ES2272042T3 - Motor que utiliza carburante liquido y/o gaseoso y procedimiento para operar este motor. - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN MOTOR COMBINADO QUE RECIBE UNA SALIDA DE POTENCIA MEDIANTE EL SUMINISTRO Y COMBUSTION DE AL MENOS UN COMBUSTIBLE SELECCIONADO ENTRE UN COMBUSTIBLE GASEOSO Y UN COMBUSTIBLE LIQUIDO. EL MOTOR, SEGUN LA PRESENTE INVENCION, COMPRENDE: UNA CAMARA DE COMBUSTION PRINCIPAL (1) QUE COMPRENDE UN PISTON (3), UN CILINDRO (2) Y UNA CABEZA DE CILINDRO (4); UNA CAMARA DE PRECOMBUSTION (10) EQUIPADA CON UNA BUJIA, LA CUAL SIRVE COMO FUENTE DE ENCENDIDO PARA UNA MEZCLA DE COMBUSTIBLE Y AIRE QUE COMPRENDE AIRE Y UN COMBUSTIBLE GASEOSO DENTRO DE LA CAMARA DE COMBUSTION PRINCIPAL; Y UNA VALVULA DE INYECCION (30) DE COMBUSTIBLE LIQUIDO PARA INYECTAR COMBUSTIBLE LIQUIDO A LA CAMARA DE COMBUSTION PRINCIPAL; EN DONDE LA CAMARA DE PRECOMBUSTION Y LA VALVULA DE INYECCION DE COMBUSTION DE LIQUIDO ESTAN DISPUESTAS EN LA CABEZA DEL CILINDRO.
Description
Motor que utiliza carburante líquido y/o gaseoso
y procedimiento para operar este motor.
La presente invención se refiere a un motor
combinado que es capaz de utilizar tanto combustible gaseoso como
combustible líquido por medio de la selección del modo operativo
apropiado, y que se aplica principalmente a la generación de
electricidad.
En los últimos años, los motores de gas han
continuado utilizándose ampliamente como elemento clave del sistema
de cogeneración. En particular, en zonas comerciales, debido a la
normativa sobre escape de gas, están siendo ampliamente utilizados
los motores de gas de encendido por chispa con una cámara de
precombustión. Por otro lado, los motores diesel tienen también una
gran demanda de uso en la prevención de incendios y en el
mantenimiento de energía en situaciones de emergencia.
Convencionalmente, los motores de gas y diesel
destinados a la satisfacción de las demandas expuestas tenían que
diseñarse de manera separada, como tipos de motores diferentes, ya
que no existía un motor capaz de proporcionar tanto el encendido
por chispa como el encendido por compresión en el mismo motor. Por
consiguiente, existe una gran demanda para la preparación de un
motor de gas para su uso durante su función normal, y un motor
diesel para su uso en un funcionamiento de emergencia, invirtiéndose
de acuerdo con ello grandes cantidades de capital.
Por otro lado, existe un motor combinado que es
capaz de funcionar tanto en un modo operativo de gas en el cual se
utiliza combustible gaseoso, como en un modo operativo diesel en el
cual se utiliza un combustible líquido. De acuerdo con este tipo de
motor combinado, es posible conmutar selectivamente entre un modo
operativo de gas, en el cual el combustible gaseoso es quemado
utilizando una pequeña cantidad de aceite piloto (aproximadamente
de 5 a un 15% de la cantidad total de combustible) de la fuente de
encendido, y un modo operativo diesel en el cual solo se quema
combustible líquido. Con respecto a este motor, en el momento de
arrancarlo, el motor es arrancado y calentado por medio de
combustible líquido que posee una inflamabilidad superior. Después
de que el motor ha sido calentado, en la etapa en que el factor de
carga operativo del motor alcanza al menos el 30%, mediante la
conmutación de combustible líquido a combustible gaseoso, el
combustible líquido altamente inflamable que se utiliza como
combustible piloto es complementado mediante el encendido del
combustible gaseoso de menor
inflamabilidad.
inflamabilidad.
Sin embargo, en relación con los motores
combinados convencionales, debido al empleo de combustible líquido
como combustible piloto, en una cantidad de aproximadamente de un 5
a un 15% de la cantidad de calentamiento total, existe un límite
con relación a los NOx (óxidos de Nitrógeno), así como la aparición
de hollín y polvo.
Los documentos
DE-C-196 21 297,
DE-A-40 42 325 y
US-A-4,765,293 divulgan unos motores
en los que cada cilindro tiene una cámara de combustión principal,
una cámara de precombustión que incorpora un inyector de combustible
piloto, y un inyector principal para inyectar combustible líquido
dentro de la cámara de combustión principal. En el documento
DE-C-196 21 297, la cámara de
combustión y la válvula de inyección de combustible líquido están
dispuestas dentro de una culata cilíndrica. En el documento
US-A-4,765,293 la cámara de
combustión está también dotada de una bujía.
En consideración a lo expuesto constituye un
objeto de la presente invención proporcionar un motor combinado y
un procedimiento para hacer funcionar este motor que sea capaz de
utilizar tanto combustible gaseoso como combustible líquido,
reduciendo al tiempo los costes de equipo y reduciendo la cantidad
de polución expulsada.
En consecuencia, la presente invención
proporciona un procedimiento de funcionamiento de un motor combinado
de acuerdo con lo expuesto en la reivindicación adjunta 1. Formas
de realización ventajosas de dicho procedimiento se exponen en las
reivindicaciones 2 a 4.
La Fig. 1 es un diagrama que muestra una vista
lateral en sección transversal de los componentes esenciales de un
motor combinado de acuerdo con una forma de realización de la
presente invención.
La Fig. 2 es un diagrama de una vista de plano
que muestra la disposición de una cámara de precombustión equipada
con bujías en relación con la cámara de combustión principal del
motor anteriormente mencionado de acuerdo con la presente
invención.
La Fig. 3 es un diagrama de vista plana que
muestra un bosquejo del sistema de cableado del motor anteriormente
mencionado de acuerdo con la presente invención.
La Fig. 4 es un diagrama característico para
explicar el funcionamiento del motor combinado de acuerdo con la
presente invención, y muestra la relación entre el rendimiento
térmico al freno y la concentración de NOx.
La Fig. 5 es un diagrama característico para
explicar el funcionamiento del motor combinado de acuerdo con la
presente invención, y muestra la relación entre el porcentaje del
volumen de la cámara de precombustión y la concentración de
NOx.
La Fig. 6A es un diagrama comparativo para
explicar el funcionamiento del motor combinado de acuerdo con la
presente invención, y muestra la velocidad respectiva de liberación
de calor a partir de un procedimiento de una cámara de combustión
única y de un procedimiento de una cámara de precombustión.
La Fig. 6B es un diagrama de una vista de plano
que muestra las posiciones de las bujías del motor combinado
mostrado en la Fig. 6A.
La Fig. 7 es un diagrama que muestra una vista
lateral en sección transversal de un ejemplo de la construcción del
motor combinado de acuerdo con la presente invención.
La Fig. 8 es un diagrama que muestra una vista
lateral en sección transversal de otro ejemplo de la construcción
del motor combinado de acuerdo con la presente invención.
La Fig. 9 es un diagrama que muestra los cambios
de las prestaciones durante la pérdida de una mitad de las cámaras
de combustión del motor combinado de acuerdo con la presente
invención.
La Fig. 10 es un diagrama de flujo que muestra
un funcionamiento secuencial del motor combinado de acuerdo con la
presente invención.
A continuación se explicarán, con detalle y con
referencia a las figuras, las formas de realización de la presente
invención.
La Fig. 1 es una vista lateral en sección
transversal que muestra la porción de la culata cilíndrica de un
motor combinado de acuerdo con una forma de realización de la
presente invención. En la figura se disponen un cilindro 2, una
camisa 2a del cilindro, un pistón 3, una culata 4 del cilindro, y
una cámara de combustión principal 1. La cámara de combustión
principal 1 está rodeada por el pistón 3, la camisa 2a del cilindro
y la culata 4 del cilindro. Una válvula 30 de inyección de
combustible líquido para su uso en el funcionamiento diesel está
conformada en el centro de la culata 4 del cilindro, y una cámara de
precombustión 10 equipada con una bujía está dispuesta a cada lado
de la culata 4 de cada cilindro.
La unidad de cámara de precombustión 10 equipada
con una bujía (en adelante designada simplemente como "cámara de
precombustión equipada con bujía") está construida combinando un
cuerpo 14 de la cámara de precombustión y un asiento 13 de la
cámara de precombustión. Un combustible gaseoso (gas piloto) es
directamente suministrado a la cámara de precombustión 12 alojada
dentro del cuerpo 14 de la cámara de precombustión a través de un
orificio 15 de inyección de combustible. La cámara de combustión
principal 1 y la cámara de precombustión 12 comunican a través de
una pluralidad de orificios de conexión 17, los cuales están
dispuestos en el extremo inferior de la cámara de precombustión 12
como tobera de chorro. Así mismo, el asiento 13 de la cámara de
precombustión está equipado con una bujía 11 que sirve como fuente
de encendido de la mezcla de aire - combustible dentro de la cámara
de precombustión 12. Así mismo, con el fin de suprimir los NOx del
gas de escape hasta un nivel extremadamente bajo, la relación de
volumen (relación del volumen de la entera cámara de combustión en
el punto muerto superior durante la compresión) de la cámara de
precombustión 12 debe ser controlada para situarla en niveles
porcentuales bajos.
Las posiciones de las unidades 10 de las cámaras
de precombustión equipadas con bujía y de cada una de las válvulas
se muestran en la Fig. 2. En la culata cilíndrica, con respecto a la
sección transversal circular a la cámara de combustión principal,
dos válvulas de admisión 21 están situadas sobre una mitad de la
culata cilíndrica y dos válvulas de escape 22 están situadas sobre
la mitad restante, estando dispuestas las unidades 10 de las
cámaras de precombustión equipadas con bujía hacia la periferia al
nivel del área en la que las dos válvulas que respectivamente
alojan las válvulas de admisión 21 y las válvula de escape 22 se
ponen en contacto. Así mismo, las unidades 10 de las cámaras de
precombustión equipadas con bujía pueden también estar
respectivamente situadas entre las dos válvulas de admisión 21, y
entre las dos válvulas de escape 22 (indicadas por la posición Y en
la Fig. 2).
La entera estructura del presente motor E se
muestra en la Fig. 3. Este motor E es un motor de seis cilindros en
serie equipados con las unidades 10 de cámaras de precombustión
equipadas con bujía anteriormente mencionadas y la unidad 10 de las
cámaras de precombustión equipadas con bujía de la válvula de
inyección de combustible líquido está conectada a una bobina de
encendido 19. Así mismo, un dispositivo de encendido 20 está también
dispuesto en el motor.
A continuación se expondrán cada uno de los
diversos modos operativos que es capaz de llevar a cabo el motor
combinado mencionado en la presente memoria.
Hay cuatro posibles modos operativos:
- (A)
- un modo operativo para el motor de gas de encendido por chispa;
- (B)
- un modo operativo para el motor diesel;
- (C)
- un modo operativo para el motor de gas de inyección de gas piloto;
- (D)
- un modo operativo para el motor de gas de encendido híbrido.
En cada modo operativo, se describe en la tabla
inferior el empleo de la cámara de precombustión equipada con bujía
y de la válvula de inyección de combustible, así como el tipo de
combustible principal.
| Modo | Cámara precombustión | Válvula inyección | Combustible |
| equipada con bujía | combustible | principal | |
| (A) | Usada | No usada | Gas |
| (B) | No usada | Usada | Líquido |
| (C) | No usada | Usada | Gas |
| (D) | Usada | Usada | Gas |
De acuerdo con este modo operativo solamente se
utiliza como combustible combustible gaseoso (gas), y la cámara de
combustión equipada con bujía se emplea como fuente de encendido de
la mezcla de combustible - aire que comprende aire y el combustible
gaseoso dentro de la cámara de combustión principal.
Más concretamente, desde la segunda mitad del
proceso de escape hasta la primera mitad del proceso de admisión,
un gas piloto es suministrado desde el orificio 15 de combustión de
combustible de la unidad 10 de la cámara de precombustión equipada
con bujía (en adelante, los numerales son con referencia a la Fig.
1) hasta la cámara de precombustión 12. Este gas piloto es
suministrado por medio de la diferencia de presión entre la presión
en la salida de escape del gas piloto (no mostrada en las figuras) y
la presión dentro de la cámara de combustión 1; la cantidad de gas
piloto se ajusta por medio del cambio de la diferencia de presión
mencionada.
Adicionalmente, durante el proceso de admisión,
la mezcla pobre que comprende el gas combustible y el aire es
suministrada a la cámara de combustión principal 1. Esta mezcla
pobre existente dentro de la cámara de combustión 1 es comprimida
en la carrera de compresión por medio del pistón 3. Como resultado
de ello, una porción de la mezcla pobre fluye hacia el interior de
la cámara de precombustión 12 a través de un orificio de conexión
17. En este momento, el gas combustible situado dentro de la cámara
de precombustión 12 y la mezcla pobre se mezclan, de forma que la
relación media de aire sobrante alcanza aproximadamente 1,0. En este
punto, se genera una descarga disruptiva en el espacio libre
existente entre las bujías 11 y la mezcla combustible - aire
existente dentro de la cámara de precombustión 12 se enciende por
chispa. La llama inflamada dentro de la cámara de precombustión 12
a continuación se propaga hasta la cámara de combustión principal 1
a través del orificio de conexión 17, constituyendo de esta manera
la fuente de encendido de la mezcla combustible - aire dentro de la
cámara de combustión principal 1. Como resultado de ello, se inflama
toda la mezcla de combustible - aire existente dentro de la cámara
de combustión principal 1.
Los efectos son obtenidos al operar en el modo
de motor de gas de encendido por chispa utilizando la cámara de
precombustión son complementados. Los NOx y el rendimiento térmico,
en un motor que incorpora un calibre cilíndrico de 335 mm y una
carrera de 360 mm, fueron respectivamente comparados en el caso de
suministrar ya sea una o dos cámaras de precombustión equipadas con
bujía. En el caso de suministrar una única cámara de precombustión
equipada con bujías, la cámara de precombustión equipada con bujía
se conformó en el centro de la culata cilíndrica.
La relación entre el rendimiento térmico al
freno y los NOx se muestran en la Fig. 4. En la Fig. 4, la
\medcirc, \Delta, y \blacksquare representan los datos
respectivos en los casos en los que la relación de volumen de una
cámara de precombustión equipada con bujía era de 2,1%, 2,4% y 3,0%,
respectivamente. Así mismo, \medbullet, \blacktriangle y
\blacksquare representan los datos respectivos que la relación de
volumen de una pluralidad de cámaras de precombustión equipadas con
bujías era de 1,3%, 1,8 y 2,5%, respectivamente. En el presente
experimento, las prestaciones del motor se midieron durante su
funcionamiento aunque variando la concentración de oxígeno residual
del gas de escape por encima de 11,5 \sim 13,9%, con una BMEP
(presión efectiva media al freno) de 1,23 MPa una velocidad del
motor de 750 rpm, una regulación del encendido BTDC (antes del punto
muerto superior) de 18º y 20º, y una temperatura del aire de
suministro tb (temperatura del aire de carga) de 65ºC.
Hay una tendencia general a mejorar el
rendimiento térmico al freno y a la elevación de los NOx cuando se
hace descender la concentración de oxígeno. Así mismo, al comparar
los NOx en un rendimiento térmico al freno del 38% en el caso de
una cámara de precombustión única equipada con bujía, los NOx se
incrementaron respectivamente de 110 ppm a 160 ppm hasta 200 ppm
cuando la relación del volumen de la cámara de precombustión se
incrementó del 2,1% al 2,4% y hasta el 3,0% según se indicó
mediante las referencias \medcirc, \Delta, \blacksquare y
\Box de la Fig. 4. Por otro lado, en el caso de suministrar una
pluralidad de cámaras de precombustión (por ejemplo, 2), fue
posible hacer descender los NOx potenciando la relación de volumen
de las cámaras de precombustión. Por ejemplo, el nivel de los NOx
en el caso de un porcentaje de volumen del 1,3% (\medbullet en la
Fig. 4) no fue mayor de 100 ppm, el cual era mucho más bajo que en
el caso de una cámara de precombustión única.
La Fig. 5 muestra la relación entre la relación
de volumen respectiva (la suma total de la relación de volumen
respectiva se muestra en el caso de una pluralidad de cámaras de
precombustión) y los NOx cuando una cámara de precombustión única
(única - PCC) y dos cámaras de precombustión (doble - PCC) fueron
respectivamente dispuestas. La concentración de los NOx se plasmó
en la Fig. 4 utilizando los valores en el momento de un rendimiento
térmico de 36 \sim 37%. Como se aprecia en la Fig. 5, el nivel de
los NOx fue inferior en el caso en el que se utilizaron dos cámaras
de precombustión. Esto significa que, incluso al utilizar la misma
energía de encendido, la distribución de las posiciones con el fin
de transmitir la energía de encendido por medio del suministro de
una pluralidad de cámaras de precombustión, fue eficaz para hacer
descender el nivel de los NOx. Como resultado de lo expuesto, es
posible conseguir una reducción drástica del nivel de los NOx
situando una pequeña cámara de precombustión (relación de volumen
de aproximadamente 1 \sim 3%) a cada lado del motor, como en el
motor combinado de la presente invención, y operando en el modo de
motor de gas de encendido por chispa.
De acuerdo con este modo operativo, únicamente
se utilizó combustible líquido, modo en el que una pequeña cantidad
de combustible líquido es inyectada dentro de la cámara de
combustión 1 desde una válvula 30 de inyección de combustible
líquido situada en posición central, en respuesta a la carga
operativa del motor sin utilizar las cámaras de precombustión
equipadas con bujía dispuestas a cada lado de dicho motor.
De acuerdo con este modo operativo, el gas es
utilizado como combustible principal y una pequeña cantidad de
combustible líquido es utilizada como combustible auxiliar, en el
que la mezcla de combustible - aire dentro de la cámara de
combustión 1 es inflamada por medio de la inyección de una pequeña
cantidad (esto es, aproximadamente de 5 \sim 15% de la cantidad
total de calor) del combustible líquido desde una válvula central 30
de inyección de combustible líquido, y utilizando este combustible
líquido inyectado como fuente de encendido. En consecuencia, este
modo operativo utiliza el motor combinado como motor de gas y
utiliza las cámaras de precombustión equipadas con bujía.
De acuerdo con este modo operativo, dentro del
mismo ciclo de combustión, una mezcla de combustible - aire que
comprende aire y combustible gaseoso es suministrada a la cámara de
combustión principal 1 y un gas piloto es suministrado a la cámara
de combustión 12 de la unidad 10 de cámara de precombustión equipada
con bujía y es encendido por chispa por medio de una bujía 11, en
aproximadamente el mismo momento o alternativamente antes o después
de este encendido por chispa, una pequeña cantidad de combustible
líquido es inyectado desde una válvula central 30 de inyección de
combustible líquido, produciéndose el encendido por compresión. La
mezcla de combustible - aire existente en la cámara de combustión 1
es a continuación inflamada utilizando, como fuente de encendido,
las porciones inflamadas por compresión e inflamadas por chispa
anteriormente mencionadas. De esta manera, es posible provocar la
combustión de la mezcla de combustible - aire utilizando un
encendido multipunto (por ejemplo, tres puntos en este ejemplo).
Así mismo, ajustando con precisión (1), el periodo de encendido por
chispa de las fuentes de encendido 2, (2) el periodo de inyección de
combustible piloto, y (3) la cantidad de inyección, es posible
mejorar la combustibilidad de la mezcla de combustible - aire y
también mejorar el rendimiento térmico secundario para acortar el
periodo de combustión.
Los efectos del acortamiento del periodo de
combustión por medio de un encendido multipunto en el caso del modo
de motor de gas de encendido híbrido son también añadidos.
La Fig. 6A es un diagrama que muestra los
resultados experimentales obtenidos al comparar la velocidad de la
liberación de calor mediante un procedimiento de cámara de
combustión única (procedimiento que implica únicamente una cámara
de combustión principal sin una cámara de precombustión) y mediante
un procedimiento de cámara de precombustión (esto es, como en el
caso del presente ejemplo). En la Fig. 6A, se muestran tanto un
procedimiento de cámara de combustión única PCC y un procedimiento
de cámara de combustión única OC. En el caso de una OC, una
comparación adicional se lleva a cabo comparando el supuesto de una
bujía (OC (1 bujía)) y dos bujías (OC (2 bujías)). En el momento
del experimento, las primera y segunda bujías A, B fueron
respectivamente situadas en posición central y hacia un lado, como
se muestra en la Fig. 6B. En el caso de una bujía única, únicamente
fue utilizada la bujía central A, mientras que en el caso de dos
bujías, fueron empleadas ambas bujías A y B.
Las pautas de la velocidad de la liberación de
calor mostradas en la Fig. 6A indican que el encendido multipunto
(esto es, en el caso de dos bujías) así como la energía generada a
partir de un encendido enérgico (esto es, en el caso de utilizar
una cámara de precombustión PCC como fuente de encendido) son
eficaces para obtener una rápida combustión. En otras palabras,
cuando se emplean dos bujías (representadas por las líneas de puntos
larga - corta alternantes de la figura) después del punto muerto
superior, la liberación de calor se completa cuando el ángulo de
calado se aproxima a los 40º, lo que representa un periodo de
combustión más corto en comparación con el obtenido con una sola
bujía (representada por la línea de puntos de la figura). Así mismo,
de acuerdo con un procedimiento de cámara de precombustión
(representado por la línea continua de la figura) con una energía
de encendido incluso más fuerte, la liberación de calor se completa
cuando el ángulo de calado se aproxima a los 30º después del punto
medio superior, lo que representa un periodo de combustión todavía
más corto. En consecuencia, como se aprecia en la presente forma de
realización, es posible obtener una combustión rápida mediante la
disposición de múltiples fuentes de encendido (por ejemplo,
disponiendo dos cámaras de precombustión) con una energía de
encendido fuerte. Así mismo, un periodo de combustión más corto
contribuye a una mejora del rendimiento térmico, de forma que
también se mejora el rendimiento térmico.
Inicialmente, al comparar las energías de
encendido, en el caso de la utilización de bujías únicas, se generan
aproximadamente 0,1 J; sin embargo, en el caso de la inyección
piloto, cuando el aceite del combustible piloto es el 1% del total
de la cantidad de calor, la energía generada es de aproximadamente
600 J. Esto indica que el encendido multipunto producido por las
cámaras 10 de precombustión equipadas con bujía y la cámara 30 de
precombustión equipada con válvula de inyección de combustible
piloto contribuyen enormemente a la mejora de la combustión.
Así mismo, de acuerdo con el motor combinado de
la presente forma de realización, como se muestra en la Fig. 1, la
válvula 30 de inyección de combustible líquido dispuesta en posición
central es instalada desde el exterior del motor. Sin embargo, es
posible retirar esta válvula 30 de inyección de combustible líquido
y sustituirla por una unidad 10 de cámara de precombustión equipada
con bujía. La Fig. 7 muestra un ejemplo de dicha sustitución. Sin
embargo, de acuerdo con este diseño, los números y la dirección de
los orificios de conexión 17 de la unidad 10 de cámara de
precombustión equipada con bujía, situada en posición central,
difieren de los puntos 17 de conexión dispuestos en las cámaras de
precombustión 12 situadas a cada lado de aquella. Este aspecto está
diseñado para que las llamas en chorro lanzadas desde los orificios
de conexión 17 de la unidad 10 de cámara de precombustión equipada
con bujía, centralmente dispuesta, no golpee e interfiera con las
llamas en chorro lanzadas desde los orificios de conexión 17
dispuestos en las cámaras de precombustión 12 situadas a cada lado
de aquella, lo que provocaría una pérdida de energía. De esta manera
el área de encendido se incrementa, lo que posibilita un
acortamiento del periodo (duración) de combustión, y una mejora del
rendimiento térmico.
Así mismo, en el caso de que no se ejecute un
modo de operación gaseoso que utilice un encendido por chispa
durante un periodo prolongado, un obturador 40 puede instalarse en
lugar de la bujía 11 (véase la Fig. 1) de la unidad 10 de cámara de
precombustión equipada con bujía, con el fin de sellar la abertura
después de retirar la bujía anteriormente mencionada.
A continuación, se describirá la respuesta a
cuando, por ejemplo, una de las unidades 10 de cámara de
precombustión equipada con bujía, se pierde como una función de la
fuente de encendido durante la operación como motor de gas de
encendido por chispa anteriormente mencionado y/o motor de gas de
encendido híbrido.
Cuando este estado ocurre, la temperatura de
escape extrema cambia y se producen cambios de presión máxima
debido a la reducción de la eficacia de la combustión de la mezcla
de combustible - aire dentro de la cámara de combustión principal.
La Fig. 9 muestra la relación de consumo de combustible específica,
los NOx, la temperatura de escape, y la presión máxima,
respectivamente, en el caso en el que (1) todos los cilindros están
funcionando adecuadamente, (2) una mitad de la función de encendido
(disparo) desde el cilindro No. 1 ha cesado, y (3) una mitad de la
función de encendido respectiva desde los cilindros No. 1 y No. 5
han cesado simultáneamente. Como se aprecia en la Fig. 9, cuando
tiene lugar una anormalidad de la función de encendido, se producen
cambios extremos, particularmente en la temperatura de escape, de
forma que una respuesta sigue al cambio de la temperatura de
escape.
El flujo de operaciones en este momento se
muestra en la Fig. 10.
Al empezar la operación del motor, inicialmente
se selecciona el modo operativo. Las amplias categorías incluyen
seleccionar o bien un modo gaseoso o un modo diesel; dentro del modo
gaseoso, cualquier modo entre el modo de motor gaseoso de encendido
por chispa, el modo de motor gaseoso de encendido híbrido, o el modo
de motor gaseoso de inyección piloto, pueden ser seleccionados (S1
- S7). La operación correspondiente se lleva entonces a cabo en
base al modo seleccionado.
Al dirigir la operación gaseosa, se controla la
temperatura de escape de salida de los cilindros, y cuando tiene
lugar una gran caída de la temperatura, se genera una alarma de
encendido anormal, concretándose el cilindro anormal y apartándolo
al tiempo que se para la alarma (S10 - S14). Al mismo tiempo la
operación continúa hasta la etapa S15 de selección de acción, y se
lleva a cabo una selección entre una operación de carga del motor,
una operación de gas, o una operación diesel, como contramedida (S16
- S18). Cuando se selecciona una operación de carga del motor, se
lleva a cabo una selección adicional entre, o bien la reducción de
la carga operativa o de la detención del motor (S19 - S21). Así
mismo, cuando se selecciona una operación de gas, el proceso avanza
cuando se detecta una anormalidad en el encendido, por ejemplo
cuando se selecciona el motor de gas de encendido híbrido, o bien
se incrementa la cantidad de aceite piloto para conseguir una
combustión estable, o alternativamente, el proceso se cambia a la
operación diesel como combustible % líquido, de esta manera, es
posible continuar la operación sin reducir la potencia, eficacia,
etc, del motor.
Según lo descrito con anterioridad, de acuerdo
con el motor de la presente invención, es posible dirigir
selectivamente tanto el encendido por chispa como el encendido por
compresión dentro del mismo motor, y como resultado de ello,
responder instantáneamente con el combustible gaseoso y con el
combustible gaseoso. Así, es posible obtener una respuesta en
consonancia con las circunstancias energéticas (por ejemplo de
acuerdo con la capacidad de abastecimiento de combustible) de una
región, y también con otras circunstancias, como por ejemplo en el
caso de que un tipo de combustible no esté disponible, ya sea
durante un corto o durante un largo periodo de tiempo. Por ejemplo,
es posible utilizar el motor en circunstancias normales como
generador de motor de gas (por ejemplo para su uso en cogeneración)
o como generador de motor diesel para suministrar energía eléctrica
durante emergencias, como por ejemplo un fuego.
En consecuencia, de acuerdo con la presente
invención es posible conseguir un motor combinado que ofrece una
baja contaminación cuando utiliza combustible gaseoso y un
rendimiento térmico elevado cuando utiliza combustible líquido, sin
requerir elevados costes de fabricación del motor.
Claims (4)
1. Procedimiento de operación de un motor
combinado, en el que al menos un carburante seleccionado entre un
carburante gaseoso y un carburante líquido es suministrado y quemado
dentro del motor para proporcionar una potencia de arrastre,
comprendiendo dicho motor:
- una cámara de combustión (1) que comprende un pistón (3). un cilindro (2) y una culata del cilindro (4);
- una cámara de precombustión (10) dispuesta dentro de dicha culata del cilindro y equipada con una bujía (11) que sirve como fuente de encendido de una mezcla de combustible - aire, que comprende aire y dicho combustible gaseoso dentro de dicha cámara de combustión principal (1); y
- una válvula (30) de inyección de combustible líquido dispuesta dentro de dicha culata del cilindro (4) para inyectar dicho combustible líquido dentro de dicha cámara de combustión principal (1),
estando el procedimiento
caracterizado por las siguientes etapas durante una operación
normal:
- suministrar una mezcla de combustible - aire que comprende combustible gaseoso y aire en dicha cámara de combustión principal (1);
- suministrar un gas piloto a dicha cámara de precombustión (10) equipada con bujía, y encender por chispa dicho gas piloto por medio de dicha bujía (11); y
- quemar dicha mezcla de combustible - aire dentro de dicha cámara de combustión (1) utilizando dicha cámara de precombustión (10) equipada con bujía como fuente de encendido,
y por efectuar otro proceso
operativo seleccionado a partir de una operación del motor bajo
carga, es decir se lleva a cabo una selección, o bien reduciendo la
carga operativa, o bien parando el motor, una operación por gas,
esto es, el motor es operado con un encendido híbrido con un
encendido por chispa de un gas piloto y un encendido de compresión
de combustible líquido, y una operación diesel que utiliza
combustible líquido únicamente cuando se detecta una anormalidad
del encendido de dicha cámara de precombustión (10) equipada con
bujía, debida a un cambio de la temperatura de
escape.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que dicha operación diesel comprende:
- inyectar, con una sincronización predeterminada un combustible líquido desde dicha válvula (30) de inyección de combustible líquido hasta el interior de dicha cámara de combustión principal (1); y
- encender por compresión dicho combustible líquido inyectado dentro de dicha cámara de combustión (1).
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, comprendiendo así mismo un modo de accionamiento
del motor combinado como motor de gas de inyección piloto englobando
dicho modo las etapas de:
- suministrar una mezcla de combustible - aire que comprende combustible gaseoso y aire en dicha cámara de combustión principal (1);
- inyectar una pequeña cantidad de combustible líquido desde dicha válvula (30) de inyección de combustible líquido hasta el interior de dicha cámara de combustión (1);
- encender por compresión dicho combustible líquido inyectado dentro de dicha cámara de combustión principal (1); y
- quemar dicha mezcla de combustible - aire dentro de dicha cámara de combustión (1) utilizando dicha porción inflamada por compresión como fuente de encendido.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende una operación de encendido híbrido
del motor de gas combinado mediante la cual, durante dicha operación
normal, la etapa siguiente se lleva a cabo en el mismo ciclo de
combustión que dichas etapas de suministrar una mezcla de
combustible - aire, suministrar un gas piloto, encender por chispa
el gas piloto y quemar la mezcla de combustible - aire:
- inyectar una pequeña cantidad de combustible líquido desde dicha válvula (30) de inyección de combustible líquido y encender por compresión dicho combustible líquido con aproximadamente la misma sincronización, o alternativamente antes o después de dicho encendido por chispa.
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