ES2273751T3 - Procedimiento para alimentar una mezcla de carburante-aire a un motor de combustion y dispositivo para la puesta en practica del procedimiento. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para alimentar una mezcla de carburante-aire (() a un motor de combustión, en el que se prepara una mezcla de carburante-aire primario a partir de una corriente de aire primario y un carburante y se empobrece esta mezcla de carburante-aire primario por medio de una corriente de aire secundario aspirada en un embudo de aire (2) de doble efecto antes de que la mezcla de carburante-aire (() atraviese la abertura de la válvula de mariposa del motor de combustión, caracterizado porque se prepara una mezcla de carburante-aire primario con una relación de mezclado ( < 1 a partir de la corriente de aire primario y el carburante y a continuación, aguas abajo del sitio de mezclado, al principio del segmento de expansión (2c), se aspira aire secundario hacia el embudo a través de aberturas (8) de aspiración de aire a la misma altura que el cuello del embudo o justo a continuación del cuello (2b) del embudo, y dicho aire secundario se combina con la mezcla de carburante-aire primario y eventualmente con más aire primario y se prepara así una mezcla de carburante-aire (() con una relación de mezclado ( > 1.

Description

Procedimiento para alimentar una mezcla de carburante-aire a un motor de combustión y dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento.

La presente invención concierne a un procedimiento para alimentar una mezcla de carburante-aire a un motor de combustión según el preámbulo de la reivindicación 1. Asimismo, la invención concierne a un dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 6.

Tales dispositivos son conocidos y comprenden en general un embudo de aire que está conectado por el lado de entrada a un conducto de alimentación de aire primario y en el estrechamiento a un conducto de alimentación de carburante y que está conectado por el lado de salida al conducto de aspiración de un motor de combustión aguas abajo de la válvula de mariposa del motor. En el embudo de aire se forma aguas abajo de su cuello por efecto de la corriente de aire primario aspirada - mientras está abierta o parcialmente abierta la válvula de mariposa - una depresión con la cual se aspira un carburante o una emulsión de carburante a través del conducto de carburante montado en la zona de depresión y se mezcla este carburante o su emulsión con el aire primario para formar una mezcla de carburante-aire.

Un problema con tales dispositivos dotados de un embudo de aire consiste en que a un ángulo de apertura determinado de la válvula de mariposa del motor se suprime la depresión por debajo de dicha válvula de mariposa. De este modo, el motor de combustión aspirará en el estrechamiento del embudo de aire, con lo que prácticamente se anula su principio de funcionamiento físico. En este estadio se presenta un efecto de estrangulación, con lo que deja de fluir la mezcla de carburante-aire. Es necesario entonces añadir más carburante a la corriente de aire por encima del embudo de aire, lo que se efectúa con ayuda de un llamado dispositivo de enriquecimiento a plena carga. Sin embargo, esto adolece del inconveniente de que la mezcla de carburante-aire resulta ser muy rica.

Por tanto, en los documentos NL 164 933 y NL 164 118 se propone un dispositivo con el cual se alimenta a la mezcla de carburante-aire, aguas abajo de la válvula de mariposa, aire secundario que empobrezca la mezcla. Sin embargo, este aire alimentado aguas abajo de la válvula de mariposa tiene influencia sobre la composición de la mezcla únicamente en la región de carga nula y al comienzo de la región de carga parcial, mientras que tiene poca influencia sobre el aumento progresivo de la alimentación de carburante a la corriente de aire primario. Esto significa que existe poca influencia sobre el enriquecimiento de la mezcla en dirección a la región de plena carga del motor.

Asimismo, se conoce por el documento DE-OS 23 49 877 un dispositivo en el que se alimenta aire secundario a la mezcla de carburante-aire en la región de expansión de un embudo de aire por encima de la válvula de mariposa. La alimentación de aire secundario es controlada en este dispositivo por medio de un aparato de control mecánico con una cápsula barométrica, y tiene lugar una alimentación de aire secundario únicamente cuando disminuye la presión del aire exterior o fluctúa fuertemente la temperatura. En el dispositivo conocido la alimentación de aire secundario no tendrá influencia alguna o sólo tendrá una influencia muy pequeña sobre el aumento progresivo del carburante en la corriente de aire primario, ya que el aire secundario es alimentado sólo temporalmente a presiones demasiado bajas y entonces también solamente en pequeñas cantidades.

Un procedimiento y un dispositivo de preparación de una mezcla de carburante-aire para motores de combustión de la clase citada al principio son conocidos por el documento WO 96/29511. Los dispositivos conocidos poseen una disposición de Venturi con un primer segmento de embudo convergente que se puede conectar por el lado de entrada a un conducto de alimentación de aire primario, y un segmento de expansión del lado de salida que se puede conectar a un conducto de alimentación de la mezcla de carburante-aire de un motor de combustión aguas arriba de la válvula de mariposa del motor. Entre el segmento de embudo convergente y el segmento de expansión está previsto un segmento de forma tubular. En la parte convergente del embudo de aire están previstas unas aberturas de aspiración a través de la cual se añade un gas de escape a la mezcla de combustible-aire alimentada. Mediante la alimentación en la parte convergente del Venturi se pretenden lograr una aceleración del flujo y, en consecuencia, unas capas límite estables.

Se conoce también por el documento DE 262205 A un carburador de inyección para vehículos automóviles de la clase citada al principio. En este carburador de inyección se prepara en el segmento de expansión de un embudo de aire de doble efecto una mezcla de carburante-aire primario a partir de una corriente de aire primario y un combustible. A continuación del embudo de aire de doble efecto están previstas en un segmento de tubo unas aberturas de aspiración de aire secundario a través de las cuales se aspira una corriente de aire secundario para empobrecer la mezcla de carburante-aire primario antes de que ésta atreviese la válvula de mariposa.

Se conoce de manera semejante por el documento "New Gas Mixer for Gas Engines" el recurso de preparar una mezcla de carburante-aire alimentando un gas combustible a una corriente de aire primario en el segmento de expansión de un Venturi.

Por último, se conoce por el documento EP-A-0 857 870 una disposición de Venturi para preparar una mezcla de carburante-aire. En esta disposición se alimenta a una corriente de aire un combustible que es aspirado a través de aberturas de alimentación de combustible previstas en el cuello del Venturi.

El cometido de la invención consiste en indicar un procedimiento y un dispositivo de la clase citada al principio que hagan posible se mantenga al menos sustancialmente constante la relación de mezclado de una mezcla de carburante-aire - que se alimenta a un motor de combustión - en todo el intervalo de número de revoluciones y de carga del motor.

Este problema se resuelve en un procedimiento de la clase citada al principio por medio de las particularidades caracterizadoras de la reivindicación 1. Además, el problema se resuelve en un dispositivo de la clase citada al principio por medio de las particularidades caracterizadoras de la reivindicación 6.

Mediante esta ejecución se consigue que, al aumentar la velocidad de flujo del aire primario a consecuencia de la acción de Venturi en las aberturas de aspiración existentes para el aire secundario, aumente progresivamente la corriente de aire secundario, con lo que se puede compensar el aumento de la alimentación de carburante y se puede mantener sustancialmente constante la relación de mezclado. Esto se puede conseguir técnicamente haciendo que las aberturas de aspiración de aire estén previstas al principio del segmento de expansión. Debido al hecho de que las aberturas de aspiración están dispuestas a la misma altura que el estrechamiento del embudo de aire de doble efecto o inmediatamente por debajo de dicho estrechamiento, se consigue que se influya sobre la acción del estrechamiento y sobre la acción de un embudo de aire auxiliar eventualmente existente, con lo que, por un lado, se mantendrá constante la relación de mezclado y, por otro lado, no es necesaria tampoco una alimentación de carburante adicional a través de un dispositivo de enriquecimiento a plena carga.

En una ejecución de la invención se ha previsto que se agregue gas de escape del motor a la corriente de aire secundario para reducir la emisión de NO_{x} del motor de combustión.

Respecto de otras ejecuciones ventajosas de la invención, se remite al lector a las reivindicaciones subordinadas y a la descripción siguiente de un ejemplo de realización con referencia al dibujo adjunto. Muestran en el dibujo:

La figura 1, un dispositivo para preparar una mezcla de carburante-aire según la presente invención en una vista en sección esquemática,

La figura 2, el embudo de aire de doble efecto del dispositivo de la figura 1 en una vista en sección,

La figura 3, una segunda forma de realización de un embudo de aire de doble efecto según la presente invención y

La figura 4, una tercera forma de realización de un embudo de aire de doble efecto según la presente invención.

En la figura 1 se representa un dispositivo 1 según la presente invención que sirve para producir o preparar una mezcla de carburante-aire para un motor de combustión. El dispositivo 1 comprende un embudo de aire 2 de doble efecto que está conectado por el lado de entrada a un conducto 3 de alimentación de aire primario y por el lado de salida al tubo de aspiración 4 del motor - que por lo demás no se representa con más detalle - con la válvula de mariposa 5 del motor dispuesta en dicho tubo. En el conducto 3 de alimentación de aire primario está previsto de manera en sí conocida un embudo de aire auxiliar 6 en cuya zona de estrechamiento desemboca un conducto 7 de alimentación de carburante a través del cual se puede aspirar una emulsión de carburante hacia el embudo de aire auxiliar 6. El embudo de aire auxiliar 6 desemboca en la zona del cuello 2b del embudo de aire 2 de doble efecto.

El embudo de aire 2 de doble efecto presenta según la invención, a continuación de su cuello 2b, un segmento de expansión 2c en el que se agranda continuamente la sección transversal de flujo hacia el tubo de aspiración 4. Al principio de este segmento de expansión 2c el embudo de aire 2 de doble efecto presenta una pluralidad de aberturas de aspiración 8 que están distribuidas a lo largo del perímetro del embudo de manera uniformemente distanciada y a través de las cuales se puede aspirar hacia dentro del espacio interior del embudo el aire secundario procedente de un conducto 9 de alimentación de aire secundario - que rodea al embudo de aire 2 de doble efecto - para empobrecer la mezcla de carburante-aire.

El embudo de aire 2 y la forma de las aberturas de aspiración 8 pueden variar. En las figuras 2 a 4 están representadas unas variantes correspondientes. Es evidente que las aberturas de aspiración pueden tener también formas distintas de las representadas en las figuras 2 a 4.

El funcionamiento del dispositivo según la invención es como sigue:

Durante la marcha en vacío del motor de combustión se formula la mezcla de carburante-aire por medio de un sistema convencional de preparación de la mezcla bajo marcha en vacío que, por motivos de simplificación, no ha sido representado. Al abrir la válvula de mariposa 5, un sistema de preparación de una mezcla de transición, no representado tampoco, determinará inicialmente de manera conocida, junto con el sistema de marcha en vacío, la formación de la mezcla en el tubo de aspiración 4 aguas abajo de la válvula de mariposa 5.

Abriendo la válvula de mariposa 5 se aspira hacia el dispositivo 1 una corriente de aire primario a través del conducto 3 de alimentación de aire primario a consecuencia de la depresión que reina aguas abajo de la válvula de mariposa 5 en comparación con la zona del conducto situada aguas arriba del embudo de aire auxiliar 6. Esta corriente de aire primario generará una depresión en el segmento de expansión 2c del embudo de aire 2 de doble efecto, con lo que se origina una diferencia de presión entre el lado inferior y el lado superior del embudo de aire auxiliar 6, en donde reina la presión atmosférica. Se pone entonces en marcha una corriente de aire a través del embudo de aire auxiliar 6, la cual genera en la desembocadura del conducto 7 de alimentación de carburante una depresión que aspira una emulsión de carburante-aire a través del conducto 7 de alimentación de carburante. Esta emulsión se mezclará con la corriente de aire en el embudo de aire auxiliar 6. A continuación, se combina esta mezcla con el aire primario aspirado en la región de expansión 2c del embudo de aire 2, con lo que se ajusta una relación de mezclado \lambda < 1.

Al mismo tiempo, se origina una depresión en las aberturas de aspiración 8, de modo que a través de estas aberturas se produce una corriente de aire secundario hacia el embudo de aire 2 de doble efecto, la cual se combina con la mezcla de carburante-aire generada y la empobrece hasta una relación 8 \lambda 1. Se puede agregar también gas de escape del motor a la corriente de aire secundario para reducir la expulsión de óxidos de nitrógeno del mismo.

Cuando aumentan progresivamente la corriente de aire primario y, por tanto, también la aspiración de la emulsión de carburante-aire al abrir cada vez más la válvula de mariposa 5, aumentará al mismo tiempo progresivamente la alimentación de aire secundario, con lo que se ajusta una relación de mezclado constante de carburante-aire.

Dado que las aberturas de aspiración de aire 8 están dispuestas a la misma altura que el cuello del embudo de aire 2 de doble efecto o inmediatamente por debajo de dicho cuello, se tiene que, bajo una apertura mayor de la válvula de mariposa hasta la región de plena carga, no se presentará ningún efecto de estrangulación cuando se suprima la depresión por debajo de la válvula de mariposa, ya que el motor de combustión aspirará entonces primeramente por las aberturas de aspiración 8 de la alimentación de aire secundario, con lo que la alimentación de aire no deja de fluir y garantiza un alto grado de llenado y se conserva el principio de funcionamiento físico, de modo que no se precisa una alimentación de carburante adicional a la corriente de aire primario por medio de un dispositivo de enriquecimiento a plena carga para conseguir el grado de llenado necesario. Esto da como resultado un consumo de carburante muy bajo durante la aceleración.

El dispositivo según la invención puede utilizarse también en motores de combustión con inyección indirecta de carburante. En este caso, se dispone también el embudo de aire de doble efecto aguas arriba de la válvula de mariposa, instalándose en lugar del embudo de aire auxiliar una boquilla de inyección por encima del estrechamiento del embudo de aire.

Claims (6)

1. Procedimiento para alimentar una mezcla de carburante-aire (8) a un motor de combustión, en el que se prepara una mezcla de carburante-aire primario a partir de una corriente de aire primario y un carburante y se empobrece esta mezcla de carburante-aire primario por medio de una corriente de aire secundario aspirada en un embudo de aire (2) de doble efecto antes de que la mezcla de carburante-aire (\lambda) atraviese la abertura de la válvula de mariposa del motor de combustión, caracterizado porque se prepara una mezcla de carburante-aire primario con una relación de mezclado \lambda < 1 a partir de la corriente de aire primario y el carburante y a continuación, aguas abajo del sitio de mezclado, al principio del segmento de expansión (2c), se aspira aire secundario hacia el embudo a través de aberturas (8) de aspiración de aire a la misma altura que el cuello del embudo o justo a continuación del cuello (2b) del embudo, y dicho aire secundario se combina con la mezcla de carburante-aire primario y eventualmente con más aire primario y se prepara así una mezcla de carburante-aire (\lambda) con una relación de mezclado \lambda > 1.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se aspira la corriente de aire primario a través del cuello (2b) del embudo de aire (2) de doble efecto.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque se aspira también el carburante a través del cuello (2b) del embudo.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se inyecta el carburante en la corriente de aire primario.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se añade gas de escape a la corriente de aire secundario para reducir la emisión de NO_{x} del motor de combustión.

6. Dispositivo de preparación de una mezcla de carburante-aire para motores de combustión, que comprende un embudo de aire (2) de doble efecto que puede conectarse por el lado de entrada a un conducto (3) de alimentación de aire primario y por el lado de salida, a través de un segmento de expansión (2c) del embudo de aire (2) - que forma una cámara de mezclado en la que se mezclan una corriente de aire primario alimentada a través del conducto (3) de alimentación de aire primario y un carburante o una emulsión de carburante alimentados a través del conducto (7) de alimentación de carburante para formar una mezcla de carburante-aire - al conducto (4) de alimentación de la mezcla de carburante-aire de un motor de combustión aguas arriba de la válvula de mariposa (5) del motor, estando previstas en el segmento de expansión (2c) unas aberturas (8) de aspiración de aire a través de las cuales se puede aspirar aire secundario, caracterizado porque las aberturas (8) de aspiración de aire están previstas al principio del segmento de expansión (2c) del embudo de aire (2) a la misma altura que el cuello (2b) de dicho embudo o bien dispuestas inmediatamente a continuación de dicho cuello (2b) del embudo, y porque las aberturas (8) de aspiración de aire están conectadas a un conducto (9) de aire secundario, estando previsto aguas arriba del conducto (3) de alimentación de aire primario y del conducto (9) de aire secundario un espacio de aire del que parten el conducto (3) de alimentación de aire primario y el conducto (9) de aire secundario.