ES2250195T3 - Procedimiento de inyeccion de carburante para motor de combustion. - Google Patents
Procedimiento de inyeccion de carburante para motor de combustion.Info
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Abstract
Procedimiento de inyección de carburante en, al menos, uno de los cilindros de un motor de combustión (12), especialmente, un motor diesel, del tipo que comprende la inyección de una cantidad principal de carburante (Q1) dependiente del punto de funcionamiento del motor (12), y durante una fase de regeneración de un sistema de tratamiento de los gases de escape (G), tal como un filtro de partículas (16), se aumenta la citada cantidad en (Q1+Q2¿), caracterizado porque el inicio de la inyección de la cantidad principal de carburante (Q1) se retarda con respecto al punto muerto alto del pistón del cilindro correspondiente.
Description
Procedimiento de inyección de carburante para
motor de combustión.
La invención se refiere a un procedimiento de
inyección de carburante para un motor de combustión.
La invención se refiere de modo más particular a
un procedimiento de inyección de carburante para un motor de
combustión, especialmente un motor diesel o de gasolina con mezcla
pobre, para regenerar un sistema de tratamiento de los gases de
escape, tal como un filtro de partículas, por combustión de las
partículas almacenadas en el filtro.
Los motores diesel y algunos motores de gasolina
emiten substancias contaminantes, tales como partículas.
Se conocen sistemas de tratamiento de los gases
de escape que permiten disminuir las emisiones de partículas.
En particular, un método consiste en filtrarlas
con la ayuda de un filtro denominado filtro de partículas. Este
último se colmata y, por tanto, es necesario regenerarlo
periódicamente.
Para provocar la combustión de las partículas, es
necesario llevarlas a su temperatura de combustión, que es de,
aproximadamente, 550ºC. Sin embargo, los gases de escape de los
motores diesel raramente alcanzan esta temperatura, puesto que, por
ejemplo en ciudad, la temperatura de los gases de escape evoluciona
entre 150ºC y 250ºC. Durante la fase de regeneración, hay que
aumentar, entonces, específicamente, la temperatura de los gases de
escape, de modo que estos alcancen la temperatura de combustión de
las partículas en el filtro de partículas.
Se han propuesto diferentes sistemas.
Sistemas de calentamiento por resistencia
eléctrica, especialmente, por rejillas calefactores, permiten
llevar la temperatura de los gases de escape a un valor suficiente
para provocar la combustión de las partículas en el filtro. Sin
embargo, estos sistemas necesitan una potencia eléctrica importante
que no siempre es posible aplicar. Además, estos complican la
concepción de la línea de escape.
Otros sistemas proponen aumentar la temperatura
de los gases de escape por la inyección de una cantidad
suplementaria de carburante en, al menos, una de las cámaras de
combustión, en forma de una post-inyección. Es
decir, que, después de haber inyectado la cantidad de carburante
necesaria para el funcionamiento "clásico" del motor, se
inyecta, en un segundo tiempo, una cantidad suplementaria de
carburante. Una parte de esta cantidad adicional de carburante se
inflama produciendo un aumento de la temperatura de los gases de
escape, y el resto de esta cantidad se transforma en productos de
oxidación parcial, como el monóxido de carbono CO y los
hidrocarburos HC.
Para que la temperatura alcance la temperatura de
combustión del hollín, es necesario que los productos de oxidación
parcial reaccionen con reacciones exotérmicas antes de su llegada al
filtro de partículas. Las reacciones exotérmicas se obtienen
durante el paso a través de un catalizador de oxidación.
Este sistema necesita, por tanto, la presencia de
un catalizador de oxidación aguas arriba del filtro de partículas y
un sistema de inyección apto para producir la
post-inyección.
El documento
US-A-5.826.425 propone un
procedimiento de este tipo de auto-iniciación de la
regeneración de un filtro de partículas de un motor diesel, que
consiste, además de la fase de inyección principal, en aportar una
post-inyección de carburante para aumentar la
temperatura de los gases de escape del motor.
Este documento propone, también, que la
post-inyección se realice inmediatamente después de
la inyección principal como una sola inyección de una duración igual
a la suma de las duraciones de la inyección principal y de la
post-inyección.
El documento
US-A-5 826 425 divulga un
procedimiento de inyección de carburante en, al menos, uno de los
cilindros de un motor de combustión, especialmente, un motor diesel
del tipo que comprende la inyección de una cantidad principal de
carburante dependiente del punto de funcionamiento del motor, y
durante una fase de regeneración de un sistema de tratamiento de los
gases de escape, tal como un filtro de partículas, se aumenta la
citada cantidad principal y se retarda el inicio de la inyección de
la cantidad principal de carburante.
Con objeto de aportar una solución a estos
inconvenientes, la invención propone un procedimiento de inyección
de carburante en, al menos, uno de los cilindros de un motor de
combustión, especialmente, un motor diesel, del tipo que comprende
la inyección de una cantidad principal de carburante dependiente del
punto de funcionamiento del motor y durante una fase de regeneración
de un sistema de tratamiento de los gases de escape, tal como un
filtro de partículas, se aumenta la citada cantidad principal y se
retarda el inicio de la inyección de la cantidad principal de
carburante (Q1) con respecto al punto muerto alto del pistón del
cilindro correspondiente.
De acuerdo con otras características del
procedimiento:
- la cantidad principal aumentada se obtiene en,
al menos, dos etapas consecutivas de inyección de cantidades de
carburante;
- durante la fase de regeneración del sistema de
tratamiento de los gases de escape se desfasa el inicio de la
inyección de la cantidad principal de carburante;
- durante la fase de regeneración del sistema de
tratamiento de los gases de escape, el inicio de la inyección de la
cantidad principal de carburante se retarda en una duración
predeterminada según el punto de funcionamiento del motor;
- la inyección de la cantidad principal de
carburante va precedida de una etapa de inyección de otra cantidad
predeterminada dependiente del punto de funcionamiento del
motor;
- durante la fase de regeneración del sistema de
tratamiento se aumenta la otra citada cantidad predeterminada de
carburante;
- durante la fase de regeneración del sistema de
tratamiento la otra citada cantidad predeterminada de carburante se
aumenta según el punto de funcionamiento del motor;
- durante la fase de regeneración del sistema de
tratamiento se desfasa el inicio de la inyección de la otra citada
cantidad predeterminada de carburante;
- durante la fase de regeneración del sistema de
tratamiento el inicio de la inyección de la otra citada cantidad
predeterminada de carburante se retarda un valor predeterminado
según el punto de funcionamiento del motor.
Otras características y ventajas se pondrán de
manifiesto con la lectura de la descripción detallada que sigue
para cuya comprensión se hará referencia a las figuras anejas, en
las cuales:
- la figura 1 representa esquemáticamente una
línea de escape de un motor de combustión equipado con un
catalizador y un filtro de partículas;
- la figura 2 es un diagrama que representa las
cantidades de carburante inyectadas en función del ángulo del
cigüeñal con respecto al punto muerto alto del pistón, de acuerdo
con un primer ejemplo del estado de la técnica;
- la figura 3 es un diagrama que representa la
cantidad de carburante inyectada, de acuerdo con un primer modo de
realización de la invención, en función del ángulo del cigüeñal con
respecto al punto muerto alto del pistón;
- la figura 4 es un diagrama similar al de la
figura 2 de acuerdo con un segundo ejemplo del estado de la técnica
que comprende una pre-inyección; y
- la figura 5 es un diagrama similar al de la
figura 3 de acuerdo con un segundo modo de realización de la
invención.
En la figura 1 se ha representado un sistema de
tratamiento 10 de los gases de escape G de un motor de combustión
12. El motor 12 es un motor diesel o un motor de gasolina que
funciona con mezcla pobre, tal como un motor de gasolina de
inyección directa.
Una línea 14 de escape permite la evacuación de
los gases G del motor hacia la atmósfera. En la línea 14 está
interpuesto un sistema de tratamiento destinado a purificar los
gases de escape G. Éste se compone, principalmente, de un filtro de
partículas 16 dispuesto en una cámara 18.
Un catalizador de oxidación 20 está insertado en
la línea 14 de escape aguas arriba del filtro de partículas 16.
Ventajosamente, el filtro de partículas 16 puede
estar recubierto de una impregnación catalítica.
El filtro de partículas 16 se presenta con una
cara de entrada y una cara de salida de los gases G. Este está
compuesto, por ejemplo, por canales alternativamente cerrados y
abiertos en la entrada y que, inversamente, están abiertos y
cerrados en la salida. Las paredes del filtro de partículas 16 son
porosas.
La inyección del carburante en el motor 12 es
mandada por un sistema electrónico de mando 22 que permite
gestionar la ley de inyección de carburante en las cámaras de
combustión.
Medios de medición 24, tales como captadores de
presión y captadores de temperatura, están dispuestos en la línea de
escape y están conectados al sistema electrónico de mando 22.
El funcionamiento del sistema de tratamiento 10
de acuerdo con el estado de la técnica es el siguiente.
Los gases de escape G producidos por el motor 12
son enviados a la línea 14.
Las partículas contenidas en los gases G son
detenidas, durante su paso por la cámara 18, por el filtro de
partículas 16.
Periódicamente, las partículas así atrapadas en
el filtro de partículas 16 son quemadas en el transcurso de una
fase de regeneración.
Los medios de medición 24 transmiten al sistema
electrónico de mando 22 informaciones representativas del nivel de
carga del filtro de partículas 16.
El sistema electrónico de mando 22 tiene en
cuenta el nivel de carga del filtro de partículas, así como el
punto de funcionamiento del motor, para iniciar la fase de
regeneración.
La regeneración del filtro de partículas 16
necesita alcanzar una temperatura de los gases de escape superior o
igual a la temperatura de combustión de las partículas, es decir,
aproximadamente 550ºC. Por tanto, en ciertos casos, para favorecer
la fase de regeneración, hay que disminuir la temperatura de
combustión de las partículas o aumentar la temperatura de los gases
de escape.
Varias soluciones pueden ponerse en práctica de
modo independiente o concomitante.
La adición al carburante de un aditivo químico
particular permite aumentar las cinéticas de combustión de las
partículas y, por consiguiente, disminuir la temperatura de
combustión en el filtro de partículas.
El filtro de partículas 16 puede estar recubierto
de una impregnación particular denominada fase catalítica que
permite disminuir la temperatura de combustión de las partículas. A
título de ejemplo, puede preverse la utilización de un catalizador
metálico soportado por el filtro.
Además, el catalizador 20 situado aguas arriba
del filtro de partículas 16 permite convertir los hidrocarburos no
quemados HC y el monóxido de carbono CO en dióxido de carbono
CO_{2} por oxidación con el oxígeno. La reacción de oxidación es
exotérmica, lo que participa en el aumento de la temperatura de los
gases de escape G.
Otras soluciones se ponen en práctica
puntualmente cuando la temperatura de los gases de escape G aguas
arriba del filtro de partículas 16 es inferior a la temperatura de
combustión de las partículas, y cuando el filtro de partículas 16
debe ser regenerado.
Entre éstas, de acuerdo con la figura 2, para
calentar los gases de escape G, se inyecta en la cámara de
combustión del motor, después de la inyección, en la proximidad del
punto muerto alto PMH, una cantidad Q2 de carburante suplementaria
de una cantidad principal de carburante Q1 destinada a facilitar el
par motor.
La cantidad suplementaria Q2 sufre una combustión
parcial, que proporciona casi únicamente energía térmica, en la que
los productos de oxidación parcial se oxidan después en la línea 14
de escape y provocan una elevación de la temperatura de los gases
de escape G. La oxidación se produce, principalmente, durante el
paso por el catalizador de oxidación 20.
De acuerdo con un primer modo de realización, la
invención consiste en la inyección de una cantidad suplementaria Q2'
de carburante en la cámara de combustión del motor 12, y la cantidad
Q2' se agrupa con la inyección de la cantidad principal Q1 como está
esquematizado en la figura 3.
La inyección de la cantidad de carburante Q2'
puede, por ejemplo, fusionarse con la inyección de la cantidad
principal Q1, lo que se traduce en una inyección única de una
cantidad de carburante Q1+Q2', o bien la inyección de la cantidad
de carburante Q2' puede "ir a continuación" de la cantidad
principal Q1 de carburante en forma de una segunda inyección
inmediatamente consecutiva a la inyección de la cantidad principal
Q1.
La inyección reagrupada de las cantidades
principal Q1 y suplementaria Q2' tiene varios efectos.
La combustión de la cantidad suplementaria Q2' de
carburante, al estar integrada a la cantidad principal Q1, es más
completa, porque las condiciones, y especialmente la mezcla
aire-carburante, son mejores. Esto permite, por una
parte, reducir al máximo la producción de productos de oxidación
parcial, tales como el óxido de carbono CO y los hidrocarburos no
quemados HC y, por consiguiente, disminuir las dimensiones del
catalizador de oxidación 20, o incluso suprimirlo y, por otra,
incrementar el aumento de temperatura de los gases de escape G. La
inyección reagrupada de las cantidades principal Q1 y suplementaria
Q2', debido a la combustión más completa, aumenta de modo más
importante la temperatura de los gases de escape G que cuando las
inyecciones de las cantidades principal Q1 y suplementaria Q2'
están netamente separadas.
Además, la inyección de la cantidad Q1+Q2' se
retarda con respecto al punto muerto alto PMH del pistón del motor
12, de acuerdo con la figura 3.
El retardo con respecto al punto muerto alto PMH
del pistón está comprendido entre 0 y 35 grados del cigüeñal. Este
valor de retardo de 35 grados del cigüeñal, que corresponde al
límite más allá del cual el carburante inyectado en la cámara de
combustión se infiltra entre las paredes de la cámara de combustión
y los segmentos del pistón y se mezcla con el aceite de lubricación
del motor, se da a título de ejemplo y varía de acuerdo con los
motores.
El retardo de la inyección permite limitar la
incidencia sobre el par del aumento de la cantidad principal de
carburante.
En efecto, el par motor es función de la cantidad
principal y del instante del inicio de inyección del carburante en
la cámara de combustión. El aumento de la cantidad principal de
carburante, provoca el aumento del par motor, mientras que el
retardo del instante del inicio de la inyección del carburante lo
disminuye. Así, aumentando una cantidad Q2' la cantidad principal
de carburante y retardando el instante del inicio de la inyección,
el par motor se mantiene igual al obtenido por la inyección de la
cantidad principal Q1 en la proximidad del punto muerto alto PMH del
pistón.
Este primer modo de realización es ventajoso
porque, para un par motor y una temperatura de los gases de escape
dados, permite reducir la suma de las cantidades principal Q1 y
suplementaria Q2' con respecto al estado de la técnica. Es decir,
que la suma de las cantidades Q1 y Q2' es inferior a la suma de la
cantidades Q1 y Q2.
Además, al ser la combustión del carburante más
completa, la producción de los productos de oxidación disminuye de
modo muy importante, lo que permite reducir las dimensiones del
catalizador 20, o incluso suprimirlo. Finalmente, al ser la
inyección de carburante única, el sistema electrónico de control 22
se simplifica, puesto que la ley de inyección comprende una sola
inyección, en lugar de una inyección principal y una inyección
suplementaria.
De acuerdo con un segundo ejemplo del estado de
la técnica ilustrado en la figura 4, se conoce inyectar una
cantidad predeterminada Q3 o cantidad piloto, antes de la inyección
de la cantidad Q1. La cantidad Q3 puede servir para disminuir el
ruido asociado a la combustión de la cantidad principal motriz
Q1.
El segundo modo de realización de la invención
propone realizar la inyección desplazada de la cantidad Q1+Q2' de
acuerdo con el primer modo de realización, e inyectar una cantidad
predeterminada Q3' aumentada, y desplazarla de modo que se aproxime
al punto muerto alto PMH del pistón. El aumento de la cantidad
predeterminada Q3' depende, ventajosamente, del punto de
funcionamiento del motor 12.
La cantidad adicional Q3' aumentada y desplazada,
permite, entonces, facilitar un aumento de par que va asociado al
aumento de la cantidad de carburante inyectada durante la
pre-inyección.
El par motor es facilitado, entonces, por una
parte, por la cantidad adicional Q3' aumentada y desplazada y, por
otra, por la inyección desplazada de Q1+Q2'.
Es posible, entonces, desplazar de modo óptimo la
inyección de la cantidad Q1+Q2'. En efecto, cuanto más tarde es
inyectada esta última, mayor es el aumento de la temperatura de los
gases de escape G. Sin embargo, esto provoca una pérdida de par,
que el aumento y el desplazamiento de la cantidad Q3' permiten
compensar.
Igual que en el primer modo de realización, el
segundo modo de realización de la invención permite mejorar el
rendimiento del procedimiento de regeneración del filtro de
partículas 16. En efecto, para una cantidad global de carburante
inyectada de acuerdo con la invención, la temperatura de los gases
de escape es más elevada que si esta misma cantidad global de
carburante es inyectada de acuerdo con el estado de la técnica.
Además, de modo similar al primer modo de
realización, el procedimiento de acuerdo con el segundo modo de
realización de la invención necesita un sistema electrónico de
control 22 más simple, puesto que solamente hay que gestionar dos
inyecciones en lugar de tres.
Claims (9)
1. Procedimiento de inyección de carburante en,
al menos, uno de los cilindros de un motor de combustión (12),
especialmente, un motor diesel, del tipo que comprende la inyección
de una cantidad principal de carburante (Q1) dependiente del punto
de funcionamiento del motor (12), y durante una fase de regeneración
de un sistema de tratamiento de los gases de escape (G), tal como
un filtro de partículas (16), se aumenta la citada cantidad en
(Q1+Q2'), caracterizado porque el inicio de la inyección de
la cantidad principal de carburante (Q1) se retarda con respecto
al punto muerto alto del pistón del cilindro correspondiente.
2. Procedimiento de inyección de acuerdo con la
reivindicación precedente, caracterizado porque el inicio de
la inyección de la cantidad principal de carburante (Q1) se realiza
cuando el pistón está en una posición angular comprendida entre el
punto muerto alto y 35º del cigüeñal después del punto muerto
alto.
3. Procedimiento de inyección de acuerdo con una
de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la
duración del retardo del inicio de la inyección de la cantidad
principal de carburante (Q1) se determina de acuerdo con el punto de
funcionamiento del motor (12).
4. Procedimiento de inyección de acuerdo con una
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
cantidad principal aumentada (Q1+Q2') se obtiene en, al menos, dos
etapas consecutivas de inyección de cantidades de carburante (Q1,
Q2').
5. Procedimiento de inyección de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque la inyección de la cantidad principal de carburante (Q1) va
precedida de una etapa de inyección de otra cantidad predeterminada
de carburante (Q3) dependiente del punto de funcionamiento del motor
(12).
6. Procedimiento de inyección de acuerdo con la
reivindicación precedente, caracterizado porque, durante la
fase de regeneración del sistema de tratamiento, se aumenta la otra
citada cantidad predeterminada de carburante (Q3).
7. Procedimiento de inyección de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque, según el punto de
funcionamiento del motor (12), se aumenta la otra citada cantidad
predeterminada de carburante (Q3) durante la fase de regeneración
del sistema de tratamiento.
8. Procedimiento de inyección de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado
porque, durante la fase de regeneración del sistema de tratamiento,
se desfasa el inicio de la inyección de la otra citada cantidad
predeterminada de carburante (Q3).
9. Procedimiento de inyección de acuerdo con la
reivindicación precedente, caracterizado porque, durante la
fase de regeneración del sistema de tratamiento, el inicio de la
inyección de la otra citada cantidad predeterminada de carburante
(Q3) se retarda un valor predeterminado de acuerdo con el punto de
funcionamiento del motor (12).
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2000
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