MX2014015333A - Inyeccion posterior de combustible de combustible gaseoso para reducir las emisiones de escape. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan métodos y sistemas para suministrar combustible gaseoso a modo de inyecciones múltiples de combustible divididas en una carrera de admisión, una carrera de compresión y/o una carrera motriz para acelerar el calentamiento del catalizador de escape durante un arranque en frío del motor. El combustible inyectado en la carrera de admisión y la carrera de compresión se enciende y combustiona. Las inyecciones de combustible en la carrera motriz se combustionan en el orificio de escape para aumentar la temperatura de escape y la presión para lograr un encendido más rápido del catalizador.

Description

INYECCIÓN POSTERIOR DE COMBUSTIBLE DE COMBUSTIBLE GASEOSO PARA REDUCIR LAS EMISIONES DE ESCAPE CAMPO TÉCNICO La presente solicitud se refiere a metodos y sistemas para reducir las emisiones de escape de partículas en un sistema de motor sobrealimentado mediante inyección de gas licuado del petróleo (GLP).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los motores con inyectores directos de combustible pueden configurarse a fin de que inyecten combustible de manera directa al cilindro de combustión (inyección directa), y/o con inyectores de combustible de puerto que inyectan combustible en una lumbrera de cilindro (inyección de combustible de puerto). La inyección directa permite una mayor eficiencia en el uso del combustible y mayor generación de potencia a alcanzarse además de permitir de mejor manera el efecto refrigerante de carga del combustible inyectado.

Además, durante los arranques en frío del motor, la inyección directa de combustible durante una carrera motriz o una carrera de escape (también conocida como inyección posterior de combustible) o más tarde en una carrera de compresión permite el calentamiento acelerado de un catalizador de escape. Un enfoque de ejemplo para acelerar el calentamiento del catalizador de escape se muestra en la patente US 6,374,798 de Nagai y otros. En la misma, se inyecta combustible en una carrera de compresión cuando se requiere mayor calentamiento del catalizador, y en la carrera de admisión cuando se requiere menor calentamiento del catalizador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN No obstante, los inventores de la presente se han dado cuenta de que los motores con inyección directa de gasolina generan mayores emisiones de partículas (u hollín) durante los arranques en frío y el calentamiento del motor debido a la propagación difusa de la llama, donde el combustible puede mezclarse inapropiadamente con el aire antes de la combustión, así como también debido a la humectación de la pared del cilindro. Debido a que la inyección directa, por naturaleza, es una inyección de combustible relativamente tardía, puede haber tiempo insuficiente para mezclar el combustible inyectado con el aire dentro del cilindro. De manera similar, el combustible inyectado puede encontrar menor turbulencia cuando fluye a traves de las válvulas. En consecuencia, pueden formarse bolsas de combustión rica que pueden generar hollín a nivel local, lo cual degrada las emisiones de escape. Asimismo, el suministro de gasolina a modo de una inyección posterior de combustible o una inyección tardía en la carrera de compresión mediante un inyector directo puede provocar mayor humectación de combustible en el pistón y un aumento significativo de emisiones de partículas en el tubo de escape.

Los inventores de la presente han reconocido que al menos una parte de los problemas mencionados anteriormente puede abordarse con el uso de métodos para un sistema de motor que funcione con inyección directa de combustible gaseoso, como el gas licuado del petróleo. Un método de ejemplo comprende: durante un arranque en frío del motor, la combustión de una primera cantidad de combustible gaseoso durante una o más carreras de admisión y una carrera de compresión de un primer episodio de combustión, y la combustión de una segunda cantidad de combustible gaseoso durante una carrera motriz del primer episodio de combustión, una proporción entre la primera cantidad y la segunda cantidad ajustada a fin de permitir una rica relación aire-combustible en la bujía para una mejor estabilidad del motor mientras se mantiene la relación estequiométrica total de combustión aire-combustible dentro del cilindro. De esta manera, el calentamiento del catalizador puede acelerarse sin degradar las emisiones de escape.

A modo de ejemplo, un sistema de motor puede configurarse con un sistema de suministro de combustible de gas licuado del petróleo (GLP), y el combustible gaseoso (p. ej., GLP) puede inyectarse de manera directa en la cámara de combustión. Durante una condición de arranque en frío del motor, como cuando la temperatura del catalizador de escape se encuentra por debajo del umbral de temperatura o eficiencia, el combustible gaseoso puede suministrarse al motor a modo de una o más inyecciones en la carrera de admisión y una inyección en la carrera de compresión. La inyección de combustible puede orientarse más hacia la inyección en la carrera de compresión a medida que la temperatura del catalizador de escape en el arranque en frío del motor disminuye. De esa manera, la inyección en la carrera de admisión puede permitir una buena mezcla y durante el calentamiento del catalizador la inyección puede ser pobre. La inyección en la carrera de compresión entonces puede usarse de modo tal que la relación aire-combustible en la bujía sea estequiometrica o alrededor de la misma para que la mezcla se encienda con mayor facilidad. Como opción, el combustible puede inyectarse a modo de una única inyección o múltiples inyecciones durante la carrera motriz y combustionarse en el orificio de escape. El aumento resultante en la temperatura de escape y la presión reduce el tiempo hasta que el catalizador se active. Una cantidad del combustible inyectado en las carreras de admisión, compresión y motriz puede ajustarse de manera tal que se mantenga una relación estequiométrica total de escape aire-combustible o alrededor de la misma. Además, la sincronización de las inyecciones puede ajustarse sobre la base de la temperatura del catalizador y el tiempo de chispa. Por ejemplo, a medida que disminuye la temperatura del catalizador en condiciones de arranque en frío, la inyección en la carrera de compresión puede hacerse más próxima al punto muerto superior (TDC, por su sigla en inglés) de la carrera de compresión, mientras que la/s inyección/es de la carrera motriz se realiza/n después del TDC. A modo de otro ejemplo, una parte menor del combustible puede inyectarse en una carrera de admisión, mientras que una parte mayor de combustible se suministra en la carrera de compresión y a modo de inyección posterior (en la carrera motriz). La estrategia de inyección dividida pie combustible puede continuarse a medida que la temperatura o la eficiencia de catalizador aumentan. Cuando el catalizador de escape está lo suficientemente caliente (p. ej., se encuentra a o por encima de la temperatura de activación), la inyección posterior puede interrumpirse y puede reanudarse la inyección de combustible en una de la carreras de admisión o en la carrera de compresión. Como alternativa, la estrategia de inyección dividida de combustible puede modificarse a fin de discontinuar la inyección posterior de combustible (en la carrera motriz), mientras se mantienen las inyecciones en la carrera de admisión y compresión hasta que el catalizador se active.

De esta manera, al inyectar combustible en un cilindro despues del TDC de la carrera de compresión, una mayor oxidación de los hidrocarburos y del monóxido de carbono aumenta aún más la temperatura de escape, mientras reduce las emisiones del gas de alimentación. En general, fa eficiencia de activación del catalizador se mejora sin degradar las partículas de escape.

Debería comprenderse que el resumen anterior se proporciona a fin de introducir de manera simplificada una selección de conceptos que se describen en mayor profundidad en la descripción detallada. No tiene por intención identificar las funciones clave o fundamentales del objeto reivindicado, cuyo alcance se define de manera única mediante las reivindicaciones que siguen a la descripción detallada. Y más, el objeto reivindicado no se limita a las implementaciones que resuelven cualquiera de las desventajas que se hacen notar anteriormente ni a ninguna parte de esta divulgación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIG.1 muestra una representación esquemática de un sistema de motor configurado para inyección directa de combustible gaseoso.

La FIG. 2 muestra un diagrama de flujo que representa un método de ejemplo para ajustar el perfil de inyección de combustible durante la inyección de arranque en frío de un motor.

La FIG. 3 muestra perfiles de inyección de combustible de ejemplo para la condición de arranque en frío de un motor.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS La presente descripción se refiere a un sistema de motor configurado para suministrar combustible gaseoso mediante una inyección directa, como el sistema de motor de la FIG. 1. El combustible gaseoso puede suministrarse a modo de inyección de combustible dividida y distribuida en múltiples carreras de un episodio de combustión dentro del cilindro durante condiciones de arranque en frío de un motor. Puede configurarse un controlador para llevar a cabo una rutina de control, como la rutina de control de la FIG. 2 a fin de suministrar combustible gaseoso a modo de una o más carreras de admisión y una inyección de carrera de compresión, así como tambien suministrar una parte del combustible a modo de inyección posterior en la carrera motriz. Los ejemplos de perfiles de inyección de combustible se muestran con relación a la FIG.3.

La FIG. 1 ilustra una realización de ejemplo de una cámara de combustión o cilindro 14 de un motor de combustión interna 10. El motor 10 puede controlarse al menos parcialmente mediante un sistema de control que incluye un controlador 12 y mediante la entrada desde un operador del vehículo 130 por medio de un dispositivo de entrada 132. En este ejemplo, el dispositivo de entrada 132 incluye un pedal de acelerador y un sensor de la posición del pedal 134 para generar una señal PP de la posición proporcional del pedal. El cilindro (es decir, la cámara de combustión) 14 del motor 10 puede incluir paredes 136 de la cámara de combustión con pistones 138 posicionados allí. El pistón 138 puede estar acoplado al cigüeñal 140 de manera tal que el movimiento recíproco del pistón se traduce en el movimiento giratorio del cigüeñal. El cigüeñal 140 puede estar acoplado al menos a una rueda propulsora del vehículo de pasajeros mediante un sistema de transmisión. Además, un motor de arranque puede acoplarse al cigüeñal 140 por medio de un volante a fin de permitir una operación de arranque del motor 10.

El cilindro 14 puede recibir aire de admisión mediante una serie de conductos de aire de admisión 142, 144 y 146. El conducto de aire de admisión 146 puede comunicarse con otros cilindros del motor 10 además del cilindro 14. En algunas realizaciones, uno o más de los conductos de entrada pueden incluir un dispositivo de sobrealimentación, como un turbo compresor o un sobrealimentador. Por ejemplo, la FIG. 1 muestra un motor 10 configurado con un turbocargador que incluye un compresor 174 dispuesto entre los pasajes de admisión 142 y 144, y una turbina de escape 176 dispuesta a lo largo del conducto de escape 148. El compresor 174 puede al menos ser parcialmente alimentado por una turbina de escape 176 mediante un eje 180 donde el dispositivo de sobrealimentación está configurado a modo de un turbocargador. Puede proporcionarse una válvula reguladora 162 que incluye una placa de válvula reguladora 164 a lo largo de un conducto de admisión del motor para un nivel de flujo variable y/o presión del aire de admisión abastecido a los cilindros del motor. Además, el conducto de admisión 144 puede incluir un sensor (que no aparece) de presión de entrada en la válvula reguladora (TIP, por su sigla en ingles) corriente arriba de la válvula reguladora 162 para estimar una presión de entrada de la válvula reguladora (TIP). La válvula reguladora 162 puede disponerse corriente abajo del compresor 174 tal como se muestra en la FIG. 1, o se la puede disponer alternativamente corriente arriba del compresor 174.

El conducto de escape 148 puede recibir gases de escape desde otros cilindros del motor 10 además del cilindro 14. El sensor de gas de escape 128 se muestra acoplado al conducto de escape 148 corriente arriba del dispositivo de control de emisiones 178. El sensor 128 puede ser cualquier sensor adecuado para dar una indicación de la relación de aire de gas de escape/combustible a modo de sensor de oxígeno lineal o UEGO (por su sigla en inglés, oxígeno de gas de escape de amplio alcance o universal), un sensor de oxígeno en dos estados o EGO (por su sigla en inglés) (tal como se ilustra), un HEGO (por su sigla en inglés, EGO con calor), un sensor de NOx, HC o sensor de CO. El dispositivo de control de emisiones 178 puede ser un catalizador de triple vía (TWC, por su sigla en inglés), un colector de NOx, otros varios dispositivos de control de emisiones o combinaciones de los mismos. Además, el dispositivo de control de emisiones 178 puede comprender un sensor de temperatura (que no aparece) a fin de dar una indicación de la temperatura del catalizador de escape. El motor 10 puede incluir el sistema de recirculación del gas de escape (EGR, por su sigla en inglés) que se indica en general en el paso 194. El sistema EGR 194 puede incluir un enfriador EGR 196 dispuesto a lo largo del conducto EGR 198. Además, el sistema EGR puede incluir una válvula EGR 197 dispuesta a lo largo del conducto EGR 198 para regular la cantidad de gas de escape en recirculación al colector de admisión 144.

Cada cilindro del motor 10 puede incluir una o más válvulas de admisión y una o más válvulas de escape. Por ejemplo, se muestra que el cilindro 14 incluye al menos una válvula de resorte de admisión 150 y al menos una válvula de resorte de escape 156 ubicada en una parte superior del cilindro 14. En algunas realizaciones, cada cilindro del motor 10, con inclusión del cilindro 14, puede incluir al menos dos válvulas de resorte de admisión y al menos dos válvulas de resorte de escape ubicadas en una parte superior del cilindro.

La válvula de admisión 150 puede controlarse mediante un controlador 12 por medio de un accionador 152. De manera similar, la válvula de escape 156 puede controlarse mediante un controlador 12 por medio de un accionador 154. Durante algunas condiciones, el controlador 12 puede variar las señales proporcionadas a los accionadores 152 y 154 para controlar la sincronización de apertura y cierre y/o la cantidad de elevación de las respectivas válvulas de admisión y escape. La posición de la válvula de admisión 150 y la válvula de escape 156 puede determinarse por medio de respectivos sensores de la posición de la válvula (que no aparecen). Los accionadores de válvula pueden incluir accionamiento electrico de válvula o accionamiento de leva o una combinación de ambos. En un ejemplo de accionamiento de leva, cada sistema de accionamiento de leva puede incluir una o más levas y puede utilizar uno o más sistemas de interruptores de perfil de levas (CPS, por su sigla en inglés), sincronización variable de levas (VCT, por su sigla en inglés), sincronización variable de válvulas (WT, por su sigla en inglés) y/o elevación variable de válvulas (WL, por su sigla en inglés) que pueden operarse mediante el controlador 12 para variar la operación de válvulas. Por ejemplo, el cilindro 14 alternativamente puede incluir una válvula de admisión controlada mediante accionamiento eléctrico de válvula y una válvula de escape controlada mediante accionamiento de leva que incluye CPS y/o VCT. En otras realizaciones, las válvulas de admisión y escape pueden controlarse mediante un accionador o un sistema de accionamiento común de válvulas, o un accionador o un sistema de accionamiento de sincronización variable de válvulas.

Durante el funcionamiento del motor, cada cilindro dentro del motor 10 normalmente experimenta un episodio de combustión dentro del cilindro que comprende un ciclo de cuatro carreras: el ciclo incluye una carrera de admisión, una carrera de compresión, una carrera de expansión y una carrera de escape. Durante la carrera de admisión, en general, la válvula de escape 156 se cierra y la válvula de admisión 150 se abre. Se introduce aire a la cámara de combustión 30 mediante un colector de admisión 146, y un pistón 138 se mueve hacia el fondo del cilindro, de manera tal que aumenta el volumen dentro de la cámara de combustión 14. Quienes se encuentran capacitados en la teenica normalmente se refieren a la posición en la que el pistón 138 está cerca del fondo del cilindro y al final de su carrera (p. ej. cuando la cámara de combustión 14 está en su volumen más grande) como punto muerto inferior (BDC, por su sigla en inglés). Durante la carrera de compresión, la válvula de admisión 150 y la válvula de escape 156 están cerradas. El pistón 138 se mueve hacia la cabeza de cilindro de manera tal que comprime el aire dentro de la cámara de combustión 14. Quienes se encuentran capacitados en la técnica normalmente se refieren al punto en el cual el pistón 138 está cerca del final de su carrera y más cerca de la cabeza de cilindro (p. ej. cuando la cámara de combustión 14 está en su volumen más pequeño) como el punto muerto superior (TDC, por su sigla en inglés). En un proceso al que en adelante haremos referencia como inyección, el combustible se introduce en la cámara de combustión durante la carrera de admisión (y/o carrera de compresión) del episodio de combustión dentro del cilindro. En un proceso al que en adelante haremos referencia como encendido, el combustible inyectado se enciende durante la carrera de compresión mediante medios conocidos de encendido como una bujía 192, lo cual resulta en la combustión. Durante la carrera de expansión, los gases en expansión empujan el pistón 138 de regreso ai BDC. El cigüeñal 140 convierte el movimiento del pistón en un par giratorio del eje giratorio. Finalmente, durante la carrera de escape, la válvula de escape 156 se abre para liberar la mezcla de combustión de aire y combustible a un colector de escape 148 y el pistón regresa al TDC. De esta manera, un único episodio de combustión dentro del cilindro puede incluir una carrera de admisión, una carrera de compresión, una carrera de expansión y una carrera de escape. Es importante tener en cuenta que lo anterior se presenta a modo de ejemplo, y que la sincronización de apertura y cierre de las válvulas de admisión y de escape puede variar, de manera tal que haya solapamiento positivo o negativo de válvulas, cierre tardío de la válvula de admisión o varios otros ejemplos.

En algunos ejemplos, el motor 10 puede operarse con una inyección posterior de combustible. Específicamente, además del combustible inyectado durante la carrera de admisión, tal como se analiza anteriormente, el combustible puede tambien inyectarse durante la carrera motriz. El combustible inyectado durante la carrera motriz puede oxidarse en el orificio de escape. Como alternativa, el combustible puede inyectarse durante la carrera de escape. Como opción, el combustible inyectado durante la carrera de escape puede encenderse y combustionarse en el orificio de escape. En la presente, se hace referencia a la inyección de una segunda cantidad de combustible durante la carrera de expansión (o carrera de escape) como a inyección posterior de combustible. La inyección posterior de combustible puede utilizarse ventajosamente para elevar la temperatura de escape, mediante lo cual se acelera la activación del catalizador de escape. De este modo, al operar el motor 10 con una inyección posterior de combustible, una primera cantidad de combustible puede combustionarse durante la carrera de admisión y/o la carrera de compresión, y una segunda cantidad de combustible puede suministrarse durante la carrera motriz del mismo episodio de combustión dentro del cilindro. Los detalles de funcionamiento del cilindro 10 con la inyección posterior de combustible se analizarán en mayor profundidad en las FIGURAS 2 y 3.

Cada cilindro del motor 10 puede incluir una bujía 192 para encender el combustible inyectado e iniciar la combustión. El sistema de encendido 190 puede proporcionar una chispa a la cámara de combustión 14 mediante una bujía 192 en respuesta a una señal SA de avance de chispa desde el controlador 12.

En algunas realizaciones, cada cilindro del motor 10 puede configurarse con uno o más inyectores de combustible para suministrar combustible a los mismos. A modo de ejemplo no taxativo, se muestra que el cilindro 14 incluye dos inyectores de combustible 166 y 170. Se muestra que el inyector de combustible 166 se acopla directamente al cilindro 14 para inyectar combustible directamente allí en proporción al ancho del pulso de la señal FPW-1 recibida desde el controlador 12 mediante un eje impulsor electrónico 168. De esta manera, el inyector de combustible 166 suministra lo que se conoce como inyección directa (en adelante "ID") de combustible al cilindro de combustión 14. Si bien la FIG. 1 muestra un inyector 166 como un inyector lateral, también se lo puede ubicar por encima del pistón, tan próximo como en la posición de la bujía 192. Puede suministrarse combustible al inyector de combustible 166 mediante un primer sistema de combustible 172, que puede ser un sistema de combustible de alta presión, que incluye un tanque de combustible, una bomba de combustible y un riel de combustible. En un ejemplo, como muestra la FIG. 1, el sistema de combustible 172 puede incluir un tanque de combustible gaseoso presurizado 182, y un sensor de presión de combustible 184 para detectar la presión de combustible en el tanque de combustible 182.

Se muestra que el inyector de combustible 170 está dispuesto en el conducto de admisión 146, más que en el cilindro 14, en una configuración que ofrece lo que se conoce como inyección de combustible en puerto (en adelante “PFI”, por su sigla en ingles) corriente arriba del puerto de admisión del cilindro 14. Se muestra que el inyector de combustible 170 puede inyectar combustible en proporción al ancho del pulso de la señal FPW-2 recibida desde el controlador 12 mediante un eje impulsor electrónico 171. Puede suministrarse combustible al inyector de combustible 170 a partir de un segundo sistema de combustible 173, que puede ser un sistema de combustible líquido (p. ej., gasolina, etanol o una combinación de ambas), con inclusión de un tanque de combustible, bombas de combustible y un riel de combustible. En un ejemplo, tal como muestra la FIG. 1 , el sistema de combustible 173 puede incluir un tanque de combustible 183 y un sensor de combustible 185, por ejemplo un sensor del nivel de líquido, para detectar la cantidad de almacenamiento del tanque de combustible 182. Como alternativa, el combustible puede suministrarse directamente mediante una bomba de combustible en un único paso a una presión menor, en cuyo caso, la sincronización de la inyección directa de combustible puede estar más limitada durante la carrera de compresión que si se utilizara un sistema de combustible de alta presión. En una realización alternativa, el combustible de un segundo sistema de combustible puede suministrarse adicional o alternativamente a un inyector directo de combustible adicional a fin de inyectar de manera directa combustible en la cámara de combustión 14.

Se debe tener en cuenta que puede usarse un único eje impulsor 168 o 171 para ambos sistemas de inyección de combustible, o múltiples ejes impulsores, por ejemplo puede usarse un eje impulsor 168 para el inyector de combustible 166 y un eje impulsor 171 para el inyector de combustible 170, tal como se ilustra. El sistema de combustible 172 puede ser un sistema de combustible gaseoso. En un ejemplo, el combustible gaseoso puede almacenarse en un tanque de combustible líquido, como gas licuado de petróleo (GLP). En otro ejemplo, el combustible gaseoso puede incluir GNC, hidrógeno, GLP, GNL, etc. o combinaciones de los mismos. Se apreciará que los combustibles gaseosos, tal como se hace referencia en la presente, son combustibles que son gaseosos en condiciones atmosfericas, pero que pueden ser líquidos a alta presión (específicamente, por encima de la presión de saturación) en el sistema de combustible. En comparación, los combustibles líquidos, tal como se hace referencia en la presente, son combustibles líquidos en condiciones atmosféricas. Si bien la FIG. 1 ilustra un sistema dual de combustible, en algunos ejemplos, puede usarse un único sistema de combustible gaseoso a fin de suministrar combustible gaseoso, como GNC, hidrógeno, GLP, GNL, etc. o combinaciones de los mismos, a la cámara de combustión mediante inyección directa.

Se apreciará que si bien la realización ilustrada está configurada para suministrar un combustible por medio de una inyección directa y otro combustible por medio de una inyección en puerto, aún en otras realizaciones, el sistema de motor puede incluir inyectores en puertos múltiples, donde tanto el combustible gaseoso como el combustible líquido se suministran al cilindro mediante una inyección en puerto. Asimismo, en otras realizaciones, el sistema de motor puede incluir múltiples inyectores directos donde tanto el combustible gaseoso como el combustible líquido se suministran al cilindro mediante una inyección directa.

Tal como se introdujo anteriormente, durante ciertas condiciones de funcionamiento del motor, como durante condiciones de arranque en frío del motor, donde la temperatura del catalizador de escape no está por encima de la temperatura de activación (o temperatura de encendido), la inyección de combustible puede causar un aumento significativo en las emisiones de partículas. Esto se debe a mayor humectación de combustible en el pistón a partir de una inyección directa de combustible (líquido) más tarde en una carrera de admisión o una carrera de compresión. Los inventores han reconocido que la inyección directa de un combustible gaseoso, como GPL, puede mejorar las condiciones frías del motor sin aumentar sustancialmente las emisiones de partículas. Específicamente, la evaporización de combustible gaseoso, como el GPL, suministrado al cilindro por medio de una inyección directa permite que el combustible se inyecte despues del punto muerto superior (TDC) a modo de inyección posterior, por lo cual se suministra mayor oxidación de hidrocarburos y monóxido de carbono, y se reducen las emisiones de gas de alimentación. Además, una mayor temperatura de escape mejora el tiempo de activación del catalizador y la eficiencia del catalizador durante condiciones de arranque en frío del motor.

En un ejemplo, el sistema de combustible gaseoso de inyección directa (ID) 172 puede configurase para suministrar combustible a modo de una o más inyecciones posteriores de combustible en condiciones de arranque en frío del motor a fin de mejorar el encendido del catalizador. Esto es adicional a la inyección de combustible (p. ej., una primera cantidad de combustible) durante una carrera de admisión y/o una carrera de compresión para combustión dentro del cilindro durante la carrera de compresión. La inyección posterior de combustible puede incluir la inyección de combustible (p. ej., una segunda cantidad de combustible) durante una carrera motriz de un episodio de combustión dentro del cilindro (p. ej., después de un TDC de la carrera de compresión). Luego, la inyección posterior de combustible se combustiona en el orificio de escape. El escape liberado y caliente luego se usa para acelerar el calentamiento del catalizador de escape. En algunos casos, puede no necesitarse encendido. En caso de que se requiera encendido, el tiempo de encendido puede depender de las posiciones de sincronización de la válvula de escape. Por ejemplo, el tiempo de encendido puede estar en un rango general de TDC a 40 ATC. Se presentan mayores detalles relativos a la utilización de una inyección posterior de combustible para una mejor activación del catalizador reduciendo el tiempo en que se lleva la temperatura del dispositivo de control de emisiones 178 (p. ej., la temperatura de un catalizador de triple vía o un catalizador de escape) a una temperatura de umbral con referencia a las FIGURAS 2-3.

De regreso a la FIG. 1, se presenta el controlador 12 a modo de una microcomputadora, con inclusión de una unidad de microprocesador 106, puertos de entrada/salida 108, un medio de almacenamiento electrónico para programas ejecutables y valores de calibración mostrados a modo de tarjeta de memoria de solo lectura 110 en este ejemplo en particular, una memoria de acceso aleatorio 112, una memoria siempre activa 114, y un bus de datos. El controlador 12 puede recibir varias señales de sensores acoplados al motor 10, además de aquellas señales analizadas previamente, que incluyen la medición del flujo de aire en masa inducido (MAF, por su sigla en inglés) de un sensor de flujo de aire en masa 122; la temperatura del refrigerante del motor (ECT, por su sigla en inglés) de un sensor de temperatura 116 acoplado a una manga de enfriamiento 118; una señal de recogida de encendido (PIP, por su sigla en inglés) de un sensor de efecto Hall 120 (u otro tipo) acoplado al cigüeñal 140; la posición de la válvula reguladora (TP, por su sigla en inglés) de un sensor de posición en la válvula reguladora; y una señal de presión absoluta del colector, MAP (por su sigla en inglés), de un sensor MAP 124. La señal de velocidad del motor, RPM, puede generarse por un controlador 12 desde la señal PIP. Además, el controlador puede recibir una señal de velocidad de turbina (que no aparece) desde un sensor de velocidad de turbina (que no aparece) ubicado en la turbina 176. La señal de presión en el colector MAP de un sensor de presión en el colector puede usarse para brindar una indicación de vacío o presión en el colector de admisión. Se debe tener en cuenta que pueden usarse varias combinaciones de los sensores antedichos, como un sensor MAF sin un sensor MAP o viceversa. Durante la operación estequiométrica, el sensor MAP puede dar una indicación del par del motor. Además, este sensor, junto con la velocidad detectada del motor, puede brindar una estimación de la carga (inclusive el aire) inducida al cilindro. En un ejemplo, el sensor 120 que también se usa a modo de sensor de velocidad del motor, puede producir una cantidad predeterminada de pulsos en intervalos equivalentes en cada revolución del cigüeñal. Además, el tiempo de chispa, es decir, el punto en el tiempo durante el episodio de combustión dentro del cilindro cuando una bujía se activa en el cilindro para iniciar la combustión, puede ajustarse por el controlador.

Tal como se describe anteriormente, la FIG. 1 muestra solo un cilindro de un motor de cilindros múltiples. Así, cada cilindro puede de manera similar incluir su propio juego de válvulas de admisión/escape, inyector(es) de combustible, bujía, etc.

De esta manera, el sistema de la FIG. 1 permite un método para un motor que comprende: durante el encendido en frío del motor, la combustión de una primera cantidad de combustible gaseoso en una o más carreras de admisión y una carrera de compresión de un primer episodio de combustión, y luego una segunda cantidad de combustible gaseoso durante una carrera motriz del primer episodio de combustión. En la presente, una relación de la primera cantidad a la segunda cantidad se ajusta a fin de mantener la relación estequiométrica total de combustión aire-combustible. De esta manera, el calentamiento del catalizador se acelera sin aumentar la emisión de partículas de escape.

De regreso a la FIG. 2, se muestra un método de ejemplo 200 para llevar a cabo una inyección de combustible de combustible gaseoso durante un episodio de combustión dentro del cilindro. La rutina incluye una inyección posterior de combustible durante condiciones de arranque en frío del motor a fin de mejorar la activación del catalizador. Un controlador del motor, como el controlador 12 que se muestra en la FIG. 1 , puede llevar a cabo el método 200 en base a las instrucciones almacenadas en el mismo.

En 202, el método incluye estimar y/o medir las condiciones de funcionamiento del motor. Estas pueden incluir, pero sin limitación, la velocidad y la carga del motor, la demanda de par del operador, el flujo de masa de aire, la posición de la válvula reguladora, la presión de sobrealimentación, la presión absoluta del colector, la temperatura del colector, la temperatura del refrigerante del motor, la presión barométrica, la temperatura del catalizador de escape, la posición del pedal, la temperatura ambiente, etc.

En 204, sobre la base de las condiciones de funcionamiento del motor, puede determinarse si están presentes las condiciones de arranque en frío del motor. Por ejemplo, puede confirmarse un arranque en frío del motor si la temperatura del catalizador de escape está por debajo de la temperatura de umbral (p. ej. , una temperatura de activación) cuando vuelve a encenderse el motor. Si no se confirma una condición de arranque en frío del motor, es decir, se está llevando a cabo un arranque en calor del motor o un reencendido en calor, la rutina avanza al paso 222 donde se suministra combustible durante una carrera de admisión. La cantidad de combustible suministrada puede basarse en la demanda de par del operador y las condiciones de velocidad y carga del motor. En algunos ejemplos, sobre la base de las condiciones de funcionamiento del motor, el combustible puede suministrarse alternativa o adicionalmente en la carrera de compresión. De este modo, el combustible puede suministrarse a modo de una inyección en la carrera de admisión únicamente, una inyección en la carrera de compresión únicamente o una inyección tanto en la carrera de admisión como en la carrera de compresión. Es más, sobre la base de la cantidad de combustible suministrada, la naturaleza del combustible, así como también las condiciones de funcionamiento existentes del motor, la inyección de combustible puede suministrarse a modo de una única inyección (carrera de admisión y/o carrera de compresión) o múltiples inyecciones de combustible (carrera de admisión y/o carrera de compresión). Adicionalmente, la cantidad de combustible inyectado en 222 puede ajustarse a fin de brindar una relación estequiométrica de combustión aire-combustible. En ejemplos alternativos, sin embargo, la cantidad de combustible inyectado puede ajustarse a fin de proporcionar una relación rica o pobre aire-combustible, según se requiera.

En 224, la combustión del combustible suministrado a la cámara de combustión puede iniciarse mediante un encendido por chispa durante la carrera de compresión. Por ejemplo, la rutina puede incluir un encendido por chispa de la cantidad de combustible del cilindro con una bujía, como la bujía 192 que se muestra en la FIG. 1. En 228, la mezcla de combustión de aire y combustible puede liberarse al colector de escape durante la carrera de escape. De ese modo, una inyección posterior de combustible puede no realizarse durante reencendidos del motor en calor.

De vuelta al paso 204, si se confirma el arranque en frío del motor, puede usarse un perfil de inyección de combustible que incluye una inyección posterior. De esa manera, durante el período de calentamiento del motor, debido a que no está funcionando el catalizador a su óptima temperatura, puede haber mayores emisiones (p. ej., emisiones de NOx o de partículas) desde el escape. Así, a fin de reducir el tiempo requerido para alcanzar la temperatura de umbral del catalizador, puede llevarse a cabo una inyección posterior de combustible. Al llevar a cabo la inyección posterior de combustible en condiciones en que la temperatura del catalizador es menor que su temperatura óptima de funcionamiento, el calor adicional del gas de escape puede utilizarse parcialmente para calentar el catalizador de escape a su temperatura de funcionamiento más rápidamente que cuando no se realiza una inyección posterior de combustible. Como resultado, pueden lograrse menores emisiones de escape en condiciones de arranque en frío. Además, al utilizar un combustible gaseoso, la rápida evaporización y las propiedades afines de enfriamiento de carga del combustible gaseoso permiten el uso de tiempos de inyección posteriores (p. ej., posteriormente en la carrera de compresión o luego de la carrera de compresión) con humectación reducida por combustible en el pistón y, por lo tanto, menor generación de partículas.

Específicamente, en el paso 206, la rutina incluye, durante un primer episodio de combustión desde el reposo del arranque en frío del motor, suministrar una primera cantidad de combustible gaseoso (como GLP) a la cámara de combustión durante una o más carreras de admisión y una carrera de compresión de un episodio de combustión dentro del cilindro (p. ej., un ciclo de cilindro). La primera cantidad de combustible gaseoso puede suministrarse a modo de una única inyección en la carrera de admisión, múltiples inyecciones en la carrera de admisión, una única inyección en la carrera de compresión, múltiples inyecciones en la carrera de compresión o al menos una inyección en la carrera de admisión y al menos una inyección en la carrera de compresión.

Al usar una combinación de inyecciones en la carrera de admisión y la carrera de compresión, más de una primera cantidad de combustible puede suministrarse posteriormente en la carrera de compresión a medida que aumenta la necesidad de calentamiento del catalizador de escape. Específicamente, en el paso 208, puede suministrarse una mayor parte de la primera cantidad de combustible en la carrera de compresión a medida que la temperatura del catalizador de escape estimada durante el arranque en frío del motor disminuye. Por ejemplo, el 10% de la primera cantidad de combustible puede suministrarse a modo de una inyección en la carrera de admisión mientras que el resto del 90% de la primera cantidad del combustible puede suministrarse a modo de inyección en la carrera de compresión. En otro ejemplo, el 20% de la primera cantidad de combustible puede suministrarse a modo de una inyección en la carrera de admisión mientras que el resto del 80% de la primera cantidad del combustible puede suministrarse a modo de inyección en la carrera de compresión. En algunas realizaciones, la parte de la primera cantidad de combustible suministrada en la carrera de admisión con relación a la carrera de compresión (relación dividida) puede depender del hardware del motor, como la capacidad del inyector de combustible. Del mismo modo, en el paso 209, la cantidad de inyecciones de combustible en la carrera de comprensión puede aumentarse a medida que la temperatura estimada del catalizador durante el arranque en frío del motor disminuye. Por ejemplo, la inyección de combustible en la carrera de compresión puede suministrarse a modo de 1-3 (o más) inyecciones en la carrera de compresión. Además de ajustar la cantidad de combustible suministrado en la carrera de compresión, puede ajustarse la sincronización del combustible suministrado en la carrera de compresión. Por ejemplo, a medida que la temperatura del catalizador de escape disminuye (es decir, a medida que el catalizador se va enfriando), la cantidad de inyección de la carrera de compresión puede suministrarse posteriormente en una carrera de compresión, es decir, cerca del TDC de la carrera de compresión. Del mismo modo, además de ajustarse la cantidad de combustible suministrado en la carrera de admisión, puede ajustarse tambien la sincronización del combustible suministrado en la carrera de admisión. Por ejemplo, a medida que disminuye la temperatura del catalizador de escape (p. ej., a medida que la temperatura se enfría), la cantidad de inyección en la carrera de admisión puede suministrarse más cerca del BDC de la carrera de admisión. Al aumentar una parte del combustible suministrado durante la carrera de compresión, se mejora la estabilidad de la combustión del motor. Además, puede usarse un retardo significativo en el tiempo de chispa y/o puede suministrarse mejor entalpia del motor al catalizador de escape. Al usar una inyección posterior de combustible con una inyección inicial (tal como se analiza en el paso 212), el combustible puede suministrarse posteriormente en la carrera de compresión sin humectar el pistón (incidencia) en motores fríos.

En un ejemplo, la primera cantidad de combustible puede ajustarse a fin de producir una relación pobre aire-combustible. Luego, puede ajustarse una segunda cantidad de combustible inyectado durante la carrera motriz (la inyección posterior) a fin de compensar la relación más pobre aire-combustible y producir una relación estequiometrica total (o levemente rica) aire-combustible. El ajuste de la segunda cantidad de combustible se analiza a continuación en el punto 212.

En realizaciones alternativas, la primera cantidad de combustible puede basarse en una cantidad de combustible gaseoso que produce una relación estequiométrica aire-combustible. El combustible inyectado puede ser un combustible gaseoso tal como un LPG y un sistema de inyección directa (DI, por sus siglas en inglés) puede inyectar directamente el combustible en la cámara de combustión, como se describe en la Figura 1. Por ejemplo, un inyector directo de combustible, tal como el inyector de combustible 166 que se muestra en la Figura 1, puede inyectar una primera cantidad de LPG dentro del cilindro del motor (por ejemplo, la cámara de combustión) durante la carrera de admisión o la carrera de compresión del episodio de combustión dentro del cilindro.

En 210, la rutina incluye combustionar la primera cantidad de combustible gaseoso suministrado inyectado durante una o más de la carrera de admisión y la carrera de compresión del primer episodio de combustión mediante encendido por chispa durante una carrera de compresión del ciclo del cilindro. Por ejemplo, el controlador puede encender por chispa la primera cantidad de combustible con una bujía, tal como la bujía 192 de la Figura 1, durante la carrera de compresión. En un ejemplo, durante el arranque en frío del motor, el tiempo de chispa se puede retardar desde MBT para aumentar el suministro de calor de escape. Por ejemplo, cuando se reduce la temperatura del catalizador de escape, el tiempo de chispa se puede retardar más desde MBT. Sin embargo, en ejemplos alternativos, mediante el uso de una inyección posterior (como se describe a continuación) con una cantidad más pequeña de retardo en el tiempo de chispa, se puede acelerar el calentamiento del catalizador mientras se incurre en un menor gasto en combustible.

En 212, la rutina incluye suministrar una segunda cantidad de combustible gaseoso durante una carrera motriz del primer episodio de combustión. Como tal, esto puede constituir una inyección posterior de combustible. Durante la inyección posterior de combustible, la segunda cantidad de combustible se puede suministrar a la cámara de combustión mediante inyección directa. Es decir, la segunda cantidad de combustible se puede suministrar durante una segunda inyección de combustible, la segunda inyección de combustible se realiza por separado de la primera inyección de combustible. En un ejemplo, la segunda cantidad de combustible puede ser más pequeña que la primera cantidad de combustible.

En un ejemplo, se puede inyectar un combustible gaseoso dentro del cilindro durante la carrera motriz. El combustible gaseoso se puede almacenar en un tanque de combustible líquido como gas licuado de petróleo (LPG, por sus siglas en ingles). Alternativamente, el combustible gaseoso puede incluir CNG, hidrógeno, LPG, LNG, etc., o combinaciones de los mismos.

En un ejemplo, cada una de la primera y la segunda cantidades de combustible se suministra mediante inyección directa. En otros ejemplos, sin embargo, por lo menos la segunda cantidad de combustible se suministra mediante inyección directa.

Debido al funcionamiento pobre durante la primera inyección de combustible, la segunda cantidad de combustible se puede ajustar de manera tal que el oxígeno residual después de la primera combustión de combustible se pueda consumir durante la combustión de la segunda cantidad de combustible. Como tal, la relación aire-combustible total del episodio de combustión dentro del cilindro se puede mantener estequiométrica o ligeramente rica. Por lo tanto, una relación de la primera cantidad de combustible con la segunda cantidad de combustible se puede ajustar para mantener la relación estequiométrica total aire-combustible de la combustión. La segunda cantidad de combustible suministrado y combustionado durante la carrera motriz puede basarse en la temperatura del catalizador de escape. Por ejemplo, se puede inyectar una mayor cantidad de combustible durante la carrera motriz cuando la diferencia entre la temperatura del catalizador de escape y la temperatura umbral (por ejemplo, la temperatura de activación) aumenta durante el arranque en frío. La segunda cantidad de combustible se puede suministrar como una sola inyección en la carrera motriz o como inyecciones en la carrera motriz. En 213, se puede ajustar un número de inyecciones en la carrera motriz en base al tiempo de chispa. Por ejemplo, cuando aumenta un retardo en el tiempo de chispa (desde MBT), puede aumentar el número de inyecciones en la carrera motriz. Por ejemplo, el número de inyecciones de combustible puede aumentar (por ejemplo, a 1-3 inyecciones) despues del arranque inicial del motor y tras ingresar en el modo de calentamiento del catalizador. También se puede ajustar un tiempo de las inyecciones en la carrera motriz en base al tiempo de chispa y la temperatura del catalizador de escape. Por ejemplo, cuando se reduce la temperatura del catalizador, la inyección en la carrera motriz se puede realizar más allá del TDC en la carrera de compresión.

En algunos ejemplos, durante la inyección posterior, el controlador también puede controlar una presión del inyector de combustible. Por ejemplo, durante la inyección de combustible en la carrera motriz, el controlador puede aumentar la presión del combustible (de 50 bares a 200 bares) para mejorar la evaporización en el inyector de combustible.

Posteriormente, en 214, la segunda cantidad de combustible inyectada se puede combustionar u oxidar en el orificio de escape (por ejemplo, durante la carrera de escape). La segunda inyección de combustible se puede encender mediante encendido por chispa si las condiciones de funcionamiento son tales que la temperatura en el escape no sea suficiente para iniciar el encendido. Realizando la inyección posterior de combustible y oxidando el combustible inyectado en el orificio de escape, se puede generar calor de gas de escape adicional, que se puede utilizar parcialmente para calentar el catalizador de escape hasta una temperatura de activación. En 216, la mezcla de aire-combustible combustionada se puede liberar hacia el colector de escape durante la carrera de escape.

En 218, se puede determinar si la temperatura del catalizador de escape (Tcat) está a la temperatura umbral o por encima de la misma, tal como una temperatura de activación del catalizador. Si el catalizador de escape está suficientemente caliente, entonces el controlador puede detener la inyección posterior de combustible. Es decir, el controlador puede reanudar la inyección de combustible sin una inyección posterior de combustible y volver a 222 para inyectar combustible solamente como una inyección en la carrera de admisión y/o de compresión. La inyección posterior de combustible se puede terminar deteniendo la inyección de la segunda cantidad de combustible gaseoso cuando la temperatura del catalizador de escape aumenta por encima de la temperatura umbral.

Si el catalizador de escape no se ha calentado y activado lo suficiente, la rutina avanza a 220 donde la inyección posterior de combustible se mantiene durante un número de episodios de combustión desde el primer episodio de combustión desde el reposo. Por lo tanto, el controlador vuelve a 206 y continúa combustionando la primera cantidad y la segunda cantidad de los combustibles durante un número de episodios de combustión, el número se basa en la temperatura del catalizador de escape con relación a la temperatura umbral. Por ejemplo, el número de episodios de combustión se puede aumentar cuando aumenta la diferencia entre la temperatura del catalizador de escape y la temperatura umbral. Despues de que haya transcurrido el número de episodios de combustión, el controlador puede reanudar la combustión del combustible gaseoso en relación estequiométrica suministrando combustible solamente en la carrera de admisión.

De esta manera, la inyección posterior de combustible se puede utilizar para reducir el tiempo que le lleva al catalizador para activarse. Utilizando combustible gaseoso para la inyección posterior del combustible, se puede reducir la producción de hollín y materia en partículas. Oxidando la cantidad de inyección posterior de combustible, el calor adicional generado por la combustión posterior de combustible se puede utilizar de manera eficiente para mejorar la activación del catalizador.

En un ejemplo, un sistema de motor comprende un cilindro del motor, un inyector directo de combustible acoplado con el cilindro; un larguero de combustible acoplado corriente arriba del inyector de combustible; un tanque de combustible para almacenar combustible gaseoso bajo presión como un líquido; un regulador de presión para ajustar la presión del combustible gaseoso suministrado desde el tanque de combustible dentro del larguero de combustible; y un catalizador de escape acoplado dentro de un pasaje de escape del motor. El sistema de motor además incluye un controlador con instrucciones legibles por computadora para: durante una condición de arranque en frío del motor, hasta que la temperatura del catalizador de escape esté a la temperatura umbral o por encima de la misma, suministrar combustible gaseoso como varias inyecciones que incluyen por lo menos una inyección en la carrera de compresión y una inyección en la carrera motriz; y combustionar el combustible suministrado en relación estequiométrica. Varias inyecciones pueden incluir una primera inyección en la carrera de admisión, una segunda inyección en la carrera de compresión y una tercera inyección en la carrera motriz. Un tiempo y una relación de la primera, la segunda y la tercera inyecciones pueden basarse en el tiempo de encendido por chispa. Por ejemplo, se puede aumentar una relación de la segunda inyección en la carrera de compresión a la primera inyección en la carrera de admisión y un tiempo de la segunda inyección en la carrera de compresión se puede mover más cerca del TDC cuando el tiempo de chispa se retarda desde MBT. Además, un tiempo de la inyección en la carrera motriz se puede mover más allá del TDC cuando el tiempo de chispa se retarda desde MBT.

Pasando ahora a la Figura 3, el mapa 300 ilustra ejemplos de tiempos de inyección de combustible y de inyección posterior de combustible que se pueden usar para mejorar la activación del catalizador. La activación del catalizador se puede mejorar reduciendo el tiempo necesario para aumentar la temperatura del catalizador de escape a una temperatura umbral (de activación). El mapa 300 ilustra el tiempo de la válvula de admisión en el trazo 302, el tiempo de la válvula de escape en el trazo 304, la posición del pistón en el trazo 306, un ejemplo de un perfil de inyección de combustible usado durante un arranque en caliente del motor en 410 y ejemplos de perfiles de inyección de combustible o dos condiciones de arranque en frío diferentes en 420 y 430. En cada uno de los perfiles de inyección de combustible 410-430, las cantidades y los tiempos de inyección se muestran como cajas (307, 322-326, 332-334) mientras que los episodios de tiempo de chispa se muestran como barras (308, 328, 336).

Durante un arranque del motor, mientras se está arrancando el motor, se puede configurar un controlador del motor para ajustar un perfil de inyección de combustible del combustible suministrado al cilindro. En particular, se puede suministrar combustible como un primer perfil 410 durante un arranque en caliente del motor y como un segundo perfil 420 o un tercer perfil 430 durante un arranque en frío del motor. En un ejemplo, durante un arranque en frío, el aprovisionamiento de combustible se puede iniciar según el perfil 420 o 430 y luego se puede pasar al perfil 410 (por ejemplo, durante o despues del arranque del motor). Los diferentes perfiles de inyección de combustible de arranque en frío pueden incluir una parte del combustible suministrado al cilindro como una inyección posterior de combustible en la carrera motriz. Además, se puede inyectar de manera directa combustible como una sola inyección en la carrera de admisión, una sola inyección en la carrera de compresión, o una combinación de las mismas.

El mapa 300 ilustra una posición del motor a lo largo del eje X en grados del ángulo de la manivela (CAD, por sus siglas en inglés). La curva 306 ilustra posiciones del pistón (a lo largo del eje Y), con referencia a su ubicación desde el centro de punto muerto superior (TDC, por sus siglas en inglés) y/o el centro de punto muerto inferior (BDC, por sus siglas en inglés) y además con referencia a su ubicación dentro de las cuatro carreras (de admisión, de compresión, motriz y de escape) de un ciclo del motor. Como lo indica la curva sinusoidal 306, un pistón se mueve gradualmente hacia abajo desde el TDC, tocando fondo en el BDC al final de la carrera motriz. El pistón luego regresa a la parte superior, en el TDC, al final de la carrera de escape. El pistón luego se mueve nuevamente hacia abajo, hacia el BDC, durante la carrera de admisión y vuelve a su posición superior original en el TDC al final de la carrera de compresión.

Las curvas 302 y 304 ilustran tiempos de válvula para una válvula de escape (curva de guiones 304) y una válvula de admisión (curva llena 302) durante un funcionamiento normal del motor. Como se ilustra, se puede abrir una válvula de escape inmediatamente cuando que el pistón toca fondo al final de la carrera motriz. La válvula de escape luego puede cerrarse cuando el pistón termina la carrera de escape, permaneciendo abierta por lo menos hasta que se inicie una carrera de admisión posterior. De la misma manera, se puede abrir una válvula de admisión al comienzo o antes del comienzo de una carrera de admisión y puede permanecer abierta por lo menos hasta que se inicie una carrera de compresión posterior.

El tercer trazo (desde arriba) del mapa 300 ilustra un ejemplo de un perfil de inyección de combustible 410 que se puede usar durante el arranque del motor. En el ejemplo ¡lustrado, el perfil de inyección de combustible 410 se puede usar durante un primer episodio de combustión desde el arranque del motor. En el presente, el arranque del motor es un arranque en caliente. Un controlador del motor está configurado para proporcionar la cantidad total de combustible al cilindro como una sola inyección en la carrera de admisión, ilustrada en 307. Además, la chispa se provee cerca de MBT, como se ¡lustra en 308, por ejemplo a 10 grados BTDC. El perfil de inyección de combustible 410 no incluye una inyección posterior de combustible. En un ejemplo alternativo, la cantidad de combustible se puede proporcionar como una sola inyección en la carrera de compresión.

El cuarto trazo (desde arriba) del mapa 300 ilustra un ejemplo de un perfil de inyección de combustible 420 que se puede usar durante el arranque del motor. En el ejemplo ilustrado, el perfil de inyección de combustible 420 se puede usar durante un primer episodio de combustión desde el arranque del motor. En el presente, el arranque del motor es un arranque en frío del motor. Un controlador del motor está configurado para proporcionar combustible al cilindro como una primera inyección en la carrera de admisión, ilustrada en 322 y una segunda inyección en la carrera de compresión, ilustrada en 324. La primera inyección en la carrera de admisión 322 puede incluir una primera cantidad de combustible que se inyecta de manera directa en un primer tiempo durante la carrera de admisión. La segunda inyección en la carrera de compresión puede incluir una segunda cantidad de combustible que se inyecta de manera directa en un segundo tiempo durante la carrera de compresión. Por lo tanto, durante el arranque en frío, se puede suministrar una mayor parte de la inyección en la carrera de compresión comparada con la carrera de admisión.

Además de suministrar combustible en la carrera de admisión y la carrera de compresión, se inyecta combustible como una inyección posterior de combustible durante la carrera motriz, ilustrada en 326. Las cantidades de inyecciones 322, 324 y 326 se ajustan de manera tal que mantengan una relación estequiometrica total aire-combustible de la combustión o aproximada. En el ejemplo ilustrado, el perfil de inyección de combustible incluye una relación dividida de la masa de combustible inyectada (es decir, la relación del combustible inyectado en la carrera de admisión: combustible que se inyecta en la carrera de compresión : combustible que se inyecta de manera directa en la carrera motriz) que se establece en 10:80:10. En ejemplos alternativos, la masa de combustible necesaria para el funcionamiento del motor se divide según sea necesario. Además, el encendido por chispa está provisto de chispa retardada desde MBT, como se ilustra en 328, por ejemplo a 10 grados BTDC. El episodio de chispa suministrado en la carrera de compresión se usa para combustionar las inyecciones de combustible suministradas al cilindro en la carrera de admisión y en la carrera de compresión (322 y 324). La cantidad de inyecciones de combustible 326 luego se oxida en el orificio de escape, durante una carrera de escape, liberando el escape caliente en el colector de escape. Usando el retardo en la chispa en combinación con la inyección posterior de combustible, se puede aumentar rápidamente una temperatura del catalizador de escape a una temperatura de activación, mejorando el rendimiento del motor en el arranque en frío del motor. Además, dividiendo el suministro de combustible en una primera inyección en la carrera de admisión, una segunda inyección en la carrera de compresión y una tercera inyección en la carrera motriz, se puede alcanzar la temperatura de activación del catalizador sin elevar las emisiones de materia en partículas (PM, por sus siglas en ingles) de escape ni degradar la estabilidad de combustión del motor. Esto permite que se mejoren las emisiones del arranque del motor.

El quinto trazo (desde arriba) del mapa 300 ilustra un ejemplo de un perfil de inyección de combustible 430 que se puede usar durante el arranque del motor. En el ejemplo ilustrado, el perfil de inyección dé combustible 430 se puede usar durante un primer episodio de combustión desde el arranque del motor. En el presente, el arranque del motor es un arranque en frío del motor que es más frío que el arranque en frío del motor del perfil de inyección de combustible 420. Por ejemplo, una temperatura del catalizador de escape puede ser más baja en el perfil 430 comparado con el perfil 420.

Un controlador del motor está configurado para proporcionar combustible al cilindro como varias inyecciones en la carrera de compresión (en la presente, tres), ilustradas en 332. Por ejemplo, varias inyecciones en la carrera de compresión 332 pueden incluir una primera inyección en la carrera de compresión a 90 grados BTDC, una segunda inyección en la carrera de compresión a 45 grados BTDC y una tercera inyección en la carrera de compresión a 10 grados BTDC. Según la capacidad del controlador y el tamaño (capacidad) del inyector de combustible, se pueden variar el número de inyecciones en la carrera de compresión, un tiempo de cada inyección y una masa de combustible suministrada en cada inyección en la carrera de compresión. De esta manera, durante el arranque en frío, una mayor parte de la inyección en la carrera de compresión se puede suministrar más tarde en la carrera de compresión.

Además de suministrar combustible en la carrera de compresión, se inyecta combustible como varias inyecciones posteriores de combustible (en la presente, tres) durante la carrera motriz, ¡lustrada en 334. Las cantidades de inyecciones 332 y 334 se ajustan de manera tal que se mantenga una relación estequiometrica total aire-combustible de la combustión o aproximada.

Además, el encendido por chispa está provisto de chispa retardada desde MBT, como se ilustra en 336, por ejemplo a 10 grados BTDC. El episodio de chispa suministrado en la carrera de compresión se usa para combustionar inyecciones de combustible suministradas al cilindro en la carrera de compresión (332). La cantidad de inyecciones de combustible 334 luego se oxida dentro del orificio de escape, durante una carrera de escape, liberando el escape caliente dentro del colector de escape. Usando el retardo en la chispa en la combinación con una inyección posterior de combustible, se puede aumentar rápidamente una temperatura del catalizador de escape a una temperatura de activación, mejorando el rendimiento del motor en el arranque en frío del motor. Además, dividiendo el suministro de combustible en varias inyecciones en la carrera de compresión y varias inyecciones en la carrera motriz, se puede alcanzar la temperatura de activación del catalizador sin elevar las emisiones de materia en partículas (PM) de escape ni degradar la estabilidad de combustión del motor. Esto permite que se mejoren las emisiones de arranque del motor.

En un ejemplo, durante el arranque en frío del motor, un controlador puede inyectar de manera directa una primera cantidad de gas licuado de petróleo (LPG) durante una carrera de admisión de un episodio de combustión; inyectar de manera directa una segunda cantidad de LPG durante una carrera de compresión del episodio de combustión; y luego combustionar la primera y segunda cantidades en la carrera de compresión. El controlador además puede inyectar de manera directa una tercera cantidad de LPG durante la carrera motriz, la primera, segunda y tercera cantidades se ajustan para mantener la relación estequiometrica total aire-combustible de escape. En la presente, la primera y segunda cantidades se pueden combustionar durante la carrera de compresión mientras que la tercera cantidad se combina en un orificio de escape durante la carrera de escape. Además, una o más de la primera, segunda y tercera cantidades de LPG se pueden suministrar como varias inyecciones de combustible. Por ejemplo, se puede suministrar combustible como varias inyecciones en la carrera de admisión, varias inyecciones en la carrera de compresión, varias inyecciones en la carrera motriz, o combinaciones de las mismas. Una proporción de la segunda cantidad de inyección en la carrera de compresión con relación a la primera cantidad de inyecciones en la carrera de admisión se puede incrementar cuando se reduce la temperatura de un catalizador de escape durante el arranque en frío. El controlador puede continuar inyectando LPG como cada una de una primera, segunda y tercera cantidad de inyecciones durante el arranque en frío del motor hasta que la temperatura del catalizador de escape esté a una temperatura umbral o por encima de la misma.

Durante la inyección posterior, el controlador también puede controlar una presión del inyector de combustible. Por ejemplo, durante la inyección del combustible en la carrera motriz, el controlador puede ajustar (por ejemplo, aumentar o reducir) la presión del inyector de combustible en base a una o más de la cantidad de combustible inyectada durante la carrera motriz, un tiempo de inyección del combustible inyectado durante la carrera motriz y una presión dentro del cilindro en el momento de la inyección del combustible durante la carrera motriz. En un ejemplo, la presión del inyector de combustible se incrementa para proporcionar la mezcla máxima que es beneficiosa para reducir la generación de hollín.

De esta manera, se pueden ajustar el tiempo de suministro de la inyección posterior de combustible y el tiempo de chispa y la energía para la combustión de inyección posterior de combustible, proporcionando de ese modo energía de escape adicional que se puede utilizar por lo menos parcialmente para reducir el retraso del turbo cuando un aumento de la demanda de torsión es mayor que un umbral y/o para reducir la duración para que se active el catalizador cuando las temperaturas del catalizador de escape están por debajo de la temperatura umbral.

De esta manera, la realización de la inyección posterior de combustible durante las condiciones transitorias puede reducir la duración para acelerar el turbocargador a una velocidad deseada y proporcionar la impulsión deseada. Además, la realización de la inyección posterior de combustible durante las condiciones de arranque en frío puede reducir la duración para que el catalizador de escape se caliente a una temperatura de funcionamiento umbral. Encendiendo por chispa el combustible durante la inyección posterior de combustible, se puede reducir la perdida de calor a la cámara de combustión. Además, utilizando un combustible tal como LPG, que se inyecta en una forma gaseosa, se puede reducir la formación de hollín y materia en partículas. De esta manera, inyectando y combustionando una segunda cantidad de combustible durante la carrera de escape de un episodio de combustión dentro del cilindro en respuesta al retraso del turbo y/o a la temperatura del catalizador de escape, se obtiene un efecto téenico, reduciendo de ese modo el retraso del turbo y mejorando la activación del catalizador.

Se debe tener en cuenta que los ejemplos de las rutinas de control y estimación incluidos en la presente se pueden usar con diversas configuraciones de sistemas de motores y/o de vehículos. Las rutinas específicas descritas en la presente pueden representar una o más de cualquier número de estrategias de procesamiento tales como impulsada por el episodio, impulsada por la interrupción, multitareas, multirosca y lo similar. Como tal, diversas acciones, funcionamientos y/o funciones ilustradas se pueden realizar en la secuencia ilustrada, en paralelo, o en algunos casos se pueden omitir. De modo similar, no necesariamente se requiere el orden de procesamiento para obtener las características y las ventajas de los ejemplos de realizaciones descritos en la presente, sino que se proporciona para la facilidad de ilustración y descripción. Una o más de las acciones, funcionamientos y/o funciones ilustradas se pueden realizar reiteradamente según la estrategia particular que se esté usando. Además, las acciones, funcionamientos y/o funciones descritas pueden representar gráficamente el código que se debe programar en la memoria no transitoria del medio de almacenamiento legible por computadora en el sistema de control del motor.

Se apreciará que las configuraciones y rutinas divulgadas en la presente son de una naturaleza a modo de ejemplo y que estas realizaciones específicas no se deben considerar en un sentido taxativo, porque son posibles numerosas variaciones. Por ejemplo, la teenología precedente se puede aplicar a V-6, J-4, J-6, V-12, a diferencia de 4 y otros tipos de motor. El objeto de la presente divulgación incluye todas las combinaciones y subcombinaciones novedosas y no obvias de los diversos sistemas y configuraciones y otras características, funciones y/o propiedades divulgadas en la presente.

Las siguientes reivindicaciones señalan de manera particular determinadas combinaciones y subcombinaciones que se consideran novedosas y no obvias. Las presentes reivindicaciones pueden referirse a “un” elemento o “un primer” elemento o sus equivalentes. Se debe comprender que dichas reivindicaciones incluyen la incorporación de uno o más de dichos elementos, sin exigir ni excluir dos o más de dichos elementos. Otras combinaciones y subcombinaciones de las características, funciones, elementos y/o propiedades se pueden reivindicar a traves de la modificación de las presentes reivindicaciones o a través de la presentación de reivindicaciones nuevas en la presente solicitud o en solicitudes relacionadas. Dichas reivindicaciones, ya sea que tengan un alcance más amplio, más estrecho, igual o diferente, también se consideran incluidas dentro del objeto de la presente divulgación.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para un motor, caracterizado porque comprende: durante un arranque en frío del motor, combustionar una primera cantidad de combustible gaseoso inyectado durante una o más de una carrera de admisión y una carrera de compresión de un primer episodio de combustión; combustionar una segunda cantidad de combustible gaseoso inyectado durante una carrera motriz del primer episodio de combustión, una relación de la primera cantidad con la segunda cantidad se ajusta para mantener la relación estequiométrica total aire-combustible de la combustión.

2. El método de la reivindicación 1 , caracterizado porque una mayor parte de la primera cantidad de combustible gaseoso se inyecta más tarde en la carrera de compresión a medida que una temperatura del catalizador de escape estimada durante el arranque en frío del motor disminuye.

3. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda cantidad de combustible gaseoso se inyecta más tarde en la carrera motriz a medida que una temperatura del catalizador de escape estimada durante el arranque en frío del motor disminuye.

4. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda cantidad de combustible gaseoso se inyecta un número de inyecciones en la carrera motriz, donde el número de inyecciones en la carrera motriz se basa en el tiempo de chispa.

5. El método de la reivindicación 4, caracterizado porque el número de inyecciones en la carrera motriz se incrementa a medida que se retarda el tiempo de chispa desde MBT.

6. El metodo de la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende continuar la combustión de una primera cantidad y una segunda cantidad durante un número de episodios de combustión desde el primer episodio de combustión, el número de episodios de combustión se basa en la temperatura del catalizador de escape con relación a una temperatura umbral.

7. El método de la reivindicación 6, caracterizado porque el número de episodios de combustión se incrementa a medida que aumenta una diferencia entre la temperatura del catalizador de escape y la temperatura umbral.

8. El método de la reivindicación 6, caracterizado porque además comprende, después de que hubiera transcurrido el número de episodios de combustión, combustionar el combustible gaseoso en relación estequiométrica en la carrera de admisión.

9. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque el combustible gaseoso se almacena en un tanque de combustible líquido como gas licuado de petróleo (LPG).

10. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de la primera cantidad y la segunda cantidad de combustible se suministra mediante inyección directa.

11. Un método del motor, caracterizado porque comprende: durante un arranque en frío del motor, inyectar de manera directa una primera cantidad de gas licuado de petróleo (LPG) durante una carrera de admisión de un episodio de combustión: inyectar de manera directa una segunda cantidad de LPG durante una carrera de compresión del episodio de combustión; combustionar la primera y segunda cantidades en la carrera de compresión; e inyectar de manera directa una tercera cantidad de LPG durante una carrera motriz, la primera, segunda y tercera cantidades se ajustan para mantener la relación estequiometrica total aire-combustible de escape.

12. El método de la reivindicación 11, caracterizado porque la primera y segunda cantidades se combustionan durante la carrera de compresión y donde la tercera cantidad se combustiona en un orificio de escape.

13. El método de la reivindicación 12, caracterizado porque una o más de la primera, segunda y tercera cantidad de LPG se suministra como varias inyecciones de combustible.

14. El método de la reivindicación 13, caracterizado porque una proporción . de la segunda cantidad con relación a la primera cantidad se incrementa a medida que se reduce la temperatura de un catalizador de escape durante el arranque en frío.

15. El método de la reivindicación 14, caracterizado porque además comprende, durante la inyección de la tercera cantidad de combustible, ajustar una presión del inyector de combustible en base a una o más de la tercera cantidad de combustible, una coordinación de tiempo de inyección de la tercera cantidad de combustible y una presión dentro del cilindro al momento de inyectar la tercera cantidad de combustible.

16. El método de la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende continuar inyectando LPG como cada una de la primera, segunda y tercera cantidad de inyección hasta que una temperatura del catalizador de escape esté a una temperatura umbral o por encima de la misma.

17. Un sistema de motor, caracterizado porque comprende: un cilindro de motor; un inyector directo de combustible acoplado con el cilindro; un larguero de combustible acoplado corriente arriba del inyector de combustible; un tanque de combustible para almacenar combustible gaseoso bajo presión como un líquido; un regulador de presión para ajustar la presión del combustible gaseoso suministrado desde el tanque de combustible al larguero de combustible; un catalizador de escape acoplado en un pasaje de escape del motor; y un controlador con instrucciones legibles por computadora para: durante una condición de arranque en frío del motor, hasta que una temperatura del catalizador de escape esté a la temperatura umbral o por encima de la misma, suministrar combustible gaseoso como varias inyecciones que incluyen por lo menos una inyección en la carrera de compresión y una inyección en la carrera motriz; y combustionar el combustible suministrado en relación estequiométrica.

18. El sistema de la reivindicación 17, caracterizado porque varias inyecciones incluyen una primera inyección en la carrera de admisión, una segunda inyección en la carrera de compresión y una tercera inyección en la carrera motriz.

19. El sistema de la reivindicación 18, caracterizado porque una coordinación de tiempo y una relación de la primera, segunda y tercera inyecciones se basa en la coordinación del tiempo de encendido por chispa.

20. El sistema de la reivindicación 19, caracterizado porque una relación de la segunda inyección en la carrera de compresión con relación a la primera inyección en la carrera de admisión se incrementa y una coordinación de tiempo de la segunda inyección en la carrera de compresión se mueve más cerca del TDC a medida que la coordinación del tiempo de chispa se retarda desde MBT, y donde una coordinación del tiempo de la inyección en la carrera motriz se mueve más allá del TDC a medida que la coordinación del tiempo de chispa se retarda desde MBT.