ES2236967T3 - Procedimiento para el funcionamiento de un motor diesel. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA HACER FUNCIONAR UN MOTOR DIESEL CON UN SISTEMA DE CONTROL DEL MOTOR QUE REGULA EL FUNCIONAMIENTO DEL MENCIONADO MOTOR DE ACUERDO CON CIERTAS CARACTERISTICAS, Y QUE PERMITE QUE SE REGULE LA MEZCLA DE COMBUSTIBLE DEL MOTOR ENTRE UNA MEZCLA POBRE Y UNA MEZCLA RICA. EL SISTEMA DE CONTROL DEL MOTOR TIENE UN ORDENADOR QUE HACE QUE EL MOTOR DIESEL PASE A MEZCLA RICA O POBRE, SEGUN DETERMINADOS CRITERIOS PREVIOS DE CONMUTACION, UNA UNIDAD DE SENSOR QUE COMUNICA CON DICHO ORDENADOR Y QUE SUPERVISA LOS PARAMETROS QUE SON NECESARIOS PARA LOS CRITERIOS DE CONMUTACION, Y UNA MEMORIA QUE COMUNICA IGUALMENTE CON EL ORDENADOR Y EN LA QUE SE ALMACENAN LAS CARACTERISTICAS PARA EL FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DIESEL. EL ORDENADOR EFECTUA LA CONMUTACION DE MEZCLA POBRE A MEZCLA RICA CUANDO SE CUMPLEN TODOS LOS CRITERIOS RELACIONADOS CON LA CONMUTACION, Y VUELVE A EFECTUAR UN CAMBIO DE MEZCLA RICA MEZCLA POBRE CUANDO SE CUMPLE AL MENOS UNO DE LOS CRITERIOS RELACIONADOS CON ESTA SITUACION.

Description

Procedimiento para el funcionamiento de un motor Diesel.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un motor Diesel; con un sistema de regulación del motor, el cual regula - en función de unos campos característicos - el funcionamiento del motor Diesel y el que hace posible una regulación en el funcionamiento del motor Diesel con una mezcla de combustible rica o con una mezcla de combustible pobre.

Con el fin de reducir la emisión de las sustancias nocivas de un motor Diesel, estos motores trabajan, por ejemplo, con un sistema de depuración de gas de escape, que es atravesado por el gas de escape del motor Diesel. Para la depuración pueden ser empleados los sistemas absorbedores de NOx, que se caracterizan por un elevado potencial de la capacidad de almacenamiento de NOx. Los sistemas depuradores de gas de escape de este tipo - que también son denominados catalizadores de adsorción de Nox - almacenan, bajo unas determinadas condiciones previas, los óxidos nítricos (NOx) de los motores de combustión interna, siempre que estos motores funcionen con una mezcla de combustible pobre. Un funcionamiento con una mezcla de combustible pobre existe al ser la relación de aire y combustión lambda (\lambda) mayor que 1, es decir, al tratarse de una combustión sobreestequiométrica, en la que en los gases de escape hay un oxígeno residual. Para la regeneración de tales sistemas de absorción de NOx - que, debido a su capacidad de acumulación, son conocidos también como catalizadores de adsorción - es así que se precisa un gas de escape de un efecto reductor y con el mayor elevado contenido posible del medio de reducción, con el fin de que el NOx, acumulado dentro del catalizador de adsorción de NOx, sea liberado y pueda ser transformado en el óxido nítrico N_{2}. Un motor de combustión interna produce un gas de escape con efecto reductor al tener lugar una combustión rica, es decir, una combustión subestequiométrica con \lambda < 1, en la que dentro del gas de escape hay o ningún oxígeno residual o bien solamente poco oxígeno residual.

Los motores Diesel trabajan, dentro de toda la gama de los campos característicos y como consecuencia del procedimiento de la formación de mezclas heterogéneas, con un exceso de oxígeno (\lambda > 1). Con el objeto de poder emplear en los motores Diesel - para la depuración de los gases de escape de los mismos - un sistema de adsorción de NOx, el motor Diesel también tiene que ser cambiado, durante algún tiempo, al funcionamiento de una mezcla de combustible rica, es decir, el motor Diesel ha de tener unas fases de funcionamiento, en las cuales esté prevista una combustión subestequiométrica \lambda < 1.

A través de la Patente Alemana Núm. DE 43 34 763 A1 es conocido un procedimiento para el funcionamiento de un motor de combustión interna; en este caso, dentro de un sistema de depuración de gas de escape está previsto un dispositivo para la absorción de los óxidos nítricos (NOx), el cual adsorbe el NOx al ser pobre la relación entre el aire y la combustión lambda (\lambda > 1), y el que libera el NOx adsorbido al ser rica la relación entre el aire y la combustión
(\lambda < 1). Según este conocido procedimiento, la temperatura del dispositivo de adsorción de NOx es incrementada por la inyección de combustible al gas de escape, y la misma es reducida por la aportación de aire al gas de escape, con el fin de mantener la temperatura de trabajo del dispositivo de acumulación de NOx dentro de una gama previamente fijada.

Por medio de la Patente Alemana Núm. DE 195 43 219 C1 se conoce un procedimiento de la clase mencionada al principio, en el cual está dispuesto
- corriente abajo del catalizador de acumulación - un sensor para el registro de la concentración del NOx dentro de la corriente de gas de escape, el cual ordena - al ser alcanzado un valor de umbral de acumulación de NOx, cuyo campo característico varía en función del número de revoluciones y de la carga del motor - la conmutación del motor Diesel de un funcionamiento con \lambda > 1 a un funcionamiento con \lambda < 1, con el objeto de regenerar el catalizador de acumulación durante el funcionamiento del motor Diesel con la mezcla de combustible rica (\lambda < 1). Para esta finalidad, según el conocido procedimiento es así, que un sistema de regulación del motor comprende un ordenador que efectúa, en dependencia de unos criterios de conmutación previamente determinados, la conmutación al funcionamiento de mezcla de combustible rica o de mezcla de combustible pobre del motor Diesel; comprende un sistema sensor, que está en comunicación con el ordenador y que controla los parámetros, que son necesarios para los criterios de conmutación; como asimismo comprende este sistema de regulación una memoria, que se comunica con el ordenador y en la cual se encuentran memorizados los campos característicos para el funcionamiento del motor Diesel.

A través de la Patente Alemana Núm. DE 19 607 151 C1 es conocido un procedimiento para la regeneración de un catalizador de acumulación de NOx, según el cual es iniciada - en función de la cantidad límite de las combinaciones de NOx, la cual es emitida por el catalizador de acumulación de NOx - una fase de regeneración. A este efecto, está previsto controlar durante la fase de la regeneración el estado de carga del catalizador de acumulación de NOx e interrumpir esta fase de regeneración al reducirse el estado de carga hasta por debajo de una carga mínima.

Por regla general, un motor Diesel es accionado de tal modo, que se pueda producir un máximo desarrollo de su potencia con un consumo mínimo de combustible. De forma adicional, en una regulación del motor son tenidas en consideración otras condiciones marginales como, por ejemplo, los valores de emisión de gases de escape; la formación de humos; así como la silenciosidad en el funcionamiento. Las mencionadas exigencias tienen por consecuencia que un motor Diesel esté optimado, por regla general, para un funcionamiento con mezcla de combustible pobre. En un sistema de depuración de gas de escape con un catalizador de acumulación, este funcionamiento óptimo del motor Diesel, sin embargo, tiene que ser interrumpido, durante algún tiempo, a favor de un funcionamiento con mezcla de combustible rica, durante el cual es regenerado el catalizador de adsorción.

La presente invención tiene el objeto de perfeccionar un procedimiento de la clase mencionada al principio, y esto de tal manera que sea mejorado el comportamiento del funcionamiento de conjunto del motor Diesel, teniendo para ello en cuenta las fases alternas de un funcionamiento con mezcla de combustible pobre y con mezcla de combustible rica; procedimiento éste que ha de facilitar un funcionamiento alterno entre la mezcla de combustible pobre y la mezcla de combustible rica, el cual sea especialmente efectivo y pueda ser controlado de una manera sencilla, a efectos de un más eficaz empleo de un elemento catalizador de acumulación.

De acuerdo con la presente invención, este objeto se consigue por medio de un procedimiento con las características indicadas en la reivindicación de patente 1). Las características de las reivindicaciones secundarias indican unas convenientes formas para la realización de la presente invención así como unas ampliaciones de las mismas.

La presente invención está basada en la idea general de prever unos criterios especiales para una conmutación del funcionamiento con mezcla de combustible pobre al funcionamiento con mezcla de combustible rica del motor Diesel, así como de prever unos criterios especiales para la conmutación de retorno del funcionamiento con mezcla de combustible rica al funcionamiento con mezcla de combustible pobre; en este caso, la conmutación al funcionamiento con mezcla de combustible rica - el cual es menos favorable en lo que se refiere al funcionamiento del motor - solamente es llevada a efecto al estar cumplidos todos los criterios de conmutación, previstos para ello, y al ser efectuada la conmutación de retorno al funcionamiento con mezcla de combustible pobre - el cual es más favorable en cuanto al comportamiento del funcionamiento del motor - o bien una interrupción del funcionamiento con mezcla de combustible rica al estar ya cumplido uno de los criterios de conmutación previstos al efecto. A través de estas medidas constructivas, existe la posibilidad de elegir los criterios de conmutación de tal manera que, por un lado, el funcionamiento del motor Diesel con la mezcla de combustible rica solamente tenga lugar al ser esto necesario para la regeneración del sistema de adsorción y que, por el otro lado, este funcionamiento con mezcla de combustible rica sea efectuado solamente durante tanto tiempo como esto sea necesario para una regeneración del sistema de adsorción, y/o el funcionamiento con mezcla de combustible rica sea finalizado o interrumpido al ser esto necesario para el mantenimiento de un determinado comportamiento de funcionamiento del motor.

Como el criterio de conmutación especial para conmutar el motor Diesel de un funcionamiento con mezcla de combustible pobre a un funcionamiento con mezcla de combustible rica es empleado, según el procedimiento de la presente invención, el mantenimiento de la temperatura de regeneración de un elemento catalizador de acumulación, por el cual pasan los gases de escape del motor Diesel.

A través del mantenimiento de la temperatura de regeneración del catalizador de acumulación o de adsorción, pueden ser acortados el tiempo de regeneración y, por consiguiente, la duración de la fase de un funcionamiento con la mezcla de combustible rica, al tenerse presente que este catalizador de acumulación tiene - solamente por encima de una determinada temperatura - la capacidad de liberar el NOx adsorbido y de transformar éste al mismo tiempo en el oxígeno molecular N^{2}.

Según una ampliación de la forma de realización del procedimiento de la presente invención es así, que para el control de la temperatura de generación puede ser empleado un sensor de temperatura que, por delante de la entrada del elemento catalizador de acumulación, está dispuesto dentro del ramal de gases de escape y que se comunica con un sistema sensor; en este caso, la temperatura de regeneración - a la cual puede ser llevada a efecto la conmutación al funcionamiento con la mezcla de combustible rica - se encuentra, de forma preferente, dentro de una gama de temperaturas previamente determinadas.

En una forma de realización especial para el dispositivo depurador de gases de escape del motor Diesel, resulta que por delante del elemento catalizador de acumulación puede estar dispuesto un elemento catalizador que consume oxígeno, sobre todo un catalizador de oxidación. Según una conveniente forma para la realización del procedimiento de la presente invención es así que, en un sistema convertidor estructurado de esta manera, el sensor de temperatura puede estar dispuesto entre el elemento catalizador de acumulación y el elemento catalizador, que consume el oxígeno, por lo cual pueden ser efectuados, aparte de un control de la temperatura de regeneración, también una vigilancia de la liberación de la energía como consecuencia de las reacciones exotérmicas dentro del elemento catalizador, que consume el oxígeno.

Como otro criterio para la conmutación, el cual tiene que estar cumplido para el cambio del funcionamiento con la mezcla de combustible pobre al funcionamiento con la mezcla de combustible rica, puede ser empleada, según el procedimiento de la presente invención, la existencia de un determinado estado de carga de un elemento catalizador de acumulación, por el cual pasan los gases de escape del motor Diesel. Esta medida constructiva evita una excesiva frecuencia en la conmutación al funcionamiento con la mezcla de combustible rica, con lo cual se mejora de una manera considerable el comportamiento del funcionamiento de conjunto del motor Diesel. Con el objeto de registrar el estado de carga del elemento catalizador de acumulación pueden ser efectuadas varias medidas.

Según una preferida forma para la realización del procedimiento de la presente invención, resulta que el estado de la carga del elemento catalizador de acumulación puede ser registrado a través de unos campos característicos, en los cuales están memorizados la capacidad de acumulación del elemento catalizador de acumulación, en función de la temperatura del mismo y de su estado de carga, así como los valores de emisión de gas de escape del motor Diesel en función del estado de funcionamiento del motor. Por medio de estos campos característicos, y partiendo de un estado de carga inicial, es determinado - a la iniciación de un funcionamiento con la mezcla de combustible pobre - el incremento de la carga por unidad de tiempo y es calculado el respectivo estado de la carga actual.

Según una ampliación de la forma de realización del procedimiento de la presente invención pueden estar previstos, de una manera conveniente, unos sensores de NOx que se comunican con el sistema sensor y los que están dispuestos, dentro del ramal del gas de escape, por delante y por detrás del elemento catalizador de acumulación, y por medio de los cuales es controlada - a efectos de la determinación del estado de carga del elemento catalizador de acumula-
ción - la cantidad de NOx, que ha sido adsorbida por éste último.

Según otra forma de realización del procedimiento de la presente invención es así que, para la determinación del estado de carga del catalizador de acumulación, está previsto un sensor de NOx, que está en comunicación con el sistema sensor y el que, dentro del ramal del gas de escape, está dispuesto por detrás del elemento catalizador de acumulación para así controlar la cantidad de NOx, que sale del elemento catalizador de acumulación. En este caso, al estado de carga previamente determinado - al cual ha de ser efectuada una conmutación al funcionamiento con mezcla de combustible rica - está asignado un valor máximo previamente establecido para la detectada cantidad de NOx.

En una forma de realización especialmente conveniente del procedimiento de la presente invención es así que, como criterio de conmutación para cambiar el motor Diesel del funcionamiento con mezcla de combustible pobre al funcionamiento con mezcla de combustible rica, es aplicada la existencia de un funcionamiento del motor, el cual es estacionario o quasi-estacionario. Por medio de esta medida, es posible adaptar el comportamiento del funcionamiento del motor Diesel - de una manera relativamente sencilla y durante su funcionamiento con una mezcla de combustible rica - al correspondiente comportamiento en el funcionamiento con una mezcla de combustible pobre y esto de tal modo que, por ejemplo, en lo que se refiere al desarrollo de la potencia del motor Diesel, por parte del conductor no pueda ser observada, por regla general, ninguna variación.

Conforme a una ampliación de la forma de realización del procedimiento de la presente invención resulta que, para la detección de un estado de funcionamiento estacionario o quasi-estacionario del motor, por medio del sistema sensor pueden ser controlados unos valores de señal, que se encuentran en correlación con el número de revoluciones del motor y/o con la posición del peal y/o con la cantidad de combustible inyectada y/o la temperatura del gas de escape - por ejemplo, por delante de un turboalimentador de gas de escape - y/o con el momento de giro del motor y/o están en correlación con la carga del motor. A este efecto, con preferencia se recurren a las señales con respecto al número de revoluciones del motor y a la posición del pedal, las que están disponibles, de todos modos, para el sistema de control electrónico del motor o de la regulación del mismo. Como punto de referencia para un estado estacionario o quasi-estacionario en el funcionamiento del motor pueden servir la potencia o la carga actualmente aplicada del motor, que pueden ser determinadas, por ejemplo, por medio de la cantidad de inyección actual y por el número de revoluciones momentáneo del motor. Una eficiente indicación sobre el estado del motor también es posible a través de un sensor, que detecta el momento de giro del motor.

De una manera conveniente, el sistema de regulación del motor detecta - según otra forma para la realización del procedimiento de la presente invención - la existencia de un estado estacionario o quasi-estacionario del funcionamiento del motor al no sobrepasar las variaciones de las señales vigiladas, durante unas unidades de tiempo previamente determinadas, unos valores de umbral previamente establecidos.

Además, en el procedimiento de la presente invención es así que, como un criterio adicional o criterio alternativo para un retorno del motor Diesel de su funcionamiento con mezcla de combustible rica al funcionamiento con mezcla de combustible pobre, es empleado el transcurso de un tiempo de regeneración que - en función del respectivo estado de carga del elemento catalizador de acumulación (27), que es atravesado por los gases de escape del motor Diesel - queda establecido previamente al comienzo de la fase del funcionamiento con mezcla de combustible rica.

El respectivo tiempo de regeneración - dentro del cual pueden ser conseguidas una liberación y una transformación prácticamente completas de los óxidos nítricos acumulados - está en función del correspondiente estado de funcionamiento del motor Diesel. Al ser conocidos tanto la composición del gas de escape - en cuanto a los agentes reductores como son el monóxido de carbono (CO) y los hidrocarburos
(HC) - la que se presenta con este estado de funcionamiento del motor durante una fase con mezcla con combustible rica, como el estado de carga del catalizador de acumulación en el momento de una conmutación al funcionamiento del motor con una mezcla de combustible rica, para cada estado del funcionamiento del motor puede ser deducido, de la corriente volumétrica de gas de escape existente así como de las correspondientes ecuaciones de reacción química, un establecimiento previo de tiempo relativamente exacto, dentro del cual puede ser proporcionada la cantidad o la masa de agentes reductores, la cual sea necesaria para una completa regeneración del catalizador de acumulación. Según una ampliación de esta forma de realización del procedimiento de la presente invención, es así que este tiempo de regeneración del elemento catalizador de acumulación es determinado, de manera preferente, por medio de unos campos característicos, en los cuales el tiempo de regeneración está establecido en función del estado de funcionamiento del motor así como del estado de carga del catalizador de acumulación.

Además, según el procedimiento de la presente invención, como un criterio adicional o criterio alternativo de conmutación para un retorno del motor Diesel de un funcionamiento con mezcla de combustible rica a un funcionamiento con mezcla de combustible pobre sirve, además, la existencia de un estado de carga previamente determinado para un elemento catalizador de acumulación, por el cual pasan los gases de escape del motor Diesel. En este caso, y según una conveniente forma de realización de este procedimiento, el estado de descarga del catalizador de acumulación puede estar vigilado, otra vez, por medio de unos campos característicos, en los cuales el tiempo de regeneración para un elemento catalizador de acumulación se encuentra memorizado en función del estado del funcionamiento del motor y del estado de la carga del catalizador de acumulación.

Según una forma especialmente conveniente para la realización del procedimiento de la presente invención resulta, que el estado actual de la carga - durante el funcionamiento tanto con mezcla de combustible pobre como con mezcla de combustible rica - es determinado por el hecho de que, por un lado, este estado de la carga es fijado, al comienzo de un funcionamiento con mezcla de combustible pobre, del estado de carga al comienzo de un funcionamiento con mezcla de combustible rica, y deducida la descarga
- asignada sobre todo según los campos característicos - durante la fase del funcionamiento con mezcla de combustible rica, y de que, por el otro lado, el estado de la carga es determinado, al inicio de un funcionamiento con mezcla de combustible rica, del estado de carga al inicio de un funcionamiento con mezcla de combustible pobre más la carga - asignada sobre todo según los campos característicos - durante la fase del funcionamiento con mezcla de combustible pobre; en este caso, tanto para la carga como para la descarga están previstos los correspondientes campos característicos.

Como otro criterio adicional o criterio alternativo para una conmutación de retorno del funcionamiento con mezcla de combustible rica al funcionamiento con mezcla de combustible pobre del motor Diesel sirve, según el procedimiento de la presente invención, la existencia de un contenido en los agentes reductores, previamente determinado dentro de los gases de escape por detrás de un elemento catalizador de acumulación. Por medio de esta medida puede ser detectada una ruptura de los agentes reductores por el catalizador de acumulación. Una tal ruptura de los agentes reductores se produce si, después de una completa desorción y transformación de los óxidos nítricos acumulados, el motor Diesel sigue trabajando con el funcionamiento de mezcla de combustible rica. Una ruptura de este tipo de los agentes reductores es supuesta, por ejemplo, en el caso en el cual sea sobrepasado un valor de umbral previamente determinado de la emisión de hidrocarburos HC y/o de la emisión de CO del catalizador de emisión; a este efecto, este valor de umbral queda fijado - de forma preferente dentro de los campos característicos - en función de la proporción entre el monóxido de carbono y los hidrocarburos dentro del gas de escape del motor Diesel durante su funcionamiento con una mezcla de combustible rica.

Con el fin de determinar el contenido de los agentes reductores dentro de los gases de escape por detrás del catalizador de acumulación, según una ampliación de la forma de realización del procedimiento de la presente invención es así, que dentro del ramal del gas de escape y por detrás del catalizador de acumulación puede estar dispuesto por lo menos un sensor de los agentes reductores, el cual está realizado como un sensor de HC o como un sensor de CO o bien como una sonda Lambda.

Al tratarse de un motor Diesel con un sistema convertidor, a continuación de cuyo catalizador, de acumulación está dispuesto un elemento catalizador de DeNOx, resulta que, según una conveniente forma para la realización del procedimiento de la presente invención, el sensor de los agentes reductores puede estar dispuesto entre el elemento catalizador de acumulación y este elemento catalizador de DeNOx.

Además, según el procedimiento de la presente invención es así, que como un criterio adicional o como un criterio alternativo para una conmutación de retorno del funcionamiento con una mezcla de combustible rica al funcionamiento con una mezcla de combustible pobre del motor Diesel es aplicada la existencia de una temperatura de los gases de escape, la cual se encuentra por debajo de un valor de umbral previamente determinado. Para la detección de la temperatura de los gases de escape puede estar previsto
- según una ampliación de la forma de realización del procedimiento de la presente invención - un sensor de temperatura que, dentro del ramal de gas de escape, está dispuesto por delante del elemento catalizador de acumulación - por el cual pasan los gases de

\hbox{escape -}

y el mismo se encuentra en comunicación con un sistema sensor.

Una forma de realización de este tipo es de gran ventaja, sobre todo en el caso en el cual el sistema convertidor, que está dispuesto a continuación del motor Diesel, tenga un elemento catalizador, que consume el oxígeno y que está situado por delante del catalizador de acumulación. Al causar las reacciones exotérmicas - que se producen dentro de este elemento catalizador con consumo de oxígeno - un aumento en la temperatura, de tal manera que la temperatura de los gases de escape sobrepase un determinado valor límite dentro de la zona de entrada del catalizador de acumulación, se encuentra en peligro. la estabilidad térmica, tanto del catalizador como de otras partes componentes del motor, por lo cual es necesaria una conmutación de retorno al funcionamiento con una mezcla de combustible pobre. En este supuesto, el sensor de temperatura está dispuesto, con preferencia, entre el elemento catalizador de acumulación y el elemento catalizador, que consume el oxígeno y el que está situado por delante del primer elemento catalizador.

De acuerdo con una ampliación de la forma de realización del procedimiento de la presente invención es así que, como criterio de conmutación para un retorno del funcionamiento con una mezcla de combustible rica al funcionamiento con una mezcla de combustible pobre del motor Diesel, es aplicada la existencia de un estado inestacionario del funcionamiento del motor. Para la detección de un estado inestacionario del funcionamiento del motor pueden ser controladas, otra vez, unas señales - sobre todo por medio del sistema sensor - que están en correlación con el número de revoluciones del motor y/o con la posición del pedal y/o con la cantidad de combustible inyectado y/o con la temperatura de los gases de escape - preferentemente por delante de la entrada de un turboalimentador de gas de escape - y/o están correlacionadas con el momento de giro del motor y/o con la carga del mismo. De manera preferente, en una forma de realización de este tipo para el procedimiento de la presente invención, resulta que el sistema de control del motor detecta esta existencia de un estado inestacionario en el funcionamiento del motor al sobrepasar las variaciones en los valores de señal controlados, durante unas unidades de tiempo previamente establecidas, unos valores de umbral previamente determinados.

Según una forma de realización especialmente conveniente para un procedimiento conforme a la presente invención - en el cual puede ser efectuada una conmutación al funcionamiento con una mezcla de combustible rica al existir un estado estacionario o un estado quasi-estacionario en el funcionamiento del motor y en el cual es llevada a efecto una conmutación de retorno al funcionamiento con una mezcla de combustible pobre al producirse un estado inestacionario en el funcionamiento del motor - puede estar previsto, que las unidades de tiempo y los valores de umbral, que han sido previamente determinados para la detección de un estado inestacionario en el funcionamiento del motor, se diferencien de las unidades de tiempo y de los valores de umbral previamente determinados para la detección de un estado estacionario o quasi-estacionario del funcionamiento del motor. Esta medida hace posible una óptima adaptación de los criterios de la conmutación, tanto a un elevado confort en la conducción como asimismo a un comportamiento de un funcionamiento económico y, a la vez, ecológico del motor.

Otras importantes características y ventajas de la presente invención pueden ser apreciadas en las reivindicaciones secundarias; en la Figura; así como en la descripción, relacionada a continuación para un preferido ejemplo de realización, que está representado en el plano adjunto.

La Figura única de este plano muestra, de una manera esquematizada, la forma de disposición de un motor Diesel; con el retorno de los gases de escape; con el turboalimentador de gas de escape; con el dispositivo depurador de gas de escape y con el sistema de control del motor; en conjunto con las correspondientes tuberías, que unen los individuales grupos funcionales con el sistema de control del motor.

Según lo indicado en la Figura 1, un turboalimentador de gas de escape 1 aspira - por su lado de entrada al compresor y conforme a la flecha a - el aire fresco que pasa, a una presión aumentada de forma correspondiente, por un recuperador térmico 2 para así alcanzar un punto de estrangulamiento 3 dentro de la tubería de aspiración 4.

En el punto de estrangulamiento 3 está dispuesta una compuerta de estrangulamiento 5 que, a través de un elemento de ajuste 6, puede ser accionada mediante un mecanismo de ajuste 7, que es accionado por una fuerza auxiliar. Después del punto de estrangulamiento 3, el aire fresco atraviesa, en primer lugar, un tubo de aspiración 16 para luego alcanzar una cámara colectora de aire 8, desde la cual el aire fresco es aportado - a través de los separados tractos de aspiración 9 - a las zonas de combustión del motor Diesel 10. Dentro de cada uno de los tractos de aspiración 9 está prevista una respectiva compuerta de estrangulamiento 11 que, conforme a este ejemplo de realización, pueden ser accionadas - a través de un elemento de ajuste común 12 - por un mecanismo de ajuste 13 13, que es impulsado por medio de una fuerza auxiliar.

Corriente abajo del motor 10, los gases de escape, que se han formado durante la combustión, se acumulan dentro de una cámara colectora de gas de escape 14 y son aportados, en parte, hacia el lado de la entrada de la turbina del turboalimentador de gas de escape 1. Además, esta cámara colectora de gas de escape 14 comunica con una tubería de retorno de gas de escape 15 que desemboca en el tubo de aspiración 16, es decir, que desemboca, después del punto de estrangulamiento 3 y antes de la cámara colectora de aire 8, en la tubería de aspiración de aire 4.

Dentro de la zona de la desembocadura de la tubería de retorno de gas de escape 15, en la tubería de aspiración 16 está dispuesta una válvula 17 que, a través de un elemento de ajuste 19, puede ser impulsada por un mecanismo de ajuste 19, que es accionado por una fuerza auxiliar. Según el ejemplo de realización aquí representado, esta tubería de retorno de gas de escape 15 se encuentra en un intercambio térmico con un recuperador térmico 20, de tal manera que, dado el caso, pueda ser conseguida una refrigeración del gas de escape, que está siendo retornado.

La sección transversal de la entrada a la turbina y/o de la corriente volumétrica del gas de escape, la cual atraviesa la turbina, puede ser variada por medio de un elemento de ajuste 21, que es impulsado por un mecanismo de ajuste 22, que, a su vez, es accionado por una fuerza auxiliar. Después de pasar por la turbina del turboalimentador de gas de escape 1, estos gases de escape son conducidos - de forma correspondiente a la flecha b - hacia un sistema depurador de gas de escape o sistema convertidor 26. Según indica la flecha c, los gases de escape, una vez depurados, son evacuados hacia el medio ambiente a través de, por ejemplo, un tubo de escape, que aquí no ha sido indicado.

Este sistema convertidor 26 se compone de un elemento catalizador de adsorción o acumulación 27; de un elemento catalizador 28, que consume el oxígeno y que está dispuesto por delante del primero y el que, de forma preferente, está realizado como un catalizador de oxidación; como asimismo se compone este sistema convertidor de un elemento catalizador de DeNOx, que está situado a continuación del catalizador de adsorción de NOx. Por consiguiente, el sistema convertidor 26 se compone de varios elementos parciales 27, 28 y 29, dentro de los cuales tienen lugar unas distintas reacciones químicas. Estos elementos parciales 27, 28 y 29, pueden estar dispuestos de tal modo, que el catalizador de oxidación 28 se encuentre situado relativamente cerca y por delante del catalizador de adsorción 27, mientras que el catalizador de DeNOx 29 esté dispuesto de forma relativamente alejada del catalizador de adsorción 27. De esta manera, la temperatura de los gases de escape puede bajar o ser bajada durante el recorrido de la corriente desde el catalizador de adsorción 27 hacia el catalizador de DeNOx 29.

Un catalizador de oxidación 28 es empleado con el fin de extraer de los gases de escape del motor Diesel el restante contenido en oxígeno. Durante el funcionamiento del motor Diesel con una mezcla de combustible pobre, este hecho tiene por efecto que sea incrementada la capacidad de acumulación del catalizador de adsorción 27 para el NOx, habida cuenta de que no se pierde nada de la capacidad de acumulación a causa de una acumulación involuntaria del oxígeno (O_{2}). No obstante, el catalizador de oxidación 28 es también útil para un funcionamiento con una mezcla de combustible rica. Concretamente en base a la formación de la mezcla heterogénea dentro del motor Diesel resulta que, también con una relación subestequiométrica del aire de combustión en su conjunto
(\lambda < 1), los gases de escape Diesel no están completamente exentos de oxígeno. Por consiguiente, durante el funcionamiento con una mezcla de combustible rica, este catalizador de oxidación 28 surte el efecto de un incremento en la velocidad de regeneración. Además, como consecuencia de la reacción exotérmica - o reacción con liberación de energía térmica, que tiene lugar dentro del catalizador de oxidación 28 - puede ser alcanzada antes la temperatura de funcionamiento del catalizador de adsorción 27.

Un catalizador de DeNOx 29 es empleado con el fin de reducir - en aquellas fases de funcionamiento, en las cuales el catalizador de adsorción 27 no trabaja correctamente - los óxidos nítricos NOx, que atraviesan el catalizador de adsorción 27 y que no han sido adsorbidos. Las fases de funcionamiento de este tipo, en las que el catalizador de adsorción 27 no funciona de forma óptima, existen, por ejemplo, en aquellos casos en los que el aportado gas de escape se encuentra por fuera de la gama de temperaturas de funcionamiento del catalizador de adsorción 27 o bien al estar este catalizador de adsorción 27 saturado en un grado muy elevado. Con el objeto de producir, a través del catalizador de adsorción 27, un NOx de "ruptura" es así, que dentro del catalizador de DeNOx 29 están acumulados unos agentes reductores, que pueden ser liberados para una reducción de los óxidos nítricos. Esta carga del catalizador de DeNOx 29 puede ser efectuada, por el interior del motor y, por ejemplo, durante el funcionamiento con una mezcla de combustible rica, si los correspondientes agentes reductores atraviesan el catalizador de adsorción 27 de una manera incrementada cerca del final de la fase de regeneración del mismo. Asimismo es posible realizar - por ejemplo, por medio de una inyección especial del combustible - una aportación de los agentes reductores por fuera del motor.

Dentro de la corriente del gas de escape están dispuestos - entre el catalizador de oxidación 28 y el catalizador de adsorción 27 - un sensor de temperatura 30 así como un primer sensor de NOx 31. Entre el catalizador de adsorción 27 y el catalizador de DeNOx 29 están previstos - dentro de la corriente del gas de escape - un segundo sensor de NOx 32 así como un sensor de hidrocarburos HC 33.

El motor Diesel es controlado y regulado mediante un sistema de control y de regulación 23 del motor; a este efecto, el sistema está unido - a través de unos conductores - con los correspondientes grupos funcionales del motor Diesel 10. Por ejemplo, en la Figura 1 está indicado un conductor 24, que comunica el sistema de regulación 23 del motor con el dispositivo de inyección 25 del motor Diesel 10. Otros conductores o líneas 34, 35, 36 y 37, comunican el sistema de regulación 23 del motor con los mecanismos de ajuste 22, 13, 19 y 7. Además, el sistema de regulación 23 del motor está en comunicación - a través de las líneas de unión 38, 39, 40 y 41 - con el sensor de temperatura 30; con los sensores de NOx, 31 y 32, así como con el sensor de HC 33. El sistema de regulación 23 del motor comunica asimismo con un sistema sensor, que aquí no ha sido indicado y el que, a través de unos sensores, detecta los distintos parámetros del motor Diesel 10, en especial los del sistema convertidor 26.

En el sistema de regulación 23 del motor están integrados un ordenador o microprocesador así como una memoria, que comunica con el mismo. Dentro de esta memoria están memorizados, por un lado, los campos característicos para un funcionamiento del motor Diesel 10 con una mezcla de combustible pobre y, por el otro lado, también los campos característicos para el funcionamiento de este motor Diesel con una mezcla de combustible rica. Por medio de un interruptor de software o equipo lógico es determinado según qué curvas características tiene que ser regulado el motor Diesel 10 por el sistema de regulación 23 del mismo. En este caso, la posición del interruptor del software está en función de unos criterios de conmutación, cuya presencia es comprobada constantemente por el ordenador. A los efectos de vigilar los criterios de una conmutación, el ordenador puede recurrir, por un lado, a las señales o a unos valores de señales, que ya están previstos, de todos modos, dentro del sistema de regulación del motor y como son, por ejemplo, el número de revoluciones del motor y la posición del pedal acelerador. Por el otro lado, para la vigilancia de otros criterios de una conmutación también pueden ser tenidos en consideración unas señales o los valores de unas señales adicionales.

A título de ejemplo, el sensor de temperatura 30 puede ser empleado para medir la temperatura del gas de escape por delante de la entrada al elemento catalizador de acumulación 27. Por lo tanto, un criterio para la conmutación al funcionamiento con una mezcla de combustible rica puede ser, por ejemplo, el mantenimiento de una determinada temperatura de regeneración, la cual ha de regir dentro del catalizador de acumulación 27. No obstante, por medio del sensor de temperatura 30 también puede ser detectada una temperatura límite, a la cual se hace necesaria una conmutación de retorno al funcionamiento con una mezcla de combustible pobre debido a que, por ejemplo, sean alcanzadas unas temperaturas dentro de la gama del límite de una carga térmica del catalizador de acumulación 27 y de otras partes componentes del motor. Este sensor de temperatura 30 permite, además, un muy preciso calentamiento adicional por medio de unas reacciones exotérmicas dentro del catalizador de oxidación 28, con el objeto de poner el catalizador de adsorción 27 en el menor tiempo posible a una temperatura óptima para el funcionamiento.

Por medio de los dos sensores de NOx, 31 y 32 - que dentro del ramal del gas de escape están dispuestos por ambos lados del catalizador de acumulación 27 - puede ser determinado, de una manera especialmente sencilla, el respectivo estado actual de la carga del catalizador de acumulación 27.

El sensor de hidrocarburos HC 33, dispuesto dentro de la zona de la salida del catalizador de acumulación 25, está previsto para la detección de los agentes reductores, que salen del catalizador de adsorción 27. Al sobrepasar la cantidad de los agentes reductores - la cual existe dentro de la corriente de gases de escape, por detrás del catalizador de adsorción 27 - un valor de umbral previamente determinado, esto representa, para el funcionamiento con una mezcla de combustible rica, que el catalizador de acumulación 27 está completamente regenerado y ello significa, para el funcionamiento con una mezcla de combustible pobre, que dentro del catalizador de acumulación 27 existe un error en el funcionamiento. En lugar de un sensor de hidrocarburos HC también pueden estar previstos - adicionalmente o como una alternativa - otros tipos de sensores para los agentes reductores como, por ejemplo, un sensor de CO o una sonda Lambda.

Claims (17)

1. Procedimiento para el funcionamiento de un motor Diesel; con un sistema de regulación del motor el que, en función de unos campos característicos, regula el funcionamiento del motor Diesel y facilita una regulación de este motor en cuanto al funcionamiento con una mezcla de combustible rica y al funcionamiento con una mezcla de combustible pobre; procedimiento éste que tiene las características siguientes:

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El sistema de regulación (23) del motor comprende:

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Un ordenador que realiza, en función de unos criterios de conmutación previamente establecidos, la conmutación del motor Diesel (10) a un funcionamiento con una mezcla de combustible rica o a un funcionamiento con una mezcla de combustible pobre;

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Un sistema sensor, que comunica con el ordenador y el cual controla los parámetros que son necesarios para los criterios de una conmutación; como asimismo comprende este sistema de regulación;

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Una memoria, que también comunica con el ordenador y en la cual están memorizados los campos característicos para el funcionamiento del motor Diesel (10);

En este caso, el ordenador lleva a efecto una conmutación del funcionamiento con una mezcla de combustible pobre a un funcionamiento con una mezcla de combustible rica al estar cumplidos todos los criterios de conmutación siguientes:

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El mantenimiento de la temperatura de regeneración de un elemento catalizador de acumulación (27), por el cual pasan los gases de escape del motor Diesel (10); así como

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La existencia de un determinado estado de funcionamiento del elemento catalizador de acumulación (27), que es atravesado por los gases de escape del motor Diesel (10);

Procedimiento éste que está caracterizado porque el ordenador efectúa una conmutación de retorno del funcionamiento con una mezcla de combustible rica al funcionamiento con una mezcla de combustible pobre al estar cumplido por lo menos uno de los criterios de conmutación siguientes:

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El transcurso de un tiempo de regeneración que, al comienzo de la fase del funcionamiento con la mezcla de combustible rica, es determinado previamente en función del respectivo estado de la carga del elemento catalizador de acumulación (27), por el cual pasan los gases de escape del motor Diesel (10);

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La existencia de un contenido previamente determinado de los agentes reductores dentro de los gases de escape por detrás del elemento catalizador de acumulación (27);

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La existencia de una temperatura del gas de escape, la cual esté por debajo de un valor de umbral previamente determinado; o bien

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La existencia de un estado inestacionario en el funcionamiento del motor.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1) y caracterizado porque como otro criterio adicional - que también ha de estar cumplido para una conmutación del motor Diesel (10) del funcionamiento con una mezcla de combustible rica al funcionamiento con una mezcla de combustible pobre - es aplicada la existencia de un estado estacionario o quasi-estacionario en el funcionamiento del motor.

3. Procedimiento conforme a la reivindicación 2) y caracterizado porque, a efectos de la detección de estado estacionario o quasi-estacionario en el funcionamiento del motor y/o de un estado inestacionario en el funcionamiento del motor, por medio del sistema sensor son vigilados los valores de unas señales del número de revoluciones del motor y/o de la posición del pedal acelerador y/o de una cantidad de combustible inyectada y/o de la temperatura de los gases de escape - en especial por delante de la entrada de un turboalimentador de gas de escape (1) - y/o del momento de giro del motor y/o de la carga del motor.

4. Procedimiento conforme a la reivindicación 3) y caracterizado porque:

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El sistema de regulación (23) del motor detecta la existencia de un estado estacionario o bien quasi-estacionario en el funcionamiento del motor al no sobrepasar las variaciones en los controlados valores de las señales durante unas unidades de tiempo previamente establecidas unos valores de umbral determinados con antelación; y/o

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El sistema de regulación (23) del motor detecta la existencia de un estado inestacionario en el funcionamiento del motor al sobrepasar las variaciones en los controlados valores de las señales durante unas unidades de tiempo previamente establecidas unos valores de umbral determinados con antelación.

5. Procedimiento conforme a la reivindicación 4) y caracterizado porque las unidades de tiempo y los valores de umbral, determinados previamente para la detección de un estado inestacionario en el funcionamiento del motor, se diferencian de las unidades de tiempo y de los valores de umbral establecidos con antelación para la detección de un estado estacionario o quasi-estacionario en el funcionamiento del motor.

6. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 5) y caracterizado porque, a efectos del control de la temperatura de la regeneración, es empleado un sensor de temperatura (30) que, dentro del ramal del gas de escape, está dispuesto por delante de la entrada del elemento catalizador de acumulación (27), y este sensor comunica con el sistema sensor.

7. Procedimiento conforme a la reivindicación 6) y caracterizado porque, a efectos del control de la temperatura de la regeneración, el sensor de temperatura (30) está dispuesto entre el elemento catalizador de acumulación (27) y un elemento catalizador de consumo de oxígeno (28) que, dentro del ramal del gas de escape, está situado por delante del primer elemento catalizador, y el mismo está realizado sobre todo en forma de un catalizador de oxidación.

8. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 7) y caracterizado porque el estado de la carga del elemento catalizador de acumulación (27) queda registrado por medio de unos campos característicos, dentro de los cuales están memorizados la capacidad de acumulación del elemento catalizador de acumulación (27), en función de la temperatura del mismo así como el estado de la carga y los valores de emisión de los gases de escape del motor Diesel (10), en función del estado de funcionamiento del motor.

9. Procedimiento conforme a la reivindicación 8) y caracterizado porque, para la determinación del estad de la carga del elemento catalizador de acumulación (27), están previstos unos sensores de NOx (31 y 32), que están en comunicación con el sistema sensor y los que, dentro del ramal del gas de escape, están dispuestos por delante y por detrás, respectivamente, del elemento catalizador de acumulación (27) y por medio de los mismos es controlada la cantidad de NOx, que es adsorbida por este catalizador de acumulación (27).

10. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 7) y caracterizado porque, para la determinación del estado de la carga del elemento catalizador de acumulación (27), está previsto un sensor NOx (32), que comunica con el sistema sensor y el que, dentro del ramal del gas de escape, se encuentra dispuesto por detrás del elemento catalizador de acumulación (27) y el cual controla la cantidad de NOx, que sale del elemento catalizador de acumulación (27); a este efecto, un valor máximo - previamente establecido para la detectada cantidad de NOx - está asignado al estado de carga previamente determinado, al cual tiene lugar una conmutación.

11. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 10) y caracterizado porque el tiempo de la regeneración del elemento catalizador de acumulación (27) queda fijado por medio de unos campos característicos, en los cuales este tiempo de regeneración está memorizado en función del estado de funcionamiento del motor así como en función del estado de la carga del elemento catalizador de acumulación (27).

12. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 11) y caracterizado porque el estado de la descarga del elemento catalizador de acumulación (27) está siendo vigilado por medio de unos campos característicos, dentro de los cuales el tiempo de la regeneración para un elemento catalizador de acumulación (27) está memorizado en función del estado de funcionamiento del motor así como en función del estado de la carga de este elemento catalizador de acumulación (27).

13. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 12) y caracterizado porque el estado de la carga del elemento catalizador de acumulación (27) resulta, al comienzo de una fase de funcionamiento con una mezcla de combustible pobre, del estado de la carga durante el comienzo de la fase de funcionamiento con una mezcla de combustible rica menos la descarga, que se produce durante esta fase de funcionamiento con la mezcla de combustible rica; así como caracterizado porque este estado de la carga resulta, al comienzo de una fase de funcionamiento con una mezcla de combustible rica, del estado de la carga durante el comienzo de la fase de funcionamiento con una mezcla de combustible pobre más la carga que se produce durante la fase del funcionamiento con una mezcla de combustible pobre; en este caso, tanto para la carga como para la descarga están previstos unos campos característicos correspondientes.

14. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 13) y caracterizado porque, a los efectos de controlar el contenido en los agentes reductores, dentro del ramal de gas de escape y por detrás del elemento catalizador de acumulación está dispuesto por lo menos un sensor (33) para los agentes reductores, el cual está realizado en la forma de un sensor de CO o como una sonda Lambda.

15. Procedimiento conforme a la reivindicación 14) y caracterizado porque, a los efectos de controlar el contenido en los agentes reductores, el sensor de agentes reductores (33) se encuentra dispuesto entre el elemento catalizador de acumulación (27) y un elemento catalizador de DeNOx (29), que está dispuesto a continuación del primer elemento catalizador.

16. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1) hasta 15) y caracterizado porque, a los efectos de controlar la temperatura del gas de escape, está previsto un sensor de temperatura (30) que, dentro de la corriente de gas de escape, está dispuesto por delante de un elemento catalizador de acumulación (27), por el cual pasan los gases de escape; sensor de temperatura éste que comunica con el sistema sensor.

17. Procedimiento conforme a la reivindicación 16) y caracterizado porque, a los efectos de controlar la temperatura del gas de escape, el sensor de temperatura (30) se encuentra dispuesto entre el elemento catalizador de acumulación (27) y un elemento catalizador de consumo de oxígeno (28) que, dentro de la corriente del gas de escape, está dispuesto por delante del primer elemento catalizador, y el mismo está realizado sobre todo en la forma de un catalizador de oxidación.