ES2200287T3 - Procedimiento de vigilancia del funcionamiento y del envejecimiento de un convertidor catalitico para un motor que funciona con mezcla pobre y sistema para su puesta en practica. - Google Patents
Procedimiento de vigilancia del funcionamiento y del envejecimiento de un convertidor catalitico para un motor que funciona con mezcla pobre y sistema para su puesta en practica.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA QUE FUNCIONAN CON MEZCLA POBRE DE CARBURANTE CON UN CATALIZADOR. LA INVENCION RESIDE EN UN PROCEDIMIENTO Y EN UN SISTEMA PARA VIGILAR EL ESTADO DE FUNCIONAMIENTO Y DE ENVEJECIMIENTO DEL CATALIZADOR QUE CONSISTE EN VALORAR UN TERMINO (N ES ) REPRESENTATIVO DEL ESTADO DE SUPERFICIE CATALITICA COMPARANDO EL VALOR MEDIDO [HC] OUT DEL CONTENIDO DE HIDROCARBUROS A LA SALIDA DEL CATALIZADOR CON UN VALOR ESTIMADO DE ESTE CONTENIDO QUE SE CALCULA SEGUN UN MODELO MATEMATICO EN UN ESTIMADOR (30). LA COMPARACION DEL TERMINO VALORADO (N ES ) CON UN UMBRAL PERMITE GENERAR UNA ALARMA (AL) CUANDO SE ALCANZA EL UMBRAL (AL). LA INVENCION SE PUEDE APLICAR EN LOS MOTORES DE COMBUSTION INTERNA QUE FUNCIONAN CON MEZCLA POBRE.
Description
Procedimiento de vigilancia del funcionamiento y
del envejecimiento de un convertidor catalítico para un motor que
funciona con mezcla pobre y sistema para su puesta en práctica.
La invención se refiere a los motores de
combustión interna de vehículos automóviles que funcionan con mezcla
pobre y están equipados con un convertidor catalítico para el
tratamiento de los gases de escape.
Un convertidor catalítico tiene por objeto tratar
los gases de escape de un motor de combustión interna para eliminar
ciertos contaminantes tales como los hidrocarburos (HC), el
monóxido de carbono (CO) y los óxidos de nitrógeno (NO_{x}). Con
este fin comprende un monolito, que es una estructura porosa que
presenta una gran superficie de contacto con los gases de escape
que atraviesan el convertidor y que está revestida de diversas
sustancias químicas que presentan propiedades catalíticas. Estas
substancias químicas tienen por objeto permitir y favorecer la
combinación de las moléculas oxidantes (NO_{x} y O_{2}) y de
las moléculas reductoras (HC, CO, H_{2}) de los gases de escape,
a fin de producir agua y dióxido de carbono.
En el caso de una mezcla aire/carburante rica en
carburante, existe un exceso de moléculas reductoras que es
necesario eliminar mediante un aporte de oxígeno (O_{2}),
mientras que en el caso de una mezcla pobre en carburante hay un
exceso de moléculas oxidantes (O_{2}) que sería necesario
almacenar, para la oxidación de las moléculas reductoras. Un
almacenamiento de esta clase se realiza a través de la oxidación de
substancias químicas tales como el cerio, presentes en el
monolito.
Se comprende, entonces, que la eficacia del
convertidor catalítico depende del estado de la superficie
catalítica, estado que puede apreciarse de diferentes maneras.
Se han propuesto numerosos procedimientos para
apreciar este estado de la superficie catalítica utilizando
diferentes parámetros de medida, tales como:
- -
- la capacidad de absorción de oxígeno, con ayuda de una o dos sondas de oxígeno,
- -
- la exotermia de las reacciones catalíticas, con ayuda de uno o dos sensores de temperatura,
- -
- la composición gaseosa de los gases de escape, con ayuda de un sensor calorimétrico, y,
- -
- el contenido de hidrocarburos de los gases de escape, aguas arriba y aguas abajo del convertidor catalítico, con ayuda de uno o dos sensores de medida de hidrocarburos.
Estos diferentes procedimientos conocidos
presentan, para su utilización con mezcla pobre, los siguientes
inconvenientes:
- -
- El procedimiento de medida de absorción de oxígeno sólo es aplicable para un motor que funcione con mezcla estequiométrica, puesto que con mezcla pobre siempre hay un exceso de oxígeno, de modo que el convertidor catalítico está saturado de oxígeno. Para que un procedimiento de este tipo pueda funcionar con mezcla pobre, sería necesario hacer funcionar el motor con mezcla estequiométrica durante algunos instantes, provocando un aumento del consumo.
- -
- El procedimiento de medición de la exotermia es aplicable a una mezcla pobre, pero el criterio no es muy sensible, puesto que los niveles de monóxido de carbono (CO) y de hidrógeno (H_{2}) son bajos, debido a la pobreza de la mezcla.
- -
- El procedimiento de medición de la composición gaseosa es aplicable a la mezcla pobre, pero, también en este caso, el criterio no es muy sensible, porque una variación de algunas ppm del contenido de hidrocarburos u otros reductores, a continuación del convertidor catalítico, no se traduce en una fuerte variación calorimétrica.
- -
- El procedimiento de medición del contenido de hidrocarburos es aplicable a la mezcla pobre, pero las diferentes aplicaciones conocidas de este procedimiento no permiten separar la degradación de la combustión en el motor de la debida a la poscombustión en el convertidor catalítico. Además, las soluciones que comprenden dos sensores de medida de hidrocarburos, o un solo sensor de medida de hidrocarburos con dos electroválvulas, son costosas.
El documento EP756072 enseña un procedimiento
para determinar un grado anormal de deterioro de un catalizador para
un motor que funciona con mezcla próxima a la mezcla
estequiométrica. Según este documento, durante las fases de
calentamiento del catalizador, se pone en marcha una rutina de
determinación del grado de deterioro del catalizador, midiendo el
contenido de hidrocarburos a la salida del convertidor catalítico y
estimando, a partir de una cartografía y de este valor, el
contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico.
Este procedimiento no tiene en cuenta el fenómeno ligado al
funcionamiento con mezcla pobre.
\newpage
El objeto de la presente invención es un
procedimiento de vigilancia del funcionamiento de un convertidor
catalítico para un motor que funciona con mezcla pobre, y que:
- -
- es de bajo coste,
- -
- es poco sensible al punto de funcionamiento del motor,
- -
- realiza una buena discriminación entre la degradación de la combustión del motor y la del convertidor catalítico, y,
- -
- es poco sensible a la deriva del sensor de medición.
La invención se refiere, pues, a un procedimiento
de vigilancia del funcionamiento y del envejecimiento de un
convertidor catalítico para un motor de combustión interna que
funciona con mezcla pobre, caracterizado porque comprende las etapas
que siguen, y que consisten en:
- (a)
- medir el contenido [HC]_{OUT} de hidrocarburos a la salida del convertidor catalítico,
- (b)
- estimar el valor [HC]_{INES} del contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico, en función de un modelo matemático del motor que tiene en cuenta características de funcionamiento del motor a cada instante, y,
- (c)
- determinar un factor característico estimado N_{ES} del estado de la superficie catalítica del convertidor, en función del valor estimado [HC]_{INES} y del valor medido [HC]_{OUT}.
Para obtener una señal de alarma, el
procedimiento se completa con las etapas siguientes:
- (d)
- comparar el factor característico estimado N_{ES} con un valor umbral S,
- (e)
- generar una señal de alarma AL cuando el factor característico estimado N_{ES} alcanza dicho valor umbral S.
Este valor estimado [HC]_{INES} del
contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico
tiene en cuenta la inestabilidad de la combustión del motor, a
través de un coeficiente multiplicador que depende de la velocidad
de rotación del motor.
La estimación del factor característico N_{ES}
del estado de la superficie catalítica del convertidor puede
realizarse directamente por la relación entre un valor proporcional
a [HC]_{INES} y el valor medido [HC]_{OUT}.
La estimación del factor característico N_{ES}
del estado de la superficie catalítica del convertidor también
puede realizarse mediante la integración de la diferencia entre el
valor estimado [HC]_{OUTES} y el valor medido
[HC]_{OUT}.
La estimación del factor característico N_{ES},
en función del valor medido [HC]_{OUT} y del valor
estimado
[HC]_{INES}, se puede efectuar de diferentes maneras, bien por iteración, estimando, en primer lugar, [HC]_{OUTES} en función de [HC]_{INES} y del factor característico N_{ES} de la iteración precedente y, a continuación, integrando la diferencia
([HC]_{OUTES}-[HC]_{OUT}), que da lugar a un error de modelización que ajusta la estimación del factor característico N_{ES}, o bien directamente, mediante la relación entre [HC]_{INES} y [HC]_{OUT} según diferentes variantes.
[HC]_{INES}, se puede efectuar de diferentes maneras, bien por iteración, estimando, en primer lugar, [HC]_{OUTES} en función de [HC]_{INES} y del factor característico N_{ES} de la iteración precedente y, a continuación, integrando la diferencia
([HC]_{OUTES}-[HC]_{OUT}), que da lugar a un error de modelización que ajusta la estimación del factor característico N_{ES}, o bien directamente, mediante la relación entre [HC]_{INES} y [HC]_{OUT} según diferentes variantes.
Por último, la invención se refiere a un sistema
para poner en práctica el procedimiento anteriormente descrito,
caracterizado porque comprende:
- -
- un sensor de velocidad de rotación del motor N_{mot},
- -
- un sensor de la presión P_{coll} del colector de admisión de aire del motor, o un caudalímetro,
- -
- un sensor del contenido de hidrocarburos [HC]_{OUT} a la salida del convertidor catalítico,
- -
- un ordenador, para estimar el factor característico N_{ES} del estado de la superficie catalítica del convertidor catalítico, en función de los valores proporcionados por los sensores, y,
- -
- un comparador, para comparar el término estimado N_{ES} con un valor umbral S y proporcionar una señal de alarma AL cuando el término estimado N_{ES} alcanza el valor umbral S.
Otras características y ventajas de la presente
invención resultarán evidentes a partir de la lectura de la
descripción que sigue de ejemplos particulares de realización,
estando hecha dicha descripción en relación con los dibujos adjuntos
y en los que:
- la figura 1 es un esquema funcional de un
sistema que pone en práctica la invención,
- la figura 2 es un diagrama que muestra la curva
de variación de la tensión proporcionada V_{HC} por un sensor de
medida de hidrocarburos en función del contenido de
hidrocarburos,
- la figura 3 es un esquema funcional de un
dispositivo que pone en práctica la invención,
- la figura 4 es un esquema funcional de un
primer estimador de superficie catalítica N_{S} por observador
adaptativo,
- la figura 5 es un esquema funcional de un
segundo estimador de superficie catalítica N_{S} por cálculo
estático directo,
- la figura 6 es un esquema funcional de un
tercer estimador de superficie catalítica N_{S} que utiliza un
primer cálculo estático simplificado,
- la figura 7 es un esquema funcional de un
cuarto estimador de superficie catalítica N_{S} que utiliza un
segundo cálculo estático simplificado,
- la figura 8 es un esquema funcional de un
circuito lógico de control, y,
- la figura 9 es un diagrama que muestra las
operaciones de calibración del sensor de medición de hidrocarburos
según la presente invención.
La invención se aplica a un motor de combustión
interna 10 que es alimentado con aire mediante un colector de
admisión 12 y con carburante mediante un dispositivo de inyección
14. El conducto de admisión 12 está equipado con una válvula de
mariposa 16. Los gases de escape del motor son evacuados por un
conducto de escape 18 equipado con un convertidor catalítico 20.
Para poner en práctica el procedimiento y el
sistema según la invención, es necesario medir:
- -
- el contenido de hidrocarburos [HC], mediante un sensor 22 dispuesto aguas arriba del convertidor catalítico 20,
- -
- la velocidad de rotación del motor N_{mot}, mediante un sensor 24, y,
- -
- la presión del colector de admisión P_{coll}, mediante un sensor 26; este sensor de presión puede ser reemplazado por un dispositivo de medición del caudal de aire o caudalímetro.
Estas medidas se utilizan para efectuar cálculos
en un dispositivo 28, que proporciona una señal de alarma AL en su
borne de salida cuando la degradación del convertidor catalítico ha
alcanzado un cierto umbral.
Por otra parte, este dispositivo 28 proporciona
una señal de control de la válvula de mariposa 16 durante la
calibración periódica del sensor 22, cuando la válvula de mariposa
16 es del tipo motorizado. Si la válvula de mariposa 16 no está
motorizada, estará dispuesta una válvula motorizada (no
representada) en un conducto en derivación de la válvula de
mariposa 16.
El sensor 22 proporciona una tensión V_{HC}
cuya variación es función del contenido de hidrocarburos [HC] de
los gases de escape del convertidor catalítico 20, según la curva
de la figura 2. Esta curva presenta un desplazamiento respecto al
cero, que es tenido en cuenta, en la invención, por la calibración
periódica del sensor 22.
Como muestra el esquema de la figura 3, el
dispositivo 28 comprende, esencialmente, un estimador 30 del estado
de la superficie catalítica N_{ES}, que estima el valor N_{ES}
a partir de las medidas V_{HC}, N_{mot} y P_{coll}, sabiendo
que la medida V_{HC} se transforma en concentración
[HC]_{OUT} en un dispositivo 32 que tiene en cuenta el
desplazamiento respecto al cero. El valor estimado N_{ES}
proporcionado por el estimador 30 se aplica en un circuito lógico
de control 34 que determina la señal de alarma AL.
El estimador del valor N_{ES} es un ordenador
que efectúa operaciones matemáticas cuyo número y complejidad
dependen de la precisión que se desea obtener y de las
aproximaciones que pueden hacerse de ciertos parámetros.
La realización del estimador 30 se basa en una
modelización matemática del convertidor catalítico 20 según la
siguiente ecuación diferencial respecto al tiempo:
(1)[HC]_{OUT}
= -VVH\cdot
([HC]_{OUT}-[HC]_{IN})-N_{S}\cdot
K\cdot [HC]_{OUT}\cdot
[O_{2}]_{IN}
ecuación en la
que:
- -
- N_{S} es un factor característico del estado de la superficie catalítica,
- -
- VVH es la velocidad lineal, por segundo, de los gases de escape, que depende del caudal másico y de la temperatura de los gases,
- -
- [HC]_{IN} es el contenido o concentración de hidrocarburos, que depende de las condiciones de funcionamiento del motor en términos de régimen N_{mot}, presión de colector P_{coll} y riqueza de la mezcla,
- -
- [O_{2}]_{IN} es el contenido o concentración de las substancias oxidantes, en exceso, a la entrada del convertidor catalítico durante el funcionamiento con mezcla pobre, que depende de la riqueza de la mezcla impuesta por el sistema de control del motor,
- -
- K caracteriza la cinética química de la oxidación de los hidrocarburos, cuya dependencia respecto a la temperatura del catalizador es despreciable a partir del momento en que el convertidor catalítico se encuentra a la temperatura apropiada.
Esta ecuación diferencial proporciona un vínculo
directo entre el estado N_{S} del catalizador y la cantidad de
hidrocarburos [HC]_{OUT} medida por el sensor 22 del
contenido de hidrocarburos, en función de las características de los
gases de escape.
El valor estimado [HC]_{INES} del
contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico
puede descomponerse en un contenido [HC]_{IN}, que
corresponde a un funcionamiento normal del motor, multiplicado por
un coeficiente correctivo \delta, que depende de la estimación de
las inestabilidades de la combustión del motor y es función de la
señal de régimen instantáneo (Insta(N_{mot})), lo que se
traduce por la fórmula:
(2)[HC]_{INES}
= [HC]_{IN}(N_{mot}, P_{coll})\cdot
\delta(Insta(N_{mot}))
Igualmente, el contenido de oxígeno a la entrada
del convertidor catalítico puede estimarse, en función de N_{mot}
y P_{coll}, según la fórmula:
(3)[O_{2}]_{INES} =
[O_{2}]_{IN} (N_{mot},
P_{coll})
La ecuación diferencial (1) y las fórmulas (2) y
(3) dan lugar a varios modos de realización del estimador 30, que
serán descritos en relación con las figuras 4 a 7.
La figura 4 es un esquema que describe un modo de
realización del estimador mediante un observador dinámico que tiene
en cuenta la dinámica de funcionamiento del convertidor catalítico.
La adaptación del parámetro característico N_{S} se efectúa en
función del contenido de hidrocarburos medido [HC]_{OUT} y
del estimado [HC]_{OUTES}, según la ecuación diferencial
respecto al tiempo siguiente:
(4)
\uelm{N}{\mbullet}_{S}
= G\cdot
([HC]_{OUTES}-[HC]_{OUT})
El estimador de la figura 4 calcula el valor
estimado de la concentración a la salida del convertidor catalítico
[HC]_{OUTES} efectuando la integración del segundo miembro
de la ecuación diferencial (1) en un primer integrador 40. El valor
medido [HC]_{OUT} se resta al valor estimado
[HC]_{OUTES} en un substractor 42, y la diferencia se
integra en un segundo integrador 46, ecuación (4), en cuyo borne de
salida aparece el valor estimado N_{ES} del parámetro N_{S},
que caracteriza el estado de la superficie catalítica.
De manera más precisa, los valores de N_{mot} y
P_{coll} determinan, gracias a una cartografía 48, el valor de
[HC]_{IN} en funcionamiento normal. Este valor se corrige
mediante el factor \delta en un multiplicador 50, siendo
proporcionado el factor \delta, por ejemplo, por medio de una
cartografía 54, que depende de un análisis frecuencial del valor
N_{mot}.
De ello resulta que el borne de salida del
multiplicador 50 proporciona el valor estimado [HC]_{INES}
de los hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico. A
este valor estimado [HC]_{INES} se resta, en un substractor
52, el valor estimado [HC]_{OUTES}, para realizar la
operación definida por el primer término del segundo miembro de la
ecuación (1).
Este valor estimado [HC]_{OUTES} se
obtiene multiplicando, en un multiplicador 56, la diferencia
([HC]_{INES} -
[HC]_{OUTES}) proporcionada por el substractor 52, por la velocidad VVH, que depende de la presión del colector P_{coll} y de la velocidad de rotación del motor N_{mot} según una cartografía 58.
[HC]_{OUTES}) proporcionada por el substractor 52, por la velocidad VVH, que depende de la presión del colector P_{coll} y de la velocidad de rotación del motor N_{mot} según una cartografía 58.
El segundo término del segundo miembro de la
ecuación (1) se obtiene multiplicando, en un multiplicador 60, el
valor estimado [HC]_{OUTES}, proporcionado por el
integrador 40, por el valor estimado
K\cdot[O_{2}]_{IN}, proporcionado, por
ejemplo, por una cartografía 62, en función de los valores N_{mot}
y P_{coll}. El resultado de esta multiplicación se multiplica, en
un multiplicador 64, por el valor estimado N_{ES}, proporcionado
por el integrador 46, y el valor que resulta de esta multiplicación
se resta, en un substractor 66, del primer término del segundo
miembro de la ecuación (1).
El valor diferencial a la salida del substractor
42 se amplifica en un amplificador 44, cuya ganancia G regula la
velocidad de convergencia del estimador y efectúa un filtrado.
Las magnitudes características
[HC]_{IN}, \delta, VVH, K·[O_{2}]_{IN}, se
calculan mediante cartografías que son, de hecho, tablas de
correspondencia. Pueden calcularse también mediante polinomios o
considerarse constantes, según la precisión deseada y las
condiciones habituales de funcionamiento.
La ecuación diferencial (1) proporciona la
variación, o derivada, de [HC]_{OUT} respecto al tiempo;
si se considera que esta derivada es nula, ya que se puede
considerar que las reacciones catalíticas son muy rápidas, la
ecuación (1) proporciona entonces, directamente, el valor de
N_{S}, mediante la fórmula:
(5)N_{S} = VVH \cdot
([HC]_{IN} - [HC]_{OUT})/K[HC]_{OUT}
\cdot
[O_{2}]_{IN}
es
decir:
(6)N_{ES} =
([HC]_{INES} - [HC]_{OUT}) \cdot
(VVH/K[O_{2}]_{INES}) \cdot
(1/[HC]_{OUT})
fórmula (6) que da lugar directamente al esquema
de la figura 5, teniendo en cuenta el factor \delta de
inestabilidad. El valor medido [HC]_{OUT} se resta, en el
substractor 70, del valor estimado [HC]_{INES}, que tiene
en cuenta el factor \delta de inestabilidad de la combustión. El
resultado de la substracción se multiplica, en un multiplicador 72,
por la relación VVH/K\cdot[O_{2}]_{INES}, que
se obtiene, por ejemplo, mediante una cartografía 74 en función de
N_{mot} y
P_{coll}.
El valor de salida del multiplicador 72 se divide
por el valor [HC]_{OUT} en un divisor 76 que proporciona
el valor estimado N_{ES}.
El esquema de la figura 5 puede simplificarse
para llegar al esquema de la figura 6 si [HC]_{OUT} es
despreciable en relación con [HC]_{IN}. Con esta
hipótesis, la fórmula (6) se transforma en:
(7)N_{ES} = (VVH \cdot
[HC]_{INES}/K[O_{2}]_{INES}) \cdot
(1/[HC]_{OUT})
El primer término del segundo miembro se obtiene
mediante la multiplicación, en el multiplicador 50, del primer
término \delta, denominado de inestabilidad y proporcionado por
la cartografía 54, por un segundo término, proporcionado por una
cartografía 80 de
VVH[HC]_{IN}/K[O_{2}]_{IN} en
función de N_{mot} y P_{coll}. El resultado de la
multiplicación se divide por el valor medido [HC]_{OUT} en
un divisor 82.
Se puede simplificar adicionalmente el esquema de
la figura 6 con las hipótesis que siguen. El contenido de oxígeno
[O_{2}]_{IN} puede considerarse constante en un motor
con mezcla pobre, de modo que el valor
K[O_{2}]_{INES} de la fórmula (7) sea constante.
Por otra parte, el valor VVH es proporcional al producto
N_{mot}\cdotP_{coll}, mientras que el término de
hidrocarburos es inversamente proporcional a P_{coll}, de modo que
el término VVH\cdot[HC]_{INES} de la fórmula (7)
sea proporcional a N_{mot}.
Se llega entonces al esquema de la figura 7, en
el cual el multiplicador 50 efectúa la multiplicación de N_{mot}
por el factor \delta de inestabilidad, a su vez dependiente de
N_{mot}. El resultado de la multiplicación se divide por
[HC]_{OUT} en el divisor 82, que proporciona el valor
estimado N_{ES}.
El circuito lógico 34 (figura 3) que proporciona
la señal de alarma AL puede comprender un comparador 90, cuyo
primer borne de entrada recibe la señal N_{ES} y cuyo segundo
borne de entrada recibe una señal de umbral S, cuyo valor
corresponde al valor de N_{S} cuando el convertidor catalítico se
considera que está degradado. Así, si el valor de N_{S} para un
convertidor catalítico nuevo es igual a la unidad, entonces el
umbral S podrá ser un valor fraccionario, por ejemplo, 0,8. En este
caso, en cuanto N_{ES} sea inferior a 0,8, el comparador 90
proporcionará una señal de alarma.
El diagrama de la figura 9 indica las operaciones
a efectuar para llevar a cabo, de vez en cuando, la calibración del
sensor de medida del contenido de hidrocarburos, es decir,
determinar el desplazamiento respecto al cero en ausencia de
hidrocarburos. Para encontrarse en este estado, el motor debe estar
en desaceleración y con la inyección cortada durante un cierto
tiempo. Además, es necesario prever un exceso de oxígeno para
eliminar todos los restos de hidrocarburos, especialmente los que
provienen del aceite del motor.
Después del inicio 100 de la operación de
calibración, la etapa 102 consiste en verificar si hay corte de
inyección. Solamente se pasa a la etapa siguiente 104 de apertura
del accionador de aire 16 si hay corte de la inyección.
La etapa siguiente 106 consiste en calcular la
desviación típica y la media de los valores V_{HC} medidos. Si la
desviación típica es suficientemente pequeña (etapa 110), es decir,
inferior a un cierto umbral, se valida el valor medio calculado.
Esta validación no puede tener lugar si la ventana temporal de
medición (108) no ha terminado (etapa 108). El valor del
desplazamiento respecto de cero es igual al valor medio calculado y
sirve para modificar la tabla de corrección 32 (figura 3).
\newpage
Para simplificar la memoria, se ha descrito el
sistema en forma analógica pero está claro que puede realizarse en
forma digital, efectuando las diferentes operaciones aritméticas
por medio de un calculador digital o microprocesador que esté
programado adecuadamente.
La descripción de la invención que se ha hecho,
en relación con las figuras 1 a 9, permite definir un procedimiento
que comprende las etapas que siguen, y que consisten en:
- (a)
- medir el contenido [HC]_{OUT} de hidrocarburos a la salida del convertidor catalítico 20,
- (b)
- estimar el valor [HC]_{INES} del contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico 20, en función de un modelo matemático del motor que tiene en cuenta características de funcionamiento del motor a cada instante, y,
- (c)
- estimar un factor característico N_{ES} del estado de la superficie catalítica del convertidor en función del valor estimado [HC]_{INES} y del valor medido [HC]_{OUT}.
El factor N_{ES} es función de
[HC]_{INES} y [HC]_{OUT}, y se determina mediante
un cálculo iterativo que lleva a cabo una estimación de
[HC]_{OUT}, o mediante un cálculo directo.
Estas etapas (a), (b) y (c) se completan con las
etapas que siguen, y que consisten en:
- (d)
- comparar el factor característico estimado N_{ES} con un valor umbral S,
- (e)
- generar una señal de alarma AL cuando el factor característico estimado N_{ES} alcanza dicho valor umbral S.
El valor estimado [HC]_{INES} depende
del punto de funcionamiento del motor, definido por la velocidad
N_{mot} y la presión del colector P_{coll}, así como de la
inestabilidad de la combustión del motor, según un coeficiente
\delta que es función de la velocidad N_{mot}.
La estimación del factor característico N_{ES}
en función del valor medido [HC]_{OUT} y del valor
estimado
[HC]_{INES} se puede efectuar estimando, en primer lugar, [HC]_{OUTES} a la salida del convertidor catalítico, en función de
[HC]_{INES} y del factor característico N_{ES} de la iteración precedente, e integrando a continuación la diferencia
([HC]_{OUTES} - [HC]_{OUT}), que da lugar a un error de modelización que ajusta la estimación del factor característico (esquema de la figura 4), o directamente, mediante la relación entre [HC]_{INES} y [HC]_{OUT} según las diferentes variantes de los esquemas de las figuras 5 a 7.
[HC]_{INES} se puede efectuar estimando, en primer lugar, [HC]_{OUTES} a la salida del convertidor catalítico, en función de
[HC]_{INES} y del factor característico N_{ES} de la iteración precedente, e integrando a continuación la diferencia
([HC]_{OUTES} - [HC]_{OUT}), que da lugar a un error de modelización que ajusta la estimación del factor característico (esquema de la figura 4), o directamente, mediante la relación entre [HC]_{INES} y [HC]_{OUT} según las diferentes variantes de los esquemas de las figuras 5 a 7.
En la variante de la figura 7, el valor estimado
[HC]_{INES} depende únicamente de la velocidad N_{mot} y
del factor \delta de inestabilidad de la combustión, que depende
también de la velocidad N_{mot}.
En la variante de la figura 6, el valor estimado
[HC]_{INES} depende de la relación
VVH\cdot[HC]_{INES}/K\cdot[O_{2}]_{INES},
que es función de N_{mot} y P_{coll} y que se corrige con el
factor \delta de inestabilidad de la combustión en el
multiplicador 50.
En la variante de la figura 5, el valor estimado
[HC]_{INES} se corrige, por una parte, con el factor
\delta de inestabilidad de la combustión en el multiplicador 50
y, por otra, con el valor medido [HC]_{OUT} en el
comparador 70. La combustión debida al convertidor catalítico
interviene a través del término VVH
/K\cdot[O_{2}]_{INES} en el multiplicador
72.
En la variante de la figura 4, el factor N_{ES}
se estima efectuando la integración de la diferencia definida por
la ecuación diferencial (4); por otra parte, el valor estimado de
[HC]_{OUTES} se calcula, también, efectuando la integración
de la diferencia definida por la ecuación diferencial (1).
Claims (18)
1. Procedimiento de vigilancia del funcionamiento
y del envejecimiento de un convertidor catalítico (20) para un motor
de combustión interna (10) que funciona con mezcla pobre, que
comprende una etapa de medición del contenido [HC]_{OUT} de
hidrocarburos a la salida del convertidor catalítico (20) y una
etapa de estimación del contenido [HC]_{INES} de
hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico,
caracterizado porque:
- -
- el valor del contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico [HC]_{INES} se estima en función de un modelo matemático del motor, que tiene en cuenta características de funcionamiento del motor a cada instante, y porque se estima un factor característico N_{ES} del estado de la superficie catalítica del convertidor catalítico en función del valor estimado [HC]_{INES} y del valor medido [HC]_{OUT} del contenido de hidrocarburos a la salida del convertidor catalítico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende, además, las etapas
siguientes:
- -
- comparar el factor característico estimado N_{ES} con un valor umbral.
- -
- generar una señal de alarma AL cuando el factor característico estimado N_{ES} alcanza dicho valor umbral.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado porque la estimación del factor
característico N_{ES} se efectúa por iteración, estimando, en
primer lugar, el contenido de hidrocarburos a la salida del
convertidor catalítico [HC]_{OUTES} en función del
contenido de hidrocarburos estimado a la entrada del convertidor
catalítico [HC]_{INES} y del factor característico N_{ES}
de la iteración precedente y, a continuación, integrando la
diferencia entre la estimación del contenido [HC]_{OUTES}
de hidrocarburos a la salida del convertidor catalítico y la medida
[HC]_{OUT} de este mismo contenido, que da lugar a un
error de modelización.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el valor estimado [HC]_{INES}
del contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor
catalítico tiene en cuenta la inestabilidad de la combustión del
motor, a través de un coeficiente multiplicador \delta (50) que
depende de la velocidad de rotación del motor (10) según una
cartografía (54).
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la etapa de
estimación del factor característico N_{ES} consiste en efectuar
una división entre un valor proporcional a la estimación del
contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico
[HC]_{INES} y el valor medido [HC]_{OUT} del
contenido de hidrocarburos a la salida del convertidor
catalítico.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el valor proporcional a la estimación
del contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor
catalítico [HC]_{INES} depende únicamente de la velocidad
de rotación del motor N_{mot}.
7. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el valor proporcional a la estimación
del contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor
catalítico [HC]_{INES} depende de la relación entre los
valores estimados a la entrada del convertidor catalítico de los
hidrocarburos [HC]_{INES} y del oxígeno
[O_{2}]_{INES}, y de la velocidad lineal VVH de los gases
de escape del motor que resultan de los puntos de funcionamiento del
motor, definidos por la velocidad de rotación del motor N_{mot} y
la presión P_{coll} del colector de admisión del motor.
8. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el valor proporcional a la estimación
del contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor
catalítico [HC]_{INES} se obtiene mediante una cartografía
(80) de la relación
VVH\cdot([HC]_{INES})/K\cdot[O_{2}]_{INES},
en función de la velocidad de rotación del motor N_{mot} y de la
presión del
colector P_{coll},
colector P_{coll},
- -
- siendo K un factor de proporcionalidad, y,
- -
- siendo [O_{2}]_{INES} el valor estimado del contenido de oxígeno a la entrada del convertidor catalítico.
9. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el valor estimado [HC]_{INES}
del contenido de hidrocarburos a la entrada del convertidor
catalítico se corrige con el valor medido [HC]_{OUT} del
contenido de hidrocarburos a la salida del convertidor catalítico,
con objeto de obtener un término ([HC]_{INES} -
[HC]_{OUT}) que se multiplica (72) por el término
VVH/K\cdot[O_{2}]_{INES},
- -
- siendo VVH la velocidad lineal de los gases de escape,
- -
- siendo [O_{2}]_{INES} el valor estimado del contenido de oxígeno a la entrada del convertidor catalítico, y,
- -
- siendo K un factor de proporcionalidad.
\newpage
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque cada uno de los términos
[HC]_{INES} y
VVH/K\cdot[O_{2}]_{INES} se estiman por medio de una cartografía (48, 74), en función de la velocidad de rotación del motor N_{mot} y de la presión del colector P_{coll}.
VVH/K\cdot[O_{2}]_{INES} se estiman por medio de una cartografía (48, 74), en función de la velocidad de rotación del motor N_{mot} y de la presión del colector P_{coll}.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque la etapa de
estimación del factor característico N_{ES} consiste en efectuar
la integración (46) de la diferencia (42) entre el valor estimado
[HC]_{OUTES} del contenido de hidrocarburos a la salida
del convertidor catalítico y el valor medido [HC]_{OUT} de
dicho contenido.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque el valor estimado [HC]_{OUTES}
de los hidrocarburos a la salida del convertidor catalítico se
obtiene mediante la integración (40) de la diferencia entre un
primer término ([HC]_{OUTES} -
[HC]_{INES})\cdotVVH, representativo de la
combustión realizada en el convertidor catalítico, y un segundo
término
N_{ES}\cdotK\cdot[HC]_{OUTES}\cdot[O_{2}]_{INES},
representativo de la eficiencia del convertidor catalítico, y en
los que:
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porque el primer término
([HC]_{OUTES} -
[HC]_{INES})\cdotVVH, el valor estimado [HC]_{INES} de los hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico, así como el coeficiente multiplicador VVH, que corresponde a la velocidad lineal de los gases de escape, se obtienen, respectivamente, por medio de cartografías (48, 58), en función de la velocidad de rotación del motor N_{mot} y de la presión del colector de admisión P_{coll}.
[HC]_{INES})\cdotVVH, el valor estimado [HC]_{INES} de los hidrocarburos a la entrada del convertidor catalítico, así como el coeficiente multiplicador VVH, que corresponde a la velocidad lineal de los gases de escape, se obtienen, respectivamente, por medio de cartografías (48, 58), en función de la velocidad de rotación del motor N_{mot} y de la presión del colector de admisión P_{coll}.
14. Procedimiento según la reivindicaciones 12 ó
13, caracterizado porque en el segundo término
NES\cdotK\cdot[HC]_{OUTES}\cdot[O_{2}]_{INES}, el valor estimado K\cdot[O_{2}]_{INES} del oxígeno a la entrada del convertidor catalítico se obtiene mediante una cartografía (62), en función de la velocidad de rotación del motor N_{mot} y de la presión del colector de admisión P_{coll}.
NES\cdotK\cdot[HC]_{OUTES}\cdot[O_{2}]_{INES}, el valor estimado K\cdot[O_{2}]_{INES} del oxígeno a la entrada del convertidor catalítico se obtiene mediante una cartografía (62), en función de la velocidad de rotación del motor N_{mot} y de la presión del colector de admisión P_{coll}.
15. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 14, caracterizado porque
las diferentes cartografías se reemplazan por cálculos con
polinomios.
16. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la etapa
de medición del contenido [HC]_{OUT} de hidrocarburos a la
salida del convertidor catalítico (20) comprende las etapas que
siguen, y que consisten en:
- (a_{1})
- medir la tensión V_{HC} proporcionada por un sensor (22) apto para detectar la presencia de hidrocarburos,
- (a_{2})
- convertir la tensión medida V_{HC} en un contenido de hidrocarburos [HC], según una curva de conversión determinada,
- (a_{3})
- calibrar, de vez en cuando, el sensor (22), midiendo la tensión V_{0} que suministra, durante un cierto tiempo, en ausencia de alimentación de carburante y con exceso de aire, con objeto de modificar, en consecuencia, la curva de conversión determinada.
17. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque la etapa (a_{3}) comprende las etapas
que siguen, y que consisten en:
- (a_{31})
- detectar la ausencia de alimentación de carburante del motor,
- (a_{32})
- abrir la entrada de aire del motor,
- (a_{33})
- medir repetitivamente la tensión V_{0} del sensor (22),
- (a_{34})
- calcular la media y la desviación típica de los valores de la tensión V_{0} medidos,
- (a_{35})
- seleccionar como valor de la tensión V_{0} el valor medio que corresponde a una desviación típica determinada, y,
- (a_{36})
- modificar, en consecuencia, la curva de conversión.
18. Sistema para poner en práctica el
procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes, y que comprende:
- -
- un sensor (24) de la velocidad de rotación del motor (N_{mot}),
\newpage
- -
- un sensor (20) de la presión P_{coll} del colector de admisión de aire del motor, o un dispositivo de medida del caudal de aire.
- -
- un sensor (22, 32) del contenido de hidrocarburos [HC]_{OUT} a la salida del convertidor catalítico (20),
- -
- un ordenador (30), a fin de estimar el contenido de hidrocarburos [HC]_{INES} a la entrada del convertidor catalítico, para un factor característico N_{ES} del estado de la superficie catalítica del convertidor catalítico (20), y en función de los valores proporcionados por los sensores (22, 24, 26), caracterizado porque:
- -
- el ordenador (30) estima, a partir de un modelo matemático, el valor del contenido [HC]_{INES} a la entrada del convertidor catalítico, para un factor característico N_{ES} del estado de la superficie del convertidor catalítico (20), y en función de los valores proporcionados por los sensores (22, 24, 26) a cada instante de funcionamiento del motor, y,
- -
- un comparador (34) compara el termino estimado N_{ES} con un valor umbral S y proporciona una señal de alarma AL cuando el término estimado N_{ES} alcanza el valor umbral S.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9712701A FR2769711B1 (fr) | 1997-10-10 | 1997-10-10 | Procede de surveillance du fonctionnement et du vieillissement d'un pot catalytique pour un moteur fonctionnant en melange pauvre et systeme de mise en oeuvre |
| FR9712701 | 1997-10-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2200287T3 true ES2200287T3 (es) | 2004-03-01 |
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ID=9512097
Family Applications (1)
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| DE (1) | DE69814783T2 (es) |
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| DE102009054817A1 (de) * | 2009-12-17 | 2011-06-22 | Ford Global Technologies, LLC, Mich. | Verfahren und Vorrichtung zur "On-Board"-Felerdiagnose im Betrieb eines Verbrennungsmotors |
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