Sistema de admisión de gas combustible para un motor alimentado por gas.
Un sistema de admisión de gas combustible (1) para un motor alimentado por gas (5) que tenga al menos una cámara de combustión (10) a la que se suministra aire de admisión a una presión de aire de admisión,
que comprende:
una unidad de regulación de presión de gas (15) que incluye una entrada de unidad de regulación de presión de gas (20) y una salida de unidad de regulación de presión de gas (25), estando configurada la unidad de regulación de presión de gas (15) para recibir gas a una presión de suministro en la entrada de regulación de presión de gas (20) y para descargar el gas a una presión de inyección en la salida de unidad de regulación de presión de gas (25);
un conducto de suministro de gas (35);
una entrada de gas de motor (6) configurada para dirigir el gas hacia la al menos una cámara de combustión (10);
una válvula de admisión de gas (40) que tiene una entrada de válvula (45) y una salida de válvula (50), estando conectada la entrada de válvula (45) de manera fluida a la salida de unidad de regulación de presión de gas (25) a través del conducto de suministro de gas (35), y estando conectada la salida de válvula (50) de manera fluida a la entrada de gas de motor (6), estando configurada la válvula de admisión de gas (40) para admitir el gas a presión de inyección en un momento predeterminado durante un tiempo predeterminado en la entrada de gas de motor (6);
un dispositivo de alivio de presión de gas (60) conectado de forma fluida al conducto de gas (35), estando configurado el dispositivo de alivio de presión de gas (60) para aliviar la sobrepresión del gas en el conducto de suministro de gas (35), si un diferencial de presión entre la presión del gas de inyección y la presión del aire de admisión está por encima de un umbral predeterminado;
un módulo de control de motor (70) configurado para controlar la válvula de admisión de gas (40), de modo que el gas a quemar en la al menos una cámara de combustión (10) del motor alimentado por gas (5) sea admitido en la misma;
un primer dispositivo de detección (80) configurado para detectar la presión del gas de inyección; y
un segundo dispositivo de detección (90) configurado para detectar la presión del aire de admisión;
en donde el módulo de control de motor (70) está configurado adicionalmente para comunicarse tanto con el primer dispositivo de detección (80) como con el segundo dispositivo de detección (90);
en donde el módulo de control de motor (70) está configurado adicionalmente para comprobar si la velocidad decreciente del motor alimentado por gas (5) está o no por encima de un umbral predeterminado de purga, y/o si un aumento de velocidad del motor es o no igual o superior a un aumento del umbral de velocidad predeterminado, y/o si un aumento del diferencial de presión entre la presión del gas de admisión y la presión del aire de admisión está o no por encima de un umbral predeterminado de aumento de diferencial de presión;
en donde el módulo de control de motor (70) está configurado adicionalmente para controlar el dispositivo de alivio de presión de gas (60) de modo que el dispositivo de alivio de presión de gas (60) alivie la sobrepresión del gas en el conducto de gas (35) solamente, si:
a1) la velocidad decreciente del motor alimentado por gas (5) está por encima del umbral de purga predeterminado, y/o
b1) el aumento de la velocidad del motor es igual o superior al umbral de aumento de velocidad predeterminado, y/o
c1) el aumento del diferencial de presión entre la presión del gas de admisión y la presión del aire de admisión está por encima del umbral de aumento de diferencial de presión predeterminado, y
d1) el diferencial de presión entre la presión del gas de admisión detectada por el primer dispositivo de detección (80) y la presión del aire de admisión detectada por el segundo dispositivo de detección (90) está por encima del umbral predeterminado.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09013090.
Solicitante: Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: FALCKENSTEINER STRASSE 2 24159 KIEL ALEMANIA.
Inventor/es: MEISSNER, MANFRED, RITSCHER,Bert, HOEFER,WOLFGANG.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F02B1/08 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION. › F02B MOTORES DE COMBUSTION INTERNA DE PISTONES; MOTORES DE COMBUSTION EN GENERAL (plantas de turbinas de gas F02C; plantas de motores de desplazamiento positivo de gas caliente o de productos de combustión F02G). › F02B 1/00 Motores caracterizados por compresión de una mezcla aire-combustible (caracterizados por compresión simultánea de una mezcla de aire-combustible y compresión de aire, o caracterizados por con encendido provocado y encendido mediante compresión;a la vez F02B 11/00). › con admisión separada de aire y del combustible en el cilindro.
- F02B43/00 F02B […] › Motores caracterizados porque funcionan con combustibles gaseosos; Plantas motrices que incluyen tales motores (motores caracterizados por tener una carga de aire y de gas inflamada por encendido por compresión de un combustible adicional F02B 7/06; motores transformables capaces de consumir un gas y pasar a consumir un combustible diferente F02B 69/04).
- F02D19/02 F02 […] › F02D CONTROL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION (accesorios para el control automático de la velocidad en vehículos, que actúan sobre una sola subunidad del vehículo B60K 31/00; control conjunto de subunidades del vehículo de diferente tipo o diferente función, sistemas de control de la propulsión de vehículos de carretera para propósitos distintos que el control de una sola subunidad B60W; válvulas de funcionamiento cíclico para los motores de combustión F01L; control de la lubrificación de los motores de combustión F01M; refrigeración de los motores de combustión interna F01P; alimentación de los motores de combustión con mezclas combustibles o constituyentes de las mismas, p. ej. carburadores, bombas de inyección, F02M; arranque de los motores de combustión F02N; control del encendido F02P; control de las plantas motrices de turbinas de gas, de las plantas motrices por propulsión a reacción o de las plantas motrices de productos de la combustión, ver las clases relativas a estas plantas). › F02D 19/00 Control de los motores caracterizado por el empleo de combustibles no líquidos, de combustibles múltiples o de sustancias no combustibles incorporadas a la mezcla carburante (siendo las sustancias no combustibles gaseosas F02D 21/00). › particular a los motores que funcionan con combustibles gaseosos (aparatos y órganos de control a su efecto para mezclar gas y aire F02M).
- F02M21/02 F02 […] › F02M ALIMENTACION EN GENERAL DE LOS MOTORES DE COMBUSTION CON MEZCLAS COMBUSTIBLES O CONSTITUYENTES DE LAS MISMAS. › F02M 21/00 Aparatos para alimentar los motores con combustibles no líquidos, p. ej. con combustibles gaseosos almacenados bajo forma líquida. › con combustibles gaseosos.
PDF original: ES-2536106_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Sistema de admisión de gas combustible para un motor alimentado por gas
Campo técnico
La presente descripción se refiere, en general, a un sistema de admisión de gas combustible para un motor alimentado por gas que tiene al menos una cámara de combustión a la que se suministra aire de admisión a una presión de aire de admisión y, en particular, por ejemplo, a un sistema de admisión de combustible de gas natural para un motor alimentado por gas natural.
Adicionalmente, la presente divulgación se refiere a un método para evitar paradas de motor de un motor alimentado por gas como consecuencia de posibles eventos de rechazo de carga.
Además, la presente divulgación se refiere a una unidad de generación de energía que comprende al menos un generador eléctrico y al menos un motor alimentado por gas configurado para accionar mecánicamente el al menos un generador eléctrico.
Antecedentes
Los motores alimentados por gas como, por ejemplo, los motores alimentados por gas natural, pueden utilizar las válvulas de admisión de gas para admitir el gas natural en el canal de admisión de los motores de combustión interna encendidos por chispa. En la actualidad, se utilizan en particular válvulas de admisión de gas operadas por solenoide (SOGAV) . Una SOGAV puede ser una válvula de admisión de gas de alta respuesta, accionada eléctricamente, para la admisión de combustible en colectores u orificios. La SOGAV puede estar diseñada para su uso en motores de cuatro tiempos, turboalimentados, de gas natural o de combustible dual. Normalmente, se requiere una SOGAV para cada cilindro del motor.
En el documento US 5.329.908 A, un sistema de inyección de gas natural comprimido para motores de combustible gaseoso incluye una unidad de control electrónico que controla la sincronización de la inyección para inyectar gas comprimido en unos cilindros, a medida que cada pistón se acerca a su posición de punto muerto superior.
El documento US 5.623.907 da a conocer un sistema de suministro y almacenamiento de combustible de propano líquido para motores de combustión interna de vehículos a motor. Este sistema conocido incluye conductos de suministro de combustible para comunicar el combustible de propano entre un tanque de almacenamiento y los inyectores de combustible del motor, y una bomba de combustible eléctrica.
En el documento US 6.446.616 A se da a conocer un sistema de ventilación para vehículos de combustible gaseoso. En este caso, un sistema de ventilación para vehículos alimentados por gas tiene un regulador de presión y una válvula de alivio acoplados a una línea de combustible y una línea de ventilación, de tal modo que el gas combustible sea acoplado a la línea de ventilación al operar el regulador o la válvula.
El documento DE 10 2004 060 905 A1 da a conocer un motor de combustión interna, por ejemplo un motor con línea de gas y un método de control para un vehículo. El método de control consiste en reducir la alta presión del 45 combustible en estado gaseoso a una presión más baja mediante un reductor de presión, y controlar la presión más baja por medio de una señal procedente de un dispositivo de control.
El documento US 7.140.354 B1 da a conocer un motor de combustión interna. Cuando se arranca el motor de combustión interna, el voltaje de la batería queda tan reducido debido a la manipulación del motor de arranque que no resulta posible la apertura del inyector ante una alta presión de gas. Para resolver este problema, se reduce la presión en el depósito de combustible al arrancar el motor introduciendo un tiempo de retardo entre el momento en el que se apaga el motor y el momento en el que realmente se detiene. Durante este tiempo, se purga el gas a alta presión del colector de combustible. La causa del problema anteriormente mencionado reside en que cuando se arranca el motor sólo se dispone de un bajo voltaje.
El documento US 7.140.354 B1 da a conocer un sistema de combustible gaseoso comprimido para un motor de combustión interna. Cuando la presión en el conducto de distribución de combustible es superior a la deseada, el combustible es extraído del conducto de distribución de combustible, recomprimido, e inyectado en el sistema de combustible para el regulador de control. El combustible es extraído del conducto de distribución de combustible por medio de una bomba. El uso de una bomba probablemente resultará en un tiempo de respuesta inapropiadamente largo.
El documento US 7.406.950 B2 se refiere a un aparato de suministro de combustible que, desde un tanque de combustible, alimenta a presión un inyector con un combustible líquido que tiende a evaporarse en comparación con 65 una gasolina en estado líquido, para suministrarlo a un motor. En este caso, un aparato de suministro de combustible para motor de tipo sin retorno comprende una unidad de control electrónico que controla una tubería de
combustible y unos inyectores de combustible y que presuriza un gas combustible licuado almacenado en un depósito de combustible mediante una bomba de combustible con el fin de alimentar el inyector a través de la tubería de suministro de combustible, y suministrarlo al motor. Una unidad de control electrónico controla por retroalimentación el funcionamiento de la bomba de combustible basándose en la presión de combustible detectada, de tal modo que la presión de inyección de combustible mantenga una presión objetivo predeterminada.
En el documento US 5.983.714 A se da a conocer un sistema para detectar el fallo de un sensor de presión de combustible en un motor de combustión interna. En este sistema, se compara un índice, indicativo de una relación entre la fluctuación de la presión de combustible y la variación de la fluctuación absoluta, con unos valores de referencia que definen un rango. El fallo del sensor se discrimina cuando se observa que el índice ha permanecido fuera del rango durante el tiempo máximo predeterminado. Este sistema permite la detección rápida y precisa de anormalidades o fallos del sensor de presión de combustible.
El documento US 5.868.121 se refiere a un sistema de alivio de presión de combustible para un motor de combustible dual que incluye al menos una válvula de admisión de gas combustible situada entre una zona de entrada de combustible gaseoso y una zona de entrada de aire. El sistema incluye un primer sensor de presión situado en la zona de entrada de combustible gaseoso y un segundo sensor de presión situado en la zona de entrada de aire. Un controlador electrónico está conectado al primer sensor de presión y al segundo sensor de presión. Una ruta de ventilación de combustible gaseoso se extiende entre la zona de entrada de gas combustible y una parte de una ruta de admisión de aire del motor. Una válvula de ventilación está situada a lo largo de la ruta de ventilación de combustible gaseoso y de ese modo está conectada a la electrónica de control de un control. Cuando la presión diferencial a través de la válvula de admisión de combustible gaseoso supera un nivel predeterminado, se abre la válvula de ventilación de combustible para aliviar la presión. Este sistema conocido está configurado para operar en un modo de combustible dual. Adicionalmente, si no se desea el modo de combustible dual, la válvula de ventilación queda cerrada. En el modo dual de combustible la comprobación de la presión diferencial puede no proporcionar una solución al problema anteriormente mencionado.
Un problema que puede surgir en los motores alimentados por gas a los que se suministra gas combustible a través de un sistema de admisión de gas combustible que comprenda un dispositivo de admisión de gas combustible dispuesto en relación con una cámara de combustión del motor es que, como resultado de un cambio de carga instantáneo, cuando el motor está funcionando a una carga relativamente alta y luego, de repente, a una carga baja, el motor puede sobreacelerarse y, en consecuencia, el motor puede pararse totalmente debido a la incapacidad de reanudar la inyección de combustible.
La presente divulgación está dirigida, al menos en parte, a mejorar o superar uno o más aspectos de los motores alimentados por gas que utilicen dispositivos de admisión de gas, por ejemplo SOGAV. En particular, la presente divulgación puede estar dirigida a evitar paradas del motor en un motor alimentado por gas como consecuencia de posibles eventos de rechazo de carga.
Sumario de la divulgación
De acuerdo con un primer aspecto de la presente divulgación, un sistema de admisión de gas combustible para un motor alimentado por gas que tiene al menos una cámara de combustión a la que se suministra aire de admisión con una... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un sistema de admisión de gas combustible (1) para un motor alimentado por gas (5) que tenga al menos una cámara de combustión (10) a la que se suministra aire de admisión a una presión de aire de admisión, que 5 comprende:
una unidad de regulación de presión de gas (15) que incluye una entrada de unidad de regulación de presión de gas (20) y una salida de unidad de regulación de presión de gas (25) , estando configurada la unidad de regulación de presión de gas (15) para recibir gas a una presión de suministro en la entrada de regulación de presión de gas (20) y para descargar el gas a una presión de inyección en la salida de unidad de regulación de presión de gas (25) ; un conducto de suministro de gas (35) ; una entrada de gas de motor (6) configurada para dirigir el gas hacia la al menos una cámara de combustión (10) ;
una válvula de admisión de gas (40) que tiene una entrada de válvula (45) y una salida de válvula (50) , estando conectada la entrada de válvula (45) de manera fluida a la salida de unidad de regulación de presión de gas (25) a través del conducto de suministro de gas (35) , y estando conectada la salida de válvula (50) de manera fluida a la entrada de gas de motor (6) , estando configurada la válvula de admisión de gas (40) para admitir el gas a presión de inyección en un momento predeterminado durante un tiempo predeterminado en la entrada de gas de motor (6) ; un dispositivo de alivio de presión de gas (60) conectado de forma fluida al conducto de gas (35) , estando configurado el dispositivo de alivio de presión de gas (60) para aliviar la sobrepresión del gas en el conducto de suministro de gas (35) , si un diferencial de presión entre la presión del gas de inyección y la presión del aire de admisión está por encima de un umbral predeterminado;
un módulo de control de motor (70) configurado para controlar la válvula de admisión de gas (40) , de modo que el gas a quemar en la al menos una cámara de combustión (10) del motor alimentado por gas (5) sea admitido en la misma; un primer dispositivo de detección (80) configurado para detectar la presión del gas de inyección; y un segundo dispositivo de detección (90) configurado para detectar la presión del aire de admisión; en donde el módulo de control de motor (70) está configurado adicionalmente para comunicarse tanto con el primer dispositivo de detección (80) como con el segundo dispositivo de detección (90) ; en donde el módulo de control de motor (70) está configurado adicionalmente para comprobar si la velocidad decreciente del motor alimentado por gas (5) está o no por encima de un umbral predeterminado de purga, y/o si un aumento de velocidad del motor es o no igual o superior a un aumento del umbral de velocidad predeterminado, y/o si un aumento del diferencial de presión entre la presión del gas de admisión y la presión del aire de admisión está o no por encima de un umbral predeterminado de aumento de diferencial de presión; en donde el módulo de control de motor (70) está configurado adicionalmente para controlar el dispositivo de alivio de presión de gas (60) de modo que el dispositivo de alivio de presión de gas (60) alivie la sobrepresión del gas en el conducto de gas (35) solamente, si:
a1) la velocidad decreciente del motor alimentado por gas (5) está por encima del umbral de purga predeterminado, y/o b1) el aumento de la velocidad del motor es igual o superior al umbral de aumento de velocidad predeterminado, y/o 45 c1) el aumento del diferencial de presión entre la presión del gas de admisión y la presión del aire de admisión está por encima del umbral de aumento de diferencial de presión predeterminado, y d1) el diferencial de presión entre la presión del gas de admisión detectada por el primer dispositivo de detección (80) y la presión del aire de admisión detectada por el segundo dispositivo de detección (90) está por encima del umbral predeterminado.
2. El sistema de admisión de gas combustible (1) de la reivindicación 1, en el cual el dispositivo de alivio de presión de gas comprende una válvula de alivio de presión de gas (60) .
3. El sistema de admisión de gas combustible (1) de la reivindicación 2, en el cual la válvula de alivio de presión de 55 gas está configurada como una válvula electroneumática (60) .
4. El sistema de admisión de gas combustible (1) de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el cual la válvula de admisión de gas está configurada como una válvula de admisión de gas accionada por solenoide (40) .
5. El sistema de admisión de gas combustible (1) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el motor alimentado por gas es un motor alimentado por gas natural (1) .
6. Una unidad de generación de energía (100) , que comprende:
al menos un generador eléctrico (110) configurado para convertir la energía mecánica en energía eléctrica; y al menos un motor alimentado por gas (5) configurado para accionar directa o indirectamente el al menos un
generador eléctrico (110) ; y un sistema de admisión de gas combustible (1) para el motor alimentado por gas (1) de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5.
7. Un método para evitar paradas de motor en un motor alimentado por gas (5) como consecuencia de eventos de rechazo de carga, comprendiendo el motor alimentado por gas (5) al menos una válvula de admisión de gas (40) , configurada para admitir el gas a una presión de inyección en un momento predeterminado y durante un tiempo predeterminado en una entrada de gas de motor (6) , una salida de unidad de regulación de presión de gas (25) y un conducto de suministro de gas (35) que conecta la salida de unidad de regulación de presión de gas (25) y la al menos una válvula de admisión de gas (40) , comprendiendo el método las etapas de:
a) comprobar si la velocidad decreciente del motor alimentado por gas (5) está o no por encima de un umbral de purga predeterminado, y/o b) comprobar si un aumento de velocidad del motor es o no igual, o superior, a un umbral de aumento de velocidad predeterminado, y/o c) comprobar si un aumento del diferencial de presión entre la presión del gas de admisión y la presión del aire de admisión está o no por encima de un umbral de aumento de diferencial de presión predeterminado, y d) reducir la presión del gas en el conducto de suministro de gas (35) solamente, si:
a1) la velocidad del motor reductor alimentado por gas (5) está por encima del umbral de purga predeterminado, y/o b1) el aumento de la velocidad del motor es igual o superior al umbral de aumento de velocidad predeterminado, y/o c1) el aumento del diferencial de presión entre la presión del gas de admisión y la presión del aire de admisión está por encima del umbral de aumento de diferencial de presión predeterminado, y d1) el diferencial de presión entre la presión del gas de admisión y la presión del aire de admisión está por encima del umbral predeterminado.
8. El método de la reivindicación 7, en el cual la etapa de reducir la presión de gas comprende descargar gas fuera del conducto de suministro de gas (35) de modo que la presión del gas en el conducto de suministro de gas (35) alcance un nivel por debajo del umbral predeterminado.
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