ES2344380T3 - Procedimiento para facilitar la vaporizacion de un combustible para un motor de combustion interna de inyeccion directa del tipo diesel. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para facilitar la vaporización de un combustible en un motor de combustión interna de cuatro tiempos de inyección directa que puede funcionar según un modo de funcionamiento homogéneo y un modo de funcionamiento convencional, comprendiendo dicho motor al menos un cilindro (10) con una cámara de combustión (18), al menos un medio de admisión de un fluido con un conducto de admisión (20) y una válvula de admisión (22), al menos un medio de escape de los gases quemados con un conducto de escape (24) y una válvula de escape (26), unos medios de mando (28, 30) de abertura/cierre de las válvulas y unos medios de inyección de combustible (32), caracterizado por que consiste: - en la proximidad del comienzo de la fase de admisión, en abrir la válvula de admisión (22) para admitir el fluido de admisión en la cámara de combustión, en abrir la válvula de escape (26) para reintroducir en esta cámara al menos una parte de los gases quemados contenidos en el conducto de escape (20), - antes del fin de la fase de admisión, en cerrar la válvula de escape (26), - en la proximidad de la fin de la fase de admisión, en cerrar la válvula de admisión (22), - en el curso de esta fase de admisión, en realizar al menos una inyección de combustible en dicha cámara de combustión antes de la abertura de la válvula de escape (26).
Description
Procedimiento para facilitar la vaporización de
un combustible para un motor de combustión interna de inyección
directa del tipo diésel.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para facilitar la vaporización de un combustible en un
motor de combustión interna de inyección directa con compresión y
autoencendido de una mezcla carburada y en particular en un motor
del tipo diésel.
Ventajosamente, se refiere un motor que puede
funcionar según dos modos de combustión, un modo de combustión
homogéneo, en particular HCCI (Homogeneous Combustion Compressed
Ignition) y un modo de combustión convencional.
El funcionamiento según el modo homogéneo, que
es preferiblemente utilizado para las cargas reducidas y medias del
motor, consiste en inyectar el combustible en la cámara de
combustión de manera muy precoz (por ejemplo durante la fase de
admisión del motor) de manera que se obtenga una mezcla homogénea
del combustible con un fluido, tal como aire o una mezcla de aire
y del gas quemado circulado (EGR), como se ha descrito en la
Solicitud de Patente
EP 0 893 596.
EP 0 893 596.
Para funcionamiento en un modo de combustión
convencional, preferiblemente utilizado a cargas elevadas del
motor, se realiza una inyección del combustible alrededor del punto
muerto superior de compresión del pistón y se produce una
combustión clásica por autoinflamación y después por difusión.
Con este modo de combustión, se puede prever
igualmente realizar una inyección precoz del combustible, denominada
"piloto", por ejemplo en el comienzo de la fase de
admisión.
En el modo de combustión homogéneo, es ventajoso
que la inyección de combustible se produzca muy temprano en el
ciclo de funcionamiento del motor con el fin de obtener una mezcla
homogénea pero existen riesgos de impregnado de la pared del
cilindro por parte del carburante inyectado.
Así, una inyección de combustible al comienzo de
la fase de admisión tiene por cómo ventaja poder confinar el
combustible inyectando en el cuenco que incluye habitualmente el
pistón de tal motor, limitando el contacto de este combustible con
la pared del cilindro aunque la temperatura del fluido contenido en
la cámara de combustión no es suficiente. En consecuencia es
difícil que se vaporice el combustible inyectado en este cuenco y a
continuación en la cámara de combustión.
En el modo de funcionamiento convencional, la
inyección "piloto" acarrea los mismos inconvenientes relativos
a las dificultades de vaporización del combustible inyectado que los
mencionados anteriormente.
Esta dificultad para vaporizar el combustible
puede producir perturbaciones en el desarrollo de la combustión de
la mezcla carburada así como un aumento de la emisión de
contaminantes a la atmósfera y un consumo excesivo de combustible
del motor.
Para unos motores de inyección directa del tipo
de gasolina, es ya conocida la realización de una vaporización
inyectando este combustible en forma líquida o en forma de finas
gotitas en unos gases de escape contenidos en los conductos de
admisión. En contacto con estos gases calientes, el combustible se
vaporiza en una neblina y se mezcla no so-
lamente con estos gases sino también con el fluido introducido a continuación en la cámara de combustión del motor.
lamente con estos gases sino también con el fluido introducido a continuación en la cámara de combustión del motor.
Tal transposición a unos motores de inyección
directa es imposible teniendo en cuenta esencialmente el hecho de
que la inyección de combustible no se puede producir en los
conductos de admisión.
No obstante, una mejor vaporización de
combustible tiene esencialmente como ventaja reducir las emisiones
de dióxido de carbono (CO) y de hidrocarburos no quemados (HC)
durante la combustión de la mezcla carburada.
La presente invención se propone remediar los
inconvenientes anteriormente mencionados en un procedimiento que
utiliza los elementos habitualmente presentes en un motor de
inyección directa.
Con este fin, la invención se refiere a un
procedimiento para facilitar la vaporización de un combustible en
un motor de combustión interna de cuatro tiempos de inyección
directa que puede funcionar según un modo de funcionamiento
homogéneo y un modo de funcionamiento convencional, comprendiendo
dicho motor al menos un cilindro con una cámara de combustión, al
menos un medio de admisión de un fluido con un conducto de admisión
y una válvula de admisión, al menos un medio de escape de los gases
quemados con un conducto de escape y una válvula de escape, unos
medios de mando de abertura/cierre de las válvulas y unos medios de
inyección de combustible, caracterizado por que consiste:
- -
- en la proximidad del comienzo de la fase de admisión, en abrir la válvula de admisión para admitir el fluido de admisión en la cámara de combustión, en abrir la válvula de escape para reintroducir en esta cámara al menos una parte de los gases quemados contenidos en el conducto de escape,
- -
- antes del fin de la fase de admisión, en cerrar la válvula de escape,
- -
- en la proximidad del fin de la fase de admisión, en cerrar la válvula de admisión,
- -
- en el curso de esta fase de admisión, en realizar al menos una inyección de combustible en dicha cámara de combustión antes de la abertura de la válvula de escape.
El procedimiento puede consistir en realizar al
menos una inyección de combustible tras la abertura de la válvula
de escape.
El procedimiento puede consistir en realizar al
menos una inyección de combustible tras el cierre de la válvula de
escape.
El procedimiento puede consistir en realizar una
sucesión de aberturas y de cierres de la válvula de escape durante
la reintroducción de los gases quemados en la cámara de
combustión.
El procedimiento puede consistir, en la
proximidad del comienzo de la fase de admisión del motor, en abrir
la válvula de escape antes que la válvula de admisión.
El procedimiento puede consistir, en la
proximidad del comienzo de la fase de admisión del motor, en abrir
la válvula de escape simultáneamente con la abertura de la válvula
de admisión.
Los medios de mando de al menos la válvula de
escape pueden permitir hacer variar la ley de alzado de dicha
válvula.
Las otras características y ventajas de la
invención se describirán mejor durante la descripción a
continuación, dada a título únicamente ilustrativo y no limitativo,
y que se refiere a los dibujos en los que:
- las figuras 1 a 3 son unos esquemas de un
motor de inyección directa que ilustran el desarrollo de las
diferentes etapas del procedimiento de acuerdo con la
invención.
En las figuras 1 a 3, el motor de combustión
interna mostrado es un motor de combustión interna de cuatro
tiempos (o cuatro fases) de inyección directa que puede funcionar
según dos modos de combustión, un modo de combustión homogéneo, en
particular HCCI (Homogeneous Combustion Compressed Ignition) y un
modo de combustión convencional.
El funcionamiento según el modo homogéneo, que
es utilizado para las cargas reducidas y medias del motor, consiste
en inyectar combustible en la cámara de combustión de manera muy
precoz (por ejemplo durante la fase de admisión del motor) de
manera que se obtenga una mezcla homogénea del combustible con un
fluido, tal como aire o una mezcla de aire y de gases quemados
recirculados (EGR).
Para el funcionamiento con un modo de combustión
convencional, preferiblemente utilizado a cargas elevadas del
motor, se realiza una inyección del combustible alrededor del punto
muerto superior de compresión del pistón y se produce una
combustión clásica por auto inflamación y después por difusión. Es
posible igualmente realizar una inyección precoz de combustible,
denominada "piloto", por ejemplo al comienzo de la fase de
admisión.
Este motor comprende al menos un cilindro 10 con
un cuerpo de cilindro 12 en el interior del que se desliza un
pistón 14 en un movimiento alternativo rectilíneo bajo el efecto de
una biela accionada por un cigüeñal (no representados). El cuerpo
del cilindro está cerrado, por su parte superior, por una culata 16
que delimita una cámara de combustión 18 formada por la parte
lateral del cuerpo del cilindro, la culata y la parte superior del
pistón.
Por cámara de combustión, se incluye no
solamente el volumen definido anteriormente sino igualmente este
volumen más el volumen formado por un cuenco eventual hueco alojado
en la parte superior del pistón.
La culata lleva al menos un medio de admisión
con un conducto de admisión 20 cuya desembocadura en la cámara de
combustión está controlada por una válvula de admisión 22. La culata
lleva igualmente al menos un medio de escape con un conducto de
escape 24 cuya comunicación con la cámara de combustión está
controlada por una válvula de escape 26.
Las válvulas de admisión y/o de escape son
mandadas en abertura/cierre por unos medios 28 y 30 que permiten
hacer variar las leyes de alzado de estas válvulas, tanto en
relación con sus momentos de abertura/cierre como en relación a su
alzado, y por ello independientemente las unas de las otras o de
manera asociada. Estos medios son más conocidos por las siglas de
VVT (Variable Valve Timing) o VVL (Variable Valve Lift) o VVA
(Variable Valve Actuation).
Se puede también concebir el control de esta
válvula de escape y eventualmente de la válvula de admisión por
unos medios de mando, dominados "camless", que no incluyen
ningún árbol de levas. En este caso, el motor incluye un medio de
accionamiento dedicado a cada válvula, tal como un accionador de
mando electromagnético o hidráulico o electrohidráulico o neumático
o electroneumático, que actúa directamente o indirectamente sobre
los vástagos de las válvulas.
En el ejemplo descrito en relación con las
figuras 1 a 3, la válvula de admisión 22 está mandada en su
abertura/cierre por unos medios convencionales 28, tal como un
árbol de levas, mientras que la válvula de escape 26 está controlada
por unos medios 30 que permiten hacer variar su ley de alzado, en
particular por unos medios del tipo VVA.
El motor comprende igualmente unos medios de
inyección de combustible 32, preferentemente bajo la forma de un
inyector de chorro múltiple (simbolizado en la figura por un trazado
del eje), que proyecta el combustible en la cámara de combustión 18
de manera que se realice una mezcla carburada con el fluido que está
allí contenido.
Los medios de mando 30 de la válvula de escape
así como los medios de inyección de combustible 32, están
controlados por una unidad de cálculo (no representada), más
comúnmente denominada calculador-motor, que un motor
incluye habitualmente. Por supuesto, en el caso en el que los
medios de mando 30 de la válvula de admisión sean unos medios del
tipo "camless" que permiten hacer variar las leyes de alzado de
las válvulas, el calculador controlará igualmente estos medios de
mando.
El calculador tiene por función principalmente
mandar la abertura/cierre de las válvulas así como controlar los
parámetros de inyección del inyector, así como el momento de
inyección en el ciclo del motor, la duración de inyección del
carburante...
La descripción del procedimiento que se hará a
continuación se realizará en relación con el motor de las figuras 1
a 3.
La figura 1 muestra la configuración del motor
de inyección directa después del fin de la fase de escape de este
motor y al comienzo de su fase de admisión. En esta configuración,
el pistón 14 está en su punto muerto superior de admisión (PMSa),
la cámara de combustión 18 continúa cerrada a los gases quemados 34
(o gases de escape), el conducto de escape no contiene más que
gases quemados y el conducto de admisión contiene el fluido de
admisión. A partir de esta posición de PMSa, el pistón 14 se
arrastra bajo el efecto de la biela y del cigüeñal en una fase de
admisión durante la que sigue un movimiento vertical hacia abajo
(flecha F de las figuras 1 y 2) partiendo de su PMSa para llegar a
su punto muerto inferior de compresión (PMIc de la figura 3).
En la proximidad del PMSa, el calculador
controla los medios de mando 30 de manera que la válvula de escape
26 esté en posición abierta mientras que la válvula de admisión 22
está convencionalmente abierta bajo la acción del árbol de levas
28. En esta posición y bajo el efecto del movimiento del pistón 14,
los gases quemados 34 contenidos en el conducto de escape 24 y el
fluido contenido en el conducto de admisión se introducen en la
cámara de combustión 18.
El calculador manda igualmente, durante esta
fase de admisión, al menos una inyección de combustible en la
cámara de combustión por medio del inyector 32.
Ventajosamente según el ejemplo descrito, está
previsto que al menos una inyección de combustible se efectúe en la
mezcla de fluido admitido y de gases quemados reintroducidos en la
cámara de combustión antes del cierre de la válvula de escape. Esta
inyección de combustible en la mezcla caliente fluido/gases quemados
tiene por efecto vaporizar este combustible en contacto con esta
mezcla mientras se reduce significativamente el contacto entre el
combustible líquido y la pared del cilindro.
Por supuesto y sin salir del marco de la
invención, esta inyección se puede producir antes de la abertura de
la válvula de escape de manera que se realice una vaporización de
este combustible con los gases quemados residuales habitualmente
presentes en el volumen muerto de la cámara de combustión y después
proseguir esta vaporización durante la introducción de los gases
quemados contenidos en el conducto de escape.
Igualmente, el combustible inyectado se puede
poner en contacto con la mezcla de fluido admitido y de gases
quemados reintroducidos en la cámara de combustión tras el cierre de
la válvula de escape para asegurar la vaporización de este
combustible.
De manera ventajosa, se ha previsto que, al
comienzo de la fase de admisión, la válvula de escape 26 se abrirá
antes de la abertura de la válvula de admisión 22 a partir de que la
distancia pistón/culata lo permita y más precisamente la distancia
entre el fondo de los rebajes del pistón y la superficie que
corresponde a la válvula. Esta válvula de escape se vuelve a cerrar
enseguida en el punto Vº. La abertura de la válvula de admisión se
puede prever muy poco tiempo después de la abertura de la válvula de
escape o casi simultáneamente con el cierre de la válvula de escape
en el punto Vº. Por supuesto, no quedan descartadas todas las demás
configuraciones entre estas válvulas, como una abertura simultánea
de éstas al comienzo de la fase de admisión.
Después de un desplazamiento limitado del pistón
14 que corresponde a algunas docenas de grados del ángulo de
rotación del cigüeñal (Vº en la figura 2) a partir del PMSa, el
calculador manda el cierre de la válvula de escape 26, la válvula
de admisión 22 queda de manera convencional en su posición de
abertura y se continúa introduciendo el fluido en la cámara de
combustión 18 para que se mezcle con la carga carburada. El inyector
puede continuar su o sus inyecciones de combustible en la cámara de
combustión durante todo o parte del movimiento descendiente de este
pistón. En contacto con esta carga adicional del fluido de admisión,
el carburante inyectado puede vaporizarse mejor así bajo el efecto
de la temperatura de la carga contenida en la cámara y se mejora
grandemente la homogeneidad de la mezcla carburada obtenida.
Al final de esta fase de admisión, el pistón 14
se encuentra en la proximidad del PMIc (figura 3), la válvula de
admisión 22 está en posición de cierre bajo el efecto del árbol de
levas 28.
Gracias a esto, la mezcla obtenida en la cámara
18 durante el cierre de la válvula de admisión 22 en la proximidad
del fin de la fase de admisión es una mezcla fluido/combustible
vaporizado que contiene una cierta cantidad de gases quemados.
Como ya es conocido, el modo de funcionamiento
del motor continúa con una fase de compresión de la mezcla
carburada con posibilidad de continuar las inyecciones de
combustible y la combustión.
Durante la fase de admisión con abertura de la
válvula de escape descrita anteriormente, se puede prever la
inyección de combustible al mismo tiempo y en relación a la
introducción de los gases quemados en la cámara de combustión.
Se puede prever igualmente realizar una sucesión
de ciclos de abertura/cierre de la válvula de escape asociados a
una inyección de combustible justo con el cierre programado en Vº de
esta válvula. Esto tiene por efecto minimizar la bajada de
temperatura local de los gases quemados cuando se utilizan las
calorías que contienen para vaporizar el combustible inyectado en
la cámara de combustión.
Por supuesto, el experto en la materia conocerá
la forma de cerrar la válvula de escape en Vº en la fase de
admisión del motor de manera que la cantidad de gases quemados
presentes en la cámara de combustión al final de esta fase no
altere la combustión de la mezcla carburada por compresión y
autoinflamación.
La presente invención no se limita a los
ejemplos de realización descritos anteriormente sino que engloba
todas las variantes y todos los equivalentes.
Principalmente, el procedimiento descrito se
puede utilizar con el motor tal como el descrito en las patentes
francesas Nº 2 818 324 y 2 818 325 del solicitante, que comprenden
al menos un cilindro, un pistón que se desliza dentro de este
cilindro, una cámara de combustión delimitada por un lado por la
cara superior del pistón que comprende un saliente dispuesto en el
centro de un cuenco cóncavo con una pared de fondo que enlaza la
base del saliente con la pared periférica de este cuenco. Este motor
comprende igualmente un inyector para inyectar combustible con un
ángulo de abertura menor o igual a
2arctan\frac{\mathit{CD}}{\mathit{2F}} donde CD es el diámetro
del cilindro y F la distancia entre el punto de origen de los
chorros de combustible inyectados por el inyector y la posición del
pistón que corresponde a un ángulo del cigüeñal de 50º con relación
al punto muerto superior.
Claims (7)
1. Procedimiento para facilitar la vaporización
de un combustible en un motor de combustión interna de cuatro
tiempos de inyección directa que puede funcionar según un modo de
funcionamiento homogéneo y un modo de funcionamiento convencional,
comprendiendo dicho motor al menos un cilindro (10) con una cámara
de combustión (18), al menos un medio de admisión de un fluido con
un conducto de admisión (20) y una válvula de admisión (22), al
menos un medio de escape de los gases quemados con un conducto de
escape (24) y una válvula de escape (26), unos medios de mando (28,
30) de abertura/cierre de las válvulas y unos medios de inyección de
combustible (32), caracterizado por que consiste:
- -
- en la proximidad del comienzo de la fase de admisión, en abrir la válvula de admisión (22) para admitir el fluido de admisión en la cámara de combustión, en abrir la válvula de escape (26) para reintroducir en esta cámara al menos una parte de los gases quemados contenidos en el conducto de escape (20),
- -
- antes del fin de la fase de admisión, en cerrar la válvula de escape (26),
- -
- en la proximidad de la fin de la fase de admisión, en cerrar la válvula de admisión (22),
- -
- en el curso de esta fase de admisión, en realizar al menos una inyección de combustible en dicha cámara de combustión antes de la abertura de la válvula de escape (26).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por que consiste en realizar
al menos una inyección de combustible tras la abertura de la
válvula de escape (26).
3. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por que consiste
en realizar al menos una inyección de combustible tras el cierre de
la válvula de escape (26).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por que consiste
en realizar una sucesión de aberturas y de cierres de la válvula de
escape (26) durante la reintroducción de los gases quemados en la
cámara de combustión (18).
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por que consiste,
en la proximidad del comienzo de la fase de admisión del motor, en
abrir la válvula de escape (26) antes que la válvula de admisión
(22).
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que consiste, en la
proximidad del comienzo de la fase de admisión del motor, en abrir
la válvula de escape (26) simultáneamente con la abertura de la
válvula de admisión (22).
7. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por que los medios de mando
(30) de al menos la válvula de escape (26) permiten hacer variar la
ley de alzado de dicha válvula.
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