimida e reagida termodinamicamente. O ajuste da relação de combustí-vel-ar estequiométrica, global, necessária, para a função do catalisador de três vias, ocorre depois com a pulverização de lavagem com quantidade correspondente de gás. Com essa estratégia, no momento da abertura da válvula de saída, é obtida uma temperatura de carga mais alta do que no caso da reação homogênea de uma mistura gorda. O nível de temperatura mais alto favorece a reação suplementar dos componentes do gás de escape e leva, portanto, ao aumento da corrente de entalpia na turbina. A invenção compreende, ainda, um aparelho de controle para um motor de combustão interna de 4 tempos, com ignição independente, com injeção direta de gás em um veículo. O aparelho de controle, nesse caso, está formado para realização do processo descrito acima.

Além disso, a invenção compreende um motor de combustão interna, formado para execução do processo descrito, particularmente, para a operação de lavagem. O motor de combustão interna compreende, de preferência, no canal de gás de escape, particularmente, no tubo curvado, um elemento formador de turbulência, de preferência formado como grade. Esse elemento formador de turbulência serve para favorecer a mistura das cargas de gás de escape expelidas. Pela abertura simultânea da válvula de saída e da válvula de entrada, na operação de lavagem, uma determinada quantidade de ar corre diretamente para o canal de gás de escape. A pulverização de lavagem depois do momento de ignição põe uma determinada quantidade de gás à disposição. Essas duas cargas precisam ser misturadas uma com a outra do melhor modo possível. Para esse fim, serve o elemento formador de turbulência no canal de gás de escape. A invenção pode ser usada, particularmente, para uma posição de montagem central, bem como lateral, do injetor.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A seguir, os exemplos da modalidade da invenção são descritos em detalhe sob referência ao desenho anexo. Nesse caso mostram: Figura 1 uma vista esquemática de um motor de combustão interna com um aparelho de controle de acordo com a invenção, para execução do processo de acordo com a invenção, de acordo com um exemplo de modalidade, Figura 2 um detalhe da Figura 1, Figura 3 a janela de pulverização geral para o processo de acordo com a invenção, Figura 4 a estratégia de pulverização para o arranque, Figura 5 a estratégia de pulverização para o aquecimento do catalisador, Figura 6 a estratégia de pulverização para a marcha em vazio, Figura 7 a estratégia de pulverização para a operação e carga parcial, Figura 8 a estratégia de pulverização para uma operação homogênea, com combustível pobre, Figura 9 a estratégia de pulverização para a operação de carga total, Figura 10 a estratégia de pulverização para a operação de lavagem, e Figura 11 um detalhe do motor de combustão interna de acordo com o exemplo de modalidade.

MODALIDADES DA INVENÇÃO A Figura 1 mostra em vista esquematicamente simplificada a estrutura de um motor de combustão interna de 4 tempos 1 com injeção direta de gás. O motor de combustão interna 1 compreende pelo menos uma câmara de combustão 2 formada como cilindro. Na câmara de combustão 2 um pistão 3 está guiado de modo móvel. O pistão 3 está conectado com um eixo de manivela. A posição angular do eixo de manivela também define a posição do pistão 3 na câmara de combustão 2.

Além disso, uma vela de ignição 4 salienta-se para dentro da câmara de combustão 2. Através de um bocal injetor 5, gás (CNG) é introduzido diretamente na câmara de combustão 2. Estão previstas, ainda, uma válvula de entrada 6 para alimentação de ar e uma válvula de saída 7, para descarga do gás de escape. A posição de montagem do injetor pode ser central ou lateral. À válvula de saída 7 anexa-se um canal de gás de escape. O mesmo leva através de uma turbina de um turbo carregador de gás de escape 35 a um catalisador preliminar 8 e a um catalisador principal 9. Antes dos dois catalisadores 8, 9 está prevista, em cada caso, uma sonda lambda 36.

No canal de gás de escape, particularmente, entre a válvula de saída 7 e a turbina do turbocarregador de gás de escape 35, pode encontrar-se um elemento formador de turbulência, formado como grade 10. Isso não é forçosamente necessário, desde que seja dispensada, por exemplo, a estratégia com uma injeção depois de ZZP, na lavagem. Essa grade 10 é explicada detalhadamente por meio da Figura 11.

Um tubo de aspiração 11 leva à válvula de entrada 6. Através desse tubo de aspiração é alimentado ar. O bocal injetor 5 está conectado a um tanque de gás 12. Nesse tanque de gás 12 encontra-se gás, especialmente CNG, como combustível. Entre o tanque de gás 12 e o fuelraillinjetor, dependendo da configuração do sistema, ainda pode encontrar-se um regulador de pressão 37 para regulação do nível de pressão. Além disso, a válvula de entrada 6 está conectada a um aparelho de controle 13. Esse aparelho de controle 13 serve para controlar todo o motor de combustão interna 1, especialmente, para injeção do gás através do bocal injetor 5. A Figura 2 mostra em vista esquematicamente simplificada uma possível estrutura do bocal injetor 5. O bocal injetor 5 compreende um corpo de válvula 14 para abertura e fechamento de um ou mais bocais 15. Os bocais 15 têm, tal como mostrado no corte A-A, formas de furos e seções transversais de furos diferentes. O corte B-B mostra que os bocais 15 podem apresentar uma extensão individual e uma forma individual. Desse modo, é possível, depositar através dos bocais diferentes 15, quantidades diferentes do gás em diversas posições na câmara de combustão 2. As formas de bocais diferentes também possibilitam uma imagem de pulverização diferente sobre os vários bocais 15 por quantidades de gás e profundidades de penetração diferentes das correntes de bocal individuais na câmara de combustão. O injetor pode, nesse caso, abrir tanto para fora como também para dentro.

Por meio das Figuras 3 a 10 são descritas, agora, para estados de operação diferentes do motor de combustão interna 1, as estratégias para pulverização do gás através do bocal injetor 5 de acordo com o processo de acordo com a invenção.

As figuras mostram, em cada caso, sobre um eixo X as diferentes posições do pistão 3. Como 0o KW (eixo de manivela) está definido, nesse caso, o ponto morto superior de ignição (ZOT), Em +/-180° KW situam-se os pontos mortos inferiores (UT). Em +/-360° KW situam-se os pontos mortos superiores de troca de carga. Além disso, está indicado, em cada caso, o momento de ignição aproximado (ZZP). A Figura 3 mostra, em geral, uma janela de pulverização 16, que pode ser usada na injeção direta de gás. Pela injeção direta do gás, pode-se injetar a qualquer tempo, uma vez que não é preciso tomar cuidado com uma umectação de componentes. A Figura 4 msotra a estratégia no arranque do motor de combustão interna 1. Aqui estão previstas até quatro pulverizações de arranque 17-20. A quarta pulverização de arranque 20 termina pouco antes do momento de ignição (ZZP). A abreviatura EOI designa aqui o término da pulverização (end of injection). Com os dados percentuais é indicado, em cada caso, quantos porcentos da quantidade de gás total são injetados nas pulverizações individuais. A Figura 5 mostra a estratégia para o aquecimento do catalisador 8, 9. Aqui, ocorre uma primeira pulverização de aquecimento 21 e, depois do ponto morto superior de ignição (ZOT), uma segunda pulverização de aquecimento curta 22. O momento de ignição (ZZP) situa-se, aqui, relativamente tarde, depois do ponto morto superior de ignição (ZOT). A Figura 6 mostra a estratégia para a marcha em vazio do motor de combustão interna 2. Também aqui, começa-se muito cedo com uma primeira pulverização de marcha em vazio 23. A primeira pulverização de marcha em vazio 23 pode ocorrer pouco antes do momento de ignição (ZZP). O momento de ignição (ZZP) situa-se aqui de modo relativamente tarde,. A Figura 7 mostra a estratégia para uma operação de carga parcial do motor de combustão interna 2. Estão inscritas uma primeira pulverização de carga parcial 25 e uma segunda pulverização de carga parcial 26. O momento de ignição (ZZP) situa-se aqui antes do ponto morto superior (ZOT), de modo que o centro de gravidade de combustão em rendimento ótimo situa-se em cerca de 8o KW depois de ZOT. A Figura 8 mostra a estratégia para uma operação homo- gênea, pobre, do motor de combustão interna 1. Aqui ocorrem até três pulverizações homogêneas 27-29, sendo que a terceira pulverização homogênea 29 termina pouco antes do momento de ignição (ZZP) a-proximadamente no ponto morto superior de ignição (ZOT). A Figura 9 mostra a estratégia para a operação de carga total do motor de combustão interna 1. Nesse caso, injeta-se até um momento de aproximadamente 10° antes do momento de ignição (ZZP). Dependendo da potência necessária, essa pulverização de carga total 30 pode terminar cerca de 10° KW antes de ZZP. O começo de injeção resulta da quantidade de injeção necessária. Quanto maior a quantidade, tanto mais cedo é o início de insuflação. O término da injeção permanece constante. Pode acontecer que o início da entrada se situa antes de EVS. A distância do término da insuflação do ZZP adicionalmente ainda é dependente da pressão de cilindro e da pressão de insuflação de CNG. Se Pzy,> PCng, o término desloca-se tanto para frente, até PCNG término de injeção ^ Pzyl término de injeção. A Figura 10 mostra a estratégia para operação do motor de combustão interna 1 para a operação de lavagem. Está inscrito o período de uma abertura de válvula de saída 31 e de uma abertura de válvula de entrada 32. Aproximadamente no ponto morto superior de troca de carga (LWOT), no âmbito de -360° KW, a abertura da válvula de saída 31 e a abertura da válvula de entrada 32 sobrepõem-se, de modo que seja formada uma região de sobreposição 33. Nessa região de sobreposição 33, ar fresco é transportado diretamente ao canal de gás de escape. Depois do fecho da válvula de entrada 6, ocorre pelo menos uma pulverização 16 e uma ignição. Depois do momento de ignição (ZZP) ocorre uma pulverização de lavagem curta 34. O gás da pulverização de lavagem 34 não é posto em ignição pela primeira ignição na câmara de combustão 2, mas deixa a câmara de combustão através da válvula de saída 7, parcialmente não queimado.

Tal como já descrito na Figura 1, atrás da válvula de saída 7 encontra-se uma grade 10, no uso da estratégia de lavagem na Figura 10. A Figura 11 mostra em detalhe uma região do motor de combustão interna. Nesse caso, está bem visível que atrás da válvula de saída 7 essa grade 10 está disposta. Essa grade 10 serve para misturar o ar fresco, que durante a sobreposição 33 foi transportado ao canal de gás de escape, com a carga de gás em parte reagida previamente, que foi executada durante a pulverização de lavagem 34.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Processo para operação de um motor de combustão interna de 4 tempos (1) com gás como combustível, - caracterizado pelo fato de que uma posição de um pistão (3) na câmara de combustão (2) está definida com base na posição de um eixo de manivela (KW) e é indicada partindo do ponto morto superior de pulverização (ZOT), com -360° KW e + 360° KW para o ponto morto superior de troca de carga (LWOT), - sendo que ocorre uma injeção direta do gás na câmara de combustão (2) através de um bocal injetor (5), e - sendo que uma primeira pulverização começa entre -360° KW e - 180° KW, de preferência, entre -360° KW e -280° KW.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, particularmente para o arranque o motor de combustão interna (1), - uma primeira pulverização de arranque (17) começa entre -360° KW e -280° KW, - uma segunda pulverização de arranque (18) opcional entre -250° KW e -120° KW, - uma terceira pulverização de arranque (19) opcional entre -90° KW e -30° KW, - uma quarta pulverização de arranque opcional (20), entre 5o e 0o, de preferência, entre 3o e 1o antes do momento de ignição (ZZP).

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que - na primeira pulverização de arranque (17) são injetados 15% a 45% da quantidade de gás, - na segunda pulverização de arranque (18) são injetados 15% a 45% da quantidade de gás, - na terceira pulverização de arranque (19) são injetados 15% a 45% da quantidade de gás, - na quarta pulverização de arranque (20) são injetados 5% a 15% da quantidade de gás, sendo que é injetada uma quantidade total de 100%.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que particularmente para aquecimento do catalisador, - uma primeira pulverização de aquecimento (21) começa entre -360° KW e - 180° KW, de preferência, entre -360° KW e - 220° KW, e termina, o mais tardar entre -10° KW e + 10° KW, e - uma segunda pulverização de aquecimento (22) termina entre +10° KW e +35° KW, de preferência, entre +15° KW e +30° KW, e o término situa-se no âmbito de 10° antes do momento de ignição (ZZP) até 10° depois do momento de ignição (ZZP).

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o momento de ignição (ZZP) situa-se no âmbito de + 10° KW até + 35° KW, de preferência, de +15° KW até +30° KW,

6. Processo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que - na primeira pulverização de aquecimento (21) são injetados 65% a 95% da quantidade de gás, e - na segunda pulverização de aquecimento (22) são injetados 35% a 5% da quantidade de gás, - sendo que uma quantidade total de 100% é injetada.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, particularmente na marcha em vazio, - uma primeira pulverização de marcha em vazio (23) começa entre -360° KW e -180° KW, de preferência, entre -360° KW e - 220° KW e termina, o mais tardar, 5o, de preferência, 10°, antes do momento de ignição (ZZP), e, de preferência, - uma segunda pulverização de marcha em vazio (24) termina 1o até 10° antes do momento de ignição (ZZP).

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o momento de ignição (ZZP) situa-se no âmbito de -40° KW até 0o KW, de preferência, de 30° KW até - 10° KW.

9. Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que - em uma primeira pulverização de marcha em vazio (23) são injetados 75% a 99% da quantidade de gás, e - em uma segunda pulverização de marcha em vazio (24) são injetados 1% a 25% da quantidade de gás, - sendo que é injetada uma quantidade total de 100%.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, particularmente na carga parcial do motor de combustão interna (1), - uma primeira pulverização de carga parcial (25) começa entre -360° KW e - 120° KW, de preferência, entre -360° KW e - 220° KW, e termina, o mais tardar, 5o, de preferência, 10°, antes do momento de ignição (ZZP), e, de preferência, - uma segunda pulverização de carga parcial (26) termina 1o a 3o antes do momento de ignição (ZZP).

11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o momento de ignição (ZZP) situa-se no âmbito de -40° KW a 0o KW, de preferência, de 30° KW até -10° KW.

12. Processo de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que - em uma primeira pulverização de carga parcial (25) são injetados 35% a 99% da quantidade de gás, e - na segunda pulverização de carga parcial (26) são injetados 1%até 65% da quantidade de gás, - sendo que é injetada uma quantidade total de 100%.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, particularmente para uma operação homogênea, pobre, do motor de combustão interna (1), - uma primeira pulverização homogênea (27) começa entre -360° KW e -280° KW, - uma segunda pulverização homogênea (28) começa entre -70° KW e -30° KW, - uma terceira pulverização homogênea (29) começa entre 5o e 0o, de preferência, entre 3o e 1o, antes do momento de ignição (ZZP).

14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que - na primeira pulverização homogênea (27) são injetados 65% a 95% da quantidade de gás, - na segunda pulverização homogênea (28) são injetados 5% a 30% da quantidade de gás, - na terceira pulverização homogênea (29) são injetados 5% a 15% da quantidade de gás, e sendo que é injetada uma quantidade total de 100%.

15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que para uma operação de lavagem, no ponto morto superior da troca de carga (LWOT) uma válvula de saída (7) está aberta simultaneamente com uma válvula de entrada (6) do motor de combustão interna (1).

16. Aparelho de controle (13) para um motor de combustão interna de 4 tempos (1), com ignição independente, injeção direta de gás em um veículo, caracterizado pelo fato de ser formado para execução do processo como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.

17. Motor de combustão interna, formado para execução do processo como definido na reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que em um canal de gás de escape, de modo contíguo à válvula de saída (7), está disposta, peça de encaixe antes de um turbocarregador de gás de escape (8), um elemento formador de turbulência, de preferência uma grade (10), para favorecer a mistura das cargas de gás de escape expelidas.