ES2325335T3 - Tobera de inyeccion con elemento calefactor y acumulador de calor asi como procedimiento para introducir un fluido oxidable en un sistema de gas de escape aguas arriba de un catalizador o filtro. - Google Patents

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Abstract

Tobera de inyección (8), especialmente para introducir un fluido oxidable en un sistema de escape, aguas arriba de un catalizador (7) o filtro (7), con una carcasa (10) y un elemento calefactor (22), caracterizada porque en la carcasa (10) está alojado un acumulador de calor (18) que puede ser calentado por el elemento calefactor (22) y que puede emitir el calor acumulado al fluido.

Description

Tobera de inyección con elemento calefactor y acumulador de calor así como procedimiento para introducir un fluido oxidable en un sistema de gas de escape aguas arriba de un catalizador o filtro.
La invención se refiere a una tobera de inyección con una carcasa y un elemento calefactor, que puede usarse especialmente para introducir un fluido oxidable en un sistema de escape, aguas arriba de un catalizador o filtro. Asimismo, la invención se refiere a un procedimiento para introducir un fluido oxidable en un sistema de escape, aguas arriba de un catalizador o filtro.
Los sistemas de escape modernos contienen frecuentemente filtros de partículas diésel o catalizadores acumuladores de NOx. Estos filtros o catalizadores tienen que regenerarse en intervalos periódicos porque, de lo contrario, su resistencia a la circulación aumenta de forma excesiva o disminuye su eficacia. Generalmente, la regeneración puede denominarse "liberación por combustión", ya que durante la regeneración se produce una reacción térmica. Dicha reacción puede estar activada de tal forma que la mezcla de carburante y aire que se alimenta al motor de combustión se engrasa. Alternativamente, el carburante u otro fluido oxidable adecuado puede introducirse en el sistema de escape, aguas arriba del filtro o del catalizador. Por el estado de la técnica se conocen diversos sistemas para inyectar al tubo de escape el carburante o también urea.
Si el carburante se inyecta directamente, se evapora en el tubo de escape. Esto, sin embargo, hace que a la corriente de gas de escape se extraiga calor, lo que a su vez resulta desventajoso para la regeneración; para la regeneración se aspira a una mayor temperatura del gas de escape. Alternativamente, podría usarse una bujía de incandescencia que, por fuera del sistema de escape, evapora el carburante que se ha de inyectar en el sistema de escape. Sin embargo, para ello se ha mostrado que el consumo de potencia de una bujía de incandescencia con la potencia suficiente para ello conduciría a un esfuerzo inadmisiblemente alto de la red de a bordo del vehículo.
Una tobera de inyección del tipo mencionado al principio se conoce por el documento DE4436415A1.
Por lo tanto, la invención tiene el objetivo de proporcionar una tobera de inyección o un procedimiento para la inyección, con el que puede introducirse en el sistema de escape la cantidad necesaria de carburante o de otro fluido apropiado, sin que la temperatura del gas de escape disminuya de manera indeseable y sin que se produzca una carga excesiva de la red de a bordo.
Para conseguir este objetivo, según la invención, en una tobera de inyección del tipo mencionado al principio está previsto que en la carcasa está alojado un acumulador de calor que puede ser calentado por el elemento calefactor y que puede emitir el calor acumulado al fluido. Según la invención, también está previsto un procedimiento para incorporar un fluido oxidable en un sistema de escape, aguas arriba de un catalizador o filtro, en el cual se usa una tobera de inyección que presenta un elemento calefactor y un acumulador de calor, y en el cual el elemento calefactor se conecta antes del proceso de inyección de modo que se calienta el acumulador de calor, y el fluido se inyecta sólo más tarde, de modo que el acumulador de calor puede emitir energía al fluido y éste se puede evaporar. La invención está basada en la idea de usar un elemento calefactor con un consumo de potencia relativamente bajo. El consumo de potencia es tan bajo que en el corto tiempo del proceso de inyección en sí, el elemento calefactor no puede evaporar el fluido que ha de introducirse. En lugar de ello, el elemento calefactor se usa sustancialmente para calentar el acumulador de calor, de tal forma que después de cierto "tiempo de precalentamiento" se haya acumulado una cantidad de calor suficiente con la que durante el proceso de inyección relativamente corto se evapore todo el fluido.
Como elemento calefactor puede usarse una bujía de incandescencia conocida. Un consumo de potencia del orden de 200 W será suficiente.
Como material para el acumulador de calor se puede usar metal. Además del buen poder de acumulación de calor, es importante una conductividad térmica especialmente elevada, para que el calor acumulado pueda emitirse en un tiempo muy corto al fluido que ha de inyectarse.
Preferentemente, entre el elemento calefactor y el acumulador de calor está previsto un intersticio por el que puede circular el fluido. Esto garantiza que durante el proceso de inyección en sí, el fluido circule también alrededor del elemento calefactor pudiendo evaporarse éste directamente.
Preferentemente, entre la carcasa y el acumulador de calor está dispuesto un material aislante. El material aislante evita pérdidas de calor hacia fuera.
Puede estar previsto que el elemento calefactor se conecte durante un tiempo predeterminado antes del proceso de inyección, se mantenga conectado durante la inyección y se desconecte al finalizar el proceso de inyección. A tiempo antes del siguiente proceso de inyección, el elemento calefactor vuelve a conectarse.
Será suficiente conectar el elemento calefactor aproximadamente 20 segundos antes del proceso de inyección en sí. Este intervalo este tiempo depende sustancialmente de la potencia calorífica del elemento calefactor. Cuanto menor sea la potencia calorífica, tanto más pronto tiene que conectarse el elemento calefactor. El proceso de inyección en sí dura del orden de dos a tres segundos.
Alternativamente, puede estar previsto que el elemento calefactor se mantenga conectado continuamente. Entonces, la potencia calorífica del elemento calefactor se elige tan baja que en el tiempo transcurrido entre dos procesos de inyección, el elemento calefactor pueda volver a calentar el acumulador de calor a la temperatura necesaria para la evaporación del fluido.
Entre dos procesos de inyección sucesivos suele transcurrir un tiempo de dos a tres minutos.
A continuación, la invención se describe con la ayuda de una forma de realización. En ésta, muestran:
- la figura 1, una vista esquemática de un sistema según la invención;
- la figura 2, una sección longitudinal a través de una tobera de inyección según la invención;
- la figura 3, una sección transversal a través de la tobera de inyección de la figura 2 a lo largo del plano III-III; y
- la figura 4, un diagrama en el que figuran la potencia calorífica P del elemento calefactor, la temperatura T del acumulador de calor, así como el volumen inyectado V, respecto al tiempo.
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En la figura 1 está representada esquemáticamente una máquina de combustión interna 5, especialmente un motor diésel, cuyos gases de escape se conducen, a través de un conducto de tubo de escape 6, a un catalizador, especialmente a un catalizador acumulador de NOx, o a un filtro de partículas diésel. Este componente que reduce la parte de sustancias contaminantes en el gas de escape está designado aquí en general por el signo de referencia 7. En el conducto de escape 6 está dispuesta una tobera de inyección 8 que a través de un sistema de conducto y bomba 9 puede alimentarse de un fluido oxidable, especialmente carburante, desde un depósito adecuado. Un sistema de este tipo se conoce a grandes rasgos por el estado de la técnica. Sirve generalmente para introducir el fluido oxidable, aguas arriba del componente 7, en la corriente de gas de escape para iniciar la regeneración del componente 7.
La tobera de inyección 8 (véanse las figuras 2 y 3) presenta una carcasa 10 en la que están previstas una entrada 12 para el fluido oxidable y una salida 14 para el fluido evaporado hacia el sistema de escape. En el interior de la carcasa 10 está dispuesto un material aislante 16 que presenta una baja termoconductividad. Dentro del material aislante 10 está dispuesto un acumulador de calor 18 compuesto de un material con una elevada capacidad térmica y una elevada termoconductividad. Como material entran en consideración la mayoría de los metales. El acumulador de calor 18 está configurado generalmente de forma anular y hacia un orificio central presenta varios nervios 20. Los nervios finalizan a pequeña distancia de un elemento calefactor 22 dispuesto centralmente que puede alimentarse de energía eléctrica P. Como elemento calefactor puede usarse una bujía de incandescencia. Debido el intersticio estrecho entre el elemento calefactor 22 y el acumulador térmico 18 con los nervios 20 resulta una superficie relativamente grande para la transmisión de calor del elemento calefactor 22 y del acumulador de calor 18 al fluido.
En la figura 4 se describe como el fluido puede introducirse en el conducto de gas de escape 6 mediante la tobera de inyección 8 descrita. La letra P corresponde a la energía alimentada al elemento calefactor 22, la letra V corresponde al volumen del fluido inyectado por la tobera de inyección 8, y la letra T corresponde a la temperatura del acumulador de calor 18.
En el momento t_{1} se conecta el elemento calefactor 22. Poco después, en el momento t_{2}, comienza a subir la temperatura del acumulador de calor 18. Con un retraso de la magnitud de entre 20 y 30 segundos, en el momento t_{3}, comienza el proceso de inyección. En cuanto el fluido F se bombea a través del intersticio entre el acumulador de calor 18 y el elemento calefactor 22, se evapora el fluido, ya que el acumulador de calor 18 y el elemento calefactor 22 emiten energía al fluido. Durante ello, baja la temperatura del acumulador de calor 18. El proceso de inyección tarda del orden de dos a tres segundos y ha finalizado en el momento t_{4}. En ese momento se desconecta también el elemento calefactor 22.
Alternativamente, el elemento calefactor puede desconectarse poco antes del momento t_{4} aprovechando el calor residual.
La potencia calorífica del elemento calefactor 22, el intervalo de tiempo entre la conexión del elemento calefactor 22 y el comienzo de la inyección (t_{3}-t_{1}) así como la capacidad térmica del acumulador térmico 18 están dimensionados de tal forma que durante el proceso de inyección se evapore la cantidad total del fluido que ha de inyectarse.
De esta manera, se consigue que a la corriente de gas de escape no se tiene que extraer calor para evaporar el fluido.
Según una forma de realización alternativa puede estar previsto que el elemento calefactor se mantenga conectado continuamente. En este caso, se requiere una potencia calorífica mucho más baja, ya que entre dos ciclos de inyección se dispone de mucho más tiempo para calentar el acumulador térmico 18.
Lista de signos de referencia
5
Máquina de combustión interna
6
Conducto de escape
7
Componente para la depuración del gas de escape
8
Tobera de inyección
9
Sistema de conducto y bomba
10
Carcasa
12
Entrada de fluido
14
Salida de fluido
16
Material aislante
18
Acumulador de calor
20
Nervio
22
Elemento calefactor.
\vskip1.000000\baselineskip
Documentos mencionados en la descripción Esta lista de los documentos mencionados por el solicitante se incluyó exclusivamente para informar al lector y no es parte integrante de la patente europea. La misma fue confeccionada con el máximo esmero; no obstante, la Oficina Europea de Patentes no asume ningún tipo de responsabilidad por posibles errores u omisiones. Documentos de patente mencionados en la descripción
\bullet DE 4436415 A1 [0004]

Claims (14)

1. Tobera de inyección (8), especialmente para introducir un fluido oxidable en un sistema de escape, aguas arriba de un catalizador (7) o filtro (7), con una carcasa (10) y un elemento calefactor (22), caracterizada porque en la carcasa (10) está alojado un acumulador de calor (18) que puede ser calentado por el elemento calefactor (22) y que puede emitir el calor acumulado al fluido.
2. Tobera de inyección según la reivindicación 1, caracterizada porque el elemento calefactor (22) es una bujía de incandescencia.
3. Tobera de inyección según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el acumulador de calor (18) se compone de metal.
4. Tobera de inyección según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el elemento calefactor (22) está dispuesto dentro del acumulador de calor (18).
5. Tobera de inyección según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque entre el elemento calefactor (12) y el acumulador de calor (18) está previsto un intersticio por el que puede circular el fluido.
6. Tobera de inyección según la reivindicación 5, caracterizada porque el acumulador de calor (18) presenta varios nervios (20) orientados hacia el elemento calefactor (22).
7. Tobera de inyección según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque entre la carcasa y el acumulador de calor (18) está dispuesto un material aislante (16).
8. Procedimiento para introducir un fluido oxidable en un sistema de escape, aguas arriba de un catalizador (7) o filtro (7), en el cual se usa una tobera de inyección (8) que presenta un elemento calefactor (22) y un acumulador de calor (18), en el cual el elemento calefactor (22) se conecta antes del proceso de inyección de modo que se calienta el acumulador de calor (18) y el fluido se inyecta sólo más tarde de modo que el acumulador de calor (18) puede emitir energía al fluido y éste se puede evaporar.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento calefactor (22) se conecta durante un tiempo predeterminado antes del proceso de inyección, se mantiene conectado durante la inyección y se desconecta al finalizar el proceso de inyección.
10. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento calefactor (22) se conecta durante un tiempo predeterminado antes del proceso de inyección, se mantiene conectado durante la inyección y se desconecta poco antes de finalizar el proceso de inyección.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el elemento calefactor (22) se conecta en un orden de 20 segundos antes del proceso de inyección.
12. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento calefactor (22) se mantiene conectado continuamente.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque el proceso de inyección dura del orden de dos a tres segundos.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque el proceso de inyección se repite después de un tiempo predeterminado que es del orden de dos a cuatro minutos.
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