ES2235945T3 - Procedimiento de calentamiento de un catalizador que equipa a un motor de combustion interna con inyeccion directa de combustible, que comprende varios cilindros. - Google Patents
Procedimiento de calentamiento de un catalizador que equipa a un motor de combustion interna con inyeccion directa de combustible, que comprende varios cilindros.Info
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Abstract
Procedimiento de calentamiento de un catalizador (10) que equipa un motor de combustión interna de inyección directa de gasolina que incluye varios cilindros (1), en el momento de la arranque de dicho motor, consistiendo el procedimiento - en alimentar un primer grupo de cilindros (1) con una mezcla pobre y un segundo grupo de dichos cilindros (1) con una mezcla rica y consistiendo igualmente en alimentar dicho primer grupo de cilindros (1) con una mezcla estratificada y dicho segundo grupo de cilindros (1) con una mezcla homogénea, - estando caracterizado el procedimiento porque consiste igualmente en uniformizar la potencia de todos los cilindros (1) del motor durante el calentamiento del catalizador (10).
Description
Procedimiento de calentamiento de un catalizador
que equipa a un motor de combustión interna con inyección directa de
combustible, que comprende varios cilindros.
El presente invento se refiere a un procedimiento
de calentamiento de un catalizador para motor de combustión interna
de inyección directa.
Para reducir la contaminación de la atmósfera por
los gases de escape de los motores de combustión interna, en
particular de los que aseguran la propulsión de los vehículos
automóviles, se conoce dotar a las tuberías de escape de estos
motores de un bote catalítico o catalizador que tiene como función
transformar las sustancias químicas nocivas en sustancias menos
nocivas, incluso inofensivas.
Por ello se conoce un catalizador llamado "de
tres vías" o "trifuncional" por el hecho que asegura una
triple función de oxidación de los hidrocarburos no quemados (HC),
de oxidación del CO en CO_{2} y de reducción de los óxidos de
nitrógeno (NO_{X}) en nitrógeno gaseoso.
En general, el catalizador está situado lejos del
motor, primero para protegerlo térmicamente, pero también por
motivos de arquitectura del vehículo y de rendimiento del motor.
Resulta de ello que se calienta con relativa lentitud en los
arranques en frío del motor y no puede pues tratar los gases nocivos
en el momento adecuado. Por esto se han puesto a punto diferentes
estrategias que intentan acelerar el aumento de temperatura del
catalizador, con el fin de que pueda lo más rápidamente posible
tratar los contaminantes estequiometricamente.
Una de las estrategias de calentamiento conocidas
consiste en crear diferentes riquezas de la mezcla, haciendo
funcionar el motor con cilindros "ricos" (quemando una mezcla
aire/carburante rica) y cilindros "pobres" (quemando dicha
mezcla pobre). Esta estrategia conduce a la producción en la tubería
de escape de gases oxidantes y gases reductores (HC Y CO).
Los gases reductores que provienen de los
cilindros ricos reaccionan entonces a con el oxígeno que proviene de
los cilindros pobres, provocando entonces una reacción exotérmica
que eleva rápidamente la temperatura del catalizador.
Sin embargo, la eficacia de esta estrategia en el
caso de motores de inyección indirecta de gasolina en el colector de
admisión y en funcionamiento homogéneo de reparto de la mezcla en
los cilindros, es modesta, ya que la riqueza de los cilindros pobres
no puede apenas descender de 0,8, en particular cuando el motor está
frío. Por consiguiente, hay poco oxígeno presente en los gases de
escape, de forma que la reacción exotérmica es débil.
Por el documento FR 2 755 186 se conoce la forma
de mejorar más la eficacia de la reacción exotérmica, haciendo
funcionar en régimen estratificado el primer grupo de cilindros del
motor que está alimentado por una mezcla pobre, y haciendo funcionar
en régimen homogéneo el segundo grupo de cilindros del motor que
está alimentado por una mezcla rica.
Sin embargo, aplicando de esta forma el
procedimiento del documento anteriormente citado, se ha constatado
que se producen, por motivo de la diferenciación de la riqueza en
los diferentes cilindros del motor, diferencias de potencia que
perjudican la comodidad de la conducción, ya que las potencias
proporcionadas por los grupos de cilindros no son las mismas.
El presente invento tiene como objetivo proponer
un procedimiento de calentamiento de un catalizador que permite,
partiendo de la estrategia conocida de la que se acaba de dar una
breve descripción, obtener un calentamiento muy rápido de un
catalizador conectado a la tubería de escape de un motor de
inyección directa de gasolina, manteniendo la comodidad de la
conducción.
El invento tiene pues como objetivo un
procedimiento de calentamiento de un catalizador montado en un motor
de combustión interna de inyección directa de gasolina que incluya
varios cilindros, en el momento del arranque de este motor,
consistiendo el procedimiento
- en alimentar un primer grupo de cilindros con
una mezcla pobre y un segundo grupo de dichos cilindros con una
mezcla rica y consiste igualmente en alimentar dicho primer grupo de
cilindros con una mezcla estratificada y dicho segundo grupo de
cilindros con una mezcla homogénea,
- estando este procedimiento caracterizado por
consistir además en uniformizar la potencia de todos los cilindros
del motor durante la fase de calentamiento del catalizador.
Gracias a estas características, se hace posible
obtener, incluso en fase de calentamiento del motor, una comodidad
de conducción que no difiere de la asegurada durante todo el
funcionamiento del motor, a pesar del hecho de que se logre rebajar
la riqueza en los cilindros del primer grupo a un valor que puede
alcanzar 0,5 y aumentar considerablemente las cantidades de gases
reductores y de gases oxidantes, resultando de esta forma más fuerte
la reacción exotérmica capaz de calentar el catalizador.
Según otras características del invento:
- la alimentación de la mezcla estratificada
pobre de dicho primer grupo de cilindros es realizada inyectando la
gasolina durante la fase de compresión de este primer grupo de
cilindros;
- la riqueza de las mezclas introducidas en los
cilindros del primer grupo y el número de cilindros de este son
elegidos para que la riqueza media global con la que son alimentados
todos los cilindros del motor, sea ligeramente pobre,
preferentemente igual a 0,9;
- la uniformización de la potencia se realiza
retardando el encendido de los cilindros de dicho segundo grupo de
cilindros;
- en el caso en el que dicho motor esté dotado de
una alimentación de aire controlada, consiste en uniformizar la
potencia de los cilindros por aumento de la masa de aire introducida
en los cilindros del primer grupo y/o por reducción de la masa de
aire introducida en los cilindros del segundo grupo;
- se aplica para el calentamiento de dicho
catalizador hasta una temperatura predeterminada, preferiblemente
igual a 200ºC.
Otras características y ventajas del invento
aparecerán a lo largo de la descripción siguiente, dada únicamente a
modo de ejemplo y realizada haciendo referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
- la figura única es un esquema muy simplificado
de un motor de combustión interna de inyección directa cuyo
catalizador puede ser calentado por el procedimiento según el
invento.
En esta figura única, se ha representado
esquemáticamente un único cilindro 1 de un motor de combustión
interna de inyección directa en la cámara de combustión 2, en la que
puede ser inyectada gasolina con la ayuda de un inyector 3. El aire
puede llegar a la cámara de combustión 2 a través de un colector de
admisión de aire 4 bajo el control de una válvula de admisión 5. La
mezcla presente en la cámara de combustión 2 puede ser comprimida
por un pistón 6 y encendida por una bujía 7. Los gases de combustión
llegan a una tubería de escape 8 bajo el control de una válvula de
escape 9, incluyendo la tubería de escape 8 un catalizador 10
encargado de purificar los gases escape. Un calculador 11 controla
el funcionamiento de los diversos órganos con la ayuda de un
programa apropiado. Gestiona principalmente la masa de gasolina
inyectada por el inyector 3 y los momentos de encendido de la mezcla
por la bujía 4.
Para simplificar el dibujo, sólo se ha
representado un único cilindro del motor, que se compone en realidad
de varios (por ejemplo cuatro), en las cámaras de combustión de los
cuales se puede hacer quemar selectivamente una mezcla rica o una
mezcla pobre bajo el control del calculador 11, principalmente
durante el arranque en frío del motor con el fin de permitir un
calentamiento rápido del catalizador 10. Se observará que el
procedimiento según el invento se aplica igualmente si el motor está
dotado de varios catalizadores montados en serie o en paralelo.
Un primer grupo de cilindros del motor es
alimentado con una mezcla estratificada pobre, mientras que un
segundo grupo de cilindros recibe una mezcla homogénea rica. Para
alimentar el primer grupo de cilindros, la gasolina es inyectada
durante la fase de compresión de la mezcla en su cámara de
combustión, gracias a lo cual, la gasolina no tiene tiempo de
mezclarse con el aire de forma homogénea antes del encendido por la
bujía 7; la mezcla está entonces estratificada.
Por el contrario, para alimentar el segundo grupo
de cilindros, la gasolina es inyectada durante la fase de admisión
del aire en la cámara de combustión.
Si se llama Ma_{i} a la masa de aire en el
cilindro i del motor, se puede escribir para la masa M_{i} de
gasolina a inyectar:
M_{i}=Ma_{i}.R_{i}.Ks
en la que Ks es una constante (que
puede ser igual a 14,7 aproximadamente, por ejemplo) y R_{i} es la
riqueza media de la mezcla del cilindro i. Se conviene que la mezcla
es pobre cuando R_{i}<1 y rica cuando
R_{i}>1.
Por otra parte, se puede escribir la ecuación
siguiente para la riqueza media global con la que son alimentados
todos los cilindros del motor:
RKs=\sum
M_{i}/\sum Ma_{i}=\sum(Ma_{i}.R_{i})/\sum
Ma_{i}
Esta ecuación puede ser simplificada si la masa
de aire Ma_{i} admitida en todos los cilindros del motor es
idéntica. Se tiene entonces Ma_{i}=Ma, con Ma= masa total de aire
admitida. Por lo tanto se puede escribir:
R=\sum
R_{i}/número \ de \
cilindros
Se eligen las riquezas de los diferentes
cilindros de los dos grupos y por tanto su modo de combustión
(estratificado u homogéneo), así como el número de cilindros del
segundo grupo de forma tal que esta riqueza global media de las
mezclas enviadas a todos los cilindros sea ligeramente pobre, siendo
por ejemplo 0,9 un valor ventajoso de la riqueza global.
Por otra parte, se determina la cantidad de gases
reductores en los gases de escape que provienen del segundo grupo de
cilindros de forma tal que sea suficiente para tener el carácter
exotérmico deseado en el catalizador 10. La reacción en los gases de
escape será tanto más cuanto como el número de cilindros del segundo
grupo sea importante, así cuanto que la riqueza en los cilindros de
este grupo sea elevada. El límite de la potencia de la reacción
exotérmica depende de los límites físicos alto y bajo de las
riquezas con las que se puede alimentar los cilindros sin degradar
demasiado la combustión.
Conviene señalar que la diferenciación de la
riqueza en los diferentes cilindros del motor provoca diferencias de
potencia que perjudican la comodidad de la conducción, ya que los
cilindros del segundo grupo proporcionan más potencia que los del
primer grupo.
Según el invento, se procede a una uniformización
de las potencias proporcionadas por los cilindros. En la
configuración del motor, tal como acaba de ser descrita con la ayuda
de la figura, está uniformización es realizada retardando el
instante de encendido de los cilindros del segundo grupo durante el
período de calentamiento del catalizador. El calculador 11 puede
determinar el grado de retraso del encendido a aplicar en función
principalmente de la riqueza con la que son alimentados los
cilindros del segundo grupo y de la potencia proporcionada por los
del primer grupo.
Está uniformización de las potencias de los
cilindros puede igualmente se realizada regulando las masas de aire
introducidas en los diferentes cilindros. Por supuesto, esta
regulación sólo puede llevarse a cabo si el motor está dotado de un
sistema de control de las masas de aire admitidas en los respectivos
cilindros. En estas condiciones, la uniformización de las potencias
puede ser obtenida aumentando la masa de aire en los cilindros del
primer grupo y/o disminuyendo la masa de aire admitida en los
cilindros del segundo grupo.
Según también otra característica del invento, el
procedimiento es ejecutado cuando, después del arranque del motor,
el catalizador ha alcanzado una temperatura predeterminada. Resulta
que una temperatura adecuada a este respecto es de 200ºC
aproximadamente, temperatura a la que las reacciones exotérmicas en
la línea de escape comienzan a producirse.
Por supuesto, el procedimiento según el invento
se detiene desde el instante en el que el calculador 11 constata
una temperatura del catalizador a la que este puede hacer
normalmente su trabajo de purificación de los gases de escape.
Claims (6)
1. Procedimiento de calentamiento de un
catalizador (10) que equipa un motor de combustión interna de
inyección directa de gasolina que incluye varios cilindros (1), en
el momento de la arranque de dicho motor, consistiendo el
procedimiento
- -
- en alimentar un primer grupo de cilindros (1) con una mezcla pobre y un segundo grupo de dichos cilindros (1) con una mezcla rica y
- consistiendo igualmente en alimentar dicho primer grupo de cilindros (1) con una mezcla estratificada y dicho segundo grupo de cilindros (1) con una mezcla homogénea,
- -
- estando caracterizado el procedimiento porque consiste igualmente en uniformizar la potencia de todos los cilindros (1) del motor durante el calentamiento del catalizador (10).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la alimentación de mezcla estratificada
pobre de dicho primer grupo de cilindros (1) se realiza inyectando
gasolina durante la fase de compresión de este primer grupo de
cilindros.
3. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la riqueza de
las mezclas introducidas en los cilindros (1) del segundo grupo y el
número de cilindros de este son elegidos para que la riqueza media
global con la que son alimentados todos los cilindros del motor, sea
ligeramente pobre, preferentemente igual a 0,9.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la uniformización de potencia es
realizada retardando el encendido de los cilindros (1) de dicho
segundo grupo de cilindros.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque, en el caso en el que dicho motor esté
dotado de una alimentación de aire regulada, consiste en uniformizar
la potencia de los cilindros (1) por aumento de la masa de aire
introducida en los cilindros del primer grupo y/o por reducción de
la masa de aire introducida en los cilindros del segundo grupo.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es
ejecutado después del calentamiento de dicho catalizador (10) hasta
una temperatura predeterminada, preferentemente igual a 200ºC.
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