DISIPADOR DE CALOR REGULADO DE FORMA PASIVA.

Dispositivo disipador de calor regulado de forma pasiva para un motor de combustión interna provisto de un distribuidor de combustible (1),

caracterizado porque dicho distribuidor de combustible (1) presenta un dispositivo calefactor interno compuesto por uno o más elementos calefactores activos (3a, 3b), estando conectado cada uno de ellos a un disipador de calor tubular (4), presentando dicho disipador de calor (4) unas hileras de orificios a lo largo del tubo, que permiten el flujo desde la zona exterior del tubo hacia su volumen interior

La presente solicitud de patente se refiere a un disipador tubular regulado de forma pasiva para la difusión de calor, conectado a uno o a más dispositivos calefactores e insertado en el distribuidor de combustible primario de un sistema de arranque en frío con etanol (ECS).

ESTADO DE LA TÉCNICA 5

Es bien conocido que pueden resultar afectadas varias características del motor cuando se utilizan combustibles distintos a la gasolina clásica en un motor de combustión interna (IC).

En un motor IC moderno (figura 1), que comprende una cámara de combustión (1) con un dispositivo de encendido por chispa (2), un colector de escape (3) y de admisión (4) con un cuerpo de estrangulamiento que regula el flujo de gas (5) y un sistema de preparación de la mezcla controlado de forma electrónica (6) con 10 unos inyectores de combustible de tipo PFI (7), un combustible de gasolina clásico, con una estructura química típica del tipo C8H18, permite un funcionamiento de arranque en frío, lo cual posibilita que el motor arranque y se caliente a temperaturas ambiente de hasta 30ºC bajo cero aproximadamente sin utilizar ningún dispositivo adicional auxiliar.

La figura 1 muestra una disposición de una estrategia para el control de la velocidad/densidad 15 (presión absoluta del colector (MAP) y detector de velocidad del motor), pero dicho diseño no es obligatorio. La disposición puede utilizar cualquier tipo de estrategia, siempre que suministre la información requerida para permitir que la unidad de control del motor (ECU) evalúe la información relevante para el control del inyector y la inyección.

Con combustibles de vaporización baja diferentes, tales como el etanol (C2H5OH), o una mezcla de 20 gasolina y etanol (por ejemplo E22 o E85), el funcionamiento de arranque en frío se ve afectado en gran medida por la vaporización y los parámetros de la tensión superficial del componente del etanol, que son bastante distintos de los de una gasolina pura. La alimentación del motor con etanol puro crea la situación más difícil. En ese caso, el arranque en frío del motor y el calentamiento resultan muy delicados a temperaturas ambiente por debajo de 10ºC o 12ºC. 25

El motivo principal por el cual tanto la fase de arranque en frío, como la de calentamiento resultan importantes es el control de la contaminación (principalmente el contenido en hidrocarburos (HC) en el gas de escape) durante el periodo de tiempo, en el que el detector de oxígeno (detector lambda) no funciona (estrategia de control de bucle abierto), un control del inyector preciso permite una reducción de las emisiones de HC sin quemar. 30

Últimamente, la presencia del problema del arranque en frío con etanol ha provocado que los fabricantes propongan varios dispositivos adicionales que, o bien introducen un depósito separado que contiene un combustible de alta vaporización (como gasolina) o distribuidores de combustible, en los que se introducen de forma aleatoria dispositivos calefactores por resistencia individuales en el lado inmediato aguas arriba de cada uno de los inyectores de combustible. 35

Ambos enfoques adolecen de importantes inconvenientes. Aunque funcionan correctamente para el propio arranque en frío, el primer enfoque presenta un coste elevado, debido a que se debe instalar en el vehículo un depósito separado y una línea de combustible para el combustible de alta vaporización y, como el volumen de este sistema secundario es limitado (normalmente una localización debajo del capó) su capacidad para su utilización durante el periodo de calentamiento es muy limitada. 40

El segundo tipo de enfoque se puede utilizar para el arranque en frío, pero no resulta fiable para el periodo de calentamiento si no se controla cuidadosamente el perfil de temperatura en el distribuidor.

Si no se prevé un control preciso de la temperatura, que permita que la temperatura media se mantenga por debajo de 90ºC aproximadamente, la introducción aleatoria de una fuente de calor potente en el inyector aguas arriba en el lado del distribuidor de combustible puede producir, finalmente, cavitaciones 45 inducidas por el calor en el combustible líquido.

Básicamente, se diseña un inyector de combustible para introducir una cantidad medida de combustible líquido no compresible en el sistema de admisión. Lamentablemente, las cavitaciones inducidas por el calor introducen burbujas de gas en el combustible líquido y, por este motivo, cambian el estado del combustible de no compresible a compresible. Las dinámicas de fluido básicas de los fluidos compresibles 50 son completamente diferentes de las de los líquidos no compresibles y, por ello, la función de medición del inyector de combustible, concebido para combustible líquido, ya no se podrá controlar cuando un fluido compresible pase a través de una zona de medición en el interior del inyector.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es proponer una solución que permita, con unos medios mecánicos sencillos sin un control de temperatura de retroalimentación complicado, proporcionar una estabilización asintótica de la temperatura en un distribuidor de combustible, para permitir una función de 5 arranque en frío similar a la de un motor IC de gasolina, que no adolezca de ninguno de los inconvenientes mencionados anteriormente.

Este objetivo se alcanza por medio de un disipador de calor tubular conectado a uno o más dispositivos calefactores e insertado en un distribuidor de calor primario de un sistema de inyección de combustible convencional. 10

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La presente invención se comprenderá mejor a partir de las figuras adjuntas, que se proporcionan únicamente a título de ejemplo no limitativo, en las que:

- la figura 1 es una vista de un sistema de inyección convencional del tipo PFI para un motor de combustión interna; 15

- la figura 2 es una vista de un distribuidor de combustible con inyectores de combustible acoplados y elementos calefactores en cada extremo;

- la figura 3 es un corte del distribuidor de combustible, que muestra los inyectores, los elementos calefactores y el disipador tubular;

- la figura 4 muestra un ejemplo del aumento de temperatura en el distribuidor de combustible con 20 respecto al tiempo mediante la aplicación de la invención a una temperatura ambiente de -3ºC.

FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA

Según las figuras presentadas, en particular la figura 2, la presente invención añade al volumen interno de un distribuidor de combustible común uno o más elementos calefactores controlados eléctricamente. 25

Tal como se muestra en las figuras, el distribuidor de combustible común (1) suministra combustible presurizado a una cantidad determinada de inyectores de combustible (2a, 2b, 2c, 2d) y se inserta un elemento calefactor (3a, 3b) en cada extremo del distribuidor. Cada elemento calefactor es un dispositivo de acción rápida con un aumento de temperatura-tiempo típico de 55ºC/s aproximadamente (medido en aire en reposo a 1 mm de la superficie del calefactor). 30

Un dispositivo calefactor (3a o 3b) típicamente absorberá aproximadamente 300W con un suministro de 12 V de suministro. La temperatura máxima del calefactor se debería alcanzar aproximadamente a los 8 s. Al contrario que en otras disposiciones sugeridas para este tipo de dispositivo de arranque en frío, los calefactores no están dispuestos en la proximidad inmediata de un inyector de combustible (2a, 2b, 2c o 2d).

La figura 3 muestra la disposición interna del sistema. Se respeta una distancia mínima de por lo 35 menos 10 mm entre las superficies del dispositivo calefactor (3a, 3b) y el inyector más próximo.

Un dispositivo calefactor de acción rápida resulta difícil de controlar y, de este modo, un disipador de calor (4) conecta los dispositivos calefactores (3a, 3b). Con el fin de permitir la transferencia de calor necesaria desde los elementos calefactores (3a, 3b) al disipador tubular (4), el material del cuerpo del calefactor (3a, 3b) y el disipador tubular (4) (por ejemplo cobre o Inconel®) debe ser idéntico o presentar unos 40 coeficientes de dilatación por calor muy similares. El mecanizado de la parte interior del disipador tubular (4) deberá permitir el montaje confinado entre el tubo y el elemento calefactor (3a, 3b).

El disipador tubular (4) presenta por lo menos dos hileras de...

1. Dispositivo disipador de calor regulado de forma pasiva para un motor de combustión interna provisto de un distribuidor de combustible (1), caracterizado porque dicho distribuidor de combustible (1) presenta un dispositivo calefactor interno compuesto por uno o más elementos calefactores activos (3a, 3b), estando conectado cada uno de ellos a un disipador de calor tubular (4), presentando dicho disipador de calor 5 (4) unas hileras de orificios a lo largo del tubo, que permiten el flujo desde la zona exterior del tubo hacia su volumen interior.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el disipador tubular (4) conecta los dispositivos calefactores (3a, 3b) en los lados opuestos del distribuidor de combustible (1).

3. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el eje geométrico principal del 10 disipador tubular (4) no es una línea recta (tubo doblado).

4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la distancia mínima entre un elemento calefactor activo (3a, 3b) y el inyector más próximo es superior a 10 mm.

5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la razón entre el volumen ocupado por el disipador tubular (4) y el volumen interior del distribuidor de combustible (1) es superior a 0,1. 15

6. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque las superficies de calefacción de los elementos calefactores (3a, 3b) y el disipador de calor tubular (4) están realizadas en materiales con coeficientes de dilatación térmica iguales o similares.