ES2227289T3

ES2227289T3 - Metodo de funcionamiento de un aparato de combustion.

Info

Publication number: ES2227289T3
Application number: ES01976531T
Authority: ES
Inventors: Ronald Headley; Patrick Jones
Original assignee: CLEARAIR TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: CLEARAIR TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2000-10-28
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2005-04-01
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2004512456A; AU2001295799A1; ATE272790T1; DE60104712T2; GB0026397D0; NO20023165D0; US20020189245A1; WO2002035078A1; GB2368371A; EP1328717A1; NO20023165L; US6769244B2; KR20020084083A; GB2368371B; EP1328717B1; DE60104712D1

Abstract

Un método de funcionamiento un aparato de combustión (10) que incluye por lo menos una cámara de combustión (11) con una lumbrera de entrada (15) para aire de combustión primario, medios (19) para introducir dentro de la cámara de combustión carburante primario para la combustión con el aire primario, una lumbrera de escape (16) para los productos de la combustión, y un sistema de escape (24) para la salida de los productos de combustión a la atmósfera, incluyendo el método la introducción de aire secundario dentro del sistema de escape (24), actuando mecánicamente sobre el aire secundario y los productos de combustión en el sistema de escape (24) en presencia de un catalizador, para producir un carburante reformado, introduciendo el carburante reformado dentro de la cámara de combustión (11) para la combustión con carburante primario y aire primario.

Description

Método de funcionamiento de un aparato de combustión.

Este invento hace referencia a un método de funcionamiento de un aparato de combustión y, de modo particular pero no exclusivamente un motor de combustión interna, por ejemplo para un vehículo. Uno de tales motores suele incluir por lo menos una cámara de combustión con una lumbrera de entrada para aire de combustión primario, medios para introducir dentro de la cámara de combustión carburante primario para la combustión con el aire primario, una lumbrera de salida para los productos de la combustión, y un sistema de escape para la salida de los productos de combustión a la atmósfera. El carburante primario puede ser gasolina, gasóleo, gas licuado del petróleo, por ejemplo, o cualquier otro carburante o mezcla de tales carburantes.

El desarrollo de motores de combustión interna ha tendido a conseguir la máxima potencia de salida del motor, la búsqueda de ahorro en el uso de carburante y la reducción de emisiones perjudiciales.

Particularmente en el caso de conseguir la reducción de emisiones perjudiciales, el desarrollo ha tendido a concentrarse en la mejora de la combustión dentro del motor, por ejemplo desarrollando sistemas de inyección de carburante que proporcionen una mejor mezcla de carburante y aire en las calmaras de combustión del motor, y luego eliminando los productos de la combustión, por ejemplo haciendo pasar dichos productos de la combustión a través de convertidores catalíticos.

La provisión de convertidores catalíticos es problemática dado que tales aparatos sólo tienden a funcionar a su máximo rendimiento cuando están muy calientes, de manera que durante cortos viajes, por ejemplo, en que los motores no alcanzan una temperatura de funcionamiento óptima, dichos convertidores catalíticos no proporcionan sustancialmente ningún efecto beneficioso. Además, tales convertidores son caros y requieren una frecuente sustitución, puesto que se contaminan con facilidad.

En la anterior solicitud de patente EP-A-0.744.006 se propone un aparato para mejorar la combustión, introduciendo dentro de la cámara de combustión del motor un hidrocarburo secundario vaporizado basado en carburante con un alto valor calorífico que se obtiene calentando un aceite mineral. Así mejora la eficacia con que el carburante primario es quemado dentro del motor, y ello tiene el efecto de reducir la producción de emisiones de escape contaminantes.

En la anterior solicitud de patente EP-A-041.831 se describe un aspirador de escape que está adaptado para permitir la introducción de aire relativamente limpio dentro de un colector de escape del motor a fin de promocionar una descarga más eficaz de los gases de escape y para hacer que el aire aspirado sea arrastrado dentro de la cámara de combustión del motor a través de una lumbrera de escape del mismo, en vez de gases de escape, durante los cambios cíclicos de presión que se producen durante el funcionamiento normal del motor.

De acuerdo con un primer aspecto del invento, ofrecemos un método de funcionamiento de un aparato de combustión que incluye por lo menos una cámara de combustión con una lumbrera de entrada para aire de combustión primario, medios para introducir dentro de la cámara de combustión carburante primario para la combustión con el aire primario, una lumbrera de salida para los productos de la combustión, y un sistema de escape para la salida de los productos de combustión a la atmósfera, incluyendo el método la introducción de aire secundario dentro del sistema de escape, actuando mecánicamente sobre el aire secundario y los productos de combustión en el sistema de escape en presencia de un catalizador, para producir un carburante reformado, introduciendo el carburante reformado dentro de la cámara de combustión para la combustión con carburante primario y aire primario.

Preferiblemente, el carburante reformado se introduce en la cámara de combustión a través de la lumbrera de escape, por ejemplo poco después de la producción, pero se pretende que el carburante reformado pueda ser recogido y guardado, para su posterior uso, y que pueda ser alimentado con el carburante primario dentro de la cámara de combustión.

Se ha descubierto que utilizando el método del invento, puede conseguirse una mejora sustancial de la eficacia de la combustión, dando como resultado emisiones de escape mucho más limpias y una notable mejora en la potencia de salida. Asimismo, mientras con las anteriores propuestas para, por ejemplo, diseños de motores perfeccionados, ha sido necesario buscar un compromiso entre la eficacia del carburante y la potencia de salida, utilizando el presente invento tal compromiso no es necesario.

Cuando el invento se aplica a un motor, el método puede incluir la introducción de aire secundario dentro del sistema de escape a través de un aspirador de escape, por ejemplo similar el descrito en la patente EP-A-0.041.831, el cual arrastre aire dentro del sistema de escape durante las condiciones de baja presión o de vacío parcial que se producen durante el ciclo de cambios de presión que tienen lugar en el sistema de escape durante el funcionamiento normal del motor. Sin embargo, mientras en la patente EP-A-0.041.831 la función primaria del aspirador es amortiguar las ondas de vacío que se producen en el sistema de escape para mejorar la eficacia de la descarga de gases de escape, en el método del invento, el aspirador de escape se ajusta para arrastrar aire dentro del sistema de escape y actuar mecánicamente sobre le aire secundario y productos de la combustión por medio de impulsos de presión, a fin de optimizar la producción de carburante reformado.

Típicamente, un medio aspirador adecuado para los objetos del método del invento incluye una válvula con un miembro de válvula empujado por resorte, actuando la fuerza del resorte para instar al miembro de válvula a que se acople con un asiento de válvula a fin de cerrar la válvula, y la fuerza del resorte se supera cuando se desarrolla una presión suficientemente baja dentro del sistema de escape, para permitir que el aire secundario sea arrastrado al interior a través de la válvula. La puesta a punto de uno de tales medios aspiradores para el rendimiento del invento puede comportar el ajuste de la presión del resorte a fin de que la válvula responda a una determinada baja presión o vacío parcial en un momento apropiado durante le ciclo del motor, a fin de producir fuertes impulsos de presión en el sistema de escape adecuado mecánicamente para actuar sobre los productos de combustión y el aire secundario presentes en el sistema de escape para producir carburante reformado.

Se observará que, en el caso de un motor que posea una simple cámara de combustión, el resorte puede ajustarse para abrir la válvula y permitir que el aire secundario sea arrastrado dentro del sistema de escape al inicio de la carrera de admisión del pistón, cuando se desarrolla una baja presión en el sistema de escape como consecuencia del movimiento del (simple) pistón en la cámara de combustión para aspirar aire en su interior a través de la lumbrera de entrada de aire, antes de cerrar completamente la lumbrera de escape por medio de una válvula de salida de escape o del pistón. En un motor de múltiples cámaras de combustión, en que cada pistón se encontrará en diferentes posiciones de la carrera, la válvula puede responder a la baja presión desarrollada en el sistema de escape cuando uno o todos los pistones se encuentran en otras posiciones de la carrera.

Se observará que la referencia en esta especificación al aire primario que se introduce dentro de la cámara o de cada cámara de combustión incluye aire que es introducido en la cámara o cámaras de combustión, por ejemplo mediante un turbo u otros medios de introducción de aire primario.

El aspirador puede ajustarse para producir, del aire secundario y los productos de combustión que normalmente incluyen hidrocarburos sin quemar, gases de óxido nitroso (comúnmente conocidos como "NOx"), dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua (generalmente en forma de vapor), carburante reformado que incluye uno o ambos gases metanol e hidrógeno, los cuales pueden proporcionar de manera satisfactoria un carburante suplementario. Al hacer funcionar un motor de acuerdo con el invento, se ha descubierto que la cantidad de hidrocarburos no quemados, NOx y monóxido de carbono en los gases de escape, emitidos eventualmente desde el sistema de escape a la atmósfera, se ha reducido muchísimo, y la cantidad de dióxido de carbono producido se ha reducido de un modo significativo.

Preferiblemente, el catalizador está provisto de materiales de los cuales forma parte, por lo menos parcialmente, el aspirador, tales como cobre, por ejemplo, pero de desearse puede disponerse cerio cerca del aspirador el cual es particularmente bueno para mejorar la producción de carburante secundario.

Cuando el aparato es un motor, el carburante reformado puede introducirse dentro de la cámara o en cada cámara de combustión del motor como consecuencia de un vacío parcial establecido en la lumbrera de escape de una carrera de escape de un pistón de la misma cuando dicho pistón inicia su próxima carrera de admisión, antes de que la lumbrera de escape esté completamente cerrada por parte de una válvula de salida del escape o el pistón.

De este modo, el carburante reformado quemará en la cámara de combustión simultáneamente con el aire primario y el carburante primario aspirado o inyectado dentro del motor durante la siguiente fase de admisión.

Cuando el aparato de combustión tiene una serie de cámaras de combustión cada una de las cuales posee una lumbrera de escape, las lumbreras de escape pueden abrirse hacia un múltiple de escape, en el cual puede estar situado el aspirador u otros medios para introducir aire secundario dentro del sistema de escape.

El método del invento puede incluir la introducción de carburante reformado obtenido por la acción mecánica sobre el arrastre de aire secundario y productos de la combustión en el sistema de escape, dentro de un múltiple de entrada desde el cual se introduce aire en la cámara de combustión para quemarse con el carburante primario.

Esto puede conseguirse permitiendo que el carburante reformado introducido en la cámara de combustión a través de la lumbrera de escape mientras dicha lumbrera de escape y las lumbreras de entrada no estén completamente cerradas, para salir de la cámara de combustión dentro del múltiple de entrada a fin de mezclarse con el aire o la mezcla de aire/carburante en el múltiple de entrada, para la consiguiente introducción dentro de la cámara de combustión junto con el aire primario y el carburante primario aspirado o inyectado.

Además de hacer funcionar el aparato de acuerdo con el aspecto primario del invento antes descrito, el método del invento puede incluir adicionalmente la introducción dentro de la cámara de combustión del aparato de un hidrocarburo secundario vaporizado basado en carburante con alto poder calorífico, obtenido al calentar un aceite mineral, por ejemplo empleado un aparato objeto de la patente EP-A-0.744.006.

Un aceite mineral característico puede ser, por ejemplo, de acuerdo con la Norma Británica 245.

El aceite mineral puede ser calentado eléctricamente y/o por intercambio térmico con los calientes gases de escape producidos por el motor.

Se ha descubierto que introduciendo en el motor u otro aparato de combustión un hidrocarburo secundario vaporizado basado en un carburante con alto valor calorífico para que queme con el carburante primario y el aire primario, el motor puede hacerse funcionar a una temperatura más baja que de otro modo, y como consecuencia la cantidad se minimiza sobre todo el NOx producido durante la combustión.

El aparato de combustión puede ser un motor de combustión interna, por ejemplo un motor en que la combustión del carburante en la cámara de combustión sea iniciada por chispa, o un motor de ciclo diesel en que la combustión se inicie por el calor producido por los gases de combustión en la cámara de combustión, o un motor diesel asistido por chispa.

En el caso de un motor de ignición por chispa, el carburante primario puede ser aspirado y/o inyectado en la cámara de combustión conjuntamente con el hidrocarburo secundario vaporizado basado en carburante con alto valor calorífico, si bien cuando el carburante primario es introducido por inyección, el hidrocarburo secundario vaporizado basado en carburante de alto poder calorífico puede introducirse con el aire aspirado.

En cualquier caso se ha descubierto que el rendimiento del invento mejora la potencia de salida del motor, para alcanzar una notable economía del carburante empleado, y la reducción de las emisiones contaminantes.

De acuerdo con un segundo aspecto del invento proporcionamos un método para adaptar un aparato de combustión que tenga por lo menos una cámara de combustión, para que funcione de acuerdo con el primer aspecto del invento, incluyendo dicho método el equipamiento del aparato de combustión con medios para introducir en el sistema de escape aire secundario, medios para actuar mecánicamente sobre el aire secundario y los productos de la combustión en el sistema de escape en presencia de un catalizador, para producir un carburante reformado, y medios para introducir el carburante secundario dentro de la cámara de combustión del aparato a través de la lumbrera de escape para la combustión con el carburante primario y el aire primario.

Así pues, el invento se presta fácilmente para la posterior adaptación a un motor, mientras que los convertidores catalíticos convencionales, por ejemplo provistos para limpiar las emisiones de escape, deben disponerse como equipo original, por ejemplo por parte de un fabricante de vehículos, a fin de asegurar que existe espacio suficiente para alojar el convertidor y garantizar que convertidor y motor funcionan juntos de manera satisfactoria. Sin embargo, en caso deseado un vehículo puede adaptarse para aplicar el invento durante su fabricación.

Cuando el motor a adaptar para la puesta en práctica del invento ya incluye un convertidor catalítico, en función del tipo de control de motor utilizado, puede ser necesario tomar medidas para garantizar el funcionamiento satisfactorio del motor. Por ejemplo, cuando el control del motor es del tipo denominado "bucle abierto", es decir, un sistema de gestión del motor del vehículo que funciona independiente del rendimiento del convertidor catalítico, puede aplicarse el método del segundo aspecto del invento sin necesidad de otras medidas adicionales. Sin embargo, cuando el control del motor es del tipo denominado "bucle cerrado", en que se proporciona una entrada al sistema de gestión del motor por parte de un sensor asociado con el convertidor catalítico, el método puede incluir la incapacitación del sensor del convertidor catalítico o la reprogramación del sistema de gestión del motor de manera que las prestaciones del método del primer aspecto del invento no afecten de manera perjudicial el rendimiento del sistema de gestión del motor.

Se tendrá en cuenta que los convertidores funcionan de un modo más satisfactorio cuando se quema una rica mezcla carburante/aire en el motor. Con el sistema de gestión del motor denominado de "bucle cerrado", el sensor asociado con el convertidor catalítico detecta la cantidad de carburante no quemado y monóxido de carbono en los productos de la combustión, y el sistema de gestión del motor ajusta la riqueza de la mezcla de carburante/aire primarios para el rendimiento óptimo del convertidor catalítico. Dado que con el uso del presente invento se emplean hidrocarburos no quemados y monóxido de carbono para proporcionar carburante reformado, un sistema de gestión del motor de ciclo cerrado sin modificar respondería de manera indebida al sensor para aumentar la riqueza de la mezcla de carburante/aire primarios.

Ahora se describirá el invento haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 es una ilustración esquemática de un motor que se hace funcionar de acuerdo con el primer y segundo aspectos del invento;

La figura 2 es una vista ilustrativa, en sección lateral y despiece parcial, de un aspirador de escape para utilizar en el método del invento; y

La figura 3 es una vista ilustrativa, en sección lateral, de un aparato de carburante secundario para usar en el método del invento.

Haciendo referencia a la figura 1, un motor 10 tiene por lo menos una cámara de combustión 11. En este ejemplo, el motor 10 es de tipo alternativo, en el cual la cámara de combustión 11 es un cilindro con un pistón 12 que se mueve alternativamente. No obstante, el invento puede aplicarse a otros tipos de motores de combustión interna, como por ejemplo motores rotativos.

La cámara, o cada cámara de combustión 11, tiene una lumbrera de entrada 15 a través de la cual, en este ejemplo se introduce aire de combustión primario, bien sea por simple admisión debido al movimiento del pistón 12 o con turboasistencia, y una lumbrera de salida de escape 16. Ambas lumbreras de entrada y de salida 15, 16, en este ejemplo, son abiertas y cerradas por el funcionamiento de válvulas correspondientes 17, 18 que normalmente son controladas para que se abran y cierren de acuerdo con el ciclo del motor, por ejemplo accionado varillas movidas por un árbol de levas.

En este ejemplo, el motor es un motor diesel en el cual el carburante primario para la combustión es inyectado dentro del motor por un inyector 19, y se inflama como consecuencia del calor generado cuando el aire en comprimido dentro del cilindro. En otro ejemplo, la inflamación del carburante primario puede conseguirse con la asistencia de chispa, y de modo particular en el caso de un motor de gasolina encendido por chispa, el carburante primario puede ser introducido dentro de la cámara de combustión 11 junto con el aire primario.

El aire primario puede introducirse en la cámara de combustión a partir de un múltiple de entrada 20. Naturalmente, cuando el motor 10 tiene una serie de cámaras de combustión 11, las lumbreras de entrada 15 de cada una pueden estar conectadas al múltiple de entrada 20. El aire es suministrado al múltiple de entrada 20 desde una entrada de aire 21, a través de filtros de aire, etc., tal como se conoce en la técnica, y/o el aire puede suministrarse a través de un dispositivo de turbo u de otro modo.

La lumbrera o cada lumbrera de salida del escape 16 está conectada a un múltiple de escape 23 de un sistema de escape 24. Nuevamente, en el caso de un motor con múltiples cámaras de combustión 11, las lumbreras de salida 16 de cada cámara de combustión 11 pueden estar conectadas a un múltiple de salida 23. Los gases de combustión pasan, posiblemente a través de un convertidor catalítico 25, desde el múltiple de escape a la atmósfera.

De acuerdo con el invento existen medios para introducir aire secundario dentro del sistema de escape 24, y en el presente caso, los mismos consisten en un aparato aspirador 26 que se describe con más detalle abajo haciendo referencia a la figura 2, estando dicho aspirador 26 también adaptado para gases de escape y aire secundario introducido en el sistema de escape 24, para actuar mecánicamente de tal modo sobre dichos gases de escape y aire secundario que proporcionan un carburante reformado. El carburante reformado es luego retroalimentado dentro de la cámara de combustión 11 junto con el carburante primario.

Se observará que, inmediatamente a continuación de que el pistón 12 realiza una carrera de escape en la cámara de combustión 11, es decir se mueve hacia arriba tal como aparece en los dibujos mientras la lumbrera de la salida de escape 16 está abierta, y el pistón 12 vuelve a moverse hacia abajo para permitir la introducción de por lo menos aire primario dentro de la cámara de combustión 11 con la lumbrera de entrada abierta 15, existe un corto pero finito periodo en que tanto la lumbrera de entrada 15 como la de salida 16 están abiertas al mismo tiempo. Durante dicho periodo, se establece una presión reducida o un vacío parcial en la lumbrera de salida 16 y, como consecuencia de ello, los gases del sistema de escape 24 serán arrastrados dentro de la cámara de combustión 11 conjuntamente con el aire primario de la lumbrera de entrada 15. Por tanto, si los gases de escape incluyen carburante reformado, dicho carburante reformado será introducido dentro de la cámara de combustión 11.

Además, una cantidad muy pequeña de carburante reformado puede pasar a través de la cámara de combustión 11 a la lumbrera de entrada 15, y a pesar de que el flujo será predominantemente en sentido opuesto, una muy pequeña cantidad de carburante reformado puede pasar al múltiple de entrada 20 para mezclarse con el aire primario. Así, el aire primario introducido a continuación en la cámara de combustión 11 puede contener una proporción muy pequeña de carburante reformado.

Asimismo, en la figura 1 se muestra un aparato 30 mediante el cual puede introducirse un carburante vaporizado secundario con alto valor calorífico dentro del múltiple de entrada 20, para ser introducido con el aire primario dentro de la cámara de combustión.

Haciendo ahora referencia a la figura 2, se muestra un aspirador 26 apto para permitir la introducción de aire secundario dentro del sistema de escape 24. El aspirador 26 está ajustado para maximizar la producción de carburante reformado a partir del aire secundario y los productos de combustión.

El aspirador 26 incluye un tubo 32 que puede estar provisto en un extremo 33, por ejemplo el extremo inferior indicado en la figura 2, de un reborde provisto de rosca macho a fin de poder fijar debidamente el aspirador 26 al múltiple de salida 23, aun cuando múltiple 23 y aspirador 26 pueden estar dispuestos de otro modo para su conexión.

Preferiblemente, el tubo está hecho con un material catalítico, tal como cobre, el cual promociona la producción de carburante reformado y, si se desea, cerio u otro material catalítico, de más alto valor pero más eficaz, también puede estar presente en el sistema de escape 24 para promocionar todavía más la producción de carburante reformado.

En un extremo opuesto 34 del tubo 32, representado en la parte superior de la figura 2, existe una válvula 35. La válvula 35 incluye un asiento de válvula 36 alojado en una carcasa 37 que, en este ejemplo, tiene la forma de un casquete a modo de seta. Un miembro de válvula, que en este caso es una bola 40, es forzado por un resorte 41 para que se acople con el asiento de válvula 36 cuya forma es apta pare recibir la bola 40, cerrando normalmente la válvula y evitando que el aire pase a través de la válvula 35 dentro del tubo 32. No obstante, el resorte 41 es débil, y en el caso de que se experimente una baja presión o un vacío parcial dentro del tubo 32, la fuerza del resorte 41 será superada y la bola 40 se moverá del asiento de válvula 36 para que pueda pasar aire a través de la válvula 35, y por tanto al tubo 32 y al sistema de escape 24.

El aspirador 26 puede ajustarse para maximizar la producción de carburante reformado mediante el ajuste de la presión del resorte 41 de manera que la válvula 35 se abra para maximizar la entrada de aire secundario en los puntos apropiados del ciclo del motor. Además, la construcción del resorte 41 y de la válvula 35 suelen estar adaptados de manera que el aire secundario sea introducido como fuertes impulsos, abriéndose y cerrándose la válvula bruscamente. Los impulsos así producidos, actúan mecánicamente sobre los productos de la combustión y el aire secundario en el sistema de escape 24 en presencia del material catalítico, para reformar el carburante, típicamente gas hidrógeno y metanol, que son introducidos tal como se ha descrito antes dentro de la cámara de combustión 11.

Sin duda son posibles otras construcciones del aspirador 26. Por ejemplo, la construcción de la válvula 35 puede incorporar un miembro de válvula 40 distinto a la forma de bola, por ejemplo un miembro de válvula en forma de disco, estando el asiento de válvula 36 debidamente configurado para que el aspirador 16 quede ajustado para maximizar la producción de carburante reformado. En la figura 1 el tubo 32 se muestra curvado, mientras que en la figura 2 el tubo 32 es recto. El tubo 32 puede curvarse según se desee para montarlo dentro de un compartimento del motor de un vehículo.

Típicamente, en una forma de realización práctica el tubo tiene aproximadamente treinta centímetros de longitud, y típicamente la válvula 35 tiene 5 cm de longitud. El diámetro del tubo 32 tiene unos 0,79 cm.

El funcionamiento del aspirador 16 ha sido descrito con referencia particularmente a un motor 10 con una simple cámara de combustión 11, en que la baja presión o vacío parcial necesario para que se abra la válvula 35 a fin de arrastrar aire secundario dentro del sistema de escape 24 se produzca cuando el pistón 12 se halla sustancialmente en la parte superior de su carrera con las lumbreras de entrada 15 y de salida 16 abiertas. Hay que tener en cuenta que en un motor 10 con varias cámaras de combustión 11, en que todos los pistones 12 se encontrarán cada momento en diferentes posiciones en sus ciclos a fin de equilibrar el motor 10, la válvula 35 del aspirador 26 puede disponerse para abrirse en un momento que no puede coincidir con el pistón 12 de cualquier cámara de combustión 11 se encuentra en la parte superior de su carrera con las lumbreras de entrada 15 y de salida 16 abiertas. En un motor 10 con varias cámaras de combustión 11, la presión en el sistema de escape 24 tenderá a cambiar de acuerdo con un modelo complejo. No obstante, la válvula 35 del aspirador 26 puede disponerse de manera que se abra venciendo la fuerza del resorte 41 cuando se experimenta una baja presión o un vacío parcial en el sistema de escape 24. Así puede haber aire secundario/carburante reformado en el sistema de escape 24 pero ser introducido dentro de las cámaras de combustión 11 cuando un correspondiente pistón 12 se halla en la parte superior de su carrera con las lumbreras de entrada 15 y de escape 16 abiertas. De este modo la baja presión o vacío parcial necesario para la introducción de aire secundario dentro del sistema de escape 24 puede no coincidir con la baja presión o el vacío parcial experimentado localmente de las lumbreras de salida de escape 16 de las cámaras de combustión 11 necesaria para introducir el carburante reformado dentro de las cámaras de combustión 11.

Haciendo ahora referencia a la figura 3, se muestra un ejemplo de un aparato 30 mediante el cual puede introducirse un hidrocarburo secundario basado en carburante vaporizado de alto valor calorífico dentro de la cámara de combustión 11 (o cámara) junto con aire primario para la combustión.

El aparato 30 incluye un depósito 50 donde existe un carburante líquido basado en hidrocarburo, de acuerdo con la Norma Británica 245. El depósito 50 puede ser llenado con carburante líquido a través del tapón de relleno 51, y puede existir una varilla 52 para determinar fácilmente el nivel de carburante líquido dentro del depósito 50.

Montado dentro del depósito 50 hay un elemento calefactor eléctrico alargado 55 que se extiende en el interior, el cual va montado a través de un reborde roscado 56. El reborde 56 va acoplado mediante rosca y junta con el depósito 50, o por lo menos una pared inferior 57 del mismo, en este ejemplo, y así proporciona una montura 58 para un submontaje 59. El submontaje 59 incluye una carcasa cilíndrica 60 donde existe un tubo en espiral 61 que se abre a través de la carcasa 60 por un extremo 62 del mismo, dentro de un espacio 65 situado encima del nivel del carburante líquido existente en el depósito 50, y a un extremo más bajo 64, se abre a través de la carcasa 60 por debajo del nivel de carburante líquido.

Cuando se activa el elemento eléctrico 55, haciendo pasar una corriente eléctrica a través del mismo, se calienta y vaporiza el carburante líquido contenido en el tubo en espiral 61. El carburante vaporizado pasa dentro del espacio 65 situado encima del nivel del carburante líquido, y luego a través de una salida 66 al múltiple de entrada 20 del motor 10. De este modo, el carburante vaporizado pasa, con el aire primario, dentro de la cámara de combustión 11.

Alrededor del tubo en espiral 61 en la carcasa 60, hay un aislamiento 63 de modo que tan solo es calentado el carburante líquido en el tubo en espiral 61. Además, dado que el tubo en espiral 61 es necesariamente de pequeño diámetro y por tanto expuesto a obstruccione, el submontaje 59 puede ser sacado del depósito 50 destornillándolo de la montura 58. Para sellar el submontaje 59 con respecto al depósito 50, al ser utilizado, el submontaje también puede estar roscado con el depósito a través de un montaje secundario 68, y puede incluir ciertos medios, tales como un anillo estriado 70, para facilitar el desmontaje e inserción del submontaje 59 en el depósito 50.

En otra construcción del aparato de carburante secundario 50, en lugar de un calefactor eléctrico 55, o además del mismo, pueden existir medios que permitan calentar el carburante líquido para la vaporización, mediante otra fuente de calor, como por ejemplo los gases calientes de escape producidos por el motor 10.

Téngase en cuenta que puede adaptarse un motor ya existente 10 para la puesta en práctica del invento, instalando un aspirador 26 ajustado para producir carburante reformado, en el múltiple de escape 23, y si se desea proporcionando un aparato de producción de carburante secundario, tal como el aparato 540 descrito, para que trabaje conjuntamente con el mismo.

Si el sistema de escape 24 incluye un convertidor catalítico 25, en función de que el mismo sea un aparato pasivo o activo, cuando se adapte un motor para conseguir las prestaciones del presente invento será necesario llevar a cabo etapas adicionales.

Por ejemplo, si el convertidor catalítico 25 incluye un sensor 80 que proporciona una entrada a un sistema de gestión del motor 81 indicativa de la concentración de hidrocarburos no quemados y monóxido de carbono en los gases de emisión, convencionalmente el sistema de gestión del motor responde ajustando la riqueza de la mezcla de carburante/aire primarios a un nivel en el cual el convertidor catalítico 25 puede funcionar de manera más eficaz. Si se pone en práctica el invento, y el nivel de hidrocarburos no quemados y monóxido de carbono en los gases de escape se reduce mediante el método, el sensor 80 debe ser desactivado y/o el sistema de gestión del motor 81 reprogramado para asegurarse de que la riqueza de la mezcla de carburante/aire no ha sido aumentada de forma indebida.

En un motor en que, por ejemplo, el aparato de carburante secundario 50 tan solo funciona a intervalos, puede usarse el sensor 80 o disponer otros sensor, a fin de proporcionar una entrada al sistema de gestión del motor 81 en respuesta a las condiciones particulares del motor que hagan funcionar o no el aparato de carburante secundario 50, por ejemplo conmutando la conexión o desconexión del elemento calefactor eléctrico 55 u otros medios de calentamiento.

Puede realizarse varias modificaciones al aparato descrito siempre y cuando permita llevar a cabo los métodos del invento.

Por ejemplo, en el ejemplo descrito, se introduce carburante secundario reformado dentro de la cámara de combustión a través de la lumbrera de escape, para que queme con el carburante primario. Particularmente cuando se produce un exceso de carburante reformado, el mismo puede ser recogido y almacenado, para su posterior introducción dentro de la cámara de combustión, por ejemplo junto con el carburante primario en vez de hacerlo a través de la lumbrera de escape.

El invento no es de aplicación exclusiva a motores de combustión interna, sino que también puede aplicarse a otros aparatos de combustión tales como una caldera u horno que tenga una cámara de combustión, preferiblemente con una lumbrera de escape a través de la cual pueda introducirse carburante reformado.

Claims

1. Un método de funcionamiento un aparato de combustión (10) que incluye por lo menos una cámara de combustión (11) con una lumbrera de entrada (15) para aire de combustión primario, medios (19) para introducir dentro de la cámara de combustión carburante primario para la combustión con el aire primario, una lumbrera de escape (16) para los productos de la combustión, y un sistema de escape (24) para la salida de los productos de combustión a la atmósfera, incluyendo el método la introducción de aire secundario dentro del sistema de escape (24), actuando mecánicamente sobre el aire secundario y los productos de combustión en el sistema de escape (24) en presencia de un catalizador, para producir un carburante reformado, introduciendo el carburante reformado dentro de la cámara de combustión (11) para la combustión con carburante primario y aire primario.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el carburante reformado es introducido dentro de la cámara de combustión (11) a través de la lumbrera de escape (16).

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el aparato de combustión (10) es un motor de combustión interna y se introduce aire secundario dentro del sistema de escape (24) a través de un aspirador de escape (26) el cual arrastra aire dentro del sistema de escape (24) durante las condiciones de baja presión o de vacío parcial que se producen durante el ciclo de cambios de presión que tienen lugar en el sistema de escape (24) durante el funcionamiento normal del motor (10).

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que el aspirador de escape (26) se ajusta para arrastrar aire dentro del sistema de escape (24) y actuar mecánicamente sobre le aire secundario y los productos de la combustión por medio de impulsos de presión, a fin de optimizar la producción de carburante reformado.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el aspirador (26) incluye una válvula (35) con un miembro de válvula empujado por resorte (40), actuando la fuerza del resorte (41) para instar al miembro de válvula (40) a que se acople con un asiento de válvula (36) a fin de cerrar la válvula (35), y la fuerza del resorte (41) se supera cuando se desarrolla una presión suficientemente baja dentro del sistema de escape (24) para permitir que el aire secundario sea arrastrado al interior a través de la válvula (35) y siendo el aspirador (26) puesto a punto mediante el ajuste de la presión del resorte (41) a fin de que la válvula (35) responda a una determinada baja presión o vacío parcial en un momento apropiado durante el ciclo del motor, y de una manera para producir fuertes impulsos de presión en el sistema de escape (24) adecuado mecánicamente para actuar sobre los productos de combustión y el aire secundario existentes en el sistema de escape (24) en presencia del catalizador, para producir carburante reformado.

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el carburante reformado incluyo uno a ambos gases de metanol e hidrógeno.

7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por el hecho de que el catalizador consta de materiales de los cuales está hecho, por lo menos parcialmente, el aspirador (26).

8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el aparato de combustión es un motor de pistón alternativo (10) y el carburante reformado es introducido dentro de la o de cada cámara de combustión (11) del motor (11) como consecuencia de un vacío parcial que se establece en la lumbrera de escape (16) al final de una carrera de escape de un pistón del mismo, cuando el pistón (12) empieza su siguiente carrera de admisión, antes de que la lumbrera de escape (16) sea completamente cerrada por una válvula de salida de escape (18) o por el pistón (12).

9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el aparato de combustión (10) tiene una serie de cámaras de combustión (11) cada una de las cuales tiene una lumbrera de escape (16), abriéndose cada una de las lumbreras de escape hacia un múltiple de escape (23) donde están situados los medios para introducir aire secundario dentro del sistema de escape (24).

10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el método incluye la introducción de carburante reformado obtenido por la acción mecánica sobre el arrastre de aire secundario y productos de combustión en el sistema de escape (24), dentro de un múltiple de entrada (20) desde el cual se introduce aire dentro de la cámara de combustión (11) para que queme con el carburante primario.

11. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el método del invento incluye la introducción dentro de la cámara de combustión (11) del aparato (10), de un hidrocarburo secundario vaporizado basado en carburante de alto valor calorífico, obtenido al calentar aceite mineral eléctricamente y/o por intercambio térmico con los calientes gases de escape producidos por el aparato (10) para vaporizar el aceite.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que el aparato de combustión 10 es un motor de encendido por chispa y el carburante primario es aspirado y/o inyectado dentro de la cámara de combustión (11) conjuntamente con el hidrocarburo secundario vaporizado basado en carburante de alto valor calorífico.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que el aparato de combustión (10) es un motor del tipo en que el carburante primario se introduce por inyección, y el hidrocarburo secundario vaporizado basado en carburante de alto valor calorífico se introduce con el aire aspirado.

14. Un método para adaptar un aparato de combustión (10) que tiene por lo menos una cámara de combustión (11), para funcionar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, incluyendo dicho método el equipamiento del aparato de combustión (10) con medios para introducir en el sistema de escape (24) aire secundario, medios (26) para actuar mecánicamente sobre el aire secundario y los productos de la combustión en el sistema de escape (24) en presencia de un catalizador, para producir un carburante reformado, y medios para introducir el carburante secundario dentro de la cámara de combustión (11) del aparato (10) a través de la lumbrera de escape (16) para la combustión con el carburante primario y el aire primario.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado por el hecho de que el aparato de combustión (10) es un motor de un vehículo, cuyo motor de vehículo (10) ya ha sido adaptado para incluir un convertidor catalítico (25) y un sistema de gestión de motor (81) del cual está provisto con una entrada procedente de un sensor (80) asociado con el convertidor catalítico (25) que influye el control del motor, incluyendo el método la desautorización del sensor (80) del convertidor catalítico o la reprogramación del sistema de gestión del motor (81).