BR112013002994A2

BR112013002994A2 - método e sistema para a limpeza de escapamento

Info

Publication number: BR112013002994A2
Application number: BR112013002994-3A
Authority: BR
Inventors: Carl-Johan Karlsson; Klas Telborn
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2020-10-27
Also published as: RU2535440C2; BR112013002994B8; SE535155C2; US9222396B2; KR20130050999A; RU2013114240A; BR112013002994B1; SE1050891A1; EP2612004A1; WO2012030279A1; CN103069122A; US20130145822A1; EP2612004A4; KR101471581B1; EP2612004B1

Abstract

  MÉTODO E SISTEMA PARA A LIMPEZA DE ESCAPAMENTO A presente invenção se refere a um método e um sistema para estimativa de uma carga de fuligem em um filtro de partícula em um sistema de limpeza de escapamento, estimativa esta que envolve o uso de uma queda de pressão através do dito filtro de partícula a fim de determinar a dita carga de fuligem. De acordo com a presente invenção, uma medição da queda de pressão através do filtro de partícula e, por conseguinte, a dita estimativa deve ter lugar em um instante quando um fluxo em massa de escapamento do dito sistema de limpeza de escapamento excede um valor limite de fluxo, o dito filtro de partícula é substancialmente isento de água e uma temperatura do dito filtro de partícula excede um primeiro valor limite. O resultado é uma estimativa robusta da carga de fuligem no filtro de partícula.

Description

“MÉTODO E SISTEMA PARA A LIMPEZA DE ESCAPAMENTO" Campo da invenção - A presente invenção se refere a filtros de partícula e em particular a um método para estimativa de uma carga de fuligem em um filtro de partícula de acordo com o preâmbulo da 7 S&S reivindicação 1. A invenção se refere também a um sistema adaptado para fazer uma estimativa de uma carga de fuligem em um filtro de partícula de acordo com o preâmbulo da reivindicação 20, A invenção se refere também a um programa de computador para aplicar o método e a um veículo que é provido com o sistema.

Antecedentes para a invenção O crescimento oficial das questões acerca de poluição e qualidade do ar, especialmente nas áreas urbanas, tem conduzido à adoção de normas e regras de emissão em muitas jurisdições.

Tais normas de emissão frequentemente e colocam exigências que definem os limites aceitáveis para as descargas de escapamento de veículos equipados com motores — de combustão. Essas normas frequentemente regulam, por exemplo, níveis de descarga de óxidos de nitrogênio (NO), hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO) e partículas 7 emitidas pela maioria dos tipos de veículos. O empenho para cumprir tais normas de emissão tem conduzido à pesquisa atual : com uma visão para reduzir as emissões por meio de pós-tratamento (limpeza) dos gases deescapamento que aparecem a partir da combustão em um motor de combustão.

Uma maneira para pós-tratar gases de escapamento a partir de um motor de combustão é um assim chamado processo de limpeza catalítico, assim veículos e muitos outros meios de transporte menores, acionados por motores de combustão são usualmente também providos com pelo menos um catalisador.

Sistema de pós-tratamentos pode também, ou alternativamente ou em combinação com um ou mais catalisadores, compreendem outros componentes, por exemplo, filtros de partícula. Existem também casos nos quais filtros de partícula e catalisadores são integrados um com o outro.

Combustão nos cilindros de um motor de combustão resulta na formação de partículas de fuligem. Filtros de partícula são usados para capturar essas partículas de fuligem, e funcionam de tal maneira que o fluxo de descarga é conduzido através de uma estrutura de filtro pela qual partículas de fuligem são capturadas a partir do fluxo de escapamento em passagem e são armazenadas no filtro de partícula.

O filtro de partícula se enche com fuligem progressivamente durante a operação do veículo, etem que ser mais cedo ou mais tarde esvaziado da mesma, o que é usualmente obtido por meio da assim chamada regeneração. Regeneração envolve em as partículas de fuligem, que consistem principalmente de partículas de carbono, serem convertidas em dióxido de carbono e/ou monóxido de carbono em um ou mais processos químicos, a regeneração esta que pode, em princípio, ser efetuada de duas maneiras diferentes. Uma : maneira é regeneração pela assim chamada regeneração à base de oxigênio (O>), também chamada regeneração ativa. Na regeneração ativa, combustível é adicionado aos gases de 7 8 escapamentoe é destinado a se inflamar em um catalisador de oxidação situado a montante do filtro de partícula. Na regeneração ativa, carbono é convertido por oxigênio em dióxido de carbono e água.

Esta reação química requer temperaturas relativamente altas do filtro de partícula para que as desejadas taxas de reação (taxas de esvaziamento de filtro) sejam efetivamente atingidas.

Em lugar da regeneração ativa, é possível aplicar regeneração à base de NO,, também chamada regeneração passiva. Na regeneração passiva, óxidos de nitrogênio e óxidos de carbono são formados por uma reação entre carbono e dióxido de nitrogênio. À vantagem de regeneração passiva é que as desejadas taxas de reação, e assim a taxa na —qualofiltroé esvaziado, pode ser atingida em temperaturas significantemente mais baixas.

Como descrito abaixo, a pressão diferencial através do filtro de partícula, isto é, uma 7 queda de pressão através do filtro, é usada para determinar a carga de fuligem no filtro. Esta queda de pressão é então usada como uma base para decidir quando a regeneração deve ' ser feita, Todavia, medições da pressão diferencial através do filtro de partícula são sujeitas aum número de fontes de erro, com o resultado que estimativas conhecidas prévias da carga de fuligem ficam incorretas, Isto pode conduzir a que a regeneração seja efetuada em tempos não ótimos, de forma que o veículo opere com pressão contrária desnecessariamente alta no filtro de partícula, resultando em elevado consumo de combustível. Alternativamente, a regeneração em tempos não ótimos conduz a que ela seja efetuada demasiadamente frequentemente, causando igualmente um maior consumo de combustível.

Sumário da invenção Um objetivo da presente invenção é o de propor um método para estimar uma carga de fuligem em um filtro de partícula, Este objetivo é atingido pelo acima mencionado método de acordocom a parte caracterizante da reivindicação 1, O objetivo é também atingido pelo acima mencionado sistema de acordo com a parte caracterizante da reivindicação 20. Este objetivo é atingido também pelo acima mencionado programa de computador e o acima mencionado veículo.

A presente invenção provê uma estimativa robusta e confiável da carga de fuligem —nofilttode partícula de forma a minimizar a influência da precisão e resolução dos sensores usados, e a influência de condensado no filtro de partícula, na estimativa.

O método assegura confiabilidade de estimativa da carga de fuligem por determinação de um momento apropriado para realizar uma medição da pressão diferencial através do filtro de partícula.

A pressão diferencial medida nesse instante é então usada na - estimativa da carga de fuligem no filtro.

A escolha desse instante de acordo com a invenção evita vários problemas e fontes de erro que resultaram nas prévias estimativas conhecidas - 5 que não são confáveis, O instante bem escolhido para a medição de acordo com a invenção também significa que a estimativa resultante da carga de fuligem no filtro torna-se completamente eficaz para finalidades de memória e cálculo.

Assegurando que a temperatura do filtro de partícula seja suficientemente alta por tempos suficientemente longo antes do início da medição da queda de pressão e estimativa —dacarga de fuligem provê segurança de que o filtro esteja então substancialmente isento de qualquer água que estava no filtro no instante quando o veículo foi colocado em movimento.

Pressão contrária causada por qualquer condensado acumulado no filtro desde que o veículo foi desligado é assim impedido de ser adicionado à pressão contrária que aparece a partir da carga de fuligem no instante de estimativa.

Assegurando que, quando a medição da queda de pressão através do filtro de partícula, e assim também a estimativa da carga de fuligem, seja realizada, o fluxo em - volume de escapamento exceda um valor limite ajustado suficientemente alto, promove a segurança de que a resolução da queda de sensor de pressão é suficiente para obter boa Í precisão do valor de fluxo medido.

Em outras palavras, a queda de pressão através do filtro — nesses altos fluxos torna-se grande em relação à precisão do sensor.

O resultado é que o sinal proveniente do sensor é somente sujeito a erros que têm relativamente pouco efeito sobre a estimativa.

Assegurando que a temperatura do filtro de partícula antes de a carga de fuligem ser estimada, isto é, antes da medição de a queda de pressão através do filtro, excede um primeiro valor limite que é mais alto do que uma temperatura na qual água nos gases de escapamento poderia se condensar, evita problemas relacionados a qualquer recondensação de água de forma a pode ocorrer se a temperatura cai temporariamente durante operação do veículo.

A estimativa de acordo com a presente invenção é, por conseguinte, somente realizada quando todas dessas condições são satisfeitas, isto é, quando o fluxo em volume de escapamento excede o valor limite de fluxo, quando o filtto de partícula é substancialmente isento de água e quando a temperatura excede o primeiro valor limite de temperatura.

O resultado é uma estimativa da carga de fuligem que é mais exata e mais efetiva para finalidades de memória e cálculo, uma vez que a maioria de possíveis fontes de erro é eliminada por meio da escolha de acordo com a invenção quando realizar a estimativa, Outras características da presente invenção e vantagens da mesma são indicadas pela descrição detalhada exposta abaixo de exemplos de modalidade e pelos desenhos anexos. . Breve descrição dos desenhos A figura 1a representa um grupo de tração de um veículo em que a presente - & invenção pode com vantagem ser usada.

A figura 1b representa um exemplo de uma unidade de controle em um sistema de controle de veículo.

A figura 2 representa um exemplo de um sistema de pós-tratamento de um veículo em que a presente invenção pode com vantagem ser usada.

A figura 3 representa pressão diferencial como uma função do fluxo em volume através do filtro de partícula para duas diferentes cargas de fuligem.

A figura 4 é um fluxograma para um método de acordo com a invenção.

Descrição detalhada das modalidades preferidas A figura 1a representa esquematicamente um veículo pesado 100, por exemplo, um caminhão, ônibus ou similar, de acordo com um exemplo de uma modalidade da presente invenção. O veículo 100 esquematicamente representado na figura 1a compreende um par ” de rodas dianteiras 111, 112 e um par de rodas traseiras acionadas 113, 114. O veículo compreende ainda um grupo de tração com um motor de combustão 101 conectado de uma ' maneira convencional, por um eixo de saída 102 do motor 101, a uma caixa de engrenagens 103, por exemplo, através de uma embreagem 106.

Um eixo de saída 107 que provém da caixa de engrenagens 103 aciona as rodas acionadas 113, 114 através de uma engrenagem final 108, por exemplo, um diferencial convencional, e eixos de acionamento 104, 105 que são conectados à dita engrenagem final

108.

O veículo 100 compreende ainda um sistema de pós-tratamento/sistema de limpeza de escapamento 200 para o tratamento (limpeza) de descargas de escapamento a partir do motor 101.

O sistema de pós-tratamento é representado em mais detalhe na figura 2. O diagrama ilustra o motor 101 do veículo 100, em que os gases de escapamento gerados pelacombustãosão conduzidos através de uma turbo unidade 220 (nos turbo motores o fluxo de descarga que aparece a partir da combustão frequentemente aciona uma turbo unidade usada para comprimir o ar de chegada para a combustão nos cilindros). A função das turbo unidades é muito bem conhecida e, por conseguinte, não é descrita em mais detalhe aqui. O fluxo de descarga é então conduzido através de um tubo 204 (indicado por setas)paraum filtro de partícula 202 através de um catalisador de oxidação (catalisador de oxidação de diesel, o DOC) 205.

O sistema de pós-tratamento compreende ainda um catalisador de SCR (redução catalítica seletiva) 201 situado a jusante do filtro de partícula 202 (filtro de particulado de diesel, DPF). Catalisadores de SCR usam amônia (NH;), ou um coposto a partir do qual - amônia pode ser gerada/formada, como aditivo para reduzir a quantidade de óxidos de nitrogênio NO,.

“5 O filtro de partícula 202 pode alternativamente ser situado a jusante do catalisador de SCR 201, embora isto possa ser menos Vantajoso nos casos nos quais a presente invenção se refere à assim chamada regeneração passiva que é dependente dos óxidos de nitrogênio, que são usualmente reduzidos pelo catalisador de SCR. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o sistema de pós-tratamento não compreende mesmo um catalisador de SCR. O catalisador de oxidação DOC 205 tem várias funções e utiliza o excesso de ar que o processo de motor diesel geralmente origina no fluxo de descarga como um reagente químico em conjunção com um revestimento de metal nobre no catalisador de oxidação, O catalisador é normalmente usado primariamente para oxidar hidrocarbonetos e monóxido de —carbonoremanescentes no fluxo de descarga para formar dióxido de carbono e água. O catalisador de oxidação pode, todavia, também se oxidar para formar dióxido de 7 nitrogênio (NO) de uma grande proporção dos monóxidos de nitrogênio (NO) presentes no ' fluxo de descarga. Este dióxido de nitrogênio é então utilizado na regeneração passiva de Ú acordo com a presente invenção. Outras reações podem também ter lugar no catalisador de oxidação. Na modalidade representada do sistema de limpeza de escapamento, o DOC 205, DPF 202 e também o catalisador de SCR 201 são integrados na unidade de limpeza de escapamento combinada 203. Todavia, deve ser notado que DOC 205 e DPF 202 não precisam ser integrados na unidade de limpeza de escapamento combinada, mas podem, em lugar disto, ser arranjados de alguma outra maneira considerada apropriada. Por exemplo, o DOC 205 pode estar situado mais perto do motor 101. O catalisador de SCR pode igualmente ser separado do DPF 202 e/ou DOC 205. A instalação de sistema de limpeza de escapamento representada na figura 2 usualmente ocorre em veículos pesados, pelo menos em jurisdições onde rigorosas exigências de emissão se aplicam, mas, como uma alternativa para o catalisador de oxidação, o filtro de partícula pode, em lugar de ser provido com revestimentos de metal nobre de forma que os processos químicos que ocorreriam no catalisador de oxidação ocorrem, em lugar disso, no filtro de partícula, e o sistema de limpeza de escapamento, por conseguinte, não tem nenhum DOC 205. Como previamente mencionado, a combustão no motor 101 resulta na formação de partículas de fuligem. Essas partículas de fuligem não precisam, e não são em muitos casos, permitidas que sejam descarregadas na circunvizinhança do veículo. Partículas de diesel consistem de hidrocarbonetos, carbono (fuligem) e substâncias inorgânicas de forma a enxofre e cinza, Como mencionado acima, essas partículas de fuligem são, por - conseguinte, capturadas pelo filtro de partícula 202, que funciona de uma tal maneira que o fluxo de descarga é conduzido através de uma estrutura de filtro em que partículas de * 5 fuligem são capturadas a partir do fluxo de escapamento em passagem a fim de serem armazenadas no filtro 202. Uma proporção muito grande das partículas pode ser separada a partir do fluxo de descarga por meio do filtro.

As partículas assim separadas a partir do fluxo de descarga, por conseguinte, se acumulam no filtro 202, fazendo com que ele se encha com fuligem ao longo do tempo.

“Dependendo de fatores, tais como as condições de dirigir atuais, da maneira de dirigir do Motorista e da carga do veículo, uma maior ou menor quantidade de partículas de fuligem será gerada, assim, este enchimento terá lugar mais ou menos rapidamente, mas quando o filtro atinge um certo nível de enchimento que elevação precisa "esvaziar". Se o filtro está cheio até um nível demasiadamente alto, o desempenho do veículo pode ser afetado e — podem ocorrer perigos de incêndio devido ao acúmulo de fuligem em combinação com altas temperaturas. 7 Como acima, o esvaziamento do filtro de partícula 202 é feito por regeneração, pela qual as partículas de fuligem, partículas de carbono, são convertidas em um processo ' químico para dióxido de carbono e/ou monóxido de carbono. Ao longo do tempo, o filtro 202 tem, por conseguinte, que ser regenerado a intervalos mais ou menos regulares, e a determinação de instantes apropriados para sua regeneração pode, por exemplo, ser efetuada por meio de uma unidade de controle 208 que pode, por exemplo, determinar um instante ou instantes apropriados pelo menos parcialmente com base em sinais provenientes de um sensor de pressão 209 que mede a pressão diferencial através do filtro. —Quantomais cheio o filtro 202 se torna, tanto mais alta será a diferença de pressão através dele, A determinação da temporização de regeneração pode também ser afetada pelas temperaturas atuais antes e/ou depois do catalisador de oxidação 205 e/ou antes e/ou depois do filtro 202. Essas temperaturas podem, por exemplo, ser determinadas por meio de sensores de temperatura 210-212, Nenhuma ação de regeneração é normalmente tomada enquanto o nível de enchimento do filtro permanece abaixo algum nível predeterminado. Por exemplo, o controle do sistema de controle do filtro regeneração pode ser arranjado de tal maneira que nenhuma ação é tomada enquanto o grau de enchimento do filtro está, por exemplo, abaixo de algum nível apropriado dentro da faixa de 60-80%. O grau de enchimento pode ser estimado de qualquer maneira apropriada, por exemplo, com base em pressão diferencial como acima, em cujo caso uma certa diferença de pressão representará um certo grau de enchimento.

A unidade de controle 208 também controla a estimativa da carga de fuligem de acordo com a presente invenção, como descrito em mais detalhe abaixo.

. Geralmente, sistemas de controle nos modernos veículos usualmente compreendem um sistema de barra coletora de comunicação consistindo de um ou mais barras coletoras 7 5 de comunicação para conectar conjuntamente um número de unidades de controle eletrônicas (ECUs), ou controladores, e vários componentes localizados no veículo. Um tal sistema de controle pode compreender um grande número de unidades de controle, e a responsabilidade por uma função específica pode ser dividida entre duas ou mais delas.

Por simplicidade, a figura 2 representa somente a unidade de controle 208, mas veículos do tipo representados frequentemente têm um número relativamente grande de unidades de controle, por exemplo, para o controle do motor, caixa de engrenagens etc., como é bem conhecido para os especialistas dentro do campo técnico.

A presente invenção pode, por conseguinte, ser implementada na unidade de controle 208, mas pode também ser implementada totalmente ou parcialmente em uma ou —mais outras unidades de controle com que o veículo é provido.

Unidades de controle do tipo representado são normalmente adaptadas para receber Õ sinais de sensor a partir de várias partes do veículo, por exemplo, como representado na figura 2, a dita sensor de pressão 209 e sensores de temperatura 210-212, e também, por í exemplo, uma unidade de controle de motor (não representada). Os sinais de controle gerados pelas unidades de controle normalmente dependem também tanto dos sinais a partir de outras unidades de controle quanto de sinais a partir dos componentes. Por exemplo, o controle realizado pela unidade de controle 208 sobre regeneração de acordo com a presente invenção pode, por exemplo, dependem de informação recebida, por exemplo, a partir da unidade de controle de motor e dos sensores de temperatura/pressão, representados na figura 2.

Unidades de controle do tipo representado são também usualmente adaptadas para fornecer sinais de controle para várias partes e componentes do veículo, por exemplo, no presente exemplo, para a unidade de controle de motor para o controle de demanda/ordem da combustão do motor, como abaixo.

O controle é frequentemente governado por instruções programadas. Essas instruções tomam tipicamente a forma de um programa de computador que, quando executado em um computador ou unidade de controle, faz com que o computador/unidade de controle efetue as desejadas formas da ação de controle, por exemplo, etapas de método de acordo com a presente invenção. O programa de computador usualmente toma a forma de um produto de programa de computador 109 que é armazenado em um meio de armazenamento digital 121 (ver a figura 1b), por exemplo, ROM (memória somente de leitura), PROM (memória somente de leitura programável), EPROM (PROM apagável),

memória flash, EEPROM (ROM apagável eletricamente), uma unidade de disco rígido etc., na, ou conectado à, unidade de controle, e que é executado pela unidade de controle. O - comportamento do veículo em uma situação específica pode assim ser ajustado pela alteração das instruções do programa de computador.

- 5 Um exemplo de uma unidade de controle (a unidade de controle 208) é representado esquematicamente na figura 1b, unidade de controle 208 esta que pode propriamente compreender uma unidade de cálculo 120 que pode tomar a forma de substancialmente qualquer tipo apropriado de processador ou microcomputador, por exemplo, um circuito para O processamento de sinal digital (Processador de Sinal Digital, DSP), ou um circuito com uma predeterminada função específica (Circuito Integrado Específico de Aplicação, ASIC). À unidade de cálculo 120 é conectada à unidade de memória 121 que provê a mesma com, por exemplo, o código de programa armazenado 109 e/ou os dados armazenados que a unidade de cálculo 120 precisa para que ela seja capaz de realizar cálculos. A unidade de cálculo 120 é também arranjada para armazenar os resultados parciais ou finais de cálculos na unidadede memória 121.

A unidade de controle 208 é ainda provida com respectivos dispositivos 122, 123, 7 124, 125 para receber e enviar sinais de entrada e saída. Esses sinais de entrada e saída podem compreender formas de onda, pulsos ou outros atributos que os dispositivos de recepção de sinais de entrada 122, 125 podem detectar como informação e que podem ser — convertidos para sinais que a unidade de cálculo 120 pode processar.

Esses sinais são, em seguida, transportados para a unidade de cálculo 120. Os dispositivos de envio de sinal de saída 123, 124 são arranjados para converter os sinais recebidos à partir da unidade de cálculo 120 a fim de, por exemplo, modular os mesmos, para criar sinais de saída que podem ser transportados para outras partes do sistema de controle do veículo e/ou o componente/componentes para os quais os sinais são destinados. Cada uma das conexões aos respectivos dispositivos para receber e enviar sinais de entrada e saída pode tomar a forma de um ou mais dentre um cabo, uma barra coletora de dado, por exemplo, uma barra coletora PODE (Rede de Área de Controlador), uma barra coletora MOST (Transporte de Sistemas Orientados por Meios) ou alguma outra configuração de barra coletora, ou uma conexão sem fio.

Como acima, a regeneração pode, em princípio, ser efetuada de duas maneiras diferentes, Uma maneira é pela assim chamada regeneração à base de oxigênio (O2), também chamada regeneração ativa. Na regeneração ativa, um processo químico tem lugar substancialmente como segue: C + Oz = CO, + calor (eq. 1) A regeneração ativa converte assim carbono mais gás de oxigênio para dióxido de carbono mais calor. Todavia, esta reação química é muito dependente de temperatura e requer temperaturas de filtro relativamente altas para taxas de reação aceitáveis a serem certamente obtidas. Uma temperatura de filtro mais baixa de 500ºC é tipicamente requerida, . mas uma temperatura ainda mais alta é preferível para que a regeneração seja realizada nas taxas desejadas.

«5 Todavia, a temperatura máxima que pode ser usada na regeneração ativa é frequentemente limitada por tolerâncias dos componentes envolvidos, Por exemplo, o filtro de partícula 202 e/ou qualquer catalisador de SCR a jusante, frequentemente tem limitações de projeto com respeito à temperatura máxima à qual os componentes podem ser sujeitos. Isto significa que a regeneração ativa pode, graças aos componentes afetados, ser sujeita a uma temperatura permissível máxima, inaceitavelmente baixa. Ao mesmo tempo, uma temperatura mínima muito alta é, por conseguinte, requerida para qualquer taxa de reação que pode ser usada para ser certamente ativada. Na regeneração ativa, a carga de fuligem no filtro 202 é normalmente queimada substancialmente completamente. Depois da regeneração total do filtro, seu nível de fuligem será substancialmente 0%.

É agora crescentemente comum o fato de que veículos são equipados não somente com filtros de partícula 202, mas também com catalisadores de SCR 201, em Cujo caso a ” regeneração ativa pode causar problemas na forma de superaquecimento do processo de tratamento de catalisador de SCR a jusante.

í Pelo menos parcialmente por esta razão, a presente invenção aplica regeneração (passiva) à base de NO,, em lugar da regeneração ativa descrita acima. Na regeneração passiva, óxidos de nitrogênio e óxidos de carbono são formados na reação entre carbono e dióxido de nitrogênio como segue: NO; + C = NO + CO (eq. 2) A vantagem da regeneração passiva é que as desejadas taxas de reação, e assim a taxana qual o filtro é esvaziado, são obtidas em temperaturas mais baixas. A regeneração passiva dos filtros de partícula tipicamente tem lugar em temperaturas dentro da faixa de 200ºC - 500ºC, embora temperaturas na parte superior desta faixa sejam normalmente proferíveis. Esta faixa de temperatura substancialmente mais baixa do que na regeneração ativa é, não obstante, uma grande vantagem nos casos em que, por exemplo, existem catalisadores de SCR, uma vez que ela não proporciona nenhum risco de atingir um tal nível de temperatura alto de forma a causar o risco de dano ao catalisador de SCR.

Como descrito acima, a pressão diferencial através do filtro de partícula 202 é determinada por meio de um sensor de pressão diferencial 209. A pressão diferencial é então usada para a estimativa da carga de fuligem no filtro 202. Soluções prévias — conhecidas assumem que a pressão diferencial segue uma curva de uma carga de fuligem que é uma função do fluxo em volume através do filtro.

Dois exemplos de tais curvas aparecem na Figura 3, mostrando a pressão diferencial através do filtro de partícula como uma função do fluxo em volume em várias cargas de fuligem no filtro que é substancialmente isento de água. A curva inferior 301 representa aqui . a pressão diferencial através do mesmo substrato no filtro, isto é, a pressão diferencial quando o filtro está livre de fuligem, significando O g/l de fuligem. A curva superior 302 - 5 representa a pressão diferencial através do filtro quando ele contém fuligem armazenada. Neste exemplo, o filtro contém aqui 5 9/1 de fuligem.

Curvas da forma daquelas na Figura 3 foram previamente baseadas na determinação de cargas de fuligem no filtro de partícula, mas esta aproximação da relação de pressão diferencial, carga de fuligem e fluxo de volume não resulta em valores confiáveis —paraacarga de fuligem, por várias razoes. Um problema com a aproximação é que o uso de sensores proporciona imprecisões inerentes e também dispersões individuais, tornando difícil obter uma medida exata de onde na respectiva curva o sistema está no momento. Evidentemente isto resulta em dificuldades em determinar exatamente a carga de fuligem no filtro de partícula 202 com base na respectiva curva.

Além disso, condensado se acumula na estrutura porosa do filtro quando o sistema de limpeza de escapamento está inativo e frio. Condensado no filtro foi previamente uma 7 fonte de estimativas não exatas da carga de fuligem, uma vez que condensado também causa pressão contrária no filtro. ' Um outro problema desta aproximação é que pode ser complicado estimar como muita recondensação de água a partir dos gases de escapamento ocorre durante a operação do veículo se sua temperatura cai temporariamente, contribuindo para erros nas estimativas conhecidas prévias de carga de fuligem.

De acordo com a presente invenção, os problemas indicados acima são solucionados por determinação de um instante apropriado para medir a queda de pressão através do filtro de partícula 202 e usando a queda de pressão neste instante específico para a estimativa da carga de fuligem no filtro. De acordo com a invenção, a medição e, por conseguinte, as estimativas são feitas quando o fluxo em volume de escapamento excede um valor limite, quando o fittro de partícula é substancialmente isento de água e quando a temperatura do filtro excede um primeiro valor limite. A estimativa é, por conseguinte, — somentefeitaquando todas dessas condições são satisfeitas.

Quando o fluxo em volume de escapamento de acordo com a presente invenção excede um valor limite, a pressão diferencial no instante da estimativa será grande em relação à precisão do sensor de pressão diferencial 209, resultando em uma medição mais exata, Se, como nas soluções conhecidas prévias, não existe segurança de que o fluxo em — volumede escapamento irá exceder um valor limite, a pressão diferencial pode também não ser grande em relação à precisão do sensor, resultando potencialmente em estimativas errôneas de carga de fuligem. De acordo com as soluções prévias conhecidas, a pressão diferencial pode, por conseguinte, ser tão pequena no instante de estimativa que a precisão do sensor pode constituir uma substancial fonte de erro. . Como de acordo com a presente invenção a medição e, por conseguinte, a ' estimativa, são feitas quando o filtro de partícula 202 está livre de condensado, o resultado é 7 5 um valorde carga de fuligem que é mais exato e não é influenciado por pressão contrária causada por condensado que estava no filtro no instante quando o veículo foi colocado em funcionamento. Como, de acordo com a presente invenção, a medição e, por conseguinte, a estimativa, são feitas em um instante quando a temperatura do filtro excede um primeiro valor limite, a influência de qualquer recondensação de água nos poros do filtro quando a temperatura temporariamente cai quando a operação do veículo é reduzida. O resultado é um valor mais exato para a pressão diferencial em um dado fluxo em volume de escapamento e resistência ao fluxo.

Para acrescentar, a aplicação da presente invenção resulta em uma estimativa da carga de fuligem substancialmente isenta de influências adversas devido à precisão dos sensores, condensado presente em quantidades variáveis no filtro de partícula no início de ' funcionamento, ou qualquer condensação de água durante a operação do veículo devido à . temperatura dos gases de escapamento temporariamente cairem abaixo do nível em que água neles poderia se recondensar no filtro 202.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma magnitude é determinada para o fluxo em volume de escapamento com base em um fluxo em massa de escapamento através do sistema de limpeza de escapamento 200, uma pressão a montante a partir do filtro de partícula 202 e uma temperatura do filtro.

Existem várias maneiras de calcular o fluxo em massa de escapamento. Ele pode, por exemplo, ser calculado com base em um sinal proveniente de um sensor de fluxo em massa 214 situado na entrada para o motor 101 e conectado à unidade de controle 208. O fluxo em massa de escapamento pode também, por exemplo, ser calculado com base em pressão e temperatura na capota de entrada do motor, sujeito a compensação para qualquer uso de válvulas de EGR (recirculação de gás de escape).

A pressão a montante a partir do filtro de partícula 202 pode ser determinada por meio de um sinal de pressão que vem de um sensor de pressão 213, relativa à pressão atmosférica, sensor este que estará situado a montante a partir do filtro de partícula 202 e será conectado à unidade de controle 208. A temperatura do filtro de partícula pode ser estimada com base em um sinal de temperatura a partir de pelo menos um sensor de temperatura 211, 212 para o dito filtro, que pode estar situado próximo ao filtro, ou a montante 211 ou a jusante 212 do mesmo.

O valor limite de fluxo que tem, de acordo com a invenção, que ser excedido antes da estimativa da carga de fuligem ser realizada, precisa ser ajustado em um valor suficientemente alto para assegurar precisão do dito sensor de pressão, a qual, como . aqueles especializados na arte apreciarão, é diferente para os diferentes sensores. ç Tipicamente, este valor limite de fluxo pode corresponder a um fluxo dentro da faixa de 200 * & a300litrospor segundo. De acordo com uma modalidade da invenção, este valor limite de fluxo corresponde a um fluxo de cerca de 250 litros por segundo. Isto promove a segurança pelo fato de que o uso de sensores de pressão resulta em sinais de saída confiáveis.

Como descrito acima, condensado frequentemente se acumula no filtro de partícula 202, resultando potencialmente em pressão contrária que é indistinguível de carga de fuligem e, por conseguinte, resulta na estimativa errônea da carga de fuligem.

De acordo com a presente invenção, o filtro de partícula 202 é considerado como substancialmente isento de água se ele manteve por um tempo suficientemente longo uma temperatura acima de um certo valor limite que é suficientemente alta para remover água do mesmo.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, um teor d'água no filtro de partícula 202 é determinado por meio de um modelo que leva em conta as características da 7 água de uma tal maneira que ele considera o filtro como substancialmente isento de água se ele tiver permanecido por pelo menos um tempo predeterminado em uma temperatura : acima de um segundo valor limite. Em baixas temperaturas do filtro de partícula, por exemplo, quando o veículo está em ponto morto, água pode ainda se condensar o filtro. Este segundo valor limite, por conseguinte, excede com vantagem uma temperatura na qual água ferve para longe para fora dos poros de um filtro de partícula.

O segundo valor limite de temperatura é, por conseguinte, dentro da faixa de 150- 250ºC. De acordo com uma modalidade da invenção, o segundo valor limite é cerca de 200ºC.lstosignifica que se o filtro de partícula mantém uma temperatura dentro desta faixa, qualquer água presente será removida do mesmo.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, o tempo predeterminado durante o qual o filtro de acordo com o modelo deve manter uma temperatura dentro da faixa de 150-250ºC é entre 8 e 12 minutos. De acordo com uma modalidade da invenção, estetempo predeterminado é cerca de 10 minutos.

Mantendo assim por um tempo suficientemente longo uma temperatura suficientemente alta para remover água do mesmo, a presente invenção promove a segurança de que o filtro 202 será substancialmente isento de água. O resultado é a mais exata estimativa da carga de fuligem, uma vez que substancialmente nenhuma pressão — contráriadevida ao condensado é adicionada à pressão contrária devida à carga de fuligem.

Como indicado acima, condensado aumenta a pressão contrária através do filtro de partícula 202. Uma vez quando o filtro se aqueceu, é desejado evitar a estimativa da carga de fuligem em um instante quando condensação de água pode ainda ser novamente feita, que poderia ocorrer se, por exemplo, a temperatura dos gases de escapamento cai . temporariamente. De acordo com a invenção, a medição da queda de pressão e a : estimativa da carga de fuligem são, por conseguinte, somente realizadas depois de o filtro + 5 ter atingido um primeiro limite de temperatura que é mais alto do que uma temperatura na qual água poderia se condensar dos gases de escapamento no filtro. Este primeiro valor limite pode ser entre 140 e 200ºC. De acordo com uma modalidade da invenção, este primeiro valor limite é cerca de 170ºC. Fazendo estimativas somente quando uma tal alta temperatura foi atingida torna possível evitar a estimativa errônea da carga de fuligem —devidoao acúmulo de água nos poros do filtro.

Como descrito acima, a estimativa da carga de fuligem envolve o uso de um fluxo em massa de escapamento determinado com base em um sinal de fluxo em massa de escapamento, uma sinal de pressão a partir de um sensor de pressão 213, relativa à pressão atmosférica, e um sinal de temperatura a partir de um sensor de temperatura 211, 212 para o filtro de partícula 202, O fluxo em massa de escapamento e a temperatura têm diferentes retardos de tempo, o que significa que os correspondentes sinais têm diferentes z mútuos retardos de tempo. Além disso, esses sinais também têm retardos de tempo em relação ao sinal a partir do sensor de pressão 213. Esses retardos de tempo resultam no i sinal para a estimativa da carga de fuligem que se torna muito desordenada, irregular e difícil de interpretar. O sinal torna-se muito simplesmente difícil de interpretar por causa de Sua aparência denteada, com consequente risco de interpretação errônea.

De acordo com uma modalidade da invenção, o sinal que corresponde à estimativa da carga de fuligem é, por conseguinte, filtrado. Esta filtração é preferivelmente por meio de um filtro passa-baixo que alisa ou suaviza a forma denteada do sinal. A aparência deste sinal depois da filtração, por conseguinte, torna mais fácil de entender e interpretar o mesmo.

A figura 4 é um fluxograma para o método de acordo com a presente invenção. Uma primeira etapa 401, depois do início do método, verifica, preferivelmente por meio do uso do modelo descrito acima para o condensado, se o filtro de partícula é substancialmente isento de qualquer água que pode ter estado no mesmo quando o veículo foi colocado em funcionamento. Se tiver sido verificado que o filtro está substancialmente isento de água, o método prossegue para uma segunda etapa 402. Se o filtro não é isento de água, o método começa novamente desde o início.

A segunda etapa 402 verifica se o fluxo em massa de escapamento excede o valor limite de fluxo, em cujo caso o método prossegue para uma terceira etapa 403. Se o fluxo em massa de escapamento não excedeu o valor limite, o método começa novamente.

A terceira etapa 403 verifica se o filtro de partícula está acima de um primeiro limite de temperatura. Se a temperatura está mais alta do que este limite, o método prossegue para uma quarta etapa 404. Se a temperatura é mais baixa do que o limite, o método . começa novamente desde o início. : Como uma pessoa especializada na arte apreciará, as primeiras três etapas 401, * 8: 402,403 de acordo com o método podem ser conduzidas substancialmente em qualquer ordem desejada. É também possível implementar o método de tal forma que qualquer condição em uma dada etapa que não é satisfeita, é verificada ainda por um numero de vezes antes de o método começar novamente desde o início.

O que é essencial de acordo com o método é que antes dele atingir a quarta etapa — 404,0 fluxo em massa de escapamento deve exercer seu valor limite e o filtro de partícula deve estar substancialmente isento de água e estar a uma temperatura acima de seu valor limite.

A quarta etapa 404 do método estima a carga de fuligem, isto é, mede a queda de pressão e estima a carga de fuligem. O fato de que todas das condições na primeira, segunda e terceira etapas 401, 402 e 403 são satisfeitas antes da quarta etapa 404 pode ser realizado para prover segurança de uma estimativa robusta e confiável da carga de Í fuligem. Uma quinta etapa 405 do método atualiza um valor prévio específico para a Í estimativa da carga de fuligem. Um novo valor específico para a carga de fuligem atual irá assim serinscrito sobre o antigo valor salvo.

A presente invenção se refere também a um sistema adaptado para a estimativa da carga de fuligem em um filtro de partícula 202. O sistema de acordo com a invenção compreende dispositivos de fluxo adaptados para determinar se um fluxo em massa de escapamento excede um valor limite de fluxo. O sistema compreende também dispositivos —dedeterminação de presença de água adaptados para determinar água presente no filtro de partícula, e dispositivos de temperatura adaptados para estimar uma temperatura do filtro de partícula 202. O sistema compreende também dispositivos de estimativa adaptados para estimar a carga de fuligem do filtro de partícula 202 quando o fluxo em massa de escapamento excede um valor limite de fluxo, o filtro é substancialmente isento de água e a temperatura do filtro excede um primeiro valor limite.

O sistema é ainda arranjado para compreender dispositivos para efetuar as várias modalidades descritas acima do método de acordo com a invenção.

A invenção ainda se refere a um veículo de acordo com a figura 1a, compreendendo um filtro de partícula 202 e um sistema de acordo com a invenção que é adaptado para realizaruma estimativa da carga de fuligem no filtro pelo método de acordo com a invenção.

A presente invenção é exemplificada acima em relação a veículos. Não obstante, a invenção pode ser também aplicada a quaisquer meios de transporte nos quais sistemas de limpeza de escapamento como acima são aplicáveis, por exemplo, em embarcações ou aeronaves com os processos de combustão/processos de regeneração como acima.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para estimativa de uma carga de fuligem em um filtro de partícula (202) - em um sistema de limpeza de escapamento (200), estimativa esta que usa uma queda de : pressão através do dito filtro de partícula (202) para determinar a dita carga de fuligem, "* 5 caracterizado pelo fato de que a dita estimativa é baseada em medição da dita queda de pressão em um instante específico quando - um fluxo em massa de escapamento do dito sistema de limpeza de escapamento (200) excede um valor limite de fluxo, - o dito filtro de partícula (202) manteve por uma suficiente extensão de tempo uma temperatura acima de um segundo valor limite de temperatura que é suficientemente alta para remover água a partir do dito filtro de partícula (202), de forma que o dito filtro é substancialmente isento de água, e - uma temperatura do dito filtro de partícula (202) excede um primeiro valor limite que é mais alto do que uma temperatura na qual água nos gases de escapamento no dito sistema de limpeza de escapamento (200) pode se condensar.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma 7 magnitude do dito fluxo em massa de escapamento é determinada com base em um fluxo : em massa de escapamento do dito sistema de limpeza de escapamento, uma pressão a ' montante a partir do dito filtro de partícula (202) e uma temperatura do dito filtro de partícula (202)

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que - a dita pressão é determinada. por meio de um sensor de pressão (213) situado a montante a partir do dito filtro de partícula, e - o dito valor limite de fluxo é ajustado em um valor suficientemente alto para —assegurara precisão do dito sensor de pressão (213).

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito valor limite de fluxo corresponde a um fluxo de entre 200 e 300 litros por segundo.

8. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dito valor limite de fluxo corresponde a cerca de 250 litros por segundo.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, caracterizado pelo fato de que um teor d'água no dito filtro de partícula (202) é determinado por meio de um modelo.

7, Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que, de acordo com o dito modelo, o dito filtro de partícula (202) é substancialmente isento de água seele tiver permanecido por pelo menos um tempo predeterminado em uma temperatura acima do dito segundo valor limite.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito segundo valor limite excede uma temperatura na qual água ferve para fora dos poros no dito filtro de partícula (202). . 9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito rF segundo valor limite corresponde a uma temperatura dentro da faixa de 150-250ºC. "5 10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito segundo valor limite corresponde a cerca de 200ºC.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7-10, caracterizado pelo fato de que o dito tempo predeterminado corresponde a um período de entre 8 e 12 minutos.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dito tempo predeterminado corresponde a cerca de 10 minutos.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-12, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro valor limite de temperatura depende de uma temperatura dos ditos gases de escapamento.

14, Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dito primeiro valor limite corresponde a uma temperatura de entre 140 e 200ºC,

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dito 7 primeiro valor limite corresponde a cerca de 170ºC. . 16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-15, caracterizado pelo ' fato de que, quando um valor para a dita estimativa é determinado no dito tempo, um valor prévio determinado para a dita estimativa é atualizado.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-16, caracterizado pelo fato de que um sinal que corresponde à dita estimativa é filtrado.

18. Programa de computador que compreende código de programa, caracterizado peto fato de que quando o dito código é executado em um computador, faz com que o dito computador aplique o método de acordo com qualquer das reivindicações 1-17.

19. Produto de programa de computador compreendendo um meio legível por computador e um programa de computador de acordo com a reivindicaçao18, caracterizado pelo fato de que programa é contido no dito meio que toma a forma de qualquer um dentre ROM (memória somente de leitura), PROM (ROM programável), EPROM (PROM apagável), —memóriafliash, EEPROM (EPROM eletricamente) e unidade de disco rígido.

20. Sistema adaptado para efetuar estimativa de uma carga de fuligem em um filtro de partícula (202) em um sistema de limpeza de escapamento (200), estimativa esta que usa uma queda de pressão através do dito filtro de partícula (202) para determinar a dita carga de fuligem, caracterizado pelo fato de que o dito sistema compreende: - dispositivos de fluxo adaptados para determinar se um fluxo em volume de escapamento do dito sistema de limpeza de escapamento (200) excede um valor limite de fluxo,

- dispositivos de determinação de presença de água adaptados para determinar o dito filtro de partícula (202) como substancialmente isento de água se o dito filtro de . partícula (202) manteve por uma suficiente extensão de tempo uma temperatura acima de s um segundo valor limite que é suficientemente alta para remover água a partir do dito filtro - 5 departícula(202), - dispositivos de temperatura adaptados para estimar uma temperatura do dito filtro de partícula (202), e - dispositivos de estimativa adaptados para efetuar a dita estimativa com base em uma medição da dita queda de pressão feita em um instante específico quando o dito fluxo em massa de escapamento excede um valor limite de fluxo, o dito filtro de partícula (202) é substancialmente isento de água e a dita temperatura do dito filtro de partícula (202) excede um primeiro valor limite que é mais alto do que uma temperatura na qual água nos gases de escapamento no dito sistema de limpeza de escapamento (200) pode se condensar.

21. Veículo (100), caracterizado pelo fato de que compreende - um filtro de partícula (202), e - um sistema para estimar uma carga de fuligem no dito filtro de partícula (202) de " acordo com a reivindicação 20.

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