ES2236148T3 - Sistema de ayuda para la regeneracion de un filtro de particulas integrado en una conduccion de escape de un motor diesel. - Google Patents
Sistema de ayuda para la regeneracion de un filtro de particulas integrado en una conduccion de escape de un motor diesel.Info
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Abstract
Sistema de ayuda a la regeneración de un filtro de partículas integrado en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil, que comprende diferentes órganos asociados al motor, entre los cuales: - medios (2) de admisión de aire en el motor, - medios (4) de reciclado de los gases de escape del motor en la entrada de éste; - un turbocompresor (5), - un catalizador de oxidación (6) dispuesto aguas arriba del filtro de partículas (7) en la línea de escape; - un sistema (8) de alimentación común de carburante de los cilindros del motor, que comprende inyectores de mando eléctrico (9, 10, 11, 12), asociados a estos cilindros, - medios (16) de adición al carburante de un aditivo destinado a depositarse en el filtro de partículas (7) para disminuir la temperatura de combustión de las partículas atrapadas en éste, - medios (20, 21, 22, 23, 24) de adquisición de informaciones relativas a diferentes parámetros del motor y de los órganos asociados a éste, caracterizado porque comprende medios (17) de control del funcionamiento de los medios (2) de admisión, de los medios (4) de reciclaje, del turbocompresor (5) y/o del sistema (8) de alimentación para gobernar el funcionamiento del motor, estando, además, adaptados estos medios para lanzar una fase de regeneración del filtro de partículas por combustión de las partículas atrapadas en éste, iniciando una fase de inyecciones múltiples de carburante en los cilindros del motor durante su fase de expansión, y porque los medios de control (17) se presentan en forma de un supervisor de autómatas de estados sincronizados durante las transiciones de estados, de los cuales, al menos, un primer autómata (27) de determinación del estado del filtro de partículas y un segundo autómata (28) de gestión y de gobierno del lanzamiento y el desarrollo de la fase de ayuda a la regeneración, estando ordenados los estados de estos autómatas secuencialmente.
Description
Sistema de ayuda para la regeneración de un
filtro de partículas integrado en una conducción de escape de un
motor Diesel.
La presente invención se refiere a un sistema de
ayuda a la regeneración de un filtro de partículas integrado en una
línea de escape de un motor Diesel de vehículo automóvil.
Se sabe que la reducción de las emisiones
contaminantes asociadas al funcionamiento de los motores de los
vehículos automóviles y, en particular, de los motores Diesel, es
una preocupación permanente de los constructores.
Se han desarrollado ya diferentes sistemas en el
estado de la técnica para reducir el nivel de estas emisiones
contaminantes, en particular, utilizando un filtro de partículas
integrado en la línea de escape.
Podrá referirse, por ejemplo, al documento
LANGKABEL G.I: LA PLUS GRANDE INVENTION DEPUIS LE MOTEUR DIESEL,
REVUE AUTOMOBILE, CH, HALLWAG S.A. BERNE, volumen 94, nº 19, 6 mai
1999 (1999-05-06), página 21, que
describe un sistema de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 1.
Sin embargo, la gestión del funcionamiento de
éste y, en particular, la gestión de su regeneración, presenta,
todavía, dificultades.
El objeto de la invención es, por tanto,
resolverlas.
Con este fin, la invención tiene por objeto un
sistema de ayuda a la regeneración de un filtro de partículas
integrado en una línea de escape de un motor Diesel de vehículo
automóvil, que comprende diferentes órganos asociados al motor,
entre los cuales:
- medios de admisión de aire en el motor,
- medios de reciclado de los gases de escape del
motor en la entrada de éste;
- un turbocompresor,
- un catalizador de oxidación dispuesto aguas
arriba del filtro de partículas en la línea de escape;
- un sistema de alimentación común de carburante
de los cilindros del motor, que comprende inyectores de mando
eléctrico, asociados a estos cilindros,
- medios de adición al carburante de un aditivo
destinado a depositarse en el filtro de partículas para disminuir
la temperatura de combustión de las partículas atrapadas en
éste,
- medios de adquisición de informaciones
relativas a diferentes parámetros de funcionamiento del motor y de
los órganos asociados a éste, caracterizado porque comprende medios
de control del funcionamiento de los medios de admisión, de los
medios de reciclaje, del turbocompresor y/o del sistema de
alimentación para gobernar el funcionamiento del motor, estando,
además, adaptados estos medios para lanzar una fase de regeneración
del filtro de partículas por combustión de las partículas atrapadas
en éste, iniciando una fase de inyecciones múltiples de carburante
en los cilindros del motor durante su fase de expansión, y porque
los medios de control se presentan en forma de un supervisor de
autómatas de estados sincronizados durante las transiciones de
estados, de los cuales, al menos, un primer autómata de
determinación del estado del filtro de partículas y un segundo
autómata de gestión y de gobierno del lanzamiento de la fase de
ayuda a la regeneración, estando ordenados los estados de estos
autómatas secuencialmente.
La invención se comprenderá mejor con la lectura
de la descripción que sigue, dada únicamente a título de ejemplo y
hecha refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
- La Fig. 1 representa un esquema sinóptico que
ilustra un motor Diesel de vehículo automóvil, y los diferentes
órganos asociados a éste, y
- La Fig. 2 ilustra la estructura de medios de
control del funcionamiento de este motor y de sus órganos.
En la figura 1, se ha representado, en efecto, un
motor Diesel de vehículo automóvil que está designado por la
referencia general 1.
Este motor Diesel está asociado a medios de
admisión de aire en la entrada de éste, que están designados por la
referencia general 2.
A la salida, este motor está asociado a una línea
de escape que está designada por la referencia general 3.
Están previstos, igualmente, medios de reciclado
de los gases de escape del motor en la entrada de éste y están
designados por el referencia general 4.
Estos medios están, entonces, interpuestos, por
ejemplo, entre la salida del motor y los medios 2 de admisión de
aire en éste.
La línea de escape puede estar asociada,
igualmente, a un turbocompresor designado por le referencia general
5 y, de modo más particular, a la porción de turbina de éste, de
modo clásico.
Finalmente, la línea de escape comprende un
catalizador de oxidación designado por la referencia general 6,
dispuesto aguas arriba de un filtro de partículas designado por la
referencia general 7, en la línea de escape.
El motor está asociado, igualmente, a un sistema
de alimentación común de carburante de los cilindros de éste. Este
sistema está designado por la referencia general 8 en esta figura y
comprende, por ejemplo, inyectores de mando eléctrico asociados a
estos cilindros.
En el ejemplo de realización representado, el
motor es un motor de cuatro cilindros y, por tanto, comprende cuatro
inyectores de mando eléctrico, respectivamente, 9, 10, 11 y 12.
Estos diferentes inyectores están asociados a una
rampa de alimentación común de carburante designada por la
referencia general 13 y unida a medios de alimentación de carburante
designados por la referencia general 14, que comprenden, por
ejemplo, una bomba de alta presión.
Estos medios de alimentación están unidos a un
depósito de carburante designado por la referencia general 15 y a
medios de adición a este carburante de un aditivo destinado a
depositarse en el filtro de partículas para disminuir la
temperatura de combustión de las partículas atrapadas en éste.
De hecho, este aditivo puede estar contenido, por
ejemplo, en un depósito auxiliar designado por le referencia
general 16 asociado al depósito de carburante 15, para permitir la
inyección de una cierta cantidad de este aditivo en el
carburante.
Finalmente, este motor y los diferentes órganos
que acaban de describirse están asociados, igualmente, a medios de
control de su funcionamiento designados por la referencia general 17
en esta figura, que comprenden, por ejemplo, un calculador 18
asociado a medios de almacenamiento de informaciones 19, y
conectado en la entrada a diferentes medios de adquisición de
informaciones relativas a diferentes parámetros de funcionamiento
de este motor y de estos órganos, estando adaptado, entonces, este
calculador para controlar el funcionamiento de los medios de
admisión, de los medios de reciclado, del turbocompresor y/o del
sistema de alimentación para gobernar el funcionamiento del motor
y, especialmente, el par generado por éste en función de las
condiciones de rodaje del vehículo, de modo clásico.
Así, por ejemplo, este calculador está unido a un
captador de presión diferencial 20 en los bornes del catalizador y
del filtro de partículas, respectivamente 6 y 7, y a captadores de
temperatura 21, 22 y 23, respectivamente aguas arriba del
catalizador, entre este catalizador y el filtro de partículas, y
aguas abajo de este filtro de partículas en la línea de escape.
El calculador recibe, igualmente, una información
del contenido de oxígeno de los gases a la entrada del motor a
partir de una sonda Lambda \lambda proporcional designada por la
referencia general 24 en esta figura, dispuesta en la entrada del
motor.
El calculador puede recibir, igualmente, una
información del contenido de oxígeno de los gases de escape del
motor a partir de otra sonda Lambda \lambda proporcional 25
integrada en la línea de escape de éste.
En salida, este calculador está adaptado para
gobernar los medios de alimentación de aire, los medios de
reciclado de los gases de escape, el turbocompresor, los medios de
adición al carburante del aditivo, los medios de alimentación de
carburante de la rampa común y los diferentes inyectores asociados
a los cilindros del motor.
En particular, este calculador está adaptado para
lanzar una fase de regeneración del filtro de partículas por
combustión de las partículas atrapadas en éste, iniciando una fase
de inyecciones múltiples de carburante en los cilindros del motor
durante su fase de expansión.
En efecto, las partículas emitidas por el motor
en el transcurso de su funcionamiento, son atrapadas en el filtro
de partículas. Conviene, entonces, regenerar éste regularmente por
combustión de estas partículas.
Ventajosamente, los medios 4 de reciclado de los
gases de escape del motor en la entrada de éste comprenden una
electroválvula proporcional que es gobernada por los medios de
control 17 en función de las informaciones facilitadas por la sonda
Lambda \lambda proporcional 24 y, eventualmente, las facilitadas
por la sonda Lambda 25, para regular el reciclado de los gases de
escape en la entrada del motor en función del contendido de oxígeno
de los gases a la entrada del motor, durante la fase de
regeneración del filtro de partículas.
Esto permite, entonces, especialmente, controlar
mejor el desarrollo de la regeneración del filtro por combustión de
las partículas.
El calculador 18 puede estar adaptado,
igualmente, para gobernar el funcionamiento del turbocompresor 5 y,
de modo más particular, su presión de consigna de sobrealimentación
a fin de regular el contenido de oxígeno de los gases a la entrada
del motor y/o el funcionamiento de los medios de control 26 de la
temperatura de los gases a la entrada del motor, que comprenden, por
ejemplo, cualquier intercambiador apropiado de modo clásico,
dispuesto a la entrada del motor.
De hecho, este calculador y, de modo más general,
los medios de control 17, se presentan, como está ilustrado en la
figura 2, en forma de un supervisor de autómatas de estados
sincronizados durante las transiciones de estados, de tipo
clásico.
En el ejemplo descrito, este supervisor
comprende, al menos, dos autómatas sincronizados, de los cuales uno
está designado por la referencia general 27 y el otro por la
referencia general 28.
Estos autómatas están sincronizados durante los
cambios de estados, como está ilustrado en 29.
El autómata de estado 27 está asociado a una
función de determinación del estado del filtro de partículas,
mientras que el autómata de gestión 28 está asociado a una función
de gestión y de gobierno del lanzamiento y el desarrollo de la fase
de regeneración del filtro de partículas, es decir, del gobierno de
la ayuda a la regeneración.
Esta estructura ha sido desarrollada para superar
las dificultades asociadas a la gestión de un número importante de
estados, especialmente, del filtro y de estrategias de gobierno del
motor, igual que a un número importante de transiciones posibles
entre estos diferentes estados o estas diferentes estrategias.
Esta estructura permite, igualmente, obtener una
cierta coherencia que facilita la comprensión de los principios de
funcionamiento de este supervisor y su evolución para simplificar
su puesta a punto.
Además, una estructura de este tipo puede ser
validada de modo automático por puesta en práctica de ensayos
unitarios, con respecto a datos experimentales, etc., lo que
permite una ganancia de tiempo en la puesta a punto y el respeto de
las especificaciones funcionales.
Esta estructura fácilmente adaptable,
especialmente, si se desea, por ejemplo, introducir un nuevo estado
del filtro o una nueva estrategia de gobierno del motor y de sus
órganos asociados, permite obtener un procedimiento coherente en la
gestión de las diferentes tareas.
Sin embargo, y para reducir el número de
transiciones de estados en estos autómatas, estos estados se ordenan
de acuerdo con una estructura secuencial, denominada, igualmente,
"en ascensor".
Los estados de cada autómata se ordenan, por
tanto, secuencialmente de acuerdo con la evolución natural de la
función correspondiente.
Así, por ejemplo, para el autómata de estado 27
de determinación del estado del filtro de partículas, estos
diferentes estados se ordenan por niveles de obstrucción creciente
de éste.
Para evolucionar del estado 1 al estado N, este
autómata debe, por tanto, pasar por los estados intermedios.
Así, el número de transiciones entre dos estados
se reduce al mínimo, puesto que, por ejemplo, una unión directa
entre el estado 1 y el estado 3 es equivalente a una sucesión de
transiciones de estados, en primer lugar, entre el estado 1 y el
estado 2, y después entre el estado 2 y el estado 3.
Esta unión directa, puede, por tanto,
suprimirse.
Naturalmente, esta unión puede conservarse
cuando, por ejemplo, por problemas de ganancia de tiempo en la
transición, es necesaria una unión directa entre dos estados.
Otro interés de este método por autómatas de
estados es que éste permite una validación por simulación.
Ésta consiste, entonces, en efectuar ensayos
unitarios automatizados aplicando secuencias de entrada elegidas
para ensayar todos los modos de funcionamiento del autómata
correspondiente, o en un análisis en simulación del comportamiento
físico del motor con el filtro de partículas, gobernado por el
supervisor.
Pueden validarse, así, las especificaciones
funcionales del supervisor.
A título de ejemplo, el autómata 27 de
determinación del estado del filtro de partículas, presenta seis
estados diferentes.
Estos seis estados son, un estado 30 de filtro de
partículas perforado, un estado 31 de filtro de partículas
regenerado, un estado 32 de filtro de partículas parcialmente
cargado, un estado 33 de filtro de partículas cargado, un estado 34
de filtro de partículas sobrecargado, y un estado 35 de filtro de
partículas obstruido.
Estos diferentes estados se determinan, por
ejemplo, por análisis de la carga del filtro y comparación de ésta
con umbrales predeterminados.
El autómata de estado 28 de control del
lanzamiento y el desarrollo de la ayuda a la regeneración,
comprende, a su vez, tres estados.
Estos estados son, un primer estado 36
correspondiente a un funcionamiento sin ayuda a la regeneración del
filtro de partículas, un segundo estado 37 de ayuda a la
regeneración de primer nivel y un estado 38 de ayuda a la
regeneración de segundo nivel.
Naturalmente, pueden preverse otros estados.
Claims (3)
1. Sistema de ayuda a la regeneración de un
filtro de partículas integrado en una línea de escape de un motor
Diesel de vehículo automóvil, que comprende diferentes órganos
asociados al motor, entre los cuales:
- medios (2) de admisión de aire en el motor,
- medios (4) de reciclado de los gases de escape
del motor en la entrada de éste;
- un turbocompresor (5),
- un catalizador de oxidación (6) dispuesto aguas
arriba del filtro de partículas (7) en la línea de escape;
- un sistema (8) de alimentación común de
carburante de los cilindros del motor, que comprende inyectores de
mando eléctrico (9, 10, 11, 12), asociados a estos cilindros,
- medios (16) de adición al carburante de un
aditivo destinado a depositarse en el filtro de partículas (7) para
disminuir la temperatura de combustión de las partículas atrapadas
en éste,
- medios (20, 21, 22, 23, 24) de adquisición de
informaciones relativas a diferentes parámetros del motor y de los
órganos asociados a éste, caracterizado porque comprende
medios (17) de control del funcionamiento de los medios (2) de
admisión, de los medios (4) de reciclaje, del turbocompresor (5)
y/o del sistema (8) de alimentación para gobernar el funcionamiento
del motor, estando, además, adaptados estos medios para lanzar una
fase de regeneración del filtro de partículas por combustión de las
partículas atrapadas en éste, iniciando una fase de inyecciones
múltiples de carburante en los cilindros del motor durante su fase
de expansión, y porque los medios de control (17) se presentan en
forma de un supervisor de autómatas de estados sincronizados
durante las transiciones de estados, de los cuales, al menos, un
primer autómata (27) de determinación del estado del filtro de
partículas y un segundo autómata (28) de gestión y de gobierno del
lanzamiento y el desarrollo de la fase de ayuda a la regeneración,
estando ordenados los estados de estos autómatas
secuencialmente.
2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el primer autómata (27) de
determinación del estado del filtro de partículas presenta seis
estados distintos, de los cuales, un estado (30) de filtro de
partículas perforado, un estado (31) de filtro de partículas
regenerado, un estado (32) de filtro de partículas parcialmente
cargado, un estado (33) del filtro de partículas cargado, un estado
(34) de filtro de partículas sobrecargado y un estado (35) de
filtro de partículas obstruido.
3. Sistema de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el segundo
autómata (28) de ayuda a la regeneración del filtro presenta tres
estados, de los cuales, un primer estado (36) de funcionamiento sin
ayuda a la regeneración, un segundo estado (37) de ayuda a la
regeneración de primer nivel y un tercer estado (38) de ayuda a la
regeneración de segundo nivel.
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