ES2271814T3 - Procedimiento y dispositivo de determinacion de la cantidad de particulas presente en un medio filtrante de un sistema de escape de un motor termico. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de determinación de la carga de partículas filtradas presente en un medio filtrante (10) de un sistema de escape (6) de un motor térmico (4), que comprende las etapas siguientes: - establecer previamente una relación entre la permeabilidad K(m) del medio filtrante (10) y la carga, específicamente la masa m, de partículas contenida en el medio filtrante, - almacenar la relación en una memoria (46) accesible durante la determinación de la carga de partículas, - determinar la diferencia DELTAPmedio filtrante de las presiones (28, 30) a la entrada y a la salida del medio filtrante, que es asimilada a la suma de los dos componentes (DELTAP1, DELTAP2), donde el primero (DELTAP1) representa la pérdida de carga generada por el flujo de los gases a la entrada y a la salida del medio filtrante, y el segundo (DELTAP2) representa la pérdida de carga generada por los gases de escape al atravesar el medio filtrante y que contiene la permeabilidad K(m) como variable, - determinar el flujo de gas (Qv) que atraviesa dicho medio filtrante, - calcular, a partir de los valores determinados, el valor de la permeabilidad K(m) del medio filtrante, y - utilizar este valor de permeabilidad K(m) en la relación almacenada en la memoria para determinar el valor de la carga de partículas presente en el medio filtrante.
Description
Procedimiento y dispositivo de determinación de
la cantidad de partículas presente en un medio filtrante de un
sistema de escape de un motor térmico.
La invención concierne al campo de los motores
térmicos, específicamente para vehículos automóviles, y más
particularmente a un procedimiento y dispositivo para determinar la
cantidad de partículas, típicamente de hollín, presente en un medio
filtrante del sistema de escape de los gases de combustión del
motor. Según los modos de realización opcionales, la invención
puede constituir una herramienta de diagnóstico de la masa de
hollín regenerada en el medio filtrante, que es catalizada o no, y/o
de desencadenamiento de la regeneración, y/o de control de la
integridad del medio filtrante.
La heterogeneidad de los procesos de combustión
en los motores que funcionan con mezcla pobre tiene por efecto
generar partículas de carbón, que no pueden ser quemadas eficazmente
en el motor. Esto se traduce por la aparición en el escape de humos
negros, característicos de ese tipo de motorización. Los mismos son
particularmente marcados durante las fases de arranque y durante
fuertes aceleraciones. El respeto de las futuras normas legislativas
impone a los constructores la ejecución de sistemas de
descontaminación que permiten eliminar las partículas en su
totalidad de este fenómeno.
El estado de la técnica consiste en la
disposición en la línea de escape de un elemento
semi-poroso que permite el paso de los compuestos
gaseosos, reteniendo completamente compuestos particulares, donde
los humos Diesel constituyen el elemento de base de la matriz de
los gases de escape Diesel. Este elemento o un elemento análogo
será llamado medio filtrante.
La fase de retención de las partículas debe
imperativamente ser seguida de una segunda etapa, llamada fase de
regeneración, que elimina esos compuestos retenidos en elementos no
contaminantes (dióxido de carbono y agua), y permite retomar una
fase sucesiva de acumulación de los compuestos particulares.
Los medios utilizados para alcanzar las
condiciones de regeneración pasan por la creación de un ambiente
gaseoso, calentado a una temperatura de aproximadamente 600ºC. Esta
operación permite aportar la energía necesaria para la
auto-inflamación de las partículas de carbono
retenidas en el filtro que constituye el medio filtrante.
Estos últimos se consumen entonces liberando la
energía que, en función de las condiciones, puede ser ponderalmente
transmitida al lecho de hollines, a los diversos elementos
constitutivos del sistema de descontaminación (filtro de
partículas, caja y envoltura de mantenimiento, tuberías, etc...) o
bien transportadas por el flujo de gas que procede del motor.
Es por lo tanto útil conocer la masa de hollín
contenida en el medio filtrante, y más específicamente al principio
y al final de la regeneración, de manera de integrarla en las
estrategias de detección de masa de hollín, de control de la
integridad del elemento filtrante o de cualquier otra estrategia que
permita optimizar el desarrollo de la regeneración del filtro de
partícula.
Entre los medios utilizados para la detección de
la cantidad de hollín cargado en el medio filtrante, se puede citar
la medida de la pérdida de carga generada por el medio filtrante con
la ayuda de un sensor de presión colocado río arriba del medio
filtrante, tal como es descrito en el documento de patente
JP-A-60067713, o por la utilización
de dos sensores respectivamente colocados río arriba y río abajo del
medio filtrante, tal como es descrito en los documentos de patentes
EP-A-1172537,
JP-A-60047937 y
FR-A-2801636.
Estos diferentes métodos permiten desencadenar o
detener la regeneración a partir de que la presión medida se hace
superior o inferior a un valor umbral, pero no dan generalmente
acceso directo a la carga de partículas, específicamente la masa de
partículas, contenida en el medio filtrante.
El estado del arte según el documento de patente
FR-A- 2 804 173 evoca además la utilización de las
emisiones de base acumuladas del motor para la determinación de la
masa de hollín cargada en el medio filtrante y por lo tanto el
desencadenamiento de una regeneración.
En conjunto, estas técnicas se limitan a una
lectura de la contra-presión que, para un punto de
funcionamiento del motor dado, permite evaluar la masa de hollín
contenida en el medio filtrante. Esta correlación, lejos de ser
trivial en condiciones estabilizadas, puede devenir aún más compleja
en el caso de funcionamientos transitorios, en la medida en que la
correlación entre la contra-presión generada por el
medio filtrante y el flujo volumétrico de gas de escape hace
intervenir un número importante de parámetros físicos. A este
respecto se puede citar específicamente la temperatura, la
composición de los gases de escape, la masa de hollín contenida en
el medio filtrante, la calidad de los
residuos, etc.
residuos, etc.
A la vista de lo que precede, la invención
propone, según un primer objeto, un procedimiento de determinación
de la carga de partículas filtradas presente en un medio filtrante,
el mismo pudiendo estar impregnado o no, de un sistema de escape de
un motor térmico, caracterizado porque comprende las etapas de:
- establecer previamente una relación entre la
permeabilidad K(m) del medio filtrante y la carga,
específicamente la masa m, de partículas contenida en el medio
filtrante,
- almacenar la relación en una memoria accesible
durante la determinación de la carga de partículas,
- determinar la diferencia \DeltaP_{medio \
filtrante} de las presiones a la entrada y a la salida del medio
filtrante, que es asimilada a la suma de dos componentes, donde el
primero representa la pérdida de carga generada por el flujo de los
gases a la entrada y a la salida del medio filtrante, y el segundo
representa la pérdida de carga generada por los gases de escape al
atravesar el medio filtrante y que contiene la permeabilidad
K(m) como variable,
- determinar el flujo de gas que atraviesa dicho
medio filtrante,
- calcular, a partir de los valores
determinados, el valor de la permeabilidad K(m) del medio
filtrante, y
- utilizar este valor de permeabilidad
K(m) en la relación almacenada en la memoria para determinar
el valor de la carga de partículas presente en el medio
filtrante.
Ventajosamente, el valor determinado del flujo
de los gases que atraviesan el medio filtrante corresponde al flujo
volumétrico Qv; este flujo es entonces calculado a partir de valores
medidos: del flujo másico Qm de los gases que atraviesan el medio
filtrante, de la temperatura T a la entrada o a la salida del medio
filtrante, y de la presión P a la entrada o a la salida del medio
filtrante.
Ventajosamente, la relación entre la
permeabilidad K(m) del medio filtrante y la carga contenida
en el medio filtrante es expresada bajo una forma independiente de
las condiciones de regeneración del medio filtrante,
específicamente una forma independiente de la presión absoluta P a
la entrada o a la salida del medio filtrante y de la temperatura T
a la entrada o a la salida del medio filtrante.
En el modo de realización, la relación entre la
permeabilidad K(m) del medio filtrante y la carga de
partículas contenida en el medio filtrante es expresada tomando por
variables solas: i) la diferencia \DeltaP_{medio \ filtrante} de
las presiones río arriba y río abajo del medio filtrante, y ii) un
valor de flujo de gas (24, 26) que atraviesa el medio filtrante.
De preferencia, la determinación del flujo de
gas comprende la determinación del flujo volumétrico Qv de los
gases de escape y la determinación del flujo másico Qm de los gases
de escape.
Para el cálculo del valor de la permeabilidad
K(m), se puede considerar que la diferencia de las
presiones
\DeltaP_{medio \ filtrante} está vinculada al flujo de los gases de escape por una función polinómica de orden dos que tiene como variable el flujo volumétrico Qv de los gases de escape, donde el término lineal de la variable Qv tiene como coeficiente la permeabilidad K(m).
\DeltaP_{medio \ filtrante} está vinculada al flujo de los gases de escape por una función polinómica de orden dos que tiene como variable el flujo volumétrico Qv de los gases de escape, donde el término lineal de la variable Qv tiene como coeficiente la permeabilidad K(m).
De preferencia, el cálculo del valor es
realizado sobre la base de la relación:
\Delta P_{CSF}
= A\rho Q_{v}{}^{2} + K(m)Q_{v} = AQ_{v}Q_{m} +
K(m)Q_{v} \hskip0,2cm
donde:
{}\hskip3,7cm\frac{\Delta P_{CSF}}{Q_{v}} =
AQ_{m} + K(m)
donde:
\DeltaP_{CSF} es la diferencia de presión a
la entrada y a la salida del medio filtrante (10),
\rho es la densidad del gas de escape,
Q_{v} es el flujo volumétrico del gas de
escape que atraviesa el medio filtrante,
Q_{m} es el flujo másico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante, y
A es una constante.
La relación almacenada en la memoria entre
permeabilidad K(m) del medio filtrante y la carga de
partículas contenida en el medio filtrante puede estar bajo forma
de función afín.
La relación almacenada en la memoria entre la
permeabilidad K(m) del medio filtrante y la carga de
partículas contenida en el medio filtrante puede estar bajo la
forma:
K(m) =
Bm(t) +
C,
donde B es una constante empírica y
C representa la permeabilidad del medio filtrante sin carga de
partículas.
El procedimiento puede comprender además un
diagnóstico del estado del medio filtrante, ese diagnóstico
comprende las etapas de:
- almacenar en la memoria el valor de la
permeabilidad sin carga de partículas C del medio filtrante (10)
cuando está desprovisto de carga de partículas,
- comparar este valor de permeabilidad sin carga
de partículas C con un valor calculado a partir del valor de la
diferencia \DeltaP_{medio \ filtrante} de las presiones (28,
30) a la entrada y a la salida del medio filtrante y de al menos un
valor de flujo de gas de escape, y
- en función de la diferencia de magnitud entre
el valor de la permeabilidad sin carga de partículas C y dicho
valor calculado:
- diagnosticar una fuga anormal de gas de escape
o una permeabilidad anormal en el medio filtrante, y/o
- diagnosticar una resistencia al flujo de gas
anormalmente elevada, debido por ejemplo a una vitrificación o a
una fusión del medio filtrante.
En el modo de realización, el valor calculado es
igual a:
\Delta
P_{CSF}/Qv -
AQm,
donde:
\DeltaP_{CSF} es la diferencia de presión
río arriba y río abajo del medio filtrante (10),
Qv es el flujo volumétrico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante,
Qm es el flujo másico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante, y
A es una constante,
y se diagnostica:
- una fuga anormal de gas de escape o una
permeabilidad anormal en el medio filtrante si dicho valor calculado
es inferior a dicha permeabilidad sin carga de partículas C,
y/o
- una resistencia al flujo de gas anormalmente
elevada, debido por ejemplo a una vitrificación o una fusión del
medio filtrante, si dicho valor calculado es superior a dicha
permeabilidad sin carga de partículas C, eventualmente tomando en
cuenta un margen R para acomodar una resistencia incrementada debido
a una cantidad normal de partículas en el medio filtrante.
El procedimiento puede comprender además una
etapa de control de la regeneración del medio filtrante cuando la
determinación de la carga de partículas en el mismo sobrepasa un
umbral predeterminado.
El procedimiento puede ser ventajosamente
ejecutado en un lazo de control y de accionamiento que hace
intervenir las operaciones siguientes:
a- Registro de \Delta P_{CSF}, Qm y Qv;
b- Cálculo de K(m)= \frac{\Delta
P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m};
c- Cálculo de m(t) = 1/B
\left[\frac{\Delta P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m} - C\right]
d- Si m(t) = umbral crítico
predeterminado mumbral, entonces desencadenamiento de la
regeneración
e- Repetición de las operaciones a a c hasta
m(t)= 0
f- Si m(t)=0 entonces fin de la
regeneración
g- Control de la integridad del medio filtrante
por verificación de la condición siguiente:
\frac{\Delta
P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m} <
C
donde:
\DeltaP_{CSF} es la diferencia de presión a
la entrada o a la salida del medio filtrante (10),
\rho es la densidad del gas de escape,
Qv es el flujo volumétrico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante,
Qm es el flujo másico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante,
C representa la permeabilidad del substrato sin
carga de partículas, y
A es una constante.
El valor de la presión de los gases de escape
río arriba del medio filtrante, utilizada para determinar la
diferencia \DeltaP_{medio \ filtrante} de las presiones a la
entrada y a la salida del medio filtrante,puede ser determinada por
medio de un sensor de presión.
En una variante, el valor de la presión de los
gases de escape río arriba del medio filtrante, utilizado para
determinar la diferencia \DeltaP_{medio \ filtrante} de las
presiones a la entrada y a la salida del medio filtrante puede ser
determinado por cálculo a partir de datos relativos al
funcionamiento del motor.
Según un segundo aspecto, la invención concierne
a un procedimiento de desencadenamiento de una fase de regeneración
de un medio filtrante de un sistema de escape de un motor térmico,
caracterizado porque comprende las etapas de:
- determinar a intervalos de tiempos definidos
la carga de partículas presente en el medio filtrante por ejecución
del procedimiento según el primer aspecto, y
- si la carga de partículas determinada
sobrepasa un umbral determinado, desencadenar la fase de
regeneración del medio filtrante.
Este procedimiento puede comprender además las
etapas de:
- determinar, a intervalos de tiempo
determinados durante y/o a la salida de la fase de regeneración, la
carga de partículas presente en el medio filtrante por ejecución
del procedimiento según el primer aspecto,
- calcular la carga de partículas regenerada
considerando la diferencia de carga de partículas entre dos
intervalos de determinación de la carga de partículas regenerada,
y
- administrar la duración y/o la frecuencia de
las fases de regeneración en función de la carga de partículas
presentes en el medio filtrante y/o de la carga de partículas
regenerada.
Según un tercer aspecto, la invención concierne
a un dispositivo de determinación de la carga de partículas
presente en un medio filtrante de un sistema de escape de un motor
térmico, caracterizado porque comprende:
- una memoria, accesible durante la
determinación de la carga de partículas, que almacena una relación
entre la permeabilidad K(m) del medio filtrante y la carga
de partículas, específicamente la masa m, contenida en el medio
filtrante,
- medios para determinar la diferencia
\DeltaP_{medio \ filtrante} de las presiones a la entrada y a
la salida del medio filtrante que es asimilada a la suma de dos
componentes, donde el primero representa la pérdida de carga
generada por el flujo de los gases a la entrada y a la salida del
medio filtrante y el segundo representa la pérdida de carga
generada por los gases de escape a través del medio filtrante y que
contienen la permeabilidad K(m) como variable,
- medios para determinar el flujo de gas que
atraviesa dicho medio filtrante,
- medios para calcular, a partir de los valores
determinados, el valor de la permeabilidad K(m) del medio
filtrante, y
- medios para determinar el valor de la carga de
partículas almacenada en dicho medio filtrante a partir del valor
de permeabilidad K(m) y de la relación almacenada en la
memoria.
Los medios de memorización pueden contener el
código ejecutable destinado a ejecutar el procedimiento según el
primer aspecto.
Según un cuarto aspecto, la invención concierne
a un conjunto de motorización que comprende:
- un motor térmico,
- un sistema de escape para los gases de
combustión de dicho motor, que comprende un medio filtrante,
- una inteligencia que permite administrar la
regeneración del medio filtrante según criterios determinados,
caracterizado porque el mismo integra un
dispositivo de determinación de la carga de partículas presente en
un medio filtrante según el tercer aspecto.
El modo de realización preferido ofrece una
técnica para determinar una correlación entre la permeabilidad
K(m) del medio filtrante 10 y la masa de hollín m(t)
contenida en el medio filtrante, esta correlación siendo
independiente de las condiciones de funcionamiento del medio
filtrante (temperatura, presión, naturaleza del gas,...). A partir
de esta correlación, se hace posible conocer la masa de hollín
contenida en el filtro de partículas.
La invención y las ventajas que se derivan
aparecerán más claramente con la lectura de la descripción que
sigue de sus modos de realización preferidos, dados puramente a
título de ejemplos no limitativos con referencia a los dibujos
anexos en los cuales:
- la figura 1 es un esquema simplificado de un
vehículo de motor de combustión interna equipado con un dispositivo
de determinación de la cantidad de hollín en su sistema de escape,
conforme a la presente invención;
- la figura 2 es un esquema de principio de un
sistema de escape de un motor térmico dotado de un medio filtrante
y los elementos funcionales que intervienen en la determinación de
la carga en partículas de éste último; y
- la figura 3 es un esquema funcional que
muestra de manera más detallada el centro de tratamiento de datos
relativos al medio filtrante de la figura 2.
A fin de situar el modo de realización de la
invención 1, la figura 1 representa esquemáticamente un vehículo 2,
en la ocasión un automóvil de turismo, donde se señala el motor
térmico 4, por ejemplo del tipo Diesel, y el conjunto de escape
catalizado 6. De manera conocida, el escape catalizado 6 comprende,
hablando del motor, un catalizador de oxidación y/o un dispositivo
conocido por la denominación anglo-sajona de
"Nox-Trap" 8, seguido de un medio filtrante
10, y de un silenciador 12. Se nota que el catalizador así como el
Nox-Trap 8 son elementos opcionales. El medio
filtrante 10 puede ser impregnado o no impregnado, este término
siendo genérico para cubrir cualquier tipo de medios de filtración:
filtro, substrato, etc. utilizado en esta aplicación técnica.
Un conjunto de sensores de parámetros de los
gases de escape a la entrada y a la salida del medio filtrante 10
(respectivamente 14 y 16) está unido a una inteligencia embarcada
del vehículo, designada generalmente por el número 18.
Así como lo muestra de forma más detallada la
figura 2, la inteligencia embarcada 18 es descompuesta en una
unidad central de estrategia de control del motor y del filtro de
partícula 20, y un centro de tratamiento de los datos pertinentes
al medio filtrante 22, unido al conjunto de sensores río arriba 14 y
río abajo 16. El centro de tratamiento 22 está funcionalmente unido
a la unidad central 20, y permite así constituir un lazo de control
del motor 4 en función de los datos salidos del conjunto de sensores
14 y 16.
La parte 14 de este conjunto de sensores a la
entrada (llamada también río arriba) comprende:
- un sensor 24 de medida de la temperatura T de
los gases a la entrada del medio filtrante,
- un sensor 26 de medida del flujo másico Qm de
los gases de escape a la entrada del medio filtrante, y
- un sensor 28 de medida de la presión de los
gases de escape a la entrada del medio filtrante.
La parte de este conjunto de sensores a la
salida (llamada también río abajo) comprende un sensor 30 de medida
de la presión de los gases de escape a la salida del medio
filtrante.
El par constituido por los sensores de presión
28 y 30 a la entrada y a la salida permiten específicamente
determinar la presión diferencial a través del medio filtrante, o
sea la pérdida de carga, la misma siendo la diferencia de las
presiones río arriba y río abajo.
De manera conocida, el medio filtrante 10
comprende en un cárter 32 un conjunto de superficies en estratos o
en serpentín 34, designado lecho de hollín, prevista para colectar
las partículas de hollín emitidas por el motor.
Así como es mostrado en la figura 3, la
arquitectura del centro de tratamiento de datos del medio filtrante
22 está basada en un microprocesador 36 cuyo programa de base es
almacenado en una memoria fija (ROM) 38. Los datos evolutivos
necesarios al microprocesador son almacenados en una memoria viva
(RAM) 40. Los datos salidos de los sensores río arriba y abajo 14 y
16 son recibidos por una interfase 42 y transferidos hacia una
memoria tampón 44 funcionalmente unida al microprocesador y a la
memoria viva 40.
El microprocesador 36 está además unido a una
memoria pre-programable (EEPROM) 46 en la cual están
almacenados datos pre-programados. Esos datos
comprenden específicamente un módulo algorítmico 48 de cálculo de
carga de partículas en el medio filtrante 10 y de gestión de tareas
adscritas a este último y un módulo de correlación 50 que almacena
una relación determinada entre la permeabilidad del medio filtrante
por una parte y la carga de partículas de hollín, específicamente
la masa por otra parte. Esta relación es definida por una función
matemática que tiene constantes establecidas previamente por
modelización o experimentación. Esos módulos 48, 50 son almacenados
bajo la forma de código ejecutable y de datos explotables por el
microprocesador 36, permitiéndole determinar en cualquier momento
la cantidad de hollín presente en el motor.
Los medios materiales descritos en el marco de
las figuras 1 a 3 permiten así realizar un conjunto de
funcionalidades relativas al buen funcionamiento del medio
filtrante 10 por algoritmos de procedimientos conformes a la
presente invención. En efecto, el conjunto 1 constituye el centro
de tratamiento de datos del medio filtrante 22 y los sensores 14,
16 constituyen una herramienta que permite conocer en cada instante
t durante el rodaje del vehículo o del funcionamiento del motor, y
por lo tanto durante las fases de regeneración, la masa de hollín
contenida en el medio filtrante 10. Este conocimiento es hecho
accesible en cada instante t durante el rodaje del vehículo, y
también más particularmente durante las fases de regeneración.
A partir de los datos de los sensores
24-30, la herramienta 1 calcula una magnitud
K(m) que representa la permeabilidad del substrato que
constituye el medio filtrante. Para este fin, el módulo algorítmico
48 coopera con el módulo 50 que integra una relación
pre-establecida entre esta magnitud K(m) y la
masa de hollín contenida en el medio filtrante m(t), para
determinar el estado de carga del medio filtrante.
El modo operatorio está basado en la
descomposición siguiente de la pérdida de carga \DeltaP_{medio \
filtrante} generada por el medio filtrante 10:
\Delta
P_{medio \ filtrante} = \Delta P_{1} + \Delta
P_{2}
donde:
\DeltaP_{1} representa la pérdida de carga
generada por el flujo de los gases a la entrada y a la salida del
medio filtrante (conos,...), en los canales del medio filtrante,
sobre las caras de entrada y de salida del medio filtrante. Estos
últimos están esencialmente vinculados a las propiedades del fluido
así como al estado de superficie y al tipo de singularidades
encontradas por el fluido; y
\DeltaP_{2} representa la pérdida de carga
generada por el fluido al atravesar la pared del medio filtrante
(ecuación de DARCY). Esta última es esencialmente función de la
permeabilidad del substrato, de la cantidad de hollín depositado en
el medio filtrante, así como de la cantidad de residuos.
De esta forma, la pérdida de carga
\DeltaP_{medio \ filtrante} se desarrolla de la manera
siguiente:
\Delta P_{CSF}
= A\rho Q_{v}{}^{2} + K(m)Q_{v} = AQ_{v}Q_{m} +
K(m)Q_{v} \hskip0,2cm
donde:
{}\hskip3,7cm\frac{\Delta P_{CSF}}{Q_{v}} =
AQ_{m} + K(m)
Aquí, el sub-índice CSF se asimila al índice
"medio filtrante", o sea \Delta_{PCSF} \cong
\DeltaP_{medio \ filtrante}.
Se define por lo tanto en cada instante t una
relación, independiente de las condiciones de regeneración,
independiente de la presión P, específicamente de la presión a la
entrada, y de la temperatura T, específicamente de la temperatura
de entrada. En el ejemplo, esa relación depende solamente del flujo
másico en el escape, respectivamente Qm, y la permeabilidad
K(m) del substrato, A siendo una constante. El flujo
volumétrico Qv es un valor calculado a partir de: la medida del
flujo másico Qm (sensor 26), la temperatura (sensor 24), y la
presión P (sensor 28), según leyes bien establecidas.
La función de relación entre K(m) y la
masa de hollín m contenida en el módulo de correlación 50 es una
función afín que tiene la forma:
(K(m) =
Bm(t)+C)
donde B es una constante
determinada previamente por experimentación, constituyendo así una
constante empírica, y C representa la permeabilidad del substrato
(medio filtrante 10) sin
hollín.
El microprocesador 36 calcula esta función afín
para cualquier instante t arbitrario, y obtiene un valor para la
masa m(t) de hollín contenida en el medio filtrante en el
instante t sobre la base de la definición siguiente:
m(t) =
\frac{1}{B} \left[\frac{\Delta P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m} -
C\right]
Opcionalmente, el microprocesador 36 puede
seguidamente realizar un segundo tratamiento que permite
diagnosticar el estado del medio filtrante utilizado. Ese
diagnóstico reposa en el razonamiento de si el medio filtrante 10
está desprovisto de hollín y si
\frac{\Delta P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m} <
C, entonces una fisura de éste último es diagnosticada, éste último
aumentando su permeabilidad.
En el caso contrario, o sea \DeltaP_{CSF}/Qv
-AQm > C, se podrá observar una resistencia anormal en el flujo
de escape de la parte del medio filtrante, debido por ejemplo a una
vitrificación, incluso una fusión de su substrato constituyente, o
cualquier otro modo o condición de degradación conduciendo a un
aumento de la presión diferencial \DeltaP. Esta anomalía puede
ser constatada considerando más precisamente la condición
\DeltaP_{CSF}/Qv - AQm > C + R, donde R es un valor destinado
a dar un margen para tomar en cuenta el aumento de resistencia en
el flujo debido a una carga de hollín normal.
Las etapas principales del algoritmo 48
ejecutadas por el microprocesador 36 se resumen como sigue:
Operaciones relativas al instante t son
efectuadas sucesivamente:
a- Registro de \DeltaP_{CFS}, Qm y Qv (Qv
siendo calculado sobre la base de Qm, de la temperatura T, en el
ejemplo de la temperatura a la entrada, del medio filtrante, y de la
presión P, en el ejemplo de la presión a la entrada, del medio
filtrante);
b- Cálculo de K(m) = \frac{\Delta
P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m};
c- Cálculo de m(t) = \frac{1}{B}
\left[\frac{\Delta P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m} - C\right]
d- Si m(t) = umbral crítico
predeterminado mumbral, entonces desencadenamiento de la
regeneración
e- Repetición de las operaciones a a c hasta
m(t) = 0
f- Si m(t)=0 entonces fin de la
regeneración
g- Control de la integridad del medio filtrante
por verificación de la condición siguiente:
\frac{\Delta
P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m} <
C
Los datos así obtenidos por cálculo y/o por
medida, tales como K(m), pueden ser utilizados por el
conjunto de las operaciones de estrategia de control del motor que
hace intervenir la inteligencia embarcada 18 y que se relacionan
con la administración del filtro de partículas.
De esta forma, en el modo de realización, el
centro de tratamiento de datos del medio filtrante es previsto para
determinar las tareas siguientes:
- determinar la masa de hollín presente en el
medio filtrante (catalizado o no) antes y/o después de la
regeneración. Esta última corresponde a la diferencia entre la masa
de hollín producida por el motor y la masa de hollín regenerada. El
conocimiento de esas magnitudes permite limitar la duración de
funcionamiento de las estrategias de regeneración y por lo tanto
limitar un sobre consumo;
- controlar el desencadenamiento de una
regeneración;
- proteger el medio filtrante durante las fases
de regeneración. Lo crítico de una regeneración puede estar
caracterizado por un parámetro, designado d, que hace intervenir la
velocidad de regeneración. Así, la regeneración será comenzada en
la medida en que la masa de hollín almacenada en el medio filtrante
no conduzca a una degradación del medio filtrante. Más
particularmente, el parámetro d es la relación de la velocidad de
regeneración - que está vinculada a la velocidad de combustión de
los hollines - encauzada en el flujo másico de los gases de escape.
Se expresa así la liberación de calor por combustión de los hollines
encauzados a la convección. El seguimiento de ese parámetro permite
determinar si la regeneración corre el riesgo de evolucionar hacia
una situación de peligro en términos de concentración de calor:
mientras más elevada es d, más se aproxima el proceso a una
situación peligrosa. Se puede por lo tanto establecer por cálculo al
menos un umbral de criticidad para un material filtrante dado, y
así intervenir para asegurar que la regeneración solamente se
efectúe por debajo de ese umbral, específicamente jugando con las
variables controladas y no sufridas. Se puede por ejemplo provocar
una disminución de la temperatura T de los gases de combustión
durante la regeneración para separar el parámetro d del umbral de
criticidad. Más informaciones concernientes a este aspecto son
presentadas en la solicitud de patente francesa FR 02 07494 a
nombre de la solicitante;
- diagnosticar una eventual degradación del
medio filtrante a la salida de una regeneración.
El desencadenamiento de una regeneración puede
ser controlado, al nivel de la unidad central de estrategia de
control del motor 20, por diversos medios conocidos de aumentar la
temperatura de los gases de escape, por ejemplo provocando un ciclo
de post-combustión o modificando las condiciones de
encendido o de inyección.
Aunque particularmente ventajosa para los
motores térmicos de tipo Diesel, la invención puede ser también
ejecutada con otros tipos de motores térmicos.
La invención permite numerosas variantes y modos
de realización, tanto al nivel material como algorítmico.
Por ejemplo, se puede considerar franquear el
sensor 28 de presión río arriba si uno y/o el otro de esos
parámetros puede ser determinado con la ayuda de datos del motor
contenidos en la inteligencia embarcada 18.
Claims (20)
1. Procedimiento de determinación de la carga de
partículas filtradas presente en un medio filtrante (10) de un
sistema de escape (6) de un motor térmico (4), que comprende las
etapas siguientes:
- establecer previamente una relación entre la
permeabilidad K(m) del medio filtrante (10) y la carga,
específicamente la masa m, de partículas contenida en el medio
filtrante,
- almacenar la relación en una memoria (46)
accesible durante la determinación de la carga de partículas,
- determinar la diferencia \DeltaP_{medio \
filtrante} de las presiones (28, 30) a la entrada y a la salida del
medio filtrante, que es asimilada a la suma de los dos componentes
(\DeltaP1, \DeltaP2), donde el primero (\DeltaP1) representa
la pérdida de carga generada por el flujo de los gases a la entrada
y a la salida del medio filtrante, y el segundo (\DeltaP2)
representa la pérdida de carga generada por los gases de escape al
atravesar el medio filtrante y que contiene la permeabilidad
K(m) como variable,
- determinar el flujo de gas (Qv) que atraviesa
dicho medio filtrante,
- calcular, a partir de los valores
determinados, el valor de la permeabilidad K(m) del medio
filtrante, y
- utilizar este valor de permeabilidad
K(m) en la relación almacenada en la memoria para determinar
el valor de la carga de partículas presente en el medio
filtrante.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el valor determinado del flujo de gas
que atraviesa dicho medio filtrante (10) corresponde al flujo
volumétrico Qv, y porque este flujo volumétrico es calculado a
partir de valores medidos: del flujo másico Qm de los gases que
atraviesan el medio filtrante, de la temperatura T a la entrada o a
la salida del medio filtrante, y de la presión P a la entrada o a la
salida del medio filtrante.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque la relación entre la permeabilidad
K(m) del medio filtrante (10) y la carga de partículas
contenida en el medio filtrante es expresada bajo una forma
independiente de las condiciones de regeneración del medio
filtrante, específicamente una forma independiente de la presión
absoluta P a la entrada o a la salida del medio filtrante y de la
temperatura T a la entrada o a la salida del medio filtrante.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha relación
entre la permeabilidad K(m) del medio filtrante (10) y la
carga de partículas contenida en el medio filtrante es expresada
tomando por variables solas: i) la diferencia \DeltaP_{medio \
filtrante} de las presiones (28, 30) río arriba y río abajo del
medio filtrante, y ii) el flujo de gas (24, 26) que atraviesa el
medio filtrante.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la determinación
del flujo de gas comprende la determinación (24) del flujo
volumétrico Qv de los gases de escape y la determinación (26) del
flujo másico Qm de los gases de escape.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque para el cálculo
(36) del valor de la permeabilidad K(m), se considera que
dicha diferencia de las presiones \DeltaP_{medio \ filtrante}
está vinculada al flujo de los gases de escape por una función
polinómica de orden dos que tiene como variable el flujo
volumétrico Qv de los gases de escape, donde el término lineal de la
variable Qv tiene como coeficiente la permeabilidad K(m).
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el cálculo del
valor es realizado sobre la base de la relación:
\Delta P_{CSF}
= A\rho Q_{v}{}^{2} + K(m)Q_{v} = AQ_{v}Q_{m} +
K(m)Q_{v} \hskip0,2cm
donde:
{}\hskip3,7cm\frac{\Delta P_{CSF}}{Q_{v}} =
AQ_{m} + K(m)
donde:
\DeltaP_{CSF} es la diferencia de las
presiones a la entrada y a la salida del medio filtrante (10),
\rho es la densidad del gas de escape,
Q_{v} es el flujo volumétrico del gas de
escape que atraviesa el medio filtrante,
Q_{m} es el flujo másico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante, y
A es una constante.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicha relación
almacenada en la memoria (46) entre la permeabilidad K(m)
del medio filtrante (10) y la carga de partículas contenida en
dicho medio filtrante está bajo forma de función afín.
9. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicha relación
almacenada en la memoria (46) entre la permeabilidad K(m)
del medio filtrante (10) y la carga de partículas contenida en
dicho medio filtrante puede estar bajo forma:
K(m) =
Bm(t) +
C,
donde B es una constante empírica y
C representa la permeabilidad del medio filtrante sin carga de
partículas.
10. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende además
un diagnóstico del estado del medio filtrante (10), ese diagnóstico
comprendiendo las etapas de:
- almacenar en la memoria el valor de la
permeabilidad sin carga de partículas C del medio filtrante (10)
cuando está desprovisto de carga de partículas,
- comparar este valor de permeabilidad sin carga
de partículas C con un valor calculado a partir del valor de la
diferencia \DeltaP_{medio \ filtrante} de las presiones (28,
30) a la entrada y a la salida del medio filtrante y de al menos un
valor de flujo de gas de escape, y
- en función de la diferencia de magnitud entre
el valor de la permeabilidad sin carga de partículas C y dicho valor
calculado:
- diagnosticar una fuga anormal de gas de escape
o una permeabilidad anormal en el medio filtrante, y/o
- diagnosticar una resistencia al flujo de gas
anormalmente elevada, debido por ejemplo a una vitrificación o a
una fusión del medio filtrante.
11. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicho valor
calculado es igual a:
\Delta
P_{CSF}/Qv -
AQm,
donde:
\DeltaP_{CSF} es la diferencia de presión
río arriba y río abajo del medio filtrante (10),
Qv es el flujo volumétrico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante,
Qm es el flujo másico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante, y
A es una constante,
y se diagnostica:
- una fuga anormal de gas de escape o una
permeabilidad anormal en el medio filtrante si dicho valor calculado
es inferior a dicha permeabilidad sin carga de partículas C,
y/o
- una resistencia al flujo de gas anormalmente
elevada, debido por ejemplo a una vitrificación o una fusión del
medio filtrante, si dicho valor calculado es superior a dicha
permeabilidad sin carga de partículas C, eventualmente tomando en
cuenta un margen R para acomodar una resistencia incrementada debido
a una cantidad normal de partículas en el medio filtrante.
12. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque comprende una
etapa de control de la regeneración del medio filtrante (10) cuando
la determinación de la carga de partículas en el mismo sobrepasa un
umbral predeterminado.
13. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque es ejecutado en
un lazo de control y de accionamiento que hace intervenir las
operaciones siguientes:
a- Registro de \Delta P_{CSF}, Qm y Qv;
b- Cálculo de K(m)= \frac{\Delta
P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m};
c- Cálculo de m(t) = 1/B
\left[\frac{\Delta P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m} - C\right];
d- Si m(t) = umbral crítico
predeterminado mumbral, entonces desencadenamiento de la
regeneración
e- Repetición de las operaciones a a c hasta
m(t)= 0
f- Si m(t)=0 entonces fin de la
regeneración
g- Control de la integridad del medio filtrante
por verificación de la condición siguiente:
\frac{\Delta
P_{CSF}}{Q_{v}} - AQ_{m} <
C
donde:
\DeltaP_{CSF} es la diferencia de presión a
la entrada o a la salida del medio filtrante (10),
B es la densidad del gas de escape,
Qv es el flujo volumétrico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante,
Qm es el flujo másico del gas de escape que
atraviesa el medio filtrante,
C representa la permeabilidad del substrato sin
carga de partículas, y
A es una constante.
14. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el valor de la
presión de los gases de escape a la entrada del medio filtrante
(10), utilizada para determinar la diferencia \DeltaP_{medio \
filtrante} de las presiones a la entrada o a la salida del medio
filtrante, es determinada por medio de un sensor de presión
(28).
15. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el valor de la
presión de los gases de escape a la entrada del medio filtrante
(10), utilizada para determinar la diferencia \DeltaP_{medio \
filtrante} de las presiones a la entrada o a la salida del medio
filtrante, es determinada por cálculo a partir de datos relativos
al funcionamiento del motor (4).
16. Procedimiento de desencadenamiento de una
fase de regeneración de un medio filtrante (10) de un sistema de
escape (6) de un motor térmico (4), caracterizado porque
comprende las etapas de:
- determinar a intervalos de tiempos definidos
la carga de partículas presente en el medio filtrante (10) por
ejecución del procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, y
- si dicha carga de partículas determinada
sobrepasa un umbral determinado, desencadenar la fase de
regeneración del medio filtrante.
17. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque comprende además las etapas de:
- determinar, a intervalos de tiempo
determinados durante y/o a la salida de la fase de regeneración, la
carga de partículas presente en el medio filtrante (10) por
ejecución del procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 15,
- calcular la carga de partículas regenerada
considerando la diferencia de carga de partículas entre dos
intervalos de determinación de la carga de partículas regenerada,
y
- administrar la duración y/o la frecuencia de
las fases de regeneración en función de la carga de partículas
presentes en el medio filtrante y/o de la carga de partículas
regenerada.
18. Dispositivo de determinación de la carga de
partículas presente en un medio filtrante (10) de un sistema de
escape (6) de un motor térmico (4), caracterizado porque
comprende:
- una memoria (46), accesible durante la
determinación de la carga de partículas, que almacena una relación
entre la permeabilidad K(m) del medio filtrante (10) y la
carga de partículas, específicamente la masa m, contenida en el
medio filtrante (10),
- medios (24, 26, 28, 30) para determinar la
diferencia \DeltaP_{medio \ filtrante} de las presiones (28,
30) a la entrada y a la salida del medio filtrante (10), que es
asimilada a la suma de dos componentes (\DeltaP1, \DeltaP2),
donde el primero (\DeltaP1) representa la pérdida de carga
generada por el flujo de los gases a la entrada y a la salida del
medio filtrante (10) y el segundo (\DeltaP2) representa la pérdida
de carga generada por los gases de escape a través del medio
filtrante (10) y que contiene la permeabilidad K(m) como
variable,
- medios (36) para determinar el flujo de gas
(Qv) que atraviesa dicho medio filtrante (10),
- medios (36) para calcular, a partir de dichos
valores determinados, el valor de la permeabilidad K(m) del
medio filtrante (10), y
- medios (36) para determinar el valor de la
carga de partículas almacenada en dicho medio filtrante (10) a
partir del valor de permeabilidad K(m) y de la relación
almacenada en la memoria (46).
19. Dispositivo según la reivindicación 18,
caracterizado porque comprende medios de memorización (36,
38, 46) que contienen un código ejecutable destinado a ejecutar el
procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a
18.
20. Conjunto de motorización que comprende:
- un motor térmico (4),
- un sistema de escape (6) para los gases de
combustión de dicho motor, que comprende un medio filtrante
(10),
- una inteligencia (18) que permite administrar
la regeneración del medio filtrante según criterios
determinados,
caracterizado porque el mismo integra un
dispositivo de determinación de la carga de partículas presente en
un medio filtrante (10) según una cualquiera de las reivindicaciones
18 o 19.
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