ES2280001T3 - Metodo para controlar una valvula de un sistema de escape. - Google Patents
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Abstract
Método para controlar una válvula (10) de un sistema de intercambio de calor de gases de escape de un motor de combustión interna, comprendiendo el sistema un canal del cambiador de calor (5) con un cambiador de calor (7) y un canal de derivación (9) que se puede accionar para rodear el cambiador de calor (7), comprendiendo el método las siguientes fases: - se determina que el calor se va a transferir desde el gas de escape que pasa a través del sistema hasta el cambiador de calor (7); - la válvula (10) se conmuta en una primera posición en la que todo el gas de escape pasa a través del canal del cambiador de calor (5); - se monitoriza con la ayuda de medios directos o indirectos una caída de presión a través del sistema de intercambio de calor; - la válvula se conmuta en una posición intermedia si la caída de presión alcanza un límite predefinido, haciendo la posición intermedia que pase una primera parte del gas de escape a través del canal del cambiador de calor (5) y la parte restante através del canal de derivación (9), reduciéndose así la caída de presión a través del sistema de intercambio de calor; - la válvula se conmuta en una segunda posición si la caída de presión alcanza de nuevo un límite predefinido, haciendo la segunda posición que pase una segunda parte del gas de escape a través del canal del cambiador de calor (5), siendo la segunda parte menor que la primera, reduciéndose de ese modo aún más la caída de presión a través del sistema de intercambio de calor.
Description
Método para controlar una válvula de un sistema
de escape.
La presente invención se refiere a un método
para controlar una válvula de un sistema de escape, en concreto una
válvula usada para controlar el flujo de gas de escape a través de
un cambiador de calor.
El cambiador de calor forma parte de un sistema
de calefacción auxiliar que se usa cada vez más en vehículos que
tienen motores de combustión modernos con bajo consumo de
carburante. Estos motores de combustión interna, debido a su alto
rendimiento, sólo pierden una pequeña cantidad de calor disponible
para el sistema de calefacción del vehículo. Esto hace que el
sistema de calefacción tenga un rendimiento térmico reducido
considerado incómodo para los ocupantes del vehículo. En
consecuencia, se han desarrollado sistemas que usan un cambiador de
calor dispuesto en el sistema de escape del vehículo. El cambiador
de calor permite ganar una parte determinada del calor del gas de
escape que queda después disponible para calentar el interior del
vehículo.
Tales sistemas tienen normalmente un canal de
gas de escape en el que está dispuesto el cambiador de calor, y un
canal de derivación. Al controlar la parte de todo el gas de escape
que circula por el canal del cambiador de calor, se puede obtener
una característica de calentamiento deseada del sistema. Para
conseguir este fin, se proporciona la válvula que se controla
dependiendo de parámetros externos.
La DE 19500476, describe un sistema de
calefacción del compartimiento de pasajeros del coche en el que se
pone en marcha el cambiador de calor de gas de escape si la
temperatura de refrigeración del motor está por debajo de la
temperatura de la entrada del radiador.
La GB 2301177 A describe un cambiador de calor
de gases de escape de un motor en el que se puede extraer calor de
los gases de escape para elevar la temperatura del líquido
refrigerante del motor.
La CA 02273698 describe un cambiador de calor
para elevar la temperatura de fluidos para automóviles o disminuir
la temperatura de los gases de escape calientes.
En general, un cambiador de calor ofrece una
mayor resistencia a los gases de escape que circulan por el sistema
de escape cuando éste experimenta una caída de presión. Esta caída
de presión se añade a la contrapresión del sistema de escape, que
en general se va a mantener baja a fin de obtener un buen
rendimiento del motor. En determinadas condiciones, en concreto con
tiempo frío, la finalidad de proporcionar un mejor rendimiento
térmico haciendo que el gas de escape circule por el cambiador de
calor puede no estar en armonía con la finalidad de proporcionar un
buen rendimiento del motor manteniendo baja la contrapresión del
sistema de escape.
Por tanto, se necesita un método para controlar
una válvula de un sistema de escape de manera que se consiga un
buen rendimiento térmico asegurando al mismo tiempo que la caída de
presión a través del cambiador de calor y por lo tanto la
contrapresión del sistema de escape no sobrepase los límites
dados.
Con este fin, la invención proporciona un método
para controlar una válvula de un sistema de intercambio de calor de
gases de escape de un motor de combustión interna, comprendiendo el
sistema un canal del cambiador de calor con un cambiador de calor
y un canal de derivación que se puede accionar para rodear el
cambiador de calor. El método comprende las siguientes fases:
En primer lugar, se determina que el calor se va a transferir desde
el gas de escape que pasa a través del sistema hasta el cambiador de
calor. A continuación, la válvula se conmuta en una primera
posición en la que todo el gas de escape pasa a través del canal del
cambiador de calor. Se monitoriza con la ayuda de medios directos o
indirectos una caída de presión a través del sistema de intercambio
de calor. La válvula se conmuta en una posición intermedia si la
caída de presión alcanza un límite predefinido, haciendo la
posición intermedia que pase una primera parte del gas de escape a
través del canal del cambiador de calor y la parte restante a
través del canal de derivación, reduciéndose así la caída de
presión a través del sistema de intercambio de calor. La válvula se
conmuta en una segunda posición si la caída de presión alcanza de
nuevo un límite predefinido, haciendo la segunda posición que pase
una segunda parte del gas de escape a través del canal del
cambiador de calor, siendo la segunda parte menor que la primera,
reduciéndose de ese modo aún más la caída de presión a través del
sistema de intercambio de calor.
La invención se basa en reconocer que, si se
empieza desde una condición en la que todo el gas de escape circula
a través del cambiador de calor, se obtiene una reducción
significativa de la caída de presión permitiendo que sólo una
pequeña cantidad de gas de escape circule a través del canal de
derivación, sin que esto produzca una reducción notable del
rendimiento térmico del sistema de calefacción auxiliar. Dicho de
otro modo, la caída de presión a través del cambiador de calor es
más sensible a una reducción de gasto ponderal que el rendimiento
térmico del sistema de calefacción auxiliar. Teniendo en cuenta este
reconocimiento, la invención se basa en la idea de reducir en las
fases la parte del gas de escape que circula a través del cambiador
de calor.
Suponiendo que las demandas del sistema
convergen en el rendimiento térmico, la posición de la válvula del
sistema de intercambio de calor de gases de escape puede controlarse
de manera continua o usando una pluralidad de posiciones
intermedias de manera que la caída de presión esté por debajo del
límite predefinido, obteniéndose así un rendimiento térmico máximo
sin afectar de manera adversa al rendimiento del motor. Suponiendo
que las demandas del sistema convergen en los costes, la posición
de la válvula se puede cambiar entre unas cuantas posiciones
definidas. En una realización preferida, sólo se usan tres
posiciones de la válvula. La segunda posición corresponde a una
posición en la que el cambiador de calor se apaga y todo el gas de
escape circula por el canal de derivación.
A partir de ahora la invención se describe con
referencia a una realización preferida que se muestra en los
dibujos que se acompañan. En los dibujos:
La figura 1 muestra esquemáticamente un primer
ejemplo de un sistema de intercambio de calor de gases de
escape.
La figura 2 muestra esquemáticamente un segundo
ejemplo de un sistema de intercambio de calor de gases de
escape.
La figura 3 muestra una vista superior del
sistema de intercambio de calor de gases de escape de la figura
2.
La figura 4 muestra un gráfico que indica un
ejemplo de caída de presión frente al gasto ponderal de gas obtenido
con el método según la invención.
A continuación, y con referencia a las figuras 1
y 2, se describen dos realizaciones de un sistema de intercambio de
calor usadas en sistemas de calefacción auxiliares. En ambas
realizaciones, el gas de escape de un motor de combustión interna
(no se representa) entra en la dirección de la flecha P desde el
lado derecho como se observa en los dibujos. El sistema ofrece un
canal del cambiador de calor 5 con un cambiador de calor 7 para el
gas de escape, y un canal de derivación 9. Una válvula 10 se utiliza
para controlar el flujo de gas de escape que pasa por el canal del
cambiador de calor 5 y el canal de derivación 9.
En la realización de la figura 1, la cantidad de
flujo de gas que pasa por los canales se controla cambiando la
resistencia a la fluencia del canal de derivación 9. Cuando la
válvula 10 está en su posición completamente abierta, la
resistencia a la fluencia del canal de derivación 9 es
significativamente menor que la resistencia a la fluencia del
cambiador de calor 7 que está en el canal del cambiador de calor 5,
dando esto como resultado que casi no circule gas por el cambiador
de calor. Cuando la válvula 10 está en su posición completamente
cerrada, el flujo de gas que pasa por el canal de derivación 9 queda
bloqueado, y el gas circula completamente por el cambiador de calor
7, excepto un pequeño flujo de fuga que circula por la válvula 10.
El control de posición de la válvula en posiciones intermedias
permite obtener cualquier proporción del flujo de gas a través de
ambos conductos.
En la realización de la figura 2, el flujo de
gas se controla directamente accionando la válvula 10 de manera que
la abertura de entrada del canal del cambiador de calor 5 o del
canal de derivación 9 se abre o cierra mediante una válvula de
mariposa 11. Aquí, de nuevo, las posiciones intermedias de la
válvula 10 permiten obtener cualquier proporción del flujo de gas a
través de los canales.
La figura 3 muestra en detalle la unidad de
intercambio de calor de la figura 2. La válvula 10 se acciona
mediante un accionador 12 que permite controlar la válvula entre
tres posiciones, a saber, una primera posición en la que la válvula
de mariposa 11 cierra el canal de derivación 9, una posición
intermedia que corresponde aproximadamente a las posiciones que se
muestran en la figura 2 y en la que la válvula de mariposa 11
permite que parte del gas de escape circule por el canal de
derivación 9, y una segunda posición en la que la válvula de
mariposa 11 cierra el canal del cambiador de calor 5.
El accionador 12 se controla mediante un ECU
14. El ECU 14 se muestra aquí como un componente separado aunque
puede incorporarse en el control de un sistema de inyección de
carburante del motor de combustión interna. El ECU 14 está provisto
de una señal 16 que representa la caída de presión a través del
sistema de intercambio de calor. Esta señal puede obtenerse
midiendo directamente la caída de presión. De preferencia, esta
señal es una indicación indirecta de la caída de presión ya que la
caída de presión real depende, de modo conocido, de otros
parámetros que ya se conocen en sistemas de inyección avanzados. Un
ejemplo consiste en introducir en el ECU el gasto ponderal de aire
de admisión y la cantidad de carburante inyectado. En base a estos
valores, se puede calcular el gasto ponderal de gas, que a su vez
permite calcular una caída de presión a través del sistema de
intercambio de calor o recoger la caída de presión en base a los
valores almacenados. Otro ejemplo consiste en introducir en el ECU
la velocidad del motor ya que esto permite también calcular el gasto
ponderal del gas de escape. También se pueden usar otros métodos
para determinar indirectamente la caída de presión a través del
cambiador de calor.
La figura 4 muestra un gráfico que permite
entender el modo en el que se controla la válvula entre las
posiciones primera, intermedia y segunda. En este gráfico, el eje X
corresponde en líneas generales al flujo de gas de escape. El eje Y
representa la caída de presión a través del sistema de intercambio
de calor y por tanto en líneas generales corresponde a la
contrapresión del sistema de escape. La línea de trazos L representa
un límite de la caída de presión y se determina en vista de la
contrapresión aceptable del sistema de escape.
Al poner en marcha el motor, se determina en
primer lugar si se necesita o no el sistema de calefacción auxiliar.
Si el motor se pone en marcha en tiempo frío y se necesita un
rendimiento térmico adicional, la válvula se conmuta a la primera
posición en la que todo el gas de escape circula por el canal del
cambiador de calor 5 y por tanto por el cambiador de calor 7. Como
puede verse en la figura 4, la caída de presión y por tanto la
contrapresión aumentan al aumentar el flujo que pasa por el sistema
de escape (sección I de la curva). En el punto que se indica con el
número 1, el ECU determina que se ha alcanzado el límite L de la
caída de presión. En consecuencia, la válvula se controla desde la
primera posición a una posición intermedia en la que una primera
parte del gas de escape continúa circulando a través del cambiador
de calor mientras que la parte restante circula a través del canal
de derivación 9. Esto hace que aumente la sección transversal
disponible ofrecida al gas de escape y que disminuya la caída de
presión (sección II de la curva).
Se podría mostrar que solamente una pequeña
cantidad de flujo de gas de escape a través del canal de derivación
sería suficiente para reducir de manera significativa la caída de
presión a través del sistema de intercambio de calor. Por ejemplo,
si se reduce un 30% el gasto ponderal a través del cambiador de
calor, podría disminuir la caída de presión casi un
50%.
50%.
Si la válvula adopta su posición intermedia y
aumenta más el flujo a través del sistema de gas de escape, aumenta
de nuevo la caída de presión (sección III de la curva) y al final
alcanza de nuevo el límite L (punto 2). Entonces, la válvula se
conmuta a una segunda posición en la que cierra el canal del
cambiador de calor 5 y abre completamente el canal de derivación 9,
haciendo esto que todo el gas de escape circule por el canal de
derivación (probablemente excepto un pequeño flujo de fuga). Por
tanto, la caída de presión a través del cambiador de calor
disminuye significativamente (sección IV de la curva).
Si después de esto, aumenta más el flujo a
través del sistema de gas de escape, aumenta de nuevo la
contrapresión. Sin embargo, no se alcanzan valores críticos ya que
el cambiador de calor ya no hace que aumente la resistencia a la
fluencia a través del sistema de gas de escape.
Si disminuye el gasto ponderal de gas a través
del sistema de intercambio de calor mientras que el calor se va a
transferir todavía desde el gas de escape al cambiador de calor, la
válvula se conmuta de nuevo a su posición intermedia o incluso a su
primera posición.
Claims (10)
1. Método para controlar una válvula (10) de un
sistema de intercambio de calor de gases de escape de un motor de
combustión interna, comprendiendo el sistema un canal del cambiador
de calor (5) con un cambiador de calor (7) y un canal de derivación
(9) que se puede accionar para rodear el cambiador de calor (7),
comprendiendo el método las siguientes fases:
- se determina que el calor se va a transferir
desde el gas de escape que pasa a través del sistema hasta el
cambiador de calor (7);
- la válvula (10) se conmuta en una primera
posición en la que todo el gas de escape pasa a través del canal
del cambiador de calor (5);
- se monitoriza con la ayuda de medios directos
o indirectos una caída de presión a través del sistema de
intercambio de calor;
- la válvula se conmuta en una posición
intermedia si la caída de presión alcanza un límite predefinido,
haciendo la posición intermedia que pase una primera parte del gas
de escape a través del canal del cambiador de calor (5) y la parte
restante a través del canal de derivación (9), reduciéndose así la
caída de presión a través del sistema de intercambio de calor;
- la válvula se conmuta en una segunda posición
si la caída de presión alcanza de nuevo un límite predefinido,
haciendo la segunda posición que pase una segunda parte del gas de
escape a través del canal del cambiador de calor (5), siendo la
segunda parte menor que la primera, reduciéndose de ese modo aún más
la caída de presión a través del sistema de intercambio de
calor.
2. Método según la reivindicación 1, en donde la
caída de presión se detecta directamente.
3. Método según la reivindicación 1, en donde la
caída de presión se calcula en base a datos correspondientes al
motor de combustión interna.
4. Método según la reivindicación 3, en donde la
caída de presión se calcula en base a datos de un sistema de
inyección del motor de combustión interna.
5. Método según la reivindicación 4, en donde
los datos del sistema de inyección comprenden el gasto ponderal de
aire de admisión.
6. Método según la reivindicación 4, en donde
los datos del sistema de inyección comprenden la cantidad de
carburante inyectado.
7. Método según la reivindicación 3, en donde la
caída de presión se calcula en base a la velocidad del motor.
8. Método según la reivindicación 1, en donde
los límites predefinidos en función de los cuales se conmuta la
válvula (10) desde la primera posición a la intermedia y desde la
posición intermedia a la segunda, son idénticos.
9. Método según la reivindicación 1, en donde la
primera parte del gas de escape oscila entre un 50% y un 90% de
todo el flujo de gas de escape.
10. Método según la reivindicación 1, en donde
la segunda parte constituye aproximadamente el 0%.
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