Conducto común de combustible equipado con una instalación de dispositivo calefactor axial para el funcionamiento de arranque en frío del motor con etanol.

Un conducto común de combustible, para ser montado en un motor de combustión interna con el propósito de mejorar las fases de arranque en frío y de calentamiento mediante la utilización de combustibles de baja vaporización tales como etanol,

en el cual por lo menos dos elementos de calefacción (12a, 12b, 301) están insertados en dicho conducto común de combustible (10), cada elemento de calefacción estando provisto de dos piezas, una pieza de soporte activa (101) y una pieza de calefacción activa (100), que tienen longitudes (X, La), las cuales están ajustadas para obtener un flujo de calor a lo largo de dicho conducto común de combustible (10) hacia los inyectores de combustible (11 a - 11 d) conectados a dicho conducto común de combustible (10), con dos elementos de calefacción que son elementos de calefacción axiales (12a, 12b) axialmente insertados en cada extremo respectivamente de una cavidad principal del conducto común de combustible, de tal modo que dicha pieza de calefacción (100) de cada uno de dichos elementos de calefacción está orientada a lo largo de o paralela al eje de simetría principal (14) de la cavidad principal de dicho conducto común de combustible (10) caracterizado porque una o más tuberías de entrada de combustible frío (201, 202, 203, 403, 404, 503) están colocadas y conectadas a dicha cavidad principal del conducto común de combustible de tal modo que el combustible frío llega simétricamente con respecto a dichos elementos de calefacción (12a, 12b, 301).

Conducto común de combustible equipado con una instalación de dispositivo calefactor axial para el funcionamiento de arranque en frío del motor con etanol.

La presente invención se refiere a un conducto común de combustible equipado con una instalación de dispositivo calefactor axial particular para incrementar la homogeneidad del flujo de calor en un conducto común de combustible sin retorno primario en un sistema de arranque en frío con etanol (ECS – Ethanol Cold Start) .

Técnica anterior

Es muy conocido el hecho de que cuando se utilizan combustibles diferentes de la gasolina clásica en un motor de combustión interna diversas funciones del motor se pueden ver afectadas. En un motor de combustión interna moderno (figura 1) , que comprende una cámara de combustión (1) con un dispositivo de encendido por chispa (2) , un escape (3) y un colector de admisión (4) con un cuerpo del acelerador que regula el flujo de gas (5) y un sistema de preparación de la mezcla (6) electrónicamente controlado con inyectores de combustible por puerto (PFI) (7) , un combustible de gasolina clásico con una estructura química típica de C8H18 capacita un comportamiento de arranque en frío el cual permite que el motor arranque y se caliente a temperaturas por debajo de aproximadamente 30 °C por debajo de cero sin la utilización de dispositivos añadidos auxiliares. La figura 1 muestra una instalación de velocidad/densidad (presión absoluta del colector (MAP) y entrada del sensor de velocidad del motor) , pero esta instalación no es obligatoria. La instalación puede utilizar cualquier clase de estrategia en tanto en cuanto suministre los datos necesarios para capacitar que el conjunto de control del motor (ECU) calcule los datos relevantes para el control de la inyección y el encendido.

En el caso de un combustible de vaporización baja diferente por ejemplo etanol (C2H5OH) o una mezcla entre gasolina o etanol (por ejemplo: gasohol o E85) el comportamiento de arranque en frío se ve fuertemente afectado por la vaporización y los parámetros de tensión superficial del componente de etanol, los cuales son notablemente diferentes de aquellos de una gasolina pura. El suministro de combustible al motor mediante etanol puro crea la situación más difícil. En ese caso el arranque en frío y el calentamiento se convierten en muy delicados por debajo de temperaturas ambientales de aproximadamente 10° hasta 12 °C. La principal razón por la cual no sólo el arranque en frío sino también la fase de calentamiento es del mayor interés es aquella del control de los contaminantes (principalmente el contenido de HC de los gases del escape) en el periodo de tiempo durante el cual el sensor de oxígeno no está funcionando (estrategia de control de bucle abierto) un control muy preciso del inyector capacita una reducción de la emisión de HC sin quemar.

En los últimos años, la presencia del problema de arranque en frío con etanol ha conducido a diversas sugerencias de dispositivos añadidos, los cuales tanto introducen un combustible separado de alta vaporización (gasolina) como uno o más dispositivos de calefacción, los cuales están colocados según la presente invención en el conducto común de combustible normal en el lado aguas arriba de los inyectores de combustible. Ambos enfoques tienen inconvenientes importantes.

Aunque funcionan bien para el propio arranque en frío, el primer enfoque es costoso ya que se debe instalar en el vehículo un depósito separado y unos conductos del combustible para el combustible de alta vaporización y puesto que el volumen de este sistema secundario está limitado (normalmente en una ubicación debajo del capó) su capacidad para ser utilizado durante el período de calentamiento es muy limitada. El segundo tipo de enfoque puede ser utilizado para el arranque en frío, pero un enfoque de este tipo, el cual no sigue la instalación particular definida por la invención se convierte en totalmente irrealizable durante el periodo de calentamiento ya que la introducción aleatoria de una fuente de calor potente en el conducto común de combustible en el lado aguas arriba del inyector eventualmente conduce a cavitaciones condicionadas por el calor en el combustible líquido.

Básicamente un inyector de combustible está diseñado para introducir una cantidad medida de combustible líquido (no comprimible) en el sistema de admisión. Desgraciadamente las cavitaciones condicionadas por calor introducen burbujas de gas en el interior del combustible líquido y de ese modo cambian el estado del fluido de no comprimible a comprimible. La dinámica de fluidos básica de los fluidos comprimibles es totalmente diferente de aquella de los fluidos no comprimibles y por lo tanto la función de medición del inyector de combustible diseñada para el combustible líquido deja de ser controlable cuando un fluido comprimible está pasando a través del área de medición en el interior del inyector.

El solicitante ha patentado una solución, la cual capacita, por medios mecánicos simples sin un control electrónico complicado de la temperatura de retroalimentación, proveer una estabilización de la temperatura asintótica del combustible en el interior del conducto común de combustible durante la fase de arranque en frío, como se describe en la solicitud de patente brasileña nº PI 0705422 – 0 o EP 2071159 B1.

Este documento de patente describe un conducto común de combustible de un sistema de arranque en frío con etanol (ECS) según la parte del preámbulo de la reivindicación 1 y en el cual está insertado un disipador tubular pasivamente regulado para la difusión de calor el cual tiene un tubo que conecta los dos elementos de calefacción uno al otro los cuales están insertados en las partes extremas axiales de la cavidad principal del conducto común de combustible, dicho tubo estando provisto de filas de agujeros a lo largo del tubo que capacitan el flujo desde el exterior del tubo hacia su volumen interior.

Para evitar que el combustible de un motor de combustión interna se congele y no sólo mejore la capacidad de arranque del motor sino que también se reduzca el componente HC contenido en el gas de escape incluso aunque el motor se utilice en lugares fríos, el documento de patente japonesa JP – A – 08 338 339 expone un conducto común de combustible que almacena la alimentación de combustible en el conducto común de combustible a través de un extremo del mismo y en el cual está insertado un calefactor de combustible individual eléctricamente controlado, dicho calefactor de combustible extendiéndose longitudinalmente en la cavidad principal del conducto común de combustible desde el extremo del último el cual está opuesto a la entrada del combustible y que está montado en voladizo en el conducto común de combustible desde dicho extremo opuesto.

Pero un conducto común de este tipo con un calefactor de combustible se propone para el equipamiento de un motor diesel que tenga inyectores de combustible alimentados con combustible diesel a alta presión, las características, propiedades y comportamiento del cual son muy diferentes de aquellos de los combustibles de vaporización baja tales como etanol o mezclas de etanol y gasolina.

El documento DE 103 41 708 A1 también expone un conducto común tubular para la alimentación de diversos inyectores con combustible y en la cavidad principal del cual se extiende axialmente un elemento de calefacción eléctrico individual. Pero de forma similar, este conducto común de combustible es alimentado con combustibles de alta densidad, alta viscosidad y baja vaporización a alta presión, tales como los combustibles diesel, los cuales necesitan ser calentados a una temperatura conveniente para que tengan una viscosidad conveniente para la alimentación de los inyectores.

Resumen de la invención

La invención se define en la reivindicación 1, con el propósito de mejorar las fases de arranque en frío y de calentamiento mediante la utilización de combustibles de baja vaporización tal como etanol.

La distribución de la superficie de calefacción activa a lo largo del eje de simetría de la cavidad del conducto común se favorece mediante esta instalación axial particular, la cual incrementa de forma significante la homogeneidad del flujo de calor neto en la dirección lateral de la cavidad y de ese modo disminuye la diferencia de temperatura del combustible caliente entre los inyectores de combustible conectados al conducto común.

La presente invención... [Seguir leyendo]

1. Un conducto común de combustible, para ser montado en un motor de combustión interna con el propósito de mejorar las fases de arranque en frío y de calentamiento mediante la utilización de combustibles de baja vaporización tales como etanol, en el cual por lo menos dos elementos de calefacción (12a, 12b, 301) están insertados en dicho conducto común de combustible (10) , cada elemento de calefacción estando provisto de dos piezas, una pieza de soporte activa (101) y una pieza de calefacción activa (100) , que tienen longitudes (X, La) , las cuales están ajustadas para obtener un flujo de calor a lo largo de dicho conducto común de combustible (10) hacia los inyectores de combustible (11 a – 11 d) conectados a dicho conducto común de combustible (10) , con dos elementos de calefacción que son elementos de calefacción axiales (12a, 12b) axialmente insertados en cada extremo respectivamente de una cavidad principal del conducto común de combustible, de tal modo que dicha pieza de calefacción (100) de cada uno de dichos elementos de calefacción está orientada a lo largo de o paralela al eje de simetría principal (14) de la cavidad principal de dicho conducto común de combustible (10) caracterizado porque una o más tuberías de entrada de combustible frío (201, 202, 203, 403, 404, 503) están colocadas y conectadas a dicha cavidad principal del conducto común de combustible de tal modo que el combustible frío llega simétricamente con respecto a dichos elementos de calefacción (12a, 12b, 301) .

2. El conducto común de combustible según la reivindicación 1 en el cual cada elemento de calefacción (12a, 12b, 301) incluye un cuerpo eléctrico y un conector los cuales están orientados en línea con la pieza de calefacción

(100) orientados a lo largo de o paralelos al eje de simetría principal del conducto común de combustible (14) o inclinados un ángulo arbitrario entre 1° y 90° con respecto a la pieza de calefacción orientada axialmente (100) .

3. El conducto común de combustible según la reivindicación 1 o 2 en el cual un elemento de calefacción axial colocado en el centro (301) está insertado en una cavidad separada que es paralela a dicho eje principal del conducto común de combustible (14) para suministrar combustible calentado a inyectores de combustible conectados en el centro (11 b, 11 c) .

4. El conducto común de combustible según la reivindicación 3 en el cual dicha cavidad separada comunica con cavidades del lado derecho y del lado izquierdo que dividen dicha cavidad principal a través de dos taladros de transferencia (302) y con dichos inyectores de combustible conectados en el centro (11 b, 11 c) a través de una serie de taladros de salida (303) igual al número de inyectores conectados en el centro y para los cuales la relación del diámetro entre los taladros de transferencia y de salida (302, 303) es igual o inferior a 0, 5.

5. El conducto común de combustible según la reivindicación 1 o 2 en el cual dicha cavidad principal del conducto común de combustible que tiene los elementos de calefacción (12a, 12b) axialmente insertados en cada extremo de dicha cavidad principal está separada en dos cavidades que no se comunican (401, 402; 501, 502) que dividen dicha cavidad principal en piezas del lado derecho y del lado izquierdo cada una suministrando combustible calentado a un número igual de inyectores de combustible (11 a, 11 b; 11 c, 11 d) .