ES2208160T3 - Procedimiento y dispositivo para elevar la temperatura de gases de escape. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para elevar la temperatura de gases de escape.Info
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Abstract
Procedimiento para elevar la temperatura de los gases de escape en un motor de combustión con un sistema catalizador, en el que se inyecta el carburante directamente, se puede regular la alimentación de aire nuevo por medio de un sistema de estrangulación y se determina la temperatura de los gases de escape por medio de una sonda de temperatura o un modelo de temperatura, trabajando el motor de combustión, en primer lugar, en el modo de funcionamiento estratificado, caracterizado porque cuando no se alcanza un valor umbral de la temperatura de los gases de escape se efectúa una estrangulación del motor de combustión para elevar la temperatura de dichos gases de escape y se comprueba si la estrangulación es suficiente para elevar la temperatura y, en caso negativo, se conmuta a un funcionamiento homogéneo del motor de combustión.
Description
Procedimiento y dispositivo para elevar la
temperatura de gases de escape.
La invención concierne a un procedimiento y a un
dispositivo para elevar la temperatura de gases de escape según el
preámbulo de las reivindicaciones 1 y 7, respectivamente.
En el funcionamiento de un motor de combustión es
conocida una inyección directa estratificada. En el presente caso se
trata de un motor de combustión que funciona de esta manera. En la
inyección directa estratificada un funcionamiento no estrangulado a
baja carga parcial o en marcha al ralentí hace que la temperatura de
los gases de escape caiga a valores por debajo de 200ºC. Empleando
un catalizador en el conducto de los gases de escape, esto conduce
en funcionamiento permanente a un enfriamiento total del
catalizador, con lo que éste deja de ser operativo.
Para elevar la temperatura es conocido por JP
10054287 A el regular el instante de encendido. Sin embargo, una
elevación de la temperatura de los gases de escape en un motor de
combustión con funcionamiento estratificado es posible solamente en
grado limitado mediante un desplazamiento del instante de encendido
en dirección a un encendido tardío, ya que una mayor distancia entre
el final de la inyección y el encendido conduce a fallos de
encendido y a una combustión inestable.
Por el contrario, una estrangulación general
conduce a un peor rendimiento debido al aumento de las pérdidas de
cambio de carga y a un pequeño rendimiento de combustión.
Asimismo, se conoce por EP 0 492 989 A1 un
sistema de depuración de los gases de escape para un motor diesel
con catalizador.
Además, se conoce por GB 2 301 459 A un
procedimiento para controlar un motor con inyección directa, en el
que, para aumentar la temperatura de los gases de escape, se inician
encendidos adicionales dentro de un ciclo de cadencia.
El cometido de la invención consiste en indicar
un procedimiento y un dispositivo de la clase citada al principio
con los que pueda aumentarse la temperatura de los gases de escape
de una manera ajustada a las necesidades, debiendo aprovecharse al
mismo tiempo en la marcha al ralentí de corta duración o en el
funcionamiento a pequeña carga parcial el buen rendimiento de un
funcionamiento en capas no estrangulado.
Este problema se resuelve con las características
indicadas en las reivindicaciones 1 y 7, respectivamente.
Por consiguiente, se efectúa una elevación de la
temperatura de los gases de escape mediante una estrangulación
únicamente cuando no se ha alcanzado un valor umbral de temperatura
de los gases de escape, comprobándose durante el funcionamiento
estratificado del motor de combustión si la estrangulación es
suficiente para elevar la temperatura. Si no ocurre esto, se conmuta
entonces en una segunda etapa a un funcionamiento homogéneo del
motor de combustión.
Preferiblemente, la estrangulación se efectúa
controlada en tiempo y/o temperatura, de modo que la intensidad de
la estrangulación es adaptable a las respectivas condiciones de
funcionamiento.
Según una forma de ejecución preferida de la
invención, el sistema catalizador puede consistir en
precatalizadores detrás de los cuales están conectadas, por ejemplo,
sondas de temperatura en calidad de sistema para calcular la
temperatura de los gases de escape. Detrás de estos
precatalizadores pueden conectarse nuevamente un catalizador
acumulador (por ejemplo, un catalizador acumulador de NO_{x}) que
sea comprobado por medio de una sonda de monitor durante su fase de
regeneración. La comprobación puede efectuarse por evaluación de un
salto de lambda.
Para captar en general la eficacia de los
catalizadores se pueden utilizar también sensores ODB del
controlador del motor (por ejemplo, una sonda lambda, un sensor de
NO_{x} o un sensor de la temperatura de los gases de escape).
Según una forma de ejecución preferida, durante
el funcionamiento estratificado del motor de combustión se comprueba
si la estrangulación es suficiente para elevar la temperatura. Si no
es éste el caso, se conmuta entonces en una segunda etapa a un
funcionamiento homogéneo del motor de combustión.
Además, se puede reducir aún el ángulo de
preencendido para elevar la temperatura en el conducto de los gases
de escape. Para poder reaccionar ya en el campo previo a factores de
influencia que influyan sobre la temperatura del catalizador, se
puede adaptar el valor umbral de la temperatura de los gases de
escape en función de las condiciones de funcionamiento del vehículo
o del ambiente del vehículo. En particular, es posible una
adaptación en función de la temperatura ambiente y de la velocidad
del vehículo. Con esta medida se impide, por ejemplo con el vehículo
rodando por inercia (por ejemplo, en bajadas de pendientes) el
rápido enfriamiento total del catalizador acumulador por efecto de
medidas prematuras encaminadas a aumentar la temperatura. Además, se
podría evaluar aún el gradiente de temperatura. En el caso de una
fuerte caída de la temperatura en el catalizador, el motor podría
ser conmutado también directamente a un funcionamiento
homogéneo.
En conjunto, se obtiene con el presente
procedimiento según la invención y el dispositivo para la puesta en
práctica de tal procedimiento una posibilidad sencilla y económica
de aumentar la temperatura según sea necesario, con la cual se
impide el enfriamiento total del catalizador y también se conserva
el buen rendimiento de un motor que opere en funcionamiento de capas
no estrangulado.
Seguidamente se describe con más detalle una
forma de ejecución concreta de la invención con referencia al dibujo
único.
El dibujo muestra de manera esquemática un motor
de combustión 10 con un canal de aspiración 11 y dos tuberías de gas
de escape 16, 18 que desembocan en un canal de gas de escape común
29. En los dos conductos de gas de escape 16 y 18 están dispuestos
sendos precatalizadores 12 y 14. Detrás de cada precatalizador 12,
14 está previsto un sensor 20, 22 de temperatura de los gases de
escape que envía su señal a una unidad de control 30.
Después del punto de reunión de los dos conductos
parciales 16 y 18 se encuentra dispuesto en el canal de gas de
escape 29 un catalizador acumulador de NO_{x}, a continuación del
cual está a su vez conectada una sonda de monitor 28. La sonda de
monitor puede comprobar el catalizador acumulador durante su fase de
regeneración y envía también su señal a la unidad de control 30. La
comprobación se realiza mediante una evaluación del salto de lambda
de la sonda de monitor 28.
En el canal de entrada 11 está montado un
dispositivo de estrangulación 24 con una compuerta de estrangulación
regulable. El dispositivo de estrangulación 24 es solicitado, entre
otros, por el dispositivo de control 30. Naturalmente, el
dispositivo de estrangulación 24 puede ser solicitado adicionalmente
por otro dispositivo de control, pero esto no se ha representado en
el presente caso.
El dispositivo de control 30 está unido además
con un controlador de inyección 32 que obtiene también informaciones
de otras unidades de control (flecha 33). Conforme a los procesos de
inyección calculados por el controlador de inyección 32 se envían
informaciones a boquillas de inyección 34 a 40 que introducen
correspondientemente carburante desde una tubería de carburante (no
representada) en las cámaras de combustión.
Asimismo, entre el dispositivo de control 30 y el
motor 10 está prevista una unión 42 a través de la cual se envían
directamente al motor informaciones adicionales, por ejemplo
referentes al decalaje a elegir para las válvulas o a la regulación
del instante de encendido.
Según la presente invención, el motor de
combustión es hecho trabajar como motor de inyección directa en
funcionamiento estratificado. El funcionamiento en capas no
estrangulado conduce a un buen rendimiento y, por tanto, a un bajo
consumo de carburante.
No obstante, en el caso de un funcionamiento de
marcha al ralentí o de un funcionamiento con carga parcial baja se
pueden producir valores de la temperatura de los gases de escape por
debajo de 200ºC. En este rango se enfría totalmente el catalizador y
éste cae por debajo de su temperatura de conversión y resulta así
inoperante. Para evitar esto se deberá mantener constantemente la
temperatura de los gases de escape por encima de un valor umbral de
temperatura prefijado. Este es calculado por la unidad de control
30 mediante la valoración de las señales suministradas por los
sensores 20 y 22 de la temperatura de los gases de escape. Si la
temperatura de los gases de escape cae por debajo de un valor
umbral predeterminado, la unidad de control 30 envía una señal a un
dispositivo de estrangulación 24. Esta señal está controlada en
tiempo y temperatura y produce en el dispositivo de estrangulación
24 una estrangulación de la alimentación de aire, lo que conduce a
una elevación de la temperatura de los gases de escape. Como ya se
ha hecho notar, la intensidad de la estrangulación puede elegirse en
función de la temperatura.
Asimismo, en el cálculo del valor umbral de la
temperatura de los gases de escape pueden tenerse en cuenta
parámetros de funcionamiento del vehículo y parámetros del
ambiente. Por ejemplo, el valor umbral de la temperatura de los
gases de escape puede elegirse en función de la temperatura ambiente
y la velocidad de marcha. Se puede impedir así un rápido
enfriamiento total del catalizador, por ejemplo a baja temperatura
ambiente y con el vehículo rodando por inercia. Como medida
preventiva para impedir un enfriamiento total, se puede elegir una
elevación prematura del valor umbral de la temperatura. Además, se
puede evaluar el gradiente de temperatura.
Durante el funcionamiento estrangulado en capas
del motor de combustión se vigilan por parte de la unidad de control
30 las señales de los sensores 20 y 22 de la temperatura de los
gases de escape y se detecta si la iniciación de la estrangulación
en el funcionamiento estratificado conduce a una elevación
suficiente de la temperatura de los gases de escape. Si no ocurre
esto, se efectúa una conmutación a un funcionamiento homogéneo del
motor de combustión con combustión estequiométrica. De manera
correspondiente se hacen funcionar el controlador de inyección 32 y
también los restantes elementos del motor, como controlador de
válvulas de admisión, controlador de válvulas de salida.
Si esta medida sigue siendo insuficiente, lo que
puede detectarse mediante una comprobación continuada de las señales
de los sensores 20 y 22 de la temperatura de los gases de escape, se
provoca, además, un desplazamiento del encendido en dirección a un
encendido tardío y también una reducción del ángulo de preencendido.
A este fin, el dispositivo de control 30 envía al motor 10 o a sus
controles una señal o señales correspondientes.
Mediante la regulación propuesta o el dispositivo
según la invención se deberá elevar el nivel de la temperatura de
los gases de escape por estrangulación cuando no se alcance un valor
umbral de dicha temperatura en las sondas de temperatura después de
los precatalizadores. Se puede aprovechar así mejor el
funcionamiento en capas no estrangulado para una marcha al ralentí
de corta duración o en el rango de baja carga parcial, lo que
conduce a un ahorro de carburante. Unicamente con una fase de marcha
al ralentí más prolongada o una fase más prolongada de un
funcionamiento a baja carga parcial, es decir, cuando la temperatura
del catalizador cae, por ejemplo, por debajo de 200ºC, tiene lugar
una estrangulación. Sin embargo, ésta está controlada en tiempo o
bien se realiza únicamente hasta que se rebase de nuevo el valor
umbral de la temperatura de los gases de escape. Unicamente como
paso adicional se conmuta a un funcionamiento homogéneo con
combustión estequiométrica y regulación de lambda en caso de que no
sea suficiente la estrangulación. En este caso, los dos
precatalizadores trabajan como catalizadores de tres vías
convencionales que convierten todos los componentes contaminantes.
La eficacia del catalizador acumulador de NO_{x} utilizado en el
presente caso no es entonces necesaria en este estado de
funcionamiento. Por tanto, podría prescindirse de la vigilancia del
catalizador acumulador en este estado de funcionamiento. Por último,
para una elevación adicional de la temperatura de los gases de
escape se puede reducir, en caso necesario, el ángulo de
preencendido en un tercer paso.
En conjunto, se consigue así una regulación de la
temperatura de los gases de escape que está optimizada en
rendimiento y emisiones.
Claims (13)
1. Procedimiento para elevar la temperatura de
los gases de escape en un motor de combustión con un sistema
catalizador, en el que se inyecta el carburante directamente, se
puede regular la alimentación de aire nuevo por medio de un sistema
de estrangulación y se determina la temperatura de los gases de
escape por medio de una sonda de temperatura o un modelo de
temperatura, trabajando el motor de combustión, en primer lugar, en
el modo de funcionamiento estratificado, caracterizado
porque
- cuando no se alcanza un valor umbral de la
temperatura de los gases de escape se efectúa una estrangulación del
motor de combustión para elevar la temperatura de dichos gases de
escape y
- se comprueba si la estrangulación es suficiente
para elevar la temperatura y, en caso negativo, se conmuta a un
funcionamiento homogéneo del motor de combustión.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la estrangulación se efectúa controlada
en tiempo y/o temperatura.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque se vigila con una sonda de monitor,
durante la fase de regeneración, un catalizador acumulador pospuesto
a un precatalizador.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se reduce
además el ángulo de encendido.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el valor
umbral de la temperatura de los gases de escape es elegido en
función de condiciones de funcionamiento del vehículo o condiciones
del ambiente del vehículo.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se fija
el valor umbral de la temperatura de los gases de escape en función
de la temperatura ambiente.
7. Dispositivo para elevar la temperatura de los
gases de escape en un motor de combustión con un sistema catalizador
y una inyección directa de carburante, un sistema de estrangulación
que influye sobre la alimentación de aire, y un sistema para
calcular la temperatura de los gases de escape por medio de una
sonda de temperatura o un modelo de temperatura, trabajando el motor
de combustión, en primer lugar, en el modo de funcionamiento
estratificado, caracterizado porque
- está previsto un sistema de control unido con
el sistema de estrangulación y con el sistema para calcular la
temperatura de los gases de escape, el cual induce una
estrangulación del motor de combustión para elevar la temperatura
cuando no se alcanza un valor umbral de la temperatura de los gases
de escape, y
- el sistema de control presenta una unidad que
conmuta a un funcionamiento homogéneo del motor de combustión cuando
la estrangulación no sea suficiente para elevar la temperatura de
los gases de escape.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque el sistema de control está construido de
tal manera que la estrangulación se efectúa regulada en tiempo y/o
en temperatura.
9. Dispositivo según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque en el conducto de los gases de escape
están previstos precatalizadores y a continuación de estos
precatalizadores están montados sensores de la temperatura de los
gases de escape.
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 a 9, caracterizado porque a continuación de los
precatalizadores está montado un catalizador acumulador que se
vigila por medio de una sonda de monitor subsiguiente en el sentido
del flujo.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 a 10, caracterizado porque el sistema de control está
construido de manera que emita una señal para reducir el ángulo de
pilotaje.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones
7 a 11, caracterizado porque el sistema de control está
construido para recibir y tener en cuenta otros datos de
funcionamiento del vehículo o datos del ambiente del vehículo.
13. Dispositivo según la reivindicación 12,
caracterizado porque el sistema de control presenta una
entrada para una señal correspondiente a la temperatura ambiente y/o
la velocidad de marcha y está construido de tal manera que el valor
umbral de la temperatura de los gases de escape se determina en
función de estas señales.
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