ES2451643T3 - Sistema de escape de motor de combustión interna - Google Patents

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Shigeki Miyashita
Naoya Kaneko
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Abstract

Un sistema de escape de un motor de combustión interna que tiene una pluralidad de cilindros, en el que todoslos cilindros están divididos en dos grupos de cilindros (1a, 1b), y un primer paso de escape (2a, 3a) y un segundopaso de escape (2b, 3b) están conectados a unos colectores de escape respectivos de los dos grupos de cilindros(1a, 1b), el primer paso de escape (2a, 3a) comunicándose con el segundo paso de escape (2b, 3b) a través de unprimer punto de unión (7a) provisto en el primer paso de escape (2a, 3a) y un segundo punto de unión (7b) provistoen el segundo paso de escape (2b, 3b), el sistema de escape incluyendo una turbina (8) de un turbocompresordispuesta curso abajo del primer punto de unión (7a) del primer paso de escape (2a, 3a), y una válvula de control(9b) dispuesta curso abajo del segundo punto de unión (7b) del segundo paso de escape (2b, 3b), caracterizado porel hecho de que otra válvula de control (9a) está dispuesta curso abajo del primer punto de unión (7a) del primerpaso de escape (2a, 3a), y un dispositivo de adsorción de HC (6a) está dispuesto en el primer paso de escape (2a,3a) curso abajo de la turbina (8), y las magnitudes de abertura de las válvulas de control (9a, 9b) dispuestas en elprimer paso de escape (2a, 3a) y el segundo paso de escape (2b, 3b) están controladas de manera que el gas deescape de todos los cilindros pasa principalmente por el dispositivo de adsorción de HC (6a) durante un periododesde el arranque a un punto en el tiempo inmediatamente después de la finalización de la puesta en marcha delmotor.

Description

Sistema de escape de motor de combustión interna
Antecedentes de la invención
1.
Campo de la invención
La invención se refiere a un sistema de escape de un motor de combustión interna.
2.
Descripción de la técnica relacionada
En un sistema de escape de un motor de combustión interna, tal como un motor del tipo en V, que tiene una pluralidad de cilindros, todos los cilindros están divididos en dos grupos de cilindros, cada uno de los cuales está dotado con un colector de escape, y un paso de escape está provisto para cada uno de los grupos de cilindros de modo que el paso de escape se extiende desde el correspondiente colector de escape hasta un punto de confluencia del escape en el cual las corrientes de gases de escape de los respectivos pasos de escape se juntan. En el sistema de escape de este tipo, se ha propuesto que una turbina de un turbocompresor y un convertidor catalítico curso abajo de la turbina estén dispuestos sólo en uno de los pasos de escape, y este paso de escape se comunique en un punto de unión curso arriba de la turbina con un punto de unión del otro paso de escape, mientras que una válvula de control esté dispuesta curso abajo del punto de unión del otro paso de escape. Un ejemplo del sistema de escape construido de este modo se divulga, por ejemplo, en el documento JP-B2-1-27246.
En la instalación tal como se describe anteriormente, la válvula de control se usa como una válvula de descarga del turbocompresor, y la válvula de control está cerrada durante el funcionamiento del motor a carga baja, en el cual se produce una pequeña cantidad de gas de escape, de manera que el gas de escape de todos los cilindros pasa por la turbina. Durante el funcionamiento del motor a carga elevada, en el cual se produce una gran cantidad de gas de escape, la válvula de control está abierta de manera que el gas de escape del otro grupo de cilindros pasa por el otro paso de escape, y solo el gas de escape del grupo de cilindros indicado anteriormente pasa por la turbina. De esta manera, la presión de soplado establecida por el turbocompresor está constantemente controlada en un valor predeterminado o sus proximidades.
Entretanto, durante la puesta en marcha del motor, es necesario calentar pronto un convertidor catalítico para activar así un catalizador portado en el mismo, de modo que se inicia un tratamiento del gas de escape en una etapa temprana. En el sistema de escape tal como se describe anteriormente, la válvula de control está cerrada durante la puesta en marcha del motor de manera que el gas de escape de todos los cilindros pasa por el convertidor catalítico. Sin embargo, el gas de escape pasa por la turbina del turbocompresor antes de fluir en el convertidor catalítico, y la temperatura del gas de escape se reduce durante su paso a través de la turbina; por lo tanto, el convertidor catalítico no se puede calentar pronto.
El documento JP 2001 012234 A describe un sistema de escape de un motor con compresores instalados en paralelo y un convertidor catalítico NOx en el paso de baipás, una primera y una segunda válvula de control regulan el flujo.
Es un objeto de la invención proporcionar un sistema de escape de un motor de combustión interna, el cual es capaz de un calentamiento temprano de un convertidor catalítico durante la puesta en marcha del motor.
Sumario de la invención
En un sistema de escape de un motor de combustión interna que tiene una pluralidad de cilindros de acuerdo con un segundo aspecto de la invención, todos los cilindros están divididos en dos grupos de cilindros, y un primer paso de escape y un segundo paso de escape están conectados a unos colectores de escape correspondientes de los dos grupos de cilindros, de manera que el primer paso de escape se comunica con el segundo paso de escape a través de un primer punto de unión provisto en el primer paso de escape y un segundo punto de unión provisto en el segundo paso de escape. El sistema de escape incluye una turbina de un turbocompresor dispuesta curso abajo del primer punto de unión del primer paso de escape, y una válvula de control dispuesta curso abajo del segundo punto de unión del segundo paso de escape. En el sistema de escape, otra válvula de control está dispuesta curso abajo del primer punto de unión del primer paso de escape, y un dispositivo de adsorción de HC puede estar dispuesto en el primer paso de escape curso abajo de la turbina, y las magnitudes de abertura de las válvulas de control dispuestas en el primer paso de escape y el segundo paso de escape se pueden controlar de manera que el gas de escape de todos los cilindros pasa principalmente por el dispositivo de adsorción de HC durante un periodo desde el arranque a un punto en el tiempo inmediatamente después de la finalización de la puesta en marcha del motor.
Con la instalación tal como se describe anteriormente, el gas de escape de todos los cilindros, el cual contiene una gran cantidad de combustible sin quemar hasta inmediatamente después de la finalización de la puesta en marcha del motor, fluye dentro del dispositivo de adsorción de HC dispuesto en el primer paso de escape, de manera que el
dispositivo de adsorción de HC adsorbe combustible sin quemar. De este modo, se evita que el gas de escape fluya dentro del convertidor catalítico del segundo paso de escape antes de que se caliente y se descargue a la atmósfera sin haberse limpiado mucho, y se puede suprimir el liberar el combustible sin quemar a la atmósfera.
En el sistema de escape tal como se describe anteriormente, puede estar dispuesto otro convertidor catalítico en el primer paso de escape curso abajo de la turbina.
Con la instalación anterior, por ejemplo, cuando el motor funciona a una carga baja durante la marcha del vehículo, el convertidor catalítico dispuesto en el primer paso de escape es capaz de limpiar el gas de escape que ha pasado por la turbina mientras el turbocompresor lleva a cabo la sobrealimentación.
En el sistema de escape construido tal como se describe anteriormente, un catalizador puede portarse en el dispositivo de adsorción de HC.
Con la instalación anterior, cuando el motor funciona a una carga baja durante la marcha del vehículo, por ejemplo, el dispositivo de adsorción de HC, el cual funciona además como un convertidor catalítico, es capaz de limpiar el gas de escape que ha pasado por la turbina mientras el turbocompresor lleva a cabo la sobrealimentación.
En el sistema de escape tal como se describe anteriormente, cuando se juzga que el calentamiento del convertidor catalítico dispuesto en el segundo paso de escape se ha completado durante la puesta en marcha del motor, las magnitudes de abertura de las válvulas de control dispuestas en el primer paso de escape y en el segundo paso de escape pueden controlarse de manera que la cantidad de gas de escape que atraviese el primer paso de escape sea igual a o mayor que la cantidad de gas de escape que atraviesa el segundo paso de escape.
Con la instalación anterior, al gas de escape cuya cantidad es igual a o mayor que el gas de escape que pasa por el convertidor catalítico del segundo paso de escape, se le hace pasar por el convertidor catalítico dispuesto en el primer paso de escape, para iniciar así el calentamiento del convertidor catalítico del primer paso de escape, como preparación para el tratamiento del gas de escape que pasa por la turbina, por ejemplo, durante el funcionamiento del motor a carga baja mientras el vehículo está en marcha.
En el sistema de escape tal como se describe anteriormente, cuando se juzga que el calentamiento del convertidor catalítico dispuesto en el segundo paso de escape se ha completado durante la puesta en marcha del motor, las magnitudes de abertura de las válvulas de control dispuestas en el primer paso de escape y en el segundo paso de escape pueden controlarse de manera que el gas de escape de todos los cilindros pasa principalmente a través del primer paso de escape.
Con la instalación anterior, el gas de escape de todos los cilindros se puede usar para iniciar el calentamiento del convertidor catalítico dispuesto en el primer paso de escape, como preparación para el tratamiento del gas de escape que pasa por la turbina, por ejemplo, durante el funcionamiento del motor a carga baja mientras el vehículo está en marcha.
En el sistema de escape tal como se describe anteriormente, cuando se juzga que el calentamiento del convertidor catalítico dispuesto en el segundo paso de escape se ha completado durante la puesta en marcha del motor, las magnitudes de abertura de las válvulas de control dispuestas en el primer paso de escape y en el segundo paso de escape pueden controlarse de manera que una mayor cantidad de gas de escape pasa por uno de los convertidores catalíticos dispuesto en el primer paso de escape y el segundo paso de escape, el cual tiene una temperatura medida o estimada que es inferior al otro.
Con la instalación anterior, al gas de escape cuya cantidad es mayor que aquella del gas de escape que pasa por el convertidor catalítico del segundo paso de escape, se le hace pasar por el convertidor catalítico dispuesto en el primer paso de escape, para iniciar así el calentamiento del convertidor catalítico del primer paso de escape, como preparación para el tratamiento del gas de escape que pasa por la turbina, por ejemplo, durante el funcionamiento del motor a carga baja mientras el vehículo está en marcha. Después de lo cual, se determina cuál de las cantidades del gas de escape que pasa por el convertidor catalítico dispuesto en el primer paso de escape y el gas de escape que pasa por el convertidor catalítico dispuesto en el segundo paso de escape debería ser mayor que el otro, de manera que el convertidor catalítico del segundo paso de escape y el convertidor catalítico del primer paso de escape se mantienen a sensiblemente la misma temperatura. Como resultado, los catalizadores contenidos en los dos convertidores catalíticos se mantienen activados sensiblemente en el mismo grado.
En el sistema de escape tal como se describe anteriormente, se puede juzgar que el calentamiento del convertidor catalítico dispuesto en el segundo paso de escape se ha completado cuando un periodo de tiempo en el cual el gas de escape de todos los cilindros pasa principalmente por el convertidor catalítico dispuesto en el segundo paso de escape, es igual a un periodo predeterminado de tiempo.
Con la instalación anterior, se puede determinar fácilmente la finalización del calentamiento del convertidor catalítico.
En el sistema de escape tal como se describe anteriormente, se puede juzgar que el calentamiento del convertidor catalítico dispuesto en el segundo paso de escape se ha completado cuando una temperatura medida o estimada del convertidor catalítico dispuesto en el segundo paso de escape alcanza una temperatura predeterminada.
Con la instalación anterior, se puede determinar fácilmente la finalización del calentamiento del convertidor catalítico.
Un sistema de escape de un motor de combustión interna que tiene una pluralidad de cilindros de acuerdo con un tercer aspecto de la invención incluye: un primer grupo de cilindros y un segundo grupo de cilindros que constituyen todos los cilindros del motor, un primer paso de escape y un segundo paso de escape que están conectados a unos colectores de escape respectivos del primer grupo de cilindros y el segundo grupo de cilindros, el primer paso de escape y el segundo paso de escape teniendo unos puntos de unión respectivos a través de los cuales el primer y segundo pasos de escape se comunican el uno con el otro, una turbina de un turbocompresor dispuesta curso abajo del punto de unión del primer paso de escape, una primera válvula de control dispuesta curso abajo del punto de unión del primer paso de escape, una segunda válvula de control dispuesta curso abajo del punto de unión del segundo paso de escape, un convertidor catalítico dispuesto curso abajo del punto de unión del segundo paso de escape, y un controlador que controla las magnitudes de abertura de la primera válvula de control y la segunda válvula de control de manera que el gas de escape de todos los cilindros pasa principalmente por el convertidor catalítico durante la puesta en marcha del motor.
Un sistema de escape de un motor de combustión interna que tiene una pluralidad de cilindros de acuerdo con un cuarto aspecto de la invención incluye: un primer grupo de cilindros y un segundo grupo de cilindros los cuales constituyen todos los cilindros del motor, un primer paso de escape y un segundo paso de escape que están conectados a unos colectores de escape respectivos del primer grupo de cilindros y el segundo grupo de cilindros, el primer paso de escape y el segundo paso de escape teniendo unos puntos de unión respectivos a través de los cuales el primer y segundo pasos de escape se comunican el uno con el otro, una turbina de un turbocompresor dispuesta curso abajo del punto de unión del primer paso de escape, una primera válvula de control dispuesta curso abajo del punto de unión del primer paso de escape, una segunda válvula de control dispuesta curso abajo del punto de unión del segundo paso de escape, un dispositivo de adsorción de HC dispuesto en el primer paso de escape curso abajo de la turbina y un controlador que controla las magnitudes de abertura de la primera válvula de control y la segunda válvula de control de manera que el gas de escape de todos los cilindros pasa principalmente por el dispositivo de adsorción de HC durante un periodo desde el arranque a un punto en el tiempo inmediatamente tras la finalización de la puesta en marcha del motor.
Breve descripción de los dibujos
Lo anterior y/o objetos, características y ventajas adicionales de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción de realizaciones preferidas haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales las referencias numéricas similares se usan para representar elementos similares y en los cuales:
La figura 1 es una vista esquemática que muestra un sistema de escape de un motor de combustión interna de acuerdo con una realización de la invención;
La figura 2 es un primer diagrama de flujo usado para controlar una primera válvula de control y una segunda válvula de control; y
La figura 3 es un segundo diagrama de flujo usado para controlar la primera válvula de control y la segunda válvula de control.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
En la siguiente descripción, la presente invención se describirá con mayor detalle en términos de realizaciones ejemplares.
La figura 1 es una vista esquemática que muestra un sistema de escape de un motor de combustión interna de acuerdo con una realización de la invención. En la figura 1, el motor de combustión interna en forma de un motor del tipo en V incluye un primer bloque 1a y un segundo bloque 1b, y un primer colector de escape 2a y un segundo colector de escape 2b están conectados al primer bloque 1a y al segundo bloque 1b, respectivamente. Un primer paso de escape 3a está conectado al primer colector de escape 2a, y un segundo paso de escape 3b está conectado al segundo colector de escape 2b. El primer paso de escape 3a y el segundo paso de escape 3b se juntan en un punto de confluencia del escape 4, y un convertidor catalítico principal 5 está dispuesto curso abajo del punto de confluencia del escape 4.
El motor de tipo en V funciona principalmente en una relación aire/combustible estequiométrica. Se selecciona un convertidor catalítico de tres vías como el convertidor catalítico principal 5. El convertidor catalítico principal 5 es relativamente grande en tamaño, pero esto no causa un problema en términos de la eficiencia en la instalación del vehículo puesto que el convertidor 5 está montado bajo el suelo del coche. De este modo, el convertidor catalítico
principal 5 trata favorablemente una gran cantidad de gas de escape emitido desde los cilindros respectivos durante el funcionamiento en carga media o elevada del motor.
Sin embargo, el gas de escape emitido desde los cilindros respectivos durante el funcionamiento en carga baja del motor tiene una temperatura relativamente baja, y su temperatura se reduce adicionalmente por el tiempo en el que el gas de escape fluye al convertidor catalítico principal 5. En este caso, en consecuencia, el convertidor catalítico principal 5 no se puede mantener en una temperatura de activación del catalizador o su temperatura de funcionamiento, lo que resulta en un tratamiento o limpieza insuficiente del gas de escape.
En la presente realización, un primer convertidor catalítico auxiliar 6a actuando como un convertidor catalítico de tres vías se monta cerca del cuerpo del motor en el primer paso de escape 3a, y un segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se monta cerca del cuerpo del motor en el segundo paso de escape 3b. Con esta instalación, cuando se llevan a cabo funcionamientos del motor en carga baja en el primer bloque 1a y el segundo bloque 1b, el gas de escape resultante que tiene una temperatura relativamente baja fluye al primer convertidor catalítico auxiliar 6a y al segundo convertidor catalítico auxiliar 6b los cuales están situados cerca del cuerpo del motor, antes de que la temperatura del gas se reduzca adicionalmente. Como resultado, los catalizadores portados en los respectivos convertidores catalíticos 6a, 6b se mantienen en la temperatura de activación, y el gas de escape producido en carga baja puede limpiarse suficientemente.
En la presente realización, el primer paso de escape 3a y el segundo paso de escape 3b se comunican el uno con el otro a través de una tubería de conexión 7 que conecta un punto de unión 7a del paso 3a con un punto de unión 7b del paso 3b. Una turbina 8 de un turbocompresor está dispuesta en el primer paso de escape 3a entre el punto de unión 7a y el primer convertidor catalítico auxiliar 6a. Además, una primera válvula de control 9a está dispuesta en el primer paso de escape 3a curso abajo del primer convertidor catalítico auxiliar 6a. La primera válvula de control 9a regula la cantidad de gas de escape que atraviesa el primer paso de escape 3a de modo que el límite inferior de la cantidad de gas de escape es igual a cero, y puede estar dispuesta en cualquier lugar del primer paso de escape 3a siempre que esté situada curso abajo del punto de unión 7a.
Una segunda válvula de control 9b está dispuesta en el segundo paso de escape 3b curso abajo del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b. La segunda válvula de control 9b regula la cantidad de gas de escape que atraviesa el segundo paso de escape 3b de manera que el límite inferior de la cantidad de gas de escape es igual a cero, y puede estar dispuesta en cualquier lugar del segundo paso de escape 3b siempre y cuando esté situada curso abajo del punto de unión 7b. Los grados de abertura de la primera válvula de control 9a y la segunda válvula de control 9b están controlados por un controlador 10 tal como se muestra en la figura 1.
Un compresor (no mostrado) del turbocompresor acoplado a la turbina 8 está dispuesto curso arriba de una válvula de mariposa de un sistema de admisión del motor, y lleva a cabo la sobrealimentación. Al controlar los grados de abertura de la primera válvula de control 9a y la segunda válvula de control 9b, la cantidad de gas de escape que pasa por la turbina 8 del primer paso de escape 3a se puede controlar como se desee, es decir, se puede cambiar desde una condición en la cual no pasa gas por la turbina 8 (dicha condición se establece al cerrar totalmente la primera válvula de control 9a y abrir totalmente la segunda válvula de control 9b) hasta una condición en la cual el gas de escape de todos los cilindros pasa por la turbina 8 (dicha condición se establece al abrir totalmente la primera válvula de control 9a y cerrar totalmente la segunda válvula de control 9b). De esta manera, la presión de soplado se puede controlar dependiendo de las condiciones de funcionamiento del motor al cambiar la cantidad de gas de escape que pasa por la turbina 8, incluso en la ausencia de un paso de válvula de descarga que está provisto de forma general para hacer un baipás a la turbina 8.
Cuando se enciende el motor, por lo menos uno del primer convertidor catalítico auxiliar 6a y del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b necesita calentarse hasta la temperatura de activación del catalizador en un corto tiempo para iniciar así el tratamiento del gas de escape en una etapa temprana. En el cuerpo del motor, en consecuencia, la temperatura del gas de escape se eleva a través de varios controles de puesta en marcha, por ejemplo, al retrasar el momento del encendido, o aumentar las cantidades de aire y combustible de admisión para elevar la velocidad del ralentí, y el gas de escape que tiene una temperatura relativamente alta pasa exclusivamente a través del primer convertidor catalítico auxiliar 6a o el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b. En esta conexión, el controlador 10 determina si el primer convertidor catalítico auxiliar 6a y el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se han calentado.
Si el gas de escape de todos los cilindros se alimenta en su totalidad al primer convertidor catalítico auxiliar 6a del primer paso de escape 3a en el sistema de escape construido tal como se describe anteriormente, el gas de escape pasa por la turbina 8 situada curso arriba del primer convertidor catalítico auxiliar 6a antes de fluir dentro del convertidor 6a, y, en consecuencia, el primer convertidor catalítico auxiliar 6a no se puede calentar favorablemente debido a una reducción de la temperatura del gas que sucede cuando el gas de escape pasa por la turbina 8.
En la presente realización, en consecuencia, la primera válvula de control 9a se cierra totalmente y la segunda válvula de control 9b se abre totalmente en el mismo tiempo que o antes del inicio del arranque, de manera que al gas de escape emitido desde todos los cilindros durante la puesta en marcha del motor se le hace pasar
principalmente por el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b del segundo paso de escape 3b. De esta manera, el gas de escape de todos los cilindros, el cual tiene una temperatura relativamente alta, pasa casi exclusivamente a través del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b sin sufrir una reducción de temperatura debido a su paso a través de la turbina, de manera que el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se puede calentar en un tiempo breve.
Si el gas de escape de todos los cilindros se trata o se limpia por el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b durante el control de puesta en marcha descrito anteriormente (tal como un retraso en el momento del encendido) y ralentí normal a continuación del control de puesta en marcha, y, adicionalmente, durante el funcionamiento a carga baja mientras el vehículo está en marcha, se puede omitir el primer convertidor catalítico auxiliar 6a dispuesto en el primer paso de escape 3a. Sin embargo, incluso en el caso en el que el primer convertidor catalítico auxiliar 6a se omita, la primera válvula de control 9a se abre en un grado deseado si el turbocompresor necesita llevar a cabo la sobrealimentación durante el funcionamiento a carga baja, de manera que a parte del gas de escape se le hace pasar por la turbina 8. Como resultado, el gas de escape puede liberarse a la atmósfera sin estar totalmente limpio por el convertidor catalítico principal 5.
Entretanto, durante la puesta en marcha del motor iniciada por el arranque, se suministra una cantidad relativamente grande de combustible a cada cilindro para evitar así un fallo del encendido debido a vapores de combustible insuficientes en el cilindro hasta que la puesta en marcha se ha completado, es decir, hasta que la velocidad del motor se eleva a una velocidad predeterminada a través de una o varias explosión(es) en cada cilindro, o hasta inmediatamente después de la finalización de la puesta en marcha. En este caso, el gas de escape emitido hasta inmediatamente después de la finalización de la puesta en marcha del motor, contiene una cantidad relativamente grande de combustible a modo de partículas. Si dicho gas de escape fluye al primer convertidor catalítico auxiliar 6a que no se ha calentado, el combustible a modo de partículas apenas se extrae del gas de escape, si no que puede liberarse a la atmósfera. A fin de suprimir o restringir la emisión del gas de escape que no ha sido suficientemente limpiado, puede estar dispuesto un dispositivo de adsorción de HC en el primer paso de escape 3a curso abajo de la turbina 8. En el caso en el que esté provisto el dispositivo de adsorción de HC, la primera válvula de control 9a está totalmente abierta y la segunda válvula de control 9b está totalmente cerrada en el inicio del motor, para provocar así que el gas de escape de todos los cilindros atraviese en su totalidad el primer paso de escape 3b desde el arranque hasta inmediatamente después de la finalización de la puesta en marcha del motor, de manera que el combustible a modo de partículas contenido en el gas de escape se adsorbe por el dispositivo de adsorción de HC.
El dispositivo de absorción de HC puede tener una estructura de panal de abeja conformado por un material (por ejemplo, mordenita como un tipo de zeolita) que tiene una estructura porosa, tal como aquel de la zeolita, y que tiene un área superficie específica grande. En la estructura de panal de abeja, hay conformado un gran número de espacios axiales o canales paralelos que están definidos por un gran número de paredes de partición en la dirección axial.
El dispositivo de adsorción de HC que tiene la estructura de panal de abeja tal como se describe anteriormente, es capaz de adsorber favorablemente combustible líquido en forma de partículas sobre las superficies de o en los poros de las paredes de partición a bajas temperaturas. Mientras la temperatura del dispositivo de adsorción de HC aumenta con el motor funcionando a carga media o elevada, el combustible líquido adsorbido se evapora, y se libera como combustible gaseoso. Puesto que el convertidor catalítico principal 5 dispuesto curso abajo del punto de confluencia del escape 4 se ha calentado hasta la temperatura de activación antes de este tiempo, el convertidor catalítico 5 es capaz de extraer favorablemente el combustible gaseoso del gas de escape.
Si se omite el primer convertidor catalítico auxiliar 6a, tal como se describe anteriormente, el gas de escape que ha pasado por la turbina 8 del primer paso de escape 3a cuando el turbocompresor lleva a cabo la sobrealimentación durante el funcionamiento del motor a carga baja puede no limpiarse suficientemente. Para limpiar favorablemente el gas de escape, en consecuencia, es deseable proveer el primer convertidor catalítico auxiliar 6a en el primer paso de escape 3a curso abajo de la turbina 8, como en la presente realización. El dispositivo de adsorción de HC tal como se describe anteriormente puede portar un catalizador o puede estar cubierto con un revestimiento catalítico, para proveer así el primer convertidor catalítico auxiliar 6a curso abajo de la turbina 8.
Cuando el primer convertidor catalítico auxiliar 6a está provisto en el primer paso de escape 3a, el primer convertidor catalítico auxiliar 6a necesita calentarse como preparación para el funcionamiento del motor en carga baja durante la marcha del vehículo. En la presente realización, en consecuencia, el controlador 10 controla las magnitudes de abertura de la primera válvula de control 9a y la segunda válvula de control 9b durante la puesta en marcha del motor, de acuerdo con una rutina ilustrada en el primer diagrama de flujo tal como se muestra en la figura 2. La rutina del primer diagrama de flujo empieza a ser ejecutada a la vez que se acciona el interruptor de arranque. Inicialmente, la primera válvula de control 9a está totalmente cerrada en la etapa 101, y la segunda válvula de control 9b está totalmente abierta en la etapa 102 (estos controles se pueden llevar a cabo inmediatamente antes de detener el motor).
Como resultado, el gas de escape de todos los cilindros en su totalidad atraviesa el segundo paso de escape 4b, y el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b dispuesto en el segundo paso de escape 3b se calienta favorablemente.
En esta conexión, el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b tiene preferentemente una capacidad calorífica inferior (o es preferentemente menor en tamaño) que el primer convertidor catalítico auxiliar 6a, de manera que el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se puede calentar fácilmente.
A continuación, se determina en la etapa 103 si la temperatura T2 medida o estimada del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b ha alcanzado una temperatura de finalización del calentamiento (temperatura de activación del catalizador) T’. Hasta que se obtiene una decisión afirmativa (SI) en la etapa 103, la primera válvula de control 9a se mantiene totalmente cerrada y la segunda válvula de control 9b se mantiene totalmente abierta. Tal como se describe anteriormente, el controlador 10 determina si el primer convertidor catalítico auxiliar 6a y el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se han calentado. Si se obtiene una decisión afirmativa (SI) en la etapa 103, la primera válvula de control 9a se abre totalmente en la etapa 104, y la segunda válvula de control 9b se cierra totalmente en la etapa 105. Como resultado, la totalidad del gas de escape de todos los cilindros atraviesa el primer paso de escape 3a, y solo pasa por el primer convertidor catalítico auxiliar 6a. De esta manera, el primer convertidor catalítico auxiliar 6a se puede calentar en una etapa temprana.
A continuación, se determina en la etapa 106 si la temperatura T1 medida o estimada del primer convertidor catalítico auxiliar 6a ha alcanzado la temperatura de finalización del calentamiento T’. Hasta que se obtiene una decisión afirmativa (SI) en la etapa 106, la primera válvula de control 9a se mantiene totalmente abierta y la segunda válvula de control 9b se mantiene totalmente cerrada. Si se obtiene una decisión afirmativa (SI) en la etapa 106, el control de puesta en marcha del motor, tal como un retraso en el momento del encendido, para elevar la temperatura del gas de escape se detiene, y finaliza la rutina del diagrama de flujo de la figura 2.
En el diagrama de flujo de la figura 2, cuando se estiman la temperatura T2 del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b y la temperatura T1 del primer convertidor catalítico auxiliar 6a, se toman en consideración la cantidad y temperatura del gas de escape que fluye a cada uno de los convertidores catalíticos 6a, 6b. Por ejemplo, se estima la temperatura del gas de escape que fluye al primer convertidor catalítico auxiliar 6a en vista de una reducción de temperatura que sucede cuando el gas de escape pasa por la turbina. En la etapa 103, se puede determinar que la temperatura del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se ha elevado a la temperatura de finalización del calentamiento T’ cuando el periodo de tiempo para el cual el gas de escape de todos los cilindros pasa por el convertidor 6b alcanza un tiempo predeterminado. Aquí el periodo de tiempo mencionado anteriormente no incluye un periodo de tiempo que finaliza inmediatamente después de que se haya completado la puesta en marcha del motor, en el caso en el que el gas de escape de todos los cilindros pasa por el primer convertidor catalítico auxiliar 6a actuando como un dispositivo de adsorción de HC hasta inmediatamente después de la finalización de la puesta en marcha del motor. De forma similar, se puede determinar en la etapa 106 si la temperatura del primer convertidor catalítico auxiliar 6a se ha elevado a la temperatura de finalización del calentamiento T’, dependiendo de si un periodo de tiempo en el cual el gas de escape pasa por el convertidor 6a, ha alcanzado un tiempo predeterminado.
Cuando la temperatura del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se vuelve igual a la temperatura de finalización del calentamiento T’, se obtiene una decisión afirmativa (SI) en la etapa 103, las magnitudes de abertura del primera válvula de control 9a del primer paso de escape 3a y la segunda válvula de control 9b del segundo paso de escape 3b se pueden controlar de manera que la cantidad de gas de escape que atraviesa el primer paso de escape 3a se vuelve igual a o es superior que aquella del gas de escape que atraviesa el segundo paso de escape 3b. Como resultado, al gas de escape cuya cantidad es igual a o superior que aquella del gas de escape que pasa por el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se le hace pasar por el primer convertidor catalítico auxiliar 6a, de manera que el calentamiento del primer convertidor catalítico auxiliar 6a se puede completar en un tiempo relativamente breve. Además, parte del gas de escape pasa por el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b, de modo que el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se puede mantener con seguridad en una condición calentada.
La figura 3 es el segundo diagrama de flujo usado para controlar las magnitudes de abertura de la primera válvula de control 9a y la segunda válvula de control 9b durante la puesta en marcha del motor. A continuación, sólo se explicará una diferencia con el primer diagrama de flujo. De acuerdo con una rutina ilustrada en el diagrama de flujo de la figura 3, cuando se determina en la etapa 203 que la temperatura T2 del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b ha alcanzado la temperatura de finalización del calentamiento T’, se determina en la etapa 204 si el tiempo t que ha transcurrido desde la activación del interruptor de arranque ha alcanzado un tiempo predeterminado t’ que lleva a cabo el control de la puesta en marcha para elevar la temperatura del gas de escape.
Si se obtiene una decisión afirmativa (SI) en la etapa 204, el control de puesta en marcha se detiene en la etapa 210, y finaliza la rutina del diagrama de flujo de la figura 3. Si se obtiene una decisión negativa (NO) en la etapa 204, se determina en la etapa 205 si la temperatura T2 medida o estimada del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b es igual o superior a la temperatura T1 medida o estimada del primer convertidor catalítico auxiliar 6a.
Cuando la etapa 205 se ejecuta inicialmente, se obtiene una decisión afirmativa (SI) puesto que el calentamiento del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se acaba de completar. El control procede entonces a la etapa 206 para abrir totalmente la primera válvula de control 9a, y a la etapa 207 para cerrar totalmente la segunda válvula de control 9b. Como resultado, la totalidad del gas de escape de todos los cilindros atraviesa el primer paso de escape 3a, para calentar así el primer convertidor catalítico auxiliar 6a. El proceso desde la etapa 204 a la etapa 207 se
repite de forma que la temperatura T1 del primer convertidor catalítico auxiliar 6a alcanza la temperatura de finalización del calentamiento T’. Durante este proceso, la temperatura T2 del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b calentado se puede reducir para que sea inferior que la temperatura de finalización del calentamiento T’. En este caso, se obtiene una decisión negativa (NO) en la etapa 205, y la primera válvula de control 9a está totalmente cerrada en la etapa 208 mientras la segunda válvula de control 9b se abre totalmente en la etapa 209. Como resultado, la totalidad del gas de escape de todos los cilindros atraviesa el segundo paso de escape 3b, para calentar así el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b de nuevo.
De acuerdo con el diagrama de flujo de la figura 3, durante el periodo en el cual la temperatura del gas de escape se eleva bajo el control de la puesta en marcha del motor, al gas de escape de todos los cilindros se le hace pasar uno de los primer y segundo convertidores catalíticos auxiliares 6a, 6b que tenga la temperatura inferior. Con este control, la temperatura T1 del primer convertidor catalítico auxiliar 6a y la temperatura T2 del segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se vuelven la una sensiblemente igual que la otra. Como resultado, los catalizadores contenidos en el primer convertidor catalítico auxiliar 6a y el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b están activados sensiblemente en el mismo grado.
De acuerdo con el diagrama de flujo de la figura 3, las magnitudes de abertura de la primera válvula de control 9a y la segunda válvula de control 9b están controladas para atravesar así el gas de escape de todos los cilindros por uno sólo del primer convertidor catalítico auxiliar 6a y el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b, en base al resultado de la determinación de la etapa 205. Sin embargo, la manera de controlar las magnitudes de abertura de la primera y la segunda válvulas de control 9a, 9b no se limita a esta manera, sino que las magnitudes de abertura de la primera válvula de control 9a y la segunda válvula de control 9b se pueden controlar para atravesar así la mayor cantidad de gas de escape uno de los primer y segundo convertidores catalíticos auxiliares 6a, 6b cuya temperatura medida o estimada es inferior que la otra. De esta manera, se permite que el gas de escape pase por el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b incluso cuando el primer convertidor catalítico auxiliar 6a se está calentando, de manera que el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b se puede mantener con seguridad en la temperatura de finalización del calentamiento.
Después de que el control de la puesta en marcha se ha detenido en los primer y segundo diagramas de flujo, los grados de abertura de la primera válvula de control 9a y la segunda válvula de control 9b se determinan de acuerdo con la cantidad de gas de escape que atraviesa el primer paso de escape 4a, en base a la cantidad de gas de escape emitida desde los cilindros, para lograr así una presión de soplado deseada que se determina en base las condiciones de funcionamiento del motor. Aquí, si la cantidad de gas de escape emitida desde los cilindros no cambia, la cantidad de gas de escape que pasa por la turbina 8 disminuye mientras se reduce el grado de abertura de la primera válvula de control 9a (preferentemente, al abrir totalmente la segunda válvula de control 9b), y la cantidad de gas de escape que pasa por la turbina 8 aumenta mientras el grado de abertura de la primera válvula de control 9a se reduce (preferentemente, al abrir totalmente la primera válvula de control 9a).
De este modo, después de que se haya detenido el control de la puesta en marcha y la puesta en marcha del motor haya finalizado, las magnitudes de abertura de la primera válvula de control 9a y la segunda válvula de control 9b están controladas para lograr así la presión de soplado deseada. En este momento, el gas de escape que atraviesa el primer paso de escape 3a se limpia favorablemente mediante el primer convertidor catalítico auxiliar 6a que ha sido calentado mediante el control del primer o segundo diagrama de flujo. Además, el gas de escape que atraviesa el segundo paso de escape 3b se limpia favorablemente mediante el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b ha sido calentado mediante el control del primer o segundo diagrama de flujo.
A pesar de que la primera válvula de control 9a o la segunda válvula de control 9b está totalmente cerrada de manera que la totalidad del gas de escape de todos los cilindros pasa por el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b o el primer convertidor catalítico auxiliar 6a de acuerdo con el primer diagrama de flujo y el segundo diagrama de flujo, la primera o segunda válvula de control 9a, 9b se puede abrir ligeramente de manera que una ligera cantidad de gas de escape pasa por el primer convertidor catalítico auxiliar 6a o el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b. Es decir, no hay un problema particular si el gas de escape de todos los cilindros pasa principalmente el segundo convertidor catalítico auxiliar 6b o el primer convertidor catalítico auxiliar 6a.
A pesar de que el convertidor catalítico principal 5 está en forma de un convertidor catalítico de tres vías en la realización ilustrada, puede estar en forma de un convertidor catalítico de NOx en el caso en el que el motor de combustión interna sea capaz de funcionar con mezcla pobre. En este caso, si el motor funciona en una relación estequiométrica aire/combustible o una relación rica aire/combustible en una carga extremadamente elevada, por ejemplo, el convertidor catalítico principal 5 es preferentemente una combinación de un convertidor catalítico de tres vías y un convertidor catalítico de NOx que están dispuestos en serie. A pesar de que el control de la puesta en marcha, tal como el retraso del momento de encendido, para elevar la temperatura del gas de escape se lleva a cabo durante la puesta en marcha del motor en la realización ilustrada, la invención también es aplicable al caso en el que el control de la puesta en marcha no se lleve a cabo.
A pesar de que el motor de combustión interna es un motor del tipo en V en la realización ilustrada, la invención no se aplica de forma limitada a este tipo de motor, sino que puede ser aplicada en cualquier tipo de motor siempre que el motor tenga una pluralidad de cilindros que se pueden dividir en dos grandes grupos, cada uno de los cuales esté dotado con colector de escape. La pluralidad de cilindros puede estar dispuesta en serie. La invención también puede aplicarse a motores que tengan tres o más grupos de cilindros. En este caso, tres o más pasos de escape curso arriba del punto de confluencia del escape estén divididos a grandes rasgos en dos grupos, de manera que la
5 invención se puede aplicar a este tipo de motor.
A pesar de que haya sido descrito haciendo referencia a realizaciones ejemplares de la misma, debería entenderse que la invención no se limita a las realizaciones o construcciones ejemplares. Al contrario, la invención está prevista que cubra varias modificaciones e instalaciones equivalentes tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
10 Adicionalmente, a pesar de que se muestran los varios elementos de las realizaciones ejemplares en varias combinaciones y configuraciones, los cuales son ejemplares, otras combinaciones y configuraciones, incluyendo más, menos o sólo un solo elemento, también están dentro del ámbito de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Un sistema de escape de un motor de combustión interna que tiene una pluralidad de cilindros, en el que todos los cilindros están divididos en dos grupos de cilindros (1a, 1b), y un primer paso de escape (2a, 3a) y un segundo paso de escape (2b, 3b) están conectados a unos colectores de escape respectivos de los dos grupos de cilindros (1a, 1b), el primer paso de escape (2a, 3a) comunicándose con el segundo paso de escape (2b, 3b) a través de un primer punto de unión (7a) provisto en el primer paso de escape (2a, 3a) y un segundo punto de unión (7b) provisto en el segundo paso de escape (2b, 3b), el sistema de escape incluyendo una turbina (8) de un turbocompresor dispuesta curso abajo del primer punto de unión (7a) del primer paso de escape (2a, 3a), y una válvula de control (9b) dispuesta curso abajo del segundo punto de unión (7b) del segundo paso de escape (2b, 3b), caracterizado por el hecho de que otra válvula de control (9a) está dispuesta curso abajo del primer punto de unión (7a) del primer paso de escape (2a, 3a), y un dispositivo de adsorción de HC (6a) está dispuesto en el primer paso de escape (2a, 3a) curso abajo de la turbina (8), y las magnitudes de abertura de las válvulas de control (9a, 9b) dispuestas en el primer paso de escape (2a, 3a) y el segundo paso de escape (2b, 3b) están controladas de manera que el gas de escape de todos los cilindros pasa principalmente por el dispositivo de adsorción de HC (6a) durante un periodo desde el arranque a un punto en el tiempo inmediatamente después de la finalización de la puesta en marcha del motor.
  2. 2.
    Un sistema de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, en el que un catalizador se porta en el dispositivo de adsorción de HC.
  3. 3.
    Un sistema de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 2, en el que cuando se juzga que el calentamiento del convertidor catalítico (6b) dispuesto en el segundo paso de escape (2b, 3b) se ha completado durante la puesta en marcha del motor, las magnitudes de abertura de las válvulas de control (9a, 9b) dispuestas en el primer paso de escape (2a, 3a) y en el segundo paso de escape (2b, 3b) están controladas de manera que la cantidad de gas de escape que atraviesa el primer paso de escape (2a, 3a) sea igual a o mayor que la cantidad de gas de escape que atraviesa el segundo paso de escape (2b, 3b).
  4. 4.
    Un sistema de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 2, en el que cuando se juzga que el calentamiento del convertidor catalítico (6b) dispuesto en el segundo paso de escape (2b, 3b) se ha completado durante la puesta en marcha del motor, las magnitudes de abertura de las válvulas de control (9a, 9b) dispuestas en el primer paso de escape (2a, 3a) y en el segundo paso de escape (2b, 3b) están controladas de manera que el gas de escape de todos los cilindros pasa principalmente a través del primer paso de escape (2a, 3a).
  5. 5.
    Un sistema de escape de un motor de combustión interna según la reivindicación 2, en el que cuando se juzga que el calentamiento del convertidor catalítico (6b) dispuesto en el segundo paso de escape (2b, 3b) se ha completado durante la puesta en marcha del motor, las magnitudes de abertura de las válvulas de control (9a, 9b) dispuestas en el primer paso de escape (2a, 3a) y en el segundo paso de escape (2b, 3b) están controladas de manera que una mayor cantidad de gas de escape pasa por uno de los convertidores catalíticos dispuesto en el primer paso de escape (2a, 3a) y el segundo paso de escape (2b, 3b), el cual tiene una temperatura medida o estimada que es inferior al otro.
  6. 6.
    Un sistema de escape de un motor de combustión interna según una cualquiera de las reivindicaciones 3-5, en el que se juzga que el calentamiento del convertidor catalítico (6b) dispuesto en el segundo paso de escape (2b, 3b) se ha completado cuando un periodo de tiempo en el cual el gas de escape de todos los cilindros pasa principalmente por el convertidor catalítico (6b) dispuesto en el segundo paso de escape (2b, 3b), es igual a un periodo predeterminado de tiempo.
  7. 7.
    Un sistema de escape de un motor de combustión interna según una cualquiera de las reivindicaciones 3-5, en el que se juzga que el calentamiento del convertidor catalítico (6b) dispuesto en el segundo paso de escape (2b, 3b) se ha completado cuando una temperatura medida o estimada del convertidor catalítico (6b) dispuesto en el segundo paso de escape alcanza una temperatura predeterminada.
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