ES2325503T3 - Metodo para el funcionamiento de un motor con mezcla comprimida. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el funcionamiento de un motor de combustión interna sobrealimentado con mezcla, con al menos una sección de admisión, a través de la cual se alimenta mezcla de combustible y aire al menos a un cilindro y con una sección de escape de gases, caracterizado porque -para evitar explosiones provocadas por encendidos por incandescencia en la sección de admisión (37)- se miden la potencia real (1) del motor de combustión interna y la temperatura (2) en el cilindro y en la sección de escape de gases (38) conectada a continuación y en el caso de una caída (1'') de la potencia real (1), se reduce la potencia objetivo (6) del motor de combustión interna y a continuación, a medida que se eleva la temperatura (2) en el cilindro o en la sección de escape de gases (38) conectada a continuación, se interrumpe brevemente la alimentación de combustible o la alimentación de la mezcla de combustible y aire.

Description

Método para el funcionamiento de un motor con mezcla comprimida.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un motor de combustión interna sobrealimentado con mezcla, con al menos una sección de admisión, a través de la cual se alimenta mezcla de combustible y aire al menos a un cilindro y con una sección de escape de gases. Además, la invención se refiere a un motor de combustión interna con una instalación de regulación para la realización del procedimiento.

En los motores de combustión interna sobrealimentados con mezcla se producen, sobre todo durante la combustión de gases de escape de procesos, explosiones en el lado de admisión provocadas por inflamaciones por incandescencia. Especialmente críticos son en este caso los gases de escape de procesos, puesto que contienen, en comparación con el gas natural puro, con frecuencia una porción alta de impurezas, que se depositan en la cámara de combustión del motor. Cuando más gruesas son las sedimentaciones, tanto peor funciona el conducto de salida de calor en la pared del cilindro, lo que conduce a un calentamiento fuerte. Cuando la temperatura de la superficie de las sedimentaciones se eleva por encima de la temperatura de encendido de la mezcla de combustible y aire entrante, se enciende la mezcla ya antes del instante de encendido propiamente dicho.

Cuando debido a las sedimentaciones calientes se producen encendidos precoces continuos de la mezcla entrante en las paredes calientes del cilindro, se produce un estado crítico para el motor. Se viene abajo la potencia en una porción que corresponde a un cilindro. A través de un encendido de la mezcla cuando las válvulas de entrada no están todavía abiertas, se produce una explosión en la sección de admisión. Entre el comienzo del encendido de incandescencia duradero y un re-encendido en la sección de admisión solamente transcurren algunos segundos. El fenómeno descrito se observa, por ejemplo, en combustibles con gases que contienen hidrógeno, como pirólisis o gas de coque, puesto que el hidrógeno se comporta en la mezcla muy propenso a encenderse cuando aparece en cualquier fuente de encendido en el sistema.

El problema de la presente invención es crear un procedimiento como también una instalación de regulación para un motor de combustión interna, para evitar de esta manera las explosiones descritas, provocadas por encendido por incandescencia en la sección de admisión.

Esto se consigue según la invención porque -para evitar explosiones provocadas por encendidos por incandescencia en la sección de admisión- se miden la potencia real del motor de combustión interna y la temperatura en el cilindro y en la sección de escape de gases conectada a continuación y en el caso de una caída de la potencia real, se reduce la potencia objetivo del motor de combustión interna y a continuación, a medida que se eleva la temperatura en el cilindro o en la sección de escape de gases conectada a continuación, se interrumpe brevemente la alimentación de combustible o la alimentación de la mezcla de combustible y aire.

En el procedimiento de acuerdo con la invención, la instalación de regulación del motor de combustión interna reacciona ya a los síntomas del encendido por incandescencia continuo y puede impedir una explosión a través de intervenciones correspondientes en el flujo de energía. En la variante básica según la invención, el procedimiento se compone esencialmente por dos funciones individuales, una reducción rápida de la potencia a un valor definido y una interrupción de corta duración de la alimentación de gas a través del cierre de seguridad de válvulas en el conducto de alimentación de combustible o de mezcla de combustible y aire. Una ventaja especial de este procedimiento es que el motor no debe desconectarse, en general, para detener los encendidos por incandescencia.

Un motor de combustión interna con una regulación para la realización del procedimiento según la invención presenta al menos una sonda de temperatura para la medición de la temperatura en el cilindro o en la sección de escape de gases conectada a continuación y al menos una instalación para la detección de la potencia real. En el motor de combustión interna se trata con preferencia de un motor de gas Otto sobrealimentado con mezcla, con preferencia estacionario.

Otros detalles y características de la presente invención se deducen a partir de la siguiente descripción de las figuras. En este caso:

La figura 1 muestra el fenómeno de la explosión, provocada a través de encendido por incandescencia, en la sección de admisión con la ayuda de tres parámetros medidos.

La figura 2 muestra una representación esquemática de un motor de combustión interna según la invención.

Las figuras 3 y 4 muestran las acciones de diferentes variantes del procedimiento de acuerdo con la invención con la ayuda de parámetros seleccionados del motor y

La figura 5 muestra un esquema de regulación de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra en primer lugar el problema, que se plantea en el estado de la técnica, con la ayuda de los parámetros potencia real 1 así como curvas de la temperatura 2 y 3 registrados con relación al tiempo t. La curva 2 muestra en este caso la curva de la temperatura medida por las sondas de temperatura 14 en la sección de escape de gases del cilindro respectivo. La curva de la temperatura de la mezcla de combustible y aire en la sección de admisión está referenciada con el signo de referencia 3. Si aparece un encendido por incandescencia continuo en un cilindro 4, entonces el motor experimenta una caída de la potencia, como se puede reconocer en el desarrollo de la curva 1 en la zona 1'. Los reguladores de potencia 7 conocidos en el estado de la técnica reaccionan a través de la apertura de la válvula de estrangulamiento 15 y/o a través de la elevación de la presión de carga en el regulador de la presión de carga 13. De esta manera, el motor alcanza de nuevo, después de corto espacio de tiempo, una potencia objetivo, como se puede reconocer también esto en el desarrollo de la curva 1 en la figura 1. En el estado de la técnica, sin embargo, a continuación de ello se eleva adicionalmente la temperatura del cilindro 2 sin una influencia adicional de la potencia del motor. Con un cierto valor de la temperatura, se produce entonces una explosión en la sección de admisión del motor. Esta explosión se puede reconocer bien en la curva de la temperatura 3, medida en la sección de admisión, de la mezcla de combustible y aire en la subida repentina 3' de la temperatura de la mezcla 3. Las curvas 1, 2 y 3 mostradas en la figura 1 muestran datos de medición reales. En la mayoría de los casos, la explosión se produce con tanta mayor antelación, cuanto más elevada es la potencia.

Con el procedimiento de acuerdo con la invención se interviene ahora en dos lugares, a saber, en la regulación de la potencia y en la alimentación de combustible o bien en la alimentación de la mezcla de combustible y aire. Esta intervención se describe en primer lugar con la ayuda del esquema del motor representado en la figura 2 de una variante de realización según la invención de un motor de combustión interna. El motor de combustión interna según la figura 2 presenta varios cilindros 4 así como un turbocargado 12, una válvula de estrangulamiento 15 con servo elemento 16, un regulador de la presión de carga 13 con servo elemento 14 y un mezclador de gas 10 con servo elemento 11. En el ejemplo de realización mostrado se trata de un motor de gas Otto estacionario, sobrealimentado con mezcla. La alimentación de combustible se realiza a través de un conducto de alimentación de gas 35 duplicado, en el que está montada, respectivamente, una válvula de gas 9. Desde allí se alimenta el gas combustible al mezclador de gas 10 con su servo elemento 11 y se mezcla con el aire aspirado a través del conducto 36 en la relación de mezcla deseada. Además, está previsto un regulador de potencia 7, que compara la potencia real 1 registrada por la instalación 5 con la potencia objetivo 6 y activa de una manera correspondiente los servo elementos 16 y/o 14 de la válvula de estrangulamiento 15 y/o del regulador de la presión de carga 13. En el ejemplo de realización mostrado, se mide integralmente la potencia real 1 de todo el motor de combustión interna. Pero de una manera alternativa también es posible una medición de la potencia real selectiva del cilindro, por ejemplo a través de la medición de la oscilación de la torsión, el árbol de cigüeñal o a través de la medición de la presión en el cilindro 4.

Si se detecta desde la instalación 5 una caída de la potencia 1' provocada por encendido por incandescencia, representada en la figura 1, entonces el dispositivo de regulación 8 de acuerdo con la invención reduce inmediatamente la potencia objetivo 6, por ejemplo a través del ajuste rápido de la válvula de estrangulamiento 15 o de la presión de carga en el regulador de la presión de carga 13. De esta manera, se retarda el instante de la explosión 3' mostrado en la curva 3 y se gana tiempo. Las sondas de temperatura 17 dispuestas en el ejemplo de realización en la sección de escape de gases 37 de cada cilindro miden la curva de la temperatura 2 en el gas de escape. También esta medición se puede realizar de forma selectiva del cilindro (como se representa) o integralmente para el motor de combustión interna. De una manera alternativa, también es concebible una medición de la temperatura del cilindro directamente en su pared o similar. Si la instalación de regulación reconoce una temperatura creciente, medida por al menos una sonda 17, según la curva 2 en la figura 1, entonces se cierran las válvulas de gas 9 durante corto espacio de tiempo, cuando la temperatura del cilindro o bien la temperatura del gas de escape 2 se ha elevado por encima de un valor crítico. Con preferencia, este valor crítico se forma a través de relaciones con el valor medio de todas las temperaturas de los cilindros durante la medición selectiva del cilindro. A través de la desconexión de corta duración de la alimentación del gas se extingue el encendido por incandescencia en el cilindro respectivo. Puesto que, en general, se trata solamente de sedimentaciones que se adhieren fácilmente, que conducen al encendido por incandescencia, el modo de proceder de acuerdo con la invención, es decir, la reducción de la potencia con cierre de corta duración combinado de la alimentación de combustible, es suficiente, en general, para mantener bajo control el fenómeno del encendido por incandescencia. Después de la terminación de la interrupción de la alimentación de combustible, se mantiene la potencia objetivo por la instalación de regulación 8 en primer lugar en un nivel bajo previamente definido y solamente en el caso de que no se alcance un cierto nivel de la temperatura del gas de escape o del cilindro 2, se eleva de nuevo la potencia
objetivo 6.

La figura 3 muestra un ejemplo de medición para la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención. Se representa con trazos la curva 3 de la temperatura de la mezcla en la sección de admisión. La línea 2 representada continua muestra de nuevo la temperatura del gas de escape medida a través de las sondas 17. Por debajo de las curvas de la temperatura se representan la potencia real 1 (línea continua) y la potencia objetivo 6 (representada con puntos) con relación al tiempo t. A continuación de una caída 1' de la potencia real, se reduce en primer lugar inmediatamente la potencia objetivo 6 por la instalación de regulación 8. La potencia real 1 sigue este desarrollo con una demora ligera de tiempo. A través de la reducción de la potencia se gana tiempo, para reaccionar a la subida de la temperatura 2 en la sección de escape de gases a través del cierre de las válvulas de gas 9 en el intervalo de tiempo t1. Como se puede reconocer en el desarrollo siguiente de la curva 2, a través de esta medida se reducen de nuevo la temperatura del cilindro o bien la temperatura del gas de escape 2 a valores normales de funcionamiento. Se impide una explosión en la sección de admisión, como se puede reconocer esto en el nivel de la temperatura 3 (temperatura en la sección de admisión). El cierre y la apertura de nuevo de las válvulas de gas 9 se pueden reconocer en el desarrollo de las
curvas 18.

La figura 4 muestra una variante de la invención complementada a través de una tercera medida. Ésta funciona en primer lugar de manera similar al ciclo del procedimiento ilustrado con la ayuda de la figura 3. También aquí se reacciona a la caída 1' de la potencia 1 a través de la reducción inmediata de la potencia objetivo 6 y el cierre de las válvulas de gas 9 en el intervalo de tiempo t1. En el ejemplo representado en la figura 4, sin embargo, estas medidas no son suficientes excepcionalmente para reducir la temperatura T en el gas de escape o bien en el cilindro 2 de nuevo al nivel normal. En su lugar, la temperatura 2 medida se eleva adicionalmente. Para impedir ahora una explosión en la sección de admisión, está previsto, de acuerdo con esta variante de la invención, cerrar totalmente las válvulas de gas 9 cuando se ha alcanzado un valor máximo previamente definido de la temperatura del cilindro o bien del gas de escape 2 para parar de esta manera el motor. En este tipo de parada de seguridad, en oposición a la parada normal del motor, se llena la sección de admisión inmediatamente con aire, de manera que no se produce ya ninguna mezcla explosiva. Como muestra la curva 3 de la temperatura en la sección de admisión, no se produce ninguna explosión de la mezcla de combustible y aire en la sección de admisión.

La figura 5 muestra un esquema de regulación de acuerdo con la invención. A continuación del arranque 19, se pone en marcha en el punto 20 la potencia objetivo 6 del motor de combustión interna. En el punto 21 tiene lugar una comparación de la señal inicial y de la señal final de la potencia real 1 dentro de una ventana de tiempo determinada. Si la diferencia de la potencia establecida en este caso excede un valor definido, entonces se detecta una caída de la potencia 1'. La regulación reacciona a través de la decisión 22 con una reducción de la potencia 23, lo que conduce a una demora de tiempo 24 provocada de esta manera. Si la diferencia de la potencia detectada permanece por debajo de la marca crítica, entonces el bucle de regulación retorna de nuevo al comienzo del punto 21.

En una segunda sección de regulación s4e compara la temperatura medida en la sección de escape de gases 37 en la etapa 25 con un valor orientativo. Este valor orientativo puede ser, por ejemplo, el valor medio de las temperaturas de los gases de escape medidos en los cilindros 4 de manera selectiva del cilindro. En la etapa 26 se decide si la diferencia de la temperatura establecida en la comparación 25 excede un valor crítico o no. Si lo excede, entonces se produce en el punto 27 la interrupción precoz de la alimentación de combustible o bien el cierre de las válvulas de gas 9. La etapa 26 reduce la potencia objetivo después de la reapertura de las válvulas de gas. De una manera más favorable, con esta reducción de la potencia se pone en marcha un valor fijo de la potencia para impedir estados inestables en el motor o bien una oscilación de la potencia del motor. La etapa 29 provoca una demora de tiempo hasta la siguiente etapa. A continuación se verifica en el punto 30 si a través de la interrupción de corta duración ha sido extinguido el encendido por incandescencia y la temperatura 2 no se desvía ya en la medida crítica del valor orientativo. Si se establece una diferencia de temperatura supercrítica, entonces el esquema de regulación retorna al punto 27. A través de otra interrupción de corta duración de la alimentación de combustible se intenta de nuevo extinguir el encendido por incandescencia. Si no se establece en el punto 30 ninguna diferencia de temperatura crítica, entonces el esquema de regulación sigue el recorrido N.

En la variante opcional ilustrada con la ayuda de la figura 4, está prevista de nuevo una tercera sección de regulación. Ésta comienza en el punto 31 de nuevo con la comparación de la temperatura del gas de escape o bien de la temperatura del cilindro medida con las sondas 17 con un valor orientativo. Éste puede ser, por ejemplo, de nuevo el valor medio de todas las temperaturas de los cilindros determinadas de forma selectiva de los cilindros o temperaturas del gas de escape. Si se establece en el punto 32 que la desviación de la temperatura de un cilindro con respecto al valor orientativo excede un valor máximo de la desviación definido previamente, se produce en el punto 33 una parada de seguridad de todo el motor de combustión interna y, por lo tanto, la parada del motor (punto 34). Si la diferencia entre las temperaturas del cilindro determinadas selectivamente y el valor orientativo no excede el valor máximo de la desviación predeterminado con anterioridad, se sigue el esquema de regulación, partiendo del punto 32, el recorrido N.

La invención no está limitada a los ejemplos de realización mostrados. Así, por ejemplo, puede estar previsto que la alimentación de combustible no sea interrumpida al mismo tiempo para todos los cilindros, sino de manera selectiva del cilindro. Esto se puede realizar, por ejemplo, a través del cierre de las válvulas de admisión de cilindros individuales.

Claims (7)

1. Procedimiento para el funcionamiento de un motor de combustión interna sobrealimentado con mezcla, con al menos una sección de admisión, a través de la cual se alimenta mezcla de combustible y aire al menos a un cilindro y con una sección de escape de gases, caracterizado porque -para evitar explosiones provocadas por encendidos por incandescencia en la sección de admisión (37)- se miden la potencia real (1) del motor de combustión interna y la temperatura (2) en el cilindro y en la sección de escape de gases (38) conectada a continuación y en el caso de una caída (1') de la potencia real (1), se reduce la potencia objetivo (6) del motor de combustión interna y a continuación, a medida que se eleva la temperatura (2) en el cilindro o en la sección de escape de gases (38) conectada a continuación, se interrumpe brevemente la alimentación de combustible o la alimentación de la mezcla de combustible y aire.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque después de la terminación de la interrupción de la alimentación de combustible, se mantiene la potencia objetivo (6) en un nivel bajo previamente definido y solamente se eleva de nuevo cuando se ha alcanzado un cierto valor de la temperatura (2) en el cilindro o en la sección de escape de gases.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque después de la terminación de la interrupción de la alimentación de combustible y a medida que se eleva la temperatura en el cilindro o en la sección de escape de gases siguiente por encima de un valor predeterminado, se desconecta el motor de combustión interna o al menos un cilindro (4), de manera que con preferencia se interrumpe totalmente la alimentación de combustible o la alimentación de combustible y aire.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se interrumpe la alimentación de combustible a través del cierre de al menos una válvula (9) en al menos un conducto de alimentación de combustible (35) o de forma selectiva del cilindro, con preferencia a través del cierre de al menos una válvula de entrada, de al menos un cilindro (4).

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en lugar de la potencia real (1) de todo el motor de combustión interna se mide una potencia real (1) selectiva del cilindro.

6. Motor de combustión interna con una instalación de regulación para la realización del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 y con al menos una sonda de temperatura (17) para la medición de la temperatura (2) en el cilindro o en la sección de escape de gases (37) conectada a continuación y con al menos una instalación (5) para la detección de la potencia real (1).

7. Motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque es un motor de gas Otto sobrealimentado con mezcla, con preferencia estacionario.