ES2296689T3 - Procedimiento para formar la mezcla de un motor de combustion interna con un catlizador en la linea del gas de escape. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para formar la mezcla de un motor de combustión interna con un catalizador en el sistema de gas de escape, en el que una sonda de lambda/oxígeno asociada al catalizador y apta para la acumulación de oxígeno, reacoplada con un equipo electrónico de formación de la mezcla, provoca en al menos una cámara de combustión del motor de combustión interna una oscilación sustancialmente periódica del valor lambda de la respectiva mezcla de aire/carburante en la cámara de combustión en torno a condiciones estequiométricas, caracterizado porque - la oscilación de lambda en la cámara de combustión es modulada por un pilotaje separado respecto de amplitud y/o frecuencia y/o forma de oscilación en función de la masa de aire cargada y del poder de acumulación de oxígeno del catalizador, incluyendo su comportamiento de almacenamiento y desalmacenamiento de oxígeno, de tal manera que - se logre en el catalizador un almacenamiento incrementado de oxígeno para una reacción exoterma que sirva para un calentamiento eventualmente necesario de dicho catalizador.
Description
Procedimiento para formar la mezcla de un motor
de combustión interna con un catalizador en la línea del gas de
escape.
La invención se refiere, según el preámbulo de
la reivindicación 1, a un procedimiento para formar la mezcla de un
motor de combustión interna con un catalizador en el sistema de gas
de escape, en el que una sonda de lambda/oxígeno asociada al
catalizador y apta para la acumulación de oxígeno, reacoplada con un
equipo electrónico de formación de la mezcla, provoca en al menos
una cámara de combustión del motor de combustión interna una
vibración sustancialmente periódica de la lambda de la respectiva
mezcla de aire/carburante en la cámara de combustión en torno a
condiciones estequiométricas.
Un procedimiento de esta clase es conocido, por
ejemplo, por el documento DE 44 33 919 A1, en el que la oscilación
de lambda en la cámara de combustión está diseñada para una
acumulación suficiente de oxígeno en un catalizador. En caso de una
desviación en dirección a una mezcla pobre con proporción
incrementada de oxígeno, se ajusta en este procedimiento con el
armónico inferior adyacente una mezcla rica con poco oxígeno para
lograr una reserva suma de oxígeno para un gas de escape
sustancialmente estequiométrico.
Asimismo, se conoce por el documento DE 198 01
815 A1 el recurso de que, para regular un gas de escape
estequiométrico por medio de la sonda de lambda/oxígeno, se
desplace la oscilación periódica de lambda en la cámara de
combustión por breve tiempo hacia una zona de mezcla pobre o por
breve tiempo hacia una zona de mezcla rica.
Por último, en el estado de la técnica conocido
es usual que, en el caso de motores Otto que funcionen especialmente
con mezcla pobre, con una instalación de gas de escape dotada de un
precatalizador o catalizador de arranque próximo al motor y un
catalizador adicional, especialmente un catalizador acumulador de
NO_{x} dispuesto en los bajos del vehículo, se aspire a lograr un
calentamiento del respectivo catalizador. Se conocen diversas
estrategias para esto, tales como el calentamiento por anulación del
ángulo de encendido, el calentamiento por reglaje de bancada o
reglaje de cilindros y el calentamiento por una inyección doble.
Es desventajoso a este respecto el hecho de que
el calentamiento con anulación del ángulo de encendido, reglaje de
cilindros y reglaje de bancada o inyección doble es eficaz solamente
en parte, ya que, por un lado, se origina la temperatura solamente
delante o dentro del precatalizador o, como en el reglaje de
bancada, esto se puede aplicar solamente en una instalación de gas
de escape en Y.
La invención se basa en el problema de
perfeccionar el procedimiento del género antes citado para formar la
mezcla de tal manera que, en caso necesario, se pueda calentar un
catalizador que, debido al funcionamiento, esté caliente a una
temperatura escasamente por encima de la temperatura de
arranque.
Este problema se resuelve con la reivindicación
1 por el hecho de que la oscilación de lambda en la cámara de
combustión es modulada por un pilotaje separado respecto de la
amplitud y/o la frecuencia y/o la forma de oscilación en función de
la masa de aire cargada y del poder de acumulación de oxígeno del
catalizador, incluyendo su comportamiento de almacenamiento y
desalmacenamiento de oxígeno, de tal manera que se logre un
almacenamiento incrementado de oxígeno en el catalizador para una
reacción exoterma que sirva para un calentamiento eventualmente
necesario de dicho catalizador.
La ventaja de la invención estriba en que, en el
caso de un funcionamiento del motor de combustión interna en carga
pequeña o en carga nula con un catalizador que, debido al
funcionamiento, esté caliente a una temperatura escasamente por
encima de la temperatura de arranque, este catalizador puede ser
acondicionado por medio de la formación de la mezcla según la
invención de tal manera que con el almacenamiento incrementado de
oxígeno se provoque una reacción exoterma en el catalizador que
aumente ventajosamente la temperatura del catalizador en dirección
a una potencia de conversión incrementada.
Para desacoplar ventajosamente las dos funciones
de la oscilación de lambda en la cámara de combustión a fin de
ajustar un gas de escape estequiométrico, por un lado, y de pilotar
la modulación de calentamiento, por otro, se propone en un
perfeccionamiento de la invención que la modulación de calentamiento
separada de la oscilación de lambda en la cámara de combustión
generada por el equipo de formación de la mezcla sea pilotada por
un equipo de control eléctrico separado.
En otra ejecución se simplifica también el
procedimiento según la invención debido a que el pilotaje de la
modulación de calentamiento se deriva de las señales de una sonda de
lambda/oxígeno dispuesta entre el motor de combustión interna y un
catalizador y/o aguas debajo de dicho catalizador.
Otras ejecuciones de la invención están
indicadas en las reivindicaciones 4 a 9 subordinadas.
Se describe seguidamente la invención.
El punto de partida de la invención es un
procedimiento para formar la mezcla de un motor de combustión
interna con un catalizador en el sistema de gas de escape, en el
que una sonda de lambda/oxígeno asociada al catalizador y apta para
la acumulación de oxígeno, reacoplada con un equipo electrónico de
formación de la mezcla, provoca en al menos una cámara de
combustión del motor de combustión interna, una oscilación
sustancialmente periódica de la lambda de la respectiva mezcla de
aire/carburante en la cámara de combustión en torno a condiciones
estequiométricas.
Para perfeccionar este procedimiento con miras
al calentamiento eventualmente necesario de un catalizador que,
bajo pequeña carga del motor de combustión interna, esté caliente,
debido al funcionamiento, a una temperatura escasamente por encima
de la temperatura de arranque, se propone según la invención que la
oscilación de lambda en la cámara de combustión sea modulada por un
pilotaje separado respecto de amplitud y/o frecuencia y/o forma de
oscilación en función de la masa de aire cargada y del poder de
acumulación de oxígeno del catalizador, incluyendo su
comportamiento de almacenamiento y desalmacenamiento de oxígeno, de
tal manera que se logre un almacenamiento incrementado de oxígeno
en el catalizador para una reacción exoterma que sirva para un
calentamiento eventualmente necesario de dicho catalizador.
Se pilota para ello la modulación de
calentamiento separada de la oscilación de lambda en la cámara de
combustión generada por el equipo de formación de la mezcla por
medio de un equipo de control eléctrico separado. El pilotaje de la
modulación de calentamiento se deriva de las señales de una sonda de
lambda/oxígeno dispuesta entre el motor de combustión interna y un
catalizador y/o aguas abajo de dicho catalizador.
Para lograr un gas de escape totalmente
estequiométrico, el procedimiento se caracteriza también porque una
primera sonda de lambda/oxígeno está dispuesta cerca del motor de
combustión interna y una sonda de lambda/oxígeno adicional está
dispuesta aguas abajo de un último catalizador, cuyas señales se
correlacionan con las de la primera sonda en el equipo de formación
de la mezcla al producirse una oscilación de lambda en la cámara de
combustión modulada para efectuar un calentamiento, a fin de obtener
una calidad del gas de escape de lambda aproximadamente igual a
1,0, de modo que se logre preferiblemente una composición del gas de
escape \cong 1,0 después del último catalizador.
El procedimiento según la invención se utiliza
preferiblemente bajo pequeña carga o carga nula del motor de
combustión interna, conectándose el sistema de calentamiento antes
de que, condicionado por el funcionamiento, se caiga por debajo de
un valor umbral de la potencia de conversión del catalizador. Por
tanto, se puede evitar de manera ventajosa un agotamiento del
catalizador en los estados de carga antes citados. Además, con el
sistema de calentamiento conectado se puede desplazar la
temperatura del catalizador hacia una mayor potencia de
conversión.
La conexión del sistema de calentamiento en los
estados de carga antes citado puede ponerse en marcha
preferiblemente haciendo que, a partir de la evaluación del
gradiente de un enfriamiento del catalizador condicionado por el
funcionamiento bajo pequeña carga del motor, se pronostique una
evolución del enfriamiento y se conecte en forma predeterminada,
por medio del pronóstico, el sistema de calentamiento antes de caer
por debajo del valor umbral de la potencia de conversión del
catalizador. Se puede evitar así ventajosamente un descenso de la
temperatura del catalizador hasta un valor próximo a su temperatura
de arranque y, además, se puede conectar el sistema de
calentamiento a su debido tiempo en función de la temperatura
ambiente.
Asimismo, el procedimiento según la invención
está configurado de modo que la modulación de calentamiento de la
oscilación de lambda en la cámara de combustión es
controlada/regulada en función de la demanda de calentamiento y,
por tanto, se logra un consumo de carburante óptimamente adaptado a
la respectiva demanda.
Respecto de la configuración de un sistema de
gas de escape del motor de combustión interna, el procedimiento
según la invención puede modificarse en el sentido de que en una
línea de gas de escape con varios catalizadores éstos se elijan con
un comportamiento de acumulación de oxígeno diferente.
Preferiblemente, se eligen un catalizador próximo al motor con un
comportamiento lento de acumulación de oxígeno y un catalizador
alejado del motor con un comportamiento rápido de acumulación de
oxígeno, generándose eventualmente una oscilación de lambda en la
cámara de combustión con amplitud grande y pudiendo conformarse
también de manera diferente armónicos superiores pobres y armónicos
inferiores ricos.
Con estas medidas técnicas del procedimiento se
puede reducir sensiblemente un catalizador próximo al motor
respecto del sistema de calentamiento adicional, mientras que el
catalizador alejado del motor situado en los bajos del vehículo es
abastecido en grado reforzado con oxígeno para efectuar el
calentamiento eventualmente necesario.
Con el procedimiento según la invención se
genera la temperatura sustancialmente allí donde ésta es necesaria,
tal como, por ejemplo, en el catalizador principal para realizar una
desulfatación. Las medidas de calentamiento citadas al principio
pueden superponerse adicionalmente, por ejemplo medidas de ángulo de
encendido hasta el arranque de un precatalizador y luego,
adicionalmente, reglaje de bancada o de cilindros hasta el arranque
del catalizador principal, el cual se calienta seguidamente, estando
desconectado el sistema de calentamiento, por reglaje o modulación
de \lambda según el procedimiento conforme a la invención. El
procedimiento según la invención es un procedimiento de
calentamiento óptimo en rendimiento y, de manera ventajosa, es
neutro en materia de emisiones.
Con la invención se obtiene también la ventaja
de un aumento de la temperatura hasta, por ejemplo, 650ºC para la
desulfatación de un catalizador acumulador de NO_{x}, así como de
un catalizador de tres vías.
Claims (9)
1. Procedimiento para formar la mezcla de un
motor de combustión interna con un catalizador en el sistema de gas
de escape, en el que una sonda de lambda/oxígeno asociada al
catalizador y apta para la acumulación de oxígeno, reacoplada con
un equipo electrónico de formación de la mezcla, provoca en al menos
una cámara de combustión del motor de combustión interna una
oscilación sustancialmente periódica del valor lambda de la
respectiva mezcla de aire/carburante en la cámara de combustión en
torno a condiciones estequiométricas,
caracterizado porque
- la oscilación de lambda en la cámara de
combustión es modulada por un pilotaje separado respecto de amplitud
y/o frecuencia y/o forma de oscilación en función de la masa de
aire cargada y del poder de acumulación de oxígeno del catalizador,
incluyendo su comportamiento de almacenamiento y desalmacenamiento
de oxígeno, de tal manera que
- se logre en el catalizador un almacenamiento
incrementado de oxígeno para una reacción exoterma que sirva para
un calentamiento eventualmente necesario de dicho catalizador.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la modulación de calentamiento separada
de la oscilación de lambda en la cámara de combustión generada por
el equipo de formación de la mezcla es pilotada por un equipo de
control electrónico separado.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y
2, caracterizado porque el pilotaje de la modulación de
calentamiento se deriva de las señales de una sonda de
lambda/oxígeno dispuesta entre el motor de combustión interna y un
catalizador y/o aguas abajo de este catalizador.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
- una primera sonda de lambda/oxígeno está
dispuesta cerca del motor de combustión interna y
- una sonda de lambda/oxígeno adicional está
dispuesta aguas abajo de un último catalizador,
- cuyas señales se correlacionan con las de la
primera sonda en el equipo de formación de la mezcla al producirse
una oscilación de lambda en la cámara de combustión modulada para
efectuar un calentamiento, a fin de obtener una calidad del gas de
escape de lambda aproximadamente igual a 1,0.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque se conecta el sistema de
calentamiento a baja carga del motor de combustión interna antes de
que, condicionado por el funcionamiento, se caiga por debajo de un
valor umbral de la potencia de conversión del catalizador.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque
- a partir de la evolución del gradiente de un
enfriamiento del catalizador condicionado por el funcionamiento
bajo pequeña carga del motor se pronostica una evolución del
enfriamiento y
- por medio del pronóstico se conecta el sistema
de calentamiento en una forma predeterminada antes de caer por
debajo del valor umbral de la potencia de conversión del
catalizador.
7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
6, caracterizado porque se controla/regula la modulación de
calentamiento de la oscilación de lambda en la cámara de combustión
en función de una demanda de calentamiento.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en una línea de
gases de escape con varios catalizadores se eligen éstos con un
comportamiento de acumulación de oxígeno diferente.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque
- se eligen un catalizador próximo al motor con
un comportamiento lento de acumulación de oxígeno y
- un catalizador alejado del motor con un
comportamiento rápido de acumulación de oxígeno,
- generándose eventualmente una oscilación de
lambda en la cámara de combustión con una amplitud grande y
- pudiendo estar conformados de manera diferente
los armónicos superiores pobres y los armónicos inferiores
ricos.
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