ES2281662T3 - Procedimiento de regeneracion de un filtro de particulas de vehiculo automovil y sistema de control de la regeneracion de un filtro de esta clase. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de regeneración de un filtro (36) de partículas, de un vehículo automóvil, según el que se utilizan medios de regeneración del filtro, en cuanto el valor del nivel de carga del mismo excede un valor umbral predeterminado, caracterizado por el hecho de que se procede al cálculo de un parámetro representativo de las condiciones de funcionamiento de los medios de regeneración y se controla el funcionamiento de los medios de regeneración en función del valor de dicho parámetro, siendo elaborado el parámetro representativo de las condiciones de funcionamiento de los medios de regeneración mediante el cálculo de la relación entre el caudal de los gases de escape que salen del motor del vehículo y la masa de hollín quemada durante un periodo de tiempo predeterminado, o por la relación entre el caudal instantáneo de los gases de escape y la velocidad de combustión del hollín.
Description
Procedimiento de regeneración de un filtro de
partículas de vehículo automóvil y sistema de control de la
regeneración de un filtro de esta clase.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de regeneración de un filtro de partículas, de un
vehículo automóvil, así como a un sistema de mando de la
regeneración de tal filtro.
La heterogeneidad de los procesos de combustión
en los motores, en particular en los motores diésel, tiene como
efecto generar partículas de carbono, que no se pueden quemar
eficazmente en el motor. Esto se traduce en la aparición, en la
salida de la tubería de escape, de humos negros, característicos de
los motores diésel. Este fenómeno aparece, en particular, durante
las fases de arranque y durante las aceleraciones fuertes.
La presencia de un filtro de partículas en la
tubería de escape del motor permite disminuir considerablemente la
cantidad de partículas, polvo y otro tipo de hollín, emitidos a la
atmósfera, y satisfacer las normas antipolución.
Los dispositivos de regeneración controlados
permiten quemar periódicamente las partículas atrapadas en el filtro
y evitar el atasco de este último. Véase, por ejemplo, el documento
japonés: JP 2001280118.
Esto se efectúa elevando la temperatura en la
parte interna del filtro de partículas hasta una temperatura del
orden de 550 a 600ºC, temperatura a partir de la que se inflaman
espontáneamente las partículas de carbono retenidas en el
filtro.
La combustión de estas partículas provoca una
liberación de energía, en función de las condiciones de
funcionamiento del motor. Esta energía se puede evacuar gracias al
flujo de los gases de escape procedente del motor, transmitir al
lecho de hollín con el que se carga el filtro o transmitir a los
diferentes elementos que entran en la constitución del filtro de
partículas o, de manera general, del sistema de antipolución.
Así, en función de las condiciones de rodadura
del vehículo, puede ocurrir que la energía liberada por la
combustión de las partículas de carbono no se pueda evacuar más.
Esta situación se traduce en un aumento considerable de la
velocidad de las reacciones químicas engendradas y en un
embalamiento de estas últimas. Este tipo de procesos puede
engendrar, por lo tanto, una alteración del sistema de filtración de
partículas.
Los dispositivos de diagnóstico del estado de
funcionamiento del sistema de filtración provocan, generalmente, el
accionamiento de la regeneración, cuando la cantidad de hollín
almacenado en el filtro de partículas es tal que la regeneración se
puede efectuar en condiciones perfectamente controlables.
No obstante, es posible que en condiciones de
rodadura muy específicas, por ejemplo en un entorno urbano, no se
alcancen las condiciones requeridas para la iniciación de la
regeneración. El comienzo de una regeneración en estas condiciones
puede tener consecuencias nefastas para el sistema de filtrado.
También, el objetivo de la invención es
suministrar un procedimiento de regeneración de un filtro de
partículas, que permita determinar las consecuencias de una
regeneración, para el sistema de filtración, en función de las
condiciones de rodadura del vehículo.
Así, la invención propone un procedimiento de
regeneración de un filtro de partículas, de un vehículo automóvil,
según el que se utilizan medios de regeneración del filtro, en
cuanto el valor del nivel de carga del filtro excede un valor umbral
predeterminado.
Según una característica general de este
procedimiento, se procede al cálculo de un parámetro representativo
de las condiciones de funcionamiento de los medios de regeneración,
y se controla el funcionamiento de los medios de regeneración en
función del valor de dicho parámetro.
Según otra característica de este procedimiento
de regeneración, el cálculo de dicho parámetro se efectúa
permanentemente en el transcurso de la rodadura del vehículo.
El cálculo de dicho parámetro se efectúa, por
ejemplo, en el transcurso de la utilización de los medios de
regeneración.
De acuerdo con otra característica del
procedimiento según la invención, el parámetro representativo de las
condiciones de funcionamiento de los medios de regeneración está
constituido por la relación entre el caudal de los gases de escape
que salen del motor del vehículo y la masa de hollín quemado en el
transcurso de la utilización de los medios de regeneración, durante
un periodo de tiempo predeterminado.
Por ejemplo, este parámetro representativo de
las condiciones de funcionamiento de los medios de regeneración está
constituido por la relación entre el caudal instantáneo de los gases
de escape y la velocidad de combustión del hollín.
Según un modo de realización, el funcionamiento
de los medios de regeneración se controla a partir de una
comparación entre el valor de dicho parámetro y al menos un valor
umbral almacenado en una memoria.
Según otro modo de realización, el caudal de los
gases de escape se extrae de una cartografía almacenada en la
memoria de un ordenador central de gestión del funcionamiento del
motor del vehículo.
La masa de hollín quemado se extrae, por
ejemplo, de una cartografía almacenada en la memoria del ordenador
central. Se puede determinar, igualmente, a partir de la masa de
hollín quemado anteriormente y de la velocidad de regeneración del
filtro.
Según un modo de realización ventajoso, la
velocidad de regeneración del filtro se extrae de una cartografía
almacenada en la memoria de un ordenador central de gestión del
funcionamiento del motor del vehículo, en función de la temperatura
interna del filtro de partículas.
Finalmente, la temperatura interna Tfap del
filtro de partículas se calcula, por ejemplo, a partir de la
relación:
Tfap = aTe +
(1-a) \ x \
Ts
en la
que:
Te designa la temperatura de entrada del filtro
de partículas,
Ts designa la temperatura de salida del filtro
de partículas; y
a designa un coeficiente elaborado en función de
la diferencia entre la temperatura de entrada Te y la temperatura de
salida Ts, a partir de una función cartografiada en el ordenador
central.
Según la invención, se propone igualmente un
sistema de mando de la regeneración de un filtro de partículas, de
un vehículo automóvil, que comprende medios de control del nivel de
carga del filtro de partículas, para provocar la utilización de los
medios de regeneración.
Según un aspecto de este sistema, éste
comprende, además, medios de cálculo de un parámetro representativo
de las condiciones de funcionamiento de los medios de regeneración,
para controlar el funcionamiento de los medios de regeneración en
función del valor de dicho parámetro.
Otros objetivos, características y ventajas de
la invención serán evidentes de la lectura de la descripción
siguiente, proporcionada únicamente a título de ejemplo no
limitativo, y realizada con referencia al dibujo anexo que ilustra,
de manera esquemática, la estructura de un motor de combustión
interna equipado con un filtro de partículas, que utiliza el
procedimiento según la invención.
En la figura 1, el motor, designado por la
referencia numérica general 10, es un motor de tipo diésel
sobrealimentado por turbocompresor.
En el ejemplo representado, el motor 10
comprende cuatro cilindros, tales como 12, dispuestos en línea. Está
alimentado de aire fresco por mediación de un repartidor de
admisión 14, alimentado, a su vez, por un conducto de alimentación
16 provisto de un filtro de aire (no representado) y equipado con un
caudalímetro 18.
Por otra parte, el motor 10 está provisto de un
colector de escape 20, en comunicación con una tubería de escape
22, provista de un sistema de filtración de partículas, constituido
esencialmente por un convertidor catalítico de oxidación 24 y un
filtro 26 de partículas.
Un circuito de recirculación de los gases de
escape 28, que está provisto de una válvula de recirculación 30,
recupera una parte de los gases de escape que salen de la combustión
y los vuelve a inyectar en el repartidor de admisión 14.
El motor 10 está alimentado de combustible por
mediación de un circuito de alimentación 32. Por ejemplo, este
circuito de alimentación es un circuito a alta presión y con
colector común.
Finalmente, un ordenador debidamente programado,
designado por la referencia numérica general 34, gestiona el
funcionamiento del motor 10, particularmente, la cantidad de
combustible inyectado o el instante de encendido del motor, de
manera que se suministre el par solicitado por el conductor.
En particular, el ordenador 34 recibe las
señales de medición procedentes de los captadores, tales como 36,
que equipan la tubería de escape, aguas arriba y aguas abajo del
filtro 26 de partículas, procedentes del caudalímetro 18, que
equipa el conducto de admisión 16, y dispone del valor de otras
variables de funcionamiento del motor, tales como el régimen de
funcionamiento del motor, la temperatura del aire ambiente, la del
líquido de funcionamiento, etc., como es bien conocido por el
experto en la técnica.
Incorpora todos los medios de hardware y
software para controlar los diferentes parámetros de funcionamiento
del motor, tales como la inyección de combustible, la carrera de las
válvulas de admisión y de escape, la cantidad de los gases
recirculados..., a partir de una cartografía 38 almacenada en la
memoria del ordenador 34.
En particular, vigila el valor del nivel de
carga del filtro de partículas y, cuando este valor excede un valor
umbral predeterminado, utiliza medios de regeneración del filtro 26.
Estos medios de regeneración están constituidos por medios de tipo
clásico, bien conocidos por el experto en la técnica. Por lo tanto,
no se describirán con detalle en lo que sigue.
Nótese, no obstante, que estos medios consisten
esencialmente en medios que permiten crear un entorno gaseoso
particular en el filtro de partículas, que está calentado a una
temperatura del orden de 550 a 600ºC, para aportar una energía
necesaria para la inflamación espontánea de las partículas de
carbono contenidas en el filtro
26.
26.
En lo que se refiere a la determinación del
nivel de carga del filtro, éste se puede efectuar por diferentes
medios, por ejemplo, midiendo la diferencia de presión que reina
aguas arriba y aguas abajo del filtro de partículas.
Por otra parte, a fin de evitar que la
regeneración no se efectúe en unas condiciones tales que amenazarían
con alterar los elementos que entran en la constitución del sistema
de tratamiento de los efluentes gaseosos, el ordenador 34 calcula,
en el transcurso de la rodadura del vehículo y, en particular, en el
transcurso de la regeneración, un parámetro representativo de las
condiciones de funcionamiento de los medios de regeneración, y
controla estos medios de regeneración, en función del valor del
parámetro así calculado, de manera que evita que la regeneración no
se efectúe en situaciones en las que la energía liberada por la
combustión del hollín no se pueda evacuar más, lo que se traduciría
en un embalamiento de las reacciones químicas utilizadas.
Este parámetro de control está establecido, por
ejemplo, gracias a la relación entre el caudal de los gases de
escape y la masa de hollín quemado. Esta relación se calcula
periódicamente, en el transcurso de la regeneración, durante un
periodo de tiempo, que puede ir desde un segundo hasta una duración
correspondiente a la fase de regeneración.
Como se comprende, en el caso en el que este
periodo sea del orden de un segundo, esta relación corresponde, de
hecho, a la relación entre el caudal instantáneo de los gases de
escape y la velocidad de combustión del hollín.
El ordenador 34 calcula entonces la diferencia
entre la relación así calculada y los valores umbral d1ref y d2ref,
implantados en una memoria y obtenidos por aprendizaje previo.
Así, si el parámetro calculado es inferior al
primer valor umbral d1ref, se considera que la regeneración se
desarrolla normalmente. La energía engendrada por las reacciones
químicas utilizadas se evacúa totalmente gracias al flujo de los
gases de escape. Al contrario, si el parámetro está comprendido
entre d1ref y d2ref, existe un riesgo de que la regeneración se
embale.
Las condiciones de rodadura y, por tanto, las
solicitaciones del conductor, condicionan entonces la aparición de
tal embalamiento. En estas condiciones, existe un riesgo potencial
de dañar el filtro de partículas. El ordenador 34 hace que se
ejecute entonces un procedimiento de mando de los medios de
regeneración, de manera que se limite o se disminuya la velocidad de
regeneración, incluso, llegado el caso, que se detenga.
Finalmente, si el parámetro calculado es
superior al segundo valor umbral d2ref, se considera que se ha
embalado la regeneración y que se ha dañado el filtro. La
diferencia entre el parámetro y este valor umbral d2ref permite
entonces proporcionar una indicación sobre el grado de daño. El
conductor del vehículo está informado entonces de esta situación y
es invitado a acudir a un taller de reparación para verificación y
mantenimiento.
En lo que se refiere al procedimiento de cálculo
del parámetro de control del funcionamiento de los medios de
regeneración, el caudal de gas es un valor que se extrae de la
cartografía 38, en función de los parámetros de funcionamiento del
motor. La masa de hollín quemado se puede extraer, igualmente, de la
cartografía 38. Como variante, se puede calcular a partir de la
masa de hollín quemado anteriormente, es decir, durante el periodo
de cálculo precedente, y de la velocidad de regeneración del
filtro.
En otros términos, la masa de hollín
M(i+1) en el instante i+1, se determina a partir de la
relación:
M(i+1)
= M(i) -
V(i),
en la
que:
M(i) designa la masa de hollín en el
instante i, y
V(i) designa la velocidad de regeneración
en el instante i.
\newpage
La velocidad de regeneración V(i) se
extrae igualmente de la cartografía 38, en función de la temperatura
interna del filtro 26 de partículas, a partir de la relación
siguiente:
Tfap = aTe +
(1-a) \ x \
Ts
en la
que:
Te designa la temperatura de entrada del filtro
de partículas;
Ts designa la temperatura de salida del filtro
de partículas; y
a designa un coeficiente elaborado en función de
la diferencia entre la temperatura de entrada Te y la temperatura de
salida Ts, a partir de una función cartografiada en el ordenador
central.
En otros términos, para calcular la masa de
hollín quemado, el ordenador 34 procede al cálculo de la temperatura
interna del filtro de partículas, a partir de la relación
anteriormente descrita, y extrae de la cartografía 38 una velocidad
de regeneración correspondiente, además de calcular la masa de
hollín quemado a partir de esta velocidad de regeneración.
Como se comprende, la invención que se acaba de
describir permite, en el transcurso de la regeneración, disponer de
una indicación de los riesgos asociados a las condiciones de
regeneración y adaptar, en consecuencia, el funcionamiento de los
medios de regeneración de manera que se evite cualquier alteración
del filtro de partículas.
Claims (10)
1. Procedimiento de regeneración de un filtro
(36) de partículas, de un vehículo automóvil, según el que se
utilizan medios de regeneración del filtro, en cuanto el valor del
nivel de carga del mismo excede un valor umbral predeterminado,
caracterizado por el hecho de que se procede al cálculo de un
parámetro representativo de las condiciones de funcionamiento de
los medios de regeneración y se controla el funcionamiento de los
medios de regeneración en función del valor de dicho parámetro,
siendo elaborado el parámetro representativo de las condiciones de
funcionamiento de los medios de regeneración mediante el cálculo de
la relación entre el caudal de los gases de escape que salen del
motor del vehículo y la masa de hollín quemada durante un periodo
de tiempo predeterminado, o por la relación entre el caudal
instantáneo de los gases de escape y la velocidad de combustión del
hollín.
2. Procedimiento de regeneración según la
reivindicación 1, caracterizado porque el cálculo de dicho
parámetro se efectúa permanentemente en el transcurso de la rodadura
del vehículo.
3. Procedimiento de regeneración según una de
las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el cálculo
de dicho parámetro se efectúa en el transcurso de la utilización de
los medios de regeneración.
4. Procedimiento de regeneración según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque el funcionamiento de los medios de regeneración se controla a
partir de una comparación entre el valor de dicho parámetro y al
menos un valor umbral almacenado en una memoria.
5. Procedimiento de regeneración según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque el caudal de los gases de escape se extrae de una cartografía
(38) almacenada en la memoria de un ordenador central de gestión del
funcionamiento del motor del vehículo.
6. Procedimiento de regeneración según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque la masa de hollín quemado se extrae de una cartografía (38)
almacenada en la memoria de un ordenador central de gestión del
funcionamiento del motor del vehículo.
7. Procedimiento de regeneración según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque la masa de hollín quemado se determina a partir de la masa de
hollín quemado anteriormente y de la velocidad de regeneración del
filtro.
8. Procedimiento de regeneración según la
reivindicación 7, caracterizado porque la velocidad de
regeneración del filtro se extrae de una cartografía (38)
almacenada en la memoria de un ordenador central de gestión del
funcionamiento del motor del vehículo, en función de la temperatura
interna del filtro de partículas.
9. Procedimiento de regeneración según la
reivindicación 8, caracterizado porque la temperatura interna
Tfap del filtro de partículas se calcula a partir de la
relación:
Tfap = aTe +
(1-a) \ x \
Ts
en la
que:
Te designa la temperatura de entrada del filtro
de partículas;
Ts designa la temperatura de salida del filtro
de partículas; y
a designa un coeficiente elaborado en función de
la diferencia entre la temperatura de entrada Te y la temperatura de
salida Ts, a partir de una función cartografiada en el ordenador
central.
10. Sistema de mando de la regeneración de un
filtro (26) de partículas, de un vehículo automóvil, que comprende
medios de control (34) del nivel de carga del filtro de partículas,
para provocar la utilización de medios de regeneración del filtro,
caracterizado porque comprende, además, medios de cálculo de
un parámetro representativo de las condiciones de funcionamiento de
los medios de regeneración, para controlar el funcionamiento de los
medios de regeneración en función del valor de dicho parámetro,
según el procedimiento de regeneración de una de las
reivindicaciones 1 a 9.
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