ES2254054T3 - Motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Un motor de combustión interna (1), que tiene una cámara de combustión (5) y un conducto de escape (19), motor que comprende: un medio de inyección de combustible (7), para inyectar combustible auxiliar (QV; Qe; QP) a la cámara de combustión (5), adicionalmente al combustible principal (Q; QR), según la necesidad de producir hidrocarburos no quemados; un dispositivo de post-tratamiento del gas de escape (21), dispuesto en el conducto de escape (19), elevándose, una temperatura (TC) del mencionado dispositivo de post-tratamiento del gas de escape (21), cuando una temperatura del gas de escape se eleva, y elevándose cuando se suministra hidrocarburos no quemados al mencionado dispositivo de post-tratamiento del gas de escape (21); y un medio de control de inyección (30), para controlar el mencionado medio de inyección de combustible (7).
Description
Motor de combustión interna.
La presente invención se refiere a un motor de
combustión interna.
Se conoce, como dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape, dispuesto en el
conducto del escape de un motor, un absorbente de NO_{x}, que
absorbe el NO_{x} en el gas de escape cuando la proporción
de
aire - combustible del gas de escape es pobre, y que libera y reduce el NO_{x} absorbido, cuando la proporción aire - combustible del gas de escape alcanza la proporción de aire - combustible estequiométrica o rica. En tal dispositivo de post-tratamiento del gas de escape, la proporción aire - combustible del gas de escape es temporalmente enriquecida, antes de que la capacidad de absorción de NO_{x}, del absorbente de NO_{x} se sature, para hacer que todo el NO_{x} absorbido en el absorbente de NO_{x} sea liberado del absorbente de NO_{x}, y reducido.
aire - combustible del gas de escape es pobre, y que libera y reduce el NO_{x} absorbido, cuando la proporción aire - combustible del gas de escape alcanza la proporción de aire - combustible estequiométrica o rica. En tal dispositivo de post-tratamiento del gas de escape, la proporción aire - combustible del gas de escape es temporalmente enriquecida, antes de que la capacidad de absorción de NO_{x}, del absorbente de NO_{x} se sature, para hacer que todo el NO_{x} absorbido en el absorbente de NO_{x} sea liberado del absorbente de NO_{x}, y reducido.
Sin embargo, el combustible contiene sulfuro. Por
tanto el gas de escape contiene SO_{x}. Este SO_{x} también es
absorbido por el absorbente de NO_{x}. Este SO_{x} no es
liberado del absorbente de NO_{x}, con solo enriquecer la
proporción de aire - combustible del gas de escape. Para hacer que
el SO_{x} sea liberado del absorbente de NO_{x}, es necesario
elevar la temperatura del absorbente de NO_{x}. Por ello, se
conoce un motor de combustión interna en el que, cuando la
temperatura del absorbente de NO_{x} debe elevarse, se inyecta
combustible adicional en la carrera de expansión o en la carrera de
escape, en adición a la cantidad principal de combustible, inyectada
durante la carrera de succión, y se provoca la combustión de ese
combustible adicional en el absorbente de NO_{x}, para que eleve
la temperatura del absorbente de NO_{x} (véase la Publicación de
Patente No Examinada Japonesa (Kokai) Núm. 9-32
619).
De este modo, en un motor de combustión interna
es, a veces, necesario elevar la temperatura del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape. En este caso, en
un motor de combustión interna, a veces, hay casos en los que se
necesita elevar rápidamente la temperatura del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape. También a la
inversa, en ocasiones es el caso el ser necesario elevar lentamente
la temperatura del dispositivo de post-tratamiento
del gas de escape. Es decir, se hace necesario ser capaz de cambiar
la velocidad del crecimiento de la temperatura del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape, de acuerdo con
la demanda. En el anterior motor de combustión interna conocido, sin
embargo, cuando se eleva la temperatura del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape, se ha usado un
esquema de inyección predeterminado, que viene determinado por el
estado de funcionamiento del motor. Como resultado se tenía un
problema, por cuanto que no era posible cambiar libremente la
velocidad de crecimiento de la temperatura del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape, de acuerdo con
la demanda. Se conoce otros de tales sistemas a partir de los
documentos US 5 967 113, EP 0 916 829, y de las Aplicaciones de
Patente Europea EP 1 086 304 y EP 1 035 315, presentadas con
anterioridad pero publicadas posteriormente.
Un objetivo de la presente invención es
proporcionar un motor de combustión interna capaz de elevar la
temperatura de un dispositivo de post-tratamiento
del gas de escape, a una velocidad de elevación de la temperatura
requerida, para el dispositivo de post-tratamiento
del gas de escape.
De acuerdo con la presente invención, esto se
consigue mediante la provisión de un motor de combustión interna con
las características de la reivindicación independiente 1.
La presente invención se comprenderá de modo más
completo, a partir de la descripción de las realizaciones preferidas
de la invención, expuestas abajo, junto con los dibujos anexos en
los que:
la figura 1 es una perspectiva general de un
motor de combustión interna;
las figuras 2A y 2B son vistas de un par motor
requerido;
la figura 3 es una vista del grado de abertura de
una válvula de estrangulación y del grado de apertura de una válvula
de control EGR, etc.;
las figuras 4A y 4B son vistas de mapas de
cantidades de inyección, etc.;
las figuras 5A y 5B son vistas de mapas de
objetivos para grados de abertura de una válvula de estrangulación,
etc.;
las figuras 6A y 6B son vistas esquemáticas para
explicar una acción de absorción y liberación de NO_{x};
la figura 7 es una vista de un mapa con la
cantidad de absorción de NO_{x} por unidad de tiempo;
las figuras 8 a 10 son vistas de sincronizaciones
de inyección;
la figura 11 es una vista de una sincronización
del inicio de la inyección;
la figura 12 es una vista con esquemas de
inyección;
las figuras 13A y 13B son diagramas temporales,
de los cambios de temperatura de un absorbente de NO_{x};
la figura 14 es una vista de los cambios en el
grado de abertura de la válvula de estrangulación, etc., en el
momento de control para liberar SO_{x};
la figura 15 es una vista de las cantidades de
combustible principal, y combustible auxiliar;
las figuras 16A y 16B son vistas de mapas del
objetivo para el grado de abertura, etc., de una válvula de
estrangulación;
la figura 17 es una vista de cambios en el grado
de abertura de la válvula de estrangulación, etc., en el momento de
control para liberar SO_{x};
la figura 18 es una vista de los cambios en el
grado de abertura de la válvula de estrangulación etc., en el
momento de controlar la liberación de NO_{x};
la figura 19 es una vista de las cantidades de
combustible principal, y combustible auxiliar;
la figura 20 es una diagrama de flujo, del
proceso de un indicador de liberación de NO_{x} y un indicador de
liberación de SO_{x};
la figura 21 es un diagrama de flujo, del control
del funcionamiento del motor;
la figura 22 es un diagrama de flujo, del control
de la elevación de temperatura;
la figura 23 es una perspectiva general de otra
realización de un motor de combustión interna;
la figura 24 es una vista de un esquema de
inyección;
la figura 25 es un diagrama de flujo, del control
del funcionamiento del motor; y
la figura 26 es un diagrama de flujo, del control
para elevar la temperatura.
En referencia a la figura 1, 1 muestra un cuerpo
de motor, 2 un bloque de cilindro, 3 una culata del cilindro, 4 un
pistón, 5 una cámara de combustión, 6 un inyector de combustible
controlado eléctricamente, 7 una válvula de admisión, 8 una lumbrera
de admisión, 9 una válvula de escape, y 10 una lumbrera de escape.
La lumbrera de admisión 8 está conectada, a través de un
correspondiente tubo de admisión 11, a un tanque de compensación 12.
El tanque de compensación 12 está conectado a través de un conducto
de admisión 13, a un compresor 15 de un turbocompresor de escape 14.
Hay una válvula de estrangulación 17, impulsada por un motor paso a
paso 16, dispuesta en el conducto de admisión 13.
Por otra parte, la lumbrera de escape 10 está
conectada, a través de un colector de escape 18 y un tubo de escape
19, a una turbina de escape 20 del turbocompresor de escape 14. La
salida de la turbina de escape 20, está conectada a un dispositivo
de post-tratamiento del gas de escape 21. En la
realización mostrada en la figura 1, el dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape 21 consta de un
absorbente de NO_{x} 22, y una carcasa 23 que aloja el absorbente
de NO_{x} 22.
El colector de escape 18 y el tanque de
compensación 12 están conectados entre sí, a través de un conducto
de reciclaje del gas de escape (EGR) 24. Una válvula de control EGR
25 está dispuesta en el conducto EGR 24. Cada inyector de
combustible 6 está conectado, a través de una línea de suministro de
combustible 26, a un depósito de combustible, es decir a un,
llamado, conducto común 27. Se suministra en combustible a este
conducto común 27, desde una bomba de combustible de descarga
variable, controlada electrónicamente 28. El combustible
suministrado al conducto común 27 es suministrado, a través de las
líneas de suministro de combustible 26, a los inyectores de
combustible 6. El conducto común 27 tiene montado un sensor de
presión de combustible, para detectar la presión de combustible en
el conducto común 27. Se controla la cantidad de descarga de la
bomba de combustible 28, en base a la señal de salida del sensor de
presión de combustible 29 de modo que se convierte, la presión de
combustible en el conducto común 27, en una presión de combustible
objetivo.
La unidad de control electrónico 30 consta de un
ordenador digital, y está provista con una memoria de solo lectura
(ROM, read only memory) 32, una memoria de acceso aleatorio (RAM,
random access memory) 33, un microprocesador 34 (CPU), un puerto de
entrada 35, y un puerto de salida 36, conectados entre sí por medio
de un bus bidireccional 31. Corriente abajo respecto del absorbente
de NO_{x} 22, hay dispuesto un sensor de temperatura 39, para
detectar la temperatura del absorbente de NO_{x} 22. Las señales
de salida del sensor de temperatura 39, y del sensor de presión del
combustible 29 son introducidas, a través de correspondientes
convertidores A/D 37, al puerto de entrada 35. El pedal del
acelerador 40 tiene conectado un sensor de carga 41, para generar
una tensión de salida, proporcional a la cantidad de depresión del
pedal del acelerador 40. La tensión de salida del sensor de carga 41
se introduce, a través de un correspondiente convertidor AD 37, al
puerto de entrada 35. Además, el puerto de entrada 35 tiene
conectado un sensor del ángulo del cigüeñal 42, para generar un
impulso de salida cada vez que el eje del cigüeñal rota, por
ejemplo, 30 grados. Por otra parte, el puerto de salida 36 tiene
conectado, a través de correspondientes circuitos de accionamiento
38, los inyectores de combustible 6, el motor paso a paso 16, la
válvula de control EGR 25, y la bomba de combustible 28.
La figura 2A muestra la relación entre el par
motor necesario TQ, la cantidad de depresión L del pedal del
acelerador 40, y la velocidad rotatoria N del motor. Nótese que en
la figura 2A, las curvas muestran curvas de par motor equivalente.
La curva mostrada por TQ = 0 indica que el par motor es cero,
mientras que las curvas restantes tienen valores de par motor
gradualmente superiores, en el orden de TQ = a, TQ = b, TQ = c, y TQ
= d. Los valores de par motor requeridos TQ mostrados en la figura
2A, están almacenados previamente en la ROM 32, en forma de un mapa,
que es función de la cantidad de depresión L del pedal del
acelerador 40, y de la velocidad rotatoria N del motor, tal como se
muestra en la figura 2B. En esta realización acorde con la presente
invención, el par motor requerido TG se calcula primero, de acuerdo
con la cantidad de depresión L del pedal del acelerador 40, y la
velocidad rotatoria N del motor, a partir del mapa mostrado en la
figura 2B, y después se calcula la cantidad de inyección de
combustible, etc., en función del par motor requerido TQ.
La figura 3 muestra la cantidad de inyección Q en
un momento de funcionamiento normal, la sincronización del inicio de
la inyección \thetaS, el grado de abertura ST de la válvula de
estrangulación 17, el grado de abertura SE de la válvula de control
EGR 25, la proporción media de aire - combustible A/F de la mezcla
de aire - combustible en la cámara de combustión 5, y la proporción
EGR (cantidad de gas EGR/(cantidad de aire de admisión + cantidad de
gas EGR)). Nótese que, en la figura 3, la abscisa muestra el par
motor TQ requerido.
Como se muestra en la figura 3, en un momento de
funcionamiento normal, la sincronización de inicio de la inyección
\thetaS se realiza antes del punto muerto superior de la carrera
de compresión. Por otra parte, la proporción EGR cae cuanto mayor es
el par motor requerido TQ. La proporción ER se hace cero en la
región de un alto par motor requerido TQ. Se hace cambiar el grado
de abertura ST de la válvula de estrangulación 17, y el grado de
abertura SE de la válvula de control EGR 25, de modo que la
proporción EGR cambie como se ha explicado arriba. Es decir, se hace
aumentar el grado de abertura ST de la válvula de estrangulación 17,
cuando el par motor TQ requerido crece, en la región de un par motor
requerido TQ, bajo. Se hace que la válvula de estrangulación 17 se
abra por completo, cuando el par motor TQ requerido se hace aún
mayor. Además, se hace que la válvula EGR 25 se abra completamente,
en la región de un par motor requerido TQ bajo, y se hace que se
cierre por completo, en la región de un par motor requerido TQ alto.
Entre la región de bajo par motor requerido TQ, y la región de alto
par motor requerido TQ, el grado de abertura SE de la válvula EGR 25
se reduce gradualmente, según el par motor requerido TQ crece.
Además, se reduce cuando la proporción media aire - combustible A/F
en la cámara de combustión 5, es pobre, y el par motor requerido TQ
crece.
La cantidad de inyección Q, la sincronización del
inicio de la inyección \thetaS, el grado de abertura ST de la
válvula de estrangulación 17, y el grado de abertura SE de la
válvula de control EGR 25, no son funciones solo del par motor
requerido TQ, sino que son funciones del par motor requerido TQ, y
de la velocidad rotatoria N del motor. En esta realización acorde
con la presente invención, como se muestra en la figura 4A, la
cantidad de inyección Q es almacenada previamente en la ROM 32, en
la forma de un mapa, función del par motor requerido TQ y la
velocidad rotatoria N del motor. Como se muestra en la figura 4B, la
sincronización de inicio de la inyección \thetaS está también
previamente almacenada en la ROM 32, en la forma de un mapa, función
del par motor requerido TQ y de la velocidad rotatoria N del motor.
Además, el grado de abertura ST de la válvula de estrangulación 17,
como se muestra en la figura 5A, está previamente almacenado en la
ROM 32, en al forma de un mapa, función del par motor requerido TQ y
la velocidad rotatoria N del motor, mientras que el grado de
abertura SE de la válvula de control EGR 25, como se muestra en la
figura 5B, está previamente almacenado en la ROM 32 en la forma de
un mapa, función del par motor requerido TQ y la velocidad rotatoria
N del motor.
Seguidamente, el absorbente de NO_{x} 22
alojado en la carcasa 23 en la figura 1, consta de, por ejemplo,
aluminio como portador y, portado en el portador, por ejemplo, al
menos un elemento seleccionado de entre potasio K, sodio Na, litio
Li, cesio Cs, y otros metales alcalinos, bario Ba, calcio Ca y otros
metales alcalinotérreos, y lantano La, itrio Y, y otras tierras
raras, más un metal raro como platino. Si la proporción de aire y
combustible (hidrocarburos) suministrada al conducto de admisión del
motor, a la cámara de combustión 5, y al conducto de escape
corriente arriba del absorbente de NO_{x} 22, es aludida como la
proporción de aire frente a combustible, del gas que fluye hacia el
absorbente de NO_{x} 22, entonces el absorbente de NO_{x} 22
lleva a cabo una acción de absorción y liberación en la que este,
absorbe NO_{x} cuando la proporción de aire - combustible del gas
de escape entrante es pobre, mientras que libera el NO_{x}
absorbido cuando la proporción de aire - combustible del gas
entrante llega a la proporción de aire - combustible estequiométrica
o rica.
Si este absorbente de NO_{x} 22 está situado en
el conducto de escape del motor, el absorbente de NO_{x} 22 en
realidad llevará a cabo una acción de absorción y liberación de
NO_{x}, pero hay partes del mecanismo detallado de esta acción de
absorción y liberación que aún no están claras. Esta acción de
absorción y liberación, no obstante, se considera que se lleva a
cabo mediante el mecanismo mostrado en las figuras 6A y 6B. A
continuación se explicará este mecanismo, tomando como ejemplo el
caso de llevar platino Pt y bario Ba en el portador, pero aplica el
mismo mecanismo incluso si se usa otro metal precioso y metal
alcalino, alcalinotérreo, o tierra rara.
En el motor de combustión interna mostrado en la
figura 1, la combustión se lleva a cabo cuando la proporción media
de aire - combustible en la cámara de combustión 5, está en un
estado pobre. Cuando la combustión se lleva a cabo de este modo, con
la proporción media de aire - combustible en un estado pobre, la
concentración de oxigeno en el gas de escape es alta. En este
momento, tal como se muestra en la figura 6A, el oxigeno O_{2} se
deposita en la superficie del platino Pt en forma de O_{2}^{-} o
O^{2-}. Por otra parte, el NO en el gas de escape entrante
reacciona con al O_{2}^{-} o el O^{2-}, en la superficie del
platino Pt, para convertirse en NO_{2} (2NO + O_{2}
\rightarrow 2NO_{2}). Después, parte de NO_{2} producido es
oxidado en el platino Pt, y absorbido en el absorbente, y se difunde
dentro del absorbente en forma de iones de nitrato NO_{3}^{-},
como se muestra en la figura 6A, mientras que se une con el óxido de
bario BaO. El NO_{x} es absorbido en el absorbente de NO_{x} 22
de este modo. En la medida en la que la concentración de oxígeno en
el gas de escape entrante es alta, se produce NO_{2} en la
superficie del platino Pt. En la medida en que la capacidad de
absorción de NO_{x} del absorbente no se satura, se absorbe
NO_{2} en el absorbente, y se produce iones de nitrato
NO_{3}^{-}.
Por otra parte, cuando la proporción de aire -
combustible del gas de escape entrante, se enriquece, la
concentración de oxígeno en el gas de escape entrante cae y, como
resultado, la cantidad de producción de NO_{2} en la superficie
del platino Pt, cae. Si la cantidad de producción de NO_{2} cae,
la reacción se produce en el sentido inverso (NO_{3}^{-}
\rightarrow NO_{2}) y, por lo tanto, los iones de nitrato
NO_{3}^{-} en el absorbente, son liberados del absorbente en
forma de NO_{2}. En este momento, el NO_{x} liberado del
absorbente de NO_{x} 22 reacciona con la gran cantidad de monóxido
de carbono e hidrocarburos no quemados, contenidos en el gas de
escape entrante, para su reducción como se muestra en la figura 6B.
De este modo, cuando ya no hay más NO_{2} presente en la
superficie del platino Pt, se libera sucesivamente NO_{2} del
absorbente. Por tanto si la proporción de aire - combustible del gas
de escape entrante, se enriquece, el NO_{x} será liberado del
absorbente de NO_{x} 22 en poco tiempo y, además, el NO_{x}
liberado será reducido, de modo que no se descargará nada de
NO_{x} a la atmósfera.
Nótese que, en este caso, incluso si la
proporción de aire - combustible del gas de escape entrante es la
proporción de aire - combustible estequiométrica, se liberará
NO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22. Cuando la proporción de
aire - combustible en el gas de escape entrante, sea la proporción
de aire - combustible estequiométrica, sin embargo, el NO_{x} será
liberado del absorbente de NO_{x} 22 solo gradualmente, de modo
que se necesitará un periodo de tiempo relativamente largo, para que
todo el NO_{x} absorbido en el absorbente de NO_{x} 22 haya sido
liberado.
Hay, no obstante, límites a la capacidad de
absorción de NO_{x} por parte del absorbente de NO_{x} 22. Es
necesario liberar el NO_{x} del absorbente de NO_{x} 22, antes
de que se sature la capacidad de absorción de NO_{x} del
absorbente de NO_{x} 22. Por tanto, es necesario estimar la
cantidad de NO_{x} absorbido en el absorbente de NO_{x} 22. Por
lo tanto en esta realización de la presente invención, la cantidad
de absorción de NO_{x} por unidad de tiempo, AX, se encuentra
previamente en forma del mapa mostrado en la figura 7, en función de
par motor TQ necesario y de la velocidad rotatoria del motor N. La
cantidad \SigmaNOX de NO_{x} absorbido en el absorbente de
NO_{x} 22, es estimada por la suma acumulativa de la cantidad de
absorción de NO_{x}, AX. En esta realización acorde con la
presente invención, cuando la cantidad \SigmaNOX de absorción de
NO_{x} excede un valor permitido máximo, predeterminado, la
proporción de aire - combustible del gas de escape entrante, se
enriquece temporalmente, para hacer que el NO_{x} sea liberado del
absorbente de NO_{x} 22.
Como se ha explicado al comienzo, sin embargo, el
gas de escape contiene SO_{x}, y el absorbente de NO_{x} 22
absorbe no solo NO_{x}, sino también SO_{x}. Se espera el
mecanismo de absorción de SO_{x} en el absorbente de NO_{x} 22,
que sea el mismo que el mecanismo de absorción de NO_{x}.
Es decir, del mismo modo que se ha explicado, con
respecto al mecanismo de absorción de NO_{x}, dando una
explicación que toma como ejemplo el caso de llevar, en el portador
platino, Pt y bario Ba, como se ha explicado arriba, cuando la
proporción de aire - combustible del gas de escape entrante es
pobre, el oxígeno O_{2} se deposita en la superficie del platino
Pt en forma de O_{2}^{-}, o O^{2-}. Por otra parte, el
SO_{2} en el gas de escape entrante reacciona con el O_{2}^{-}
o el O^{2-}, en la superficie del platino Pt, para convertirse en
SO_{3}. A continuación, parte del SO_{3} producido es oxidado en
el platino Pt y absorbido en el absorbente, y se difunde dentro del
absorbente en forma de iones de sulfato SO_{4}^{2}, mientras que
se une con el óxido de bario BaO, para producir el sulfato estable
BaSO_{4}.
Este sulfato BaSO_{4}, sin embargo, es estable
y difícil de descomponer. Incluso si la proporción de aire -
combustible del gas de escape entrante se enriquece por liberación
del NO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22, el sulfato
BaSO_{4} no se descompone, y permanece tal cual. Por tanto, con el
paso del tiempo la cantidad de sulfato BaSO_{4} en el absorbente
de NO_{x} 22 se incrementa y, por ello, con el paso del tiempo la
cantidad de NO_{x} que puede absorber el absorbente de NO_{x} 22
cae.
Sin embargo, el sulfato BaSO_{4} se descompone
cuando la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 excede una
cierta temperatura determinada para el absorbente de NO_{x} 22,
por ejemplo aproximadamente 600ºC. Si la proporción de aire -
combustible del gas de escape que fluye en este momento hacia el
absorbente de NO_{x} 22, es la proporción de aire - combustible
estequiométrica o rica, el SO_{x} será liberado del absorbente de
NO_{x} 22. Hacer que el SO_{x} sea liberado del absorbente de
NO_{x} 22, no obstante, requiere un plazo de tiempo
considerablemente largo, en comparación con el caso de liberar
NO_{x} del absorbente de NO_{x} 22. Con un ejemplo, es posible
liberar la totalidad del NO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22
mediante enriquecer la proporción de aire - combustible del gas de
escape durante un breve tiempo, de menos de un segundo, pero liberar
la totalidad del SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22,
necesita que la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se
mantenga a no menos de, aproximadamente, 600ºC, y que la proporción
de aire - combustible del gas de escape se mantenga en la proporción
de aire - combustible estequiométrica o rica durante,
aproximadamente, 10 minutos. Es decir, para hacer que la totalidad
del SO_{4} sea liberada del absorbente de NO_{x} 22, es
necesario elevar primero la temperatura del absorbente de NO_{x}
22 a más de 600ºC y, después, mantener la proporción de aire -
combustible del gas de escape en la proporción de aire - combustible
estequiométrica o rica, y mantener el absorbente de NO_{x} 22 a
una elevada temperatura.
Puesto que liberar SO_{x} del absorbente de
NO_{x} 22 de este modo requiere primero que se eleva la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22, es preferible elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22 tan rápido como sea
posible. Si se hace que la temperatura del absorbente de NO_{x} 22
se eleve demasiado rápidamente, sin embargo, aparece el problema de
que la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se eleva en grado
extremo, y se corre el riesgo del deterioro térmico del absorbente
de NO_{x} 22. Es decir, hay un valor óptimo requerido para la
tasa de elevación de temperatura del absorbente de NO_{x} 22, y es
necesario elevar la temperatura del absorbente de NO_{x} de
acuerdo con tal valor requerido. El valor requerido se explicará en
detalle después. Antes de ello, se explicará el método para elevar
la temperatura del absorbente de NO_{x} 22.
En la presente invención, para elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22, se hace uso de una
combinación de dos métodos: el método de elevar la temperatura del
gas de escape, y el método de incrementar la cantidad de
hidrocarburos no quemados en el gas de escape. En este caso, en la
presente invención la sincronización de la inyección del combustible
principal es retardada, para elevar así la temperatura del gas de
escape, y se inyecta combustible auxiliar, adicionalmente al
combustible principal, para así incrementar la cantidad de
hidrocarburos no quemados en el gas de escape. Se usa diversos
esquemas de inyección diferentes en, por lo menos una entre, la
cantidad de retardo de la sincronización de la inyección del
combustible principal, y la sincronización de la inyección del
combustible auxiliar.
Es decir, en esta realización de la presente
invención se usa, clasificados de modo aproximado, cuatro esquemas
de inyección, a saber, un primer esquema para retardar la
sincronización de la inyección del combustible principal sin
inyectar combustible auxiliar, un segundo esquema de inyectar
combustible auxiliar antes de inyectar el combustible principal, y
retardar la sincronización de la inyección del combustible
principal, un tercer esquema para inyectar combustible auxiliar
antes de inyectar el combustible principal, y después inyectar el
combustible principal y retardar la sincronización de la inyección
del combustible principal, y un cuarto esquema para inyectar
combustible auxiliar después de inyectar el combustible principal, y
retardar la sincronización de la inyección del combustible
principal.
A continuación se da una explicación de estos
cuatro esquemas de inyección, con referencia a las figuras 8 hasta
11. Las figuras 8 a 10 muestran las sincronizaciones de la inyección
de combustible principal, y las sincronizaciones de la inyección del
combustible auxiliar. Las abscisas muestran el ángulo del cigüeñal.
Además, las figuras 8 a 10 muestran los tiempos de abertura de la
válvula de admisión 7, los tiempos de abertura de la válvula de
escape 9, y la sincronización de la inyección X, en la que puede ser
suministrado combustible inyectado desde un inyector de combustible
6 hacia una cavidad 5a (figura 1), formada en la cara superior del
pistón 4. Por otra parte, la figura 11 muestra la sincronización de
inicio de la inyección \thetaS del combustible principal. La
abscisa en la figura 11 muestra el par motor necesario TQ.
En las figuras 8 hasta 10, (I) muestra la
sincronización de la inyección en el momento de funcionamiento
normal. Como se comprenderá a partir de la figura 8, la figura 9 y
la figura 10, no se inyecta combustible auxiliar durante el
funcionamiento normal. Solo se inyecta combustible principal Q. La
sincronización del inicio de la inyección \thetaS del combustible
principal Q en este momento, se muestra por I en la figura 11. Como
se comprenderá a partir de la figura 11, la sincronización del
inicio de la inyección \thetaS del combustible principal en este
momento, se realiza antes del punto muerto superior de la carrera de
compresión.
Por otra parte, (II) muestra el primer esquema de
inyección. Como se ha explicado arriba, en el primer esquema de
inyección solo se inyecta el combustible principal Q_{R}, sin
inyección de combustible auxiliar. Además, en este momento la
sincronización de la inyección del combustible principal Q_{R}
está retardada, en comparación con el momento de funcionamiento
ordinario. II, en la figura 11, muestra la sincronización del inicio
de la inyección \thetaS del combustible principal Q_{R} en este
momento. Como se muestra en la figura 11, la sincronización del
inicio de la inyección \thetaS del combustible principal Q_{R}
en este momento, se retarda hasta después del punto muerto superior
de la carrera de compresión, y se retarda más cuanto más alto es el
par motor requerido TQ.
Una vez que ha pasado el punto muerto superior de
la carrera de compresión, la presión en la cámara de combustión 5
cae gradualmente, y la temperatura en la cámara de combustión 5 cae
también gradualmente. Puesto que la presión en la cámara de
combustión 5 cae, de este modo, gradualmente después del punto
muerto superior de la carrera de compresión, si la sincronización
del inicio de la inyección \thetaS del combustible principal
Q_{R} es retardada hasta después del punto muerto superior de la
carrera de compresión, el combustible inyectado será extensamente
dispersado dentro de la cámara de combustión 5, y se quemará después
de ser dispersado ampliamente. Es decir, el combustible se quemará
en un estado en el que hay suficiente aire presente, a su alrededor.
Como resultado, no se producirá demasiado hollín. Además en el
momento de la combustión, la presión y la temperatura en la cámara
de combustión 5 se reducen, por lo tanto la temperatura de
combustión no se elevará tanto. Por consiguiente, no se producirá
tanto NO_{x}.
Por otra parte, si la sincronización del inicio
de la inyección \thetaS del combustible principal Q_{R} se
retarda de este modo, el momento de combustión se hará más largo y,
por tanto, la temperatura del gas de escape se elevará. Si la
temperatura del gas de escape eleva la temperatura del dispositivo
de post-tratamiento del gas de escape 21, en la
realización mostrada en la figura 1 se hará que se eleve la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22. En este caso cuanto más
se retarde la sincronización del inicio de la inyección \thetaS
del combustible principal Q_{R}, mayor será la temperatura del gas
de escape y, por lo tanto, a partir del punto de vista de la
elevación de la temperatura del absorbente de NO_{x} 22, es
preferible retardar la sincronización del inicio de la inyección
\thetaS del combustible principal Q_{R}, tanto como sea posible.
Si la sincronización del inicio de la inyección \thetaS del
combustible principal Q_{R} se retarda demasiado, sin embargo,
puede producirse fallos de combustión. Por tanto en el primer
esquema de inyección, la sincronización del inicio de la inyección
\thetaS del combustible principal Q_{R} se ajusta a una
sincronización tan retardada como sea posible, mientras siga en un
rango en el que no se produzca fallos de combustión.
(III) en la figura 8, muestra un primer ejemplo
del segundo esquema de inyección. En este ejemplo, se inyecta
combustible auxiliar Q_{V} cerca del punto muerto superior de la
carrera de succión. En comparación con el caso del primer esquema de
inyección mostrado por (II) en la figura 8, se retarda más la
sincronización del inicio de la inyección \thetaS del combustible
principal Q_{R}. III de la figura 11, muestra la sincronización
del inicio de la inyección \thetaS del combustible principal en
este momento. Como se muestra en la figura 11, la sincronización
del inicio de la inyección \thetaS del combustible principal
Q_{R} en este momento, está más retardada, respecto del caso del
primer esquema de inyección mostrado por (II) en la figura 11.
Además, también en este momento, la sincronización del inicio de la
inyección \thetaS del combustible principal Q_{R} se retarda
más, cuanto mayor es el par motor requerido TQ.
En la vecindad del punto muerto superior de la
carrera de succión, casi no se ha suministrado succión de aire en la
cámara de combustión 5 y, así, el gas no quemado se mantiene a una
temperatura elevada. Por consiguiente si el combustible auxiliar
Q_{V}, es inyectado detrás del punto muerto superior de la carrera
de succión, el combustible auxiliar Q_{V} se vaporiza
instantáneamente. Si el combustible auxiliar Q_{V} es vaporizado,
el calor de compresión durante la carrera de compresión provoca la
producción de aldehídos, cetonas, peróxidos, monóxido de carbono y
otros productos intermedios, a partir del combustible auxiliar
Q_{V}. Estos productos intermedios provocan que se acelere la
reacción del combustible principal Q_{R}. Por lo tanto en este
caso, incluso si se retarda en gran medida la sincronización de
inicio de la inyección \thetaS del combustible principal Q_{R},
puede obtenerse buena combustión, sin provocar fallos de combustión.
Por otra parte puesto que, de este modo, la sincronización de inicio
de la inyección \thetaS del combustible principal Q_{R}, puede
retardarse en buena medida, la temperatura del gas de escape se hace
considerablemente elevada y, por tanto, la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22 puede elevarse hasta un nivel
superior.
Además en el ejemplo mostrado por (III) en la
figura 8, cuando la válvula de escape 9 se abre, se inyecta
combustible auxiliar Q_{V}, de modo que parte del combustible
auxiliar Q_{V}, sale por la lumbrera de escape 10 en forma de
hidrocarburos no quemados. Los hidrocarburos no quemados, si
alcanzan el absorbente de NO_{x} 22, son oxidados por el exceso de
oxígeno en el gas del escape. El calor de la reacción de oxidación
que se produce en este momento, provoca que la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22 se eleve rápidamente hasta un nivel
superior. Es decir, en este ejemplo las acciones duales de la acción
de elevar la temperatura del gas del escape, y la acción de
incrementar los hidrocarburos no quemados en el gas de escape,
tienen como resultado que se eleva la temperatura del absorbente de
NO_{x} 22.
Además en el ejemplo mostrado por (III) en la
figura 8, se inyecta combustible auxiliar Q_{V} en el momento de
inyección X donde el combustible inyectado es suministrado en la
cavidad 5a del pistón 4. Por tanto se puede impedir que el
combustible auxiliar Q_{V} se deposite en la pared interior del
calibre del cilindro. Como resultado, se puede impedir que el aceite
lubricante se diluya mediante el combustible inyectado.
(III), en la figura 9, muestra un segundo ejemplo
del segundo esquema de inyección. En este segundo ejemplo el
combustible auxiliar Q_{e} es inyectado en el extremo de la
carrera de compresión. En comparación con el caso del primer esquema
mostrado por (II) en la figura 9, la sincronización del inicio de la
inyección \thetaS del combustible principal Q_{R} se retardada
adicionalmente. La sincronización del inicio de la inyección
\thetaS del combustible principal Q_{R}, en este momento, es
mostrada por III en la figura 11. En este caso también se produce
aldehídos, cetonas, peróxidos, monóxido de carbono y otros productos
intermedios, a partir del combustible auxiliar Q_{e}, y estos
productos intermedios provocan que se acelere la reacción del
combustible principal Q_{R}. Por tanto también en este caso,
incluso si la sincronización del inicio de la inyección \thetaS
del combustible principal Q_{R} se retarda en una cantidad grande,
puede asegurarse una buena combustión sin provocar fallos.
Así mismo en el segundo ejemplo, puesto que el
combustible auxiliar Q_{e} es inyectado en la sincronización de la
inyección X cuando el combustible inyectado es suministrado en la
cavidad 5a del pistón 4, se puede impedir que el combustible
auxiliar Q_{e} se deposite en la pared interna del calibre del
cilindro.
Nótese que en el segundo ejemplo, a diferencia
del primer ejemplo mostrado por (III) en la figura 8, no se inyecta
combustible para incrementar positivamente la cantidad de
hidrocarburos no quemados en el gas del escape. Es decir, el segundo
ejemplo se propone para una elevación de la temperatura del gas del
escape, por medio de retardar más la sincronización del inicio de la
inyección \thetaS del combustible principal Q_{R}, respecto del
caso del primer esquema de inyección mostrado por (II) en la figura
9. Por tanto en comparación con el caso del primer esquema de
inyección, mostrado por (II) en la figura 9, el segundo ejemplo
tiene una acción más potente para elevar la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22 pero, en comparación con el primer
ejemplo, el segundo ejemplo tiene una acción más débil en cuanto a
la elevación de la temperatura del absorbente de NO_{x} 22.
Las gráficas (IV-1) y
(IV-2) en la figura 8, muestran un primer ejemplo
del tercer esquema de inyección. En este primer ejemplo el
combustible auxiliar Q_{V} y el combustible principal Q_{R},
son inyectados con las mismas sincronizaciones que en el segundo
esquema de inyección mostrado por (III) en la figura 8, y el
combustible auxiliar Q_{P} se inyecta, además, durante la carrera
de expansión o la carrera de escape, después de la inyección de
combustible principal Q_{R}. En el ejemplo mostrado en la figura
8, el combustible auxiliar Q_{P} es inyectado durante la carrera
de expansión, justo antes de que se abra la válvula 9.
El combustible auxiliar Q_{P} no se quema en la
cámara de combustión 5, por lo que si el combustible auxiliar
Q_{P} es inyectado, el combustible auxiliar Q_{P} escapa hacia
la lumbrera de escape 10, en forma de hidrocarburos no quemados. Por
tanto si el combustible auxiliar Q_{P} es inyectado, se incrementa
la cantidad de hidrocarburos no quemados en el gas de escape y, por
tanto, el calor de la reacción de oxidación de los hidrocarburos no
quemados provoca que la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se
incremente rápidamente. En comparación con el caso en que se hace
que la temperatura del gas de escape se eleve para elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22, incrementar la cantidad
de hidrocarburos no quemados en el gas de escape y usar el calor de
la reacción de oxidación para elevar la temperatura del absorbente
de NO_{x} 22, permite que la temperatura del absorbente de
NO_{x} 22 se eleve mucho más rápidamente, de modo que en
comparación con el caso en que se usa el segundo esquema de
inyección, mostrado por (III) en la figura 8, el uso del tercer
esquema de inyección, mostrado por (IV-1) y
(IV-2) en la figura 8, permite que la temperatura
del absorbente de NO_{x} 22 se eleve mucho más rápidamente. El
combustible auxiliar Q_{P}, no obstante, no contribuye a la
producción de potencia en el motor, de modo que si se inyecta
combustible auxiliar Q_{P} se incrementa, en total, el consumo de
combustible.
Cuando se hace que la temperatura del absorbente
de NO_{x} 22 se eleve más rápidamente, tal como muestra
(IV-2) en la figura 8, puede incrementarse el número
de inyecciones de combustible auxiliar Q_{P}. Es decir, si se
inyecta una gran cantidad de combustible auxiliar Q_{P}, la fuerza
de penetración del combustible inyectado se incrementa, de modo que
parte del combustible auxiliar Q_{P} acaba depositándose en la
pared interna del calibre del cilindro. Frente a esto, si se reduce
la cantidad inyectada de combustible auxiliar Q_{P}, la fuerza de
penetración del combustible inyectado disminuye, de modo que el
combustible auxiliar Q_{P} ya no se depositará en la pared interna
del calibre del cilindro. Por tanto cuando se incrementa la cantidad
de inyección de combustible auxiliar Q_{P}, tal como se muestra en
(IV-2) en la figura 8, se inyecta pequeñas
cantidades de combustible auxiliar Q_{P} a intervalos, en varios
momentos.
Las gráficas (IV-1) y
(IV-2) de la figura 8, muestran un segundo ejemplo
del tercer esquema de inyección. En este segundo ejemplo el
combustible auxiliar Q_{e} y el combustible principal Q_{R},
son inyectados en las mismas sincronizaciones del segundo esquema de
inyección mostrado por (III) en la figura 9, y se inyecta más
combustible auxiliar Q_{P} durante la carrera de expansión o la
carrera de escape, después de la inyección del combustible principal
Q_{R}. En el ejemplo mostrado en la figura 9, el combustible
auxiliar Q_{P} es inyectado durante la carrera de expansión, justo
antes de que se abra la válvula de escape 9.
Así mismo en el segundo ejemplo, cuando se hace
que la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se eleve más
rápidamente, tal como se muestra en (IV-2) en la
figura 9, puede incrementarse el número de inyecciones de
combustible auxiliar Q_{P}.
Las gráficas (III-1),
(III-2), (III-3) de la figura 10,
muestran el cuarto esquema de inyección. En esta cuarto esquema de
inyección el combustible principal Q_{R} es inyectado con la misma
sincronización que en el primer esquema de inyección, mostrado por
(II) en la figura 10, y se inyecta más combustible auxiliar Q_{P}
durante la carrera de expansión o la carrera de escape, después de
la inyección del combustible principal Q_{R}. En el ejemplo
mostrado en la figura 10, el combustible auxiliar Q_{P} se inyecta
durante la carrera de expansión, justo antes de que se abra la
válvula de escape 9.
Así mismo en el cuarto esquema de inyección,
cuando se hace que la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se
eleve más rápidamente, como se muestra en (III-2) y
(III-3) en la figura 10, puede incrementarse el
número de inyecciones de combustible auxiliar Q_{P}.
Si se cambia el esquema de inyección de este
modo, uno o ambos de entre la temperatura del gas del escape, y la
cantidad de hidrocarburos no quemados en el gas de escape, cambia,
por lo que cambia el grado de la elevación de la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22. Además incluso con el mismo esquema de
inyección, si se cambia el número de inyecciones de combustible
auxiliar Q_{P} después del punto muerto superior del la carrera de
compresión, la cantidad de hidrocarburos no quemados en el gas de
escape cambia y, por lo tanto, cambia la velocidad de la elevación
de la temperatura del absorbente de NO_{x} 22. Por consiguiente,
mediante cambiar al esquema de inyección, o cambiar el número de
inyecciones de combustible auxiliar Q_{P} después del punto muerto
superior de la carrera de compresión, es posible controlar la
velocidad de elevación de la temperatura del absorbente de NO_{x}
22, hasta conseguir la velocidad óptima.
A continuación, se dará como ejemplo una
explicación del caso en que se usa el primer esquema de inyección,
mostrado por (II) en la figura 8, el segundo esquema de inyección,
mostrado por (III) en la figura 8, y el tercer esquema de inyección,
mostrado por (IV-1) y (IV-2) en la
figura 8, cuando se eleva la temperatura del absorbente de NO_{x}
22 hasta la temperatura objetivo, por ejemplo 650ºC.
La figura 12 muestra la relación entre el esquema
de inyección usado cuando se eleva la temperatura del absorbente de
NO_{x} 22, el par motor necesario TQ, y la velocidad rotacional
del motor N. Es decir, la región mostrada por Q en la figura 12
muestra la región operativa en que se lleva a cabo la inyección Q de
funcionamiento ordinario, mostrada por (I) en la figura 8, la región
mostrada por Q_{R} muestra la región de funcionamiento en la que
la inyección se lleva a cabo según el primer esquema de inyección
Q_{R}, mostrado por (II) en la figura 8, la región mostrada por
Q_{V} + Q_{R} muestra la región operativa en que la inyección se
lleva a cabo según el segundo esquema de inyección Q_{V} +
Q_{R}, mostrado por (III) en la figura 8, y la región mostrada por
Q_{V} + Q_{R} + Q_{P} muestra la región de funcionamiento en
que la inyección se lleva a cabo según el tercer esquema de
inyección Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, mostrado por
(IV-1) o (IV-2) en la figura 8.
Además, el gráfico (1) en la figura 12 muestra el
caso en que la temperatura del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape 21, en esta
realización la temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22, es
menor que una primera temperatura predeterminada T1, por ejemplo
300ºC, el gráfico (2) en la figura 12 muestra el caso en que la
temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22 es mayor que la primera
temperatura T1 y menor que un segundo valor predeterminado T2, por
ejemplo 500ºC, y el gráfico (3) en la figura 12 muestra en caso en
que la TC del absorbente de NO_{x} 22 es mayor que la segunda
temperatura T2.
Cuando la temperatura TC del absorbente de
NO_{x} 22 es menor que la primera temperatura T1, tal como se
muestra mediante (1) en la figura 12, la inyección se lleva a cabo
según esquema de inyección Q_{V} + Q_{R}, solo en la región de
funcionamiento limitada en la que el par motor necesario TQ es
elevado y la velocidad rotacional del motor N es elevada, mientras
que la inyección se lleva a cabo según el tercer esquema de
inyección Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, en la mayor parte de la otra
región operativa.
Por otra parte, cuando la temperatura TC del
absorbente de NO_{x} 22 es T1 \leq TC < T2, tal como se
muestra mediante (2) en la figura 12, la inyección se lleva a cabo
según el primer esquema de inyección Q_{R}, en la región operativa
limitada en la que el par motor necesario TQ es elevado y la
velocidad rotacional del motor N es elevada, la inyección se lleva a
cabo según el segundo esquema de inyección Q_{V} + Q_{R}, en la
región operativa en el lado de baja carga de esta región operativa,
y la inyección se lleva a cabo según el tercer esquema de inyección
Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, en la región operativa en el lado de
más baja carga de esta región operativa.
Por otra parte cuando la temperatura TC del
absorbente de NO_{x} 22 es T2 \leq TC, tal como se muestra por
(3) en la figura 12, la inyección de una operación ordinaria se
lleva a cabo en la región operativa limitada, en la que el par motor
necesario TQ es elevado y la velocidad rotacional del motor N es
elevada, la inyección se lleva a cabo según el primer esquema de
inyección Q_{R}, en la región operativa en el lado de baja carga
de esta región operativa, la inyección se lleva a cabo según el
segundo esquema de inyección Q_{V} + Q_{R}, en la región
operativa en el lado más baja carga de esta región operativa, y la
inyección se lleva a cabo según el tercer esquema de inyección
Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, en la región operativa en el lado de
más baja carga de esta región operativa.
Es decir, cuando la temperatura TC del absorbente
de NO_{x} 22 se incrementa, la región operativa en que la
inyección se lleva a cabo según el primer esquema de inyección
Q_{R}, y la región operativa en que la inyección se lleva a cabo
según el segundo esquema de inyección Q_{V} + Q_{R}, se
desplazan hacia el lado de baja carga.
La figura 13A muestra un cambio en la temperatura
TC del absorbente de NO_{x} 22, y el cambio en el esquema de
inyección, cuando se asume que se ha iniciado la acción de elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22, y se mantiene los mismos,
necesarios, par motor TQ y velocidad rotacional N después de ello,
así como en el caso del par motor necesario TQ y la velocidad
rotacional del motor N necesaria mostrados por el punto A en la
figura 12. Nótese que la línea continua (1) en la figura 13A,
muestra el caso en que la acción de elevar la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22 dio comienzo cuando TC < T1, tal como
se muestra en (1) de la figura 12, la línea continua (2) en la
figura 13A muestra en caso en el que la acción de elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22 dio comienzo cuando T1
\leq TC < T2, tal como es muestra en (2) de la figura 12, y la
línea continua (3) en la figura 13A muestra en caso en el que la
acción de elevar la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 dio
comienzo cuando T2 \leq TC, tal como se muestra en (3) de la
figura 12.
Además en la figura 13A, la acción de elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se inicia cuando se activa
un indicador de liberación de SO_{x}, que muestra que debería
liberarse SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22. La acción de
liberar el SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22 da comienzo
cuando la temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22, rebase una
temperatura objetivo T_{max} en la que el SO_{x} puede ser
liberado.
Si la acción de elevar la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22 se inicia cuando TC < T1, la primera
inyección se lleva a cabo según el tercer esquema de inyección
Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, después, cuando TC \geq T1, la
primera inyección se lleva a cabo según el segundo esquema de
inyección Q_{V} + Q_{R}, después, cuando TC \geq T2, la
inyección se lleva a cabo según el tercer esquema de inyección
Q_{R}. En este caso la velocidad de elevación de la temperatura
del absorbente de NO_{x} 22 es la más elevada, debido al tercer
esquema de inyección Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, la temperatura de
elevación de absorbente de NO_{x} 22 debida al segundo esquema de
inyección Q_{V} + Q_{R}, es la siguiente más elevada, y la
velocidad de elevación de la temperatura del absorbente de NO_{x}
22 debida al primer esquema de inyección Q_{R}, es la menor.
Por tanto si la acción de elevar la temperatura
del absorbente de NO_{x} 22 da comienzo cuando TC < T1, tal
como se muestra por medio de la línea continua (1) de la figura 13A,
la temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22 crece rápidamente,
después, cuando la temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22 pasa
T1, la velocidad de elevación de la temperatura del absorbente de
NO_{x} 22 cae un poco, después, cuando la temperatura TC del
absorbente de NO_{x} 22 pasa T2, la velocidad de elevación de la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22, se hace aún menor.
Por otra parte si la acción de elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se inicia cuando T1 \leq
TC \leq T2, primero la inyección se lleva a cabo según el segundo
esquema de inyección Q_{V} + Q_{R}, después cuando TC \geq T2,
la inyección se lleva a cabo según el primer esquema de inyección
Q_{R}. Por tanto en este momento, tal como se muestra por medio de
la línea continua (2) en la figura 13A, primero la temperatura TC
del absorbente de NO_{x} 22 se eleva relativamente despacio,
después cuando la temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22
rebasa T2, la velocidad de elevación de la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22 disminuye.
Por otra parte, si la acción de elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se inicia cuando T2 \leq
TC, la inyección se lleva a cabo según el primer esquema de
inyección Q_{R}, por lo tanto en este momento, como se muestra por
la línea continua (3) en la figura 13A, la temperatura TC del
absorbente de NO_{x} 22 crece lentamente.
La figura 13B muestra en cambio en la temperatura
TC del absorbente de NO_{x} 22, y el cambio en el esquema de
inyección, cuando se asume que se inicia la acción de elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22, y se mantiene los mismos,
requeridos, par motor TQ y velocidad rotacional del motor N, después
de ello, así como en el caso de los necesarios par motor TQ, y
velocidad rotacional del motor N, mostrados por el punto B en la
figura 12. Nótese que la línea continua (1) en la figura 13B,
muestra el caso en que la acción de elevar la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22 se inició cuando TC < T1, tal como se
muestra por (1) en la figura 12, la línea sólida (2) en la figura
13B muestra en caso en que la acción de elevar la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22 dio comienzo cuando T1 \leq TC < T2,
tal como se muestra en (2) de la figura 12, y la línea continua (3)
en la figura 13B muestra el caso en que la acción de elevar la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22 dio comienzo cuando T2
\leq TC, tal como se muestra en (3) de la figura 12.
Cuando se mantiene los necesarios par motor TQ y
velocidad rotacional del motor N, mostrados por el punto B en la
figura 12, tal como se comprenderá a partir del la figura 12, sea TC
< T1, T1 \leq TC < T2, o T2 \leq TC, la inyección se lleva
a cabo según el tercer esquema de inyección Q_{V} + Q_{R} +
Q_{P}, por tanto tal como se muestra por las líneas continuas (1),
(2) y (3) en la figura 13B, la velocidad de elevación de la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se hace aproximadamente la
misma, independientemente de la temperatura TC del absorbente de
NO_{x} 22.
Es decir, tal como se muestra por la línea sólida
(1) de la figura 13A, si la acción de elevar la temperatura del
absorbente de NO_{x} 22 se inicia cuando TC < T1, es decir si
la acción de elevar la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se
inicia cuando hay una gran diferencia entre la temperatura TC del
absorbente de NO_{x} 22 y la temperatura objetivo T_{max}, la
inyección se lleva a cabo según el tercer esquema de inyección
Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, para elevar la temperatura TC del
absorbente de NO_{x} 22 hasta la T_{max} tan rápido como sea
posible. Cuando se lleva a cabo la inyección según este tercer
esquema de inyección Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, sin embargo, la
temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22 crecerá rápidamente,
de modo que será difícil controlar la temperatura TC del absorbente
de NO_{x} 22 y, por consiguiente, si se usa exactamente este
tercer esquema de inyección Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, la
temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22 acabará excediendo en
mucho la temperatura objetivo T_{max}, y por tanto existirá el
riesgo de deterioro térmico del absorbente de NO_{x} 22. Además
si sigue usándose el tercer esquema de inyección Q_{V} + Q_{R}
+ Q_{P}, se incrementará la cantidad de consumo de
combustible.
Por tanto cuando TC \geq T1, para impedir el
deterioro térmico del absorbente de NO_{x} 22 y reducir la
cantidad de consumo de combustible, el tercer esquema de inyección
Q_{V} + Q_{R} + Q_{P} es conmutado por el segundo esquema de
inyección Q_{V} + Q_{R}, después cuando la temperatura TC del
absorbente de NO_{x} 22 se aproxima a la temperatura objetivo
T_{max}, es decir TC \geq T2, el segundo esquema de inyección
Q_{V} + Q_{R} es conmutado por el tercer esquema de inyección
Q_{R}. Si se usa el primer esquema de inyección Q_{R}, la
velocidad de elevación de la temperatura del absorbente de NO_{x}
22 se hace más pequeña, y por tanto se facilita el control de la
temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22. Por consiguiente es
posible impedir el deterioro térmico del absorbente de NO_{x} 22,
y es posible reducir la cantidad del consumo de combustible.
Además en el caso mostrado por la línea continua
(2) en la figura 13A, se hace primero que la temperatura TC del
absorbente de NO_{x} 22 se eleve de modo relativamente rápido,
después para impedir el deterioro térmico del absorbente de
NO_{x} 22 y reducir la cantidad de consumo de combustible, se
conmuta el segundo esquema de inyección Q_{V} + Q_{R} por el
primer esquema de inyección Q_{R}. Además, como se muestra por
medio de la línea continua (3) de la figura 13A, cuando la acción de
elevar la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 se inicia
cuando TC \geq T2, la inyección se lleva a cabo desde el comienzo
mediante el primer esquema de inyección Q_{R}, para así impedir
el deterioro térmico del absorbente de NO_{x} 22 y reducir la
cantidad del consumo de combustible.
Por otra parte cuando el par motor TQ necesario
es bajo, tal como se muestra mediante el punto B en la figura 12,
la cantidad de inyección de combustible es pequeña, y por tanto,
incluso si la sincronización de la inyección de combustible
principal se retarda, la temperatura del gas de escape no se hará
tan elevada. Por tanto en este momento, para hacer que la
temperatura del absorbente de NO_{x} 22 crezca tan rápido como sea
posible, la inyección se lleva a cabo por medio del tercer esquema
de inyección Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, independientemente de la
temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22. No obstante cuando, de
ese modo, la temperatura del gas de escape no crece tanto, incluso
si la inyección se lleva a cabo por medio del tercer esquema de
inyección Q_{V} + Q_{R} + Q_{P}, como se muestra por medio de
líneas continuas (1), (2) y (3) de la figura 13B, la velocidad de
elevación de la temperatura del absorbente de NO_{x} 22 no se hará
tan elevada. Por tanto en este momento, incluso si se lleva a cabo
la inyección según el tercer esquema de inyección Q_{V} + Q_{R}
+ Q_{P}, la temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22 puede ser
controlada fácilmente y, por consiguiente, no hay riesgo de que la
temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22 se haga extremadamente
elevada, ni del deterioro térmico del absorbente de NO_{x}
22.
Así, en esta realización de la presente
invención, cuando se eleva la temperatura TC del absorbente de
NO_{x} 22, se usa el esquema de inyección óptimo para la
temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22, el par motor TQ
necesario, y la velocidad rotacional del motor N. Nótese que los
esquemas de inyección mostrados en la figura 12 son solo ejemplos,
y que es posible usar un cuarto esquema de inyección Q_{R} +
Q_{P}, según sea necesario.
En las figuras 13A y 13B, cuando la temperatura
TC del absorbente de NO_{x} 22 excede una temperatura objetivo
T_{max}, de 600ºC a 700ºC, se lleva a cabo un control para liberar
el SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22. Después se dará una
explicación del control para liberar el SO_{x}, con referencia a
la figura 14.
La figura 14 muestra el grado de abertura ST de
la válvula de estrangulación 17, el grado de abertura SE de la
válvula de control EGR 25, la proporción de aire - combustible, del
gas de combustión del combustible principal en la cámara de
combustión 5, la proporción EGR, y la sincronización del inicio de
la inyección \thetaS del combustible principal, cuando se libera
SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22. Nótese que en el grado
de abertura ST de la válvula de estrangulación 17, y en el grado de
abertura SE de la válvula de control EGR 25 de la figura 14, las
líneas a trazos muestran los grados de abertura en el momento de
funcionamiento ordinario, mostrado en la figura 3, y las líneas
continuas muestran los grados de abertura en el momento de la
liberación de SO_{x}. Además en la proporción de aire -
combustible del gas de combustión, la línea cortada muestra el
límite de producción de humo. Se produce humo en la región
sombreada. Además en la sincronización de la inyección \thetaS
del combustible principal, la línea quebrada muestra la
sincronización en el momento de funcionamiento ordinario, y la
línea sólida muestra la sincronización en el momento de liberación
de SO_{x}.
Como se muestra en la figura 14, cuando va a ser
liberado SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22, la válvula de
control EGR 25 está completamente cerrada, por tanto la proporción
EGR se hace cero. Además la sincronización de inicio de la
inyección \thetaS del combustible principal, se retarda hasta
después del punto muerto superior de la carrera de compresión. En
este momento el grado de abertura ST de la válvula de
estrangulación 17 se reduce, de modo que la proporción de aire -
combustible del gas de combustión del combustible principal,
alcanza la proporción de aire - combustible objetivo, mostrada por
la línea continua ligeramente más larga que el límite de generación
de humo. La proporción de aire - combustible del gas de combustión
mostrada por la línea continua se hace menor, cuanto menor es el
par motor TQ necesario, por tanto el grado de abertura ST de la
válvula de estrangulación 17 se hace menor, cuanto menor es el par
motor TQ necesario.
Además cuando se libera SO_{x} desde el
absorbente de NO_{x} 22, el combustible auxiliar Q_{P} es
inyectado durante la carrera de expansión o la carrera de escape,
de modo que la proporción de aire - combustible del gas de escape
que fluye hacia el absorbente de NO_{x} 22, alcanza la proporción
de aire - combustible estequiométrica o rica. En esta realización
de la presente invención, se inyecta combustible auxiliar Q_{P}
durante la carrera de expansión, justo antes de que la válvula de
escape 9 se abra, de modo que el gas de escape que fluye hacia el
absorbente de NO_{x} 22 se enriquece solo ligeramente. Es decir,
cuando va a ser liberado SO_{x} desde el absorbente de NO_{x}
22, se lleva a cabo la inyección según el cuarto esquema de
inyección Q_{R} + Q_{P} mostrado por (III-1) o
(III-2) o (III-3) de la figura 10.
Como se muestra en la figura 15, cuando va ser liberado SO_{x}
desde el absorbente de NO_{x} 22, la cantidad de combustible
auxiliar Q_{P} se incrementa cuanto mayor es el par motor TQ
necesario.
El grado de abertura ST de la válvula de
estrangulación 17, y la sincronización de inicio de la inyección
\thetaS del combustible principal, cuando va a ser liberado
SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22, no son función solo
del par motor TQ necesario, sino que son función del par motor
necesario TQ y de la velocidad rotacional del motor N. En esta
realización de la presente invención, el grado de abertura ST de la
válvula de estrangulación 17, y la sincronización de inicio de la
inyección \thetaS del combustible principal cuando va a ser
liberado SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22, son
almacenados previamente en la ROM 32, en la forma de mapas, función
del par motor necesario TQ y de la velocidad rotacional del motor N,
tal como se muestra en las figuras 16A y 16B.
La figura 17 muestra otra realización, del
control para liberar SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22.
En esta realización, cuando el par motor TQ necesario se hace menor
que un cierto par motor, el grado de abertura ST de la válvula de
estrangulación 17 se hace grado de abertura fijo, y el grado de
abertura SE de la válvula de control EGR 25 se hace mayor según
disminuye el par motor necesario TQ.
Por otra parte cuando va a ser liberado NO_{x}
desde el absorbente de NO_{x} 22, no existe ninguna necesidad
especial de elevar la temperatura del absorbente de NO_{x} 22. En
ese momento es suficiente enriquecer temporalmente la proporción de
aire - combustible del gas de escape que fluye hacia el absorbente
de NO_{x} 22.
La figura 18 muestra el grado de abertura ST de
la válvula de estrangulación 17, el grado de abertura SE de la
válvula de control EGR 25, la proporción de aire - combustible del
gas de combustión del combustible principal en la cámara de
combustión 5, la proporción EGR, y la sincronización de inicio de la
inyección \thetaS del combustible principal, cuando va a ser
liberado NO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22. Nótese que, en
el grado de abertura ST de la válvula de estrangulación 17, y en el
grado de abertura SE de la válvula de control EGR 25 en la figura
18, las líneas en cadena muestran los grados de abertura en el
momento de funcionamiento ordinario mostrado en la figura 3, y las
líneas de rayas y puntos muestran los grados de abertura en el
momento de la liberación de NO_{x}. Además en la proporción de
aire - combustible del gas de combustión, la línea quebrada muestra
el límite de generación de humo. Se produce humo en la región
sombreada. Además en la sincronización de inicio de la inyección
\thetaS del combustible principal, la línea quebrada muestra la
sincronización en el momento de funcionamiento ordinario, mientras
que la línea sólida muestra la sincronización en el momento de la
liberación de NO_{x}.
Como se muestra en la figura 18, cuando va a ser
liberado NO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22, la válvula de
control EGR 25 está completamente cerrada, y por tanto la proporción
EGR se hace cero. Además la sincronización del inicio de la
inyección \thetaS del combustible principal se retarda, hasta
después del punto muerto superior de la carrera de compresión. En
este momento se reduce el grado de abertura ST de la válvula de
estrangulación 17, de modo que la proporción de aire - combustible
del gas de combustión del combustible principal, alcanza la
proporción de aire - combustible objetivo, mostrada por la línea
continua, ligeramente mayor que el límite de producción de humo. El
grado de abertura ST de la válvula de estrangulación 17, y la
sincronización del inicio de la inyección \thetaS del combustible
principal mostrada en la figura 18, son iguales que el grado de
abertura ST de la válvula de estrangulación, y la sincronización del
inicio de la inyección \thetaS del combustible principal, en el
momento de liberación de SO_{x}, mostrados en la figura 14. Por
tanto el grado de abertura ST de la válvula de estrangulación 17, y
la sincronización del inicio de la inyección \thetaS del
combustible principal en el momento de liberación NO_{x}, se
calculan a partir de los mapas postrados por las figuras 16A y
16B.
Además, cuando va a ser liberado NO_{x} desde
el absorbente de NO_{x} 22, se inyecta combustible auxiliar
Q_{P} durante la carrera de expansión o la carrera de escape, de
modo que se enriquece la proporción de aire - combustible del gas
de escape que fluye hacia el absorbente de NO_{x} 22. En esta
realización de la presente invención, se inyecta combustible
auxiliar Q_{P} durante la carrera de expansión, inmediatamente
antes de que la válvula de escape 9 se abra, de modo que se
enriquece el gas de escape que fluye hacia el absorbente de
NO_{x} 22. Es decir, cuando va ser liberado NO_{x} desde el
absorbente de NO_{x} 22, la inyección se lleva a cabo según el
cuarto esquema de inyección Q_{R} + Q_{P}, mostrado por
(III-1), (III-2),
(III-3) en la figura 10. Como se muestra en la
figura 19, la cantidad de combustible auxiliar Q_{P}, cuando va a
ser liberado SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} 22, se
incrementa cuanto mayor es el par motor requerido TQ.
A continuación se da una explicación de la rutina
de procesamiento para el indicador de liberación de NO_{x}, que
es activado cuando va a ser liberado NO_{x} desde absorbente de
NO_{x} 22, y el indicador de liberación de SO_{x}, que es
activado cuando va a ser liberado SO_{x} desde el absorbente de
NO_{x} 22, con referencia a la figura 20. Nótese que esta rutina
se ejecuta mediante interrupción, cada intervalo temporal
predeterminado.
En referencia a la figura 20, primero en el paso
100, la cantidad AX de absorción de NO_{x} por unidad de tiempo
se calcula a partir del mapa mostrado en la figura 7. Después en el
paso 101, se añade AX a la cantidad \SigmaNOX de absorción de
NO_{x}. Después, en el paso 102 se determina si la cantidad
\SigmaNOX de absorción de NO_{x} ha excedido un valor máximo
permisible MAX1. Si \SigmaNOX > MAX1, la rutina sigue en el
paso 103, en el que se activa el indicador de liberación de
NO_{x}, que muestra que debería ser liberado NO_{x}. A
continuación la rutina sigue en el paso 104.
En el paso 104 el producto k \cdot Q de la
multiplicación de una constante k por la cantidad de inyección Q, se
añade a \SigmaSO_{X}. El combustible contiene una cantidad
sustancialmente fija, de sulfuro S, por lo tanto la cantidad de
SO_{x} absorbida en el absorbente de NO_{x} 22 puede expresarse
por k \cdot Q. Por tanto el \SigmaSO_{X} obtenido mediante
añadir sucesivamente este k \cdot Q, muestra la cantidad de
SO_{x} que se estima será absorbida en el absorbente de NO_{x}
22. En el paso 105 se determina si esta cantidad \SigmaSO_{X},
de SO_{x}, ha excedido un máximo valor permisible MAX2. Cuando
\SigmaSO_{X} > MAX2, la rutina sigue en el paso 106, donde
se activa el indicador de liberación de SO_{x}.
A continuación se hará una explicación del
control operacional, con referencia a la figura 21.
En referencia a la figura 21, primero en el paso
200, se determina si el indicador de liberación de SO_{x} se ha
activado. Cuando el indicador de liberación de SO_{x} no se ha
activado, la rutina sigue en el paso 201, donde se determina si se
ha activado el indicador de liberación de NO_{x}. Cuando el
indicador de liberación de NO_{x} no ha sido activado, la rutina
sigue en el paso 202, donde se lleva a cabo el funcionamiento
ordinario.
Es decir, en el paso 202, se calcula el grado de
abertura objetivo ST de la válvula de estrangulación 17, a partir
del mapa mostrado en la figura 5A, y el grado de abertura de la
válvula de estrangulación 17 se constituye como este grado de
abertura objetivo ST. Después en el paso 203, se calcula el grado de
abertura SE de la válvula de control EGR 25, a partir del mapa
mostrado en la figura 5B, y el grado de abertura de la válvula de
control EGR 25, se constituye como este grado de abertura objetivo
SE. A continuación en el paso 204, se calcula la cantidad de
inyección Q, a partir del mapa mostrado en la figura 4A, y se
calcula la sincronización del inicio de la inyección \thetaS, a
partir del mapa mostrado en la figura 4B. El combustible es
inyectado en base a estos valores calculados.
Por otra parte cuando se determina, en el paso
201, que se ha activado el indicador de liberación de NO_{x}, la
rutina sigue en el paso 205, donde se lleva a cabo el proceso de
liberación de NO_{x}, para liberar NO_{x} desde el absorbente
de NO_{x} 22. Es decir, en el paso 205 el grado objetivo de
abertura ST de la válvula de estrangulación 17, se calcula a partir
del mapa mostrado en la figura 16A, y el grado de abertura de la
válvula de estrangulación 17, se define como este grado de abertura
objetivo ST. En este momento, la válvula de control EGR 25 es
cerrada por completo. A continuación en el paso 206, se calcula la
sincronización del inicio de la inyección \thetaS del combustible
principal, a partir del mapa mostrado en la figura 16B. A
continuación, en el paso 207 se inyecta el combustible principal, en
la sincronización del inicio de la inyección \thetaS calculada en
el paso 206, después el combustible auxiliar Q_{P} es inyectado
durante la carrera de expansión.
Es decir, en este momento se reduce el grado de
abertura de la válvula de estrangulación 17, la inyección se lleva
a cabo por medio del cuarto esquema de inyección mostrado en la
figura 10 y, de ese modo, se enriquece la proporción de aire -
combustible del gas de escape, que fluye hacia el absorbente de
NO_{x} 22. A continuación, en el paso 208 se determina si ha
transcurrido un tiempo fijo, desde el momento en que la proporción
de aire - combustible del gas de escape se enriqueció. Cuando ha
transcurrido un tiempo fijo, la rutina sigue en el paso 209, donde
se restablece el indicador de liberación de NO_{x}. En este
momento, simultáneamente, \SigmaNOX (figura 20) se pone a
cero.
Por otra parte, cuando se determina en el paso
200 que el indicador de liberación de SO_{x} ha sido activado, la
rutina sigue en el paso 210, donde se determina si ha sido activado
un indicador de finalización de la elevación de temperatura, que
muestra que el absorbente de NO_{x} 22 ha elevado su temperatura
hasta permitir la liberación de SO_{x}. Cuando el indicador de
liberación de SO_{x} ha sido activado, el indicador de
terminación de la elevación de temperatura se pone a cero y, por lo
tanto, la rutina sigue en el paso 300, donde se lleva a cabo el
control para elevar la temperatura. Este control para elevar la
temperatura se muestra en la figura 22.
En referencia a la figura 22, primero, en el paso
301 se calcula el grado de abertura objetivo ST de la válvula de
estrangulación 17, a partir del mapa mostrado en la figura 5A, y el
grado de abertura de la válvula de estrangulación 17, se adopta
como este grado objetivo de abertura ST. Después, en el paso 302 se
calcula el grado de abertura objetivo SE de la válvula de control
EGR 25, a partir del mapa mostrado en la figura 5B, y el grado de
abertura de la válvula de control EGR 25, se adopta como este grado
objetivo de abertura SE. Después, en el paso 303 se determina si la
temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22 detectada por el sensor
de temperatura 39, es menor que una primera temperatura T1. Cuando
TC < T1, la rutina sigue en el paso 304, donde se lleva a cabo
la inyección, según el esquema de inyección determinado en base a
(1), en la figura 12.
Por otra parte, cuando se determina en el paso
303 que TC \geq T1, la rutina sigue en el paso 305, donde se
determina si la temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22
detectada por el sensor de temperatura 39, es menor que una segunda
temperatura T2. Cuando TC < T2 la rutina sigue en el paso 306,
donde se lleva a cabo la inyección, según un esquema de inyección
determinado en base a (2), en la figura 12.
Por otra parte, cuando se determina en el paso
305 que TC \geq T2, la rutina sigue en el paso 307, donde se
lleva a cabo la inyección según el esquema de inyección determinado
en base a (3), de la figura 12. Después, en el paso 308 se
determina si la temperatura TC del absorbente de NO_{x} 22
detectada por el sensor de temperatura 39, se ha hecho mayor que la
temperatura objetivo T_{max}. Cuando TC \geq T_{max} la rutina
sigue en el paso 309, donde se activa el indicador de terminación
de la elevación de la temperatura.
Volviendo de nuevo a la figura 21, cuando el
indicador de terminación de la elevación de la temperatura se
activado, la rutina sigue en el paso 211, donde se lleva a cabo el
proceso de liberación de SO_{x}, para liberar SO_{x} desde el
absorbente de NO_{x} 22. Es decir, en el paso 211 se calcula el
grado objetivo de abertura ST de la válvula de estrangulación 17, a
partir del mapa mostrado en la figura 16A, y el grado de abertura
de la válvula de estrangulación 17, se toma como este grado de
abertura objetivo ST. En este momento, la válvula de control EGR 25
se cierra por completo. Después, en el paso 212 se calcula la
sincronización del inicio de la inyección \thetaS del combustible
principal, a partir del mapa mostrado en la figura 16B. Después, en
el paso 213 se inyecta el combustible principal en la sincronización
del inicio de la inyección \thetaS, calculada en el paso 212,
después es inyectado combustible auxiliar Q_{P} durante la carrera
de
expansión.
expansión.
Es decir, en este momento se reduce el grado de
abertura de la válvula de estrangulación 17, y se lleva a cabo la
inyección según el cuarto esquema de inyección mostrado en la figura
10, mediante lo que la proporción de aire - combustible del gas de
escape que fluye hacia el absorbente de NO_{x} 22, se enriquece
solo ligeramente. Después, en el paso 214 se determina si ha
transcurrido un tiempo fijo desde el momento en que la proporción
de aire - combustible del gas de escape se enriqueció solo
ligeramente. Cuando ha transcurrido el tiempo fijo, la rutina sigue
en el paso 216, donde el indicador de liberación de NO_{x}, el
indicador de liberación de SO_{x}, y el indicador de terminación
de la elevación de la temperatura, son puestos a cero. En este
momento, simultáneamente se hacen cero \SigmaNOX y
\SigmaSO_{X} (figura 20).
La figura 23 muestra otra realización. En esta
realización, el dispositivo de post-tratamiento del
gas de escape 21 consta de un filtro de partículas 50, para atrapar
material en partículas en el gas de escape, y un cárter 51 que
aloja el filtro de partículas 50. Además, en esta realización se
proporciona un sensor de presión diferencial 52, para detectar la
diferencia de presión antes y después del filtro de partículas
50.
Las partículas depositadas en el filtro de
partículas 50 se queman de modo natural, cuando la temperatura del
filtro de partículas 50 pasa de una temperatura fijada T_{0}. Si
fuera posible mantener la temperatura del filtro de partículas 50
después de ello, hasta por lo menos esa temperatura fijada T_{0},
sería entonces posible quemar la totalidad de las partículas
depositado en el filtro de partículas 50. Es decir, para quemar la
totalidad de las partículas depositado en el filtro de partículas
50, o sea, cuando se regenera el filtro de partículas 50 es
necesario, primero, elevar la temperatura del filtro de partículas
50 hasta por lo menos la temperatura fijada T_{0} y, después,
mantener la temperatura fijada del filtro de partículas 50 hasta,
por lo menos, una temperatura fijada T_{0}.
Por lo tanto, también se usa en esta realización
los diversos esquemas de inyección mostrados en la figura 12, para
elevar la temperatura del filtro de partículas 50 hasta, por lo
menos, la temperatura fijada T_{0}, para regenerar el filtro de
partículas 50. En este caso, sin embargo, TC muestra la temperatura
del filtro de partículas 50. Además en esta realización, cuando se
mantiene la temperatura del filtro de partículas 50 en, por lo
menos, la temperatura fijada T_{0}, se usa el esquema de inyección
determinado en base a la figura 24. Es decir, cuando la temperatura
del filtro de partículas 50 va a mantenerse, por lo menos, en la
temperatura fijada T_{0}, la inyección se lleva a cabo según el
primer esquema de inyección Q_{R}, mostrado por (II) en las
figuras 8 hasta 10, en la región de funcionamiento limitada en la
que el par motor necesario TQ es elevado, y la velocidad rotacional
del motor N es elevada, y la inyección se lleva a cabo según el
segundo esquema de inyección Q_{V} + Q_{R}, mostrado por (III)
en la figura 8 o (III) en la figura 9, en la mayor parte restante
de la región de funcionamiento. Nótese que en esta realización,
cuando la temperatura del filtro de partículas 50 va a mantenerse
por lo menos en la temperatura fijada T_{0}, la proporción de aire
- combustible del gas de escape se mantiene pobre.
A continuación se proporciona una explicación del
control operacional en referencia a la figura 25.
En referencia a la figura 25, primero en el paso
400 se determina si ha sido activado un indicador de regeneración,
que muestra que el filtro de partículas 50 debería ser regenerado.
Cuando el indicador de regeneración no ha sido activado, la rutina
sigue en el paso 401, donde se lleva a cabo el funcionamiento
ordinario.
Es decir, en el paso 401 se calcula el grado
objetivo de abertura ST de la válvula de estrangulación 17, a
partir del mapa mostrado en la figura 5A, y el grado de abertura de
la válvula de estrangulación 17, se define como tal grado objetivo
de abertura ST. Después, en el paso 402 se calcula el grado objetivo
de abertura SE de la válvula de control EGR 25, a partir del mapa
mostrado en la figura 5B, y el grado de abertura de la válvula de
control EGR 25, se define como tal grado objetivo de abertura SE.
Después, el paso 403 se calcula la cantidad de inyección Q, a
partir del mapa mostrado en la figura 4A, se calcula la
sincronización del inicio de la inyección \thetaS a partir del
mapa mostrado en la figura 4B, y se inyecta combustible en base a
estos valores calculados. Después, en el paso 404 se determina si
la presión diferencial \DeltaP, antes y después del filtro de
partículas 50, es mayor que el máximo valor permisible P_{max}, en
base a la señal de salida del sensor de presión diferencial 52, es
decir, si la cantidad de partículas depositadas en el filtro de
partículas 50 ha excedido un valor máximo permisible. Cuando
\DeltaP > P_{max}, es decir cuando la cantidad de partículas
depositadas en el filtro de partículas 50 ha excedido el valor
máximo permisible, la rutina sigue en el paso 405, donde se activa
el indicador de regeneración.
Cuando el indicador de regeneración está
activado, la rutina sigue en el paso 406, donde se calcula el grado
objetivo de abertura ST de la válvula de estrangulación 17 a partir
del mapa mostrado en la figura 5A, y el grado de abertura de la
válvula de estrangulación 17, se toma como este grado objetivo de
abertura ST. Después, en el paso 407 se calcula el grado objetivo
de abertura SE de la válvula de control EGR 25, a partir del mapa
mostrado en la figura 5B, y el grado de abertura de la válvula de
control EGR 25, se toma como este valor objetivo de abertura
SE.
Después, en el paso 408, se determina si un
indicador de terminación de la elevación de la temperatura que
muestra que el filtro de partículas 50 a elevado su temperatura
hasta permitir la ignición de las partículas en el filtro de
partículas 50, ha sido activado. Cuando el indicador de regeneración
ha sido activado, normalmente el indicador de terminación de la
elevación de la temperatura se pone a cero, por lo tanto la rutina
sigue en el paso 500, donde se lleva a cabo el control para elevar
la temperatura. Este control para elevar la temperatura se muestra
en la figura 26.
En referencia a la figura 26, primero, en el paso
501, se determina si la temperatura TC del filtro de partículas 50
detectada por el sensor de temperatura 39, es menor que la primera
temperatura T1. Cuando TC < T1, la rutina sigue en el paso 502,
donde la inyección se lleva a cabo por medio del esquema de
inyección determinado en base a (1) de la figura 12.
Por otra parte, cuando se determina en el paso
501 que TC \geq T1, la rutina sigue en el paso 503, donde se
determina si la temperatura TC del filtro de partículas 50,
detectada por el sensor de temperatura 39, es menor que la segunda
temperatura T2. Cuando TC < T2, la rutina sigue en el paso 504,
donde se lleva a cabo la inyección según el esquema de inyección
determinado, en base a (2) de la figura 12.
Por otra parte, cuando se determina en el paso
503 que TC \geq T2, la rutina sigue en el paso 505, donde se
lleva a cabo la inyección según el esquema de inyección determinado
en base a (3), de la figura 12. Después, en el paso 506 se
determina si la temperatura TC del filtro de partículas 50,
detectada por medio del sensor de temperatura 39, ha superado la
temperatura fijada como objetivo T_{0}. Cuando TC \geq T_{0},
la rutina sigue en el paso 507, donde se activa el indicador de
terminación de la elevación de la temperatura.
Volviendo de nuevo a la figura 25, cuando el
indicador de terminación de la elevación de la temperatura ha sido
activado, la rutina sigue en el paso 409, donde la temperatura del
filtro de partículas 50 se mantiene, por lo menos, en la
temperatura fijada T_{0}. Es decir, en este momento se lleva a
cabo la inyección, según el esquema de inyección determinado en
base a la figura 24. Después, en el paso 410 se determina si la
presión diferencial \DeltaP antes y después del filtro de
partículas 50, se ha hecho menor que un valor mínimo P_{min}, en
base a la señal de salida del sensor de presión diferencia 52, es
decir, si ha sido quemada la totalidad de las partículas
depositadas en el filtro de partículas 50. Cuando \DeltaP <
P_{min}, la rutina sigue en el paso 411, donde el indicador de
regeneración y el indicador de terminación de la elevación de la
temperatura, son puestos a cero.
Nótese que también es posible disponer un
catalizador que tenga una función de oxidación, tal como un
catalizador de oxidación y un catalizador de tres vías, dentro del
conducto de salida, corriente arriba o corriente abajo respecto del
absorbente de NO_{x} 22, en la primera realización, y dentro del
gas de escape, corriente arriba o corriente abajo respecto del
filtro de partículas 50, en la segunda realización.
De acuerdo con la presente invención, tal como se
ha explicado arriba, es posible elevar la temperatura de un
dispositivo de post-tratamiento del gas de escape,
hasta una proporción de elevación de temperatura necesaria para el
dispositivo de post-tratamiento del gas de
escape.
Si bien la invención ha sido descrita con
referencia a realizaciones específicas, escogidas con propósitos de
ilustración, debe quedar claro que podría hacerse numerosas
modificaciones a estas, por aquellas personas cualificadas en el
arte, sin apartarse del alcance ni del concepto básicos de la
invención, tal como son definidos por medio de las reivindicaciones
anexas.
Claims (28)
1. Un motor de combustión interna (1), que
tiene una cámara de combustión (5) y un conducto de escape (19),
motor que comprende:
un medio de inyección de combustible (7), para
inyectar combustible auxiliar (Q_{V}; Q_{e}; Q_{P}) a la
cámara de combustión (5), adicionalmente al combustible principal
(Q; Q_{R}), según la necesidad de producir hidrocarburos no
quemados;
un dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape (21), dispuesto
en el conducto de escape (19), elevándose, una temperatura (TC) del
mencionado dispositivo de post-tratamiento del gas
de escape (21), cuando una temperatura del gas de escape se eleva,
y elevándose cuando se suministra hidrocarburos no quemados al
mencionado dispositivo de post-tratamiento del gas
de escape (21); y
un medio de control de inyección (30), para
controlar el mencionado medio de inyección de combustible (7),
caracterizado porque
se predetermina, por lo menos, dos esquemas de
inyección para elevar la temperatura (TC) del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape (21), de entre un
primer esquema de inyección (II), que retarda la sincronización de
la inyección del combustible principal (Q_{R}), en comparación con
el caso en que la temperatura del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape (21) no deba
elevarse, sin inyectar el combustible auxiliar (Q_{V}; Q_{e};
Q_{P}), un segundo esquema de inyección (III), que inyecta el
combustible auxiliar (Q_{V}; Q_{e}) antes de la inyección de
combustible principal (Q_{R}), y retarda la sincronización de la
inyección de combustible principal (Q_{R}), y un tercer esquema
de inyección (IV-1; IV-2), que
inyecta el combustible auxiliar (Q_{V}, Q_{P}; Q_{e},
Q_{P}) antes de la inyección del combustible principal (Q_{R}),
y después de la inyección del combustible principal (Q_{R}), y
retarda la sincronización de la inyección el combustible principal
(Q_{R}), y
cuando la temperatura (TC) del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape (21) deba
elevarse, el mencionado medio de control de inyección (30)
selecciona uno de los esquemas de inyección, de entre los esquemas
de inyección predeterminados, e inyecta el combustible principal
(Q_{P}) y el combustible auxiliar (Q_{V}; Q_{e}; Q_{P}), de
acuerdo con el esquema de inyección seleccionado, determinándose
cual de los esquemas de inyección ha de ser usado, según la
temperatura (TC) del dispositivo de post-tratamiento
del gas de escape (21), o según la temperatura (TC) del dispositivo
de post-tratamiento del gas de escape (21) y el
estado operativo (TQ, N) del motor (1).
2. Un motor de combustión interna, tal como
el que se expone en la reivindicación 1, en el que, en el primer
esquema de inyección (II), la sincronización de la inyección del
combustible principal (Q_{R}) es retardada, hasta después del
punto muerto superior de la carrera de compresión.
3. Un motor de combustión interna, tal como
el que se expone en la reivindicación 1 o en la 2, en el que, en el
segundo esquema de inyección (III), el combustible auxiliar
(Q_{V}) es inyectado cerca del punto muerto superior de la
carrera de succión, y se hace que la cantidad de retardo de la
sincronización de la inyección del combustible principal (Q_{R}),
sea mayor que la cantidad de retardo de la sincronización de la
inyección del combustible principal (Q_{R}), en el primer esquema
de inyección (II).
4. Un motor de combustión interna, tal como
el que se expone en la reivindicación 3, en el que el combustible
auxiliar (Q_{V}) se inyecta cuando se abre una válvula de escape
(9).
5. Un motor de combustión interna, tal como
el que se expone en la reivindicación 3, en el que la sincronización
de la inyección del combustible auxiliar (Q_{V}), está
determinada de modo que el combustible auxiliar inyectado (Q_{V})
es dirigido hacia una cavidad (5a) formada en una cara superior de
un pistón (4).
6. Un motor de combustión interna, tal como
el que se expone en la reivindicación 1 o en la 2, en el que, en el
segundo esquema de inyección (III), el combustible auxiliar
(Q_{e}) es inyectado durante la carrera de compresión, y se hace
que la cantidad de retardo de la sincronización de la inyección del
combustible principal (Q_{R}), sea mayor que la cantidad de
retardo de la sincronización de la inyección del combustible
principal (Q_{R}), en el primer esquema de inyección (II).
7. Un motor de combustión interna, tal como
el que se expone en la reivindicación 6, en el que la sincronización
de la inyección del combustible auxiliar (Q_{e}) se determina de
modo que, el combustible auxiliar inyectado (Q_{e}), está
dirigido hacia una cavidad (5a) formada en una cara superior de un
pistón (4).
8. Un motor de combustión interna, tal como
el que se expone en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el
que, en el tercer esquema de inyección (IV-1;
IV-2), se inyecta un primer combustible auxiliar
(Q_{V}) cerca del punto muerto superior de la carrera de succión,
se inyecta un segundo combustible auxiliar (Q_{P}) durante la
carrera de expansión o carrera de escape, y se hace que la cantidad
de retardo de la sincronización de la inyección del combustible
principal (Q_{R}), sea mayor que la cantidad de retardo de la
sincronización de la inyección del combustible principal (Q_{R}),
en el primer esquema de inyección (II).
9. Un motor de combustión interna, tal como
el que se expone en la reivindicación 8, en el que el primer
combustible auxiliar (Q_{V}) es inyectado cuando se abre una
válvula de escape (9).
10. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 8, en el que se determina la
sincronización de la inyección del primer combustible auxiliar
(Q_{V}), de modo que el combustible auxiliar inyectado (Q_{V})
es dirigido a una cavidad (5a) formada en una cara superior de un
pistón (4).
11. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 8, en el que el segundo
combustible auxiliar (Q_{P}), es inyectado durante una carrera de
expansión, antes de que se abra una válvula de escape (9).
12. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 8, en el que el segundo
combustible auxiliar es inyectado a intervalos, en varios momentos
(Q_{P}).
13. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en una de las reivindicaciones 1, 2, 6 y 7, en el
que, en el tercer esquema de inyección (IV-1;
IV-2), el primer combustible auxiliar (Q_{e}) es
inyectado durante la carrera de compresión, el segundo combustible
auxiliar (Q_{P}) es inyectado durante la carrera de expansión o
la carrera de escape, y se hace que la cantidad de retardo de la
sincronización de la inyección del combustible principal (Q_{R})
sea mayor que la cantidad de retardo de la sincronización de la
inyección del combustible principal (Q_{R}), en el primer esquema
de inyección (II).
14. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 13, en el que se determina la
sincronización de la inyección del primer combustible auxiliar, de
modo que el combustible auxiliar inyectado (Q_{e}) es dirigido
hacia una cavidad (5a) formada en una cara superior de un pistón
(4).
15. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 13, en el que se inyecta el
segundo combustible auxiliar (Q_{P}) durante la carrera de
expansión, antes de que se abra la válvula de escape (9).
16. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 13, en el que se inyecta el
segundo combustible auxiliar (Q_{P}) a intervalos, en varios
momentos.
17. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 1 o en la 2, en el que, en el
cuarto esquema de inyección (III-1;
III-2; III-3), se retarda la
sincronización de la inyección del combustible principal (Q_{R})
hasta después del punto muerto superior de la carrera de compresión,
y se inyecta el combustible auxiliar (Q_{P}) durante la carrera
de expansión o la carrera de escape.
18. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 17, en el que se inyecta el
combustible auxiliar (Q_{P}) durante la carrera de expansión,
antes de que se abra una válvula de escape (9).
19. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 17, en el que se inyecta el
combustible auxiliar (Q_{P}) a intervalos, en varios momentos.
20. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el
que se predetermina una primera región operativa, en la que el
combustible es inyectado según el primer esquema de inyección (II),
una segunda región operativa, en la que el combustible es inyectado
según el segundo esquema de inyección (III), y una tercera región
operativa, en la que el combustible es inyectado según el tercer
esquema de inyección (IV-1; IV-2),
de acuerdo con la temperatura (TC) del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape (21), y el
estado operativo (TQ, N) del motor.
21. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 20, en el que cuando la
temperatura (TC) del dispositivo de post-tratamiento
del gas de escape (21), es menor que una temperatura predeterminada
(T1), la mayoría de la región operativa está comprendida en la
tercera región operativa, y cuando la temperatura del dispositivo
de post-tratamiento del gas de escape, supera la
temperatura predeterminada (T1), la tercera región operativa se
reduce a una región menor en el lado de baja carga.
22. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 21, en el que la segunda región
operativa está posicionada en el lado de alta carga de la tercera
región operativa, y cuando la temperatura (TC) del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape (21) aumenta, la
segunda región operativa se desplaza hacia lado de baja carga.
23. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 22, en el que la primera región
operativa está posicionada en el lado de alta carga de la segunda
región operativa y, cuando la temperatura (TC) del dispositivo de
post-tratamiento del gas de escape (21) crece, la
primera región operativa se desplaza hacia lado de baja carga.
24. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, en el que
el dispositivo de post-tratamiento del gas de escape
(21) comprende un absorbente de NO_{x} (22), que absorbe NO_{x}
cuando una proporción de aire - combustible del gas de escape es
pobre, y libera el NO_{x} cuando la proporción de aire -
combustible del gas de escape alcanza la proporción de aire -
combustible estequiométrica o rica, y se eleva la temperatura (TC)
de absorbente de NO_{x} (22), cuando va a ser liberado SO_{x}
desde el absorbente de NO_{x} (22).
25. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 24, en el que se hace que la
proporción de aire - combustible del gas de escape, sea la
proporción de aire - combustible estequiométrica o rica, para
liberar el SO_{x} desde el absorbente de NO_{x} (22), después de
que la temperatura (TC) del absorbente de NO_{x} (22) excede una
temperatura objetivo predeterminada (T_{max}).
26. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 25, en el que se proporciona un
medio de control del aire de admisión (17), para controlar una
cantidad de aire de admisión y, cuando va a ser liberado SO_{x}
desde el absorbente de NO_{x} (22), la cantidad de aire de
admisión se reduce, mediante el medio de control del aire de
admisión (17), y se utiliza un cuarto esquema de inyección
(III-1; III-2;
III-3) por parte del medio de control de inyección
(30), en el que la sincronización de la inyección del combustible
principal (Q_{R}) es retardada, en comparación con cuando no tiene
que elevarse la temperatura (TC) del absorbente de NO_{x} (22), y
el combustible auxiliar (Q_{P}) es inyectado durante la carrera de
expansión o la carrera de escape, mediante lo que se hace que la
proporción de aire - combustible del gas de escape, sea la
proporción de aire - combustible estequiométrica o rica.
27. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, en el que
el dispositivo de post-tratamiento del gas de escape
(21) comprende un filtro de partículas (50), para atrapar
partículas contenidas en el gas de escape, y se eleva la temperatura
del filtro de partículas (50), cuando las partículas atrapadas por
el filtro de partículas (50) van a ser quemadas.
28. Un motor de combustión interna, tal como el
que se expone en la reivindicación 27, en el que, cuando la
temperatura del filtro de partículas (50) excede una temperatura
predeterminada (T_{0}), las partículas atrapadas por el filtro de
partículas (50) son quemadas y, cuando las partículas son quemadas,
se usa el primer esquema de inyección (III).
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