ES2248429T3 - Metodo y aparato para controlar emisiones nocivas procedentes de motores de combustion interna. - Google Patents
Metodo y aparato para controlar emisiones nocivas procedentes de motores de combustion interna.Info
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Abstract
Un método para controlar las emisiones nocivas de un motor (10) de combustión interna, de acuerdo con lo cual el motor (10) es alimentado con una mezcla de combustible por medio de un carburador (12) que tiene una primera válvula de control de flujo de aire (14) y en la que el motor (10) está conectado al escape por medio de un dispositivo (24) catalítico de postcombustión, que comprende las etapas de: detectar selectivamente datos de proceso (D1-D4)a partir de parámetros operativos (20-23) de dicha primera válvula (14) de control de flujo de aire y del motor (10), incluyendo la velocidad rotacional y las condiciones de carga del mismo motor (10); alimentar una cantidad dosificada de aire de combustión secundario a la mezcla de combustible, por medio de un conducto (15) derivado entre los lados de entrada y salida del carburador (12) estando provisto dicho conducto (15) derivado de una segunda válvula (16) de control de flujo de aire; y controlar por dicha segunda válvula (16) de control deflujo de aire la cantidad de aire secundario alimentado a la mezcla de combustible de acuerdo con los datos de proceso (D1-D4) detectados de dicha primera válvula (14) de control de flujo de aire y dicho motor (10) caracterizado por las operaciones de: prever dicha segunda válvula (16) de control de flujo de aire del conductor (15) derivado en forma de una válvula de control (26) de conexión-desconexión; prever dicha segunda válvula (16) de control de flujo de aire del conducto (15) derivado en forma de una válvula (16) de control de conexión-desconexión; proporcionar una señal de control (I1) de conexión-desconexión cíclica para abrir y cerrar la segunda válvula de control (16), teniendo dicha señal de control (I1) una frecuencia de período constante; y cambiar la cantidad de aire secundario alimentado por el conducto (15) derivado a la mezcla de combustible, modulando cíclicamente la relación de tiempo de conexión-desconexión de la señal de control (I1) para cambiar el tiempo de apertura(Ton) de la segunda válvula de control (16) en cada período (T) de la señal de control (I1) de conexión-desconexión, en relación a los datos de proceso (D1-D4) detectados a partir de los parámetros operativos (20-23) de dicha primera válvula (14) de control de flujo de aire del carburador (12) y de dicho motor (10).
Description
Método y aparato para controlar emisiones nocivas
procedentes de motores de combustión interna.
Este invento se refiere a un método y a un
aparato relacionado con él para controlar las emisiones de gases
nocivos de motores de combustión interna, en particular motores de
Otto de baja potencia del tipo de dos o cuatro tiempos para
vehículos de motor provistos de un sistema de combustible con
carburador, de acuerdo al cual el motor es alimentado con un flujo
de mezcla de combustible, que comprende aire de combustión primario
y aire de combustión secundario para permitir una
post-combustión completa de los gases en un sistema
de escape catalizado.
El deterioro de las condiciones medioambientales
y la creciente contaminación causada por gases nocivos emitidos por
los numerosos vehículos que llenan las calles, ha hecho el problema
de la emisión nociva incluso más crítico, y ha conducido
consiguientemente a la introducción de reglamentaciones más
estrictas, con la consiguiente necesidad de buscar nuevas soluciones
capaces de reducir sustancialmente la emisión de gases sin
quemar.
A fin de resolver parcialmente el problema de
gases sin quemar, en general se utilizan sistemas de
post-combustión de tipo catalítico, que de algún
modo son penalizados por las condiciones operativas del motor, por
su temperatura y por la cantidad de aire u oxígeno disponible para
la post-combustión.
En general, es necesario actuar sobre la relación
aire-combustible, es decir sobre la riqueza de la
mezcla alimentada al motor, trabajando con un exceso de aire para
permitir una post-combustión completa de los
hidrocarburos sin quemar.
A fin de limitar la emisión de gases nocivos, es
consiguientemente importante no solamente tener sistemas de
post-combustión catalíticos adecuados, sino que es
casi tan importante realizar un ajuste eficiente del sistema de
alimentación de combustible, coordinando el mismo con el sistema de
encendido.
El ajuste y control del sistema de alimentación
de combustible, en general debe tener en cuenta varios factores
operativos del motor, por ejemplo la velocidad rotacional a la que
está funcionando el motor, la cantidad de aire en la mezcla de
combustible alimentada al motor, la temperatura del aire, la
temperatura del motor, así como condiciones variables de uso
especialmente en estados transitorios, en condiciones operativas de
choque, en el calentamiento o el estado de encendido en la puesta en
marcha.
A partir del documento US-A-
3.759.239 se ha conocido un método y un aparato para controlar
emisiones nocivas de un motor, de acuerdo con el preámbulo de las
reivindicaciones 1ª y 6ª, en que se utiliza un conducto de
derivación para el carburador, que comprende una válvula de
estrangulación accionada por el pedal del acelerador, y por una
unidad de control, específicamente prevista para estrangular un
flujo de aire adicional simplemente dependiendo del contenido de
oxígeno en los gases de escape y de la velocidad rotacional del
motor.
BOSCH Motronic 1, Ausgabe Enero de 1983 se
refiere a un aparato para controlar el funcionamiento en vacío de un
motor, usando una válvula giratoria accionada por un motor eléctrico
que tiene arrollamiento de accionamiento opuestos conectados a una
unidad de control, para cambiar la posición de apertura de la
válvula giratoria para estrangular un flujo de aire adicional,
dependiendo de las condiciones operativas del motor.
El objeto principal de este invento es crear un
método y aparato para controlar la emisión nociva de motores de
combustión interna, por lo que es posible obtener una reducción
sustancial de los gases sin quemar, por medio de un control
apropiado del sistema de alimentación para la mezcla de combustible,
por lo que es posible introducir un nuevo grado de libertad en el
ajuste del propio sistema de combustible.
Otro objeto del invento es crear un método y
aparato como se ha especificado antes, mediante el que se hace
posible conseguir la coordinación entre el sistema de alimentación
de combustible y el sistema de encendido, tanto durante el
calentamiento inicial del motor, como en condiciones operativas
normales con el motor funcionando en estado estacionario durante el
movimiento del vehículo de motor.
Aún otro objeto del invento es crear un método y
aparato, por el que es posible conseguir un funcionamiento y control
integrados de la función de "dispositivo automático enriquecedor
de mezcla" del carburador.
Es aún otro objeto del invento proporcionar un
aparato para controlar el sistema de alimentación de combustible de
un motor de combustión interna, que no sólo le hace posible alcanzar
una reducción sustancial de las emisiones nocivas, sino que también
está fabricado de tal manera que sea fácilmente previsto en
vehículos de motor ya diseñados e industrializados sin necesidad de
llevar a cabo modificaciones caras en los componentes básicos.
Lo anterior puede conseguirse por medio de un
método para controlar las emisiones nocivas de motores de combustión
interna de acuerdo con la reivindicación 1ª, y por medio de un
aparato de acuerdo con la reivindicación 6ª.
Para los propósitos de este invento, la expresión
"condición de carga del motor" es normalmente comprendida como
que significa una condición de control de la carburación con
relación a la condición de apertura de la válvula dentro del
carburador y/o las condiciones de succión o vacío que existen aguas
abajo del propio carburador, detectadas por un dispositivo que
detección de baja presión.
Estas y otras características del método y el
aparato para controlar las emisiones nocivas de motores de
combustión interna, de acuerdo con este invento, serán más
claramente evidentes a partir de la descripción siguiente y a partir
de los ejemplos de los dibujos adjuntos, en los que:
La fig. 1 muestra el diagrama general de bloques
del aparato;
La fig. 2 muestra una vista detallada de la
unidad de control electrónico de la fig. 1;
La fig. 3 muestra un gráfico diseñado para
ilustrar el modo de modulación de la válvula que controla el flujo
de aire de combustión secundario;
La fig. 4 muestra un diagrama que ilustra los
modos de control del dispositivo enriquecedor de mezcla;
La fig. 5 muestra un diagrama que ilustra los
modos de control del tiempo de encendido durante el calentamiento
inicial del motor, y respectivamente durante el funcionamiento
normal en estado estacionario.
En la fig. 1, el número de referencia 10 indica
esquemáticamente un motor de combustión interna, del tipo
especificado, conectado por medio de un conducto 11 al lado de
salida de un carburador 12, para alimentar el motor 10 con una
mezcla de combustible que comprende un flujo de aire de combustión
primaria aspirado desde el exterior a través de un filtro 13; el
flujo de la mezcla de combustible es ajustado usualmente por una
válvula 14 dentro del carburador, dependiendo del estado de
funcionamiento y potencia requeridos por el motor.
En la fig. 1, el número de referencia 15 indica
un conducto de alimentación de aire secundario conectado entre el
filtro de aire 13, aguas arriba del carburador 12, y el lado de
salida del mismo carburador, en un punto del conducto 11 para
alimentar la mezcla al motor 10.
El conducto conectado 15 para alimentar el aire
de combustión secundario, a su vez comprende una válvula 16 de
control del flujo de aire, consistente por ejemplo de una válvula
solenoide, cuyo ciclo operativo será explicado además con referencia
a las figs. 2 y 3 de los dibujos adjuntos.
También en la fig. 1, la referencia 17 indica el
dispositivo enriquecedor de mezcla normal del carburador 12,
mientras la referencia 18 indica esquemáticamente una unidad de
control electrónica para controlar el funcionamiento del aparato
entero, en particular la válvula 16 que controla el flujo de aire
secundario, el dispositivo enriquecedor de mezcla 17 del carburador
12, y el circuito de encendido 19 del motor 10.
En la misma fig. 1, la referencia 20 indica un
primer medio para detectar el estado abierto de la válvula 14 del
carburador, que puede derivarse por ejemplo a partir de la posición
del control del acelerador, para proporcionar la unidad de control
electrónico 18 con los primeros datos procesados D1 correlacionados
a un primer parámetro operativo, que corresponde a la cantidad de
mezcla de combustible alimentada al motor, dependiendo del
porcentaje de apertura de la válvula 14 del carburador.
La referencia 21 indica un segundo medio de
detección diseñado para detectar la temperatura del aire aspirado
por el carburador 12, de forma que proporcione la unidad de control
18 con segundos datos de proceso D2 correlacionados a un segundo
parámetro operativo del motor.
De nuevo en la fig. 1, la referencia 22 indica un
tercer medio que detecta la temperatura del motor, diseñado para
proporcionar la unidad de control 18 con terceros datos de proceso
D3, mientras la referencia 23 indica un sensor de temporización del
motor, para proporcionar tanto la unidad de control electrónico 18
como el encendido 19 con los cuartos datos de proceso D4.
Finalmente, la referencia 24 en la fig. 1 indica
un sistema catalizado para la postcombustión de los gases de
escape.
La fig. 2 de los dibujos adjuntos muestra una
vista detallada de los componentes principales de la unidad de
control electrónico 18.
Como se ha mostrado, la unidad de control 18
comprende un microcontrolador 25 que incluye una unidad de
tratamiento central, CPU, una memoria 26 en la que están
almacenados, por ejemplo en forma tabular, los algoritmos de control
principal del aparato, y también comprende un temporizador 27 y un
convertidor A/D de analó-
gico/digital.
gico/digital.
El convertidor A/D está conectado a las salidas
de un circuito de acondicionamiento 29 para las entradas analógicas
que reciben las señales de entrada D1, D2, D3 desde los sensores 20,
21 y 22. Un sensor 30 de temperatura adicional puede estar previsto
en una forma estructuralmente integrada con la misma unidad de
control 18, como una alternativa a los dos sensores 21 y 22 de
temperatura.
A partir de la fig. 2 puede verse que el sensor
23 de temporización envía una señal o datos de proceso D4 que son
alimentados por el temporizador 27 del microcontrolador, a través de
un circuito de acondicionamiento 31; además, la salida I1 del
microcontrolador 25 es transmitida a un circuito 32 para
accionamiento de la válvula de control del solenoide 16 que controla
el flujo de aire de combustión secundario, mientras la salida I2 es
alimentada a un circuito 33 para alimentar el dispositivo automático
enriquecedor de mezcla 17: el último, como es conocido, comprende un
elemento resistivo, usualmente un PTC, que calienta una cantidad de
cera, cuyo volumen cambia considerablemente de acuerdo con la
temperatura.
La expansión de la cera mueve un dispositivo que
corta progresivamente un circuito auxiliar del carburador, capaz de
determinar la afluencia de una cantidad dada de mezcla de
combustible al motor. El funcionamiento y modos de control del
dispositivo enriquecedor de mezcla serán explicados además con
referencia al diagrama de la fig. 4.
Finalmente, la referencia 34 en la fig. 2 indica
un circuito de alimentación para la unidad de control 18, conectado
a una fuente 35 de corriente continua, por ejemplo a una
batería.
Como se ha mencionado previamente, la unidad de
control 18, por medio de la válvula 16 para controlar el flujo de
aire de combustión secundario, actúa para modificar la riqueza, es
decir la relación de aire/combustible en la mezcla de combustible
alimentada al motor 10, que en los sistemas de alimentación
tradicional es definido exclusivamente por las características y por
las condiciones de ajuste del carburador 12.
De acuerdo con este invento, la unidad de control
18 controla la alimentación del flujo de aire de combustión
secundario, controlando cíclicamente el tiempo de apertura de la
válvula 16 del conducto de alimentación de aire 15, por medio de un
ciclo operativo definido de aquí en adelante como "ciclo de
servicio", en relación con los datos de proceso obtenidos a
partir de los parámetros operativos del motor, en particular a
partir de lo siguiente:
- RPM = velocidad rotacional del motor 10 (revoluciones por minuto) proporcionada por el sensor de temporización 23;
- TPS = posición del estrangulador de la válvula 16 para controlar el flujo de aire secundario, expresada en porcentaje de apertura, proporcionado por el sensor 20;
- Teng = temperatura del motor 10 detectada por el sensor 22;
- Tas = temperatura del aire aspirado detectado por el sensor 21 de temperatura.
La velocidad de rotación RPM es valorada por el
microcontrolador 25 que enlaza con el circuito de acondicionamiento
31 y el sensor de temporización 23, que hace también uso del sistema
de encendido 19 para la temporización correcta de la chispa. El
circuito de acondicionamiento 31 debe ser consiguientemente
dimensionado de tal modo que no ponga en peligro la operación
correcta del encendido, presentando una impedancia de entrada mayor
que la del circuito de ignición 19.
Con objeto de simplicidad estructural y con el
fin de reducir costes, la temperatura Teng del motor y la
temperatura Tas del aire de admisión, puede también ser detectada
por un sensor único 30 integrado estructuralmente en la unidad de
control electrónico 18 que, después de colocar adecuadamente el
último junto al motor, proporciona una indicación intermedia entre
las dos temperaturas antes mencionadas; durante las pruebas
prácticas, esta solución ha dado resultados satisfactorios.
Las informaciones acerca de las condiciones de
apertura de la válvula 14 del carburador, pueden ser adquiridas por
ejemplo desde el control de acelerador, acondicionando adecuadamente
la señal proporcionada por un potenciómetro conectado a la rotación
del mando de control.
La cantidad de aire secundario que fluye al
circuito conectado 15, entre los lados de entrada y salida del
carburador 12, es controlada de acuerdo a un método de modulación de
anchura de impulso (PWM), cuyo principio operativo consiste en
controlar una válvula de tipo abierta/cerrada con una señal que
tiene una frecuencia constante, en este caso específico una
frecuencia de aproximadamente 10 Hz, variando el tiempo durante el
cual la válvula permanece abierta en cada período; este tiempo,
dividido por el propio período, es normalmente indicado como
"ciclo de servicio". La modulación del "ciclo de servicio"
es equivalente consiguientemente a la modulación del flujo de aire
secundario que fluye al circuito conectado 15, haciendo posible por
ello cambiar la relación de aire/combustible de la mezcla alimentada
al motor, proporcionando una cantidad suficiente de exceso de aire
necesario para completar la combustión del gas de escape en el
dispositivo de postcombustión catalítico 24.
En la práctica, este control de la cantidad de
aire auxiliar, llevado a cabo por el microcontrolador 25 con
relación a los datos de proceso recibidos desde los distintos
sensores, proporciona un grado de libertad adicional en el ajuste
del sistema de combustible, cuando es comparado a los métodos de
ajuste de tradicionales.
Un ejemplo de "ciclo de servicio" para
modular la apertura de la válvula de control 16 para el flujo de
aire auxiliar, está mostrado en la fig. 3 de los dibujos adjuntos en
los que T indica la longitud de ciclo de modulación y Ton indica el
tiempo de apertura de la válvula de control 16; el "ciclo de
servicio" modulador es dado por la relación siguiente
ciclo de
servicio =
Ton/T
Debe ser sin embargo tenido en cuenta que el peso
de la modulación de "ciclo de servicio" en la válvula
\lambda, es decir en la relación de aire/combustible referido al
valor estequiométrico, depende también del grado de abertura de la
válvula 14 que obstruye el flujo principal del carburador 12.
Si la válvula del flujo de aire alimentado por el
carburador 12 está indicada por \Phi1, y la relación de
aire/combustible respectiva definido por el ajuste del carburador
está indicada por \lambda1, y la válvula del flujo de aire
secundario alimentado al motor 10 está indicada por \Phi2, el
flujo total \Phi3 de aire alimentado al motor 10 será:
\Phi3 = \Phi1 + \Phi2 y la cantidad de
combustible presente en la salida del carburador será equivalente a
\Phi1/\lambda1.
Consiguientemente, la relación efectiva de
aire/combustible de la mezcla alimentada al motor estará dada
por:
\lambda 3 \ =
\ \lambda 1 \ \text{*} \ (\Phi 1+ \Phi 2)/\Phi 1, \ es \ decir \
\lambda 3 \ = \ \lambda 1 \ \text{*} \ (1+\Phi 2/ \Phi
1)
A partir de lo anterior, será evidente por ello
que, programando el microprocesador de la unidad de control 18, será
necesario asegurar que sus salidas I1 e I2 suministran las señales
de control apropiadas para la válvula 16 del circuito de aire
secundario, y del dispositivo enriquecedor de mezcla, con relación a
los datos del proceso recibidos desde los distintos sensores que
serán procesados en un modo programado, de acuerdo con algoritmos
adecuados para controlar y calcular los tiempos y modos de
modulación de la válvula 16.
Como se ha especificado, las emisiones nocivas
son controladas modificando la riqueza de la mezcla de aire/
combustible alimentada al motor 10, actuando sobre parámetros diferentes, en particular en el "ciclo de servicio" para modular la señal de control de la válvula 16 del circuito de alimentación de aire para el aire auxiliar, en paralelo al carburador 12, y en la condición de alimentación del dispositivo automático enriquecedor de mezcla 17 del carburador 12.
combustible alimentada al motor 10, actuando sobre parámetros diferentes, en particular en el "ciclo de servicio" para modular la señal de control de la válvula 16 del circuito de alimentación de aire para el aire auxiliar, en paralelo al carburador 12, y en la condición de alimentación del dispositivo automático enriquecedor de mezcla 17 del carburador 12.
La unidad de control 18 funcionará
consiguientemente, por medio de la válvula de control 16 y el
dispositivo enriquecedor de mezcla 17, para modificar la riqueza de
la mezcla de vez en vez, en particular para aumentar o disminuir la
cantidad de aire necesario en las diferentes condiciones de uso del
motor 10; tal riqueza sería definida de otro modo exclusivamente por
las características y por las condiciones de ajuste normal del
carburador.
La siguiente descripción ilustra los algoritmos
de control principal que caracterizan la relación entre los datos de
entrada y las señales en las salidas de la unidad de control 18;
indicando con:
- RPM: La velocidad rotacional del motor (revoluciones por minuto);
- TPS: La posición del control de acelerador del vehículo motor en el que el aparato está fijado (porcentaje de apertura de la válvula 14 del carburador);
- Tmp: La temperatura de la unidad de control 18 detectada por el sensor 30 (centígrados);
- VB: la tensión de la batería 35 de alimentación de corriente (voltios); la expresión con la que el "ciclo de servicio" para modular la válvula de control 16 es calculada, está dada por la fórmula siguiente:
ciclo de
servicio = F1 (RPM, TPS) F2 (Tmp) + F3
(VB)
Las funciones F2 y F3 están definidas de manera
unívoca por la interpolación lineal de datos almacenados en tablas
de la memoria 26 del microcontrolador 25; las tablas deben ser
preparadas obviamente durante la fase de diseño por el fabricante y
definidas por medio de pruebas apropiadas y/o calculando criterios
que tienen en consideración las condiciones de funcionamiento
variables de motor 10, así como las diferentes condiciones de uso
dependiendo de si el vehículo se está moviendo a lo largo de un
tramo plano, hacia arriba, o hacia abajo, o en condiciones de
alimentación estranguladas o estacionarias, incluyendo condiciones
de funcionamiento transitorias.
Las siguientes tablas ejemplifican, simplemente a
modo de explicación, las distintas funciones F1, F2 y F3 para
calcular el "ciclo de servicio"; los valores intermedios son
calculados por la unidad de tratamiento, por interpolación lineal
simple.
| TPS/RPM | 1000 | 2000 | 2500 | 3000 | 3500 | .... | .... | 10000 |
| 0% | 10% | 30% | .... | .... | .... | .... | .... | .... |
| 10% | 20% | 40% | .... | .... | .... | .... | .... | .... |
| 20% | 25% | 45% | .... | .... | .... | .... | .... | .... |
| .... | .... | .... | .... | .... | .... | .... | .... | .... |
| 100% | .... | .... | .... | .... | .... | .... | .... | .... |
En esta tabla relativa a la función F1, la
primera línea muestra la velocidad rotacional del motor (RPM), la
primera columna da los porcentajes de apertura de la válvula del
carburador (TPS), mientras las columnas restantes, en
correspondencia con cada velocidad rotacional del motor y de cada
porcentaje de apertura para la válvula del carburador, dan los
porcentajes de apertura de la válvula de control 16 para el circuito
de alimentación de aire secundario.
| -20ºC | 0ºC | 10ºC | 20ºC | 40ºC | 50ºC | 60ºC | 80ºC |
| 0,2 | 0,5 | 0,7 | 0,9 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Esta segunda tabla relativa a la función F2
muestra las temperaturas (Tmp) detectadas por el sensor 30, junto
con los coeficientes de corrección pertinentes del porcentaje de
apertura de la válvula 16, calculados por la función F1 de la tabla
precedente.
| 6V | 8V | 9V | .... | 14V | 15V |
| 20% | 10% | 8% | .... | 0% | 0% |
En esta tercera tabla, relativa a la función F3,
la primera línea da los valores de la tensión (VB) de la batería 35
de alimentación de corriente, mientras la segunda línea da los
porcentajes de apertura correspondientes de la válvula de control 16
para controlar el flujo de aire auxiliar, que ha de ser añadido al
valor de porcentaje proporcionado por las tablas precedentes.
De hecho, es también necesario tener en cuenta la
tensión VB de la batería de alimentación de corriente que, aunque no
tiene un efecto directo sobre el funcionamiento del motor y del
carburador, puede sin embargo dar incremento a una variación en el
aire de combustión secundario, afectando a la velocidad de apertura
de la válvula 16; la tensión de la batería VB es detectada
consiguientemente por la unidad de control para compensar este
efecto.
Los datos en las distintas tablas han sido dados
sólo en parte, porque simplemente sirven para ejemplificar
condiciones de trabajo hipotéticas del motor 10. Consiguientemente,
cuando el número de revoluciones del motor, el porcentaje de
apertura de la válvula 14 del carburador, la temperatura detectada
por el sensor 5, o por los sensores 21 y 22 varía, o con relación a
la tensión de la batería 35 de alimentación de corriente, el
microcontrolador 25 realiza los cálculos necesarios y modula el
"ciclo de servicio" del flujo de aire secundario alimentado al
motor; además, la unidad de control 18 se cuida de la gestión del
dispositivo automático enriquecedor de mezcla 17 del carburador,
discriminando entre las dos posibles condiciones de "dispositivo
enriquecedor de mezcla alimentado" y "dispositivo enriquecedor
de mezcla no alimentado" con relación a una temperatura de umbral
Tsg almacenada en el microcontrolador 25, como se ha representado
por el diagrama de flujo de la fig. 4.
En esta figura, puede verse que con el motor
funcionando, en el estado en que la temperatura Teng del motor es
más elevada que la temperatura de umbral Tsg (SI), el
microcontrolador 25 con su salida I2 habilitará el circuito de
alimentación 33 del dispositivo automático enriquecedor de mezcla
17.
Siempre que la proposición antes mencionada no
sea verificada (NO), la unidad de control inhabilitará la
alimentación del dispositivo enriquecedor de mezcla 17.
Con el fin de reducir más las emisiones nocivas,
es también útil realizar una gestión correcta de la fase de
calentamiento del motor, para asegurar subsiguientemente un proceso
de combustión satisfactorio.
Es bien conocido, de hecho, que uno de los
principales puntos críticos del sistema de postcombustión
catalizado, consiste en su ineficiencia sustancial hasta que su
temperatura alcanza un cierto umbral de activación en cada puesta en
marcha en frío del motor.
Uno de los parámetros fundamentales para alcanzar
la temperatura operativa del catalizador, que consiste en la
temperatura del gas de escape, está estrechamente relacionado con la
fase de encendido inicial.
Otra característica de este invento considera una
gestión diferenciada del circuito de encendido en el momento de
puesta en marcha en frío del motor, que pretende alcanzar el estado
de activación del sistema de postcombustión catalizado más
rápidamente.
Todo esto es conseguido por medio del aparato de
acuerdo con el invento, que maneja la fase de encendido durante un
calentamiento transitorio del motor, en un modo diferenciado
comparado con el manejo de la fase de encendido durante el
funcionamiento de estado estacionario normal del motor, a fin de
alcanzar más rápidamente la eficiencia completa del sistema de
postcombustión.
La estrategia para controlar la fase de encendido
durante el período de calentamiento transitorio está descrita en el
diagrama de la fig. 5, que en el lado izquierdo muestra
esquemáticamente una curva genérica A para manejar el avance de la
chispa durante el calentamiento transitorio del motor, mientras el
lado derecho muestra una curva genérica para manejar la fase de
encendido durante el funcionamiento de estado estacionario normal
del motor.
En particular, con referencia a la figura antes
mencionada, si se indica con:
- Tiempo = el tiempo transcurrido después de poner en marcha el motor;
- Tmax = el parámetro que indica la duración máxima del período de calentamiento transitorio, memorizado en el microprocesador de la unidad de control;
- Teng = la temperatura del motor detectada por el sensor 22 o por el sensor 30;
- Ts = la temperatura a la que el motor es considerado como caliente, programada en la memoria del microcontrolador 25 de la unidad de control;
resulta que cuando la proposición:
(Tiempo<Tmax) & (Teng<Ts) es satisfecha (SI), la unidad de
control 18 controlará el encendido 19 del motor en mantenimiento con
la fase programada para el período de calentamiento transitorio del
motor; por el contrario, cuando tal proposición no es satisfecha
(NO), la unidad de control 18 controlará el encendido 19 de acuerdo
con los datos parametrizados para la fase de encendido de estado
estable ejemplificada por la curva a la derecha mostrada en la fig.
5.
A partir de lo que se ha descrito y mostrado en
las distintas figuras de los dibujos adjuntos, será evidente que lo
que es proporcionado es un método y un aparato para controlar las
emisiones nocivas de motores de combustión interna adecuados para
conseguir los propósitos deseados; en particular, hacen posible
tanto controlar el sistema para alimentar combustible al motor, como
controlar las fases de encendido de un modo programado, con relación
a datos de procesos detectados selectivamente por una serie de
parámetros operativos del motor, elegidos de entre la velocidad de
rotación, la cantidad de aire en la mezcla de combustible alimentada
para el motor, con relación al porcentaje de apertura de la válvula
del carburador, la temperatura del aire de admisión, la temperatura
del motor, o la temperatura de la propia unidad de control,
integrada con un sensor apropiado, así como teniendo en cuenta la
influencia indirecta de la tensión de la batería de alimentación de
corriente.
Se ha comprendido sin embargo que lo que se ha
descrito y mostrado con referencia a los dibujos adjuntos, está dado
puramente a modo de ejemplificación no restrictiva del invento. Por
consiguiente, pueden hacerse otra modificación o variaciones al
aparato completo y/o a los procedimientos para controlar la válvula
para alimentar el aire de combustión secundaria y/o del dispositivo
enriquecedor de mezcla, así como en la estrategia para controlar las
fases de encendido, sin desviarse del marco de las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (12)
1. Un método para controlar las emisiones nocivas
de un motor (10) de combustión interna, de acuerdo con lo cual el
motor (10) es alimentado con una mezcla de combustible por medio de
un carburador (12) que tiene una primera válvula de control de flujo
de aire (14) y en la que el motor (10) está conectado al escape por
medio de un dispositivo (24) catalítico de postcombustión, que
comprende las etapas de: detectar selectivamente datos de proceso
(D1-D4) a partir de parámetros operativos
(20-23) de dicha primera válvula (14) de control de
flujo de aire y del motor (10), incluyendo la velocidad rotacional y
las condiciones de carga del mismo motor (10); alimentar una
cantidad dosificada de aire de combustión secundario a la mezcla de
combustible, por medio de un conducto (15) derivado entre los lados
de entrada y salida del carburador (12) estando provisto dicho
conducto (15) derivado de una segunda válvula (16) de control de
flujo de aire; y controlar por dicha segunda válvula (16) de control
de flujo de aire la cantidad de aire secundario alimentado a la
mezcla de combustible de acuerdo con los datos de proceso
(D1-D4) detectados de dicha primera válvula (14) de
control de flujo de aire y dicho motor (10) caracterizado por
las operaciones de: prever dicha segunda válvula (16) de control de
flujo de aire del conductor (15) derivado en forma de una válvula de
control (26) de conexión-desconexión; prever dicha
segunda válvula (16) de control de flujo de aire del conducto (15)
derivado en forma de una válvula (16) de control de
conexión-desconexión; proporcionar una señal de
control (I1) de conexión-desconexión cíclica para
abrir y cerrar la segunda válvula de control (16), teniendo dicha
señal de control (I1) una frecuencia de período constante; y cambiar
la cantidad de aire secundario alimentado por el conducto (15)
derivado a la mezcla de combustible, modulando cíclicamente la
relación de tiempo de conexión-desconexión de la
señal de control (I1) para cambiar el tiempo de apertura (Ton) de la
segunda válvula de control (16) en cada período (T) de la señal de
control (I1) de conexión-desconexión, en relación a
los datos de proceso (D1-D4) detectados a partir de
los parámetros operativos (20-23) de dicha primera
válvula (14) de control de flujo de aire del carburador (12) y de
dicho motor (10).
2. Un método según la reivindicación 1ª,
caracterizado por la operación de detectar (22) la
temperatura del motor (10) y ajustar la cantidad de aire de
combustión secundario por dicha válvula (16) de control de flujo de
aire en relación a la temperatura (22) de motor detectada.
3. Un método según la reivindicación 1ª,
caracterizado por la operación de detectar (21) la
temperatura del aire de admisión, y ajustar la cantidad de aire
secundario por dicha válvula (16) de control de flujo de aire en
relación a la temperatura (21) detectada del aire.
4. Un método según la reivindicación 1ª, en el
que el carburador comprende un dispositivo de dispositivo automático
enriquecedor de mezcla (17), caracterizado por la operación
de accionar el dispositivo enriquecedor de mezcla (17) del
carburador (12), durante el funcionamiento del motor (10), cuando la
temperatura de motor detectada (22) es mayor que una temperatura de
umbral preestablecida almacenada en una unidad de control (18).
5. Un método según la reivindicación 1ª o 2ª, de
acuerdo con la cual un sensor de fase (23) está conectado
operativamente a una unidad de control electrónico (18), y en el que
una primera fase de control está prevista para controlar un circuito
de encendido (19) en condiciones de estado estacionario del motor,
caracterizado por proporcionar una segunda fase de control
diferenciada para controlar circuito de encendido (19) durante un
periodo de calentamiento del motor (10), y permitir que dicha fase
de control diferenciada controle el circuito de encendido (19)
cuando el tiempo transcurrido después de la puesta en marcha del
motor (10), es menor que un tiempo preestablecido indicativo del
máximo tiempo permitido para el calentamiento del motor (10), y
cuando la temperatura de motor detectada (22) es menor que una
temperatura de referencia almacenada en la unidad de control
(18).
6. Un aparato para controlar las emisiones
nocivas de un motor de combustión interna (10), de acuerdo con lo
cual el motor (10) es alimentado con una mezcla de combustible que
comprende un aire de combustión primario, por medio de un carburador
(12) que tiene una primera válvula (14) de control de flujo de aire
y en el que el motor (10) está conectado a un escape por medio de un
dispositivo (24) catalítico de postcombustión, comprendiendo el
aparato: un conducto (15) de alimentación de aire auxiliar derivado
entre los lados de entrada y salida del carburador (12) para
alimentar aire de combustión secundario a la mezcla de combustible;
una segunda válvula (16) de control de flujo de aire en dicho
conducto (15) derivado; una unidad de control electrónico (18)
conectada operativamente a dichas primera y segunda válvulas
(14-16) de control de flujo de aire del carburador y
el conducto (15) derivado; primeros medios sensores (23) para
proporcionar a la unidad de control (18) con datos de proceso (D4)
indicativos de la velocidad rotacional del motor (10); segundos
medios sensores (21-22) para proporcionar a la
unidad de control (18) con datos de proceso (D1-D3)
indicativos de la condición de carga de la válvula (14) de control
de flujo de aire del carburador (12) y del motor (10);
caracterizado porque dicha segunda válvula de control (16)
tiene forma de una válvula de control de
conexión-desconexión; y una unidad de control
electrónica (18) para proporcionar una señal de control (I1) para la
segunda válvula de control (16), que tiene una frecuencia de periodo
constante (T); estando programada dicha unidad de control
electrónico (18) para accionar cíclicamente la apertura y cierre de
la segunda válvula (16) de control de
conexión-desconexión del conducto de alimentación de
aire auxiliar, y modular la relación de tiempo de apertura y cierre
de la misma válvula (10) de control de
conexión-desconexión, durante cada período (T) de
la señal de control (I1) de conexión-desconexión
cíclica proporcionada por la unidad de control electrónico (18),
para accionar dicha segunda válvula (16) de control de
conexión-desconexión en relación a los datos de
proceso (D1-D4) detectados por dichos primer y
segundo medios detectores (21-23).
7. Un aparato según la reivindicación 6ª,
caracterizado porque comprende un sensor (22) de temperatura
del motor, y porque dicha unidad de control (18) está programada
para variar la relación entre el tiempo de apertura y cierre de la
válvula (16) de control de flujo de aire del conducto (15) de
alimentación de aire auxiliar, en relación a los datos de proceso
(D3).
8. Un aparato según la reivindicación 6ª o 7ª,
caracterizado porque comprende un sensor (21) temperatura de
aire, y porque dicha unidad de control (18) está programada para
variar la relación entre el tiempo de apertura y cierre de la
válvula (16) de control de flujo de aire del conducto (15) de
alimentación de aire auxiliar, en relación a los datos de proceso
(D2) detectados por dicho sensor (22) de temperatura de aire.
9. Un aparato según la reivindicación 6ª,
caracterizado porque comprende un sensor (30) de temperatura
del motor integrado en la unidad de control electrónico (18), y
porque la unidad de control electrónico (18) está programada para
variar la relación entre el tiempo de apertura y cierre de la
válvula (16) de control de flujo de aire de contacto conectado (15),
en relación a los datos de proceso detectados por dichos sensor (30)
de temperatura integrado.
10. Un aparato según la reivindicación 7ª o 9ª en
el que el carburador (12) para alimentar la mezcla combustible
comprende un dispositivo automático enriquecedor de mezcla (17),
caracterizado porque dicha unidad de control electrónico (18)
está programada para accionar el dispositivo automático enriquecedor
de mezcla (17), durante el funcionamiento del motor (10), cuando la
temperatura del motor (10) detectada por dicha sensor (22; 30) de
temperatura, es mayor que la temperatura de umbral preestablecida
almacenada en la unidad de control electrónico (18).
11. Un aparato según la reivindicación 7ª o 9ª,
que comprende un sensor de fase (23) conectado operativamente al
circuito de encendido del motor (10), y a la unidad de control
electrónico (18), caracterizado porque dicha unidad de
control electrónico (18) está programada para accionar una fase de
control para el encendido en estado operativo de estado estacionario
del motor (10), y respectivamente una fase de control diferenciada
para el encendido durante un período de calentamiento del motor
(10), y para accionar dicha fase de control diferenciada cuando el
tiempo transcurrido después de una puesta en marcha del motor (10),
es más corto que un tiempo preestablecido indicativo del periodo
máximo permitido para calentar el motor (10), almacenado en la
unidad de control (18), y cuando la temperatura del motor detectada
por dicha sensor (22; 30) es menor que una temperatura de referencia
almacenada en la unidad de control (18) a la que el motor (10) es
considerado caliente.
12. Un aparato según la reivindicación 6ª, que
comprende una batería (35) para alimentar corriente a la unidad de
control (18), caracterizado porque dicha unidad de control
(18) está programada para variar la relación entre el tiempo de
apertura y cierre de la válvula (16) de control de alimentación de
aire del conducto conectado (15), en relación a la tensión de
alimentación de la batería (35).
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