ES2277043T3 - Procedimiento de regeneracion de un filtro de particulas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de regeneración de un filtro de partículas, insertado en la tubería de escape de un motor de combustión interna, que incluye una inyección principal de carburante (30), retardada respecto del punto muerto superior en fase de regeneración, en al menos uno de sus cilindros, caracterizado porque, durante dichas fases de regeneración, se mejora la velocidad de regeneración realizando en al menos este cilindro una post-inyección de carburante (31), provocando una oxidación de las partículas producidas por la combustión del carburante de la inyección principal, estando desfasada dicha post-inyección respecto de la inyección principal (30) de un ángulo (alfa) comprendido entre 3 y 10 grados de cigüeñal entre el final de la inyección principal y el comienzo de la post-inyección (31), siendo el caudal de la post-inyección inferior a 8 mg/carrera.
Description
Procedimiento de regeneración de un filtro de
partículas.
El presente invento se refiere a un
procedimiento de regeneración de un filtro de partículas en la
tubería de escape de un motor de combustión interna.
Las normas que conciernen la contaminación y el
consumo de los motores de combustión interna de los que están
dotados los vehículos son cada vez más severas en el conjunto de los
países industrializados.
Entre los dispositivos de tratamiento conocidos
para eliminar las partículas de hollín emitidas por dichos motores
se puede citar los filtros de partículas, que están insertados en
las tuberías de escape de estos motores.
Los filtros de partículas están adaptados para
atrapar las partículas de hollín contenidas en los gases del
escape.
Unos sistemas de regeneración permiten quemar
periódicamente las partículas atrapadas en estos filtros y evitar
que se atasquen. La puesta en funcionamiento de estos diferentes
sistemas de ayuda a la regeneración es realizada mediante un
sistema electrónico de mando que determina en función de un
determinado número de parámetros y principalmente la carga del
filtro de partículas, el instante de la regeneración.
Así, el documento FR 2 774 421 divulga un
sistema de gestión del funcionamiento de un filtro de partículas
asociado a un motor de vehículo automóvil, y describe cómo se
desencadena la puesta en funcionamiento de los medios de ayuda a la
regeneración desde el instante en el que la masa de hollín en el
filtro es superior a un valor umbral, estando determinada dicha
masa de hollín a partir de la medida de la pérdida de carga en los
bornes del filtro de partículas y de las condiciones de
funcionamiento del motor. De manera conocida, la estrategia de
puesta en funcionamiento de dichos medios de ayuda a la
regeneración, tan pronto como se alcanza el umbral de carga, es
relativamente simple. Consiste esencialmente en mantener estos
medios activados durante un periodo de tiempo calibrado o también
en mantener los medios activados mientras que la carga no haya
pasado de nuevo por debajo de un segundo valor de umbral dado.
Los sistemas de regeneración de la técnica
conocida son de diferentes tipos.
Los sistemas de calefacción mediante resistencia
eléctrica, principalmente mediante rejillas de calentamiento,
permiten llevar la temperatura de los gases de escape a un valor
suficiente para provocar la combustión de las partículas en el
filtro. Estos sistemas precisan de una potencia eléctrica importante
que no es siempre posible suministrar. Además, complican la
concepción de la tubería de escape.
Otros sistemas proponen aumentar la temperatura
de los gases de escape mediante la utilización de inyecciones
específicas: por ejemplo una inyección retardada o una
post-inyección de una cantidad suplementaria de
carburante en al menos una de las cámaras de combustión.
La solicitud de patente francesa FR 2 799 508
describe un procedimiento de inyección retardada de carburante para
un motor de combustión. En este procedimiento hay una inyección de
carburante en al menos uno de los cilindros de un motor de
combustión, con la inyección de una cantidad principal de carburante
según el punto de funcionamiento del motor, y durante la fase de
regeneración del sistema de tratamiento de los gases de escape tal
como un filtro de partículas, el aumento de dicha cantidad principal
de carburante. La inyección de esta cantidad de carburante
aumentada es retrasada respecto del punto muerto superior (PMS) del
pistón del motor en un retraso comprendido entre 0 grados del
cigüeñal y 35 grados del cigüeñal. Este retraso tiene como objetivo
aumentar la energía liberada al escape. La consecuencia nefasta es
que esto disminuye el rendimiento del motor. Para mantener el par
en el eje del motor, es necesario aumentar la cantidad de inyección
principal.
En la post-inyección, después de
haber inyectado la cantidad de carburante necesaria para el
funcionamiento "clásico" del motor, se inyecta una cantidad
suplementaria de carburante. Una parte de esta cantidad de
carburante adicional se inflama produciendo un aumento de la
temperatura de los gases de escape. La otra parte de esta cantidad
es transformada en productos de oxidación parcial como el monóxido
de carbono CO y los hidrocarburos HC. Esta
post-inyección tiene como objetivo aportar
hidrocarburos semi-brutos al escape para aumentar el
carácter exotérmico del catalizador. Esta
post-inyección está en fase respecto al punto muerto
superior o PMS, ya que es independiente de la inyección. Sin
embargo, puede haber una corrección del caudal de la inyección
principal para que no se afecte el par del motor. Los caudales son
relativamente importantes, es decir superiores a 5 mg/carrera.
Pero estos modos de inyección, utilizados para
regenerar el filtro de partículas, pueden provocar emisiones
importantes de partículas en las tuberías de escape y afectar a la
velocidad de regeneración del filtro de partículas.
El invento tiene como objetivo mejorar el
balance de la regeneración disminuyendo el flujo de partículas en
la entrada del filtro de partículas en fase de regeneración.
El presente invento concierne un procedimiento
de regeneración de un filtro de partículas, insertado en la tubería
de escape de un motor de combustión interna, que incluye una
inyección principal de carburante en al menos uno de sus cilindros,
caracterizado porque, en al menos este cilindro, se realizará una
post-inyección de carburante desfasada en un ángulo
determinado respecto de la inyección principal, siendo el caudal de
post-inyección inferior a 8 mg/ca-
rrera.
rrera.
Ventajosamente, el ángulo entre el final de la
inyección principal y el comienzo de la
post-inyección, o "puesta en fase", está
comprendido entre 3 grados de cigüeñal y 10 grados de cigüeñal.
Ventajosamente, este procedimiento incluye una
pre-inyección de carburante en al menos uno cilindro
del motor.
El procedimiento del invento no tiene como
objetivo aumentar la temperatura de escape sino oxidar las
partículas producidas por la combustión del carburante de la
inyección principal, y eventualmente la
pre-inyección, modificando las condiciones
termomecánicas en la (o las) cámara(s) de combustión.
El invento permite así mejorar el balance de
regeneración del filtro de partículas disminuyendo el flujo de
partículas en la entrada de este filtro en fase de regeneración. Se
puede además utilizar, eventualmente, una estrategia clásica, tal
como la inyección retardada o la post-inyección
vistas anteriormente, que permiten aumentar las temperaturas de
escape.
El procedimiento del invento presenta numerosas
ventajas respecto de los procedimientos de la técnica
conocida:
conocida:
- el programa utilizado es simple: concierne a
una cartografía de puesta en fase respecto de la inyección
principal del modo regeneración y cartografías clásicas del caudal y
de correcciones debidas a condiciones exteriores (presión,
temperatura…),
- la calibración necesaria es simple,
- la regeneración es más completa y más
rápida,
- en caso de fracaso de una regeneración, no hay
un aumento importante de la masa de partículas almacenadas en el
filtro de partículas.
La figura 1 ilustra la implantación de un filtro
de partículas en la tubería de escape de un motor de combustión
interna.
Las figuras 2A, 2B y 2C son diagramas que
ilustran la cantidad de carburante inyectado Q en función del ángulo
del cigüeñal DC, para diferentes modos de inyección; la figura 2A
ilustra un modo de inyección normal con carga del filtro de
partículas, la figura 2B ilustra una inyección de la técnica
conocida para la regeneración de un filtro de partículas, la figura
2C ilustra la inyección para la regeneración del filtro de
partículas según el procedimiento del invento.
La figura 1 ilustra la estructura general de un
motor de combustión interna, destinado a equipar por ejemplo un
vehículo automóvil. Este motor 10 está aquí sobrealimentado por un
turbocompresor (turbina 11 + compresor 12). La tubería de escape 14
de este motor 10 está dotada de dispositivos de
post-tratamiento activos destinados a purificar los
gases de escape, aquí un pre-catalizador 13 y un
filtro de partículas 14. Una válvula EGR 15 ("Exhaust Gaz
Recirculation") permite una recirculación de los gases de escape.
La circulación de los gases frescos, con referencia 16, atraviesa
sucesivamente un filtro de aire 17, un caudalímetro 18, el compresor
12 y un refrigerador de aire de sobrealimentación 19. La
circulación de los gases quemados tiene, por su parte, la
referencia
20.
20.
El filtro de partículas 14 podría, igualmente,
estar situado en lugar del pre-catalizador 13 y
asegurar las funciones de atrape de las partículas, así como la
oxidación de los gases de escape (función usual del
pre-catalizador).
Para que la regeneración de un filtro de
partículas sea rápida, es necesario que la cinética de combustión
de las partículas almacenadas en este filtro sea superior al flujo
de partículas en la entrada del filtro. El procedimiento del
invento consiste en asociar un tipo particular de
post-inyección a un modo de inyección cualquiera
utilizado para regenerar el filtro de partículas. Esta
post-inyección permite disminuir las emisiones de
partículas del motor en fase de regeneración para mejorar la
velocidad de la regeneración.
\newpage
En efecto, la velocidad instantánea C de la
regeneración del filtro de partículas es tal que:
c =
\left(\frac{DMb}{Dt} -
\frac{DMc}{Dt}\right),
con:
\frac{DMc}{Dt}: Cinética de
combustión de las partículas almacenadas en el filtro de
partículas,
\frac{DMc}{Dt}: Emisión
instantánea de partículas del motor durante la fase de
regeneración.
El procedimiento del invento tiene como objeto
modificar las condiciones termodinámicas en al menos una cámara de
combustión del motor de manera que se oxiden las partículas
producidas por la combustión del carburante. Esto se logra mediante
el empleo de una post-inyección muy próxima de la
inyección principal (puesta en fase comprendida entre 3 grados de
cigüeñal y 10 grados de cigüeñal) del modo de inyección utilizado
para la regeneración del filtro de partículas. El caudal de la
inyección principal puede entonces ser modificado muy ligeramente
para que no haya impacto sobre el par del motor.
Las figuras 2A, 2B y 2C son diagramas que
ilustran diferentes tipos de inyección, y principalmente la
post-inyección del procedimiento del invento.
La figura 2A ilustra una inyección normal que
incluye una pre-inyección 25 y una inyección
principal 26 (inyección de una cantidad de carburante Q1) que
ocasiona la carga del filtro de partículas.
La figura 2B ilustra una inyección de la técnica
conocida para la regeneración del filtro de partículas que incluye
una pre-inyección 27 y una inyección principal
retardada 28, la cantidad de carburante Q2 inyectada durante este
inyección principal es tal que Q2 > Q1. El ángulo de puesta en
fase \alpha entre el comienzo de la pre-inyección
y el comienzo de la inyección principal está comprendido entre 10
grados de cigüeñal y 40 grados de cigüeñal, preferentemente entre
20 grados de cigüeñal y 25 grados de cigüeñal. PMS es el punto
muerto superior del pistón.
La figura 2C ilustra una inyección para
regeneración del filtro de partículas según el procedimiento del
invento que incluye una eventual pre-inyección 29,
una inyección principal 30 desfasada y una
post-inyección particular 31 para reducir las
emisiones de partículas de las inyecciones 29 y 30, tales como se
han ilustrado en la figura 2B. La cantidad de carburante Q3
inyectado durante este inyección principal es tal que: Q3 \leq Q2.
El ángulo de puesta en fase \alpha' entre el final de la
inyección principal y el comienzo de la
post-inyección está comprendido entre 3 grados de
cigüeñal y 10 grados de cigüeñal.
Al contrario que la
post-inyección de la técnica conocida, analizada
anteriormente, la post-inyección 31 del
procedimiento del invento está desfasada en un ángulo pequeño
respecto de la inyección principal 30 y no aporta ninguna ganancia
de temperatura en el escape. Su eficacia depende directamente del
ángulo de puesta en fase \alpha'. Los caudales de
post-inyección son muy pequeños, inferiores a 8
mg/carrera.
Claims (2)
1. Procedimiento de regeneración de un filtro de
partículas, insertado en la tubería de escape de un motor de
combustión interna, que incluye una inyección principal de
carburante (30), retardada respecto del punto muerto superior en
fase de regeneración, en al menos uno de sus cilindros,
caracterizado porque, durante dichas fases de regeneración,
se mejora la velocidad de regeneración realizando en al menos este
cilindro una post-inyección de carburante (31),
provocando una oxidación de las partículas producidas por la
combustión del carburante de la inyección principal, estando
desfasada dicha post-inyección respecto de la
inyección principal (30) de un ángulo (\alpha) comprendido entre
3 y 10 grados de cigüeñal entre el final de la inyección principal
y el comienzo de la post-inyección (31), siendo el
caudal de la post-inyección inferior a 8
mg/carrera.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que
incluye una pre-inyección de carburante en al menos
un cilindro del motor.
Applications Claiming Priority (2)
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