BR112017012280B1

BR112017012280B1 - método e sistema para a gestão de uma regeneração de um filtro particulado e motor de combustão interna compreendendo um dispositivo para o tratamento de gases de escape

Info

Publication number: BR112017012280B1
Application number: BR112017012280-4A
Authority: BR
Inventors: Giovanni CERCIELLO; Angela VITIELLO
Original assignee: Fpt Industrial S.P.A.
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2021-05-18
Also published as: BR112017012280A2; EP3230566B1; CN107109996A; RU2017124017A3; RU2706876C2; EP3230566A1; AU2015358898A1; ES2700362T3; CN107109996B; WO2016092481A1; RU2017124017A; AU2015358898B2

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA A GESTÃO DE UMA REGENERAÇÃO DE UM FILTRO PARTICULADO E MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA COMPREENDENDO UM DISPOSITIVO PARA O TRATAMENTO DE GASES DE ESCAPE. Método para administrar uma regeneração de um filtro particulado (DPF), o filtro particulado compreendendo uma entrada e uma saída, o método compreendendo uma etapa de monitoramento de uma temperatura de saída de DPF medida durante um processo de regeneração do filtro particulado e uma etapa de interromper o processo de regeneração com base na função da temperatura medida.

Description

Campo da invenção

[001] A presente invenção refere-se ao campo dos motores de combustão interna, e em particular à gestão desses componentes envolvidos na redução de poluentes. Mais particularmente, a invenção diz respeito a um método e sistema para a gestão de uma regeneração de um filtro particulado.

Estado da técnica

[002] Os filtros DPF têm sido desde há muito utilizados para conter as partículas produzidas pela combustão de motores de combustão interna, especialmente motores diesel.

[003] Tais filtros são chamados filtros fechados referindo-se à forma dos canais formados neles.

[004] Estes diversos canais são feitos de material cerâmico poroso retendo as partículas contidas no gás que passam através deles.

[005] Uma obstrução do filtro é detectada através da medição da pressão a montante do filtro (contrapressão) ou por medição de uma pressão diferencial a montante e a jusante do filtro.

[006] Em relação às condições de utilização do veículo, o filtro particulado pode ser submetido a mais ou menos ciclos de regeneração frequentes para queimar as partículas acumuladas, limpando assim o filtro.

[007] Tais ciclos de regeneração são realizados através da injeção de combustível para dentro das câmaras de combustão durante a fase de descarga, a fim de introduzir o combustível não queimado diretamente para dentro do dispositivo para o pós-tratamento de gases de escape (ATS), incluindo um filtro particulado. Esta estratégia é chamada de estratégia pós-injeção. Por um lado, tais pós-injeções induzem à temperaturas elevadas em ATS, mas por outro lado, tendem a deteriorar o óleo de lubrificação do motor de combustão interna.

[008] Em particular, o combustível injetado em grandes quantidades sofre extrusão através da mistura com o óleo do motor. Tal mistura afeta o motor de combustão interna, que pode ser danificado, e afeta o consumo de combustível também.

[009] Para facilitar a implementação, a duração de um processo de regeneração é fixa e pré-definida tendo em conta as possíveis condições ambientais que podem afetar negativamente uma regeneração perfeita.

[010] FR2876737 divulga um sistema que inclui sensores de temperatura montados em uma linha de escape a jusante e a montante de um filtro de partículas para detectar um aumento de temperatura a jusante do filtro durante a fase de regeneração, à liberação de um pedal de acelerador de um veículo. O sistema compara o aumento da temperatura com um valor limite e interrompe a fase de regeneração quando o aumento da temperatura é menor que o valor limite.

[01l] EP1203869 divulga um método para causar a interrupção da regeneração de um filtro de partículas. O método usa a detecção de vários parâmetros de entrada para calcular uma pressão de entrada necessária. O último é fornecido pela soma de uma pressão de entrada de ar de base com uma correção de pressão dependente da diferença entre os fluxos de ar de massa reais e exigidos.

[012] FR2811370 divulga um dispositivo de controle que comunica com um sensor de temperatura disposto a montante de um filtro de partículas e determina um valor de temperatura real do filtro de modo a ajustar pós-injeções durante a regeneração do filtro.

[013] W02014191008 divulga um método para temporização de um processo de regeneração de um sistema de gás de escape, incluindo: coletar, durante a operação do veículo, dados sobre uma capacidade de regeneração dos gases de escape em função do tempo; estabelecer, a partir dos dados recolhidos, uma função de probabilidade estatística para a capacidade de regeneração dos gases de escape em função do tempo e identificar, a partir da referida função de probabilidade, um ou vários períodos de tempo que sejam estatisticamente adequados e/ou inadequados para a realização de um processo de regeneração.

Sumário da invenção

[014] Um primeiro objetivo da presente invenção é limitar os efeitos negativos dos ciclos de regeneração.

[015] A ideia básica da presente invenção é limitar os ciclos de regeneração não intervindo na sua frequência, mas sobre a duração de cada procedimento de regeneração.

[016] Mais particularmente, a ideia básica da presente invenção é forçar a interrupção do processo de regeneração logo que as condições de operação de DPF predefinidas são detectadas durante um processo de regeneração.

[017] A interrupção de um processo de regeneração é baseado no monitoramento da temperatura do gás na saída de DPF.

[018] De preferência, quando a diferença entre uma temperatura de saída de DPF e uma temperatura teórica calculada é menor do que um primeiro limiar, o processo de regeneração é interrompido. Por conveniência, esta comparação é chamada de "estratégia comparativa".

[019] A temperatura teórica calculada à saída de DPF é preferencialmente avaliada por meio de um algoritmo baseado nas características geométricas de DPF, a temperatura ambiente, a temperatura de entrada de DPF, as revoluções/estado do motor relacionado com a carga e a quantidade de combustível pós-injetado, deliberada mente ignorando os efeitos exotérmicos da combustão de partículas. Durante um processo de regeneração, a oxidação das partículas contribui para um aumento da temperatura de saída de DPF. Portanto, quando a temperatura de saída de DPF está próxima do referido valor teórico calculado, isso significa que não há mais partículas a queimar, ou em qualquer caso em que o resíduo de partículas é insignificante.

[020] Alternativa mente, quando o valor absoluto de um derivado da temperatura de saída de DPF é menor do que um segundo limiar calculado, o processo de regeneração é interrompido. Por conveniência, esta estratégia é chamada de "diferencial".

[021] De acordo com uma variante preferida da invenção, em paralelo com o monitoramento da temperatura de saída de DPF, durante um processo de regeneração, um controle da pressão diferencial entre a entrada de DPF e a saída de DPF é realizado ao longo do tempo, e quando o valor absoluto de um derivado de tempo da referida pressão diferencial é menor do que um terceiro limiar pré-definido, o processo de regeneração é interrompido, e o monitoramento da temperatura é interrompido assim.

[022] De preferência, quando o monitoramento da temperatura de saída de DPF determina uma interrupção de um processo de regeneração, ele também determina a interrupção do monitoramento do derivado da pressão diferencial.

[023] De acordo com a presente descrição, a entrada de DPF e a saída de DPF são marcadas pela direção do fluxo dos gases de escape, e as temperaturas na entrada de DPF e na saída de DPF referem-se implicitamente ao fluxo de circulação dos gases de escape.

[024] De um modo vantajoso, a presente invenção permite limitar a diluição do óleo produzido pela regeneração, alargando assim o intervalo de mudança de óleo do motor, e reduzindo o impacto da regeneração no consumo de combustível.

[025] Outro objetivo da presente invenção é um sistema para a gestão de uma regeneração de um filtro particulado e um motor de combustão interna, compreendendo o sistema de gestão acima referido.

[026] As reivindicações descrevem variantes preferidas da invenção, que constituem parte integrante da presente descrição.

Breve descrição das figuras

[027] Mais propósitos e vantagens da presente invenção tornam-se claros a partir da descrição detalhada que se segue de uma modalidade da mesma (e das suas variantes) e a partir dos desenhos anexos, apresentados com fins meramente ilustrativos e não limitativos, em que:

[028] A Figura 1 mostra um diagrama de blocos que define uma aplicação preferida de uma primeira variante preferida do processo objeto da presente invenção,

[029] A Figura 2 mostra um diagrama de blocos que define uma implementação preferida de um processo de acordo com uma segunda variante preferida, em que este processo é realizado em paralelo com o diagrama de blocos da Figura 1,

[030] A Figura 3 mostra um exemplo esquemático de um motor de combustão interna equipado com um filtro particulado, sensores e meios de processamento para realizar um dos diagramas de blocos das figuras anteriores.

[031] Os mesmos números e as mesmas letras de referência nas figuras identificam os mesmos elementos ou componentes.

[032] Na presente descrição, o termo "segundo" componente não implica a presença de um "primeiro" componente. Esses termos são, na verdade, usados somente para fins de esclarecimento e não pretendem ser limitativos.

Descrição detalhada das modalidades

[033] É agora descrito o método da invenção, que é automaticamente ativado quando um processo para a regeneração de um veículo de DPF começa. Depois da ativação, o método é executado continuamente e para quando o processo de regeneração é interrompido pelo método.

[034] De acordo com o método da presente invenção, a temperatura é medida na saída de DPF e é comparada com um valor teórico calculado, obtendo-se assim uma diferença de temperatura. Quando esta diferença de temperatura é mais baixa do que um primeiro limite predefinido, o processo de regeneração é interrompido.

[035] A fim de permitir a estabilização do processo de regeneração, é preferível que o monitoramento de temperatura é realizado depois de um intervalo de tempo pré-definido, iniciando a partir do início do processo de regeneração.

[036] A Figura 1 mostra uma implementação preferida de uma primeira variante da invenção, por meio de um diagrama de fluxo que contém as seguintes etapas, em sucessão.

[037] Etapas 1-7 são sempre realizadas, enquanto os ramos direito ou esquerdo são realizados em relação a uma bandeira, que pode ser definida durante a calibração da unidade de controle do motor ECU que geralmente controla os processos relacionados com o motor de combustão interna e aos ATS relativos, incluindo o processo de regeneração de DPF.

[038] Com referência à Figura 1, em seguida:

[039] Etapa 1: detectar o início de um processo de regeneração de DPF,

[040] Etapa 2: medir a temperatura de entrada de DPF (TinDPF),

[041] Etapa 3: se a temperatura de entrada de DPF é maior do que um quarto limiar pré- definido (TinDPF> Th4?), em seguida

[042] Etapa 4: esperar por um intervalo de tempo tl; caso contrário, se a temperatura de entrada de DPF NÃO é maior do que o referido quarto limiar predefinido, voltar para a etapa 2, em seguida

[043] Etapa 5: estimar a temperatura de saída de DPF na ausência de partículas, assim, obtendo-se o referido valor de temperatura teórica calculada (ToutDPFcalc),

[044] Etapa 6: medir a temperatura de saída de DPF (ToutDPFmis) obtendo-se assim um valor relativo,

[045] Etapa 7: verificar a estratégia a ser implementada, se comparativa ou diferencial: se é comparativa, vá para a etapa 8, caso contrário, vá para a etapa 10:

[046] Etapa 8: calcular uma diferença entre a referida temperatura calculada teórica e a referida temperatura de saída de DPF (ToutDPFmis - ToutDPFcalc),

[047] Etapa 9: verificar se a referida diferença é inferior a um primeiro limiar (ToutDPFmis - ToutDPFcalc <Thl?); se não estiver abaixo do referido segundo limiar, voltar para a etapa 6, se for abaixo do referido primeiro limiar, ir para a etapa 12;

[048] se, no entanto, a estratégia é diferencial, então,

[049] Etapa 10: calcular o valor absoluto do derivado da temperatura de saída de DPF ao longo do tempo (DToutDPFmis), e

[050] Etapa 11: verificar se o referido valor absoluto do derivado da temperatura de saída de DPF é inferior ao referido segundo limiar predefinido (DToutDPFmis <Th3?), então

[051] Etapa 12: esperar um intervalo de tempo t2, em seguida,

[052] Etapa 13: adquirir o estado de erro dos sensores de temperatura,

[053] Etapa 14: verificar se existem erros nos sensores de temperatura, se não há erros, então

[054] Etapa 15: interromper o processo de regeneração e interromper o presente método, mas se houver erros dos sensores de temperatura, em seguida

[055] Etapa 16: interromper o presente método, sem interferir com o processo de regeneração.

[056] Se algum erro for detectado nos sensores, isso não significa que a regeneração vai durar para sempre, mas sim que ela permaneça sob controle de outros processos. Para este respeito, é também claro que o conceito de interrupção é absoluto, se comparado com qualquer outro processo paralelo. Por exemplo, um algoritmo pode estimar o tempo de oxidação em partículas com base na temperatura de entrada de DPF, estado do motor, combustível pós-injetado e a temperatura ambiente, e pode manter o processo de regeneração, independentemente da temperatura de saída de DPF. Caso contrário, um temporizador para o processo de regeneração, após a sua ativação, independentemente das condições de operação.

[057] É imediatamente evidente que o algoritmo para estimar o valor teórico de temperatura, independentemente da acumulação de partículas estimada e da contribuição relativa oxidativa, parece ser mais estável e fiável do que os processos que são, em vez disso, com base nesta acumulação de partículas estimada.

[058] Deve ainda ficar claro que os dois ramos direito (etapas 10 e 11) e esquerdo (etapas 8 e 9) também podem ser realizados em paralelo, cada um deles sendo independentemente capazes de realmente realizar a etapa 15.

[059] De acordo com uma variante preferida da invenção, além do método acima referido, a pressão diferencial gerada peas partículas acumuladas no DPF é monitorada em paralelo. Quando o valor absoluto do derivado desta pressão diferencial é inferior a um terceiro limiar calculado Th3, o processo de regeneração é interrompido, e também o processo baseado no monitoramento da temperatura de saída de DPF de acordo com as etapas 1-16 é interrompido. Por outro lado, quando o processo de controle com base na temperatura de saída de DPF determina a interrupção do processo de regeneração de DPF, também o processo com base no monitoramento da pressão diferencial é interrompido.

[060] A fim de estabilizar o processo de regeneração, é preferível que o controle da pressão diferencial seja realizado depois de um intervalo de tempo pré-definido, a partir do início do processo de regeneração.

[061] Com referência à Figura 2:

[062] Etapa 1: detectar o início de um processo de regeneração de DPF,

[063] Etapa 32: esperar por um tempo tl,

[064] Etapa 33: adquirir o sinal de uma resistência ao fluxo de escape de DPF (FlowRes), ou seja, do referido valor de pressão diferencial entre a entrada de DPF e a saída de DPF,

[065] Etapa 34: calcular o valor absoluto (DFlowRes) do derivado de tempo do referido sinal de uma resistência ao fluxo de escape de DPF (DResflow),

[066] Etapa 35: verificar se um valor absoluto do referido valor derivado está abaixo do referido terceiro limiar pré-definido (DFlowRes <Th3 ?); se não (N), voltar para a etapa 33, enquanto que, se sim (Y) ir para

[067] Etapa 12: esperar um intervalo de tempo t2, em seguida,

[068] Etapa 13: adquirir o estado de erro dos sensores de temperatura,

[069] Etapa 14: verificar se existem erros nos sensores de temperatura, se não há erros, então

[070] Etapa 15: interromper a regeneração e interromper este método, mas se houver erros nos sensores de temperatura, em seguida

[071] Etapa 16: interromper este método sem interferir com o processo de regeneração.

[072] É imediatamente evidente que as etapas 1 e 12-16 são numeradas e correspondentes às da figura 1, precisamente tendo em conta o fato de que os dois métodos são de preferência realizados em paralelo, compartilhando algumas etapas.

[073] O diferencial de pressão acima referido é preferencialmente medido por um sensor conhecido.

[074] Os erros nos sensores de temperatura, assim como aqueles nos sensores de pressão, são geralmente detectados por processos geralmente implementados nas unidades de controle do motor. Portanto, a etapa de armazenamento numa base de dados da unidade de controle do motor, a presença de erros nos sensores já é conhecida.

[075] Um motor de combustão interna de E, de preferência um motor diesel, compreende um dispositivo de pós-tratamento de gases de escape ATS compreendendo uma filtro de DPF. Ele inclui um sensor de temperatura na entrada ST1 e um sensor de temperatura na saída ST2. Ele também inclui um sensor de pressão diferencial SPD. Os referidos sensores são ligados com a unidade de processamento ECU que supervisiona a operação do motor de combustão interna e do ATS. A presente invenção pode ser vantajosamente implementada por um programa de computador que compreende meios de codificação para a realização de uma ou mais etapas do método, quando este programa é executado em um computador. Portanto, pretende-se que o escopo de proteção se estenda para o referido programa de computador e, além disso, para os meios legíveis por computador que compreendem uma mensagem gravada, os referidos meios legíveis por computador compreendendo meios de codificação de programa para a realização de uma ou mais etapas do método, quando o referido programa é executado em um computador.

[076] Diversas modalidades do exemplo não limitativo descrito são possíveis sem se afastar do escopo de proteção da presente invenção, que compreende todas as modalidades equivalentes, para um técnico especialista no assunto.

[077] A partir da descrição acima, o técnico especialista no assunto é capaz de implementar o objetivo da invenção, sem introduzir qualquer detalhe estrutural adicional. Os elementos e características mostrados nas várias modalidades preferidas podem ser combinados sem se afastarem do escopo de proteção do presente pedido. Todas as características descritas na descrição do estado da técnica atual, a menos que especificamente desafiado ou excluído na descrição detalhada, podem ser consideradas em combinação com as características das variantes descritas na descrição detalhada que se segue, formando, assim, uma parte integrante da presente invenção. As características individuais de cada variante ou desenho preferido, se não estiverem presentes nas reivindicações independentes, são não essenciais e, por conseguinte, podem ser combinadas individualmente com outras variantes descritas.

Claims

1. MÉTODO PARA A GESTÃO DE UMA REGENERAÇÃO DE UM FILTRO PARTICULADO (DPF), o filtro particulado compreendendo uma entrada e uma saída, o método compreendendo uma etapa de monitoramento de uma temperatura medida na saída do filtro particulado durante um processo de regeneração do filtro particulado e uma etapa de interrupção do referido processo de regeneração com base em uma função da referida temperatura medida, o método caracterizado por compreender ainda as seguintes etapas preliminares: • medir uma temperatura de entrada de DPF, • estimar um valor de temperatura teórica na saída de DPF com base em, pelo menos, • parâmetros ambientais, • parâmetros de funcionamento de um motor de combustão interna relacionado, • a referida temperatura de entrada de DPF, em que a referida etapa de estimativa ignora qualquer contribuição oxidativa de qualquer partícula acumulada no filtro particulado, e em que a referida função compreende o cálculo de uma diferença (ToutDPFmis - ToutDPFcalc) entre o referido valor da temperatura teórica e a referida temperatura medida na saída de DPF, e em que a referida etapa de interrupção do referido processo de regeneração é implementada quando a referida diferença é inferior a um primeiro limiar pré-definido (ToutDPFmis - ToutDPFcalc <Th1).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida função compreender ainda o cálculo de um valor absoluto de um derivado de tempo (DToutDPFmis) da referida temperatura de saída de DPF, e em que a referida etapa de interrupção do referido processo de regeneração é implementada quando o referido valor absoluto do derivado de tempo está abaixo de um segundo limite predefinido (DToutDPFmis < Th2).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender as seguintes etapas: (Etapa 1) detectar o início de um processo de regeneração do filtro particulado (DPF), (Etapa 2) medir a temperatura de entrada de DPF (TinDPF), (Etapa 3) se a temperatura de entrada de DPF é maior do que um quarto limiar pré- definido (TinDPF> Th4?), em seguida (Etapa 4) esperar por um intervalo de tempo t1; caso contrário, se a temperatura de entrada de DPF NÃO é maior do que o referido quarto limiar predefinido, voltar para a etapa 2, em seguida (Etapa 5) estimar a temperatura de saída de DPF ignorando a contribuição de partículas, obtendo-se o referido valor de temperatura teórica calculada (ToutDPFcalc), (Etapa 6) medir a temperatura de saída de DPF (ToutDPFmis) obtendo-se um valor relativo, (Etapa 7) verificar a estratégia a ser implementada, se comparativa ou diferencial: se é comparativa, vá para a etapa 8, caso contrário, vá para a etapa 10: (Etapa 8) calcular uma diferença entre a referida temperatura calculada teórica e a referida temperatura de saída de DPF (ToutDPFmis - ToutDPFcalc), (Etapa 9) verificar se a referida diferença é inferior a um primeiro limiar (ToutDPFmis - ToutDPFcalc <Th1?); se não estiver abaixo do referido segundo limiar, voltar para a etapa 6, se for abaixo do referido primeiro limiar, ir para a etapa 12; se, no entanto, a estratégia é diferencial, então, (Etapa 10) calcular o valor absoluto de um derivado da temperatura de saída de DPF ao longo do tempo (DToutDPFmis), e (Etapa 11) verificar se o valor absoluto do referido derivado da temperatura de saída de DPF é inferior ao referido segundo limiar predefinido (DToutDPFmis <Th3?), então (Etapa 12) esperar um intervalo de tempo (t2) em seguida, (Etapa 13) adquirir o estado de erro dos sensores de temperatura, (Etapa 14) verificar se existem erros nos sensores de temperatura, se não há erros, então (Etapa 15) interromper o processo de regeneração e interromper o presente método, mas se por outro lado se houver erros dos sensores de temperatura, (Etapa 16) interromper o presente método, sem interferir com o processo de regeneração.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda as etapas seguintes: - medir uma pressão diferencial (FlowRes) entre a entrada de DPF e a saída de DPF, - calcular um valor absoluto de um derivado de tempo (DFlowRes) do referido diferencial de pressão, e - interromper o referido processo de regeneração quando o valor absoluto do referido derivado de tempo (DFlowRes) da referida pressão diferencial é inferior a um terceiro limiar (DFlowRes <Th3).

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender as seguintes etapas: (Etapa 1) detectar o início de um processo de regeneração do filtro particulado, (Etapa 32) esperar por um primeiro intervalo de tempo (t1), em seguida (Etapa 33) adquirir o sinal de uma resistência ao fluxo de escape de DPF (FlowRes), em seguida (Etapa 34) calcular o valor absoluto (DFlowRes) do derivado de tempo do referido sinal de uma resistência ao fluxo de escape de DPF (DResflow), em seguida (Etapa 35) verificar se um valor absoluto do referido valor derivado está abaixo do referido terceiro limiar pré-definido (DFlowRes <Th3 ?); se não (N), voltar para a etapa 33, enquanto que, se sim (Y) ir para (Etapa 12) esperar por um intervalo de tempo (t2), em seguida, (Etapa 13) adquirir o estado de erro dos sensores de temperatura, (Etapa 14) verificar se existem erros nos sensores de temperatura, se não há erros, então (Etapa 15) interromper a regeneração e interromper este método, mas se houver erros nos sensores de temperatura, em seguida (Etapa 16) interromper o presente método sem interferir com o processo de regeneração.

6. SISTEMA PARA A GESTÃO DE UMA REGENERAÇÃO DE UM FILTRO PARTICULADO caracterizado por compreender meios para monitorar uma temperatura medida na saída de DPF durante um processo de regeneração de DPF, e meios para interromper o referido processo de regeneração com base numa função da referida temperatura medida, em que os ditos meios de interrupção são configurados para realizar todas as etapas conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender ainda meios para a medir uma pressão diferencial entre a entrada de DPF e a saída de DPF, e em que o referido meio de interrupção consiste de uma unidade de controle de um motor de combustão interna.

8. MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA COMPREENDENDO UM DISPOSITIVO PARA O TRATAMENTO DE GASES DE ESCAPE (ATS), que compreende um filtro de partículas (DPF) e caracterizado por compreender um sistema para a gestão de uma regeneração do filtro particulado conforme definido na reivindicação 6 ou 7.